Comprendre les additifs détergents dans les huiles moteur : un aperçu

Contenu

Qu'est-ce qu'un détergent pour les huiles de moteur à combustion interne ?

Fonctions des détergents

Capacité de neutralisation de l'acide

Capacité de détergence

Dispersion

Solubilisation

Comparaison des performances des principaux détergents

Types de détergents pour Lubrifiants.

Sulfonate

Alkyl phénates et alkyl phénates sulfurés

 

Qu'est-ce qu'un détergent pour les huiles de moteur à combustion interne ?

 

 

Le détergent (pour les huiles de moteur à combustion interne) est un produit chimique qui peut nettoyer les pièces du moteur et garder les pièces du moteur propres, et aider à suspendre les particules solides indésirables dans l'huile moteur. Le détergent a quatre fonctions : neutralisation de l'acide, détergence, dispersion et solubilisation.

Dans les formulations d'huile moteur, la plupart des détergents utilisent des savons de métaux alcalins pour neutraliser les acides organiques ou inorganiques générés lors de l'oxydation ou de la combustion.

Les détergents sont généralement combinés avecdispersantsetZDDPet sont principalement utilisés dans les huiles pour moteurs à combustion interne.

 

• En 1943, les États-Unis ont découvert que l'huile de moteur diesel additionnée de savons métalliques d'acide carboxylique organique, tels que les acides gras solubles dans l'huile ou les acides naphténiques, pouvait résoudre le problème de l'augmentation des dépôts de carbone dans les gorges des segments de piston, les gens l'appellent détergent parce que ce type de le savon métallique soluble dans l'huile a la même capacité de nettoyage qu'un savon soluble dans l'eau.
• La recherche sur les détergents a commencé avecsavons métalliques, et est devenu populaire avec les acides gras et les savons d'acide naphténique. Étant donné que la plupart des sels métalliques d'acides gras et des sels métalliques d'acide naphténique sont également des catalyseurs d'oxydation de l'huile lubrifiante, ils ont été remplacés par des sulfonates, des phénates et des phosphates avec le développement de l'industrie des lubrifiants.
• Dans les additifs de lubrifiants modernes, les détergents les plus populaires incluentSulfonates, Alkylphénates sulfurés, Phosphonotthiolate, Alkylsalicylateset naphténates. Les cinq types de détergents sont initialement appliqués avec des sels neutres.
• À la fin des années 1940 et au début des années 1950, avec l'augmentation des moteurs diesel suralimentés à haute puissance et l'augmentation des carburants contenant du soufre, ainsi qu'une meilleure compréhension de la neutralisation des détergents, les gens ont commencé à développerdétergents de baseetdétergents surbase.
• A la fin des années 1950, des produits détergents avec une valeur de base de 250 mg KOH/g ont été développés.
• À l'heure actuelle, la quantité de produits à nombre de base élevé prend la majorité des additifs de lubrifiants modernes, et la valeur de base peut atteindre jusqu'à 400 ~ 500 mgKOH/g. Plus de 75 % des détergents sont utilisés dans l'huile pour moteur à essence et l'huile pour moteur diesel. Le dosage de détergent dans l'huile moteur automobile peut atteindre 3 % ~ 15 %, et le contenu dans l'huile moteur marine sera encore plus élevé. Les huiles pour cylindres marins (TBN 100) contiennent jusqu'à 30 % d'additifs, la plupart de ces additifs étant des détergents.

 

 

Fonctions des détergents

 

Capacité de neutralisation de l'acide
La plupart des détergents ont une valeur de base, et certains ont une valeur de base élevée, appeléeNuméro de base total (TBN), et TBN représente la capacité à neutraliser les acides. Différents sels métalliques ont différentes capacités de neutralisation des acides.

Les détergents alcalins à base de sulfonate et de phosphate sont des sels alcalins fortement acides, et seule la partie trop alcaline du détergent, c'est-à-dire le carbonate et l'hydroxyde, peut neutraliser la capacité acide, tandis que les sulfonates et phosphates neutres sont des savons et n'ont aucune capacité à neutraliser les acides. . Cependant, les carboxylates basiques, les salicylates et les phénates sont des sels d'acide faible à base forte, ce qui en fait des bases de Lewis. Non seulement la partie sur-alcaline a la capacité de neutralisation, mais aussi le savon a la capacité de neutraliser l'acide.

