影響潤滑油傾點的靜電降凝理論

陳玉，張秀娟，蒙猛，李菊芳

（1.中國石油克拉瑪依潤滑油廠，新疆克拉瑪依 834003;2.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，

新疆克拉瑪依 834003;3.中國石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依 834003）

影響潤滑油傾點的靜電降凝理論

陳玉1，張秀娟2，蒙猛2，李菊芳3

（1.中國石油克拉瑪依潤滑油廠，新疆克拉瑪依 834003;2.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，

新疆克拉瑪依 834003;3.中國石油克拉瑪依石化公司，新疆克拉瑪依 834003）

傾點是考察潤滑油產(chǎn)品低溫流動性能的常規(guī)技術指標之一。實驗室研究發(fā)現(xiàn)使用濾紙過濾后，潤滑油的傾點會降低，對多種潤滑油產(chǎn)品測試后發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象的普遍性。為了解釋其原因，文章從油品凝固的機理出發(fā)，提出了靜電降凝的理論模型，并通過對濾紙和油品分別處理后多組實驗的傾點變化，驗證了該理論，同時證明，油品中的靜電來源于過濾所用的濾紙。

傾點;降凝;靜電;濾紙;過濾

0 引言

許多潤滑油產(chǎn)品會在低溫環(huán)境下使用，因此潤滑油的產(chǎn)品指標中均有低溫流動性要求。傾點是用來衡量潤滑油低溫流動性的常規(guī)技術指標之一。在對某些潤滑油產(chǎn)品的實驗室測試過程中觀察到油品在使用濾紙過濾后傾點會降低，并通過對多種不同類型的潤滑油產(chǎn)品測試后，發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象的普遍性。

目前，關于蠟含量和熱歷史對油品低溫流動性影響的文獻報道較多［1－4］，但關于用濾紙過濾這一操作對油品傾點的影響還未見報道。有人分析認為，過濾后油品傾點降低是因為過濾除去了油品中的水分。本文通過測試油品經(jīng)濾紙過濾后的微水值，排除了水分對傾點的影響這種觀點，并通過多組實驗，從油品凝固的機理出發(fā)，解釋了過濾這一操作對油品傾點產(chǎn)生影響的原因。

1 實驗內(nèi)容

實驗室選取了5種典型油樣，其中1#、2#和3#為環(huán)烷基油，4#和5#為石蠟基油。所有樣品均未添加降凝劑，濾紙為整卷狀的工業(yè)濾紙。為了研究濾紙過濾影響傾點的原因，首先測試了樣品過濾前后的常規(guī)數(shù)據(jù)，測試結果如表1所示。

表1 過濾前后油品的基礎理化性質

續(xù)表

從表1可以看出，5種油品在過濾前后的黏度、微水、碳型等測試項目均未發(fā)生變化，但傾點卻明顯降低。

由于油品的運動黏度和碳型未發(fā)生改變，過濾過程中也無人為摻入其他油品組分，可認為油品組分在過濾前后并未發(fā)生改變。微水值在過濾前后也未發(fā)生變化，由此可以排除水分對油品傾點的影響。

要研究傾點變化的原因，首先要了解油品凝固的原理。目前，大多數(shù)學者認為，環(huán)烷基油的凝固屬于黏溫凝固，即環(huán)烷基油在溫度不斷降低的情況下，黏度逐漸增大，油品流動性變差，直至油品整體不能流動時，可以認為其達到凝固狀態(tài)。而石蠟基油由于含蠟量高，其凝固屬于構造凝固。構造凝固多采用結晶學原理來解釋。結晶學一般認為，油品凝固主要是油品中的蠟在低溫條件下結晶析出，形成針狀或片狀結晶并相互聯(lián)結，構成三維空間網(wǎng)狀結構，將油通過吸附或溶劑化包于其中，致使整個油品失去流動性［5］。凝固過程一般分為三個步驟:（1）晶核形成;（2）蠟晶生長;（3）蠟晶顆粒鏈接［6］。各種不同類型降凝劑的加入，無論結構如何，其作用原理都是阻礙或延緩了凝固過程的某個階段，從而達到降凝的目的。

