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油溶性PAG和水溶性PAG的区别
2014-11-06 10:05:47  Lube-Tech  OLM周刊  浏览次数:

摘要:PAG(polyalkylene glycol)是一种人工合成的液体,可以用来作为生产润滑油的基础油。

一.什么是PAG

PAG(polyalkylene glycol)是一种人工合成的液体,可以用来作为生产润滑油的基础油,在API的基础油分类中,属于API-V类油,属于合成油的一种。PAG(聚乙二醇)至今已经有50多年的商业运用历史,解决了许多普通矿物油不能胜任的润滑难题。
常规的水溶性PAG由环氧乙烷(ethylene oxide,简记为EO)或者环氧丙烷(propylene oxide,简记为PO)聚合而来,有许多优点,例如摩擦系数低(抗磨减磨)、低温性能好(可以在较低温度下使用)、黏度指数高(黏度随温度变化较小)、高温下不结焦积碳。另外,通过控制PAG的合成过程,可以生产出不同分子结构的PAG,这一优点使得PAG的运用不只限于润滑材料,还可以生产出更多工业用途的PAG。但是传统的PAG有两个缺点——与烃不相容,也就意味着与矿物油、合成烃(PAO或者SHC)不能相混。另外,传统的PAG还具有较强的吸湿性。
 
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OSP的分子结构,图中PO和BO呈随意组合,如果是单纯的BO聚合PAG,则M=0
例如,水溶性PAO(water-soluble polyalkylene glycols)是EO和PO聚合而成,通过改变EO和PO之间的聚合比例以及分子聚合结构,可以把水溶性PAG做成许多不同的黏度,最大的甚至可以达到5万厘斯(40℃时的运动粘度),这让PAG可以符合许多不同用途的要求。另外,通过在设计中引入不同的功能性元素、官能团,可以实现为客户的运用场合特点量身定做PAG产品。水溶性PAG现在已经取得了广泛的运用,例如制作润滑油、淬火油、金属加工液、液压油、纺织用油等等。 
由于水溶性PAG与矿物油的难容性,在运用上造成了两个麻烦:1)对于用户来说,如果他们原来使用的润滑油是矿物油或者合成烃(PAO/SHC/PIB),在改用PAG时需要专门冲洗,许多设备由于设计原因,润滑系统里总是会留有一定的矿物油残留,因此改用PAG比较麻烦。2)对于润滑油生产者来说,由于普通PAG不能混到矿物油里,因此PAG不能添加到矿物油里,帮助改善矿物油的性能。而酯类油、聚异丁烯(polyisobutylene,简记为PIB),聚α烯烃(polyalphaolefin,简记为PAO)则可以加到矿物油里,改善矿物油的性能。从这个意义上,普通PAG的运用受到了限制。 

二.油溶性PAG
现在,新型的PAG已经面世,与常规的水溶性PAG相比,油溶性PAG性能上有了进一步改善。油溶性PAG(Oil Soluble Polyalkylene Glycols)也简写为OSP,除了具有常规PAG的优点,油溶性PAG还具有一个重要优点:可以与矿物油相容,因此也称为油溶性PAG。这一特性的优点是:OSP除了可以作为高性能润滑油的基础油之外,还可以添加到矿物油中,改善矿物油的性能,延长矿物润滑油的使用寿命、增加矿物油的减磨性能、减少积碳结焦。也就是说,由于具有油溶性,油溶性PAG既可以作为基础油生产高档润滑油,还可以作为添加剂,用于改善普通润滑油的性能,这就大大拓展了OSP的可用前景。
三.油溶性PAG的性质探究:

1.减少积碳和结焦:

水溶性PAG和油溶性PAG都具有极佳的防结焦功能,高温下不会产生结焦残留物,可以避免积碳和漆膜的生成。例如使用PAG的螺杆式压缩机油,螺杆金属摩擦面之间可以保持光亮,表面不易结垢。把油溶性PAG加入到API-I类基础油中,使用ASTM D-2893B进行测试,哪怕添加量少到只有1%,都可以观察到明显的氧化积垢物减少。这些积垢难溶物就是普通润滑油氧化时产生的氧化副产物,这些物质不溶于润滑油,但是可溶于油里添加的OSP,因此可以被清除掉。这个优点让OSP可以作为添加剂用在汽车机油、透平油(汽轮机油、燃汽轮机油)、压缩机油、齿轮油里,帮助改善矿物油容易生成油泥、积碳、漆膜的问题,此外,添加OSP还有助于延长润滑油的使用寿命。

