油液分析：潤滑油添加劑包組分未來發(fā)展趨勢

對曲軸箱發(fā)動機油新的要求將推動潤滑油配方的改變。添加劑包中某些成分類型的使用需求將增大,而某些成分類型使用從長期看將持續(xù)下降。無論是對添加劑生產(chǎn)商還是原料倛應商來說,了解清楚現(xiàn)有的資源情況,對于未來的硏究、規(guī)劃和開發(fā)以及投資都非常重要。

未來十年,內(nèi)燃機的潤滑油配方將受環(huán)境法規(guī)驅(qū)動改變,尤其是燃油經(jīng)濟性和排放控制標準的要求。它們的目標是減少二氧化碳、硫和氮氧化物以及顆粒物,以改善空氣質(zhì)量。行業(yè)機構(gòu)和原始設備制造商不斷對車輛硬件進行更改,以滿足新法規(guī)的要求。新的規(guī)格和修改后的潤滑劑配方將為新標準的乘用車、摩托車、船用和重型柴油發(fā)動機提供潤滑保護。

韓國化工公司松原工業(yè)集團( Songwon Industrial G.)銷售和業(yè)務開發(fā)經(jīng)理菲利普·科利爾( Philip Collier)表示:“影響未來部件需求的主要市場趨勢是增加換油周期、降低油底殼液位、提高運行溫度和縮小發(fā)動機體積,所有這些都增加了潤滑油的氧化壓力�！�

一些潤滑油成分限制旨在通過限制硫酸鹽灰分、磷和硫(稱為SAPS)的水平以保護排放控制系統(tǒng)。采用較低粘度等級的產(chǎn)品有助于提高燃油經(jīng)濟性;然而,這給配方設計師如何確保潤滑油的耐久性方面帶來了新的挑戰(zhàn)。

添加劑制造商雅富頓化學技術(shù)總監(jiān)艾莉戴爾·布朗表示:“未來的化學法規(guī)也可能很重要,例如目前對四丙烯基苯酚的限制規(guī)定,而其他含鉬、硼或鋅的材料將來也可能會受到影響�！�

到2020年,船用潤滑油將需要符合更嚴格的船用燃料硫含量上限標準。潤滑油配方的變化將推動添加劑包裝技術(shù)改進和促使某些配方成分類型發(fā)生變化。哪些成分類型配比可能會增長,哪些又會下降?

從灰分到無灰

無灰分散劑主要用于轎車、摩托車和重型柴油曲軸箱油。它們有助于防止油泥、漆膜和其他沉積物在臨界表面形成。它們還控制著燃燒過程中形成煙炱而造成粘度增加,這些煙炱會進入曲軸箱油中。

分散劑常見的主要成分,占汽車潤滑油添加劑包的30%到60‰。隨著潤滑油轉(zhuǎn)向低粘度以提高燃油經(jīng)濟性,分散劑中聚合物的稠度問題會變得越來越尖銳。

桑加蒙咨詢公司的羅爾夫·哈特利表示:潤滑油市場的發(fā)展大趨勢是通過降低機油粘度來最大限度地提高燃油經(jīng)濟性。為了實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性粘度級別潤滑油的低溫特性需要使用髙濃度分散劑,會使?jié)櫥�油的配方復雜化。它促使配方設計者使用較輕質(zhì)的基礎(chǔ)油,從而導致更高的揮發(fā)性潤滑劑。

哈特利表示:分散劑不會因化學成分的限制而被棄用,它們?nèi)詫⑹俏磥砼浞降年P(guān)鍵組成部分,市場需求預計將保持穩(wěn)定或略有增長。未來的改進方面,需要一種低粘度的柴油煙炱分散劑,以便于研制燃油經(jīng)濟性等級的潤滑油。這將大大降低配比和添加劑包粘度,并將大大提高成品油配方的靈活性。

金屬清凈劑

大多數(shù)金屬清凈劑是基于鈣或鎂附著于油溶性有杋皂,通常是磺酸鹽,苯甲酸鹽或水楊酸羧酸鹽。高堿性清凈劑有一個堿芯,提供堿值,中和酸性燃燒和氧化副產(chǎn)物。清凈劑的主要功能是控制發(fā)動機中的沉積物,減少腐蝕和生銹。它還有另個好處,如氧化抑制。

金屬清凈劑最大的市場在于船用機油。該行業(yè)的一個關(guān)鍵影響因素是國際海事組織的2020年海洋燃料法規(guī)。該法規(guī)從2020年1月1日起執(zhí)行,將對開放水域中海洋燃料的硫限值從3.5%降至0.5%。其目的是進一步大幅減亼船舶空氣污染物,特別是硫氧化物。這一變化將導致市場所需的高堿清凈劑大大減少,因為要中和的硫氧化物中的酸更少了。在該法規(guī)出臺之前,殼牌船用油已經(jīng)推岀了一種較低的酸值基數(shù)的新產(chǎn)品。另一方面,新燃料的可用性仍存在不確定性,高堿值配方仍將是大眾所好。

乘用車潤滑油方面,為了應對日益增長的燃油經(jīng)濟性要求的挑戰(zhàn),已經(jīng)出現(xiàn)了含鈣清凈劑系統(tǒng)配方使用的融合趨勢。

然而,最新的乘用車汽油規(guī)格(API SN PLUS已于2018年推出, ILSAC GF-6計劃于2020年推出)包含旨在保護新型汽油直噴發(fā)動機免受低速預點火影響的試驗。這往往會限制鈣值的水平,有利于朝著使用更多的鎂基清凈劑方向發(fā)展。

