工业石油为了获得具有一定黏度特点的油品，过去人们总是选择一定的原油馏分。的偏获能足人们的需要，有的原油黏稠的馏分太少，有的偏分油在存天或温下稀稠程度还合适，但到了冬天就显得太稠，到了夏天又显得太稀薄。 这种现象通过石油些改善，但冬、夏要换油的问题却仍不能解决。能不能够制取一种不能气温的不同而换油的油品呢？黏度指数改进剂（增黏剂，黏度指数添加剂） 的发展，解决了这个问题。可以说，这种四季通用油，主要是由于黏度指数改进剂的作用才得以实现的。第度指数改进剂主要用于多级内燃机油、液压油、变速器油、机械油等，近年来在齿轮油中也有应用。

一、油品黏度和黏温性能

黏温性能是指一种油品的黏度要随着温度的变化而变化的性能。当温度升高时，油品的黏度变小，而当温度降低时，其黏度就增大。不同品质的油品，随温度而改变其黏度的性能是不同的。黏温性能好的油品，温度降低黏度增大的小，温度提高时，黏度降低得也少；相反地，黏温性能差的油品，其黏度随温度变化的幅度就很大。可以用黏度指数来表示油品的黏温性能，黏度指数越大，油品的黏温性能就越好。

黏度可用绝对黏度、运动黏度和条件黏度表示，我国油品常用运动黏度作为黏度指标，单位是m㎡／s。

油品的黏度特性和黏温性能和石油炼制时所用原油的种类、馏分范围和精制深度密切相关。石蜡烃类成分含量高的原油，如我国的大庆原油，一般黏温性能好。由环烷烃含量高的原油炼制的油品，其黏温性能就差一些，如我国的新疆原油。石油的黏温性能并不是不能改变的，通过选取合适的馏分、进行深度加工和加入添加剂，黏温性能差的原油也能生产出黏温性能好的油品来。

二、黏度指数改进剂

黏度指数改进剂是20世纪50年代发展起来的添加剂，也是近年来各种油品添加剂中产量增长最快的。其产量在很多国家都仅次于抗爆剂和清净分散剂，在油品添加剂中居第三位。

随着大功率、高负荷、高转速发动机的问世和节能的需要，内燃机油也逐步向高档化和多级油的方向发展。在研制多级油时，为了满足油品的高、低温性能，需在所使用的较低黏度前基础油中加人油溶性链状高分子聚合物，即黏度指数改进剂。

黏度指数改进剂主要是为了改善油品的黏温性能，提高油品的黏度指数，以适应宽温度范围对油品黏度的要求。除此之外，还具有降低燃料消耗、维持低油耗、降低磨损及提高低混启动性、增产重质润滑油和简化油品、实现油品通用化的优点。

1．黏度指数改进剂的主要品种和应用

以下概述目前世界上广泛使用的几种黏度指数改进剂的性能和应用。

）聚异丁烯（PIB，T603）聚异丁烯采用典型的阳离子聚合，以炼油厂裂解生成的丁烧丁烯馏分作原料，AICls、BF3、AlCl3-Al（i-C4Hg）3或AICl3-甲苯-二氯乙烷作催化剂，在低温下进行选择性聚合，精制后得到产品。可用氯代烃或低分子饱和烃为溶剂，也可不用溶剂直接聚合。

聚异丁烯（PIB）是用得最早的黏度指数改进剂，相对分子量（2～6）x104，添加量8％～20％。PIB具有良好的抗剪切安定性和热稳定性，但抗氧化能力较差，一般用于多级内燃机油、汽车传动液和液压油。

（2）聚甲基丙烯酸酯（PMA，T602）PMA是采用不同碳数的甲基丙烯酸酯单体，以苯甲酰过氧化物或偶氮二异丁腈作引发剂，用硫醇作相对分子质量调节剂，在甲苯或其他烃类溶剂中进行溶液聚合。甲基丙烯酸酯的侧链基的结构对其性能有较大的影响。通过改变侧链基的平均碳数、碳数分布和聚合物的平均相对分子质量，可以得到一系列用于不同目的的增黏剂、增黏-降凝剂、降凝剂。作为黏度指数改进剂，烷基的平均碳数为8～10，添加量一般为2％～5％。

