潤滑劑添加劑的功能及作用

黃文軒

潤滑劑添加劑以在潤滑劑中1%～20%（質量分數）的組成比例（通常情況），賦予油品關鍵的性能，使其在各個工況場合中得以滿足特定的設備潤滑需求。本文論述了潤滑劑添加劑的3 個主要功能（增強基礎油已有的性能、抑制基礎油現有的不良性能、賦予基礎油新的性能）和10 個重要作用（保持部件清潔，防止設備及部件的銹蝕，減緩油品氧化，改善油品的黏溫性能，改善油品的低溫流動性，抑制油品發泡，減少摩擦、磨損和擦傷，形成穩定乳化液或促使乳化液油水分離，提高油品的黏附能力，抑制微生物的生長），并介紹了配制復合添加劑的原則（優先考慮協合效應、避免對抗作用、不搞單項冠軍、全面平衡性能達到規格要求），使讀者認識、把握潤滑劑添加劑這一潤滑油品“靈魂組成”的功能及作用，感受這一技術領域的整體圖景。

潤滑劑添加劑，即以一定的量加入到油品中，可以加強或賦予油品的某種（某些）性能的化學品。

早期潤滑油中是不加添加劑的，但性能較差，行車里程短，只有1 600 km 或更少[1]。由于發動機向高速高功率發展，機油溫度升高，機油的氧化和軸承腐蝕、部件磨損及高溫沉積增多等多種問題出現，因此才在潤滑油中加入具備各種性能的添加劑來滿足要求。典型的潤滑油是由基礎油、復合添加劑和黏度指數（VI）改進劑組成，添加劑的加劑量由百萬分之幾（質量分數，如抗泡劑）到30%（船用氣缸油）左右。與車用齒輪油、自動傳動液（ATF）以及汽油和柴油發動機油相比，渦輪機油（汽輪機油）、液壓油和工業齒輪油加劑量相對要低，以上潤滑油中一般加劑量在1%～20%（質量分數）[2]左右，詳見圖1（注：圖中比例為參考文獻所提供的數據，實際的比例可能與此有所不同，如車輛齒輪油目前加劑量通常在4%左右）。

圖1 不同種類潤滑油產品的組成

潤滑劑添加劑在提高潤滑劑性能、質量和增加品種方面起著非常重要的作用。添加劑之所以能起這樣重要的作用，與其功能和作用有關。添加劑很少單獨使用，根據油品要求，通常是幾個添加劑復合在一起調合成復合劑來滿足油品的要求。

潤滑劑添加劑的功能

可以用抗氧化劑、腐蝕抑制劑、抗泡沫劑和破乳劑增強現有的基礎油的性能，用降凝劑和黏度指數改進 劑(Viscosity Index Improver，VII)抑制不良的基礎油性能，用極壓（EP）劑、清凈劑、分散劑、金屬減活劑、乳化劑和黏附劑為基礎油賦予新的性能，即添加劑對基礎油具有增強現有的理想性能、抑制現有的不良性能、賦予新的性能這3個主要功能[3]。

供圖/藺錫鈺

增強基礎油已有的性能

基礎油具有一定的潤滑、抗氧化、防銹等能力。以防銹性能為例，表面涂上不加添加劑的礦物油的鋼片，在50 ℃和相對濕度大于90%的條件下，在潮濕箱內4 h 左右就銹了，這樣的防銹性能不能滿足現代工業對設備和零部件的防銹要求；而在同樣條件下，加入防銹劑的防銹油的鋼片防銹能力可達幾百小時以上，甚至超過1 000 h。又如將對苯二酚加入到變壓器油中使用，可大大增強油品的抗氧化性能，使油品使用壽命從3 ～12 個月延長到15 年以上[4]。

抑制基礎油現有的不良性能

精煉后的基礎油中一般仍然含有少量正構烷烴的蠟，低溫時會凝固，使汽車不能正常啟動。在基礎油中加入降凝劑可降低凝固點，改善低溫性能，降低油品的低溫動力黏度。另外，基礎油是液體，液體的黏度隨溫度變化而變化，單級油黏度隨溫度的變化波動很大。若在基礎油中加入VII，使其變成多級油，情況便會不同——由于多級油的黏溫性能平滑，黏度隨溫度的變化幅度比單級油小，在高溫時仍保持足夠的黏度，保證了運動部件的潤滑，從而減少了磨損；在低溫時黏度又比單級油小，使啟動容易，從而節省了動力。多級油與同黏度級別的單級油比(如SAE 10W-30 與SAE 30 比較)，能節省燃油2%～3%。多級油與單級油的黏度隨溫度的變化比較見表1[4]。

