潤滑剤における脱泡剤、分散剤、洗剤：完全ガイド

添加剤は、オイルの特性を強化したり、抑制したり、新しい特性を追加したりできます。消泡剤、分散剤、洗剤も例外ではありません。この 3 つの添加剤は、比率は異なりますが、ほとんどの完成潤滑剤に含まれています。

これら 3 つの主な違い、それぞれが非常に重要である理由、およびそれらの存在を確認する方法について説明します。

違いは何ですか?

これらはすべて添加剤（文字 D で始まります）ですが、その機能は明らかに異なります。これらはすべて、さまざまな種類の汚染物質からオイルを保護するために機能します。

たとえば、消泡剤はオイル内の気泡を減らします。同時に、洗剤は金属表面を清潔に保ち、分散剤は汚染物質をカプセル化して潤滑剤中に浮遊させます。1 これを図 1 に示します。

前回の記事より 潤滑油添加剤 – 包括的なガイド。ここでは、これらの各添加剤がどのように機能するかについて詳しく説明します。

消泡剤

潤滑剤内で泡が形成されると、表面または内部に小さな気泡が閉じ込められます (内部泡と呼ばれます)。消泡剤は、泡の泡に吸着し、泡の表面張力に影響を与えることによって機能します。これにより合体が起こり、潤滑剤表面の泡が壊れます1。

表面に形成される泡（表面泡）には、表面張力の低い消泡剤が使用されます。これらは通常、基油に溶解せず、長期間の保管または使用後でも十分に安定であるように細かく分散する必要があります。

一方、内部発泡体は潤滑剤中に気泡が細かく分散したものであり、安定した分散液を形成することができます。一般的な消泡剤は、表面の泡を制御しながら内部の泡を安定させるように設計されています2。

分散剤

一方、分散剤も極性があり、汚染物質や不溶性の油成分を潤滑油中に浮遊させます。これらは粒子の凝集を最小限に抑え、その結果、オイルの粘度が維持されます（粒子の凝集により増粘が生じるのと比較して）。洗剤とは異なり、分散剤は無灰とみなされます。通常、これらは低い動作温度で動作します。

洗剤

洗剤 are polar molecules that remove substances from the metal surface, similar to a cleaning action. However, some detergents also provide antioxidant properties. The nature of a detergent is essential, as metal-containing detergents produce ash (typically calcium, lithium, potassium, and sodium)1.

消泡剤は必要ですか?

消泡剤, also called antifoam additives, are found in many oils. Most oils need to keep foam levels to a minimum, and it is very easy for foam to form in lube systems due to their design and flow throughout the equipment.

泡がオイルに入ると、適切な表面潤滑を提供する能力に影響を与える可能性があります。これにより、表面レベルで摩耗が発生し、機器が損傷する可能性があります。

多くのオイルでは、さまざまな機能を提供するために、用途に応じて異なる比率で消泡剤が必要です。オートマチック トランスミッション液 (ATF) では、過度の泡立ちや空気の巻き込みを防ぐために、通常 50 ～ 400 ppm の濃度の消泡剤が必要です3。一方、マニュアル トランスミッション液や車軸潤滑剤の場合は、50 ～ 300 ppm のわずかに低い濃度の消泡剤が必要です。

ただし、OEM はこれらの濃度を検証する必要があります。消泡剤の濃度が高すぎると、実際に泡立ちが増加する可能性があります。さらに、消泡剤は、他の添加剤に悪影響を及ぼさないように、他の添加剤パッケージと適切にバランスを取る必要があります。

消泡剤には主に 2 つのタイプがあります。シリコーン消泡剤とシリコーンフリー消泡剤です。シリコーン消泡剤は、特に約 1% の低濃度で最も効果的な消泡剤と考えられています。これらの消泡剤は通常、安定した分散液を提供するために芳香族溶媒にあらかじめ溶解されています。

しかし、シリコーン消泡剤には 2 つの重大な欠点があります。それらは不溶性であるため、油から容易に移行し、極性金属表面に対して強力な親和性を持ちます。

一方、特にシリコンフリーの潤滑剤を必要とする用途では、シリコンフリーの消泡剤も代替品となります。このような用途には、シリコンフリーに近い金属加工液や油圧が含まれ、さらにはこれらの部品に塗料やラッカーを塗布する場合にも使用されます。

シリコーンを含まない消泡剤には、ポリ（エチレングリコール）（PEG）、ポリエーテル、ポリメタクリレート、有機コポリマーなどがあります。リン酸トリブチルも消泡剤の別の選択肢です4。

分散剤はなぜ重要ですか?

