Сульфонат кальция и фенат кальция — два основных моющих агента с избыточной щелочностью, используемых в моторных маслах. Разница заключается в полярной головке: сульфонаты закрепляют мицеллу через сульфонатную группу (–SO₃), а фенаты — через кислородные атомы феноксида в составе сульфированного алкилфенола с серным мостиком. Именно это структурное различие определяет максимальное значение общего щелочного числа (TBN), окислительные свойства и естественные области применения каждого из них.
Для кого предназначено 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.
Как сульфонат кальция и фенат кальция сравниваются на бумаге?
Согласно техническим данным, сульфонат кальция достигает более высокого общего щелочного числа (TBN) при содержании серы менее чем в два раза меньшем, в то время как фенат кальция жертвует щелочным резервом ради антиокислительной активности, обусловленной серными мостиками, и значительно более высокой вязкостью.
| Свойства | Сульфонат кальция с высоким содержанием оснований (C300) | Сульфонат кальция с избыточным содержанием оснований (C400) | Сулфонат магния с избыточным содержанием оснований (M400) | Сернистый кальция алкилфенат |
|---|---|---|---|---|
| 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 запас оснований на единицу обработки | Запас щелочи с низким содержанием золы | 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 доза добавки, 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 сульфатированной золы останется для ZDDP и остальных компонентов пакета.
Почему фенат противостоит окислению, в то время как сульфонат с высоким TBN может способствовать ему?
Серные мостики в сульфированном фенате улавливают промежуточные продукты окисления, поэтому детергент одновременно выполняет роль слабого антиоксиданта. Сульфонаты не обладают такой функциональностью — а их углекислый избыток щелочи может фактически ускорять окисление масла в жестких условиях.
Данные отбора 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 избыточным сульфонатом кальция — примерно на 4 900 %, а с алкилфенатом кальция — всего на ~300 % (Хуан Вэньсюань, «Присадки к смазочным маслам» [润滑油添加剂]). Обращайте внимание на тенденцию, а не на величины.
Ничто из этого не вытесняет сульфонаты: они превосходят фенаты по растворимости и диспергирующей способности, защищают от ржавчины — фенаты вносят в это вклад незначительный или нулевой — и стоят дешевле. В обоих химических составах контроль над сажей по-прежнему лежит на диспергаторе; посмотрите, как моющие и диспергирующие добавки делят между собой эту задачу.
Когда состав, заказанный клиентом, опирается на значительную долю сульфонатов с избыточной щелочностью, первое, на что мы обращаем внимание, — это резерв на окисление: нужно добавить беззольный антиоксидант или включить фенат в качестве со-детергента.
From the labNeed this chemistry for a formulation? CheMost supplies the chemistry.Browse all productsКакие моющие вещества на самом деле используются в судовых цилиндровых маслах и HDDO?
Судовые цилиндровые масла — это крепость фенатов: в нашей технической спецификации (TDS) указана дозировка 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 базового числа (BN) раньше, чем химический состав (справочная информация: бюллетень Chevron по базовому числу 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 увеличении отложений в верхней части цилиндра при использовании VLSFO BN может оказаться просто слишком высоким: следует уменьшить скорость подачи или перейти на масло более низкого класса.
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 химических добавок. Там, где важен максимальный запас щелочности на единицу обрабатываемого объема — в судовых поршневых системах, высокосернистом внедорожном дизельном топливе — эффективным усилителем является концентрат сульфоната кальция с избыточной щелочностью 415 TBN.
Действительно ли вам приходится выбирать между ними?
Обычно нет. В коммерческих моторных маслах, 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: сульфонат кальция с избыточным щелочным остатком в качестве основы TBN, сернистый фенат в качестве сопутствующего моющего компонента для удаления высокотемпературных отложений и контроля окисления — а не «или то, или другое». В техническом описании нашего собственного фената указано то же самое — он является сопутствующим моющим компонентом вместе с сульфонатом, а не его конкурентом.
Оба подхода — плюс варианты с магнием и салицилатом — входят в наш ассортимент моющих средств и усилителей TBN.
Часто задаваемые вопросы
Это тот же сульфонат кальция, что используется в смазочных материалах?
Одно химическое семейство, но разные задачи. Сульфонаты кальция с высокой степенью щелочности являются исходным компонентом для комплексных сульфонатных смазок, в которых карбонатный коренной компонент превращается в кальцитовый загуститель. В данном руководстве рассматривается только их роль в качестве моющих присадок к моторным маслам.
Является ли TBN 400 сульфонатом или фенатом?
Почти всегда сульфонат. Коммерческие сульфированные фенаты обычно достигают максимального значения TBN 250–300 — наш сорт имеет TBN 265 — в то время как сульфонаты кальция и магния с избыточной щелочностью достигают 415–420. Технические характеристики с TBN 400 означают сульфонатную химическую формулу с избыточным щелочью — 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 даже простое сопоставление запаса щелочи изменяет норму расхода, и вы теряете антиокислительную способность серных мостиков. Необходимо перебалансировать всю систему «моющее средство–ингибитор», а не просто заменять компоненты один к одному.
Всегда ли моющее средство с более высоким показателем TBN лучше?
Нет. TBN — это техническое требование к продукту, а не критерий ранжирования: один и тот же химический состав выпускается с различными значениями TBN. Соотносите запас щелочи с содержанием серы в топливе и интервалом замены масла; использование моющих средств с более высоким значением BN, чем требуется для топлива, 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 технологических схем с низким содержанием золы или с одним моющим компонентом 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 как химические составы, так и оказываем поддержку в разработке рецептур по запросу клиентов. Не можете выбрать между сульфонатным остовом и фенатным сомоющим? Запросите соответствующие технические паспорта и образцы.
Ссылки и отраслевые стандарты
- Bardasz, E. A. и Lamb, G. D., «Присадки для смазочных материалов картера», в Rudnick, L. R. (ред.), «Присадки к смазочным материалам: химия и применение», гл. 19.
- Nassar, A. M. и др., «Получение и оценка смесей сульфонатов и фенатов в качестве присадок к смазочным маслам», International Journal of Industrial Chemistry 8, 383–395 (2017).
- Chevron Marine Products, Технический бюллетень по базовому числу, 2020.
- MAN Energy Solutions, Сервисные письма SL2019-671 и SL2023-737 (рекомендации по базовому числу для цилиндрового масла).
- Хуан Вэньсюань (Huang Wenxuan), Присадки к смазочным маслам / Lubricant Additives — Данные по повышению вязкости для серии IIID.
- ASTM D2896, Стандартный метод испытаний для определения базового числа нефтепродуктов методом потенциометрического титрования перхлорной кислотой.
Связанные статьи
Что такое ZDDP? Противоизносная присадка в моторном масле
Моющие и диспергирующие добавки к моторным маслам: как они работают