表1 多級油與單級油的黏度隨溫度的變化比較

從表1 可以看出，SAE 40 單級油與SAE 15W-40 多級油的230 ℃及150 ℃高溫黏度比較，分別為1.9 mm2/s 及4.9 mm2/s，2.3 mm2/s 及5.6 mm2/s，而-18 ℃低溫動力黏度分別為20 000 mPa·s和5 000 mPa·s，所以多級油在高低溫時能夠表現出更好的使用性能。

賦予基礎油新的性能

將極壓(EP)添加劑、清凈劑、分散劑、金屬減活劑、乳化劑和黏附劑加入到基礎油中，將賦予基礎油新的性能，如加入堿性清凈劑將賦予基礎油酸中和、清凈和分散性能。下面以乳化劑為例做一介紹：

油與水是不能混溶的，但有些油品需要加入水來滿足使用要求，如可乳化金屬加工液和半合成金屬加工液中的水含量高達40%～80%（質量分數），又如水基抗燃液壓液中有相當數量的水與油混合。從能量的角度來看，油在水中的分散將大大增加油水的接觸面積，如將10 mL 油在水中分散成半徑為0.1 μm 的油珠，其產生的界面總面積是300 m2[5]，較未分散前的面積增加了約100 萬倍。這意味著乳化液處于高能態的位置。從熱力學的角度來看，處于高能態的乳化液是不穩定的，存在著自發聚結、分層的傾向。但在油中加入乳化劑后，就能使油水生成穩定的乳化液，使潤滑油增加了新的性能。這是因為乳化劑是一種表面活性劑，在其分子結構上有極性端（親水）和非極性端（親油），能夠在油水界面間定向排列，尤其當乳化劑的加劑量足夠時，這些排列相當緊密，可形成牢固的界面膜，阻止同類液滴碰撞，減小了聚結作用；同時在油水兩相界面間吸附和沉集，降低了分散相和分散介質界面的自由焓，使其聚結傾向降低，從而增加了乳化液穩定性。

潤滑劑添加劑的作用[6]

保持部件清潔

清凈劑（Detergents）和分散劑（Dispersants）可減少發動機部件上的有害沉積物的形成與聚集，保持潤滑部件的清潔：

◇清凈劑能中和氧化后生成的酸或燃油燃燒中生成的有機酸或無機酸物質，能將黏附在活塞上的漆膜和積炭清洗下來，保持部件干凈，同時有助于使固體污染物顆粒懸浮于油中。

◇分散劑可將發動機油中易于生成油泥的固體顆粒物、氧化單體等物質增溶分散于潤滑油中，以免其沉積生成低溫油泥，從而防止管線堵塞及表面的磨損。

清凈劑和分散劑的結構及作用如圖2[6]、圖3[7]及圖4[8]所示。

圖2 高堿值磺酸鈣鹽膠束結構示意

圖3 分散劑分子的示意

圖4 煙炱-樹脂-添加劑相互作用示意

清凈劑和分散劑主要應用于內燃機油中，也是車用潤滑油復合劑的主要組成部分。清凈劑和分散劑兩類添加劑品種繁多，復合時技術含量高，需要仔細平衡添加劑之間的相互影響才能達到理想的效果。如清凈劑就有五大類品種，用得最多的是磺酸鹽（鈣鹽、鎂鹽和鈉鹽，而鋇鹽是重金屬，有毒，已經被淘汰）和硫化烷基酚鹽（鈣鹽和鎂鹽）?；撬猁}具有高溫清凈性好、中和能力強、防銹性好、有一定的分散性的優點，但抗氧性較差；而硫化烷基酚鹽在油介質內較易離解，這種酚鹽除具有較強的中和能力外，還具有很好的抗氧化和抗腐蝕性能，對抑制增壓柴油機油活塞頂環槽的積炭特別有效，是增壓柴油機油不可缺少的添加劑之一；酚鹽與磺酸鹽復合后的協合作用或增效作用（Synergism）較佳，尤其是可與磺酸鹽在使用性能的諸多方面互相彌補優缺點，如磺酸鹽較差的抗氧化性能可由酚鹽來彌補，而酚鹽較差的增溶、防銹和分散作用則可由磺酸鹽來彌補。另一個是丁二酰亞胺分散劑與高堿值清凈劑的恰當復合，不僅可以互相彌補不足，從而全面保證潤滑油的使用性能，而且兩者有極佳的協合效應，即通過形成絡合膠團，可在保持較好的穩定作用的同時，明顯增強增溶作用。尤其是由于高堿值金屬清凈劑具有較強的中和能力，可及時中和那些作為油泥母體的酸性氧化產物，從而保護丁二酰亞胺分散劑的增溶能力不致被這些產物較快地消耗，使丁二酰亞胺能充分保持、發揮其作為分散劑的作用；同時保持丁二酸亞胺較強的分散能力，又可提高高堿值金屬清凈劑中大量堿組分（CaCO3等微粒）在油中的穩定性，而不易在使用過程中由于沉析而加速耗竭。