多くの場合、洗剤と分散剤は主にそれらの機能が相互に補完できるため、一緒にグループ化されます。上で述べたように、大きな違いは、分散剤は無灰であるのに対し、洗浄剤はより多くの金属含有化合物であることです。

ただし、一部の無灰分散剤は「洗浄」特性も提供するため、この 2 つは相互に排他的ではありません。

大きな親油性炭化水素尾部と極性親水性頭部基により、洗剤と分散剤を分類できます。通常、テールはベース流体に溶解し、ヘッドは潤滑剤内の汚染物質に引き寄せられます。

分散剤分子は固体汚染物質を包み込んでミセルを形成し、非極性尾部がこれらの粒子の金属表面への付着を妨げ、粒子が凝集してより大きな粒子となり、浮遊しているように見えます。

無灰分散剤は、定義上、金属を含まない分散剤であり、通常は炭化水素ポリマーから誘導され、最も一般的なものはポリブテン (PIB) です。

たとえば、分散剤は通常、ATF に 2 ～ 6% の濃度で必要であり、清浄度の維持、スラッジの分散、摩擦と摩耗の軽減に使用されます3。マニュアル トランスミッション液および車軸潤滑剤のこれらの値は 1 ～ 4% の範囲で変化します。

洗剤は本当にきれいになりますか？

伝統的に、洗剤は、洗濯用洗剤と同様に、油に洗浄特性を与えると考えられていたため、その名前が付けられました。しかし、これらの金属含有化合物は、酸性の燃焼および酸化副生成物を中和するために使用されるアルカリ貯蔵量も提供します。

これらの化合物は、その性質上、研磨摩耗やすす粒子などの粒子状物質を（洗浄作用で）除去するのではなく、分散させます。界面活性剤には主にフェネート、サリチル酸、チオリン酸、スルホン酸の 4 種類があります4。

カルシウムフェネート 最も一般的なタイプのフェネートです。それらは、元素硫黄または塩化硫黄を使用してアルキル化フェノールを合成し、その後金属酸化物または水酸化物で中和することによって形成されます。これらのカルシウムフェネートは優れた分散特性を持ち、より高い酸中和能力を持っています。

サリチル酸塩 追加の抗酸化特性があり、ディーゼル エンジン オイル配合物での有効性が証明されています。これらは、アルキル化フェノールのカルボキシル化とその後の二価金属塩へのメタセシスによって製造されます。これらの製品はその後、過剰な金属炭酸塩で過塩基化されて、高塩基性洗剤が形成されます。

チオホスホネート これらは過剰な塩基性の製品であるため、今日ではほとんど使用されません。

スルホネート 一般に優れた耐食性を持っています。中性 (または過塩基性) スルホン酸塩は、優れた洗浄力と中和能力を備えています。これらの中性スルホン酸塩は、通常、コロイド状に分散した金属酸化物または水酸化物で形成されます。

スルホン酸カルシウムは比較的安価で、優れた性能を持っています。一方、スルホン酸マグネシウムは優れた防食特性を示しますが、熱劣化後に硬い灰堆積物を形成し、エンジンのボア研磨につながる可能性があります。バリウムスルホネートは毒性があるため使用されません。

洗剤 in ATFs are used in concentrations of 0.1-1.0% for cleanliness, friction, corrosion inhibition, and reduction of wear3. However, these values are a bit higher in manual transmission fluids, at 0.0 – 3.0%. On the other hand, no detergents are required for axle lubricants!

これらの添加物を使い切るとどうなりますか?

先ほど話した 3 つの添加剤については、それぞれ何らかの形で犠牲になります。 

消泡剤 get used up when they are called upon to reduce the foam in the oil. On the other hand, detergents and dispersants use their characteristics to suspend contaminants in the oil.

これらすべてのシナリオにおいて、これらの各添加剤は時間の経過とともに枯渇すると考えられます。機能を実行している間、それらの機能を実行する能力が低下する反応が複数回発生します。

したがって、これらの添加剤は物理的にオイルから出ていなくても、現在は別の形で存在しているとしても、時間の経過とともに減少すると結論付けることができます。

オイルの空気放出特性は、消泡剤の損失によって影響を受けます。この値は大幅に上昇し、オイルから空気が放出されるのに時間がかかることを示します。そのため、空気は遊離状態、溶解状態、混入状態、または泡状状態でオイル中に残ります。

その結果、これはコンポーネントを適切に潤滑するオイルの能力に影響を与え、マイクロディーゼルの発生やサンプ内のオイル温度の上昇を引き起こす可能性さえあります。

一方、洗浄剤や分散剤が減ると、油が汚染物質を保持する能力も低下します。

したがって、機器の内部に堆積物が形成され始め、バルブの固着 (特に油圧システム) や、これらの堆積物が熱を閉じ込める可能性があるためシステムの温度が全体的に上昇する可能性があることに気づき始めるでしょう。

