油液分析：润滑油添加剂包组分未来发展趋势
对曲轴箱发动机油新的要求将推动润滑油配方的改变。添加剂包中某些成分类型的使用需求将增大,而某些成分类型使用从长期看将持续下降。无论是对添加剂生产商还是原料倛应商来说,了解清楚现有的资源情况,对于未来的硏究、规划和开发以及投资都非常重要。
未来十年,内燃机的润滑油配方将受环境法规驱动改变,尤其是燃油经济性和排放控制标准的要求。它们的目标是减少二氧化碳、硫和氮氧化物以及颗粒物,以改善空气质量。行业机构和原始设备制造商不断对车辆硬件进行更改,以满足新法规的要求。新的规格和修改后的润滑剂配方将为新标准的乘用车、摩托车、船用和重型柴油发动机提供润滑保护。
韩国化工公司松原工业集团( Songwon Industrial G.)销售和业务开发经理菲利普·科利尔( Philip Collier)表示:“影响未来部件需求的主要市场趋势是增加换油周期、降低油底壳液位、提高运行温度和缩小发动机体积,所有这些都增加了润滑油的氧化压力。”
一些润滑油成分限制旨在通过限制硫酸盐灰分、磷和硫(称为SAPS)的水平以保护排放控制系统。采用较低粘度等级的产品有助于提高燃油经济性;然而,这给配方设计师如何确保润滑油的耐久性方面带来了新的挑战。
添加剂制造商雅富顿化学技术总监艾莉戴尔·布朗表示:“未来的化学法规也可能很重要,例如目前对四丙烯基苯酚的限制规定,而其他含钼、硼或锌的材料将来也可能会受到影响。”
到2020年,船用润滑油将需要符合更严格的船用燃料硫含量上限标准。润滑油配方的变化将推动添加剂包装技术改进和促使某些配方成分类型发生变化。哪些成分类型配比可能会增长,哪些又会下降?
从灰分到无灰
无灰分散剂主要用于轿车、摩托车和重型柴油曲轴箱油。它们有助于防止油泥、漆膜和其他沉积物在临界表面形成。它们还控制着燃烧过程中形成烟炱而造成粘度增加,这些烟炱会进入曲轴箱油中。
分散剂常见的主要成分,占汽车润滑油添加剂包的30%到60‰。随着润滑油转向低粘度以提高燃油经济性,分散剂中聚合物的稠度问题会变得越来越尖锐。
桑加蒙咨询公司的罗尔夫·哈特利表示:润滑油市场的发展大趋势是通过降低机油粘度来最大限度地提高燃油经济性。为了实现燃油经济性粘度级别润滑油的低温特性需要使用髙浓度分散剂,会使润滑油的配方复杂化。它促使配方设计者使用较轻质的基础油,从而导致更高的挥发性润滑剂。
哈特利表示:分散剂不会因化学成分的限制而被弃用,它们仍将是未来配方的关键组成部分,市场需求预计将保持稳定或略有增长。未来的改进方面,需要一种低粘度的柴油烟炱分散剂,以便于研制燃油经济性等级的润滑油。这将大大降低配比和添加剂包粘度,并将大大提高成品油配方的灵活性。
金属清净剂
大多数金属清净剂是基于钙或镁附着于油溶性有杋皂,通常是磺酸盐,苯甲酸盐或水杨酸羧酸盐。高碱性清净剂有一个碱芯,提供碱值,中和酸性燃烧和氧化副产物。清净剂的主要功能是控制发动机中的沉积物,减少腐蚀和生锈。它还有另个好处,如氧化抑制。
金属清净剂最大的市场在于船用机油。该行业的一个关键影响因素是国际海事组织的2020年海洋燃料法规。该法规从2020年1月1日起执行,将对开放水域中海洋燃料的硫限值从3.5%降至0.5%。其目的是进一步大幅减亼船舶空气污染物,特别是硫氧化物。这一变化将导致市场所需的高碱清净剂大大减少,因为要中和的硫氧化物中的酸更少了。在该法规出台之前,壳牌船用油已经推岀了一种较低的酸值基数的新产品。另一方面,新燃料的可用性仍存在不确定性,高碱值配方仍将是大众所好。
乘用车润滑油方面,为了应对日益增长的燃油经济性要求的挑战,已经出现了含钙清净剂系统配方使用的融合趋势。
然而,最新的乘用车汽油规格(API SN PLUS已于2018年推出, ILSAC GF-6计划于2020年推出)包含旨在保护新型汽油直喷发动机免受低速预点火影响的试验。这往往会限制钙值的水平,有利于朝着使用更多的镁基清净剂方向发展。
