表面活性劑在燃料油中的應(yīng)用
由于燃燒是一個(gè)復(fù)雜的氧化過(guò)程，為了使其反應(yīng)充分，防止結(jié)焦，在燃料油中用到不少添加劑。其中一部分是直接參與反應(yīng)的，還有一部分是不直接參加反應(yīng)的，而是用來(lái)提高燃料油安定性和提高燃燒器及儲(chǔ)存器安全性的。
直接參與反應(yīng)的添加劑
A．抗爆劑
抗爆劑是用來(lái)降低汽油在燃燒過(guò)程中爆震的，主要技術(shù)指數(shù)是對(duì)汽油辛烷值的提高。其作用原理主要是在燃燒過(guò)程中能較快產(chǎn)生自由基，幫助汽油充分燃燒，使用最早的是四乙基鉛。隨著人們對(duì)空氣質(zhì)量要求的提高，四乙基鉛及其他含鉛化合物的使用受到限制，含鉛化合物的替代品成為研究與開(kāi)發(fā)的對(duì)象。由于燃燒時(shí)，汽油首先要與空氣混合，因此，油溶性表面活性劑首先也是人們考慮的對(duì)象。
曾經(jīng)使用過(guò)能替代含鉛化合物的是甲基環(huán)戊二烯三羰基錳，它在使用中有形成沉積物的趨勢(shì)，仍在研究與開(kāi)發(fā)之中。另外，還有醇類和醚類對(duì)提高辛烷值也有貢獻(xiàn)。有機(jī)氮類也可作為抗爆劑的補(bǔ)充劑。
到目前為止，測(cè)定自由基的形成還沒(méi)有太好的方法，抗爆劑的研制主要以實(shí)驗(yàn)嘗試為主。
B．十六烷值改進(jìn)劑
十六烷值改進(jìn)劑是改善柴油燃燒性能的添加劑。它的作用機(jī)理是先分解成自由基，促進(jìn)燃燒鏈反應(yīng)的進(jìn)行，使燃燒反應(yīng)的活化能降低，從而改善燃料油的著火性能。能夠改善十六烷值的化合物主要是烷基硝酸酯，過(guò)氧化物、金屬有機(jī)化合物和易分解的化合物也是十六烷值改進(jìn)劑。
C．助燃劑
助燃劑是促進(jìn)燃燒、改善燃油燃燒性能的一類添加劑。助燃劑的使用，能使設(shè)備清潔，減少油泥沉積，提高燃燒效率，節(jié)約能耗，減少環(huán)境污染。
輕質(zhì)油用的助燃劑主要是有機(jī)硅化合物的醇溶液，如0．5％(SiCH2CH2COOH)2C02甲醇溶液能明顯降低柴油的黑煙排量。重質(zhì)油添加劑主要有堿土金屬的硝酸鹽等。硝酸鹽可使重油燃燒時(shí)的煙塵降低50％以上。為了提高重質(zhì)油的燃燒性能，也有使用烷基硝酸酯。另外，有些金屬氧化物也對(duì)燃燒有幫助。
燃油性能穩(wěn)定劑
A．抗氧防膠劑
燃料油中有一定量的不飽和烴，這些化合物在溫度和光的作用下會(huì)產(chǎn)生氧化物，進(jìn)而聚合形成膠狀物沉淀，從而影響油的質(zhì)量和燃燒效果。這些影響主要表現(xiàn)在堵塞油路、粘結(jié)迸汽門、增加積炭和降低功率。抗氧防膠劑主要是抑制烴類的氧化鏈鎖反應(yīng)，主要有胺類和酚類。如N，N一二異丙基對(duì)苯二胺、2，4一二甲基一6一叔丁基酚，2，6一二叔丁基對(duì)甲酚等。
B．防冰劑
由于空氣中有一定的水分，使得燃油中也含有一定的水分。燃油有時(shí)會(huì)遇到從常溫到低溫的過(guò)程。在此過(guò)程中，溶解水分可能會(huì)變成懸浮水結(jié)冰，形成冰晶堵塞燃料系統(tǒng)，造成供油中斷。防止冰晶的添加劑主要為能與水形成共溶物的油溶性化合物，如乙二醇甲醚，另外還有碳酸酯、硼酸酯等。
C．低溫流動(dòng)性能改進(jìn)劑
燃料油低溫流動(dòng)性能改進(jìn)劑主要用來(lái)改善油料傾點(diǎn)和過(guò)濾性。影響流動(dòng)性能的主要原因是蠟的析出，因此，添加劑應(yīng)能夠和蠟作用，阻止它的析出。最早使用的添加劑為聚乙烯和乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，隨后還有EVA與氯化石蠟及其他高聚物的混合物，用量為0．01％～0．05％。
