Comprender los aditivos detergentes en los aceites de motor: una descripción general

Contenido

¿Qué es el Detergente para Aceites de Motores de Combustión Interna?

Funciones de los detergentes

Capacidad de neutralización de ácido

Capacidad de detergencia

Dispersión

Solubilización

Comparación de rendimiento de los principales detergentes

Tipos de detergentes para Lubricantes.

sulfonato

Alquilfenatos y alquilfenatos sulfurados

 

¿Qué es el Detergente para Aceites de Motores de Combustión Interna?

 

 

El detergente (para aceites de motor de combustión interna) es un producto químico que puede limpiar las piezas del motor y mantenerlas limpias, y ayudar a suspender partículas sólidas indeseables en el aceite del motor. El detergente tiene cuatro funciones: neutralización de ácidos, detergencia, dispersión y solubilización.

En las formulaciones de aceite de motor, la mayoría de los detergentes utilizan jabones de metales alcalinos para neutralizar los ácidos orgánicos o inorgánicos generados durante la oxidación o la combustión.

Los detergentes se combinan generalmente condispersantesyZDDPy se utilizan principalmente en aceites de motor de combustión interna.

 

• En 1943, los Estados Unidos descubrieron que el aceite de motor diesel adicionado con jabones metálicos de ácido carboxílico orgánico, como ácidos grasos solubles en aceite o ácidos nafténicos, podría resolver el problema del aumento de los depósitos de carbón en las ranuras de los anillos del pistón, la gente lo llama detergente porque este tipo de El jabón de metal soluble en aceite tiene una capacidad de limpieza similar a la de un jabón soluble en agua.
• La investigación sobre los detergentes comenzó conjabones metalicos, y se hizo popular entre los ácidos grasos y los jabones de ácido nafténico. Debido a que la mayoría de las sales metálicas de ácidos grasos y las sales metálicas de ácidos nafténicos también son catalizadores de oxidación del aceite lubricante, fueron reemplazadas por sulfonatos, fenatos y fosfatos con el desarrollo de la industria de los lubricantes.
• En los aditivos lubricantes modernos, los detergentes más populares incluyenSulfonatos, Alquilfenatos sulfurados, Fosfonotiolato, Salicilatos de alquiloy naftenatos. Los cinco tipos de detergentes se aplican inicialmente con sales neutras.
• A fines de la década de 1940 y principios de la de 1950, con el aumento de los motores diesel sobrealimentados de alta potencia y el aumento de los combustibles que contienen azufre, así como una mayor comprensión de la neutralización de los detergentes, la gente comenzó a desarrollardetergentes baseydetergentes de base.
• A fines de la década de 1950, se desarrollaron productos detergentes con un valor base de 250 mg KOH/g.
• En la actualidad, la cantidad de base alta de productos toma la mayoría de los aditivos lubricantes modernos, y el valor base puede alcanzar hasta 400~500mgKOH/g. Más del 75 por ciento de los detergentes se utilizan en aceite de motor de gasolina y aceite de motor diésel. La dosis de detergente en el aceite de motor de automóvil puede alcanzar el 3 por ciento ~ 15 por ciento, y el contenido en aceite de motor marino será aún mayor. Los aceites para cilindros marinos (TBN 100) contienen hasta un 30 por ciento de aditivos, la mayoría de estos aditivos son detergentes.

 

 

Funciones de los detergentes

 

Capacidad de neutralización de ácido
La mayoría de los detergentes tienen un valor base y algunos tienen un valor base alto, que se denominaNúmero base total (TBN), y TBN representa la capacidad de neutralizar ácidos. Diferentes sales metálicas tienen diferentes capacidades de neutralización de ácidos.

