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 06/2011Trang 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

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

 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

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

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


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

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

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%.

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.

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

+ 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

 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

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.