燃料油中加入此類添加劑后，它會(huì)在濁點(diǎn)附近浸入蠟晶核中與蠟一起析出。添加劑的存在使蠟晶以較小微粒析出，由于它吸附在蠟結(jié)晶表面，通過(guò)極性基的作用，維持微細(xì)分散作用，阻止了網(wǎng)狀晶體的形成，從而提高了燃油的流動(dòng)性能。
我國(guó)研制并使用的添加劑主要為乙烯—醋酸乙烯酯共聚物型化合物，國(guó)外使用的還有烷基芳基化合物等。能阻止蠟結(jié)晶時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成的化合物均有可能成為流動(dòng)性能改進(jìn)劑，常用的商品添加劑有30多個(gè)品種，大多數(shù)為乙烯一醋酸乙烯酯共聚物和長(zhǎng)鏈二羧酸酰胺類化合物。
D．抗靜電添加劑
靜電對(duì)燃料油的安全性能會(huì)構(gòu)成很大的危害，抗靜電添加劑一般為能提高燃油導(dǎo)電率的離子型表面活性劑。油中產(chǎn)生靜電的原因是其中微小粒子運(yùn)動(dòng)或固液界面磨擦等，其機(jī)理可用雙電層理論解釋。為了防止靜電的積累，通常需要增加油品的導(dǎo)電率，因?yàn)閷?dǎo)電率愈低，電荷消散時(shí)間愈長(zhǎng)。
早期使用的抗靜電添加劑為鎂皂，但它的用量較大，不適合于大多數(shù)石油產(chǎn)品。目前使用較多的為油酸鎂、環(huán)烷酸鉻等，也有研究用烷基水楊酸鉻和二油酸鉻丁酮二茂鐵。下面歸納部分添加劑名稱：苦味酸四異戊基胺，二異丙基水楊酸鈣，油酸鎂，單、雙烷基水楊酸鉻，環(huán)烷酸鉻，油酸鉻，二油酸鉻丁二酮二茂鐵，聚胺鹽等。由于此類添加劑為不同類型的表面活性劑，合成路線對(duì)性能有很大的影響。
烷基水楊酸鉻一般用烷基水楊酸鈉與乙酸鉻或氯化鉻進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)。丁二酸酯磺酸鈣是在催化劑存在下，將苯氧化成丁烯二酸酐，與醇酯化后再與亞硫酸氫鈉加成磺化，再與鈣、鎂、鋇鹽等反應(yīng)便可得到所需化合物。
在使用中，復(fù)合添加劑效果要優(yōu)于單一添加劑，通常將鈣鹽與鉻鹽混合作用，并添加適量的含氮化合物。
機(jī)械防護(hù)劑
油料在燃燒過(guò)程中，要與燃燒器發(fā)生相互作用；在運(yùn)輸途中要和管線發(fā)生作用，油中極性物質(zhì)會(huì)造成危害。為了減少和降低這些危害，在油品中使用了許多有表面活性的添加劑。
A、金屬鈍化劑
燃油在泵送過(guò)程中，會(huì)與金屬接觸，并使燃料的氧化速度加快。這種氧化是指燃料油中烯烴氧化、聚合最后生成膠質(zhì)，沉積在燃料器的部件上，從而降低操作性能。
金屬鈍化劑目前使用的主要是N，N’一二亞甲基水楊1，2一丙二胺，它的作用機(jī)理是和金屬發(fā)生反應(yīng)，生成螯合物，使金屬失去活性，達(dá)到穩(wěn)定油品的目的。作為商業(yè)產(chǎn)品，不同廠家有不同的名稱，但主要成分都是一樣的，也有用少量復(fù)合有機(jī)胺的烷基酚鹽的。
B、抗磨防銹劑
抗磨添加劑為含有機(jī)物極性基團(tuán)的有機(jī)物，可以吸附在磨擦部件的表面，避免金屬之間的干磨擦，改善燃料的潤(rùn)滑性能。國(guó)外使用的有含磷和不含磷的化合物，國(guó)內(nèi)使用的主要有環(huán)烷酸和二聚酸。常用的幾種為：二聚酸、磷酸酯、環(huán)烷酸、含磷有機(jī)物、氨基烷基磷酸酯等。
這類添加劑的作用機(jī)理主要是吸附在金屬表面，形成保護(hù)層。由于是使用在油品中的，因此，應(yīng)是油溶性表面活性劑，與金屬的作用愈強(qiáng)，效果愈好。
燃油添加劑的特性之一是處在油中，能使油在燃燒時(shí)充分與空氣混合，或與油中雜質(zhì)及金屬發(fā)生作用，這一特性決定了它們具有表／界面活性這一特征。隨著現(xiàn)在合成表面活性劑的出現(xiàn)和不斷增多，系統(tǒng)地研究表面活性劑以促進(jìn)油品性能是具有很廣闊前景的。其研究也應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)向理論發(fā)展。