Los detergentes alcalinos de sulfonato y fosfato son sales alcalinas fuertes de ácido fuerte, y solo la parte demasiado alcalina del detergente, es decir, el carbonato y el hidróxido, pueden neutralizar la capacidad ácida, mientras que los sulfonatos y fosfatos neutros son jabones y no tienen la capacidad de neutralizar los ácidos. . Sin embargo, los carboxilatos, salicilatos y fenatos básicos son sales de ácido débil con base fuerte, lo que las convierte en bases de Lewis. No solo la parte demasiado alcalina tiene la capacidad de neutralizar, sino que también el jabón tiene la capacidad de neutralizar el ácido.

Los detergentes de alto valor base son generalmente una combinación de carbonatos (CaCO₃, BACO₃, MgCO₃, N / A₂CO₃, li₂CO₃, etc.) e hidróxidos metálicos [Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, magnesio (OH)₂, NaOH, LiOH] y otros coloides en estado de superpartículas se dispersan en detergentes neutros a base de metales.

Los detergentes con exceso de base con altas reservas de álcali pueden neutralizar continuamente los ácidos derivados de la oxidación del aceite lubricante y el fuel oil, evitando que se produzca una mayor condensación oxidativa y, por lo tanto, reduciendo los depósitos resinosos en el motor. Al mismo tiempo, también puede neutralizar el óxido de azufre generado después de la combustión de combustibles que contienen azufre, evitando que sulfonen el aceite lubricante;

También puede neutralizar el ácido carboxílico, el ácido sulfúrico, el ácido nítrico, etc. producidos después de la combustión de la gasolina, y evitar que sigan actuando sobre los hidrocarburos.

Debido a la neutralización de estos ácidos inorgánicos y ácidos orgánicos, se evita la corrosión de estas sustancias ácidas en las partes metálicas del motor, lo que es especialmente importante para los aceites de motor diésel y los aceites marinos que utilizan combustibles con alto contenido de azufre.

 

Capacidad de detergencia

El detergente está en forma de micelas en el aceite y tiene una fuerte adsorción en la película resinosa indeseable y los depósitos de carbón. Puede lavar la película resinosa y el depósito de carbón adherido al pistón y dispersarlos en el aceite.

En general, cuanto más fuertes sean las propiedades de dispersión, más fuertes serán las propiedades.

 

Dispersión

El detergente puede absorber las pequeñas partículas sólidas, como las partículas coloidales y de carbón, que se han generado y dispersarlas en el aceite, evitando que se aglomeren para formar partículas grandes que se adhieran al cilindro o se asienten en el lodo.

 

Solubilización

La solubilización es el fenómeno por el cual los solutos líquidos que originalmente eran insolubles en aceite se disuelven debido a la adición de una pequeña cantidad de surfactante.

Los detergentes son algunos tensioactivos, a menudo dispersos en aceite como micelas, que pueden disolver compuestos que contienen oxígeno que contienen grupos hidroxilo y carbonilo, compuestos que contienen nitro, lodos, hollín y agua. Estas sustancias son los intermediarios para formar la película de pintura. Se solubilizan en el centro de las micelas y están rodeados por las moléculas de aditivo que forman las micelas, lo que evita una mayor oxidación y condensación y reduce la formación de películas de pintura y depósitos de carbón. De hecho, la solubilización de los precursores de depósito por los detergentes, es decir, la capacidad de hacer que estos grupos funcionales altamente reactivos sean menos activos, evitando así su transformación en depósitos, es mucho menos solubilizante que muchos dispersantes sin cenizas.

 

Básicamente, el detergente consiste en laGrupo Lipófilo, Grupo Polar y Grupo Hidrofílico.Como la siguiente tabla:

 

ARTÍCULO	Grupo lipofílico	grupo polar	Grupo hidrofílico	Estructura molecular
sulfonato	alquilarilo	grupo ácido sulfónico	Ca, Mg, Ba, Na
Alquilfenoles y Alquilfenatos Sulfurados	alquilarilo	hidroxilo fenólico	ca, ba
Salicilatos de alquilo	alquilarilo	Salicilato	Ca, Mg, Ba
tiofosfato	poliisobutileno n=17-20	fosforotioato o ácido fosfórico	ca, ba

 

El desempeño detergente y de dispersión de los principales detergentes y dispersantes

