CN115125053B - 氢燃料内燃机的润滑油组合物、使用及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种氢燃料内燃机的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有第一组分；第一组分含有第一基础油和第一添加剂；第一基础油含有酯类基础油、PAO基础油和III类基础油，以第一组分的总重量为基准，酯类基础油的含量为11～31wt％，PAO基础油的含量为1～12wt％，III类基础油的含量为1～18wt％；第一添加剂含有第一乳化剂，以第一组分的总重量为基准，第一乳化剂的含量为0.01～4wt％；第一添加剂含有第一黏度指数改进剂，第一黏度指数改进剂为酯类黏度指数改进剂，以第一组分的总重量为基准，第一黏度指数改进剂的含量为8～15wt％。本公开还提供润滑油组合物的使用方法和制备方法。该组合物显著提高了润滑油的乳化性能、减摩抗磨和低温冷启动性能。

Description

氢燃料内燃机的润滑油组合物、使用及制备方法
技术领域
本公开涉及一种润滑油，具体地，涉及一种氢燃料内燃机的润滑油组合物、使用及制备方法。
背景技术
氢能源是实现碳达峰、碳中和需求下的最佳能源载体，具有高能量、无污染的特性。氢燃料内燃机是氢能源利用的重要形式之一，拥有高效率、高可靠性、低成本和低排放的显著优势。从整体上看，在氢能源利用方面，氢内燃机有望在汽车行业大规模生产使用。氢燃料内燃机其生产可依托于现有的工业体系，在低成本进行批量化生产。氢内燃机虽然在结构上和传统内燃机差距不大，但仍需对发动机部件进行改进，同时氢燃料的燃烧将对润滑油的抗氧化性、防腐蚀、减摩抗磨、乳化稳定性等性能提出严格的要求。
氢燃料内燃机运行过程中会反应生成大量的水，当水直接接触发动机的摩擦副时，会加剧摩擦磨损，甚至造成零部件腐蚀，润滑油乳化作用可以形成油包水相，避免水直接接触摩擦副。然而现有的润滑油，其乳化性能难以满足氢燃料内燃机的需求，此外，由于产生大量的水，会影响内燃机的低温冷启动性能。
发明内容
本公开的目的是为了解决现有润滑油，用于氢燃料内燃机时，乳化性能、减摩抗磨和低温冷启动性能不足的技术问题。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种氢燃料内燃机的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有第一组分，所述第一组分含有第一基础油和第一添加剂；
所述第一基础油含有酯类基础油、PAO基础油和III类基础油，以所述第一组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为11～31wt％，所述PAO基础油的含量为1～12wt％，所述III类基础油的含量为1～18wt％；
所述第一添加剂含有第一乳化剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一乳化剂的含量为0.01～4wt％；
所述第一添加剂含有第一黏度指数改进剂，所述第一黏度指数改进剂为酯类黏度指数改进剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一黏度指数改进剂的含量为8～15wt％。
可选地，所述第一基础油的黏度指数大于120，所述第一基础油的芳香烃含量为0～3％。
可选地，所述第一乳化剂含有阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述阴离子型乳化剂与所述非离子型乳化剂的重量比为4～6:1；
所述阴离子型乳化剂含有十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠铵、壬基酚醚硫酸酯铵盐、磷酸酯盐、磺基半酯乙氧基化醇二钠、脂肪醇醚硫酸钠盐中的至少一种；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基醇酰胺中的至少一种；
所述第一黏度指数改进剂为聚甲基丙烯酸酯。
可选地，所述第一添加剂含有第一清净剂、第一分散剂、第一抗氧剂、第一减磨剂和第一降凝剂；
以所述第一组分的总重量为基准，所述第一清净剂的含量为0.1～17wt％，所述第一分散剂的含量为5～25wt％，所述第一抗氧剂的含量为7～30wt％，所述第一减磨剂的含量为0.1～10wt％，所述第一降凝剂的含量为0.01～0.5wt％。
