Ở phần trước chúng ta đã tìm hiểu về các loại phụ gia bôi trơn và một vài cơ chế chung. Phần này sẽ tìm hiểu sâu hơn về từng loại phụ gia, cách/cơ chế chúng tương tác để tạo ra các tính chất bảo vệ dầu và thiết bị, và thành phần hóa học của từng loại.
1. Phụ gia bôi trơn thông thường
Gồm các loại phụ gia sau:
1.1. Phụ gia chống oxy hóa (Anti-Oxidation)
Oxy hóa là sự tấn công của oxy vào các thành phần yếu nhất của dầu gốc. Nó xảy ra mọi lúc tại mọi điều kiện, nhưng được tăng tốc khi có các điều kiện thúc đẩy như nhiệt độ, nước, mạt kim loại và các chất gây ô nhiễm khác.
Cuối cùng, nó tạo ra axit (nguyên nhân ăn mòn) và cặn bùn (gây tăng độ nhớt, và bám đóng trên bề mặt thiết bị). Các chất ức chế oxy hóa được sử dụng để chống lại quá trình oxy hóa này kéo dài tuổi thọ hoạt động của dầu.
Bản chất chất ức chế oxy hóa các chất phụ gia hy sinh, chúng đóng vai trò là hàng rào bảo vệ và đứng ra chịu tấn công của oxy và các tạp chất, để trì hoãn quá trình oxy hóa dầu gốc. Chúng có mặt trong hầu hết các loại dầu mỡ bôi trơn.
1.2. Phụ gia ức chế rỉ sét và ăn mòn (Rust& Corrosion Inhibitor)
Các loại phụ gia này làm giảm hoặc loại bỏ rỉ sét và ăn mòn bằng cách trung hòa axit và tạo thành một hàng rào bảo vệ hóa học không có nước tiếp xúc với bề mặt kim loại.
Một số loại chất ức chế được chế tạo riêng để bảo vệ một số loại kim loại. Do đó, một loại dầu có thể chứa một vài loại chất ức chế ăn mòn. Một lần nữa, chất ức chế gỉ và ăn mòn cũng là loại phụ gia phổ biến trong hầu hết các loại dầu mỡ. Chất khử hoạt tính kim loại là một dạng khác của chất ức chế ăn mòn (Hình 3).
1.3. Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt (VI)
Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt là các chuỗi polymer lớn có khả năng ngăn chặn một phần dầu bị loãng (mất độ nhớt) khi nhiệt độ tăng. Các chất phụ gia này được sử dụng rộng rãi khi pha trộn các loại dầu động cơ nhiều cấp như SAE 5W-30 hoặc SAE 15W-40.
Chúng cũng chịu trách nhiệm cho việc lưu chuyển dầu tốt hơn ở nhiệt độ thấp, dẫn đến giảm hao mòn và tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, các phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt được sử dụng để pha trộn vào dầu thủy lực và bánh răng, tạo một loại dầu có chỉ số độ nhớt cao, hỗ trợ cho quá trình khởi động và bôi trơn ở nhiệt độ thấp.
Để hình dung cách một phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt hoạt động, hãy tưởng tượng chúng có cấu trúc như một lò xo cuộn được cuộn tròn như một quả bóng nhỏ ở nhiệt độ thấp và rất ít ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu. Sau đó, khi nhiệt độ tăng, lò xo cuộn này sẽ mở rộng ra với thể tích lớn hơn rất nhiều và ngăn không cho các phân tử dầu quá xa nhau, do đó ngăn không cho dầu loãng ra quá nhiều ở nhiệt độ cao, tránh mất tính chất bôi trơn khi dầu hoạt động trong vùng tải.
Tuy nhiên phụ gia cải thiện độ nhớt vẫn có khuyết điểm: Các chất phụ gia là các polyme lớn với khối lượng phân tử cao, khiến chúng dễ bị cắt thành các mảnh nhỏ bởi lực cắt của các thành phần máy (bánh răng, ma sát vòng bi,…). Việc phụ gia cải thiện độ nhớt bị cắt vĩnh viễn có thể gây ra tổn thất độ nhớt đáng kể, tuy nhiên điều này có thể được phát hiện bởi các phép phân tích dầu.