Aditivos lubricantes	Capacidad de solubilización		Capacidad de dispersión			Capacidad de detergencia
	Sólido / porcentaje	Piruvato/(mmol/kg)	productos de descomposición de ácidos orgánicos/ porcentaje	asfalto/ por ciento	negro de humo / porcentaje	Evitar la adsorción de negro de carbón / porcentaje	limpiar el negro de carbón adsorbido / porcentaje	Evitar la adsorción de negro de carbón bajo campo eléctrico/porcentaje
Salicilato de alquilo de calcio	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
fenato de alquilo	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
tiofosfato de bario	——	346	——	——	40	——	——	90
Sulfuro de alquilfenol de calcio	——	24	——	——	38	——	——	50
sulfonato de magnesio	——	——	70	——	90	——	——	20
sulfonato de calcio	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
succinimida	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

Comparación de rendimiento de los principales detergentes

ARTÍCULO	Dispersión	Neutralización de ácidos	Solubilización	Antióxido	Antioxidación
Neutro, Base sulfonato	medio	medio	medio	Sí	No
Sulfonatos de base alta	medio	alto	medio	Sí	No
Neutro, fenato base	bajo	medio	bajo	No	Sí
Fenato de alquilo de base alta	bajo	alto	bajo	No	Sí
salicilato de alquilo	bajo	medio	bajo	No	Sí
tiofosfato	medio	medio	medio	No	Sí

 

Tipos de detergentes para Lubricantes.

 

Según el origen de las materias primas, los detergentes de sulfonato se pueden dividir en:

• sulfonato de petróleo;
• Sulfonato sintético.

 

Según el número base, los sulfonatos se dividen en:

• Sulfonato Neutro;
• Sulfonato de Número Base Medio;
• Sulfonato de alto índice de base;
• Sulfonato de número base súper alto.

 

Según el tipo de metal:

• sulfonato de calcio;
• sulfonato de magnesio;
• sulfonato de sodio;
• y sulfonato de litio.

 

sulfonato

 

Sulfonato de calcioes el detergente de sulfonato más utilizado.

 

Debido al bajo contenido de cenizas deSulfonato de magnesio, cumple con los requisitos de aceite lubricante bajo en cenizas y tiene buena resistencia a la oxidación. Se usa principalmente en aceite de motor de gasolina de alto grado y es relativamente fácil de pasar la prueba de óxido MS Ⅱ D.

 

Como la sal de bario es un metal pesado y tóxico, su aplicación es cada vez menor, ySulfonato de bariose elimina casi por completo como detergente de aceite lubricante. Pero el sulfonato de bario tiene un excelente rendimiento antioxidante en varios metales y es adecuado para su uso comoAditivo antioxidante.

 

El sulfonato de calcio sobrebasificado se forma dispersando el exceso de base en las micelas en forma de carbonato de calcio (CaCO3) para formar un sulfonato sobrebasificado. La relación de sal de calcio (m) dispersada como carbonato de calcio a sal de calcio de sulfonato (n) excede de 30:1.

 

Los sulfonatos neutros o bajos en base tienen un mejor efecto de dispersión sobre el hollín y otras sustancias, mientras que los sulfonatos sobrebásicos tienen una mejor capacidad de neutralización y detergencia a alta temperatura.
El sulfonato se puede adsorber firmemente en la superficie del metal de hierro para formar una película protectora impermeable, que asegura subuen rendimiento antioxidante.

En comparación con el salicilato y el fenato, el sulfonato es mejor que el salicilato y el fenato en términos de solubilización y dispersión, pero en condiciones adversas de alta temperatura, la velocidad de neutralización y la detergencia son peores que el salicilato y el fenato.
En particular, todosLos aditivos de sulfonato tienen malas propiedades antioxidantes y anticorrosivas., ylos aditivos de sulfonato de alto valor básico incluso promueven la oxidación.
Para compensar la falta de antioxidación, además de la composición de diferentes sulfonatos básicos altos y bajos en los aceites de motor modernos, es más importante usar sulfonatos en combinación con sales de alquilo sulfuradas, dispersantes y antioxidantes y antioxidantes. -aditivos de corrosión.