2.润滑减磨性能:
使用微牵引力试验台(Mini-traction Machine,简记为MTM)对油溶性PAG的牵引系数进行测量,在PAO中加入一定百分比的油溶性PAG(OSP),检测加入不同百分比OSP之后,摩擦面测定的牵引力,研究OSP的减磨作用。通过实验发现,油溶性PAG分子具有极性,与金属表面具有亲和力,可以吸附在金属表面,形成润滑保护层。OSP的摩擦系数很低,形成的油膜与金属之间摩擦较小,达到良好的润滑抗磨作用。例如,在机油里,为了改善减磨作用,可以加入少量酯类油调配,但是酯类油有一个缺点:大多数酯类油很容易水解,而OSP的水解稳定性比酯类油强得多,因此,OSP不失为机油的良好抗磨剂。当然,除了机油之外,其它的润滑油也可以从OSP的优点中获益。

3.蒸发损失率:
测试方法根据CEC-L-40,分别测定黏度等级为32,46,和68号OSP的蒸发损失(OSP损失量以%计算),测试分别使用了两组对照,一组是没有加添加剂的OSP(32,46,68号),另一组OSP里加入了一定浓度的抗氧化剂(烷基化二苯胺:alkylated diphenylamine),对比蒸发损失,实验结果如图:
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蓝色:没有添加抗氧化剂的油溶性PAG蒸发损失率
红色:加入了1%的抗氧化剂的油溶性PAG蒸发损失率
绿色:加入了2%的抗氧化剂的油溶性PAG蒸发损失率

4.油溶性PAG的抗氧化性:
润滑油变质主要是因为氧化,润滑油的抗氧化性有助于延长润滑油的使用寿命。通过旋转压力容器试验(RPVOT:Rotary Pressure Vessel Oxidation Test,ASTM  D2272)检测润滑油的氧化安定性,实验结果显示,在没有加入抗氧化剂之前,OSP的抗氧化性表现不及PAO以及酯类油,但是加入抗氧化剂后,OSP的抗氧化性可以得到很大的提升,与胺类抗氧化剂配合使用效果较好。
四.油溶性PAG的优点:
和水溶性PAG相比,油溶性PAG具有这么几方面优点:
1)吸湿性没有水溶性PAG大,因此吸湿性得到了改善。
2)和油类的相容性使得OSP合成油比水溶性PAG具有更广泛的用途,既可以作为基础油,也可以作为添加剂使用。
3)用户如果原来使用矿物型润滑油,需要改用PAG的话,使用油溶性PAG可以使油品切换简单许多。水溶性PAG与矿物油和PAO都不能相容,而大多数油类都是矿物油。
4)油溶性PAG与橡胶和密封圈的相容性优于水溶性PAG。
五.油溶性PAG的用途:
除了可以作为基础油,调配高档润滑油外,OSP还可以作为添加剂使用:
1.      车用油行业:传统的PAG与机油不能相容,但是OSP解决了这个问题。机油里加入OSP,可以改善机油的清净分散功能,减少发动机积碳和结垢问题。
2.      金属加工行业:OSP较高的极性使其具有较强的表面活性和油膜强度,具有较强的清洗功能,有效防止金属料屑的沉积,促进金属加工液的极压/抗磨性能。
3.      风电行业:PAG具有较低的摩擦系数,形成较厚的润滑油膜,可以用于风电齿轮箱的润滑油,降低齿轮啮合的摩擦和温度。
4.      液压系统和透平机系统:可以防止液压油和汽轮机油、燃汽轮机油产生漆膜问题,防止伺服阀因为漆膜问题而引起的故障。
5.      OSP具有很低的苯胺点,再加上与矿物油和PAO相容,因此加入OSP可以促进某些关键的添加剂在II类油、III类油或者PAO里的溶解度,使关键的添加剂在油里溶解得更好。
6.      调配润滑脂:OSP调配润滑脂产量高,同样的皂基产出更多润滑脂,此外还具有节能,调配出来的润滑脂外观平滑、添加剂溶解度提高、滴点高等优点。
60多年来,合成油在工业运用领域得到了长足发展,相对“全能”的PAG也占领了合成油市场约24%的市场份额。低倾点、超宽的黏度范围、不易生成漆膜、清净分散性好、节能等优点让PAG的运用得到了长足的发展。目前,PAG还有水溶性和非水溶性可供选择,这些优点让PAG成为高性能的合成油。水溶性PAG还是环保润滑油(确切的说PAG不属于油类,属于合成润滑液)的理想选择,在船用油方面也有广阔的运用前景,因此,随着环保要求的逐渐提高,相信PAG能得到更为广泛的运用。 
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