防止設備及部件的銹蝕

防銹劑（Rust Preventive 或Antirust Additive）能在金屬表面形成一層薄膜，防止金屬與空氣中的氧、水分或其他腐蝕性介質接觸。防銹劑多是一些極性物質，其分子結構的特點是：一端是極性很強的基團，具有親水性質；另一端是非極性的烷基，具有疏水性質。當含有防銹劑的油品與金屬接觸時，防銹劑分子中的極性基團對金屬表面有很強的吸附力，在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護層；或通過中和酸形成化學保護屏障，阻止水及腐蝕介質與金屬接觸，從而起到防銹作用（圖5）[3]。

圖5 防銹劑分子中極性分子與烴基在金屬表面的吸附示意

每一種銹蝕抑制劑不是對所有金屬都有效，而是對某一種(或一些)金屬特別有效，如苯并三氮唑對有色金屬及其合金特別有效，所以一般潤滑油中可能含有幾種銹蝕抑制劑（銹蝕抑制劑的類型取決于設備金屬的類型），對不同金屬進行防護。

減緩油品氧化

抗氧劑（Antioxidants）和金屬減活劑（Metal Passivator）能提高油品的抗氧化性能，延長油品的儲存或使用壽命。

抗氧劑的作用

抗氧劑分為自由基終止劑（稱為主抗氧劑，primary antioxidants）和過氧化物分解劑（稱為副抗氧劑，secondary antioxidants）兩大類[9]。能有效終止自由基的抗氧劑有受阻酚型和芳胺型化合物，2,6-二叔丁基對甲酚和烷基二苯胺是受阻酚及芳胺型的主要品種之一；過氧化物分解劑有含硫以及含硫磷的化合物，ZDDP 是主要的代表性產品。

抗氧劑幾乎應用于所有的潤滑油和潤滑脂中（2022 年中國潤滑脂總產量為43.912 萬t，占全世界潤滑脂總產量的38.11%，位居全球第一[10]）。為特定潤滑劑選擇抗氧化劑時，必須考慮如下3 個關鍵因素[11]：

◇基礎油的性質，是礦物基礎油、合成基礎油還是生物基基礎油。表2 展示了多組分無灰防銹抗氧液壓油復合劑模擬臺架試驗結果?？梢钥闯觯河梅冷P抗氧液壓油復合劑進行試驗，加劑量相同的情況下，合成油優于礦物油；而生物基基礎油加劑量要遠大于礦物油和合成油，但其效果還是不如礦物油和合成油好。

表2 多組分無灰防銹抗氧液壓油復合劑模擬臺架試驗結果

◇潤滑劑的工作溫度。由于不同的抗氧化劑的最佳使用溫度不同，潤滑劑配方中通常選擇將抗氧化劑組合使用。受阻酚類抗氧劑（低溫時優于芳香胺抗氧劑）和芳香胺抗氧劑（高溫時優于受阻酚類抗氧劑）組合可以拓寬油品應用溫度的范圍。在API Ⅰ類基礎油中分別加入0.5%受阻酚（HP）、0.5%烷基二苯胺（ADPA）、二者復合（0.25%HP+0.25%ADPA），結果表明，復合使用時所配制的汽輪機油有協合效應，如圖6 所示。

