抗氧劑在二芐基甲苯中的熱穩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）、旋轉氧彈實驗（RPVOT）以及有機熱載體的熱氧化安定性實驗等方法，考察了二芐基甲苯基礎油以及不同類型抗氧劑在二芐基甲苯基礎油中的熱穩定性和抗氧化性能。結果表明，萘胺型抗氧劑賦予二芐基甲苯基礎油以更好的熱穩定性和抗氧化性能。通過加入不同類型的抗氧劑都能夠使二芐基甲苯基礎油通過有機熱載體熱氧化安定性的實驗，滿足產品的使用要求。

關鍵詞：二芐基甲苯；抗氧劑；有機熱載體；氧化安定性

中圖分類號：TE624.82文獻標識碼：A

0引言

氧化安定性是潤滑油一項重要的特性，潤滑油在使用過程中不可避免要與金屬接觸，受光、熱和氧的作用而產生氧化，從而導致潤滑性能下降，減少機械設備的使用壽命，因此無論是發動機潤滑油還是工業潤滑油（汽輪機油、壓縮機油、導熱油等）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、有機銅抗氧劑、有機硫抗氧劑和有機磷抗氧劑等，抗氧劑的作用機理及彼此之間的協同作用得到了廣泛而深入的研究[2-5]。

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

二芐基甲苯是一種高熱穩定性的合成型有機熱載體，具有沸點高、黏度較低等特點，可以在350 ℃及以下的溫度使用[8]。二芐基甲苯在閉式系統惰性氣氛中使用，其氧化安定性是由油品本身的性質決定的。但是在換油和油品補加的過程中，與空氣接觸是不可避免的，會發生油品的氧化變質，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油研究其氧化安定性能的文獻報道較少。

本文以實驗室合成的二芐基甲苯為基礎油，通過熱重、加壓差示掃描量熱法、旋轉氧彈和GB 23971-2009有機熱載體熱氧化安定性標準測試方法等手段，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，以求滿足有機熱載體產品的指標要求，為產品的進一步應用提供一些基礎數據。

1實驗部分

1.1樣品制備

1.2實驗分析手段

TG實驗是在美國TA公司的Discovery熱重分析儀上進行的。熱重實驗條件：以20 ℃/min的升溫速率從室溫到480 ℃，N2氣氛下進行，N2流速25 mL/min。

PDSC實驗條件：氧化誘導期，靜態法，氧氣壓力2.45 MPa，溫度180 ℃，試驗油樣3 mg。 氧化起始溫度，靜態法，氧氣壓力1 MPa，從100 ℃升溫到350 ℃，升溫速率10 ℃/min。

RPVOT實驗按照ASTM D-2272標準方法在Tannas公司的旋轉氧彈儀上進行。實驗過程是將試樣、蒸餾水和銅絲催化劑線圈放到一個帶蓋的玻璃器皿中，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，當達到規定的壓力降時，停止實驗。比較實驗完成的時間來評價油品的抗氧化性能。

有機熱載體熱氧化安定性的實驗參照GB 23971-2009的附錄C進行。油品在鋼棒催化劑的存在下，在175 ℃溫度下加熱至少72 h，通過對試驗前后油品的沉渣質量測定、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結果與討論

2.1TG實驗

圖1～圖5是基礎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的酚型抗氧劑抗氧化性能優異。從TG譜圖得到的抗氧劑在二芐基甲苯中熱穩定性的順序為AO2>AO3=AO4>AO1。從TG的結果看出，AO2、AO3和AO4這3種抗氧劑更適合二芐基甲苯這種基礎油。

3結論

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

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

參考文獻：

[1] 黃文軒. 潤滑劑添加劑應用指南[M]. 2003：96-102.[2] 王麗娟，劉維民.潤滑油抗氧劑的作用機理[J]. 潤滑油，1998，13（1）：55-58.

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[6] 梁紅.GB 23971-2009《有機熱載體》國家標準解讀[J]. 石油商技， 2010（3）：66-72.

[7] 郭玉，金洪光，牛遠方，等.國內外導熱油的研究進展[J]. 河北化工，2008， 31（6）：17-19.

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

作者簡介：李鵬，工程師，2011年畢業于中國科學院大連化學物理研究所物理化學專業，現從事潤滑油及添加劑的研發工作，已在國內外期刊上發表多篇論文。E-mail： lipeng_rhy@petrochina.com.cn