Generalmente, el sulfonato tienebuena detergencia a alta temperatura, fuerte capacidad de neutralización,buena resistencia a la oxidación, yalgo de dispersabilidad. Su materia prima es fácil de obtener y el precio es económico. Puede combinarse con otros aditivos para preparar varios aceites para motores de combustión interna. También se utiliza para aceites de motor y cilindros marinos.

 

Alquilfenatos y alquilfenatos sulfurados

 

El detergente Alkylphenplte es uno de los detergentes para aceite de motor que apareció a fines de la década de 1930. Desde el principio, este tipo de aditivo se convirtió rápidamente en varios derivados, como el alquilfenato sulfurado, el alquilfenato de condensación de formaldehído, el fenato de alquilo de condensación de formaldehído de amina.

Desde la década de 1950, con el desarrollo de varios motores diesel de alta potencia y la aplicación de combustibles con alto contenido de azufre, con el fin de resolver eficazmente los problemas del aumento de los depósitos de carbón en los pistones y la corrosión y el desgaste de las camisas de los cilindros, los detergentes de alquilfenol se han desarrollado gradualmente hacia productos de base alta con TBN 200~250.

Las sales de alquilfenol más utilizadas son las sales de calcio y las sales de magnesio, y las más utilizadas son las sales de calcio.
Sin embargo, el rendimiento del fenato de alquilo puro es deficiente y es difícil de metalizar para producir productos con alto contenido básico, por lo que el fenato de alquilo de sal sulfurada y el fenato de alquilo aparecen casi al mismo tiempo y se convierten en los más utilizados en el mundo en la actualidad. Tiene una amplia gama de especies, y su consumo solo es superado por los sulfonatos, y los fenatos alcalinos representan un tercio del mercado de aditivos para detergentes lubricantes.

 

Según el número de base, los fenatos de alquilo sulfurados incluyen:

 

 

• fenato de alquilo sulfurado de base baja (TBN100);
• fenato de alquilo sulfurado de base media (TBN150);
• Alquifenato sulfurado de alta base (TBN250);
• Calcio fenato de alquilo sulfurado de base súper alta (TBN300).

 

 

Características del fenato sulfurado:

 

• El alquilfenato sulfurado es fácil de disociar en el medio oleoso, por lo que tiene una particularbuena capacidad de neutralizaciónyexcelente anti-oxidación y anti-corrosiónpropiedades.

• El alquilfenato sulfurado tiene particularbuena detergencia a alta temperatura, y es particularmente eficaz para suprimir los depósitos de carbón en la ranura del anillo superior del aceite de motor diesel sobrealimentado. Es uno de los aditivos indispensables para el aceite de motor diesel sobrealimentado;

• El alquilfenato sulfurado se usa ampliamente en varios grados de aceite de motor de combustión interna debido a subuena capacidad de retención de álcali y separación de agua, y sigue siendo uno de los principales aditivos del aceite lubricante marino.

 

La diferencia entre los detergentes de fenato y los detergentes de sulfonato:

 

Tanto el sulfonato de base alta como el fenato de alquilo de base alta tienen buenacapacidad de neutralización de ácidos.

El sulfonato de base alta puede reducir el rendimiento antioxidante en los lubricantes. Pero el fenato de alquilo de base alta tiene propiedades antioxidantes.

 

El alquilfenato sulfurado se combina con otros detergentes, dispersantes y ZDDP, y se usa ampliamente en varios aceites para motores de combustión interna, especialmente en aceites para motores diesel sobrealimentados para reducir los depósitos de carbono. Mantiene una buena alcalinidad y es muy utilizado en aceite para cilindros marinos, por lo que se ha desarrollado a gran escala en los países occidentales y se ha convertido en uno de los aditivos lubricantes más importantes en la actualidad.