Les détergents à base élevée sont généralement une combinaison de carbonates (CaCO₃, BaCO₃, MgCO₃, N / A₂CO₃, Li₂CO₃, etc.) et des hydroxydes métalliques [Ca(OH)₂, Ba(OH)₂, Mg (OH)₂, NaOH, LiOH] et d'autres colloïdes à l'état de superparticules sont dispersés dans des détergents neutres à base de métaux.

Les détergents surbasés avec des réserves alcalines élevées peuvent neutraliser en continu les acides dérivés de l'oxydation de l'huile de lubrification et du mazout, les empêchant de se condenser davantage par oxydation et réduisant ainsi les dépôts résineux dans le moteur. En même temps, il peut également neutraliser l'oxyde de soufre généré après la combustion de carburants contenant du soufre, l'empêchant de sulfoner l'huile de lubrification ;

Il peut également neutraliser l'acide carboxylique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, etc. produits après la combustion de l'essence et les empêcher d'agir davantage sur les hydrocarbures.

En raison de la neutralisation de ces acides inorganiques et organiques, la corrosion de ces substances acides sur les parties métalliques du moteur est empêchée, ce qui est particulièrement important pour les huiles pour moteurs diesel et les huiles marines qui utilisent des carburants à haute teneur en soufre.

 

Capacité de détergence

Le détergent se présente sous forme de micelles dans l'huile et a une forte adsorption sur le film résineux indésirable et les dépôts de carbone. Il peut laver le film résineux et le dépôt de carbone adhérant au piston et les disperser dans l'huile.

En général, plus les propriétés dispersantes sont fortes, plus les propriétés sont fortes.

 

Dispersion

Le détergent peut absorber les petites particules solides telles que les particules de colloïde et de carbone qui ont été générées et les disperser dans l'huile, les empêchant de s'agglomérer pour former de grosses particules qui adhèrent au cylindre ou se déposent dans les boues.

 

Solubilisation

La solubilisation est le phénomène selon lequel des solutés liquides initialement insolubles dans l'huile sont dissous en raison de l'ajout d'une petite quantité de tensioactif.

Les détergents sont des tensioactifs, souvent dispersés dans l'huile sous forme de micelles, qui peuvent dissoudre les composés contenant de l'oxygène contenant des groupes hydroxyle et carbonyle, des composés contenant du nitro, des boues, de la suie et de l'eau. Ces substances sont les intermédiaires pour former le film de peinture. Ils sont solubilisés au centre des micelles et entourés par les molécules additives formant les micelles, empêchant ainsi une oxydation et une condensation supplémentaires et réduisant la formation de films de peinture et de dépôts de carbone. En effet, la solubilisation des précurseurs de dépôt par les détergents, c'est à dire la capacité à rendre moins actifs ces groupements fonctionnels très réactifs, empêchant ainsi leur transformation en dépôts, est beaucoup moins solubilisante que de nombreux dispersants sans cendre.

 

Fondamentalement, le détergent se compose duGroupe lipophile, groupe polaire et groupe hydrophile.Comme le tableau suivant :

 

ARTICLE	Groupe lipophile	Groupe polaire	Groupe hydrophile	Structure moleculaire
Sulfonate	Alkylaryle	Groupe acide sulfonique	Ca, Mg, Ba, Na
Alkylphénols et Alkylphénates sulfurés	Alkylaryle	Hydroxyle phénolique	Ca, Ba
Salicylates d'alkyle	Alkylaryle	Salicylate	Ca, Mg, Ba
Thiophosphate	Polyisobutylène n=17-20	phosphorothioate ou acide phosphorique	Ca, Ba

 

Les performances détergentes et dispersantes des principaux détergents et dispersants