圖6 汽輪機油旋轉氧彈試驗結果

◇添加劑的價格。一般胺類抗氧劑的價格要高于酚類抗氧劑，但最終選擇何種添加劑，主要取決于油品的要求。

關于副抗氧劑，即含硫以及含磷和硫的化合物，是以ZDDP（二烷基二硫代磷酸鋅）為代表，而ZDDP 與清凈劑和分散劑一起是汽車發動機油的三大功能添加劑。但由于發動機制造商應用了三元催化劑來降低尾氣中的有害物質，而磷對三元催化劑有害，因此發動機油對磷含量有限制。從1980 年SF級油起，磷含量由不大于0.14%（質量分數）降至目前GF-6 的0.06%～0.08%（質量分數）（參見表3[4]）。由于對磷的限制，在復合劑的配方中ZDDP 的含量在11%（質量分數）左右，另外需要加入約10%（質量分數）的補充不含磷的抗氧化抑制劑來彌補，一般為高相對分子質量的酚酯類及胺類抗氧劑。

表3 API 汽油機油磷含量限制值

抗氧劑的另一個特點是抗氧劑在不同的基礎油中感受性是有差異的[6]。其感受性一般在API Ⅰ類基礎油中較差，從API Ⅱ、Ⅲ至APIⅣ類基礎油中逐漸變好，以API Ⅳ類基礎油中最好，如圖7 所示。

圖7 屏蔽酚和烷基二苯胺抗氧劑在APIⅠ～Ⅳ類基礎油中的旋轉氧彈試驗結果

金屬減活劑的作用

金屬減活劑可通過鈍化金屬表面或使溶解在油中的金屬離子失去活性來阻止金屬表面的催化氧化作用。

抗氧劑與金屬減活劑復合使用具有更好的協同效應。如苯三唑衍生物（T551）與2,6-二叔丁基對甲酚抗氧劑復合用于汽輪機油中，相應的旋轉氧彈從300 min 左右提高到500 min 以上，ASTM D943 壽命從3 000 h 左右提高到4 800 h[4]，協同效應顯著。酚型和胺型抗氧劑、有色金屬減活劑及銹蝕抑制劑復合后的抗氧化性能如圖8[11]所示。

圖8 酚型和胺型抗氧劑、有色金屬減活劑及銹蝕抑制劑復合后的抗氧化性能

從圖8 可以看出，酚型抗氧劑與胺型抗氧劑復合，酚型和胺型抗氧劑與有色金屬減活劑復合，協合效應都相當明顯。因此，一般都是抗氧劑與金屬減活劑復合應用于各種潤滑油中。

改善油品的黏溫性能

VII 能提高潤滑油的運動黏度和黏度指數，通過降低基礎油的黏度隨溫度改變的變化率來改善油品的黏溫性能。它使發動機油在低溫下具有良好的啟動性，同時在高溫時保持足夠的黏度以保護發動機不受磨損。不同溫度下黏度指數改進劑聚合物分子的狀態如圖9 所示[12]。

圖9 不同溫度下黏度指數改進劑聚合物分子的狀態

黏度指數改進劑聚合物是一種鏈狀分子，很容易溶解在礦物和合成基礎油中。聚合物線圈在較高的溫度下膨脹，其流體力學體積增大，使油品內摩擦增大。聚合物與基礎油在高溫下的相互作用增加了聚合物的有效流體力學體積，因此也增加了VII 的有效體積分數（圖9 右上圖），所以增加了油的黏度，并增加了油膜厚度，從而彌補了油品由于溫度升高而使運動黏度降低的缺陷。

在低溫下，VII 分子線圈收縮蜷曲（縮?。?，其流體力學體積變小，使油品內摩擦變小，聚合物與油品相互作用也就很小，其黏度隨溫度的變化的變化率變小，相應也減少了VII的有效體積分數（圖9右下圖），從而使潤滑油的低溫黏度相對降低。

VII 的品種很多，有聚甲基丙烯酸酯（Polymethacrylate，PMA）、烯烴共聚物（Olefin Copolymers，OCP）、氫化苯乙烯雙烯共聚物（Hydrogenated Styrene-diene Copolymer，HSD），加哪一種較好，需要根據不同油品的要求及每種VII的性能來確定。常用的幾種VII 的類型和性能比較見表4。