本公开还提供第一方面所述的润滑油组合物的使用方法，使用含有第一组分的润滑油组合物作为氢燃料内燃机的润滑油，当所述氢燃料内燃机工作至预设里程后，加入第二组分作为氢燃料内燃机的润滑油；
所述第二组分含有第二基础油和第二添加剂；
所述第二基础油含有酯类基础油，或者含有酯类基础油和III类基础油，所述第二添加剂含有第二乳化剂、第二清净剂和第二抗氧剂。
可选地，所述预设里程与最大行驶里程的比例为1:2～2:3。
可选地，所述第一组分与所述第二组分的体积比为95-99:1-5。
可选地，以所述第二组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为60～90wt％，所述III类基础油的含量为0～33wt％，所述第二乳化剂的含量为0.01～5wt％，所述第二清净剂的含量为0.01～3wt％，所述第二抗氧剂的含量为0.01～5wt％；
优选地，所述第二乳化剂含有阳离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种；所述阳离子型乳化剂含有十六烷基三甲基溴化铵和/或十六烷基溴化吡啶；
所述第二乳化剂的非离子型乳化剂与阳离子型乳化剂的重量比为0.1～3:1；
所述第二清净剂含有烷基磺酸钙、硫化烷基酚钙、烷基水杨酸钙和烷基水杨酸镁中至少一种；所述第二抗氧剂含有胺类抗氧剂。
本公开还提供制备第一方面所述的第一组分的方法，该方法包括如下步骤：将第一基础油、第一黏度指数改进剂进行第一混合，得到第一混合物；
在所述第一混合物中加入第一乳化剂进行第二混合，得到第二混合物；
所述第一混合的温度为55～65℃，时间为30～60min；所述第二混合的温度为50～60℃，时间为30～60min。
本公开还提供制备第二方面所述的第二组分的方法，该方法包括如下步骤：混合第二基础油、第二乳化剂、第二清净剂和第二抗氧剂；
所述混合温度为50～60℃，时间为30～60min。
通过上述技术方案，本公开提供了一种氢燃料内燃机的润滑油组合物，该组合物显著提高了润滑油的乳化性能、减摩抗磨和低温冷启动性能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是市售SP 0W-20和实施例2(第一组分、第一组分+第二组分)乳化前后摩擦系数对比图。
图2是市售SP 0W-20和实施例2(第一组分、第一组分+第二组分)乳化前后平均磨斑直径对比图。
图3是市售SN 5W-30和实施例3(第一组分、第一组分+第二组分)乳化前后摩擦系数对比图。
图4是市售SN 5W-30和实施例3(第一组分、第一组分+第二组分)乳化前后平均磨斑直径对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面提供一种氢燃料内燃机的润滑油组合物，所述润滑油组合物含有第一组分，所述第一组分含有第一基础油和第一添加剂；
所述第一基础油含有酯类基础油、PAO基础油和III类基础油，以所述第一组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为11～31wt％，所述PAO基础油的含量为1～12wt％，所述III类基础油的含量为1～18wt％；
所述第一添加剂含有第一乳化剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一乳化剂的含量为0.01～4wt％；
所述第一添加剂含有第一黏度指数改进剂，所述第一黏度指数改进剂为酯类黏度指数改进剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一黏度指数改进剂的含量为8～15wt％。
氢燃料内燃机的使用过程中会产生大量的水，然而发动机表面有水层时，会造成异常磨损，导致拉缸抱瓦，需要形成稳定均一的乳化液，防止水层直接与发动机表面接触，本公开选择酯类基础油和酯类黏度指数改进剂，提高润滑油的乳化性能和抗磨损性能。
为了促进水与酯类基础油和酯类黏度指数改进剂相互作用，促进稳定均一的乳化液的形成，本公开的润滑油组合物还含有乳化剂。
使用本公开的润滑油组合物，在氢气和水的环境下，具有较好的乳化性能。
氢燃料的使用过程产生大量水，会影响内燃机的低温冷启动性能，本公开通过使用PAO基础油，改善低温磨损性能和低温冷启动性能。