Additifs lubrifiants	Capacité de solubilisation		Capacité de dispersion			Capacité de détergence
	Solide / pourcentage	Pyruvate/(mmol/kg)	produits de décomposition des acides organiques/pourcentage	asphalte/ pour cent	noir de carbone / pourcentage	Empêcher l'adsorption du noir de carbone/pourcentage	nettoyer le noir de carbone adsorbé / pourcentage	Empêcher l'adsorption du noir de carbone sous champ électrique/pourcentage
Salicylate d'alkyle de calcium	0-3	37	——	30-60	10	10	2-4	90-100
Phénate d'alkyle	3.6	32	30-70	30-50	20-30	——	3	90
Thiophosphate de baryum	——	346	——	——	40	——	——	90
Sulfure d'alkylphénol de calcium	——	24	——	——	38	——	——	50
Sulfonate de magnésium	——	——	70	——	90	——	——	20
Sulfonate de calcium	6-10	20	60-100	70-90	100	34	6	10
succinimide	8-20	360	——	80-100	100	85	53	0

 

 

Comparaison des performances des principaux détergents

ARTICLE	Dispersion	Neutralisation de l'acide	Solubilisation	Antirouille	Antioxydation
Neutre, Base sulfonate	milieu	milieu	milieu	Oui	Non
Sulfonates à base élevée	milieu	haut	milieu	Oui	Non
Neutre, Base Phénate	faible	milieu	faible	Non	Oui
Phénate d'alkyle à base élevée	faible	haut	faible	Non	Oui
Alkylsalicylate	faible	milieu	faible	Non	Oui
Thiophosphate	milieu	milieu	milieu	Non	Oui

 

Types de détergents pour Lubrifiants.

 

Selon la source des matières premières, les détergents sulfonés peuvent être divisés en :

• sulfonate de pétrole ;
• Sulfonate synthétique.

 

Selon le numéro de base, les sulfonates sont divisés en:

• Sulfonate neutre ;
• indice de base moyen sulfonate ;
• Sulfonate à haut indice de base ;
• Sulfonate à indice de base très élevé.

 

Selon le type de métal :

• sulfonate de calcium ;
• Sulfonate de Magnésium;
• sulfonate de sodium ;
• et sulfonate de lithium.

 

Sulfonate

 

Sulfonate de calciumest le détergent sulfonate le plus utilisé.

 

En raison de la faible teneur en cendres deSulfonate de magnésium, il répond aux exigences de l'huile lubrifiante à faible teneur en cendres et a une bonne résistance à la rouille. Il est principalement utilisé dans l'huile moteur à essence de haute qualité et il est relativement facile de réussir le test de rouille MS Ⅱ D.

 

Le sel de baryum étant un métal lourd et toxique, son application est de moins en moins importante etSulfonate de baryumest presque complètement éliminé en tant que détergent pour huile lubrifiante. Mais le sulfonate de baryum a d'excellentes performances antirouille sur divers métaux et peut être utilisé commeAdditif antirouille.

 

Le sulfonate de calcium surbasique est formé en dispersant la base en excès dans les micelles sous forme de carbonate de calcium (CaCO3) pour former un sulfonate surbasique. Le rapport du sel de calcium (m) dispersé sous forme de carbonate de calcium au sel de calcium de sulfonate (n) dépasse 30:1.

 

Les sulfonates neutres ou à faible base ont un meilleur effet dispersant sur la suie et d'autres substances, tandis que les sulfonates surbasiques ont une meilleure capacité de neutralisation et une détergence à haute température.
Le sulfonate peut être fermement adsorbé sur la surface du métal de fer pour former un film protecteur imperméable, qui assure sonbonne performance antirouille.

Comparé au salicylate et au phénate, le sulfonate est meilleur que le salicylate et le phénate en termes de solubilisation et de dispersion, mais dans des conditions difficiles à haute température, la vitesse de neutralisation et la détergence sont pires que le salicylate et le phénate.
En particulier, tousles additifs sulfonates ont de mauvaises propriétés anti-oxydation et anti-corrosion, etles additifs sulfonates à haut pouvoir basique favorisent même l'oxydation.
Afin de compenser le manque d'anti-oxydation, en plus de mélanger différents sulfonates à haute et basse base dans les huiles moteur modernes, il est plus important d'utiliser des sulfonates en combinaison avec des sels d'alkyle sulfurés, des dispersants et des antioxydants et anti-oxydants. -additifs anticorrosion.

