国内常用润滑油抗氧剂性能对比评测

2021-07-02叶芸星

石油商技 2021年3期

叶芸星

中国石化润滑油有限公司上海研究院

润滑油中的烃类易在光照、加热及金属催化等条件下发生自由基链反应，氧化生成酸醛酮类物质，并进一步加剧，形成油泥、积炭等不溶杂质沉积在油品内或金属表面，影响设备的正常运转。因此需要在润滑油中加入抗氧剂，结合自由基生成稳定物质、分解链反应生成的过氧化物、降低金属活性，阻碍氧化反应的进行，从而保持油品性能稳定[1]。

市面上目前在售的抗氧剂种类较多，且不同厂商均有同一牌号对应产品。本文选取了国内常用的多种抗氧剂进行了性能评测，为抗氧剂的评价和选用提供技术参考。

试验原料

抗氧剂选择

针对润滑油产品中常用的抗氧剂牌号和种类，选择了酚型抗氧剂A、B、C、D，胺型抗氧剂E、F、G、H，苯三唑型抗氧剂I和甲酸酯型抗氧剂J，部分抗氧剂类型选择了不同的供应厂商提供样品，总计21个样品。

基础油

由于车用内燃机油在润滑油总量中占比较大，且由于燃料经济型及国家标准要求等原因，目前市场上机油呈现出低粘度趋势，因此大多采用API II类基础油进行调配，且 II-6+应用最为广泛，因此选择II-6+基础油作为稀释油。其采购于中石化润滑油上海分公司，具体指标见表1。

表1 II-6+基础油技术指标结果

抗氧剂性能评测

热重分析

热重分析可以测试不同抗氧剂的热稳定性，同时也可以粗略判断不同厂家提供的同一类抗氧剂组分是否存在差异，也为不同抗氧剂适合的工况温度限值提供参考[2]。热重分析的温度区间设定为20 ～550 ℃，升温速度20 ℃/min，通氮气保护。不同抗氧剂热重分析结果见表2。

表2 抗氧剂热重分析结果

表2显示了不同抗氧剂在失重不同阶段时的热分解温度。大部分同一牌号抗氧剂的分解温度基本接近，其中胺型E由于主要成分为丁基/辛基取代二苯胺，受不同厂家不同合成工艺影响，丁基/辛基取代二苯胺在最终添加剂产品中的占比不同，造成其热分解温度有明显不同；而苯三唑型衍生物的烷基链长存在差异，导致分解温度有差异。

一般认为，酚型抗氧剂使用温度范围比较低，胺型抗氧剂的耐高温性更好。但从表1数据看，除酚型B以外，大部分酚型抗氧剂失重1%、50%、90%的分解温度与胺型抗氧剂几乎相近，特别是酚型A失重1%时的分解温度超过300 ℃，明显优于胺型抗氧剂，表现出较好的耐高温性。甲酸酯盐类失重1%时的分解温度仅次于酚型A，也表现出较好的耐高温性。苯三唑型I1失重1%、50%时分解温度低于I2，可能是因为稀释油等轻组分较多，90%分解温度明显高于I2，表明其主要结构耐高温性较好。

综上，酚、胺型抗氧剂中部分牌号产品均有较强的耐高温性，工业生产中可能因为产品的稀释油占比及合成工艺差异，导致同一牌号不同厂商的产品热稳定性不同。

对API II类基础油的感受性

将不同种类抗氧剂与API II-6+基础油以不同质量分数混合，送检PDSC（压力差示扫描量热法）程序升温和旋转氧弹（RBOT，SH/T 0193），测试单剂的抗氧化性。其中，PDSC温度区间设定为80 ～380 ℃，升温速度10 ℃ /min，氧气压力1.5 MPa，氧气流速100 mL/min，得到样品加压条件下的热氧化温度[3]。不同抗氧剂的抗氧化感受性测试结果见表3。

表3 抗氧剂的抗氧化感受性测试数据汇总

从旋转氧弹和PDSC分析结果来看，加剂量的增加对苯三唑型抗氧剂的热氧化温度影响较小，对其他3类抗氧剂有一定影响，但可以显著增加所有抗氧剂的旋转氧弹时长，即随着加剂量的增加而增加。酚、胺类抗氧剂PDSC测试的热氧化温度较为接近，均在210 ～240 ℃左右，苯三唑型温度最低，甲酸酯型热氧化温度在200 ～215 ℃左右。旋转氧弹结果表明，胺型抗氧剂时长最长，苯三唑型最短，仅1 h左右就达到了试验终点；酚型抗氧剂结果差异较大；甲酸酯型测试结果基本一致。

不同厂商提供的同类抗氧剂的抗氧化性基本一致，仅A1相比于A2、A3表现出了明显较差的抗氧化性。而酚型中的D和胺型中的E、G、H，当加剂量达到0.5%时，旋转氧弹时长均增加到1000 min以上，其中酚型D在0.1%加剂量时，旋转氧弹和PDSC时长就已高于所有抗氧剂。胺型H在0.5%加剂量时，旋转氧弹和PDSC时长均高于其他抗氧剂。大部分数据表明，当抗氧剂加剂量为0.1% ～0.3%时，酚型抗氧化表现优于胺型，当加剂量提升到0.5%时，胺型抗氧化性显著提高，说明胺类抗氧剂可能在高加剂量下能表现出较优的抗氧性能。

另外，分别选择了酚型A1-A3、胺型E1-E3、苯三唑型I1-I2、甲酸酯型J1-J3，按加剂量0.3%溶于II-6+，调制出的100 mL样品油置于离心管中进行一个月存储稳定性试验，通过观察待测样品静置外观，发现J1-J3与II-6+混合静置1个月后油品均变得浑浊，且产生了微量沉淀，说明选择的四类抗氧剂中，可能甲酸酯型抗氧剂存在储存稳定性较差的缺陷。