表面活性剂在润滑油中的应用

张宜哲， 郭小川，何 燕，宋 辉

(1.中国人民解放军后勤工程学院 重庆 401311； 2. 93090部队， 沈阳 110015)

表面活性剂在润滑油中的应用

张宜哲1， 郭小川1，何 燕1，宋 辉2

(1.中国人民解放军后勤工程学院 重庆 401311； 2. 93090部队， 沈阳 110015)

表面活性剂是多种润滑油添加剂的重要组分，对于润滑油各项理化指标的改进效果较好，其在环境友好润滑油生产、废油再生、含润滑油废水的处理过程中得到了较多应用。对目前润滑油生产及其工业后处理过程中表面活性剂的应用情况进行了综述，介绍了表面活性剂对润滑油分散稳定性、生物降解性的促进作用，介绍了其在废油再生、含润滑油废水的处理过程中所起到的重要作用。

表面活性剂；润滑油；分散稳定性；生物降解性

表面活性剂是指少量加入即可使溶液体系界面状态发生明显变化的化学物质，其具有两亲分子结构，即：一端为亲水极性基团，另一端为疏水非极性基团。正是由于其独特的分子结构，使之在现代化工工业中得到广泛应用，是构成洗涤剂、乳化剂、破乳剂、杀菌剂、消泡剂、润湿剂、分散剂等重要化工原料的必要组分。表面活性剂分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两性离子型表面活性剂。

润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。润滑油中使用的添加剂有很多是表面活性剂，如清净分散剂、乳化剂、破乳剂、防锈剂等，通常一种表面活性剂可兼作数种添加剂。此外，随着国际上对环境保护的日益重视，也给润滑油领域提出了新的要求，环境友好型润滑油成为国内外润滑油研发企业和机构的重要研究方向。同时废油再生、润滑油工业废水处理也是控制润滑油环境污染的重要措施。

1 分散稳定性

近年来、国内外润滑油研发领域出现了许多新的进展和突破，纳米添加剂的产生和应用就是其中之一。纳米添加剂的加入主要用于改进润滑油抗磨减摩特性。然而在制备、使用和储存过程中，纳米添加剂常常会发生团聚，影响润滑油的润滑性能。通过在润滑油中加入表面活性剂可有效促进纳米添加剂在润滑油中的分散，有效提升其稳定性，也可显著提高其使用和储存寿命。基于此，学者们进行了较为广泛而深刻的研究。

谢凤等[1]评估了润滑油中油酸、斯潘80(Span80)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、吐温80(Tween80)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)5种表面活性剂对纳米石墨分散稳定性的影响，发现在添加油酸的500SN基础油中纳米石墨的分散稳定性最好，最适添加量(质量分数)为2%。油酸助分散效果较好的原因是其HLB值最小(HLB为1)和亲油性最好。宋立磊等[2]在无添加剂的昆仑5#基础油中添加Span80与平平加OS-15复配表面活性剂，探究其对基础油中平均粒径为36.2 nm的纳米Al2O3的助分散性。实验测得的昆仑基础油HLB值为12，因此在确定复配表面活性剂配比时，控制其HLB复配值在10～13。HLB复配由式(1)计算。

(1)

式中HLBa、HLBb、ωa、ωb分别表示表面活性剂a和b的HLB值以及活性剂a和b的复配质量分数。经计算ωa∶ωb=24.5∶75.5，HLB复配=12。实验结果证明：两种表面活性剂具有协同作用，对纳米Al2O3的分散稳定作用好于单剂，其最适添加量为6%(质量分数)。

王青宁等[3]在含纳米铜粉的10#机械油中添加复配表面活性剂，通过分光光度法比较不同表面活性剂复配对纳米铜粉分散稳定性的促进作用，数据如表1所示，其中：A1为离心15 min时吸光度值；A2为离心30 min时吸光度值；S为表面活性剂Span；T为表面活性剂Tween。通过比较发现：单剂T154(双聚异丁烯丁二酰亚胺)、T151(单聚异丁烯丁二酰亚胺)、复合剂Span80与Tween40的分散稳定效果较好。王佳[4]采用电化学方法，使用表面活性剂OP-10(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚-10)对纳米锑(Sb)粒子进行表面改性，提高了其在不同基础油中的分散稳定性。实验选用的基础油分别为液体石蜡(LP)、L-HL22#液压油、L-AN32#机油，其中：OP-10对L-AN32#机油的适应性最强；纳米锑分散稳定效果最好。相关数据如图1所示。

表1 加入不同表面活性剂的10#机械油离心吸光度值[3]

图1 加入OP-10的不同基础油的离心吸光度值[4]

2 生物降解性

环境保护标准的不断提高从可生物降解的角度给润滑油生产研发提出了新的要求。研究结果表明：表面活性剂的加入可显著降低油水混合体系的界面张力，有效增大微生物与润滑油的接触，同时表面活性剂中富含的元素可作为微生物营养物，促进并加速微生物的生长繁殖，有利于润滑油的生物降解。

