抗氧劑在二芐基甲苯中的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能的研究

李鵬+孔令杰+張東恒+魏朝良+孫成杰

摘要：采用熱重（TG）、壓力差示掃描量熱法（PDSC）、旋轉(zhuǎn)氧彈實(shí)驗(yàn)（RPVOT）以及有機(jī)熱載體的熱氧化安定性實(shí)驗(yàn)等方法，考察了二芐基甲苯基礎(chǔ)油以及不同類型抗氧劑在二芐基甲苯基礎(chǔ)油中的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。結(jié)果表明，萘胺型抗氧劑賦予二芐基甲苯基礎(chǔ)油以更好的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。通過加入不同類型的抗氧劑都能夠使二芐基甲苯基礎(chǔ)油通過有機(jī)熱載體熱氧化安定性的實(shí)驗(yàn)，滿足產(chǎn)品的使用要求。

關(guān)鍵詞：二芐基甲苯；抗氧劑；有機(jī)熱載體；氧化安定性

中圖分類號：TE624.82文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

氧化安定性是潤滑油一項(xiàng)重要的特性，潤滑油在使用過程中不可避免要與金屬接觸，受光、熱和氧的作用而產(chǎn)生氧化，從而導(dǎo)致潤滑性能下降，減少機(jī)械設(shè)備的使用壽命，因此無論是發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油還是工業(yè)潤滑油（汽輪機(jī)油、壓縮機(jī)油、導(dǎo)熱油等）都對其油品的抗氧化性能提出了很高的要求[1]。

添加抗氧劑是提高油品高溫氧化安定性的有效方法。目前潤滑油的抗氧劑主要分為酚類抗氧劑、胺類抗氧劑、有機(jī)銅抗氧劑、有機(jī)硫抗氧劑和有機(jī)磷抗氧劑等，抗氧劑的作用機(jī)理及彼此之間的協(xié)同作用得到了廣泛而深入的研究[2-5]。

有機(jī)熱載體，又稱導(dǎo)熱油，是一種在石油化工領(lǐng)域具有廣泛用途的工業(yè)用潤滑油[6-7]。抗氧劑是有機(jī)熱載體產(chǎn)品中的主要添加劑之一，它是影響抗氧化性能和產(chǎn)品成本的重要因素，選擇合適的抗氧劑對提高有機(jī)熱載體產(chǎn)品的品質(zhì)是十分重要的。

二芐基甲苯是一種高熱穩(wěn)定性的合成型有機(jī)熱載體，具有沸點(diǎn)高、黏度較低等特點(diǎn)，可以在350 ℃及以下的溫度使用[8]。二芐基甲苯在閉式系統(tǒng)惰性氣氛中使用，其氧化安定性是由油品本身的性質(zhì)決定的。但是在換油和油品補(bǔ)加的過程中，與空氣接觸是不可避免的，會(huì)發(fā)生油品的氧化變質(zhì)，因此研究二芐基甲苯的抗氧化性能，以及選擇合適的抗氧劑來提高油品的抗氧化性能就顯得尤為重要。目前以二芐基甲苯為基礎(chǔ)油研究其氧化安定性能的文獻(xiàn)報(bào)道較少。

本文以實(shí)驗(yàn)室合成的二芐基甲苯為基礎(chǔ)油，通過熱重、加壓差示掃描量熱法、旋轉(zhuǎn)氧彈和GB 23971-2009有機(jī)熱載體熱氧化安定性標(biāo)準(zhǔn)測試方法等手段，考察了其氧化安定性能，并且通過加入各種不同類型的抗氧劑，以求滿足有機(jī)熱載體產(chǎn)品的指標(biāo)要求，為產(chǎn)品的進(jìn)一步應(yīng)用提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1樣品制備

1.2實(shí)驗(yàn)分析手段

TG實(shí)驗(yàn)是在美國TA公司的Discovery熱重分析儀上進(jìn)行的。熱重實(shí)驗(yàn)條件：以20 ℃/min的升溫速率從室溫到480 ℃，N2氣氛下進(jìn)行，N2流速25 mL/min。

PDSC實(shí)驗(yàn)條件：氧化誘導(dǎo)期，靜態(tài)法，氧氣壓力2.45 MPa，溫度180 ℃，試驗(yàn)油樣3 mg。 氧化起始溫度，靜態(tài)法，氧氣壓力1 MPa，從100 ℃升溫到350 ℃，升溫速率10 ℃/min。

RPVOT實(shí)驗(yàn)按照ASTM D-2272標(biāo)準(zhǔn)方法在Tannas公司的旋轉(zhuǎn)氧彈儀上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程是將試樣、蒸餾水和銅絲催化劑線圈放到一個(gè)帶蓋的玻璃器皿中，然后放到氧彈的腔體中，氧彈在室溫下沖入90 psi壓力的氧氣，氧彈與水平面成30°角，以100 r/min的速度軸向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的壓力降時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。比較實(shí)驗(yàn)完成的時(shí)間來評價(jià)油品的抗氧化性能。

有機(jī)熱載體熱氧化安定性的實(shí)驗(yàn)參照GB 23971-2009的附錄C進(jìn)行。油品在鋼棒催化劑的存在下，在175 ℃溫度下加熱至少72 h，通過對試驗(yàn)前后油品的沉渣質(zhì)量測定、樣品的酸值增加和黏度增長從而評定油品的熱氧化安定性。

2結(jié)果與討論

2.1TG實(shí)驗(yàn)

圖1～圖5是基礎(chǔ)油二芐基甲苯和加入抗氧劑樣品的TG譜圖。從圖中看出，二芐基甲苯的DTG峰溫為340 ℃，AO1酚型抗氧劑的樣品的DTG峰溫約為344 ℃，提高幅度不大。而AO4樣品的DTG峰溫約為354 ℃，這表明酚酯型抗氧劑比酚型抗氧劑更有利于改善樣品的抗氧化性能。AO2和AO3 樣品的DTG峰溫分別為356 ℃和354 ℃，表明二苯胺型抗氧劑和萘胺型抗氧劑比傳統(tǒng)的酚型抗氧劑抗氧化性能優(yōu)異。從TG譜圖得到的抗氧劑在二芐基甲苯中熱穩(wěn)定性的順序?yàn)锳O2>AO3=AO4>AO1。從TG的結(jié)果看出，AO2、AO3和AO4這3種抗氧劑更適合二芐基甲苯這種基礎(chǔ)油。

3結(jié)論

（1）二芐基甲苯為基礎(chǔ)油，加入不同類型的抗氧劑比較發(fā)現(xiàn)，萘胺型抗氧劑在熱穩(wěn)定性和抗氧化性能方面在此基礎(chǔ)油中表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。

（2）二芐基甲苯基礎(chǔ)油無法通過GB 23971-2009中熱氧化安定性實(shí)驗(yàn)，加入0.3%的抗氧劑可以通過此實(shí)驗(yàn)，基于加入抗氧劑樣品在熱穩(wěn)定性和抗氧化性能的性能表現(xiàn)，萘胺型抗氧劑更適合二芐基甲苯導(dǎo)熱油，可以作為其油品配方中的主添加劑使用。

參考文獻(xiàn)：

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[8] 陳聲宗，陳欣，陳蕊，等.芐基甲苯導(dǎo)熱油的合成研究[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)， 1996，23（6）：50-53.收稿日期：2013-10-09。

作者簡介：李鵬，工程師，2011年畢業(yè)于中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所物理化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事潤滑油及添加劑的研發(fā)工作，已在國內(nèi)外期刊上發(fā)表多篇論文。E-mail： lipeng_rhy@petrochina.com.cn