Copolyme olefin là phổ biến nhất trong số các loại phụ gia cải thiện độ nhớt. Các phụ gia cải thiện độ nhớt chất lượng cao sẽ ít bị tổn thất do lực cắt hơn.
1.4. Phụ gia chống mài mòn (AW-Anti Wear)
Các chất phụ gia này thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận của máy khỏi mài mòn bề mặt kim loại trong các điểm tiếp xúc biên biên. Bằng cách bám vào bề mặt kim loại ma sát (phụ gia phân cực).
Chúng được kích hoạt bởi sức nóng của ma sát và tạo thành một lớp mỏng (tương tác hóa học) trên bề mặt kim loại bảo vệ kim loại khỏi mài mòn (Hình 4). Chúng cũng giúp bảo vệ dầu gốc khỏi quá trình oxy hóa và bảo vệ kim loại khỏi bị hư hại bởi các axit ăn mòn.
Các chất phụ gia này cũng bị tiêu hao dần trong khi thực hiện chức năng của chúng. Chúng thường là các hợp chất phốt pho, trong đó phổ biến nhất là kẽm dialkyldithiophosphate (ZDDP). Có một vài phiên bản khác nhau của ZDDP - một số dành cho các ứng dụng thủy lực và các số khác cho những ứng dụng nhiệt độ cao hơn gặp phải như dầu động cơ. ZDDP cũng có một số đặc tính chống oxy hóa và chống ăn mòn. Ngoài ra TCP cũng là một hợp chất gốc phốt phát sử dụng trong chống mài mòn.
1.5. Phụ gia cực áp (EP)
Các chất phụ gia này có cùng nhiệm vụ nhưng mạnh hơn về mặt hóa học và hoạt động ở điều kiện khắc nghiệt hơn so với phụ gia AW. Chúng phản ứng hóa học với các bề mặt kim loại (sắt) để tạo thành một màng hy sinh bề mặt, ngăn chặn sự hàn và thu giữ các cường độ đối nghịch gây ra bởi sự tiếp xúc kim loại với kim loại (mòn dính).
Phụ gia cực áp được kích hoạt ở mức tải cao và bởi nhiệt độ tiếp xúc cao. Chúng thường được sử dụng trong dầu hộp số và tạo ra một loại dầu có mùi độc đáo- mùi lưu huỳnh mạnh. Các phụ gia này thường chứa các hợp chất lưu huỳnh và phốt pho (và đôi khi là các hợp chất boron).
Chúng có thể ăn mòn đối với kim loại màu vàng, đặc biệt là ở nhiệt độ cao, do đó không nên sử dụng dầu có phụ gia cực áp trong các bánh răng hoặc những ứng dụng tương tự có vật liệu gốc Đồng (Cu). Một số phụ gia EP có thanh phần là Clo nhưng hiếm khi được sử dụng do nguy cơ ăn mòn.
Các chất phụ gia chống mài mòn và các tác nhân cực áp tạo thành một nhóm lớn các chất phụ gia hóa học thực hiện chức năng bảo vệ bề mặt kim loại trong quá trình bôi trơn biên bằng cách tạo ra một lớp màng bảo vệ hoặc rào chắn trên bề mặt hao mòn. Nên phụ gia cực áp và phụ gia chống mài mòn còn được gọi bằng một cái tên là phụ gia bôi trơn biên.
1.6. Phụ gia phân tán
Các chất phân tán chủ yếu được tìm thấy trong dầu động cơ với chất tẩy rửa để giúp giữ cho động cơ sạch và không có cặn. Chức năng chính của các chất phân tán là giữ cho các hạt của động cơ diesel bị phân tán hoặc lơ lửng trong dầu (kích thước nhỏ hơn 1 micron). Hình 5
Mục tiêu là giữ cho chất gây ô nhiễm lơ lửng và không cho phép nó kết tụ trong dầu để nó giảm thiểu thiệt hại và có thể được đưa ra khỏi động cơ trong quá trình thay dầu. Các phụ gia phân tán nói chung có bản chất là hữu cơ và không tạo tro. Như vậy, chúng không dễ dàng được phát hiện với các phép phân tích dầu thông thường.