表4 常用的幾種VII的性能比較

配制多級油時，另一個值得注意的問題是低溫啟動性。多級油的低溫動力黏度取決于基礎油初始黏度（加VII 前的基礎油的黏度），所以在配制多級油時選擇基礎油的初始黏度是關鍵，如要配制5W 級別油品，基礎油的初級黏度一般不應大于5 mm2/s。初始黏度過高，低溫動力黏度可能通不過。

依據以上所述，概括起來黏度指數改進劑有5 種主要功能[12]，分別是：

◇減少油品黏度隨溫度的變化率；

◇使發動機能夠在低溫條件下啟動；

◇通過 HTHS （高溫高剪切）黏度的測量，確保發動機在閥系和環/襯里的邊界層潤滑狀態下的耐久性；

◇提供非黏度性能的好處，如改善活塞清潔度和沉積控制，減少煙炱引起的黏度增加和磨損，改善密封和摩擦材料的耐久性；

◇使發動機油在二次使用時具有保護作用和更好的使用性能。

改善油品的低溫流動性

降凝劑或傾點下降劑（Pour Point Depressant）能降低油品的凝固點或傾點，改善油品的低溫使用性能。降凝劑在低溫下的作用并不是阻止蠟結晶，而是減少蠟的網狀結構的形成，由此降低被網狀結構包裹的油品數量。不含降凝劑的基礎油中的蠟是呈20～150 μm 直徑的針狀結晶，如果加入降凝劑，蠟的結晶會變小，蠟的形態也會發生變化。如在加有烷基萘降凝劑的油品中，有10～15μm 直徑的少量帶分枝星形結晶；而加了聚甲基丙烯酸酯（PMA）降凝劑的油品中，則有 10～20 μm 直徑的許多分枝的針狀或星形結晶，如圖10 所示[13]。

圖10 降凝劑作用機理示意

某些高分子聚合物在低溫下具有抑制蠟結晶結構的生成的能力。如烷基芳香烴聚合物是吸附在蠟晶體上，阻止蠟晶體成長，而聚甲基丙烯酸酯與蠟共結晶，以防止晶體生長。降凝劑的主要作用機理是通過與油品中的蠟吸附或共晶來改變蠟結構和大小，從而延緩或防止導致油品凝固的三維網狀結晶的形成，以獲得更好的低溫流動性。進行脫蠟工藝時，不加入 PMA 時脫出的蠟是黏結在一起的塊狀，而加入PMA 時則是分散的顆粒狀，如圖11 所示[14]。

圖11 添加/不添加PMA脫蠟時蠟析出的照片

降凝劑的另一個特征是對油品的感受性，所以在選擇使用一個新的降凝劑時，做完小樣試驗取得肯定結果后才能正式使用。另外，采用相同原油在不同煉油廠加工出的基礎油，雖然傾點和黏度相近，但對同一個降凝劑的降凝效果也不一定相同。特別是從國外購買降凝劑產品時（同一類化合物有好幾個牌號），要先索取小樣做完試驗后再決定購買。

抑制油品發泡

抗泡劑（Antifoam Additive）可減少油品的發泡傾向?？古輨┛梢酝ㄟ^降低泡沫界面的表面張力，使得氣泡更容易破裂來阻止泡沫的形成，如圖12 所示[15]。

圖12 抗泡劑降低氣泡局部液膜表面張力的消泡作用示意

目前國內市場上應用的抗泡劑主要是硅型、非硅型和復合抗泡劑三大類，各類抗泡劑的特點及應用范圍見表5[4]。

表5 硅油、非硅抗泡劑和復合抗泡劑的特點及適用范圍

減少摩擦、磨損和擦傷

摩擦改進劑或油性劑（Friction Modifier 或Oiliness Additive）及極壓抗磨劑（Extreme Pressure and Antiwear Agent 或EP-antiwear Agent）能在各種邊界潤滑條件下，防止2 個滑動表面間的摩擦、磨損或擦傷，延長設備和部件的使用壽命。人們又稱這種可以減少摩擦和磨損防止燒結的各種添加劑總稱為載荷添加劑（Load-carrying additive）。

摩擦改進劑或油性劑

摩擦改進劑或油性劑有兩種類型：有機摩擦改進劑（OFM）和含金屬摩擦改進劑（MFM）。它們各有兩個部分—一個是附著在金屬表面的極性基團，另一個是親油基團，它們同時提供油的溶解性和光滑的有機層來減少摩擦。極性基團能吸附在金屬表面形成一層保護膜，從而降低移動面之間的摩擦。