聚甲基丙烯酸酯具有优异的低温性能，但增黏能力和剪切稳定性差，适用于要求低温性能好的多级内燃机油（如5W／30）；相对分子质量较低的聚甲基丙烯酸酯适用于各种液压油和齿轮油。

（3）乙烯丙烯共聚物（OCP，T611）乙烯丙烯共聚物是采用钒系催化剂，在10～50℃溶液中聚合，一般用氢气调节相对分子质量，也可用三氯醋酸乙酯调节相对分子质量。聚合物中乙烯丙烯的比例对产品性能有较大影响。乙烯含量过高，则由于较长烷链-CH2-对称性，使聚合物洁净度增加，油溶性变坏，低温下易形成凝胶，但有利于提高黏温性能。丙烯含量过高则由于主链碳数减少，使增黏能力降低，且由于叔碳氢增加导致聚合物的热氧化安定性变坏。

异丙共聚物具有良好的增稠能力，而且抗剪切能力好，同时具有一定的低温清净性、抗氧性、防锈性和抗磨性。主要用于需高剪切稳定性的油品。

（4）聚正丁基乙烯基醚（T601）聚正丁基乙烯基醚是乙炔和正丁醇在氢氧化钾或BF3·H2O的催化下，先合成得到正丁基乙烯基醚，再以FeCl3、SnCl4、BF3为催化剂进行聚合制得的。

聚正丁基乙烯基醚的低温性能和抗剪切安定性好，但热氧化安定性和增稠能力较差，可用于工作温度不太高的液压油中，加量4％～8％。不适用于内燃机油。但原料价格贵，性能不突出，使用渐趋减少。

（5）氢化苯乙烯双烯共聚物（HSD、SDC）双烯一般用丁二烯、异戊二烯或两者的混合物，苯乙烯和双烯的比例为（25：75）～（40：60）（摩尔比）。采用典型的阳离子聚合，以丁基锂为催化剂，在50℃左右进行溶液聚合。苯乙烯双烯共聚物再以有机镍和三乙基铝

为催化剂氢化，主要饱和双烯中剩余的双键，以提高其热氧化安定性。

相应产品有苯乙烯／丁二烯共聚物和苯乙烯／异戊二烯共聚物。氢化苯乙烯／双烯共聚物的相对分子质量在5万～10万，其增稠能力和剪切稳定性很好，与乙丙共聚物接近，低温性能和氧化稳定性很差。这类化合物的高温剪切下的黏度较低，难于满足低黏度多级内燃机油对高温高剪切速率下的黏度要求。

（6）苯乙烯聚酯 苯乙烯聚酯是用苯乙烯与马来酸酐共聚后，先用少量含氮化合物进行酰胺化反应，再用混合醇对未酰胺化的酸酐进行酯化而成。苯乙烯聚酯是具有一定分散性的酯型黏度指数改进剂，低温性能较好，但剪切稳定性较差，增黏能力也不好。

在以上六种黏度指数改进剂中，聚异丁烯占黏度指数改进剂总量的80％左右。其具有良好的剪切稳定性和热稳定性，能改善油品的黏温性能，提高黏度指数，但增黏能力及低温性能较差。

2．黏度指数改进剂作用机理

高分子化合物随溶剂的种类、溶液的浓度和温度的不同，其分子具有不同的形态（从缠绕的蜡曲状直至近似的棒状）。在不良溶剂中，高分子化合物凝集为蜷曲状；在良好的溶剂中扩展伸长。黏度指数改进剂这类高分子化合物在烃类基础油中，高温条件下，分子溶胀，体积和表面积增大，基础油的内摩擦显著增加，导致油品的黏度显著增高；相反，在较低温度下，高分子收缩蜷曲，体积和表面积减小，对油品的内摩擦影响不大，因此，对油品的黏度影响较小。黏度指数改进剂正是基于不同温度下、不同形态对黏度影响的差异，达到增加黏度和改善黏温性能的作用。

