エンジンオイル中の洗浄剤添加剤について: 概要

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内燃機関オイル洗浄剤とは何ですか？

洗剤の働き

酸中和能力

洗浄力

分散

可溶化

主要洗剤の性能比較

潤滑剤用の洗浄剤の種類。

スルホネート

アルキルフェネートおよび硫化アルキルフェネート

 

内燃機関オイル洗浄剤とは何ですか？

 

 

洗剤 (内燃エンジン オイル用) は、エンジン部品を洗浄してエンジン部品を清潔に保ち、エンジン オイル中の望ましくない固体粒子を浮遊させることができる化学物質です。 洗剤には酸の中和、洗浄、分散、可溶化という4つの働きがあります。

エンジン オイル配合物では、ほとんどの洗浄剤はアルカリ金属石鹸を使用して、酸化または燃焼中に生成される有機酸または無機酸を中和します。

洗剤は一般的に次のものと組み合わせられます。分散剤とZDDP主に内燃機関用オイルに使用されています。

 

• 1943 年、米国は、油溶性脂肪酸やナフテン酸などの有機カルボン酸金属石鹸を添加したディーゼル エンジン オイルが、ピストン リングの溝内の炭素堆積の増加の問題を解決できることを発見しました。このタイプの石鹸は洗剤と呼ばれています。油溶性金属石鹸は水溶性石鹸と同様の洗浄力を持っています。
• 洗剤の研究は、金属石鹸、脂肪酸とナフテン酸石鹸で人気になりました。 脂肪酸金属塩やナフテン酸金属塩の多くは潤滑油の酸化触媒でもあるため、潤滑油産業の発展とともにスルホン酸塩、フェネート、リン酸塩に置き換わりました。
• 最新の潤滑油添加剤で最も一般的な洗浄剤には次のものがあります。スルホネート, 硫化アルキルフェネート, ホスホノチオラート, サリチル酸アルキルそしてナフテン酸。 5種類の洗剤には最初は中性塩が塗布されています。
• 1940 年代後半から 1950 年代前半にかけて、高出力スーパーチャージャー付きディーゼル エンジンの増加と硫黄含有燃料の増加に加え、洗剤の中和に対する理解が深まり、人々はベース洗剤と過剰塩基性洗剤.
• 1950 年代後半に、基準値 250 mg KOH/g の洗剤製品が開発されました。
• 現在、最新の潤滑油添加剤の多くは高塩基価の製品が使用されており、その塩基価は 400 ～ 500mgKOH/g に達する場合があります。 洗浄剤の 75% 以上がガソリン エンジン オイルとディーゼル エンジン オイルに使用されています。 自動車エンジンオイル中の洗剤の添加量は 3% ～ 15% に達する場合があり、船舶用エンジンオイルの含有量はさらに多くなります。 船舶用シリンダー オイル (TBN 100) には最大 30% の添加剤が含まれており、これらの添加剤のほとんどは洗浄剤です。

 

 

洗剤の働き

 

酸中和能力
ほとんどの洗剤には基準値があり、一部の洗剤には高い基準値があり、これは総塩基番号 (TBN), TBNは酸を中和する能力を表します。 金属塩が異なれば、酸中和能力も異なります。

アルカリ性のスルホン酸塩およびリン酸塩洗剤は強酸と強アルカリの塩であり、洗剤の過剰アルカリ部分、つまり炭酸塩と水酸化物のみが酸能力を中和できますが、中性スルホン酸塩およびリン酸塩は石鹸であり、酸を中和する能力はありません。 。 ただし、塩基性のカルボン酸塩、サリチル酸塩、およびフェネートは強塩基と弱酸の塩であり、ルイス塩基になります。 強アルカリ部分だけを中和する力があるだけでなく、石けんにも酸を中和する力があります。

塩基価の高い洗剤は通常、炭酸塩 (CaCO) の組み合わせです。₃、バコ₃、MgCO₃、な₂CO₃、李₂CO₃、等）および金属水酸化物［Ca(OH)₂、Ba(OH)₂、Mg(OH)₂、NaOH、LiOH] などの超粒子状態のコロイドを中性の金属系洗浄剤中に分散させます。

アルカリ保持量の多い過塩基性洗浄剤は、潤滑油や燃料油の酸化由来の酸を継続的に中和し、さらなる酸化縮合を防ぎ、それによってエンジン内の樹脂の堆積物を減らすことができます。 同時に、硫黄含有燃料の燃焼後に生成される硫黄酸化物を中和し、潤滑油のスルホン化を防止します。

また、ガソリン燃焼後に発生するカルボン酸、硫酸、硝酸等を中和し、炭化水素類にそれ以上作用するのを防ぎます。

これらの無機酸および有機酸の中和により、これらの酸性物質によるエンジンの金属部品の腐食が防止されます。これは、高硫黄燃料を使用するディーゼル エンジン オイルや船舶用オイルにとって特に重要です。

