潤滑油用新型高溫抗氧化劑應(yīng)用研究

王 碩 ， 王衛(wèi)攀 ，王學(xué)宇

(道騏科技有限公司，河南 鄭州 450000)

道騏科技有限公司是國內(nèi)潤滑油行業(yè)的重要生產(chǎn)基地，生產(chǎn)車用、變速箱用、工程機(jī)械、船用等工業(yè)潤滑油，以及金屬加工液等50多個品種，產(chǎn)品通過了美國API、SAE認(rèn)證。潤滑油應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，主要起到潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用，可以降低金屬構(gòu)件的摩擦損耗，保障機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。潤滑油通常由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成，添加適當(dāng)?shù)闹鷦┛梢杂行岣邼櫥偷氖褂眯阅埽行┲鷦┰诳諝?、水、金屬離子等作用下會發(fā)生氧化反應(yīng)，特別是在高溫工作環(huán)境中，會失效變質(zhì)，因此在潤滑油中加入性能優(yōu)異的高溫抗氧化劑能夠有效延長潤滑油的使用周期，保證潤滑油在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性。

1 高溫抗氧化劑現(xiàn)狀

目前市場上的商品抗氧劑主要有：①酚類抗氧劑。主要化學(xué)物質(zhì)是2,6-二叔丁基對甲酚，作用機(jī)制是利用化合物中的游離氫氧根的堿性，抑制潤滑油中的有機(jī)物質(zhì)被氧化，該類抗氧劑適用于燃料油、變壓器油、汽輪機(jī)油和液壓油，但是酚類抗氧劑的潤滑油使用溫度較低，不能滿足高溫下使用的抗氧化要求，因此不適合在內(nèi)燃機(jī)油中使用。②胺類抗氧劑。以芳胺類為代表，如烷基化二苯胺、N-苯基-α-萘胺，作用機(jī)制是游離的氨基具有抗氧化的作用，胺類抗氧劑可以用于在高溫下使用的潤滑油，但是由于成本高、毒性大不符合環(huán)保要求，且使用過程容易發(fā)生色變。③雜環(huán)及含硫雜環(huán)類抗氧劑。該類抗氧劑是近年來研究較多的抗氧劑，此類化合物由于其分子結(jié)構(gòu)的特殊性，不僅具有抗氧化性能，還兼有極壓、抗磨、抗腐蝕等多種性能，如苯并三氮唑作為潤滑油抗腐蝕劑已得到應(yīng)用，由于苯并三氮唑能使金屬表面鈍化，抑制了潤滑油對金屬氧化作用，通常該類抗氧劑與其他類型的抗氧劑復(fù)合使用，能夠提高潤滑油的抗氧化性能。目前，有關(guān)苯并三氮唑的主要研究方向是將苯并三氮唑從酸性物質(zhì)改性為中性物質(zhì)，以提高與其他添加劑的兼容性，如苯并三氮唑與醇、醛的縮合反應(yīng)產(chǎn)物，再如苯并三氮唑與多聚甲醛及壬醇在酸催化條件下，經(jīng)縮合反應(yīng)生成N-壬基氧甲基苯三唑，以及苯并三氮唑與醛、胺的縮合反應(yīng)產(chǎn)物。上述多種抗氧化劑都具備一定的抗氧化作用，但綜合性能都存在不同程度的缺陷，如：胺類化合物在潤滑油中分散性差，且油泥嚴(yán)重；二苯胺烷基化改性后雖然解決了油泥嚴(yán)重的問題，但是存在抗氧性的低溫使用寬溫域工作范圍窄的缺陷；其他一些含硫雜環(huán)類抗氧劑液壓引入硫元素，達(dá)不到環(huán)境保護(hù)要求指標(biāo)。

2 新型抗氧化劑合成

2.1 制備工藝

以2,6-二叔丁基苯酚和烷基二苯胺為原料，正癸烷為溶劑，過氧化物為催化劑，在120～170 ℃條件下，反應(yīng)3 h，經(jīng)后處理得到2,6-二叔丁基-4-烷基二苯胺基苯酚，其中取代基為碳原子數(shù)1～9的烷基，包括直鏈和支鏈烷基或烷氧基。2,6-二叔丁基苯酚與烷基二苯胺的物質(zhì)的量比為 1∶1.5，正癸烷與烷基二苯胺的物質(zhì)的量比為 1∶9，催化劑與總物料的物質(zhì)的量比為1∶1.3。

反應(yīng)方程式如下：

2.2 熱穩(wěn)定性表征

2,6- 二叔丁基 -4- 二苯胺基苯酚的熱重圖譜見圖1。

圖1 2,6- 二叔丁基 -4- 二苯胺基苯酚的熱重圖譜

由圖1可知，新型高溫抗氧化劑的分解溫度達(dá)到200 ℃以上，其熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的2,6- 二叔丁基苯酚和二苯胺130 ℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 實驗方法與步驟

