Сульфонат кальция и фенат кальция — два основных высокощелочных детергента, используемых в моторных маслах. В сравнении «сульфонат кальция против фената кальция» всё решает полярная головка: сульфонаты закрепляют мицеллу через сульфонатную группу (–SO₃), а фенаты — через кислородные атомы феноксида в составе осерненного алкилфенола с сернистыми мостиками. Именно это структурное различие определяет максимальное значение общего щелочного числа (TBN), поведение при окислении и естественные области применения каждого из них.
Для кого это руководство: для специалистов по смешиванию, закупщиков присадок и разработчиков рецептур, выбирающих систему детергентов для моторных масел для тяжелых дизельных двигателей (HDDO), судовых двигателей или бензиновых двигателей.
Чем сульфонат кальция отличается от фената кальция по паспортным данным?
Согласно техническим данным, сульфонат кальция достигает более высокого общего щелочного числа (TBN) при содержании серы менее половины, в то время как фенат кальция жертвует щелочным резервом ради антиокислительной активности серных мостиков, но имеет значительно более высокую вязкость.
| Показатель | Высокощелочной сульфонат кальция (C300) | Сверхщелочной сульфонат кальция (C400) | Сверхщелочной сульфонат магния (M400) | Осерненный алкилфенат кальция |
|---|---|---|---|---|
| TBN (мг KOH/г) | 320 | 415 | 420 | 265 |
| Содержание металла | 12,5 % Ca | 15,85 % Ca | 10,0 % Mg | 9,85 % Ca |
| Сера | 1,40 % | 1,45 % | — | 3,15 % |
| Вязкость при 100 °C (мм²/с) | 45 | 100 | 110 | 250 |
| Позиционирование TDS | Сбалансированный контроль ржавчины и кислотности | Максимальный щелочной резерв на единицу дозировки | Низкозольный щелочной резерв | Контроль образования отложений при высоких температурах + антиокислительная активность |
Что это означает для вашей рецептуры: для достижения целевого значения TBN готового масла с использованием фената с TBN 265 требуется более высокая норма ввода, чем при использовании сульфоната с TBN 320–415, — при этом в состав попадает более чем в два раза больше серы, что определяет, какой запас по содержанию серы и сульфатной золы останется для ZDDP и остальных компонентов пакета присадок.
Почему фенат противостоит окислению, в то время как сульфонат с высоким TBN может способствовать ему?
Серные мостики в осерненном фенате улавливают промежуточные продукты окисления, поэтому детергент одновременно выполняет роль слабого антиоксиданта. Сульфонаты не обладают такой функциональностью — а их карбонатный щелочной резерв может фактически ускорять окисление масла в жестких условиях.
Скрининговые данные эпохи Sequence IIID (давно выведенный из обращения тест на окисление в бензиновых двигателях 1970-х годов; смеси с одной присадкой, без антиоксиданта) указывают направление: тестовое масло без присадок загустело примерно на 1 100 % за 40 часов, то же масло с высокощелочным сульфонатом кальция — примерно на 4 900 %, а с алкилфенатом кальция — всего на ~300 % (Хуан Вэньсюань (Huang Wenxuan), 润滑油添加剂 / Lubricant Additives). Обращайте внимание на тенденцию, а не на величины.
Ничто из этого не вытесняет сульфонаты: они превосходят фенаты по солюбилизации и диспергированию, защищают от ржавчины — фенаты вносят в это вклад незначительный или нулевой — и стоят дешевле. В обеих химиях контроль над сажей по-прежнему лежит на диспергаторе; посмотрите, как моюще-диспергирующие присадки делят между собой эту задачу.
Когда клиентский пакет присадок опирается на значительную долю высокощелочных сульфонатов, первое, на что мы обращаем внимание, — это запас окислительной стабильности: нужно добавить беззольный антиоксидант или включить фенат в качестве содетергента.
From the labFormulating motor oil or transmission fluid? CheMost supplies the chemistry.View engine oil packagesКакой детергент реально используют в судовых цилиндровых маслах и HDDO?
Судовые цилиндровые масла — вотчина фенатов: в нашей технической спецификации (TDS) указана норма ввода 25–35 % по массе, поскольку в системах однократной смазки необходимо нейтрализовать кислоты, образующиеся при сгорании топлива с высоким содержанием серы, и предотвратить отложения в зоне колец. В случае HDDO обычно все обстоит наоборот: сульфонатный остов составляет примерно 2–4 % по массе, что обеспечивает TBN готового масла на уровне 7–10.
Содержание серы в топливе определяет целевое значение щелочного числа (BN) раньше, чем выбор химии (справочная информация: бюллетень Chevron по щелочному числу (BN) для судовых масел). В сервисных письмах MAN указаны значения BN от 15 до 25 для цилиндрового масла при использовании топлива с содержанием серы 0,10 % или ниже, и до BN 100–140+ для HSFO с содержанием серы выше 0,5 % — при этом содержится предупреждение о том, что при росте отложений на верхнем поясе поршня (top-land) при использовании VLSFO BN может оказаться просто слишком высоким: следует снизить норму подачи масла или перейти на масло с меньшим BN.