環(huán)烷基油雖然含蠟量低，但并不是完全不含蠟，在溫度不斷降低的過程中，油品黏度不斷增大，流動性逐漸變差，同時油品中的少量蠟也會隨之結晶析出。因此環(huán)烷基油品的凝固是黏溫凝固和構造凝固共同作用的結果。GB/T 3535中指出，在傾點測試時，要盡量減少傾斜試管的時間和次數(shù)，以免破壞油品已形成的結構，這也說明環(huán)烷基油的凝固不僅僅受黏度的影響，它也受油品中蠟的影響。石蠟基油在溫度不斷降低的過程中，黏度也不斷增大，油品流動性變差，因此無論是環(huán)烷基油還是石蠟基油，在溫度很低的情況下，其凝固都是黏溫凝固和構造凝固共同作用的結果。

2 實驗過程及數(shù)據(jù)分析

由于本實驗中油品傾點降低發(fā)生在過濾后，分析認為，過濾后油品組分中的分子表面狀態(tài)發(fā)生的某些變化，使過濾這一過程對油品起到了“降凝”的作用。因此可能是濾紙的特性對油品產(chǎn)生了影響。

濾紙在使用前，由于摩擦、滾壓等作用，表面上產(chǎn)生了一定的靜電荷。變壓器油由于油流帶電的原因，在研究其帶電度時也提到過濾會影響其測試結果［7］，為此，本文提出了靜電降凝的觀點。

由于濾紙表面帶一定的靜電荷，油品在過濾的過程中不斷地將靜電荷攜帶走，使部分靜電荷轉移到油品分子表面，而顆粒表面的物理化學性質將決定顆粒之間的作用力表現(xiàn)為吸引或排斥［6］。通過濾紙過濾的油品，由于油品分子表面帶有同種靜電荷，使分子間的靜電力表現(xiàn)為排斥力，凝固過程中晶核的生長和蠟晶顆粒的連接均受阻，使油品凝固的溫度降低，從而使其傾點降低。

如果以上假設的機理正確，那么由于濾紙上的靜電荷有限，油品在不斷過濾后，濾紙表面靜電荷會逐漸被帶走，其帶電量會逐漸減少到不能再影響傾點（如圖1），此時，再過濾的油品傾點應恢復到過濾前。

圖1 過濾時油品帶走濾紙上的靜電荷模型

為了驗證此假設，實驗室對以上5種油品在分別連續(xù)使用同一濾紙不斷過濾的情況下，對過濾不同次數(shù)的油品進行了傾點測試，每次過濾量為60 mL，測試結果如表2所示。

表2 油品通過不同過濾次數(shù)后傾點的變化℃

由表2可以看出，隨著過濾次數(shù)的增加，油品的傾點逐漸升高，直至恢復到過濾前，其實驗結果完全符合前期假設，并排除了靜電是在油品流動的過程中分子之間摩擦產(chǎn)生，從而影響了油品傾點的可能性。

為了進一步研究靜電對傾點的影響，根據(jù)摩擦起電的原理，對濾紙進行了兩種方式的處理。第一種方式是先將濾紙進行進一步的摩擦，增加其帶電量，然后使用摩擦過的濾紙來持續(xù)過濾樣品，每次過濾60 mL，并測試過濾后油樣的傾點。

第二種方式是實驗前，使用一次性塑料手套對濾紙進行摩擦。塑料手套在使用前沒有靜電現(xiàn)象，但摩擦后，手套上明顯帶有靜電現(xiàn)象，此時再用摩擦后的濾紙過濾以上油樣，對過濾后油樣進行傾點測試。兩種方式的傾點測試結果如表3所示。

表3 油品通過摩擦濾紙過濾多次后傾點的變化℃

表3顯示，油樣在通過第一種方式處理的濾紙過濾后，傾點下降程度與沒有摩擦時相同，但1#和2#樣品在－57℃升高到－54℃時所需的過濾次數(shù)變多了，這可能是由于摩擦使濾紙上積聚的靜電荷增加，但增加的電荷量還不足以改變油品的傾點，或者是濾紙上原有的靜電荷對油品傾點的影響已經(jīng)達到極限，所以增加的電荷量也不能使油品的傾點繼續(xù)降低，但多余的靜電荷使油品傾點上升所需的過濾次數(shù)增加了。對于3#、4#和5#樣品來說，靜電荷對其傾點的影響本來就不如1#和2#顯著，摩擦所產(chǎn)生的靜電荷量太少，對其傾點的影響也不如1#和2#明顯。

