tiểu luận phụ gia cho dầu nhờn động cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ





BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:
PHỤ GIA CHO DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ

GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG
HVTH: PHÙNG THỊ CẨM VÂN
MSHV: 10400166


TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06/2011


Trang 1

MỤC LỤC

I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 1
I.1. Định nghĩa 1
I.2. Lịch sử hình thành 1
I.3. Chức năng 3
I.3.1. Chức năng giảm ma sát 3

I.3.2. Chức năng làm sạch 4
I.3.3. Chức năng làm mát 4
I.3.4. Chức năng làm kín 4
I.3.5. Chức năng bảo vệ bề mặt 4
I.4. Thành phần 4
I.5. Dầu gốc 4
I.5.1. Dầu gốc động thực vật 5
I.5.2. Dầu gốc khoáng 5
I.5.3. Dầu gốc tổng hợp 8
I.6. Phân loại dầu nhờn 9
I.6.1. Phân loại dầu nhờn theo tính năng 9
I.6.2. Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt 10
I.7. Tính chất của dầu nhờn 12
II. PHỤ GIA CHO DẦU NHỜN 13
II.1. Phụ gia chống oxi hóa dầu 15
II.1.1. Phụ gia chống oxy hóa theo cơ chế gốc 16
II.1.2. Phụ gia phân hủy 18
II.2. Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt 19

Trang 2

II.3. Phụ gia ức chế ăn mòn 20
II.4. Phụ gia ức chế gỉ 21
II.5. Phụ gia tẩy rửa 21
II.6. Phụ gia phân tán 22
II.7. Phụ gia giảm điểm đông đặc 23
II.8. Phụ gia chống tạo bọt 24
II.9. Phụ gia tribology 25
II.9.1. Phụ gia chống mài mòn AW (Anti Wears) 26
II.9.2. Phụ gia cực áp EP (Extreme Pressure) 26

II.9.3. Phụ gia biến tính ma sát FM (Friction Modifiers) 27
III. MỘT SỐ PHỤ GIA THƯƠNG MẠI CHO DẦU NHỜN 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO 30












Trang 1

I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN
I.1. Định nghĩa
 Dầu nhờn là loại dầu dùng để bôi trơn cho các động cơ. Dầu nhờn là hỗn
hợp bao gồm dầu gốc và phụ gia, thường được gọi là dầu nhờn thương
phẩm. Phụ gia thêm vào với mục đích là giúp cho dầu nhờn thương phẩm
có được những tính chất phù hợp với chỉ tiêu đề ra mà dầu gốc không có
được.

Hình 1: Dầu nhờn cho động cơ
I.2. Lịch sử hình thành
 Cách đây 100 năm, con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn. Tất cả
các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mỡ lợn và sau
đó dùng dầu ôliu. Khi dầu ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử

dụng các loại dầu thảo mộc khác. Ví dụ, để bôi trơn cọc sợi máy dệt
người ta sử dụng đến dầu cọ.
 Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế
biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazut ( chiếm 70 – 90 %) không
được sử dụng và coi như bỏ đi. Nhưng khi ngành công nghiệp dầu mỏ
phát triển thì lượng cặn mazut càng ngày càng lớn, buộc con người phải
nghiên cứu để sử dụng nó vào mục đích có lợi. Lúc đầu người ta lấy cặn
dầu mỏ pha thêm vào dầu thực vật hoặc mỡ lợn với tỷ lệ thấp để tạo ra

Trang 2

dầu nhờn, nhưng chỉ ít lâu sau người ta đã biết dùng cặn dầu mỏ để chế
tạo ra dầu nhờn.
 Năm 1870 ở Creem (Nga), tại nhà máy Xakhanxkiđơ bắt đầu chế tạo
được dầu nhờn từ dầu mỏ, nhưng chất lượng thấp. Nhà bác học người Nga
D.I.Mendeleev chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề
dùng mazut để chế tạo ra dầu nhờn. Năm 1870 – 1871, Ragorzin đã xây
dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn nhỏ, và đến năm 1876 – 1877,
Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên có
công suất 100.000 put/năm. Nhà máy này đã sản xuất được bốn loại dầu
nhờn: dầu cọc sợi, dầu máy, dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông. Các
mẫu dầu nhờn của Ragorzin đã được mang đến triển lãm quốc tế Pari năm
1878 và đã gây được nhiều hấp dẫn đối với chuyên gia các nước. Phát huy
kết quả đó, năm 1879, Ragorzin cho xây dựng ở Conxtantinôp nhà máy
thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu. Chính Mendeleep cũng
đã làm việc ở các phòng thí nghiệm và những phân xưởng của nhà máy
này vào những năm 1880 – 1881. Dưới sự chỉ đạo trực tiếp của ông, nhiều
cơ sở khoa học của ngành sản xuất dầu nhờn đã được xây dựng và chỉ
trong vòng mấy năm sau đó, ngành chế tạo dầu nhờn đã thực sự phát triển
và đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử chế tạo chất bôi trơn.