Généralement, le sulfonate abonne détergence à haute température, forte capacité de neutralisation,bonne résistance à la rouille, etune certaine dispersibilité. Sa matière première est facile à obtenir et le prix est bon marché. Il peut être mélangé avec d'autres additifs pour préparer diverses huiles pour moteurs à combustion interne. Il est également utilisé pour les huiles pour cylindres et moteurs marins.

 

Alkyl phénates et alkyl phénates sulfurés

 

Le détergent Alkylphenplte est l'un des détergents pour huile moteur apparus à la fin des années 1930. Dès le début, ce type d'additif a été rapidement transformé en divers dérivés, tels que l'alkylphénate sulfuré, l'alkylphénate de condensation de formaldéhyde, l'alkylphénate de condensation de formaldéhyde Amine.

Depuis les années 1950, avec le développement de divers moteurs diesel de forte puissance et l'application de carburants à haute teneur en soufre, afin de résoudre efficacement les problèmes d'augmentation des dépôts de carbone sur les pistons et de corrosion et d'usure des chemises de cylindre, les détergents à base d'alkylphénols se sont progressivement développés vers produits à base élevée avec TBN 200 ~ 250.

Les sels d'alkylphénol les plus couramment utilisés sont les sels de calcium et les sels de magnésium, et les plus couramment utilisés sont les sels de calcium.
Cependant, les performances du phénate d'alkyle pur sont médiocres et il est difficile de le métalliser pour produire des produits hautement basiques. Par conséquent, le phénate d'alkyle de sel sulfurisé et le phénate d'alkyle apparaissent presque en même temps et deviennent les plus utilisés dans le monde aujourd'hui. Il a une large gamme d'espèces, et sa consommation est juste derrière les sulfonates, et les phénates alcalins représentent un tiers du marché des additifs détergents pour lubrifiants.

 

Selon l'indice de base, les alkylphénates sulfurés comprennent :

 

 

• Phénate d'alkyle sulfuré à faible base (TBN100);
• Phénate d'alkyle sulfuré moyennement basique (TBN150);
• Alcyphénate sulfuré à base élevée (TBN250);
• Alcoylphénate de calcium sulfuré à très haute teneur en bases (TBN300).

 

 

Caractéristiques du phénate sulfuré :

 

• L'alkylphénate sulfuré est facile à dissocier en milieu huileux, il a donc unebonne capacité de neutralisationetexcellent anti-oxydation et anti-corrosionpropriétés.

• L'alkylphénate sulfuré a particulièrementbonne détergence à haute température, et est particulièrement efficace pour supprimer les dépôts de carbone dans la gorge supérieure de l'huile de moteur diesel suralimenté. C'est l'un des additifs indispensables à l'huile moteur diesel suralimenté ;

• L'alkylphénate sulfuré est largement utilisé dans diverses qualités d'huile pour moteur à combustion interne en raison de sabonne rétention des alcalis et capacité de séparation de l'eau, et est toujours l'un des principaux additifs de l'huile de lubrification marine.

 

La différence entre les détergents au phénate et les détergents au sulfonate :

 

Le sulfonate à base élevée et le phénate d'alkyle à base élevée ont de bonscapacité de neutralisation des acides.

Le sulfonate à base élevée peut réduire la performance antioxydante des lubrifiants. Mais le phénate d'alkyle à base élevée a des propriétés antioxydantes.

 

L'alkylphénate sulfuré est mélangé à d'autres détergents, dispersants et ZDDP, et est largement utilisé dans diverses huiles pour moteurs à combustion interne, en particulier dans les huiles pour moteurs diesel suralimentés afin de réduire les dépôts de carbone. Il maintient une bonne alcalinité et est bien utilisé dans l'huile pour cylindres marins, il a donc été développé à grande échelle dans les pays occidentaux et est devenu l'un des additifs de lubrifiant les plus importants à l'heure actuelle.