影响油倾点的静电降凝理论

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摘要：倾点是考察油产品低温流动性能的常规技术指标之一。实验室研究发现使用滤纸过滤后，油的倾点会降低，对多种油产品测试后发现了这种现象的普遍性。为了解释其原因，文章从油品凝固的机理出发，提出了静电降凝的理论模型，并通过对滤纸和油品分别处理后多组实验的倾点变化，验证了该理论，同时证明，油品中的静电来源于过滤所用的滤纸。

关键词：倾点；降凝；静电；滤纸；过滤

中图分类号：TE626.3 文献标识码：A

0 引言

许多油产品会在低温环境下使用，因此油的产品指标中均有低温流动性要求。倾点是用来衡量油低温流动性的常规技术指标之一。在对某些油产品的实验室测试过程中观察到油品在使用滤纸过滤后倾点会降低，并通过对多种不同类型的油产品测试后，发现了这种现象的普遍性。

目前，关于蜡含量和热历史对油品低温流动性影响的文献报道较多，但关于用滤纸过滤这一操作对油品倾点的影响还未见报道。有人分析认为，过滤后油品倾点降低是因为过滤除去了油品中的水分。本文通过测试油品经滤纸过滤后的微水值，排除了水分对倾点的影响这种观点，并通过多组实验，从油品凝固的机理出发，解释了过滤这一操作对油品倾点产生影响的原因。

1 实验内容

实验室选取了5种典型油样，其中1#、2#和3#为环烷基油，4#和5#为石蜡基油。所有样品均未添加降凝剂，滤纸为整卷状的工业滤纸。为了研究滤纸过滤影响倾点的原因，首先测试了样品过滤前后的常规数据，测试结果如表1所示。

从表1可以看出，5种油品在过滤前后的黏度、微水、碳型等测试项目均未发生变化，但倾点却明显降低。

由于油品的运动黏度和碳型未发生改变，过滤过程中也无人为掺入其他油品组分，可认为油品组分在过滤前后并未发生改变。微水值在过滤前后也未发生变化，由此可以排除水分对油品倾点的影响。

要研究倾点变化的原因，首先要了解油品凝固的原理。目前，大多数学者认为，环烷基油的凝固属于黏温凝固，即环烷基油在温度不断降低的情况下，黏度逐渐增大，油品流动性变差，直至油品整体不能流动时，可以认为其达到凝固状态。而石蜡基油由于含蜡量高，其凝固属于构造凝固。构造凝固多采用结晶学原理来解释。结晶学一般认为，油品凝固主要是油品中的蜡在低温条件下结晶析出，形成针状或片状结晶并相互联结，构成三维空间网状结构，将油通过吸附或溶剂化包于其中，致使整个油品失去流动性。凝固过程一般分为三个步骤：(1)晶核形成；(2)蜡晶生长；(3)蜡晶颗粒链接。各种不同类型降凝剂的加入，无论结构如何，其作用原理都是阻碍或延缓了凝固过程的某个阶段，从而达到降凝的目的。

环烷基油虽然含蜡量低，但并不是完全不含蜡，在温度不断降低的过程中，油品黏度不断增大，流动性逐渐变差，同时油品中的少量蜡也会随之结晶析出。因此环烷基油品的凝固是黏温凝固和构造凝固共同作用的结果。GB/T3535中指出，在倾点测试时，要尽量减少倾斜试管的时间和次数，以免破坏油品已形成的结构，这也说明环烷基油的凝固不仅仅受黏度的影响，它也受油品中蜡的影响。石蜡基油在温度不断降低的过程中，黏度也不断增大，油品流动性变差，因此无论是环烷基油还是石蜡基油，在温度很低的情况下，其凝固都是黏温凝固和构造凝固共同作用的结果。

2 实验过程及数据分析

由于本实验中油品倾点降低发生在过滤后，分析认为，过滤后油品组分中的分子表面状态发生的某些变化，使过滤这一过程对油品起到了“降凝”的作用。因此可能是滤纸的特性对油品产生了影响。

滤纸在使用前，由于摩擦、滚压等作用，表面上产生了一定的静电荷。变压器油由于油流带电的原因，在研究其带电度时也提到过滤会影响其测试结果，为此，本文提出了静电降凝的观点。