 Kết quả nghiên cứu của nhà bác học Nga N.P.Petrop đã tạo điều kiện để
dầu nhờn được sử dụng rộng rãi hơn. Trong kết quả nghiên cứu của mình,
ông đã nêu lên khả năng có thể dùng dầu nhờn để thay thế hoàn toàn dầu
thực vật và mỡ động vật, đồng thời nêu lên những nguyên lý bôi trơn…
Cùng với những tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng
được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những tháp
chưng cất cũ kỹ, đây là bước phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp
dầu mỏ.
 Các tập đoàn tư bản lớn liên quan đến dầu nhờn như:BP, Castrol, Esson,
Mobil, Total, Esso… đã có mặt trên hầu hết các nước trên thế giới. Họ đã
và đang áp dụng rộng rãi những thành tựu mới nhất của khoa học, đưa nền
công nghiệp dầu mỏ hằng năm tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu
nhờn cũng không ngừng được nâng cao về mặt chất lượng cũng như số
lượng, sáng tạo thêm nhiều chủng loại dầu nhờn mới.

Trang 3

I.3. Chức năng
 Trong động cơ đốt trong, dầu nhờn được sử dụng với 5 chức năng cơ bản
bao gồm giảm ma sát, làm sạch, làm kín, làm mát động cơ và bảo vệ bề
mặt. Các chức năng chính trên phụ thuộc rất nhiều vào tính chất lý hóa
của dầu nhờn, nhất là phụ thuộc vào tính chất độ nhớt của dầu nhờn.
 Để đảm bảo cho dầu nhờn có thể thực hiện tốt các chức năng nêu trên thì
dầu nhờn phải có phẩm chất tốt. Cụ thể là dầu nhờn phải có tính bám dính
tốt, có độ nhớt thích hợp, có độ bền hóa học, cơ học, sinh học, có độ dẫn
nhiệt tốt, không gây ăn mòn hóa học, tẩy rứa phân tán tốt các cặn muội
sinh trong trong quá trình hoạt động của động cơ.
I.3.1. Chức năng giảm ma sát
 Bề mặt vật liệu/kim loại không hoàn toàn nhẵn, khi chuyển động sẽ xảy ra
hiện tượng ma sát, cản trở chuyển động, phát sinh nhiệt và làm tổn hao

công suất của động cơ.

Hình 2: Lực ma sát phát sinh giữa hai bề mặt của chi tiết chuyển động
tương đối với nhau
 Dầu nhờn sẽ tạo thành màng dầu mỏng phân tách 2 bề mặt vật liệu. Khi
có sự chuyển động thì chỉ có các phân tử dầu nhờn trượt lên nhau và hình
thành lực ma sát nội tại giữa các phân tử dầu nhờn. Lực ma sát nội tại nhỏ
hơn nhiều so với lực ma sát khô sinh ra giữa hai bề mặt vật liệu. Do vậy,
dầu nhờn có chức năng làm giảm ma sát, chống mài mòn, giảm tổn thất
công suất, ngăn ngừa hiện tượng bó máy.

Trang 4

I.3.2. Chức năng làm sạch
 Dầu nhờn rửa sạch mạt kim loại, bụi, cát sạn trong không khí, muội than
và các chất nhiễm bẩn sinh ra trong quá trình làm việc của động cơ. Giữ
cho động cơ luôn sạch, hạn chế hiện tượng mài mòn do các cặn bẩn.
 Dầu nhờn ở trạng thái lỏng, chảy qua các bề mặt chuyển động và kéo theo
các chất nhiễm bẫn và đưa về carter.
I.3.3. Chức năng làm mát
 Dầu nhờn hấp thụ nhiệt từ các chi tiết động cơ do quá trình cháy và do ma
sát. Nhiệt lượng này sau đó được chuyển ra ngoài.
I.3.4. Chức năng làm kín
 Trong động cơ, tại vị trí piston – cylindre yêu cầu độ kín cao. Dầu nhờn
có khả năng bám dính và tạo màng sẽ lấp kín các khe hở, ngăn ngừa tổn
thất công suất, bảo đảm quá trình làm việc bình thường cho thiết bị.
I.3.5. Chức năng bảo vệ bề mặt
 Trong quá trình hoạt động, do sự tiếp xúc của các tác nhân gây ăn mòn
như ô xy, độ ẩm của không khí, khí thải hay khí cháy từ nhiên liệu đốt
trong động cơ hay các lò đốt do vậy bề mặt vật liệu bị oxy hóa hay bị ăn

mòn. Dầu nhờn sẽ tạo thành màng dầu mỏng bảo vệ các bề mặt kim loại
khỏi các tác nhân gây ô xy hóa.
I.4. Thành phần
 Dầu nhờn thương phẩm là hỗn hợp của dầu gốc và phụ gia. Phụ gia là các
chất hữu cơ, vô cơ hoặc nguyên tố có tác dụng cải thiện một hay nhiều
tính chất nhất định của dầu gốc. Phụ gia được thêm vào với mục đích là
giúp cho dầu nhờn thương phẩm có được những tính chất phù hợp với các
chỉ tiêu đề ra mà dâu gốc không có được.
I.5. Dầu gốc
 Dầu gốc là dầu thu được sau quá trình chế biến, xử lý tổng hợp bằng các
quá trình xử lý vật lý và hóa học.
 Dầu gốc thông thường bao gồm 3 loại:

