润滑油添加剂面临的三个问题

    影响润滑油添加剂发展的因素很多，但影响最大的还是重负荷柴油车的发展，减少汽车尾气污染物排放也是因素之一。许多传统的非常有效的发动机油添加剂不得不停止使用，因为它们会使尾气转化器中的催化剂中毒(例如磷)，或者是因为它们含有燃油中受到限制的某些元素(例如硫)。除了发动机外，最重要的是汽车采用无级自动变速箱(CVT)，因而使传统的汽车传动液必须采用不同的配方。此外，近几年来发动机油规格要求选用APIⅡ类和Ⅲ类基础油，有时还要求选用合成或半合成基础油，这些基础油通常要减少添加剂的用量。所有这些都是添加剂生产商在今后4～5年间面临和必须解决的问题。
    (1)柴油机对润滑油添加剂的新要求
    柴油机的不断改进和推广应用是推动润滑油生产发展的因素之一。无论是固定式还是移动式柴油机，环保法规都要求这种传统的“脏”机器更清洁和更有效地运转。这就要求在改进发动机设计的同时，改进燃油和润滑油的质量，最终落到改变润滑油的配方上，还不能使成本超过用户能够承受的水平。2005年左右美国将使用含硫&<15&micro;g/g的超低硫柴油，这样就可以采用减少NOx排放对硫中毒敏感的尾气转化催化剂，但硫含量很低又降低了柴油的润滑性，引起燃油泵的磨损问题。汽车尾气排放法规要求2002年10月减少NOx和颗粒物的排放(表1-4)，促进了CI-4／PC-9柴油机油的开发。为了减少汽车尾气污染物的排放，大多数重负荷发动机都采用颗粒物捕集器和废气循环系统，这又大大增加了发动机中的烟炱量。因为对发动机造成影响与油有关的主要问题是生成沉积物，因此抗氧剂就引起了极大的重视。发动机油生产商用添加剂解决这个问题一直是处于“守势”。例如，用清净剂来保持金属表面清洁并防止燃烧产物对发动机油的降解作用，用分散剂保持烟炱和炭颗粒悬浮在发动机油中，以避免生成油泥堵塞发动机油的油路使发动机缺少润滑而磨损。可是，抗氧剂特别是无灰(或无金属)抗氧剂可以防止油的降解避免生成沉积物，这样就从根本上解决了问题。这种“绿色”添加剂也使发动机油的配方与未来的尾气后处理设更加配伍。为了使用燃油效率更高的低挥发性发动机油，基础油正在从传统的矿物油向深度精制的低粘度油方面发展。一般来说，合成油和加氢裂化基础油对抗氧剂的感受性更好，因此优化抗氧剂就成了一个重要的新课题。
    (2)汽油机对润滑油添加剂的新要求
    SL／GF-3是汽油机油的最新规格。在确定这个规格的过程中有不同意见，最终还是去掉了有不同争议的改进污染物排放的项目，可是这还是国际润滑油标准化和认证委员会(ILSAC)最初就想要包括在GF-3规格中的项目。2004年1月生效的LEV-Ⅱ排放标准(表1-4)对确定新一代轿车发动机油GF-4规格将起关键作用。LEV-Ⅱ标准要求大幅度降低CO和NOx排放，对GF-4要求的关键性能是高温抗磨性、沉积物控制能力、氧化安定性、低温防锈／防腐性和用后油的泵送性。这样就需要无灰、无硫、无磷的发动机油。
    设计中的GF-4轿车发动机油规格，目的是使2004年的车型满足更严格的燃料经济性和尾气排放标准的要求，并为新车型的发动机提供更好的保护。影响开发GF-4最关键的因素是对发动机油含磷量苛刻的限制，要求含磷量从目前的不超过0.1％降低到0.05％，其目的是延长尾气排放控制系统的寿命。对含磷量的这个限制实际上使发动机油中主要的抗磨组分二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)减少一半，也严重削弱了发动机油的氧化安定性。添加剂企业正在努力做工作，通过开发新型无磷抗磨剂和更好的抗氧剂来补偿发动机油中zI)Dt，减少的损失。这些替代ZDDP的添加剂与当今发动机油使用的ZDDP在技术上有很大区别，还没有用新车和老车进行大量试验。预计用于老车可能出现一些问题，因为老车的发动机对磨损更加敏感，不仅是车龄，而且新发动机的设计和老发动机有差别。除了推出新添加剂以补偿ZDDP的减少外，可能还需要生产费用更高、增加另一种元素的一些长效添加剂。总之，添加剂企业正面临着开发新添加剂的挑战。