温度が上昇すると、オイルが酸化し始め、より多くの堆積物が形成され、場合によってはワニスが発生する可能性があります。

基本的に、これらの添加剤はシステム内のオイルの健康に不可欠です。洗剤と分散剤は、システムを清潔に保つのに役立ちます (すすなどの汚染物質を含まない)。

消泡剤は、磨耗のリスク、潤滑システムの温度上昇、ワニス形成の可能性、またはマイクロディーゼルによる劣化の可能性を軽減することさえできます。

パラグアイ出身のブルーノ・デフェリッペさんは、鉱物油について混乱しています。

「エンジンオイルって全部『鉱物油』じゃないの？」彼は尋ねます。 「『非鉱油』が存在する場合、それとの違いは何でしょうか。」

航空業界や人生の多くのことと同じように、答えは「まあ、まあ、まあ、そうだ」です。エンジンオイルはすべて鉱物油です。

ここでの問題は、すべての業界、国の地域、専門職が独自の言語と用語を持っていることです。

何年も前、私は数人の医師が含まれるグループに講演をしました。 講演の後、そのうちの一人は、自分の飛行機には新しいエンジンが搭載されているが、病院の薬局に行ってエンジン用の鉱物油を入手できるとは知らなかった、とコメントしました。

ある程度落ち着いた後、一般航空における鉱物油とは、航空油に関する Mil-L-6082E/SAE 1966 仕様を満たす製品を指すと説明しました。

通常、一部の航空機のピストン エンジンの慣らしプロセスに使用されます。基本的には、添加剤がほとんど含まれていない単なる鉱物ベースのストックです (少量の酸化防止剤と流動点降下剤を除く)。 

新品またはオーバーホールしたエンジンの慣らし運転に鉱油を使用する理論は、無灰分散性清浄添加剤を使用しないと、新しい部品からの金属摩耗粒子の多くがリングベルト領域に留まり、新しいシリンダーやリングセットで摩耗するラッピングコンパウンドとして機能するためです。  

航空ピストン エンジン オイルのもう 1 つの分類は、通常 AD または無灰分散剤オイルと呼ばれるオイルの Mil-L-22851D/SAE 1899 仕様です。 これらの製品は通常、清浄度を向上させるために無灰分散剤を添加した単なる鉱油製品です。

ここでの例外は、一部の非鉱油ベースストックとブレンドされた半合成または部分合成マルチグレードオイルです。

多くの人が AD オイルを洗剤オイルと誤って呼んでいます。認定された航空機用ピストン エンジン オイルの規格が 2 つしかない航空業界では、そのような扱いが行われています。

しかし、他の分類の油を扱う場合、これは正しくありません。潤滑油の世界では、洗剤オイルは、無灰分散剤とは対照的に、灰タイプまたは金属ベースの洗剤を含むオイルです。 違いは小さいように思えますが、エンジンには大きな違いがあります。

航空機エンジンでは、灰タイプの洗剤オイルがエンジン内に堆積物を蓄積し、おそらく過早点火を引き起こし、エンジンを破壊する可能性があります。  

航空機のエンジンの慣らし運転にはどのようなオイルを使用すればよいですか?

では、新しいエンジンの慣らし運転にはどのようなオイルを使用すればよいのでしょうか? 答えは、エンジンを製造または再構築した会社と、その会社の推奨事項によって異なります。

たとえば、コンチネンタルでは、すべてのエンジンで Mil-L-6082/SAE 1966 仕様を満たす鉱物油を使用して慣らし運転を行うことを推奨しています。 しかし、ライカミング社は、ターボ過給エンジンの慣らし運転には Mil-L-22851/SAE 1899 仕様を満たす AD オイルを使用し、ほとんどの非ターボ ピストン エンジンの慣らし運転には鉱物油を使用することを推奨しています。 Lycoming の O-320H シリーズ エンジンなど、特定のモデルには異なる推奨事項もあります。 

さらに、いくつかのエンジン再構築ショップとシリンダー再構築ショップは独自の推奨事項を持っています。

では、石油推奨の結論は何でしょうか?

エンジンを構築した人に慣らし運転に関する推奨事項を常に確認し、その推奨事項に厳密に従ってください。 

また、慣らし運転後に使用するオイルと推奨されるオイル交換間隔についても尋ねてください。 

推奨される Mil/SAE 仕様を満たすオイルのみを使用してください。

最後のヒント: 巡航中は油の温度を常に監視して調整し、約 180°F 程度になるようにしてください。オイルがエンジンを通過すると、表示温度よりも最大 50° 高くなります。 温度が 180° を大きく下回る場合は水は沸騰しませんが、180° を大きく上回る場合はオイルのコーキングを引き起こす可能性があります。  

この MIL-L-22851 仕様は、4 ストローク サイクルの往復ピストン航空機エンジンで使用される無灰分散剤添加剤を含む潤滑油の要件を確立しています。この仕様はキャンセルされます。 SAE-J1899 に置き換えられます。

ミルスペック