可选地，所述第一基础油的黏度指数大于120，所述第一基础油的芳香烃含量为0～3％。
可选地，所述第一乳化剂含有阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述阴离子型乳化剂与所述非离子型乳化剂的重量比为4～6:1；
所述阴离子型乳化剂含有十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠铵、壬基酚醚硫酸酯铵盐、磷酸酯盐、磺基半酯乙氧基化醇二钠、脂肪醇醚硫酸钠盐中的至少一种；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基醇酰胺中的至少一种；
所述第一黏度指数改进剂为聚甲基丙烯酸酯。
非离子乳化剂受外界环境影响较小；阴离子乳化剂在碱性条件下乳化效果好，润滑油在使用初期，油品偏碱性，阴离子乳化剂存在的更稳定，更容易长时间保持作用。同时使用阴离子乳化剂和非离子乳化剂，可以长时间保持较好的乳化稳定性。
可选地，所述第一添加剂含有第一清净剂、第一分散剂、第一抗氧剂、第一减磨剂和第一降凝剂；
以所述第一组分的总重量为基准，所述第一清净剂的含量为0.1～17wt％，所述第一分散剂的含量为5～25wt％，所述第一抗氧剂的含量为7～30wt％，所述第一减磨剂的含量为0.1～10wt％，所述第一降凝剂的含量为0.01～0.5wt％。
可选地，所述第一清净剂含有芳基磺酸钙、硫化烷基酚钙、烷基水杨酸钙和烷基水杨酸镁中的至少一种。
可选地，所述第一分散剂含有聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂和/或硼化双聚异丁烯丁二酰亚胺分散剂，优选地，所述聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂的含量为3～20wt％，所述硼化双聚异丁烯丁二酰亚胺分散剂的含量为2-8wt％。
可选地，所述第一减摩剂含有二烷基二硫代磷酸锌和/或二烷基二硫代氨基甲酸钼；优选地，所述第一减磨剂含有二烷基二硫代磷酸锌和二烷基二硫代氨基甲酸钼。优选地，所述二烷基二硫代磷酸锌的含量为0.1～9wt％，所述二烷基二硫代氨基甲酸钼的含量为0-1wt％。
可选地，所述第一降凝剂含有聚甲基丙烯酸酯和/或聚a-烯烃和/或富马酸酯；优选地，所述第一降凝剂为富马酸酯。
可选地，所述第一抗氧剂含有胺型抗氧剂和/或酚型抗氧剂；优选地，所述胺型抗氧剂含有二烷基二苯胺、辛基二苯胺、烷基化苯胺中的至少一种；所述酚型抗氧剂含有混合多环酚(酚酯型，含4,4-亚甲基-双-2,6-二叔丁基酚的混合物)、叔丁基苯衍生物中的至少一种。
本公开还提供第一方面所述的润滑油组合物的使用方法，使用含有第一组分的润滑油组合物作为氢燃料内燃机的润滑油，当所述氢燃料内燃机工作至预设里程后，加入第二组分作为氢燃料内燃机的润滑油；
所述第二组分含有第二基础油和第二添加剂；
所述第二基础油含有酯类基础油，或者含有酯类基础油和III类基础油，所述第二添加剂含有第二乳化剂、第二清净剂和第二抗氧剂。
第一组分在氢气环境下使用一段时间后，润滑油会老化，乳化剂会被中和消耗，影响形成稳定均一的乳化液，且会产生积碳，抗氧性能会下降，本公开当氢燃料内燃机工作至预设里程后，在润滑油中加入第二组分，由于第二组分含有乳化剂，能够改善老化导致润滑油乳化性能下降的现象，由于第二组分含有清净剂，能够清除积碳，由于第二组分含有抗氧剂，能够满足抗氧需求。
可选地，所述预设里程与最大行驶里程的比例为1:2～2:3。通过设定预设里程与最大行驶里程的比例，能够保护氢燃料发动机的发动部件，不出现润滑油使用不当导致的运行异常。
可选地，所述第一组分与所述第二组分的体积比为95-99:1-5。
可选地，以所述第二组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为60～90wt％，所述III类基础油的含量为0～33wt％，所述第二乳化剂的含量为0.01～5wt％，所述第二清净剂的含量为0.01～3wt％，所述第二抗氧剂的含量为0.01～5wt％；
优选地，所述第二乳化剂含有阳离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种；所述阳离子型乳化剂含有十六烷基三甲基溴化铵和/或十六烷基溴化吡啶；