最后,欧洲汽车制造商协会（European Automotive Manufacturers Association)的规范对润滑油中允许的最大硫酸化灰分进行了限制,主要是为了防止排气过滤器堵塞。镁的每单位硫酸化灰会产生更高的总碱值,而在实际应用中，往往高总碱值是重要的。由于钙和镁都是润滑油中的主要灰分来源,这也会通过提升处理率来限制清净剂需求的增长。
抗氧化剂
几十年来,二烷基二硫代磷酸锌( ZDDPS)一直是汽车发动机油的主要成分,提供了一种经济有效的磨损保护和抗氧化性能。二烷基二硫代磷酸锌有助于改进润滑油中的低硫化灰、低磷与低硫特性,而这些化学成分参数在新配方中将受到限制。
总部位于英国的燃料和润滑油添加剂公司 SBZ Corp.首席化学家安德鲁奧格利指岀:二烷基二硫代磷酸锌的需求目前会保持稳定,未来则可能会减少。二烷基二硫代磷酸锌具有许多正面的性能属性。然而,为了保护昂贵和敏感的排放系统,许多行业和原始设备制造商(OEM)的产品规范现在都对化学品组分进行了限制。
润滑油配方可以在极低的二烷基二硫代磷酸锌水平下配制。例如,符合 ACEA Cl质量标准的乘用车发动机机油,最高磷含量为500份/百万。随着对二烷基二硫代磷酸锌处理率的化学限制更为严格,而润滑油的热压力和氧化压力变得更大,补充抗氧化剂和耐磨成分为配方师提供了提高产品质量水平的方法。
松原润滑油技术经理称:“我们当然希望在这些因素的推动下,抗氧化剂的需求会进一步增加……我们相信,对于某些应用来说,与其它成分协同组合(例如酚胺)可能产生更多优良的性能。然而,抗氧化剂的创新是有必要的。
奥格利认同:现在许多原始设备制造商都青睐的大量台架氧化试验肯定会推动抗氧化水平上升。配方学家必须能够利用抗氧化成分之间的协同作用。
布朗补充说,最新的沃尔沃T-13氧化试验也对重型柴油润滑油的抗氧化性有着更高的要求。
化学方面的限制也推动了行业对附加耐磨成分的改良,尽管新的化学成分在不添加硫或磷的情况下难以实现同样的效果。布朗说,含硼化合物已被广泛测试,但对水的敏感性仍然是一个令人担忧的问题。
布朗表示:其他可以替代二烷基二硫代磷酸锌的辅助耐磨成分非常昂贵,而且效率不高。随着向更低粘度等级的推进这一领域的开发工作仍需继续。
摩擦改进剂
在不断提高燃油经济性的过程中,摩擦改进剂是一个显著进步的板块,它降低了金属对金属的摩擦,但这种增长受到某些化学成分缺点的限制。历史上,曾经采用过经济效益较高的有机产品,例如单油酸甘油酯。
布朗表示:提高燃油经济性的同时保持耐久性不降低,这显然是一个巨大的挑战。试车周期愈加向“现实世界”靠拢的测试方向发展的变化也可能对配方需求产生影响。
研究人员已经致力于寻找其他材料,包括那些具有更大减摩寿命的材料。事实证明,要取得突破是很困难的。其他良好的减摩材料已被找到,但要避免其他不足,如密封兼容性或减少沉淀物,一直是个挑战。
钼化合物也被广泛使用,受到日本原始设备制造商的青睐。它们是有效的摩擦改进剂和抗氧化剂。但是,它们含有硫,因此处理速度受到化学成分管控和其他可能的不利因素(如腐蚀)的限制。
崛起和出局
曲轴箱添加剂的绝对需求仍然是市场动态的一个变数。大多数分析师预测亚洲市场,特别是中国区域将会出现增长,而欧洲和北美市场需求仍然保持稳定。随着新配方以不同的速度引入,较旧的技术仍然有其存在的空间和意义。化学成分类型面临的命运也会有所不同。
随着发动机热负荷的增加和化学成分管控限制了现有二烷基二硫代磷酸锌技术的处理速度,未来对补充抗氧化剂的需求也可能进一步增加。摩擦改进剂也将在不断地市场挑战中成长进步,就是要寻找具有更长燃油经济性耐久性的新型材料。
分散剂需求预计将保持稳定。但市场挑战是要创造具有改进配方粘度等级的产品,以支持更好的燃油经济性效益。
由于配方的碱度和硫酸化灰分趋向于降低,预计2020年后某个时间金属高碱清净剂的需求量将减少。在这方面,乘用车将朝着更多镁和更少钙配方的方向发展。
新的配方成分创新始终是重要的,并将在未来几年继续挑战行业中的化学家和配方设计师。
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