Compreendendo aditivos detergentes em óleos de motor: uma visão geral

Conteúdo

O que é Detergente para Óleos de Motor de Combustão Interna?

Funções dos Detergentes

Capacidade de Neutralização de Ácido

Capacidade de Detergência

Dispersão

Solubilização

Comparação de Desempenho dos Detergentes Principais

Tipos de detergentes para lubrificantes.

Sulfonato

Fenatos de alquila e fenatos de alquila sulfurados

 

O que é Detergente para Óleos de Motor de Combustão Interna?

 

 

Detergente (para óleos de motor de combustão interna) é um produto químico que pode limpar as peças do motor e mantê-las limpas, além de ajudar a suspender partículas sólidas indesejáveis ​​no óleo do motor. O detergente tem quatro funções: neutralização ácida, detergência, dispersão e solubilização.

Nas formulações de óleo de motor, a maioria dos detergentes usa sabões de metais alcalinos para neutralizar os ácidos orgânicos ou inorgânicos gerados durante a oxidação ou combustão.

Detergentes são geralmente combinados comdispersanteseZDDPe são usados ​​principalmente em óleos de motores de combustão interna.

 

• Em 1943, os Estados Unidos descobriram que o óleo de motor a diesel adicionado de sabões metálicos de ácidos carboxílicos orgânicos, como ácidos graxos solúveis em óleo ou ácidos naftênicos, poderia resolver o problema do aumento de depósitos de carbono nas ranhuras dos anéis de pistão, as pessoas chamam de detergente porque esse tipo de óleo O sabão de metal solúvel em óleo tem a capacidade de limpeza semelhante a um sabão solúvel em água.
• A pesquisa sobre detergentes começou comsabonetes de metal, e tornou-se popular com ácidos graxos e sabões de ácido naftênico. Devido à maioria dos sais metálicos de ácidos graxos e sais metálicos de ácido naftênico também serem catalisadores de oxidação para óleo lubrificante, eles foram substituídos por sulfonatos, fenatos e fosfatos com o desenvolvimento da indústria de lubrificantes.
• Nos aditivos lubrificantes modernos, os detergentes mais populares incluemSulfonatos, Alquilfenatos sulfurados, fosfonottiolato, Alquilsalicilatose Naftenatos. Os cinco tipos de detergentes são inicialmente aplicados com sais neutros.
• No final dos anos 1940 e início dos anos 1950, com o aumento dos motores a diesel superalimentados de alta potência e o aumento dos combustíveis contendo enxofre, bem como uma maior compreensão da neutralização dos detergentes, as pessoas começaram a desenvolverdetergentes básicosedetergentes sobre base.
• No final da década de 1950, foram desenvolvidos produtos detergentes com um valor base de 250 mg KOH/g.
• Atualmente, a quantidade de alto número de base de produtos leva a maioria dos aditivos de lubrificantes modernos, e o valor de base pode chegar a 400~500mgKOH/g. Mais de 75% dos detergentes são usados ​​em óleo de motor a gasolina e óleo de motor a diesel. A dosagem de detergente no óleo do motor do automóvel pode chegar a 3% ~ 15%, e o conteúdo no óleo do motor marítimo será ainda maior. Os óleos para cilindros marítimos (TBN 100) contêm até 30% de aditivos, a maioria desses aditivos são detergentes.

 

 

Funções dos Detergentes

 

Capacidade de Neutralização de Ácido
A maioria dos detergentes tem um valor base e alguns têm um valor base alto, que é chamado deNúmero base total (TBN), e TBN representa a capacidade de neutralizar ácidos. Diferentes sais metálicos têm diferentes habilidades de neutralização de ácido.