Trang 5

o Dầu gốc động thực vật;
o Dầu gốc khoáng;
o Dầu gốc tổng hợp
I.5.1. Dầu gốc động thực vật
 Bản chất của dầu gốc động thực vật là ester của rượu và axit béo, có
nguồn gốc từ dầu lanh, dầu dừa, dầu hạt cải, dầu hướng dương, dầu thầu
dầu, mỡ bò,…
 Dầu gốc động thực vật chỉ dùng trong một số trường hợp đặc biệt. Nó chủ
yếu là phối trộn với dầu khoáng hoặc dầu tổng hợp để đạt được một số
chức năng nhất định.
 Ngày nay người ta thường sử dụng dầu khoáng hay dầu tổng hợp là chủ
yếu. Với tính chất ưu việt như giá thành rẻ, sản phẩm đa dạng và phong
phú, dầu khoáng đã chiếm một vị trí quan trọng trong lĩnh vực sản xuất
dầu nhờn, nhưng dầu tổng hợp cũng được quan tâm nhiều bởi tính chất ưu
việt của nó

I.5.2. Dầu gốc khoáng
 Trước đây, thông thường người ta dùng phân đoạn cặn mazut là nguyên
liệu chính để sản xuất dầu nhờn gốc. Nhưng về sau này khi ngành công
nghiệp nặng và chế tạo máy móc phát triển, đòi hỏi lượng dầu nhờn ngày
càng cao và chủng loại ngày càng phong phú cũng như tiêu chuẩn về chất
lượng ngày càng cao, nên người ta đã nghiên cứu tận dụng phần cặn của
quá trình chưng cất chân không có tên gọi là cặn gudron làm nguyên liệu
để sản xuất dầu nhờn gốc có độ nhớt cao. Tóm lại nguyên liệu chính để
sản xuất dầu nhờn gốc là cặn mazut và gudron.
 Cặn Mazut: là phần cặn của quá trình chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi
cao hơn 350 °C. Phần cặn này có thể đem đi đốt hoặc làm nguyên liệu để
sản xuất dầu nhờn gốc. Để sản xuất dầu nhờn gốc, cặn mazut được chưng
cất chân không thu được phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau:
o Phân đoạn dầu nhờn nhẹ (LVGO: Light Vacuum Gas Oil): có nhiệt
độ sôi từ 300 – 350 °C;

Trang 6

o Phân đoạn dầu nhờn trung bình (MVGO: Medium Vacuum Gas
Oil): có nhiệt độ từ 350 – 420 °C;
o Phân đoạn dầu nhờn nặng (HVGO: Heavy Vacuum Gas Oil): có
nhiệt độ từ 420 – 500 °C.
Thành phần của các phân đoạn này gồm những phân tử hydrocacbon có
số cacbon từ C
21
-C
40
, những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng
lượng phân tử lớn (1.000 – 10.000), cấu trúc phức tạp, bao gồm:
o Các parafin mạch thẳng và mạch nhánh;

o Các hydrocacbon napten đơn hay đa vòng thường có gắn nhánh phụ
là các paraffin;
o Các hydrocacbon thơm đơn hay đa vòng chủ yếu chứa mạch nhánh
ankyl, nhưng chủ yếu là 1 đến 3 vòng;
o Các hợp chất lai hợp mà chủ yếu là lai hợp giữa napten và paraffin,
giữa napten và hydrocacbon thơm;
o Các hợp chất phi hydrocacbon như các hợp chất chứa các nguyên tố
oxy, nitơ, lưu huỳnh cũng chiếm phần lớn trong phân đoạn dầu
nhờn. Các hợp chất chứa kim loại cũng gặp trong phân đoạn này.
 Cặn Gudron: là phần cặn còn lại của quá trình chưng cất chân không, có
nhiệt độ sôi trên 500 °C. Trong phần này tập trung các cấu tử có số
nguyên tử cacbon từ C
41
trở lên, thậm chí có cả C
80
, có trọng lượng phân
tử lớn, có cấu trúc phức tạp. Do đó người ta không chia thành phần của
phân đoạn này theo từng hợp chất riêng biệt mà người ta phân làm ba
nhóm như sau:
o Nhóm chất dầu: bao gồm các hydrocacbon có phân tử lượng lớn,
tập trung nhiều các hợp chất thơm có độ ngưng tụ cao, cấu trúc hỗn
hợp nhiều vòng giữa hydrocacbon thơm và napten, đây là nhóm
chất nhẹ nhất có tỷ trọng xấp xỉ bằng 1. Nhóm chất này hòa tan
được các dung môi nhẹ như paraffin và xăng. Trong phân đoạn cặn
gudron, nhóm dầu chiếm khoảng 45 – 46%.
o Nhóm chất nhựa: hòa tan được trong các dung môi như nhóm dầu
nhưng nó là hợp chất có cực nên có thể tách ra bằng các chất như

