随着我国清洁燃料计划的开展, 汽油清净剂作为一种可以显著降低发动机沉积物的燃料添加剂得到了广泛应用。在GB17930-2004中, 已经明确规定在汽油中应加入有效的汽油清净剂组分。

迄今为止, 已有适应不同发动机类型的汽油清净剂产品^{[1, 2]}问世。在20世纪50年代中期, 为解决化油器沉积物问题, 开始使用汽油清净剂, 其主剂类型为低分子胺类化合物。在20世纪80年代中期推出的适应发动机燃料电子喷射系统解决喷嘴积炭(PFI)的清净剂, 其主剂类型主要为聚异丁烯丁二酰胺类化合物。近年来, 为了解决进气阀沉积物(IVD)和抑制燃烧室沉积物(CCD), 汽油清净剂主剂开始使用了聚醚胺类、曼尼希碱类无灰分散剂和聚异丁烯胺类的化合物, 其中聚异丁烯胺得到了较多的应用^[3~6]。

本文通过对聚异丁烯胺和聚异丁烯丁二酰亚胺的热稳定性和清净性能的对比, 以及分别采用这两种产品调制的汽油清净剂清净性能的评定, 表明聚异丁烯胺具有更好的热稳定性, 能够更有效地控制进气阀沉积物, 清净性能优于聚异丁烯丁二酰亚胺。

1 实验

1.1 主要原料

聚异丁烯胺:清澈透明液体, 由兰州润滑油研究开发中心提供; 聚异丁烯丁二酰亚胺:清澈透明液体, 市售高活性聚异丁烯丁二酰亚胺(以下简称丁二酰亚胺)。

1.2 试验方法

1.2.1 热稳定性评定

使用美国TA公司生产TGAQ500热分析仪进行测试, 将试验样品置入坩锅内, 放入热分析仪样品台, 在程序升温下, 测试样品质量和温度或时间的变化关系, 测试结果为热重分析曲线谱图。该方法用来分析样品的热稳定性能。

1.2.2 内燃机油成焦试验

该方法为自建模拟方法, 试验油在一定的温度下, 通过高速转动的溅油器把油溅到高温试验铝板上形成焦炭和漆膜, 以报告试验油样生成的焦的质量来衡量试验油的高温清净性和抗氧化稳定性。

1.2.3 进气阀沉积物模拟评定

该方法为自建模拟方法, 将1200 mL的试验汽油在一定的压力下通过流量测量系统进入喷嘴, 与一定压力和流量的空气混合后, 以一种扁平喷雾方式喷射到一个已加热到试验温度的铝制试验片上, 试验前和试验结束后对试验片进行称量, 得出试验片上沉积物的质量, 以此作为评价车用汽油清净性能的依据。

1.2.4 评价车用汽油清净剂

评价车用汽油清净剂的燃油喷嘴(PFI)堵塞倾向影响性使用国标GB/T 19230.3方法, 评价车用汽油清净剂的进气系统沉积物(ISD)生成倾向影响使用国标GB/T 19230.4方法, 评价车用汽油清净剂的进气阀和燃烧室沉积物生成倾向影响使用国标GB/T 19230.5方法。

2 结果与讨论

2.1 热稳定性能评定

将聚异丁烯胺和丁二酰亚胺进行热稳定性能评定, 得到的热重分析数据见表 1。丁二酰亚胺的初始分解温度为318℃, 聚异丁烯胺的初始分解温度为371℃, 表明聚异丁烯胺比丁二酰亚胺的热稳定性能好。

表 1

表 1    聚异丁烯胺和丁二酰亚胺的热稳定性测试结果

表 1    聚异丁烯胺和丁二酰亚胺的热稳定性测试结果

2.2 高温清净性和抗氧化性能评定

将聚异丁烯胺和丁二酰亚胺以3.0%的剂量加入到基础油中, 进行内燃机油成焦试验, 使用不同的试验温度, 检测试验油样在铝板上产生沉积物的质量, 测试结果见表 2和图 1。

表 2

表 2    聚异丁烯胺和丁二酰亚胺的高温清净性测试结果

表 2    聚异丁烯胺和丁二酰亚胺的高温清净性测试结果

图 1

图 1     聚异丁烯胺和丁二酰亚脓的惠温清净性测试结果

表 2和图 1结果表明:聚异丁烯胺的高温清净性能明显优于丁二酰亚胺, 在高温时区别更加明显; 聚异丁烯胺的抗氧化性能优于基础油, 而丁二酰亚胺的抗氧化性能劣于基础油。在铝板温度为300℃时, 聚异丁烯胺的成焦量约为丁二酰亚胺成焦量的一半。