Правило принятия решения: отталкивайтесь от содержания серы в топливе и целевого значения TBN готового масла, затем проверьте расчёты с помощью калькулятора вклада в TBN, прежде чем составлять короткий список вариантов химии. Там, где важен максимальный щелочной резерв на единицу дозировки — в судовых тронковых (trunk-piston) двигателях, в дизельных двигателях внедорожной техники на высокосернистом топливе — эффективным усилителем является концентрат сверхщелочного сульфоната кальция 415 TBN.
Действительно ли вам приходится выбирать между ними?
Обычно нет. В коммерческих пакетах присадок для моторных масел, как правило, используются сульфонаты и фенаты в сочетании для обеспечения оптимальной моющей способности и нейтрализующей силы (Bardasz & Lamb, гл. 19); смешанные системы также показали хорошие результаты в опубликованном исследовании смесей.
Наш стандартный подход для работы с HDDO: сверхщелочной сульфонат кальция в качестве основы TBN, осерненный фенат в качестве содетергента для контроля высокотемпературных отложений и окисления — а не «или то, или другое». В техническом описании нашего собственного фената указано то же самое — он является содетергентом вместе с сульфонатом, а не его конкурентом.
Оба подхода — плюс варианты с магнием и салицилатом — входят в наш ассортимент детергентов и присадок для повышения TBN.
Часто задаваемые вопросы
Это тот же сульфонат кальция, что используется в пластичных смазках?
Одно химическое семейство, но разные задачи. Высокощелочные сульфонаты кальция являются исходным компонентом для комплексных кальциево-сульфонатных пластичных смазок, в которых карбонатное ядро превращается в кальцитовый загуститель. В данном руководстве рассматривается только их роль детергента в моторных маслах.
Является ли TBN 400 сульфонатом или фенатом?
Почти всегда сульфонат. Коммерческие осерненные фенаты обычно достигают максимального значения TBN 250–300 — наша марка имеет TBN 265 — в то время как сверхщелочные сульфонаты кальция и магния достигают 415–420. Паспорт с TBN 400 означает сверхщелочную сульфонатную химию — C400 или M400.
Можно ли заменить фенат кальция на сульфонат кальция в соотношении один к одному?
Нет. При TBN 265 по сравнению с 320–415 у сульфонатов кальция CheMost выравнивание только по щелочному резерву уже меняет норму ввода, и вы теряете антиокислительную способность серных мостиков. Необходимо перебалансировать всю систему «детергент–ингибитор», а не просто заменять компоненты один к одному.
Всегда ли детергент с более высоким TBN лучше?
Нет. TBN — это техническое требование к продукту, а не критерий ранжирования: одна и та же химия выпускается с несколькими значениями TBN. Соотносите щелочной резерв с содержанием серы в топливе и интервалом замены масла; применение детергента с более высоким BN, чем требует топливо, приводит к образованию отложений, а не к защите.
Где находит применение салицилат кальция?
Салицилаты представляют собой третий подход — сильное высокотемпературное моющее действие со встроенной антиокислительной защитой, часто используемое в системах с одним поверхностно-активным веществом. Для низкозольных рецептур или рецептур с одним детергентом начните с нашего алкилсалицилата кальция.
Об этом руководстве. Данные взяты из собственных технических паспортов CheMost; описания механизмов действия и заявления о применении приведены ниже. Мы поставляем обе химии и по запросу поддерживаем разработку рецептур клиента. Не можете выбрать между сульфонатным остовом и фенатным содетергентом? Запросите оба TDS и образцы.
Ссылки и отраслевые стандарты
- Bardasz, E. A. и Lamb, G. D., “Additives for Crankcase Lubricant Applications”, в Rudnick, L. R. (ред.), Lubricant Additives: Chemistry and Applications, гл. 19.
- Nassar, A. M. и др., “Preparation and evaluation of the mixtures of sulfonate and phenate as lube oil additives”, International Journal of Industrial Chemistry 8, 383–395 (2017).
- Chevron Marine Products, Base Number Technical Bulletin, 2020.
- MAN Energy Solutions, Сервисные письма SL2019-671 и SL2023-737 (рекомендации по щелочному числу BN для цилиндрового масла).
- Хуан Вэньсюань (Huang Wenxuan), 润滑油添加剂 / Lubricant Additives — Данные Sequence IIID по росту вязкости.
- ASTM D2896, Standard Test Method for Base Number of Petroleum Products by Potentiometric Perchloric Acid Titration.
Связанные статьи
Что такое ZDDP? Противоизносная присадка, защищающая ваш двигатель
Детергент и диспергатор: роль каждой присадки в моторном масле