Trang 7

than hoạt tính hay silicagen. Nhóm chất nhựa gồm hai thành phần
là các chất trung tính và axit. Các chất trung tính có màu nâu hoặc
đen, nhiệt độ hóa mềm nhỏ hơn 100 °C, tỷ trọng lớn hơn 1, dễ dàng
hòa tan trong xăng, naphta. Chất trung tính tạo cho nhựa có tính
dẻo dai và tính kết dính. Hàm lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến
độ kéo dài của nhựa, chiếm khoảng 10 – 15% khối lượng cặn
gudron. Các chất axit là chất có nhóm COOH, màu nâu sẫm, tỷ
trọng lớn hơn 1, dễ dàng hòa tan trong clorofom và rượu etylic, chất
axit tạo cho nhựa có tính hoạt động bề mặt, chiếm 1% trong cặn
dầu mỏ.
o Nhóm asphanten: là nhóm chất rắn màu đen, cấu tạo tinh thể, tỷ
trọng lớn hơn 1, chứa hầu hết hợp chất dị vòng có khả năng hòa tan
mạnh trong cacbon disunfua (CS
2
), nhưng không hòa tan trong các
dung môi nhẹ như parafin hay xăng, ở 300 °C không bị nóng chảy
mà bị cháy thành tro.
Trong quá trình thì nhóm dầu, nhựa, asphanten tồn tại ở trạng thái hệ keo,
trong đó nhóm nhựa tan trong dầu tạo thành một dung dịch thật sự, người
ta gọi là môi trường phân tán. Asphanten không tan trong nhóm dầu nên
tồn tại ở trạng thái pha phân tán. Ngoài ba nhóm chất trên, trong cặn
godron còn tồn tại các hợp chất cơ kim của kim loại nặng, các hợp chất
cacbon, cacboit, các hợp chất này không tan trong các dung môi thông
thường, chỉ tan trong pyridine.
 Công nghệ sản xuất dầu gốc khoáng bao gồm các giai đoạn cụ thể theo
sau:
o Chưng cất chân không;
o Tách nhựa và asphalten;
o Tách aromatic;
o Tách parafin

o Xử lý bằng hydro.

Trang 8


Hình 3: Công nghệ sản xuất dầu gốc khoáng
I.5.3. Dầu gốc tổng hợp
 Nhìn chung, dầu gốc khoáng là thành phần chủ yếu dùng để pha chế dầu
nhờn vì dầu gốc khoáng có những ưu điểm như công nghệ sản xuất đơn
giản, giá thành rẻ. Tuy vậy các tính chất của dầu gốc khoáng không đủ để
cung cấp tính năng bôi trơn thích hợp cho tất cả các loại động cơ, máy
móc, thiết bị vì dầu gốc khoáng về mặt cơ bản có thành phần hóa học
tương tự nhau, điều này làm hạn chế các tính chất bôi trơn của dầu gốc
khoáng trong những điều kiện làm việc khác nhau.
 Ngày nay, để đáp ứng yêu cầu cao của dầu nhờn bôi trơn, người ta bắt đầu
quan tâm đến dầu gốc tổng hợp nhiều hơn. Dầu gốc tổng hợp là dầu được
tạo ra bằng các phản ứng hóa học từ những hợp chất ban đầu, do đó nó có
những tính chất được định ra trước.
 Ưu điểm của dầu gốc tổng hợp so với dầu gốc khoáng:
o Cho phép điều chế ra các loại dầu gốc có các tính chất như đã định
trước vì chúng được tổng hợp bằng các phản ứng hóa học từ các
chất có phân tử lượng nhỏ hơn;
o Cho phép tạo ra các chất có tính chất ưu việt nhất dùng để làm dầu
gốc cho dầu nhờn, vì so với dầu gốc tổng hợp, dầu gốc khoáng dù
có dùng nhiều phương pháp phức tạp (xử lý bằng hydro) cũng

Trang 9

không thể tách được hết các cấu tử không mong muốn ra khỏi hỗn
hợp dầu gốc. Vì vậy, dầu gốc khoáng chỉ được sử dụng để pha chế

các loại dầu nhờn có yêu cầu bôi trơn trung bình đại diện cho các
thuộc tính chính của dầu gốc. Dầu gốc tổng hợp còn có thể tạo ra
các tính chất riêng biệt mà dầu gốc khoáng không có như hoàn toàn
không cháy, hòa lẫn với nước,…
o Dầu gốc tổng hợp có khoảng nhiệt độ làm việc rộng hơn nhiều so
với dầu gốc khoáng, khoảng từ 55
o
C đến 320
o
C.
 Nhược điểm của dầu gốc tổng hợp so với dầu gốc khoáng:
o Nhược điểm lớn nhất của dầu gốc tổng hợp là đòi hỏi nhiều công
đoạn tổng hợp hóa học phức tạp, do đó giá thành dầu gốc tổng hợp
cao;
o Không sản xuất được một số lượng lớn như dầu gốc khoáng dù
nguồn nguyên liệu lớn hơn nhiều so với dầu gốc khoáng;
o Không có các tính năng đa dạng như dầu gốc khoáng vì trong hỗn
hợp chỉ có mặt của một số cấu tử thực hiện một loại chức năng
riêng biệt nào đó.
 Thành phần của dầu gốc tổng hợp chủ yếu bao gồm các thành phần:
o Hydrocacbon tổng hợp như oligome olephin, polymer, copolymer,
ankyl của hydrocacbon thơm, polybuten, hydrocacbon no mạch
vòng,…;
o Este hữu cơ như các este diaxit, este polyol của axit béo;
o Polyglycol chủ yếu là các polymer của etylen, propylene oxit có
trọng lượng phân tử cao hoặc cả hai;
o Este photphat chủ yếu là các este ankyl/aryl photphat,…
I.6. Phân loại dầu nhờn
I.6.1. Phân loại dầu nhờn theo tính năng
 Khi phân loại theo tiêu chuẩn này, các nhà sản xuất lại thống nhất phân

theo tiêu chuẩn của Viện dầu mỏ Mỹ API (American Petroleum
Institute).