王九等[5]探究了表面活性剂对润滑油生物降解性的影响，选用蓖麻油和L-HL矿物油基液压油作为研究对象，将阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、非离子型表面活性剂Tween80、阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入到所选润滑油中，其浓度为50 mg/L。研究结果表明：阳离子型表面活性剂因其本身的抑菌功能降低了润滑油的生物降解性，而非离子型及阴离子型表面活性剂对于润滑油的生物降解性则起到促进作用。润滑油的生物降解能力很大程度上也会受到表面活性剂浓度影响。当其浓度在临界胶束浓度(CMC)以下时，对生物降解起促进作用；当超过CMC时，会产生抑制作用。

韦友亮等[6-7]选用4种含氮表面活性剂加入至液体石蜡中，模拟探究含氮表面活性剂对矿物润滑油生物降解能力的影响机制。实验结果表明：对于4种表面活性剂，在加入量相同的情况下，酰基氧化胺的促进效果要好于其余3种——脂肪酸乙醇胺、脂肪酸酰胺、羟乙基咪唑啉。含氮表面活性剂对生物降解能力的促进机理为：能显著降低混合体系的油-水界面张力，加速微生物生长，从而加快生物降解速率，提高生物降解能力。韦友亮等还对脂肪酸酰胺(FAA)、脂肪酸二乙醇酰胺(FDEA)、脂肪酸乙醇酰胺磷酸酯(FEAP)3种表面活性剂影响润滑油生物降解能力的情况进行了考察，结果显示：3种表面活性剂均可促进润滑油的生物降解，FEAP的促进效果好于FAA、FDEA。

张楠等[8]研究了月桂酸二乙醇酰胺(LDEA)和油酸二乙醇酰胺(ODEA)对润滑油生物降解性的影响情况，发现经过12 d的培养，添加LDEA和ODEA的液体石蜡生物降解指数(BDI)分别提高了59.03%和69.31%。陈波水等[9]考察了4种脂肪酰基氨基酸对矿物润滑油生物降解性的影响情况，实验结果表明：脂肪酰基氨基酸的加入可显著降低油水界面张力，在一定浓度范围内可促进矿物润滑油的生物降解。

3 润滑油工业后处理

要真正达到相应的环保要求，就要从润滑油生产、废油处理、废水处理等各个环节对污染进行控制，在污染得到控制的同时也可以实现资源的回收再利用。表面活性剂可以实现对废油的精制处理，也可以对润滑油生产过程中产生的废水进行净化。

张圣领等[10]将复配磺酸盐阴离子表面活性剂及聚氧乙烯型非离子表面活性剂作为絮凝剂，加入到以汽油机机油为主的混合废油中，再以活性白土为吸附剂，对废油进行精制净化处理。通过分光光度法及元素分析手段确定了最佳絮凝条件与最佳吸附条件，所得精制油各项理化参数符合国家标准。

刘晶晶等[11]对几种发动机废油再生回收方法进行了比较，评价方法选用油品理化指标测试和摩擦学性能实验。结果表明：废油溶剂精制过程中添加适量表面活性剂助剂可大大提高精制效果，提升废油再生水平。

何金辉等[12]改进润滑油废水处理过程中的传统絮凝方法，向润滑油乳化废水中添加一种环境友好型表面活性剂鼠李糖脂，这种气浮-絮凝法在润滑油废水处理过程中要优于传统絮凝法。综合比较了鼠李糖脂浓度、pH值、表面活性剂壳聚糖(絮凝剂)加入量及气浮时间对润滑油废水COD(chemical oxygen demand，化学需氧量)去除率的影响，确定了最佳处理条件：鼠李糖脂添加量为0.5%(质量分数)、pH值为7、壳聚糖添加量为0.18%(体积分数)、气浮时间为10 min。何金辉[13]通过气浮除油实验对不同表面活性剂净化处理润滑油废水的效果进行了比较，使用重铬酸钾法测定废水的COD去除率。实验结果显示：复配表面活性剂的废水净化效果要好于单剂，其中鼠李糖脂/SDS按摩尔比5∶1复配去除效果最好，达97.5%。

Ummarawadee Yanatatsaneejit等[14]研究了非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(NP(EO)10)和阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)加入量对润滑油废水浮选除油效果的影响，比较了表面活性剂总加入量(质量分数)分别为3%和5%时的除油效果。实验结果表明：表面活性剂浓度的上升可提高单位体积气泡数，使气泡与油滴更好附着，进而提高除油率。