Os detergentes de sulfonato e fosfato alcalinos são sais alcalinos fortes de ácido forte, e apenas a parte alcalina do detergente, isto é, carbonato e hidróxido, pode neutralizar a capacidade ácida, enquanto sulfonatos e fosfatos neutros são sabões e não têm capacidade de neutralizar ácidos . No entanto, carboxilatos básicos, salicilatos e fenatos são sais de ácido fraco de base forte, tornando-os bases de Lewis. Não apenas a parte superalcalina tem a capacidade de neutralizar, mas também o sabão tem a capacidade de neutralizar o ácido.

Detergentes de alto valor básico são geralmente uma combinação de carbonatos (CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃, N / D₂CO₃, Li₂CO₃, etc.) e hidróxidos metálicos [Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Mg (OH)₂, NaOH, LiOH] e outros colóides no estado de superpartículas são dispersos em detergentes à base de metais neutros.

Os detergentes sobrebaseados com altas reservas de álcalis podem neutralizar continuamente os ácidos derivados da oxidação do óleo lubrificante e do óleo combustível, impedindo-os de uma maior condensação oxidativa e, assim, reduzindo os depósitos resinosos no motor. Ao mesmo tempo, também pode neutralizar o óxido de enxofre gerado após a combustão de combustíveis contendo enxofre, impedindo-o de sulfonar o óleo lubrificante;

Também pode neutralizar o ácido carboxílico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, etc. produzidos após a combustão da gasolina e impedir que atuem posteriormente nos hidrocarbonetos.

Devido à neutralização desses ácidos inorgânicos e ácidos orgânicos, evita-se a corrosão dessas substâncias ácidas nas partes metálicas do motor, o que é especialmente importante para óleos de motores a diesel e óleos marítimos que usam combustíveis com alto teor de enxofre.

 

Capacidade de Detergência

O detergente está na forma de micelas no óleo e tem forte adsorção sobre o indesejável filme resinoso e depósitos de carbono. Pode lavar o filme resinoso e o depósito de carbono aderido ao pistão e dispersá-los no óleo.

Em geral, quanto mais fortes forem as propriedades de dispersão, mais fortes serão as propriedades.

 

Dispersão

O detergente pode absorver as pequenas partículas sólidas como colóides e partículas de carbono que foram geradas e dispersá-las no óleo, evitando que se aglomerem para formar partículas grandes que aderem ao cilindro ou se depositam na lama.

 

Solubilização

Solubilização é o fenômeno em que solutos líquidos originalmente insolúveis em óleo são dissolvidos devido à adição de uma pequena quantidade de surfactante.

Os detergentes são alguns surfactantes, muitas vezes dispersos em óleo como micelas, que podem dissolver compostos contendo oxigênio contendo grupos hidroxila e carbonila, compostos contendo nitro, lama, fuligem e água. Essas substâncias são os intermediários para formar o filme de tinta. Eles são solubilizados no centro das micelas e rodeados pelas moléculas aditivas que formam as micelas, evitando assim mais oxidação e condensação e reduzindo a formação de películas de tinta e depósitos de carbono. De fato, a solubilização dos precursores de depósitos por detergentes, ou seja, a capacidade de tornar esses grupos funcionais altamente reativos menos ativos, evitando assim sua transformação em depósitos, é muito menos solubilizante do que muitos dispersantes sem cinzas.

 

Basicamente, o detergente consiste naGrupo Lipofílico, Grupo Polar e Grupo Hidrofílico.Conforme tabela a seguir:

 

ITEM	Grupo Lipofílico	Grupo Polar	Grupo Hidrofílico	Estrutura molecular
Sulfonato	alquilaril	grupo ácido sulfônico	Ca, Mg, Ba, Na
Alquilfenóis e alquilfenatos sulfurados	alquilaril	hidroxila fenólica	Ca, Ba
salicilatos de alquila	alquilaril	Salicilato	Ca, Mg, Ba
Tiofosfato	poliisobutileno n=17-20	fosforotioato ou ácido fosfórico	Ca, Ba

 