3 应用于汽油清净剂中的性能对比

将聚异丁烯胺和丁二酰亚胺分别调制成汽油清净剂, 按照汽油清净剂国标GB17930-2004要求测试产品的清净性能, 并使用进气阀沉积物模拟试验机评定其清净性能。评定时清净剂的加剂量均为400 μg/g。

3.1 燃油喷嘴(PFI)堵塞倾向影响评定

影响燃油喷嘴堵塞的主要因素为清净剂的分散性能和热稳定性能。评定结果见表 3。由表 3可见, 采用聚异丁烯胺和丁二酰亚胺调制成的汽油清净剂均能满足国标GB/T 19230.3方法要求, 聚异丁烯胺和丁二酰亚胺均具有较好的燃油喷嘴清净性能。

表 3

表 3    燃油喷嘴(PFI)堵塞倾向影响评定结果

表 3    燃油喷嘴(PFI)堵塞倾向影响评定结果

3.2 进气系统沉积物(ISD)生成倾向影响评定

进气系统沉积物(ISD)生成倾向影响评定方法适用于汽油清净剂对汽油机进气系统沉积物清净性的评价。将聚异丁烯胺和丁二酰胺分别调制成汽油清净剂进行评定, 结果见表 4。由表 4可见, 丁二酰亚胺调制成的汽油清净剂虽然对沉积物有一定清洗作用, 但效果低于用聚异丁烯胺调制的汽油清净剂。

表 4

表 4    进气系统沉积物生成倾向影响评定结果

表 4    进气系统沉积物生成倾向影响评定结果

3.3 模拟进气阀沉积物生成倾向影响评定

使用进气阀沉积物模拟试验机, 基础汽油为没有添加汽油清净剂的93^#汽油, 基础汽油的成焦量为2.5 mg。将聚异丁烯胺和丁二酰胺分别调制成汽油清净剂进行评定, 结果见表 5。由表 5可见, 丁二酰亚胺调制成的汽油清净剂, 控制93^#汽油在铝板上的沉积物能力低于聚异丁烯胺调制的汽油清净剂。

表 5

表 5    模拟进气阀沉积物生成倾向影响评定结果

表 5    模拟进气阀沉积物生成倾向影响评定结果

3.4 进气阀和燃烧室沉积物生成倾向影响评定

按照汽油清净剂国标GB17930-2004要求, 使用Ford 2.3L IVD台架进行评定, 结果见表 6。由表 6可以看出, 使用聚异丁烯胺调制的汽油清净剂具有较好的进气阀沉积物控制效果, 而燃烧室沉积物的控制能力与丁二酰亚胺相当。

表 6

表 6    Ford 2.3L IVD台架评定结果

表 6    Ford 2.3L IVD台架评定结果

4 结论

(1) 聚异丁烯胺和丁二酰亚胺具有较好的清净性能, 是常用的汽油清净剂主剂。聚异丁烯胺的初始分解温度高于丁二酰亚胺, 而终止分解温度低于丁二酰亚胺。

(2) 聚异丁烯胺和丁二酰亚胺均具有较好的燃油喷嘴清净性能, 聚异丁烯胺调制的汽油清净剂比丁二酰亚胺调制的汽油清净剂有更好的进气阀沉积物控制能力, 燃烧室沉积物的控制能力与丁二酰亚胺相当。

参考文献

[1]	裴宏斌. 汽油清净剂的现状和发展[J]. 辽宁化工, 2004, 33(9): 537-540. DOI:10.3969/j.issn.1004-0935.2004.09.013
[2]	Gateau, et al.Simplified process for production of alkenylsuccin-imides or polyalkenylsuccini mides, USP5, 735, 915
[3]	Mohr, et al.Polyisobutylaminoalcohols andfuels for internal com-bustion engines containing these products, USP6, 371, 999
[4]	Oppenlander, et al.Polyalkene alcohol polyetheramines and their use in fuels and lubricants, USP6, 548, 461
[5]	Sabourin, et al.Fuel compositions containing hydroxyalkyl-sub-stituted amines, USP6, 368, 370
[6]	Sabourin, et al.Fuel compositions containing hydroxyalkyl-sub-stituted polyamines, USP6, 346, 129

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