極壓抗磨劑

極壓抗磨劑大多數是含活性元素的化合物，如含活性硫、磷或氯的化合物，可以與金屬表面發生反應生成化學反應膜。生成的硫化、磷化或氯化金屬固體保護膜，把2個滑動金屬面隔開，生成的這層膜的剪切強度低，更容易被剪切，從而防止金屬的磨損和燒結。

硼酸鹽作為極壓抗磨劑的機理則不同，其在極壓狀態下不是通過生成化學膜來起潤滑作用，而是通過在摩擦表面上生成半固體（彈性的）、黏著力很強的、“非犧牲”（Nonsacrificial）的硼酸鹽膜來防止滑動面之間的磨損和燒結[16]。

惰性極壓劑（Passive EPAdditives）是一類新發展的極壓劑，是TBN（總堿值）為400 ～500 的磺酸鹽（鈣或鈉鹽），其作用機理并不是生成化學反應膜，而是形成物理沉積膜。這些薄膜是在滾動和混合滾動/滑動條件下形成的，與許多其他膠體形成的邊界薄膜不同，它們能夠在高速、厚膜條件下存在。在形成過程中，薄膜厚度可達10 ～20 nm[17]。惰性極壓劑一般不單獨使用，常與活性硫極壓劑復合使用。

在邊界潤滑過程中，極壓抗磨劑通過在金屬表面之間形成薄膜來降低功率損耗，如圖13 所示[18]。

圖13 邊界潤滑示意

載荷添加劑的協合效應

載荷添加劑通常用于齒輪油、抗磨液壓油、切削油等油品中。需要根據油品的工作條件選用不同的載荷添加劑，如：切削油使用高活性的極壓抗磨劑；齒輪油需要用中等活性的極壓抗磨劑；抗磨液壓油應使用低活性的極壓抗磨劑。因此，油品中經常含有兩種以上的載荷添加劑，某些載荷添加劑之間可產生協和效應。硫化異丁烯和亞磷酸二丁酯共用，極壓性會顯著增加[19]；硫化異丁烯與苯并三氮唑胺鹽復合可使梯姆肯通過的載荷提高[20]（參見表6）。

表6 苯并三氮唑胺鹽與硫化異丁烯的協合效應

形成穩定乳化液或促使乳化液油水分離

乳化劑

乳化劑（Emulsifying Agents）能減少界面張力，使水分散在油中，促使這2 種互不相溶的液體形成穩定乳狀液。

20 世紀初，人們就發現一種水包油乳化液可以提供良好的水的冷卻性能和油的潤滑性。這一發現導致了第一個可用于乳化水的可溶性油的上市[21]。將油放入水中，采用機械力等強制分散在水中，當除掉機械力的瞬間，粒子集合，完全分離成水層和油層，這是由于油分散在水中增大了油水界面的總面積，油粒子的界面自由能變大，系統在熱力學上成為不穩定狀態，為了得到穩定的乳化液必須添加乳化劑。乳化劑吸附于油與水的界面，可以大幅度減少界面張力，減少界面的自由能，使水分散在油中，促使這兩種互不相溶的液體形成穩定乳狀液。乳化劑是表面活性劑，用于緩和兩種或多種互不混溶液體之間界面的形成。乳化液本質上包含非常高的油/水表面積，因此通常需要乳化劑來形成乳液。乳化劑通過具有親水性的極性頭部基團和親油性的烴基非極性尾部起作用。由于這種結構，乳化劑在流體界面聚集并通過緩沖兩相之間的相互作用來降低界面張力，如圖14 所示[21，22]。

圖14 水包油乳化液示意

抗乳化劑

抗乳化劑（Demulsifying Agents）又稱破乳劑，可以增加乳化液中的油水界面張力，使得穩定的乳化液成為熱力學上不穩定的體系，促使乳化液油水分離。

破乳劑的作用機理：其是一種高效能的表面活性物質，較乳化劑有更高的活性，有文獻認為破乳劑活性應比乳化劑大100～1 000倍，使破乳劑能迅速地穿過乳狀液外相分散到油水界面上，替換或中和乳化劑，降低乳化水滴的界面張力和界面膜強度，使形成的油包水型（W/O）乳狀液變得很不穩定。界面膜在外力作用下極易破裂，從而使乳狀液微粒內相的水突破界面膜進入外相，從而使油水分離。這不僅可以破壞已經形成的原油乳狀液，還可以防止油水混合物進一步乳化，起到降低油水混合物的黏度和加速油水分離的作用。

