PDSC法研究抗氧劑與金屬清凈劑在潤滑油中的復(fù)配使用規(guī)律

李濤,薛衛(wèi)國,劉玉峰

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

潤滑油失效的一個主要原因是發(fā)生氧化降解，氧化安定性是潤滑油的一項重要性能指標，它決定潤滑油在使用過程中是否容易變質(zhì)，直接影響潤滑油的使用壽命和高溫性能。目前生產(chǎn)的潤滑油中至少添加一種抗氧劑來提高其氧化安定性。PDSC是一種評價油品熱氧化和抗氧劑性能的新興快捷技術(shù)，PDSC通過加壓提升沸點，從而有效減少添加劑和基礎(chǔ)油的輕組分揮發(fā)損失而造成的實驗誤差，且在相同的溫度條件下，這種方法增加了樣品中的氣體飽和度，可以在較低的測試溫度或較短的時間內(nèi)得到結(jié)果。

潤滑油氧化安定性的評價方法較多，如汽輪機油穩(wěn)定性試驗(TOST)ASTM D943、旋轉(zhuǎn)氧彈試驗(ASTM D2272),但是這些方法都存在著樣品用量大，操作繁瑣，試驗時間長等缺點，加壓差示掃描量熱法(PDSC)具有用樣少、快速、重復(fù)性好等優(yōu)點，是評價潤滑油氧化安定性，篩選配方的一種有效的方法，已有大量的文獻報道[1-5]。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

TA DSC Q2000差示掃描量熱儀(美國)。

25B-19型板式成焦板試驗機(日本)。

1.2 實驗方法

1.2.1 PDSC恒溫法

加熱PDSC儀測試池至規(guī)定的溫度，溫度平衡后通入一定壓力的高純氧(99．995%)。PDSC儀測試池保持在規(guī)定的溫度和壓力直至氧化放熱反應(yīng)發(fā)生，最后測定外推拐點時間，以此作為潤滑油在規(guī)定試驗溫度下的氧化誘導(dǎo)期(OIT)。氧化誘導(dǎo)期越長，表明該樣品氧化安定性越好。測試條件：溫度180 ℃ ，氧氣壓力為(3.5±0.2) MPa，氧氣流速為100 mL/min，樣品皿為Φ6 mm開口鋁皿，樣品用量(3.0±0.2) mg。

1.2.2 內(nèi)燃機油成焦試驗法

用25B-19型板式成焦板試驗機間歇攪拌(開15 s，停45 s)，試驗用油300 mL，板溫320 ℃，油溫100 ℃，試驗時間3 h，記錄成焦量。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗中所用各種添加劑及基礎(chǔ)油的基本性能參數(shù)

實驗中選用了4種金屬清凈劑和2種抗氧劑，復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對油品的氧化安定性進行了評價，利用成焦試驗法對油品的清凈性進行了評價。見表1，表2，表3。

表1 實驗用金屬清凈劑的典型數(shù)據(jù)

注：烷基水楊酸鈣A和烷基水楊酸鈣B是以苯酚為初始原料，經(jīng)烷基化、中和、羧酸化、酸化等多道工序制得烷基水楊酸，再通過中和反應(yīng)和高堿度反應(yīng)制得；烷基水楊酸鈣C是以水楊酸和長鏈α-烯烴為原料，催化劑作用下通過直接烷基化反應(yīng)制備烷基水楊酸，再經(jīng)過金屬化工藝制得，此工藝在本文中稱為新工藝。

表2 實驗用抗氧劑的結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)

表3 實驗用加氫基礎(chǔ)油的典型數(shù)據(jù)

2.2 單獨胺類/酚類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配時油品的抗氧化性能及清凈性能評價

將金屬清凈劑以1.0%的加量，抗氧劑以0.5%的加量，分別復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對油品的氧化安定性進行了評價，結(jié)果見圖1。用板式成焦試驗機評價了油品的清凈性能，結(jié)果見圖2。