O desempenho de detergente e dispersão dos principais detergentes e dispersantes

Aditivos Lubrificantes	Capacidade de Solubilização		Habilidade de Dispersão			Capacidade de Detergência
	Sólido / por cento	Piruvato/(mmol/kg)	produtos de decomposição de ácidos orgânicos/ por cento	asfalto/ por cento	negro de fumo / por cento	Evitar a adsorção de negro de fumo / porcentagem	limpe o negro de fumo adsorvido / por cento	Evite a adsorção de negro de fumo sob campo elétrico/porcentagem
Salicilato de alquil cálcio	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
fenato de alquila	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
tiofosfato de bário	——	346	——	——	40	——	——	90
Sulfeto de alquilfenol de cálcio	——	24	——	——	38	——	——	50
sulfonato de magnésio	——	——	70	——	90	——	——	20
sulfonato de cálcio	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
succinimida	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

Comparação de Desempenho dos Detergentes Principais

ITEM	Dispersão	neutralização ácida	Solubilização	Anti Ferrugem	Antioxidação
Neutro, base sulfonato	meio	meio	meio	sim	não
Sulfonatos de base alta	meio	alto	meio	sim	não
Neutro, base fenato	baixo	meio	baixo	não	sim
Alquil fenato de base alta	baixo	alto	baixo	não	sim
alquilsalicilato	baixo	meio	baixo	não	sim
Tiofosfato	meio	meio	meio	não	sim

 

Tipos de detergentes para lubrificantes.

 

De acordo com a origem das matérias-primas, os detergentes sulfonados podem ser divididos em:

• Sulfonato de Petróleo;
• Sulfonato Sintético.

 

De acordo com o número base, os sulfonatos são divididos em:

• Sulfonato Neutro;
• Sulfonato de Número Base Médio;
• Sulfonato de Número Base Elevado;
• Sulfonato de número base super alto.

 

De acordo com o tipo de metal:

• Sulfonato de Cálcio;
• Sulfonato de Magnésio;
• Sulfonato de Sódio;
• e Sulfonato de Lítio.

 

Sulfonato

 

Sulfonato de Cálcioé o detergente sulfonato mais utilizado.

 

Devido ao baixo teor de cinzas doSulfonato de Magnésio, atende aos requisitos de óleo lubrificante com baixo teor de cinzas e possui boa resistência à ferrugem. É usado principalmente em óleo de motor a gasolina de alta qualidade e é relativamente fácil passar no teste de ferrugem MS Ⅱ D.

 

Como o sal de bário é um metal pesado e tóxico, sua aplicação é cada vez menor eSulfonato de Bárioé quase completamente eliminado como detergente de óleo lubrificante. Mas o Sulfonato de Bário tem excelente desempenho antiferrugem em vários metais e é adequado para uso comoAditivo Antiferrugem.

 

O sulfonato de cálcio sobrebaseado é formado pela dispersão do excesso de base nas micelas na forma de carbonato de cálcio (CaCO3) para formar um sulfonato sobrebaseado. A proporção de sal de cálcio (m) disperso como carbonato de cálcio para sal de cálcio de sulfonato (n) excede 30:1.

 

Os sulfonatos neutros ou de base baixa têm um melhor efeito de dispersão na fuligem e outras substâncias, enquanto os sulfonatos sobrebaseados têm melhor capacidade de neutralização e detergência em alta temperatura.
O sulfonato pode ser adsorvido firmemente na superfície do metal de ferro para formar uma película protetora impermeável, o que garante suabom desempenho antiferrugem.

Comparado com salicilato e fenato, o sulfonato é melhor que o salicilato e o fenato em termos de solubilização e dispersão, mas sob condições adversas de alta temperatura, a velocidade de neutralização e a detergência são piores que o salicilato e o fenato.
Em particular, todosaditivos de sulfonato têm fracas propriedades antioxidantes e anticorrosivas, eaditivos de sulfonato de alto valor básico ainda promovem a oxidação.
Para compensar a falta de antioxidante, além de combinar diferentes sulfonatos de base alta e baixa em óleos de motor modernos, é mais importante usar sulfonatos em combinação com sais alquílicos sulfurados, dispersantes e antioxidantes e -aditivos de corrosão.