提高油品的黏附能力

黏附劑（Tackifiers）是一種潤滑劑添加劑，其賦予物質黏性或拉絲性（圖15）[23，24]，并且通常用于提供流體潤滑劑的黏附性和潤滑脂中的拉絲性。黏附劑的作用是阻止油滴落、流失、甩油或賦予潤滑脂特性。對于潤滑劑，大多數黏附劑是含有可溶性聚合物的礦物性或植物性的稀釋溶液。黏附劑都是相對分子質量非常大的聚合物，如相對分子質量在100 萬到400 萬的聚異丁烯（PIB）。產品的黏性通常隨相對分子質量的增加而增加，其功能是通過增加潤滑油黏度來增加油品附著力、防止油膜脫落以及改善潤滑脂的黏附性，從而提高油品的黏附能力，改善油品的滯留時間，減少油品的流失和飛濺。潤滑劑的操作環境決定了聚合物的選擇。黏附劑的典型應用有：增加鏈條油的附著力；抵御溫度的干擾，使油品保持在潤滑表面上；增加潤滑脂的黏度和附著力，降低水的沖刷、噴濺的影響；抗霧作用，通過聚結液滴來減少油霧生成量。一般黏附劑的加劑量從抗霧劑的0.02%（質量分數）到應用于潤滑脂的3%（質量分數）或更多。

圖15 黏附劑的拉絲性

抑制微生物的生長

在20 世紀初，人們就發現一種水包油乳化液既有水的冷卻性，又有油的潤滑性，從而得到廣泛的應用，是目前用量最大且較為理想的金屬切削液，但這種乳化液也具有易腐敗變質、使用壽命較短等缺點。因為乳化切削液中含有礦物油、脂肪酸皂、胺、磺酸鹽和水等物質，這些物質易受到微生物的侵襲，而且細菌、真菌等微生物在水中大量繁殖，會導致乳化切削液腐敗變質。由于微生物的分解，引起加工液性能降低，會導致機械、工件和刀具表面的腐蝕，加工液潤滑性和穩定性的喪失；而真菌的大量繁殖將導致塊狀物產生，易堵塞機床的冷卻液的循環管線和濾網；其中厭氧菌能還原硫酸鹽放出硫化氫氣體，產生惡臭，污染環境；微生物的生長還會造成對皮膚和呼吸道的刺激，影響操作人員的健康。為了保證金屬加工液不變質和加工過程的連續進行，必須對金屬加工液進行處理，包括物理法（熱處理或加熱殺菌法、紫外光照或過濾）和化學法（加殺菌劑）處理，以延長其使用壽命。為了用好殺菌劑，首先要了解影響微生物生長的環境、危害和預防措施。

防霉劑(mildew preventive)，亦稱殺菌劑（Bactericide）、抗霉菌劑（Antimycotic Agent），能阻止乳狀液分離、酸敗或由于細菌作用而產生的惡臭。這類添加劑可通過貫穿細胞壁，使細胞膜凝固，新陳代謝停止，從而殺死細胞，抑制工業用乳化液中存在的細菌、霉、酵母等微生物所引起的各種有害作用。

化學殺菌劑對細胞的作用包括：抑制微生物代謝活動；破壞微生物的代謝機制或破壞菌體結構，起到殺菌作用。如酚類化合物可起到迅速的殺細胞作用或對原生質的毒化作用。在復雜的酚置換體中有使酶系統鈍化而使細胞活動停止的基團。游離的OH 基是酚類化合物反應的基礎。即酚類化合物殺菌劑的作用主要是對菌體細胞膜有損害作用和促使菌體蛋白質凝固。甲醛化合物的作用機理較為復雜，有所不同，其最初的殺菌作用是由于細胞內的不均衡生長，某特定的細胞構成部分，其生長受到抑制，而其他部分不受影響，因而不能合成細胞核，繁殖也就停止了[25]。