圖1 酚/胺抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配抗氧化性能評價

圖2 酚/胺抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配清凈性能評價

從圖1的氧化誘導(dǎo)期的試驗結(jié)果可以看出，試驗油選用的幾種金屬清凈劑與抗氧劑胺A復(fù)配使用可以明顯地提高油品的氧化誘導(dǎo)期，且高堿值烷基水楊酸鈣B與C與胺A的復(fù)配效果更好，尤其是新工藝制備的烷基水楊酸鈣C與胺A復(fù)配的效果更好，這可能是因為傳統(tǒng)工藝制備的產(chǎn)品中烷基苯酚的殘留量高，影響了產(chǎn)品的性能。抗氧劑酚A與選用的幾種金屬清凈劑復(fù)配后油品的氧化誘導(dǎo)期變化不大。烷基苯磺酸鈣A與酚A共同使用效果不佳，與胺A一起對油品的抗氧化性能有一定的提升，不是很突出。所以在油品中烷基水楊酸鈣金屬清凈劑(特別是成分較純的新工藝制備的產(chǎn)品)與抗氧劑胺一起使用對油品的抗氧化性能有很大的提升。

從圖2的清凈性能的評價結(jié)果可以看出，胺類抗氧劑對油品的清凈性能是有負面影響的，但是胺類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配后，油品的清凈性能整體變好，酚類抗氧劑與水楊酸鈣金屬清凈劑共同使用時對油品的清凈性能的改善有積極的作用，但是與烷基苯磺酸鈣共同使用時，會使油品的清凈性能變差。所以不推薦油品配方中使用單一的抗氧劑，以及單一地使用酚類抗氧劑與磺酸鈣類清凈劑。

2.3 胺類、酚類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配時油品的抗氧化性能及清凈性能評價

從前面2.2考察的實驗結(jié)果可以看出在油品中使用胺類抗氧劑與烷基水楊酸清凈劑較好，但是這兩類添加劑成本較高(與酚類抗氧劑及磺酸鈣金屬清凈劑相比)，因此分別研究了兩種金屬清凈劑復(fù)配使用與兩種抗氧劑復(fù)配使用時油品的抗氧化性能及清凈性能，將金屬清凈劑以1.0%的加量，酚A以0.2%的加量，胺A以0.3%的加量分別復(fù)配調(diào)于加氫基礎(chǔ)油中，利用恒溫法(180 ℃)對油品的氧化安定性進行了評價，結(jié)果見圖3。用板式成焦試驗機評價了油品的清凈性能，結(jié)果見圖4。

圖3 抗氧劑酚、胺與金屬清凈劑抗氧化性能評價

圖4 抗氧劑酚、胺與金屬清凈劑復(fù)配清凈性能評價

圖3結(jié)果充分表明了抗氧劑的協(xié)同作用，受阻酚A與胺A抗氧劑復(fù)合使用，其效果和效應(yīng)一般優(yōu)于單獨一個抗氧劑。胺類抗氧劑由于生產(chǎn)原料及技術(shù)的限制，生產(chǎn)成本較高，因此在配方體系中可以選擇酚胺、烷基水楊酸鈣復(fù)配使用的體系來提高油品性能。

從圖4的評價結(jié)果可以看出酚胺復(fù)配使用會增加油品的成焦量，單獨使用胺類抗氧劑與金屬清凈劑復(fù)配似乎對油品的清凈性能更好，而且烷基水楊酸鈣C表現(xiàn)出來與其他抗氧劑的協(xié)同作用效果較好。

3 結(jié)論

(1)酚胺復(fù)配使用后會明顯地提高油品的抗氧化性能；酚胺、烷基水楊酸鈣復(fù)配使用可以提高油品抗氧化性能，但是會使油品的清凈性能略微變差。

(2)烷基水楊酸鈣C單劑及與抗氧劑復(fù)配使用時，在抗氧化和清凈性方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，說明烷基水楊酸鈣C本身具備優(yōu)異的性能。

參考文獻：

[1] 唐友云，李劍群，張大華，等. PDSC法研究在用汽油機油氧化安定性[J].潤滑油，2012, 27(5)： 47-50.

[2] 廖瑞金，郝建，梁帥偉，等. 絕緣油抗氧化劑的選擇及其協(xié)同抗氧化作用 [J].高電壓技術(shù)，2012,38(1):124-131.

[3] 陳立波，郭紹輝，李術(shù)元,等.航空潤滑油熱氧化衰變的高壓差示掃描量熱法分析[J].分析測試學報，2003,22(3)：72-75.

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