非對稱受阻酚抗氧劑在壓縮機油中的應用

陳曉偉

摘要：目前礦物油型螺桿壓縮機使用壽命較短，通常為2000～3000 h，合成型螺桿壓縮機油壽命通常大于5000 h，但價格較高，文章以加氫基礎油并加有非對稱型受阻酚抗氧劑等多種功能添加劑，研制成功具有良好熱穩定性、優異氧化安定性和壽命大于6000 h的長壽命螺桿壓縮機油。

關鍵詞：非對稱型受阻酚；壓縮機油；長壽命

中圖分類號：TE626.37 文獻標識碼：A

0 引言

壓縮機油是一種專用潤滑油，它主要用于壓縮機的活塞和氣缸的摩擦部位以及進、排氣閥和軸承、聯桿等傳動件的潤滑。多年來，我國已開發出使用壽命在3000 h左右的礦物油型壓縮機油和長壽命的合成型螺桿壓縮機油（大于5000h），形成較完整的壓縮機油系列產品。但是，普通礦物油型螺桿壓縮機油使用壽命太短，而合成型螺桿壓縮機油價格又太昂貴。近年來，由于基礎油生產工藝的發展，采用加氫法生產的Ⅱ、Ⅲ類加氫基礎油具有芳香烴、硫、氮含量低，氧化安定性、熱穩定性、低溫流動性好，對添加劑感受性好等特點，使得采用加氫油生產的潤滑油的使用性能大大提高。因此采用加氫油作為基礎油，進行科學、合理的配方體系研究能有效提高壓縮機油使用壽命。

提高油品壽命的另外一個途徑是添加抗氧劑。抗氧劑是潤滑油必不可少的添加劑，它的種類很多，主要包括酚型、胺型、酚酯型、硫代酯型、亞磷酸酯型等。其中受阻酚型抗氧劑被廣泛應用于壓縮機油。但是，對于礦物油型壓縮機油采用一般的受阻酚型抗氧劑難于滿足長壽命要求。

非對稱型受阻酚抗氧劑是近些年在塑料及聚合物行業興起的一類新型高效抗氧劑，傳統的受阻酚抗氧劑多是以2，6-叔丁基苯酚為骨架的對稱型受阻酚結構。70年代以來，隨著聚合物穩定化機理研究的不斷深入，應用領域對聚合物制品性能要求的日益苛刻，具有較強空間位阻效應的對稱型受阻酚抗氧劑的不足之處愈加明顯。非對稱型受阻酚抗氧劑由于其特殊的結構，不僅具備一般受阻酚抗氧劑的特性，而又以其空間位阻效應弱、與硫代酯等輔助抗氧劑之間存在氫鍵締合，協同效果更為顯著等優勢脫穎而出，成為后起之秀，從而彌補了對稱型受阻酚抗氧劑的不足，目前，在高分子工業中已商品化的品種有Irganox 245、Cyanox 1790和ADK Stab AO-80等。而將其應用于潤滑油領域，國內外還鮮見報道。

1 試驗方法和設備

理化性能測試采用常規的實驗室測試儀器及方法，主要是四球試驗儀（SH/T 0189、GB/T 12583）、氧化安定性試驗儀（PDSC，升溫速度：10℃/min，P=0.5 MPa，進氣量：150 mL/min）、銅片腐蝕測試儀（GB/T 5096）、黏度測試儀（測試方法：GB/T 265）、傾點測試儀（測試方法：GB/T 3535）、酸值測試設備（測試方法：GB/T 7304）、閃點測試儀（測試方法：GB/T 3536）、破乳化試驗儀（測試方法：ASTMD1401）。

2 試驗內容和結果

2.1 抗氧劑篩選

非對稱型受阻酚抗氧劑一般具有如下結構：

其中：R₁為-CH₃，-CH₂，-H，-S-等，R₂為-（CH3）₃，R₃為直鏈烷基或酯基。

目前常見的非對稱型受阻酚抗氧劑為（3一甲基-5-叔丁基-4-羥基苯基）丙酸烷基酯，選取了2種（3-甲基-5-叔丁基-4-羥基苯基）丙酸烷基酯（分別標記為FDC1及FDC2），進行了抗氧化性能測試。

采用PDSC（加壓差示掃描量熱卡法）測定潤滑油的氧化安定性具有微量、快速、準確等優點，是研究溫度等外界條件對潤滑油氧化安定性影響的一種有力工具。為了考察非對稱型受阻酚在沒有其他添加劑影響情況下的抗氧化能力，并與其他受阻酚抗氧劑比較，將抗氧劑分別加入同一種基礎油中，用PDSC法測定樣品在190℃條件下的氧化誘導期，氧化誘導期越長，抗氧化效果越好。

在癸二酸二辛酯中分別加入非對稱型受阻酚抗氧劑和其他抗氧劑，在60～70℃條件下，攪拌溶解。PDSC試驗條件為：樣品量2.000 mg，氧氣壓力5 atm，溫度190℃，測量氧化誘導期如表1。

從表1可以看出，非對稱型受阻酚抗氧劑性能優良，抗氧性能遠遠好于常用的對稱型受阻酚型抗氧劑，與對稱型受阻酚型抗氧劑相比，氧化誘導期增加達到數倍到數十倍，其原因可能是其酚羥基鄰位是兩個不同的取代基，削弱了酚羥基的空間位阻效應，彌補了對稱型受阻酚抗氧劑空間位阻效應較強的不足。

由試驗結果確定了采用FDC2抗氧劑，但是僅僅使用一種抗氧劑不可能完全滿足提高油品的氧化安定性的要求，應與金屬減活劑復合使用。金屬減活劑具有優良的抗氧化、抑制銅腐蝕及抗磨損等性能，是一種高性能多效添加劑，與酚型、芳胺型抗氧劑復合使用，有突出的協合效應，可顯著改善油品的抗氧化能力。因此選取了常用的芳胺型抗氧劑和金屬減活劑，以上海高橋石化生產的8號加氫油為基礎油進行復配，通過旋轉氧彈試驗考察其氧化性能，結果見表2。

從表2可以看出，采用FDC2抗氧劑的組合氧化安定性明顯優于常規受阻酚型抗氧劑的組合。

通過上述試驗，綜合考慮性能、價格、劑量等各種因素，確定了由FDC2抗氧劑、一種芳胺型抗氧劑以及一種金屬減活劑的抗氧劑組合，旋轉氧彈試驗氧化誘導期大于2000 min。

2.2 全配方油品性能測試

在確定了抗氧劑組合物的基礎上，對壓縮機油常用的極壓抗磨劑、破乳劑、抗泡劑、防銹劑、降凝劑等其他功能劑加劑進行了篩選工作，最終確定了油品配方，并與國外某知名公司的復合劑進行了性能對比，研制配方加劑量0.8%，參考配方加劑量1.0%，結果見表3。

從表3可以看出，研制油品性能優良，主要性能指標均優于參考油品。

3 結論

（1）非對稱型受阻酚抗氧劑可用于壓縮機油，其性能優良，抗氧性能優于常用的對稱型受阻酚型抗氧劑。

（2）研制的壓縮機油具有潤滑性能優異，低溫性能優良、熱氧化安定性優良等特點。并且在保證優良性能的前提下添加劑的加劑量低于目前市場上國外相應油品添加劑的加劑量，與國外添加劑配方的技術水平相當。