显然，从改善黏温性能考虑，理想的增黏剂应该是高温增黏能力大，而低温增黏能力小。同一黏度指数改进剂，添加到不同的基础油中的黏温性能是不一样的。因为基础油的来源、精制深度不同，对黏度指数的感受性不同。例如，多级油的黏温性能优于同黏度的单级油，这主要是由于多级油使用了黏度基础油。显然，从改善黏温性能考虑，理想的增黏剂应该是高温增黏能力大，而低温增黏能力小。

同一黏度指数改进剂，添加到不同的基础油中的黏温性能是不一样的。因为基础油的来源、精制深度不同，对黏度指数的感受性不同。例如，多级油的黏温性能优于同黏度的单级油，这主要是由于多级油使用了黏度基础油。

3．黏度指数改进剂的使用性能

衡量黏度指数改进剂的好坏，除考虑其改善黏温性能的能力外，还要评定：其增黏能力，即加入此类添加剂后润滑油黏度增加的百分比；剪切稳定性，即在剪切力作用下高聚物分子链不易断裂；热安定性和低温泵送能力等性能。

（1）黏能力 增黏能力是指黏度指数改进剂加量相同时黏度的增加量，即要增加相同

质量有关，主链相对分子质量大则增黏能力强。在增加相同黏度时，各种黏度指数改进剂的

增黏能力的顺序为：

OCP>SDC>PIB>PMA

增黏能力与基础油性质有关。基础油的黏度和烃组成对增黏能力有一定影响，一般黏度改进剂分子具有不同的亲和性（溶剂化作用）。

（2）热氧化安定性 热氧化安定性是黏度指数改进剂的另一重要性能。在实际使用过程槽积炭增多，黏环等一系列问题。

商分子化合物一般在60℃以下不发生明显的热氧化分解，在100～200℃开始热氧化分解。聚合物的热氧化安定性取决于结构中化学键的强度，而其最弱键代表整个高分子链的强度。聚合物的热氧化分解服从氧化连锁反应机理，氧化反应的链引发和链增长中，多氢反应起决定作用。所以聚合物链上碳氢键的强度对氧化断裂的难易关系极大。乙烯／丙烯共聚物（OCP）和氢化苯乙烯／双烯共聚物（HSD）有叔碳氢，易受攻击，热氧化安定性较差；聚甲基丙烯酸酯（PMA）和聚异丁烯（PIB）没有叔碳氢，较稳定；而正丁基乙烯基醚不仅有叔碳氢且受到醚键的活化，其稳定性最差。

提高黏度指数改进剂的热氧化安定性最简便的方法是加适量的抗氧剂二烷基二硫代磷酸锌。试验表明，各种黏度指数改进剂的热氧化安定性虽有明显差别，但在抗氧剂ZDDP存在时基本接近（聚正丁基乙烯基醚除外）。

（3）剪切稳定性 纯净的矿物油在其浊点温度以上时，黏度不随剪切力而变化，称为牛顿流体。如图3-10所示，含有高分子黏度指数改进剂的油品，在剪切速率非常小时显示牛顿流体特性；随着剪切速率增加，表现为典型的非牛顿流体特性；黏度降低，而一旦剪切应力消失，则又恢复原来的黏度，这也称为暂时黏度降低。当高分子主链由于高剪切应力断裂时，就产生了永久黏度降低。剪切稳定性差的增黏剂在使用中不能保持原有黏度级别，对磨损、油耗等产生一系列影响。高剪切稳定性与相对分子质量、相对分子质量分布、侧链结构有关。

（4）低温黏度和低温启动性 表示多级油的低温性能的指标有低温启动性和低温泵送性。每种发动机存在一最小临界启动转速，低于临界转速发动机不能启动。临界启动转速与润滑油的黏度有关，使用黏温性能好、低温黏度小的多级油是保证启动转速的有效而简便的方法。含高分子的油品是非牛顿流体，其低温黏度不能用外推法测定。（一般采用冷启动模拟机来测定的多级油的低温黏度。剪切速率与各种聚合物的低温黏度关系如图3-11所示。

多级油的低温黏度决定于基础油的低温黏度，精制程度高、黏度高的基础油低温黏度低。