Sự kết hợp của các chất phụ gia tẩy rửa / phân tán cho phép nhiều hợp chất axit được trung hòa và nhiều hạt cặn rắn/nước/tạp ô nhiễm được giữ ở trạng thái lơ lửng. Khi các chất phụ gia này thực hiện chức năng trung hòa axit và giữ các chất gây ô nhiễm, chúng sẽ bị bão hòa và hết khả năng phân tán, lúc này sẽ cần phải thay dầu.
1.7. Phụ gia chống tạo bọt
Các hóa chất trong nhóm phụ gia này có sức căng bề mặt thấp, làm suy yếu màng bong bóng dầu và cho phép bọt bong bóng dễ vỡ hơn. Chúng có tác động gián tiếp đến quá trình oxy hóa bằng cách giảm sự tiếp xúc không khí-dầu.
Một số chất phụ gia này là các vật liệu silicon không hòa tan trong dầu, không hòa tan nhưng được phân tán min với nồng độ rất thấp trong dầu bôi trơn. Nếu thêm quá nhiều phụ gia chống tạo bọt, nó có thể có tác dụng ngược và thúc đẩy quá trình tạo bọt khí.
1.8. Phụ gia điều chỉnh ma sát
Phụ gia điều chỉnh ma sát thường được sử dụng trong dầu động cơ để thay đổi ma sát giữa động cơ và các bộ phận truyền động. Trong động cơ, trọng tâm là giảm ma sát để tiết kiệm năng lượng.
Phụ gia điều chỉnh ma sát có thể được coi là phụ gia chống mài mòn cho các tải thấp hơn do không được kích hoạt bởi nhiệt độ tiếp xúc.
1.9. Phụ gia giảm điểm chảy
Điểm chảy của dầu được hiểu là nhiệt độ thấp nhất mà dầu sẽ ở trạng thái lỏng. Tinh thể sáp hình thành trong dầu khoáng parafin kết tinh (trở nên rắn) ở nhiệt độ thấp. Các tinh thể rắn tạo thành một mạng lưới ngăn chặn các phân tử dầu lỏng còn lại chảy.
Các chất phụ gia trong nhóm này làm giảm kích thước của các tinh thể sáp trong dầu và sự tương tác của chúng với nhau, cho phép dầu tiếp tục chảy ở nhiệt độ thấp.
1.10. Phụ gia khử nhũ tương
Phụ gia khử nhũ tương ngăn chặn sự hình thành hỗn hợp dầu-nước ổn định hoặc nhũ tương bằng cách thay đổi lực căng liên kết của dầu để nước sẽ đông lại và tách ra khỏi dầu dễ dàng hơn. Đây là một đặc tính quan trọng đối với chất bôi trơn tiếp xúc với hơi nước hoặc nước, để nước tự do có thể thoát ra và dễ xả bỏ hoặc lọc bỏ tại bồn chứa.
1.11. Phụ gia nhũ hóa
Chất nhũ hóa được sử dụng trong dầu gốc nước-dầu làm việc trong môi trường kim loại, và chất lỏng chống cháy để giúp tạo ra nhũ tương dầu-nước ổn định. Phụ gia nhũ hóa có thể được coi là chất keo kết dính dầu và nước với nhau, vì thông thường chúng muốn tách ra khỏi nhau do sức căng bề mặt và sự khác biệt về trọng lực riêng.
1.12. Phụ gia diệt khuẩn
Chất diệt khuẩn thường được thêm vào chất bôi trơn gốc nước để kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn.
1.13. Phụ gia kết dính
Phụ gia kết dính là vật liệu dạng chuỗi được sử dụng trong một số loại dầu và mỡ để ngăn chất bôi trơn bong ra khỏi bề mặt kim loại trong quá trình chuyển động quay.
Để được các đơn vị pha trộn và khách hàng chấp nhận, các chất phụ gia phải lưu trữ được trong các thiết bị pha trộn thông thường, ổn định, không có mùi khó chịu và không độc hại theo tiêu chuẩn công nghiệp thông thường. Vì nhiều loại phụ gia đậm đặc có độ nhớt cao, chúng thường được bán cho ho các đơn vị pha trộn dầu dưới dạng dung dịch đậm đặc trong chất mang dầu gốc.
[CÒN NỮA]