最后,歐洲汽車制造商協(xié)會（European Automotive Manufacturers Association)的規(guī)范對潤滑油中允許的最大硫酸化灰分進行了限制,主要是為了防止排氣過濾器堵塞。鎂的每單位硫酸化灰會產(chǎn)生更高的總堿值,而在實際應用中，往往高總堿值是重要的。由于鈣和鎂都是潤滑油中的主要灰分來源,這也會通過提升處理率來限制清凈劑需求的增長。

抗氧化劑

幾十年來,二烷基二硫代磷酸鋅( ZDDPS)一直是汽車發(fā)動機油的主要成分,提供了一種經(jīng)濟有效的磨損保護和抗氧化性能。二烷基二硫代磷酸鋅有助于改進潤滑油中的低硫化灰、低磷與低硫特性,而這些化學成分參數(shù)在新配方中將受到限制。

總部位于英國的燃料和潤滑油添加劑公司 SBZ Corp.首席化學家安德魯奧格利指岀:二烷基二硫代磷酸鋅的需求目前會保持穩(wěn)定,未來則可能會減少。二烷基二硫代磷酸鋅具有許多正面的性能屬性。然而,為了保護昂貴和敏感的排放系統(tǒng),許多行業(yè)和原始設備制造商(OEM)的產(chǎn)品規(guī)范現(xiàn)在都對化學品組分進行了限制。

潤滑油配方可以在極低的二烷基二硫代磷酸鋅水平下配制。例如,符合 ACEA Cl質(zhì)量標準的乘用車發(fā)動機機油,最高磷含量為500份/百萬。隨著對二烷基二硫代磷酸鋅處理率的化學限制更為嚴格,而潤滑油的熱壓力和氧化壓力變得更大,補充抗氧化劑和耐磨成分為配方師提供了提高產(chǎn)品質(zhì)量水平的方法。

松原潤滑油技術(shù)經(jīng)理稱:“我們當然希望在這些因素的推動下,抗氧化劑的需求會進一步增加……我們相信,對于某些應用來說,與其它成分協(xié)同組合(例如酚胺)可能產(chǎn)生更多優(yōu)良的性能。然而,抗氧化劑的創(chuàng)新是有必要的。

奧格利認同:現(xiàn)在許多原始設備制造商都青睞的大量臺架氧化試驗肯定會推動抗氧化水平上升。配方學家必須能夠利用抗氧化成分之間的協(xié)同作用。

布朗補充說,最新的沃爾沃T-13氧化試驗也對重型柴油潤滑油的抗氧化性有著更高的要求。

化學方面的限制也推動了行業(yè)對附加耐磨成分的改良,盡管新的化學成分在不添加硫或磷的情況下難以實現(xiàn)同樣的效果。布朗說,含硼化合物已被廣泛測試,但對水的敏感性仍然是一個令人擔憂的問題。

布朗表示:其他可以替代二烷基二硫代磷酸鋅的輔助耐磨成分非常昂貴,而且效率不高。隨著向更低粘度等級的推進這一領(lǐng)域的開發(fā)工作仍需繼續(xù)。

摩擦改進劑

在不斷提高燃油經(jīng)濟性的過程中,摩擦改進劑是一個顯著進步的板塊,它降低了金屬對金屬的摩擦,但這種增長受到某些化學成分缺點的限制。歷史上,曾經(jīng)采用過經(jīng)濟效益較高的有機產(chǎn)品,例如單油酸甘油酯。

布朗表示:提高燃油經(jīng)濟性的同時保持耐久性不降低,這顯然是一個巨大的挑戰(zhàn)。試車周期愈加向“現(xiàn)實世界”靠攏的測試方向發(fā)展的變化也可能對配方需求產(chǎn)生影響。

研究人員已經(jīng)致力于尋找其他材料,包括那些具有更大減摩壽命的材料。事實證明,要取得突破是很困難的。其他良好的減摩材料已被找到,但要避免其他不足,如密封兼容性或減少沉淀物,一直是個挑戰(zhàn)。

鉬化合物也被廣泛使用,受到日本原始設備制造商的青睞。它們是有效的摩擦改進劑和抗氧化劑。但是,它們含有硫,因此處理速度受到化學成分管控和其他可能的不利因素(如腐蝕)的限制。

崛起和出局

曲軸箱添加劑的絕對需求仍然是市場動態(tài)的一個變數(shù)。大多數(shù)分析師預測亞洲市場,特別是中國區(qū)域?qū)�會出現(xiàn)增長,而歐洲和北美市場需求仍然保持穩(wěn)定。隨著新配方以不同的速度引入,較舊的技術(shù)仍然有其存在的空間和意義�；瘜W成分類型面臨的命運也會有所不同。

隨著發(fā)動機熱負荷的增加和化學成分管控限制了現(xiàn)有二烷基二硫代磷酸鋅技術(shù)的處理速度,未來對補充抗氧化劑的需求也可能進一步增加。摩擦改進劑也將在不斷地市場挑戰(zhàn)中成長進步,就是要尋找具有更長燃油經(jīng)濟性耐久性的新型材料。

分散劑需求預計將保持穩(wěn)定。但市場挑戰(zhàn)是要創(chuàng)造具有改進配方粘度等級的產(chǎn)品,以支持更好的燃油經(jīng)濟性效益。

由于配方的堿度和硫酸化灰分趨向于降低,預計2020年后某個時間金屬高堿清凈劑的需求量將減少。在這方面,乘用車將朝著更多鎂和更少鈣配方的方向發(fā)展。

新的配方成分創(chuàng)新始終是重要的,并將在未來幾年繼續(xù)挑戰(zhàn)行業(yè)中的化學家和配方設計師。

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