在發動機油配方中通常使用表面保護添加劑（抗磨劑、腐蝕和銹蝕抑制劑、清凈劑、分散劑和摩擦改進劑）、性能添加劑（降凝劑、密封膨脹劑和黏度指數改進劑）和潤滑油保護添加劑（抗泡劑、抗氧劑和金屬減活劑）三大類，其詳細情況見表7[3]。

表7 發動機油配方中添加劑的類型及作用

配制復合添加劑的原則

潤滑油很少只加一種添加劑，最多可加10 多種添加劑，如車用發動機油（圖16）[2]。其中，分散劑、清凈劑和氧化抑制劑等品種的添加劑至少包括具有同種性能而結構不同的添加劑品種。

圖16 發動機油的復合添加劑的組成實例

潤滑油從加入單劑（抗氧劑），逐步發展到加入多種添加劑、較為完整的復合配方，即復合添加劑?？梢哉f現在任何一類內燃機油中都加有4 種以上的添加劑。而汽油機油加入的功能添加劑包括清凈劑、分散劑、抗氧抗腐劑，特別要求低溫分散及抗磨性能要好，能夠解決低溫油泥和凸輪挺桿的磨損問題。一般清凈劑用磺酸鈣、磺酸鎂和硫化烷基酚鈣；分散劑用單丁二酰亞胺（氮含量2%左右）、雙丁二酰亞胺（氮含量1.3%左右）、高相對分子質量丁二酰亞胺；抗氧抗腐劑用仲醇或伯仲醇二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）、二烷基氨基甲酸鋅；輔助抗氧劑有二烷基二苯胺、烷基酚和有機銅化合物等；為了節能，還要加入酯類、硫磷酸鉬和二烷基氨基甲酸鉬等摩擦改進劑。復合添加劑往往是幾種不同類型或同一類型的幾個不同品種的添加劑的復合使用，兩個或兩個以上添加劑復合時，可能產生增效（協合效應）或對抗作用。為了取得最佳而又最經濟的效果，在添加劑復合時，一般應遵循以下原則[26]：

◇優先考慮協合效應。2 種或2種以上添加劑復合使用時，所帶來的功效大于各添加劑單獨使用的功效之和，這就是添加劑的協合效應，協合效應也叫超加合效應。一般清凈劑與分散劑或抗氧劑與金屬減活劑的理想復合都有增效作用。實際上，任何兩個添加劑之間都有協合效應的可能，人們期待的是協合效應，即1+1＞2。添加劑協合效應的例子見表8[26]。由表8 可見，亞磷酸二丁酯與硫化烯烴極壓劑復合后，其極壓抗磨性大大提高。

表8 硫化烯烴與亞磷酸二丁酯的協合效應

◇避免對抗作用。極壓劑和摩擦改進劑都是在接觸表面上起作用的添加劑，發揮功效的第一步是在表面上吸附。摩擦改進劑的極性通常比極壓劑強，由于競爭吸附作用，摩擦改進劑的分子優先吸附，極壓劑的作用不易發揮。因此，在車輛齒輪油中使用摩擦改進劑必須注意這一點。防銹劑也會降低極壓劑的效果，為此在確定車輛齒輪油添加劑配方時，必須仔細平衡極壓性和防銹性之間的關系。眾所周知，極壓抗磨劑與防銹劑、磺酸鹽、摩擦改進劑復合使用時，會產生對抗效果。在CRC L-42 試驗合格的配方潤滑油中添加0.5%的月桂基琥珀酸酐時，則變成不合格[27]。所以防銹劑是會降低極壓抗磨劑的效果，如表9 所示。在確定車輛齒輪油配方時，必須仔細平衡極壓性和防銹性，因為這二者經常是互相矛盾的。否則1+1＜2，潤滑油添加劑配方技術的本質就是尋求添加劑之間的協合效應，避免對抗效應。

表9 防銹劑對極壓抗磨劑的影響[27]

◇不搞單項冠軍。配方中某一項指標特別好，可能會犧牲其他性能，甚至影響配方的全面性能。如增加配方中某一添加劑的百分比可以改善一種油的性質，同時也有可能會削弱或劣化另一種性質（添加劑增加的百分比是關鍵，適量是改善，過量將影響另一種性質）。當規定濃度的添加劑不平衡時，可能會影響整體潤滑油的質量。

◇全面平衡復合添加劑之間的性能，達到不同等級潤滑油質量規格要求。