Geralmente, o sulfonato temboa detergente de alta temperatura, forte capacidade de neutralização,boa resistência à ferrugem, ealguma dispersibilidade. Sua matéria-prima é de fácil obtenção e o preço é barato. Pode ser combinado com outros aditivos para preparar vários óleos para motores de combustão interna. Também é usado para óleos de motores e cilindros marítimos.

 

Fenatos de alquila e fenatos de alquila sulfurados

 

O detergente alquilfenol é um dos detergentes para óleo de motor que surgiram no final da década de 1930. Desde o início, esse tipo de aditivo foi rapidamente transformado em vários derivados, como alquilfenato sulfurado, alquilfenato de condensação de formaldeído, alquilfenato de condensação de formaldeído de amina.

Desde a década de 1950, com o desenvolvimento de vários motores a diesel de alta potência e a aplicação de combustíveis com alto teor de enxofre, a fim de resolver efetivamente os problemas de aumento dos depósitos de carbono nos pistões e corrosão e desgaste das camisas dos cilindros, os detergentes de alquilfenol foram gradualmente desenvolvidos para produtos de base alta com TBN 200~250.

Os sais de alquilfenol mais comumente usados ​​são sais de cálcio e sais de magnésio, e os mais comumente usados ​​são sais de cálcio.
No entanto, o desempenho do alquil fenato puro é ruim e é difícil de metalizar para produzir produtos básicos de alta qualidade, então o alquil fenato de sal sulfurado e o alquil fenato aparecem quase ao mesmo tempo e se tornam os mais amplamente utilizados no mundo hoje. Possui uma ampla gama de espécies e seu consumo perde apenas para os sulfonatos, e os fenatos alcalinos representam um terço do mercado de aditivos para detergentes lubrificantes.

 

De acordo com o número de base, alquilfenatos sulfurados incluem:

 

 

• Fenato de alquil sulfurado de baixa base (TBN100);
• Fenato de alquil sulfurado de base média (TBN150);
• Alquifenato sulfurado de base alta (TBN250);
• Fenato de alquil sulfonado de base superalta (TBN300).

 

 

Características do fenato sulfurado:

 

• O alquilfenato sulfurado é fácil de dissociar no meio oleoso, por isso tem um efeito particularmenteboa capacidade de neutralizaçãoeexcelente anti-oxidação e anti-corrosãopropriedades.

• alquilfenato sulfurado tem particularmenteboa detergente de alta temperatura, e é particularmente eficaz na supressão de depósitos de carbono na ranhura do anel superior do óleo de motor diesel superalimentado. É um dos aditivos indispensáveis ​​para óleo de motor diesel sobrealimentado;

• O alquilfenato sulfurado é amplamente utilizado em vários graus de óleo de motor de combustão interna devido à suaboa retenção de álcalis e capacidade de separação de água, e ainda é um dos principais aditivos do óleo lubrificante marítimo.

 

A diferença entre detergentes de fenato e detergentes de sulfonato:

 

Tanto o sulfonato de base alta quanto o fenato de alquila de base alta têm boacapacidade de neutralização de ácidos.

Sulfonato de base alta pode reduzir o desempenho antioxidante em Lubrificantes. Mas o fenato de alquila de base alta tem propriedades antioxidantes.

 

O alquilfenato sulfurado é combinado com outros detergentes, dispersantes e ZDDP e é amplamente utilizado em vários óleos de motores de combustão interna, especialmente em óleos de motores a diesel sobrealimentados para reduzir os depósitos de carbono. Mantém boa alcalinidade e é muito utilizado em óleos de cilindros marítimos, por isso foi desenvolvido em larga escala nos países ocidentais e se tornou um dos aditivos lubrificantes mais importantes da atualidade.