S Watcharasing等[15]探究了阴离子型表面活性剂C14-15(PO)5SO4Na加入量与润滑油废水浮选除油过程中除油率的相关性。实验结果表明：该表面活性剂在达到临界微乳液浓度(CμC，质量分数)，即0.5%时，除油效果最好；加入量超过CμC时，因为胶束浓度的上升，导致更多油微粒溶解在胶束中，除油率下降。这一发现对日后润滑油废水浮选除油的设计和具体操作有一定的指导意义。

4 其他

机油中添加清净分散剂可有效保持发动机内部清洁，抑制漆膜、积炭、油泥等沉积物的生成。常用清净分散剂，如石油磺酸盐、烷基酚盐、水杨酸盐、丁二酰亚胺等均为表面活性剂，得到了广泛的应用。其作用机理是通过分散、吸附、增溶等作用使润滑油中颗粒物、不溶物均匀分布，形成胶束溶液，使其不吸附、不沉积、不堵塞油路和滤网[16]。

李黔蜀等[17]将一种自制三元共聚物润滑油降凝剂(M14)与表面活性剂复配，加入至150SN基础油中，添加量为1%(质量分数)，所选用表面活性剂分别为Tween20、40、85，Span20、40和6501(椰油脂肪酰二乙醇胺，CDEA)。实验数据如图2所示。M14与Span40复配降凝效果最好，优于M14，当两者复配比(质量比)为4∶1时，基础油凝点(ΔSP)下降26℃。

图2 M14与表面活性剂复配效果[17]

一些油溶性表面活性剂还可用作润滑油抗泡剂。邓广勇等[18]对润滑油抗泡剂的类型及抗泡机理进行了阐述。常见抗泡剂有3类：有机硅聚合物、非有机硅聚合物、复合抗泡剂，其作用为防止润滑油中气泡产生或将生成气泡尽快消除。常用的有机硅聚合物是二甲基硅油，常用的非有机硅聚合物为丙烯酸酯和烷基丙烯酸共聚物，而复合抗泡剂多为上述两种抗泡剂的复合，兼具两者优点。

润滑油破乳化剂一般为油包水(O-W)型表面活性剂，常用的破乳化剂有T1001(二胺缩聚物)、环氧丙烷或高分子聚醚。付欣等[19]对破乳化剂浓度、其他添加剂对破乳化效果的影响情况进行了研究。数据显示：对于不同破乳化剂，均存在最适添加范围，在此范围内，破乳化效果最佳；不同添加剂因其乳化性不同，会对破乳化剂产生不同作用。作者还对不同破乳化剂对基础油的适应性进行了探究。

润滑油防锈剂也广泛使用表面活性剂，其类型多为油包水型，常见防锈剂为羧酸及羧酸盐、烷基苯磺酸盐、含氮两亲分子及部分含磷化合物。

表面活性剂也常用作润滑油乳化剂，其作用为降低油水之间界面张力，使其混溶，形成均匀稳定的分散体系。乳化剂和防锈剂是乳化油研制中不可缺少的重要组分[20]。

5 结束语

本文综述了表面活性剂在促进润滑油分散稳定、生物降解、废油废水处理及部分添加剂方面的应用。目前其应用方面的研究日渐增多，但对于表面活性剂作用机理、基础理论方面的深入研究还远远不够，对于表面活性剂促进润滑油分散稳定的促进效果也无统一量化标准。今后可以进一步拓宽表面活性剂在润滑油及其他领域中的使用范围，更加侧重于基础理论的探索研究，制定更加科学合理的润滑油性状评价标准体系，以求更好地满足工业对润滑油的要求。

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(责任编辑 刘 舸)

Application of Surfactant in Lubricating Oil

ZHANG Yi-zhe1，GUO Xiao-chuan1，HE Yan1，SONG Hui2

(1.Logistical Engineering University，Chongqing 401311，China； 2.The No. 93090thTroop of PLA，Shenyang 110015，China)

Surfactant is an important component of many kinds of lubricating oil additives. It has also been a good application in environmental friendly lubricating oil production，regeneration of waste oil and the wastewater treatment of lubricating oil. The present situation of the application of surfactant in the process of oil production is reviewed. The promoting effect of surfactant on the stability and biodegradability of lubricating oil was introduced. Its important role in the regeneration of waste oil and the wastewater treatment process has also been introduced.

surfactant; lubricating oil; dispersion stability; bio degradability

2016-11-28 基金项目：重庆市研究生科研创新项目(CYB16130)

张宜哲(1993—)，男，硕士研究生，主要从事润滑油研究，E-mail：zhangyizhe5577@163.com；通讯作者 郭小川(1962—)，男，教授，博士生导师，E-mail：1418718262@qq.com。

张宜哲， 郭小川，何燕，等.表面活性剂在润滑油中的应用[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2017(3):66-71.

format：ZHANG Yi-zhe，GUO Xiao-chuan，HE Yan, et al.Application of Surfactant in Lubricating Oil[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(3):66-71.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.03.009

TE626.4

A

1674-8425(2017)03-0066-06