Trang 10

 API phân ra theo cấp S (Service) dùng để dành cho dầu nhờn cho động
cơ xăng và C (Commercial) dùng để dành cho động cơ diesel. Hiện tại,
với động cơ xăng, API phân ra nhiều loại với thứ tự tiến dần từ SA, SB,
SC tới mới nhất là SM. Đối với động cơ diesel, API chia thành CA, CD,
CC tới CG, CH và CI. Càng về sau, chất lượng sản phẩm càng tốt do các
nhà sản xuất phải thêm vào những chất phụ gia đặc biệt để thích nghi với
những công nghệ động cơ mới.

Hình 4: Phân loại dầu nhờn theo tính năng
I.6.2. Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt
 Ở phương pháp phân loại theo độ nhớt, các nhà sản xuất dầu nhớt thống
nhất dùng cách phân loại của Hiệp hội kỹ sư ôtô Mỹ SAE (Society of
Automotive Engineers). Các phân loại của SAE tùy thuộc vào sản phẩm
dầu đó là đơn cấp hay đa cấp. Dầu đa cấp có độ nhớt thỏa mãn ở nhiều
điều kiện nhiệt độ khác nhau còn dầu đơn cấp chỉ đáp ứng ở một nhiệt độ
nào đó.
 Hệ thống phân loại của SAE khá phức tạp, nó liên quan tới nhiều khái
niệm khác nhau. Tuy nhiên, có thể chỉ ra những yếu tố chính. Đối với dầu
đa cấp, sau chữ SAE là tiền tố như 5W, 10W hay 15W, 20W. Những số
đứng trước chữ "W" dùng để chỉ khoảng nhiệt độ mà loại dầu động cơ đó

Trang 11

có độ nhớt đủ để khởi động xe lúc lạnh. Để xác định nhiệt độ khởi động
theo ký tự này, bạn chỉ cần lấy 30 trừ đi các số đó nhưng theo nhiệt độ

âm. Ví dụ, dầu 10W sẽ khởi động tốt ở âm 20 độ C, dầu 15W khởi động
tốt ở âm 15 độ C.
 Các loại dầu động cơ ở các nước hàn đới thường là loại 5W, 10W, 15W
nhưng đa số các sản phẩm ở Việt Nam chỉ là loại 15W hay 20W. Mặc dù
không có ý nghĩa quan trọng khi khởi động vì thời tiết ở Việt Nam
thường không quá lạnh, nhưng để đạt được các yêu cầu khởi động lạnh,
các nhà sản xuất phải thêm vào các chất phụ gia nên dầu có số càng nhỏ
thì càng đắt. Loại 15W và 20W có mức giá trung bình nên được các hãng
dầu nhờn nhập về hoặc sản xuất ở Việt Nam.
 Đứng sau chữ "W" ở loại dầu đa cấp có thể là chữ 40, 50 hoặc 60. Đây là
ký tự dùng để chỉ khoảng độ nhớt ở 100
o
C của các loại dầu nhờn. Thông
thường, số càng to thì độ nhớt càng lớn và ngược lại. Ví dụ, với xe hoạt
động không quá khắc nghiệt như động cơ ôtô chẳng hạn, chỉ số này ở
khoảng 30, 40 hoặc 50 là đủ. Với những động cơ hoạt động ở vùng nhiệt
độ cao, chỉ số này phải cao hơn, khoảng trên 60. Do sự thay đổi nhiệt độ
nên tùy thuộc mùa mà người ta dùng loại 40 hoặc 50. Trong mùa đông,
trời lạnh, nhiệt độ động cơ thấp nên chỉ cần dùng loại nhỏ như 30, 40. Ở
mùa hè, nhiệt độ động cơ cao nên có thể dùng loại 50.
 Do đặc tính của dầu đa cấp nên người ta thường gọi nó là "dầu bốn mùa".
Khi có chữ "W", khách hàng có thể hiểu nó dùng được cho cả mùa đông
và mùa hè. Ngoài loại đa cấp, nhiều nhà sản xuất cho ra cả loại dầu đơn
cấp và chỉ có ký hiệu như SAE 40, SEA 50. Loại dầu này thường được
dùng cho các loại động cơ 2 kỳ, máy nông nghiệp, công nghiệp