所述第二乳化剂的非离子型乳化剂与阳离子型乳化剂的重量比为0.1～3:1；
所述第二清净剂含有烷基磺酸钙、硫化烷基酚钙、烷基水杨酸钙和烷基水杨酸镁中至少一种；所述第二抗氧剂含有胺类抗氧剂。
油品老化是缓慢发展的过程，涉及的化学反应多，过程复杂，与发动机的工况有关。阳离子乳化剂在酸性环境中乳化效果好，随着油品氧化程度增加，酸性增强，阳离子型乳化剂的乳化作用增大；非离子乳化剂受外界环境影响较小。本公开采用特定重量比的非离子型乳化剂和阳离子型乳化剂，协同促进乳化。
本公开还提供制备第一方面所述的第一组分的方法，该方法包括如下步骤：将第一基础油、第一黏度指数改进剂进行第一混合，得到第一混合物；
在所述第一混合物中加入第一乳化剂进行第二混合，得到第二混合物；
所述第一混合的温度为55～65℃，时间为30～60min；所述第二混合的温度为50～60℃，时间为30～60min。
可选地，将所述第一基础油、所述第一黏度指数改进剂和所述第一降凝剂进行第一混合，得到第一混合物；
在所述第一混合物中加入所述第一清净剂、所述第一减摩剂、所述第一抗氧剂和所述第一分散剂进行第二混合，得到第二混合物；
在所述第二混合物中加入所述第一乳化剂进行第三混合，得到第三混合物；
所述第一混合的温度为55～65℃，时间为30～60min；所述第二和/或第三混合的温度为50～60℃，时间为30～60min。
本公开还提供制备第二方面所述的第二组分的方法，该方法包括如下步骤：混合第二基础油、第二乳化剂、第二清净剂和第二抗氧剂；
所述混合温度为50～60℃，时间为30～60min。
以下通过实施例进一步详细说明本公开。实施例中所用到的原材料均可通过商购途径获得。
实施例1(SN 0W-20黏度级别)
按照下表所示的组成配制本实施例的润滑油组合物。
实施例2(SP 0W-20黏度级别)
按照下表所示的组成配制本实施例的润滑油组合物。
实施例3(SN 5W-30黏度级别)
按照下表所示的组成配制本实施例的润滑油组合物。
实施例4(CI-4 10W-40黏度级别)
按照下表所示的组成配制本实施例的润滑油组合物。
测试实施例
乳化稳定性测试方法包括：取100ml润滑油组合物放到于250ml三口烧瓶中，其中一个瓶口通入氢气，一个瓶口接100ml底端带旋钮玻璃滴管(封口)，滴管中装入100ml去离子水；中间瓶口装入搅拌桨，并外接塑胶管，塑胶管尾部放入水中。调整温度至80℃，以1500r/min速度进行搅拌；通入氢气，确认水中塑胶管尾部处有气泡为止；去离子水滴速为2～3滴/min，模拟氢燃料发动机油老化过程。分别在48h、240h、480h和720h观察油品乳化情况。具体实验结果见表1-表3。
表1对比油与实施例乳化情况
从表1可以看出，与SN 0W-20(市售)相比，本公开的润滑油组合物具有优异乳化性能。
表2对比油与实施例乳化情况
从表2可以看出，与SN 5W-30(市售)相比，本公开的润滑油组合物具有优异乳化性能。
表3对比油与实施例乳化情况
从表3可以看出，与CI-4 10W-40(市售)相比，本公开的润滑油组合物具有优异乳化性能。
抗磨性能测试方法包括：分别量取40mL润滑油组合物置于容器中，再分别向三个容器中加入40mL蒸馏水，在54℃下搅拌5min，转速1500r/min。结束搅拌后，用HFRR(高频往复摩擦磨损试验机)对乳化前和乳化后油液进行测试，试验条件为接触载荷100g，行程2mm，往复频率20Hz，温度50℃，持续试验时间60min。根据摩擦系数和平均磨斑直径的变化率进行评估。具体实验结果见表4-表5，图1-图4。
表4对比油与实施例抗磨性能
从表4可以看出，乳化前，第一组分单独和第一组分及第二组分的组合与对比油SP0W-20在摩擦磨损方面表现相当。乳化后，第一组分单独和第一组分及第二组分的组合的摩擦磨损均优于对比油SP 0W-20。
表5对比油与实施例抗磨性能
从表5可以看出，乳化前，第一组分单独和第一组分及第二组分的组合与对比油SN5W-30在摩擦磨损方面表现相当。乳化后，第一组分单独和第一组分及第二组分的组合的摩擦磨损均优于对比油SN 5W-30。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种氢燃料内燃机的润滑油组合物，其特征在于，所述润滑油组合物含有第一组分，所述第一组分含有第一基础油和第一添加剂；