 

洗浄力

洗浄剤は油中でミセルの形をしており、望ましくない樹脂膜や炭素堆積物に強力に吸着します。 ピストンに付着した樹脂皮膜やカーボン付着物を洗浄除去し、オイル中に分散させます。

一般に分散性が強いほど性質も強くなります。

 

分散

発生したコロイドやカーボン粒子などの小さな固体粒子を洗浄剤が吸着して油中に分散させ、凝集して大きな粒子となってシリンダーに付着したり、スラッジとして沈降したりするのを防ぎます。

 

可溶化

可溶化とは、本来油に溶けない液体溶質が、少量の界面活性剤の添加により溶解する現象です。

界面活性剤は界面活性剤の一種で、油中にミセルとして分散していることが多く、ヒドロキシル基やカルボニル基を含む酸素含有化合物、ニトロ含有化合物、スラッジ、すす、水を溶解します。 これらの物質は塗膜を形成するための中間体となります。 それらはミセルの中心に可溶化され、ミセルを形成する添加剤分子によって取り囲まれるため、さらなる酸化や凝縮が防止され、塗膜や炭素堆積物の形成が減少します。 実際、界面活性剤による堆積物前駆体の可溶化、つまりこれらの高反応性官能基の活性を低下させ、それによって堆積物への変化を防ぐ能力は、多くの無灰分散剤よりも可溶性がはるかに低いです。

 

洗剤の基本的な構成は、親油基、極性基、親水基。次の表のように:

 

アイテム	親油基	極地グループ	親水基	分子構造
スルホネート	アルキルアリール	スルホン酸基	Ca、Mg、Ba、Na
アルキルフェノールおよび硫化アルキルフェネート	アルキルアリール	フェノール性水酸基	カ、バ
サリチル酸アルキル	アルキルアリール	サリチル酸塩	Ca、Mg、Ba
チオリン酸塩	ポリイソブチレン n=17-20	ホスホロチオエートまたはリン酸	カ、バ

 

主な洗浄剤・分散剤の洗浄力・分散性能

潤滑油添加剤	可溶化能力		分散能力			洗浄力
	実体/パーセント	ピルビン酸塩/(mmol/kg)	有機酸分解生成物/パーセント	アスファルト/パーセント	カーボンブラック/パーセント	カーボンブラックの吸着防止/パーセント	吸着したカーボンブラックを除去/パーセント	電界下でのカーボンブラックの吸着防止/パーセント
サリチル酸アルキルカルシウム	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
アルキルフェネート	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
チオリン酸バリウム	——	346	——	——	40	——	——	90
アルキルフェノール硫化カルシウム	——	24	——	——	38	——	——	50
スルホン酸マグネシウム	——	——	70	——	90	——	——	20
スルホン酸カルシウム	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
スクシンイミド	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

主要洗剤の性能比較

アイテム	分散	酸の中和	可溶化	防錆	抗酸化作用
中性、塩基性スルホン酸塩	真ん中	真ん中	真ん中	はい	いいえ
高塩基スルホン酸塩	真ん中	高い	真ん中	はい	いいえ
中性、塩基性フェネート	低い	真ん中	低い	いいえ	はい
高塩基アルキルフェネート	低い	高い	低い	いいえ	はい
サリチル酸アルキル	低い	真ん中	低い	いいえ	はい
チオリン酸塩	真ん中	真ん中	真ん中	いいえ	はい

 

潤滑剤用の洗浄剤の種類。

 

原料の供給源に応じて、スルホン酸塩洗剤は次のように分類できます。

• 石油スルホン酸塩;
• 合成スルホン酸塩。

 

塩基番号に従って、スルホン酸塩は次のように分類されます。

• 中性スルホン酸塩;
• 中塩基価スルホン酸塩;
• 高塩基価スルホン酸塩;
• 超高塩基価スルホン酸塩。

 

金属の種類によると、

• スルホン酸カルシウム;
• スルホン酸マグネシウム;
• スルホン酸ナトリウム;
• そしてスルホン酸リチウム。

 

スルホネート

 

スルホン酸カルシウム最もよく使われるスルホン酸系洗剤です。

 

灰分が少ないため、スルホン酸マグネシウム、低灰分の潤滑油の要件を満たし、優れた防錆性を備えています。 高級ガソリンエンジンオイルに多く使用されており、MSⅡD防錆試験に比較的合格しやすいオイルです。

 

バリウム塩は重金属であり、有毒であるため、その利用はますます減少しており、スルホン酸バリウム潤滑油洗浄剤としてはほぼ完全に除去されます。 しかし、スルホン酸バリウムは各種金属に対して優れた防錆性能を有しており、金属の防錆用途に適しています。防錆添加剤.