Trang 12


Hình 5: Phân loại dầu nhờn theo độ nhớt

I.7. Tính chất của dầu nhờn
 Trong thời gian sử dụng, dầu nhờn phải đảm nhiệm các chức năng như đề
cập ở trên và phải chịu tác động của các yếu tố như:
o Nhiệt độ ở các bộ phận khác nhau;
o Ảnh hưởng của tải trọng;
o Tiếp xúc với ô xy không khí;
o Ảnh hưởng xúc tác của các bề mặt kim loại;
o Nhiễm bẩn do nhiên liệu, các sản phẩm cháy, bụi bẩn, nước,…
 Vì vậy, trong quá trình sử dụng, dầu nhờn thường được phân tích đánh giá
theo các chỉ tiêu hóa lý như sau:
o Độ nhớt;
o Chỉ số độ nhớt;
o Trị số kiềm tổng;
o Nhiệt độ chớp cháy;
o Hàm lượng nước:
o Hàm lượng cặn;

Trang 13

o Hàm lượng kim loại;
o Hàm lượng tro sunfat;
o Khối lượng riêng.
II. PHỤ GIA CHO DẦU NHỜN
 Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim và vô cơ, thậm chí là các
nguyên tố, được thêm vào dầu nhờn để nâng cao các tính chất riêng biệt
vốn có hoặc bổ sung các tính chất sẵn có của dầu gốc nhằm mực đích thu
được dầu nhờn có phẩm chất tốt hơn, thỏa mãn các yêu cầu đối với từng
mục đích sử dụng khác nhau. Thường, mỗi loại phụ gia được sử dụng với
nồng độ từ 0,01 – 5%. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp một phụ gia có
thể được sử dụng ở khoảng nồng độ từ vài phần triệu đến trên 10%.

 Phần lớn các loại dầu nhờn cần nhiều loại phụ gia khác nhau để thỏa mãn
tất cả các yêu cầu tính năng. Trong một số trường hợp, các phụ gia riêng
biệt được pha thẳng vào dầu gốc. Trong một số trường hợp khác, hỗn hợp
các loại phụ gia được pha trộn thành phụ gia đóng gói, sau đó sẽ được đưa
tiếp vào dầu gốc.
 Có loại phụ gia chỉ có một chức năng nhưng cũng có nhiều phụ gia có thể
đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau. Do vậy sẽ có phụ gia đơn chức và
phụ gia đa chức.
 Các loại phụ gia khác nhau có thể hỗ trợ lẫn nhau, gây ra hiệu ứng tương
hỗ hoặc hiệu ứng đối kháng. Trường hợp sau có thể làm giảm hiệu quả
của phụ gia, tạo ra những sản phẩm phụ không tan, hoặc những sản phẩm
có hại khác. Những tương tác này do hầu hết các phụ gia đều là các hóa
chất hoạt động vì thế chúng tác dụng qua lại ngay trong phụ gia đóng gói
hoặc trong dầu tạo ra các chất mới.
 Yêu cầu chung của một loại phụ gia:
o Dễ hòa tan trong dầu;
o Không hoặc ít hòa tan trong nước;
o Không ảnh hưởng đến tác dụng nhũ hóa của dầu;
o Không bị phân hủy bởi nước và kim loại;

Trang 14

o Không gây ăn mòn kim loại;
o Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc;
o Không làm tăng tính hút ẩm của dầu;
o Hoạt tính có thể kiểm tra được;
o Không độc hoặc ít độc, rẻ tiền, dễ kiếm.
 Các loại phụ gia sử dụng trong dầu nhờn động cơ bao gồm:
o Phụ gia chống oxi hóa dầu;
o Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt;

o Phụ gia ức chế ăn mòn
o Phụ gia ức chế gỉ;
o Phụ gia tẩy rửa;
o Phụ gia phân tán;
o Phụ gia giảm điểm đông đặc;
o Phụ gia ức chế tạo bọt;
o Phụ gia biến tính giảm ma sát;
 Thành phần dầu gốc và một số phụ gia trong dầu nhờn thương phẩm (Dầu
động cơ SAE 30 hoặc SAE 40):
Stt

Thành phần dầu nhờn thương phẩm Trọng lượng, %
1 Dầu gốc 71,5-96,2
2 Chất tẩy rửa 2-10
3 Chất phân tán không tro 1-9
4 Kẽm di-ankyl di-thiophotphat 0,5-3
5 Phụ gia chống oxy hóa và chống mài mòn 0,1-2
6 Chất biến tính ma sát 0,1-3

Trang 15

7 Chất hạ điểm đông đặc 0,1-1,5
8 Chất ức chế tạo bọt 2-15ppm
II.1. Phụ gia chống oxy hóa dầu
 Hầu hết các hợp phần của dầu nhờn đều tác dụng nhanh hoặc chậm với
oxy tạo thành quá trình oxy hóa. Khả năng bền oxy hóa của các hợp chất
hydrocarbon tăng dần theo thứ tự: Hydrocarbon không no < Hợp chất dị
nguyên tố < Hydrocarbon thơm < Naphten < Parafin.
 Tốc độ của quá trình oxy hóa chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như bản
chất của dầu gốc, nhiệt độ, hiệu ứng xúc tác của kim loại, nồng độ oxy.