    美国化学学会石油添加剂产品鉴定书起草组(PAPTG)与国际润滑油标准化和认证委员会以及美国石油学会(API)的轿车发动机油(PCEO)生产商成员一起正在研究确定GF-4规格的内容。其中，添加剂生产商、汽车制造商和润滑油生产商最关心的内容有两项：一项是新机油GF-4的含磷量，因为这是新机油会严重影响保护上一代汽车发动机的大事；另一项是新机油GF-4的使用年限，因为过去的成本分析表明，汽车制造商和实验室试验者与润滑油和添加剂生产商承担的成本／效益的差别很大。一般是汽车制造商和实验室实验者的效益较好，而润滑油和添加剂生产商得不到效益。新机油的使用年限越短，这个差别越大。因此，PAPTG建议在GF-4规格说明书中要反映使用年限。PAPTG认为，一般ILSAC/Oil规格的使用年限是5年。
    为确定GF-4机油的含磷量和使用年限，ACC PAPTG提出三种方案：第一方案是推迟两年(直到2006年第1季度)提出GF-4规格，这样就可以把更多的资金用于含磷0.05％机油的研究开发工作，同时也使工业部门有时间来评定GF-4的“逆向兼容性”，能够比较容易地得到降低磷含量(0.05％)的一致意见。第一方案是修改打算在2004年第1季度提出的GF-4规格，含磷量仍是0.1％，其他建议的指标不变。这样做会减少降低含磷量规格的认证费用，但可能要对配方指南作一些修改。然后，PAPTG支持在2007年第1季度提出下一代含磷量为0.05％的GF-5规格。“逆向兼容性”和其适用性到时候再作评定。第三方案是把打算在2004年第1季度提出的GF-4规格中的含磷量改为0.085％，然后在2008年第1季度再提出含磷量为0.05％的GF-5规格。采用这个方案能确保GF-4的最短使用年限为4年，接近ACC所要求的5年，因而减轻了添加剂和润滑油生产商的费用负担。ACC PAPTG认为，这三种方案中的任何一种都有助于发动机油配方开发者得到GF-4油效益中合理的份额。最终，添加剂生产商、润滑油生产商和汽车制造商达成妥协，一致同意把GF-4规格中磷含量改为0.08％，既满足汽车尾气转化器的要求，也确保GF-4油的兼容性。添加剂生产商继续从事GF-4配方的开发和PC-10配方的开发工作。
    (3)无级自动变速箱对传动液和添加剂的新要求
    无级自动变速箱(CVT)在日本多数体积较小的车辆中得到了比较普遍的应用。据2001年7月报道，1999年世界上有近44万个CVT用在汽车上，其中99%用于日本汽车。CVT已经从用于低转矩低能力的发动机转向用于较大转矩、较大能力的发动机上，其需求量更大。2000年欧洲奥迪汽车公司推出一种用于VL 300车型6缸2.8L发动机的CVT，这是在高转矩发动机上的首次应用。CVT也将用于美国汽车。添加剂生产商要评价CVT变速器要求的钢-嘲磨损和薄膜性能，这些性能还必须与转矩变换器的摩擦要求协调。除了平衡变速器和转矩变换器的摩擦要求外，添加剂-基础油系统还必须保持传动液的抗氧化、抗磨和渡压操作等性能。因此，清净剂、分散剂、摩擦改进剂和剪切安定性添加剂等都特别受到重视。