由于滤纸表面带一定的静电荷，油品在过滤的过程中不断地将静电荷携带走，使部分静电荷转移到油品分子表面，而颗粒表面的物理化学性质将决定颗粒之间的作用力表现为吸引或排斥。通过滤纸过滤的油品，由于油品分子表面带有同种静电荷，使分子间的静电力表现为排斥力，凝固过程中晶核的生长和蜡晶颗粒的连接均受阻，使油品凝固的温度降低，从而使其倾点降低。

如果以上假设的机理正确，那么由于滤纸上的静电荷有限，油品在不断过滤后，滤纸表面静电荷会逐渐被带走，其带电量会逐渐减少到不能再影响倾点(如图1)，此时，再过滤的油品倾点应恢复到过滤前。

为了验证此假设，实验室对以上5种油品在分别连续使用同一滤纸不断过滤的情况下，对过滤不同次数的油品进行了倾点测试，每次过滤量为60mL，测试结果如表2所示。

由表2可以看出，随着过滤次数的增加，油品的倾点逐渐升高，直至恢复到过滤前，其实验结果完全符合前期假设，并排除了静电是在油品流动的过程中分子之间摩擦产生，从而影响了油品倾点的可能性。

为了进一步研究静电对倾点的影响，根据摩擦起电的原理，对滤纸进行了两种方式的处理。第一种方式是先将滤纸进行进一步的摩擦，增加其带电量，然后使用摩擦过的滤纸来持续过滤样品，每次过滤60mL，并测试过滤后油样的倾点。

第二种方式是实验前，使用一次性塑料手套对滤纸进行摩擦。塑料手套在使用前没有静电现象，但摩擦后，手套上明显带有静电现象，此时再用摩擦后的滤纸过滤以上油样，对过滤后油样进行倾点测试。两种方式的倾点测试结果如表3所示。

表3显示，油样在通过第一种方式处理的滤纸过滤后，倾点下降程度与没有摩擦时相同，但1#和2#样品在-57℃升高到-54℃时所需的过滤次数变多了，这可能是由于摩擦使滤纸上积聚的静电荷增加，但增加的电荷量还不足以改变油品的倾点，或者是滤纸上原有的静电荷对油品倾点的影响已经达到极限，所以增加的电荷量也不能使油品的倾点继续降低，但多余的静电荷使油品倾点上升所需的过滤次数增加了。对于3#、4#和5#样品来说，静电荷对其倾点的影响本来就不如1#和2#显著，摩擦所产生的静电荷量太少，对其倾点的影响也不如1#和2#明显。

油样在通过第二种方式处理的滤纸过滤后，倾点的下降没有前期未处理的滤纸明显，3#、4#和5#油样的倾点甚至没有发生变化，这是由于塑料手套的摩擦转移了滤纸上的部分静电荷，使滤纸上的静电对油品倾点的影响变弱。

同种物质或不同种物质之间的摩擦都会产生静电，这两组摩擦实验都会改变滤纸表面的电荷状态，

实验结果说明，静电的确会对油品的倾点产生影响。过滤后油品中的静电正是过滤过程中携带了滤纸上的静电而得到的。

为了进一步研究静电对油品倾点的影响，在5种油样过滤前和过滤后分别加入了一定浓度的抗静电剂杜邦T450，在室温下过滤后，静置过夜，再测试其倾点，与未加剂的倾点比较，其结果见表4。

由表4可以看出，油品无论在过滤前还是过滤后加入抗静电剂，其倾点都会恢复到未经任何处理时的结果，这是由于抗静电剂在油品中释放了过滤时携带的滤纸上的静电。由此可以证明，油品过滤后倾点降低的原因的确是滤纸上的静电产生的影响。

静电也可以通过别的方式导出，本实验将处理后的油分别储存在玻璃烧杯、铜取样器和塑料壶3种不同种类的容器中，轻微震荡后再测试其倾点，其结果见表5。

由表5可以看出，由于铜具有导电性，在用铜器储存中的油样静电被导出，倾点值也恢复到未经任何处理时的结果。

3 讨论

通过以上研究发现，静电会对油的倾点产生影响。滤纸表面由于摩擦和滚压作用产生的静电，通过过滤转移到油中，油品在凝固的过程中，分子上带有的同种静电荷阻碍了晶核的生长和晶核的相互链接，使油品的凝固温度降低，也就是对油品起到了静电降凝作用。但这种静电降凝只是使油品倾点降低的假象，抗静电剂的加入和金属器皿消除了油品中的静电，油品过滤前后倾点不再发生变化。在本实验中由于实验方法和实验条件的原因，无法检测滤纸上所带的静电荷量，这是今后研究中要想办法解决的问题。

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