Cơ chế của phản ứng oxy hóa là cơ chế xảy ra theo 3 giai đoạn: giai đoạn
khơi mào, giai đoạn phát triển mạch và giai đoạn tắt mạch.
o Giai đoạn khơi mào: xảy ra chậm và đòi hỏi năng lượng
RH + O
2
 2R
*
+ H
2
O
2

o Giai đoạn phát triển mạch: xảy ra nhanh, phản ứng chuỗi
R
*
+ O
2
 ROO
*

ROO
*
+ RH  ROOH + R
*

ROOH  RO
*
+ HO
*

RO
*
+ RH  ROH + R
*

HO
*
+ RH  H
2
O + R
*

2ROOH  ROO
*
+ ROO
*
+ H
2
O
………
o Giai đoạn tắt mạch: các gốc tự do kết hợp với nhau tạo ra các sản
phẩm bền khác nhau:
R
*
+ R
*
 R-R (Hydrocarbon nặng hơn)
ROO
*
+ R

*
 ROOR (Sản phẩm oxy hóa không hoạt động)
ROO
*
+ ROO
*
 R’O + R”OH + O
2
(chủ yếu)

Trang 16

 Mặt khác, trong quá trình sử dụng thì trong dầu nhờn luôn có mặt các ion
kim loại, nó đóng vai trò xúc tác đẩy nhanh quá trình oxy hóa dầu. Sự có
mặt của các ion kim loại này đóng vai trò như tác nhân cho quá trình khơi
mào và quá trình phát triển mạch.
 Song song với quá trình oxi hóa dầu luôn xảy ra quá trình polymer hóa
các hợp chất trung gian chứa các liên kết đôi để tạo ra nhựa, asphalten,
cặn bùn,…
 Dựa vào cơ chế của phản ứng oxy hóa, người ta chia các phụ gia chống
oxy hóa thành phụ gia chống oxi hóa theo cơ chế gốc và phụ gia phân hủy
II.1.1. Phụ gia chống oxy hóa theo cơ chế gốc
 Sử dụng các chất có khả năng tác dụng với các gốc tự do tạo thành các
sản phẩm bền, ngăn chặn và ức chế giai đoạn phát triển mạch. Phụ gia
này được xem là phụ gia chống oxy hóa sơ cấp.
 Cơ chế hoạt động của phụ gia là nhường một nguyên tử H qua phản ứng
với gốc ankyl hoặc gốc ankyl peroxit làm gián đoạn cơ chế phát triển
mạch của quá trình oxy hóa dầu.
R
*

+ InhH  RH + Inh
*

Inh
*
+ R
*
 InhR (bền)
 Phụ gia chống oxy hóa sơ cấp được sử dụng pha chế vào dầu nhờn là các
dẫn xuất của phenol và amin thơm.
Hợp chất Phenol
 Cơ chế: khử hoạt tính 2 gốc Peroxit ROO* tự do

Trang 17


R
1
, R
3
: Gốc tert-butyl (CH
3
)
3
C-
R
2
: CH
3
hoặc nhánh dài

 Một vài hợp chất Phenol:

Hợp chất amin thơm:

Trang 18


 Một vài hợp chất amin thơm

II.1.2. Phụ gia phân hủy
 Phụ gia chống oxi hoá bằng cách phân huỷ các hydroperoxit
(hydroperoxit là một trong những chất sinh ra gốc tự do thúc đẩy quá trình
oxi hoá) tạo sản phẩm bền được xem như là chất chống oxy hóa thứ cấp
hay còn gọi là các phụ gia phân huỷ.

Trang 19

 Hợp chất của lưu huỳnh và/hoặc phốt pho thường được sử dụng nhằm
giảm bớt các hydroperoxit trong phản ứng chuỗi gốc để tạo thành các
ancol. Các chất chống oxi hóa thứ cấp thường được sử dụng là Zinc
dialkyldithiophosphate (ZnDTP), phosphites, và các thio khác…
 Hợp chất sunfua R-S-R:

 Hợp chất Phosphore:

 Hợp chất dithiophosphat:

 Một số chất phân hủy thường được sử dụng:

II.2. Phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt

 Trong quá trình sử dụng, dầu nhờn có thể bị oxy hóa làm cho tính nhớt
nhiệt bị giảm. Đồng thời, nhiệt độ làm việc của dầu có thể thay đổi trong

Trang 20

khoảng thay đổi rộng, từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao. Do vậy,
trong một số loại dầu nhờn cần sử dụng phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt.
 Phụ gia cải thiện chỉ số đột nhớt làm tăng độ nhớt của dầu ở nhiệt độ cao
và hầu như không làm tăng độ nhớt của dầu ở nhiệt độ thấp. Chính vì vậy,
các phụ gia cải thiện chỉ số độ nhớt thường là các polymer tan được trong
dầu và có cấu trúc dạng xoắn ở nhiệt độ thấp (khi đó dầu gốc là dung môi
hòa tan kém). Khi nhiệt độ cao (dầu gốc là dung môi hòa tan tốt) thì các
polime này duỗi dài ra, trải rộng ra và do vậy làm tăng độ nhớt của dầu.