所述第一基础油含有酯类基础油、PAO基础油和III类基础油，以所述第一组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为11~31wt%，所述PAO基础油的含量为1~12wt%，所述III类基础油的含量为1~18wt%；
所述第一添加剂含有第一乳化剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一乳化剂的含量为0.01~4wt%；
所述第一添加剂含有第一黏度指数改进剂，所述第一黏度指数改进剂为酯类黏度指数改进剂，以所述第一组分的总重量为基准，所述第一黏度指数改进剂的含量为8~15wt%；
所述第一乳化剂含有阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述阴离子型乳化剂与所述非离子型乳化剂的重量比为4~6:1。
2.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，所述第一基础油的黏度指数大于120，所述第一基础油的芳香烃含量为0~3％。
3.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，所述阴离子型乳化剂含有十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠铵、壬基酚醚硫酸酯铵盐、磷酸酯盐、磺基半酯乙氧基化醇二钠、脂肪醇醚硫酸钠盐中的至少一种；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基酚聚氧乙烯醚和烷基醇酰胺中的至少一种；
所述第一黏度指数改进剂为聚甲基丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的润滑油组合物，其中，所述第一添加剂含有第一清净剂、第一分散剂、第一抗氧剂、第一减磨剂和第一降凝剂；
以所述第一组分的总重量为基准，所述第一清净剂的含量为0.1~17wt%，所述第一分散剂的含量为5~25wt%，所述第一抗氧剂的含量为7~30wt%，所述第一减磨剂的含量为0.1~10wt%，所述第一降凝剂的含量为0.01~0.5wt%。
5.权利要求1-4任一项所述的润滑油组合物的使用方法，其特征在于，使用含有第一组分的润滑油组合物作为氢燃料内燃机的润滑油，当所述氢燃料内燃机工作至预设里程后，加入第二组分作为氢燃料内燃机的润滑油；
所述第二组分含有第二基础油和第二添加剂；
所述第二基础油含有酯类基础油，或者含有酯类基础油和III类基础油，所述第二添加剂含有第二乳化剂、第二清净剂和第二抗氧剂。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其中，所述预设里程与最大行驶里程的比例为1:2~2:3。
7.根据权利要求5所述的使用方法，其中，所述第一组分与所述第二组分的体积比为95-99:1-5。
8.根据权利要求5所述的使用方法，其中，以所述第二组分的总重量为基准，所述酯类基础油的含量为60~90wt%，所述III类基础油的含量为0~33wt%，所述第二乳化剂的含量为0.01~5wt%，所述第二清净剂的含量为0.01~3wt%，所述第二抗氧剂的含量为0.01~5wt%；
所述第二乳化剂含有阳离子型乳化剂和非离子型乳化剂；
所述非离子型乳化剂含有脂肪酸失水山梨醇酯、烷基醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚中至少一种；所述阳离子型乳化剂含有十六烷基三甲基溴化铵和/或十六烷基溴化吡啶；
所述第二乳化剂的非离子型乳化剂与阳离子型乳化剂的重量比为0.1~3:1；
所述第二清净剂含有烷基磺酸钙、硫化烷基酚钙、烷基水杨酸钙和烷基水杨酸镁中至少一种；所述第二抗氧剂含有胺类抗氧剂。
9.制备权利要求1-4任一项所述的第一组分的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将第一基础油、第一黏度指数改进剂进行第一混合，得到第一混合物；
在所述第一混合物中加入第一乳化剂进行第二混合，得到第二混合物；
所述第一混合的温度为55~65℃，时间为30~60min；所述第二混合的温度为50~60℃，时间为30~60min。
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