油樣在通過第二種方式處理的濾紙過濾后，傾點的下降沒有前期未處理的濾紙明顯，3#、4#和5#油樣的傾點甚至沒有發(fā)生變化，這是由于塑料手套的摩擦轉移了濾紙上的部分靜電荷，使濾紙上的靜電對油品傾點的影響變?nèi)酢?/p>

同種物質或不同種物質之間的摩擦都會產(chǎn)生靜電，這兩組摩擦實驗都會改變?yōu)V紙表面的電荷狀態(tài)，實驗結果說明，靜電的確會對油品的傾點產(chǎn)生影響。過濾后油品中的靜電正是過濾過程中攜帶了濾紙上的靜電而得到的。

為了進一步研究靜電對油品傾點的影響，在5種油樣過濾前和過濾后分別加入了一定濃度的抗靜電劑杜邦T450，在室溫下過濾后，靜置過夜，再測試其傾點，與未加劑的傾點比較，其結果見表4。

表4 加抗靜電劑后油品傾點的變化℃

由表4可以看出，油品無論在過濾前還是過濾后加入抗靜電劑，其傾點都會恢復到未經(jīng)任何處理時的結果，這是由于抗靜電劑在油品中釋放了過濾時攜帶的濾紙上的靜電。由此可以證明，油品過濾后傾點降低的原因的確是濾紙上的靜電產(chǎn)生的影響。

靜電也可以通過別的方式導出，本實驗將處理后的油分別儲存在玻璃燒杯、銅取樣器和塑料壺3種不同種類的容器中，輕微震蕩后再測試其傾點，其結果見表5。

表5 不同種類容器儲存的油品傾點的變化℃

由表5可以看出，由于銅具有導電性，在用銅器儲存中的油樣靜電被導出，傾點值也恢復到未經(jīng)任何處理時的結果。

3 討論

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，靜電會對潤滑油的傾點產(chǎn)生影響。濾紙表面由于摩擦和滾壓作用產(chǎn)生的靜電，通過過濾轉移到潤滑油中，油品在凝固的過程中，分子上帶有的同種靜電荷阻礙了晶核的生長和晶核的相互鏈接，使油品的凝固溫度降低，也就是對油品起到了靜電降凝作用。但這種靜電降凝只是使油品傾點降低的假象，抗靜電劑的加入和金屬器皿消除了油品中的靜電，油品過濾前后傾點不再發(fā)生變化。在本實驗中由于實驗方法和實驗條件的原因，無法檢測濾紙上所帶的靜電荷量，這是今后研究中要想辦法解決的問題。

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Theory of Pour Point Dep ression of Lub ricating Oil Caused by Static Elec tric ity

CHEN Yu1，ZHANG Xiu－juan2，MENGMeng2，LI Ju－fang3
（1.PetroChina Karamay Lubricant Blending Plant，Karamay 834003，China;2.PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R＆D Institute，Karamay 834003，China;3.PetroChina Karamay Petrochemical Company，Karamay 834003，China）

The pour point is one of the generally technical targets evaluating the low－temperature fluidity of lubricating oil.Research found that the pour pointwould fall after lubricating oil is filtrated.The universal phenomenon is found by testing all sorts of lubricating oils.In order to explain the reason，the theoreticalmodel of pour pointdepression of lubricating oil caused by static electricity is put forward based on themechanism of solidification.Through the observing experiments on pour point changing after dealingwith the filter paper and oil，the correctness of this theory is proved.It also shows that the static electricity comes from the filter paper.

pour point;pour point depression;static electricity;filter paper;filtering

TE626.3

A

2011－01－31。

陳玉（1976－），女，技師，1996年畢業(yè)于克拉瑪依技工學校煉油專業(yè)，從事潤滑油分析工作多年。