 

過塩基性カルシウムスルホネートは、ミセル中に過剰な塩基を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ ３ ）の形態で分散させて過塩基性スルホン酸塩を形成することによって形成される。 炭酸カルシウムとして分散されたカルシウム塩（ｍ）とスルホン酸カルシウム塩（ｎ）の比は３０：１を超える。

 

中性または低塩基のスルホン酸塩は、すすやその他の物質に対する分散効果が優れていますが、過剰塩基性のスルホン酸塩は、より優れた中和能力と高温洗浄力を備えています。
スルホン酸塩は鉄金属の表面にしっかりと吸着して不浸透性の保護膜を形成し、優れた防錆性能.

スルホネートはサリシレートやフェネートに比べ、可溶化・分散性の点では優れていますが、過酷な高温条件下では中和速度や洗浄力がサリシレートやフェネートより劣ります。
特に、すべてスルホン酸塩添加剤は抗酸化性と耐腐食性が低い、 と高塩基価スルホン酸塩添加剤は酸化を促進する場合もあります.
抗酸化力の不足を補うために、最新のエンジン オイルにさまざまな高塩基スルホン酸塩と低塩基性スルホン酸塩を配合することに加えて、スルホン酸塩を硫化アルキル塩、分散剤、酸化防止剤と組み合わせて使用​​することがより重要です。 -腐食添加剤。

一般に、スルホン酸塩には、優れた高温洗浄力, 強力な中和能力,良好な防錆性、 とある程度の分散性。 原料が入手しやすく、価格も安いのが特徴です。 他の添加剤と配合して、さまざまな内燃機関油を調製することができます。 船舶用シリンダーオイルやエンジンオイルにも使用されています。

 

アルキルフェネートおよび硫化アルキルフェネート

 

アルキルフェンプルテ洗浄剤は、1930 年代後半に登場したエンジンオイル洗浄剤の 1 つです。 このタイプの添加剤は当初から、硫化アルキルフェネート、ホルムアルデヒド縮合アルキルフェネート、アミンホルムアルデヒド縮合アルキルフェネートなどのさまざまな誘導体が急速に製造されました。

1950 年代以来、さまざまな高出力ディーゼル エンジンの開発と高硫黄燃料の適用に伴い、ピストン上の炭素堆積の増加やシリンダー ライナーの腐食と摩耗の問題を効果的に解決するために、アルキルフェノール洗浄剤が徐々に開発されてきました。 TBN 200 ～ 250 の高ベース製品。

最も一般的に使用されるアルキルフェノール塩はカルシウム塩とマグネシウム塩であり、最も一般的に使用されるものはカルシウム塩です。
しかし、純粋なアルキルフェネートは性能が悪く、金属化して高塩基性製品を製造することが難しいため、硫化塩アルキルフェネートとアルキルフェネートがほぼ同時に登場し、現在世界で最も広く使用されています。 種類が豊富で、その消費量はスルホネートに次いで 2 位であり、アルカリ性フェネートは潤滑洗剤添加剤市場の 3 分の 1 を占めています。

 

塩基価によると、硫化アルキルフェネートには次のものが含まれます。

 

 

• 低塩基硫化アルキルフェネート (TBN100);
• 中塩基硫化アルキルフェネート (TBN150);
• 高塩基硫化アルキフェネート（TBN250）;
• 超高塩基硫化アルキルフェネートカルシウム（TBN300）.

 

 

硫化フェネートの特徴:

 

• 硫化アルキルフェネートは油媒体中で解離しやすいため、特に良好な中和能力と優れた抗酸化性と耐腐食性プロパティ。

• 硫化アルキルフェネートは特に優れた高温洗浄力過給ディーゼルエンジンオイルのトップリング溝へのカーボン堆積の抑制に特に効果を発揮します。 過給ディーゼルエンジンオイルには欠かせない添加剤の一つです。

• 硫化アルキルフェネートは、その特性によりさまざまなグレードの内燃エンジン油に広く使用されています。良好なアルカリ保持力と水分離能力、現在でも船舶用潤滑油の主要な添加剤の 1 つです。

 

フェネート系洗剤とスルホン酸系洗剤の違い:

 

高塩基スルホン酸塩と高塩基アルキルフェネートは両方とも優れた特性を持っています酸を中和する能力。

高塩基スルホン酸塩は、潤滑剤の抗酸化性能を低下させる可能性があります。 しかし、高塩基アルキルフェネートには抗酸化特性があります。

 

硫化アルキルフェネートは、他の洗浄剤、分散剤、ZDDP と配合されており、さまざまな内燃エンジン オイル、特に炭素堆積物を削減する過給ディーゼル エンジン オイルに広く使用されています。 良好なアルカリ性を保ち、船舶用シリンダー油などによく使用されるため、欧米諸国で大規模に開発され、現在最も重要な潤滑添加剤の一つとなっています。