 Các phụ gia này có trọng lượng phân tử nằm trong khoảng từ 10.000 đến
50.000 đvC, nhưng tốt nhất nằm trong khoảng từ 50.000 đến 150.000, do
nếu trọng lượng phân tử thấp quá thì không đủ đặc còn trọng lượng phân
tử lớn quá thì kém bền nhiệt, kém bền cơ học. Các phụ gia cải thiện chỉ số
độ nhớt chia thành hai dạng cơ bản.
o Dạng hydrocacbon là các copolyme etylen–propylen,
polyisobutylen, copolime styren–butadien đã hydro hoá
o Dạng este là các polime metacrylat, polyacrylat và các copolime
của este styrenmaleic.
II.3. Phụ gia ức chế ăn mòn
 Trong quá trình làm việc, các bề mặt kim loại tiếp xúc với dầu nhờn rất dễ
bị ăn mòn bởi các tác nhân có tính axit như axit hữu cơ hoặc vô cơ, các

Trang 21

hợp chất hoạt động chứa S, các peroxit,…. Do vậy dầu nhờn phải có phụ

gia ức chế ăn mòn;
 Phụ gia ức chế ăn mòn này sẽ hấp phụ lên bề mặt kim loại tạo thành một
màng bảo vệ (màng này còn có tác dụng thụ động hóa kim loại). Màng
bảo vệ này sẽ dính chặt lên bề mặt kim loại bảo vệ kim loại khỏi các tác
nhân gây ăn mòn.
 Các phụ gia ức chế ăn mòn điển hình là ZnDDP, Limonen sunfua, pinen
photphosunfua, benzothiazol,…

II.4. Phụ gia ức chế gỉ
 Trong quá trình làm việc, dầu có thể bị lẫn hoặc có mặt các của các tạp
chất dẫn đến các bề mặt kim loại bị gỉ. Gỉ là một dạng của ăn mòn bề mặt.
 Các chất ức chế gỉ ngăn nước thấm qua màng hữu cơ bảo vệ. Điều này đạt
được bằng cách sử dụng các hợp chất phân cực được hấp phụ chọn lọc
trên bề mặt kim loại và tác dụng như màng ngăn cách chống ẩm.
 Nói chung, các chất ức chế kìm hãm gỉ bằng cách phủ lên bề mặt sắt hoặc
thép một màng đẩy nước. Để có hiệu quả các phân tử phụ gia phải hấp
phụ tốt trên bề mặt sắt và tạo ra một màng bền vững.
 Các phụ gia điển hình có thể sử dụng làm phụ gia ức chế gỉ là axit ankyl
suxinic, amin photphat, sunfonat, alkylthioaxetic,…

II.5. Phụ gia tẩy rửa

Trang 22

 Dầu nhờn làm việc dưới điều kiện khắc nghiệt có thể xuất hiện sự cháy
của nhiên liệu hay sự oxi hoá dầu nhờn. Đây chính là nguyên nhân gây ra
các sản phẩm axit và một lượng lớn cặn bẩn chúng có thể làm tăng độ
nhớt của dầu, gây ăn mòn, làm dầu mất tính đồng nhất, lắng đọng lên bề
mặt kim loại làm tổn hao công suất Chính vì vậy, cần phải có phụ gia
ngăn không cho các cặn bẩn bám trên bề mặt kim loại hoặc lôi kéo các

cặn bẩn ra khỏi bề mặt kim loại và phân tán chúng trong dầu dưới dạng
huyền phù.
 Với phụ gia tẩy rửa, các phụ gia này sẽ hấp phụ lên các cặn bẩn và lôi kéo
chúng ra khỏi bề mặt mà chúng bám dính, giữ chúng ở trạng thái lơ lửng
trong khối dầu. Còn phụ gia phân tán hấp phụ lên cặn bẩn làm cặn bẩn
không tụ được với nhau, giảm khả năng sa lắng, tránh tạo căn bẩn.
 Các phụ gia tẩy rửa thường được sử dụng là sunfonat (canxi sunfonat
trung tính, canxi sunfonat kiềm và canxi sunfonat kiềm cao) ngoài ra còn
có phenolat, salixylat, photphonat,…
II.6. Phụ gia phân tán
 Các chất phân tán là các chất có khả năng ngăn ngừa hoặc làm chậm quá
trình tạo cặn và lắng đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp. Như
vậy, chức năng cơ bản của chất phân tán là làm yếu lực cấu kết giữa các
tiểu phân riêng biệt với nhau, tạo điều kiện làm tan rã các kết tủa xốp và
các khối kết tụ, do đó cho phép từng tiểu phân có thể tồn tại như một thực
thể riêng biệt. Nói cách khác, các chất phân tán có một ái lực mạnh với
các tiểu phân gây bẩn dầu và chúng bao quanh mỗi tiểu phân bằng các
phân tử tan trong dầu, nhờ đó giữ được các cặn của dầu không bị kết tụ và
đóng cặn lại trong động cơ.
 Với phụ gia phân tán là ankenyl polyamin suxinimit, ankylhydroxybenzyl
polyamin Các phụ gia phân tán có cấu tạo gồm ba phần cơ bản: nhóm
ưa dầu và nhóm phân cực, hai phần được nối với nhau bằng nhóm nối.
o Nhóm ưa dầu thường là các hydrocacbon mạch dài giúp cho phụ
gia có thể tan tốt trong dầu gốc được sử dụng.
o Nhóm phân cực thường chứa các nguyên tố N, O, hoặc P.