調(diào)制過程采用新型高溫抗氧劑混配調(diào)兌的潤滑油，按照質(zhì)量百分比依次加入油酸三羥甲基丙烷酯50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、Ⅲ類基礎(chǔ)油45%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，控制高溫抗氧化添加劑用量0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，甲基硅油(T901) 10 mg/L，胺-環(huán)氧化合物(T1001)100 mg/L；溫度50 ℃，攪拌10 min，使其完全溶解、均勻混合后，繼續(xù)加熱升溫至70 ℃時，再加入破乳劑和消泡劑，攪拌20 min，得到基礎(chǔ)功能潤滑油；再于調(diào)配釜進(jìn)行復(fù)混調(diào)制，經(jīng)預(yù)混配調(diào)+多級過濾+自動化灌裝連續(xù)化生產(chǎn)工藝過程，得到了新型長周期環(huán)保型無灰抗磨液壓潤滑油，與國內(nèi)同類抗氧劑調(diào)制的潤滑油相比，綜合性能指標(biāo)明顯優(yōu)異(見表1)。

表1 與國內(nèi)同類產(chǎn)品主要性能對比

3.2 旋轉(zhuǎn)氧彈測試

旋轉(zhuǎn)氧彈是體現(xiàn)潤滑油產(chǎn)品抗氧化性能的主要參數(shù)，也是潤滑油使用周期的關(guān)鍵指標(biāo)。采用SH/T0193旋轉(zhuǎn)氧彈測定儀器，在150 ℃以下正常條件和150 ℃以上高溫條件下，對新型高溫抗氧劑不同添加濃度的潤滑油進(jìn)行氧化誘導(dǎo)周期檢測；同時，對不同基礎(chǔ)油加入新型高溫抗氧劑的氧化誘導(dǎo)周期進(jìn)行了檢測對此。

3.2.1正常條件

從0～0.75%新型高溫抗氧劑配入基礎(chǔ)潤滑油癸二酸二異辛酯(DIOS)中，以及抗氧劑2,6- 二叔丁基苯酚和二苯胺配入基礎(chǔ)潤滑油癸二酸二異辛酯(DIOS)中，在小于150 ℃條件下的檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)對比譜圖，結(jié)果如圖2所示。

圖2 正常條件下潤滑油旋轉(zhuǎn)氧彈測試結(jié)果

由圖2可以看出，當(dāng)新型高溫抗氧化劑在潤滑油癸二酸二異辛酯(DIOS)中的添加濃度增加到0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))后，潤滑油產(chǎn)品的氧化誘導(dǎo)增長較緩慢，如果繼續(xù)提高添加量抗氧化性能增加不大，還會增加潤滑油的生產(chǎn)成本，因此高溫抗氧化劑在潤滑油中的最佳濃度為0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。同時，對比同類型常用的抗氧劑2,6- 二叔丁基苯酚(DTBP)和二苯胺(DPA)。從圖2可以看出，新型高溫抗氧化劑的氧化誘導(dǎo)期大幅提高，這說明新型高溫抗氧化劑的抗氧化性能非常優(yōu)異。

3.2.2高溫條件

圖3為150 ℃以上高溫條件下，新型高溫抗氧化劑在潤滑油液體石蠟(LP)、聚α-烯烴(PAO6)、癸二酸二異辛酯(DIOS)、石化二酯(Priolube 3959)及偏苯三酸酯(Priolube 1938)中的旋轉(zhuǎn)氧彈測試數(shù)據(jù)。由圖3可知，新型高溫抗氧化劑加入，使?jié)櫥驮诟邷貤l件下的氧化誘導(dǎo)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基礎(chǔ)油自身的抗氧化周期，表現(xiàn)出較好的高溫抗氧化性能。

圖3 高溫條件下潤滑油旋轉(zhuǎn)氧彈測試結(jié)果

綜上正常和高溫條件實驗結(jié)果可以看出，新型長周期環(huán)保型無灰抗磨液壓潤滑油產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)氧彈2 000 min，相比普通潤滑油產(chǎn)品的900 min，旋轉(zhuǎn)氧彈時間較延長了2倍多，這表明新型抗氧劑配制的潤滑油使用周期得到了大幅提升。

3.3 討論

新型潤滑油用高溫抗氧化劑克服目前市場現(xiàn)有抗氧劑的性能缺陷，研制開發(fā)了一種性能優(yōu)異的高溫抗氧化劑，適合添加于各種高、低溫條件下使用的潤滑油中。通過以上數(shù)據(jù)對比分析新型高溫抗氧劑與基礎(chǔ)油混配制成潤滑油的優(yōu)點：①添加量少，0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)即可達(dá)到氧化誘導(dǎo)時間的最大值；②溶解性好，應(yīng)用范圍廣，適用于多種不同性質(zhì)的基礎(chǔ)油；③新型高溫抗氧化劑的氧化誘導(dǎo)期大幅提高，使調(diào)配的潤滑油抗氧化性能非常優(yōu)異，高溫穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，可有效保障機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行工況。

4 結(jié)束語

道騏科技有限公司依托行業(yè)和產(chǎn)學(xué)研合作優(yōu)勢，采用溶劑法催化取代反應(yīng)合成的新型用高溫抗氧化劑，經(jīng)實驗研究，科學(xué)調(diào)制，所制備的系列潤滑油產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良，填補(bǔ)了國內(nèi)高品質(zhì)高溫抗氧劑國產(chǎn)化、規(guī)?；a(chǎn)的空白，為國家重裝機(jī)械的長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了支持。