润滑油是由基础油加添加剂组成,是保护与润滑的重要中间介质,然而润滑油由于其本身的特性,会随着使用过程中的氧化,高温,摩擦,污染发生不可避免的变质,那么其中最常见的变质就是沉积物也就是我们俗称的油泥,杂质等,这些沉积物会大大影响润滑油的使用性能,以及使用寿命,甚至回影响润滑油在使用过程中的效果以发生不可估计的工业事故。
润滑油在工业齿轮中起到润滑保护的作用
所以有效的控制润滑油中的沉积物是非常必要的,控制沉积物一般要从头入手,即减少沉积物的产出,抗氧化剂就是常用的沉积物控制剂。早在全面理解碳氢化合物(烃)的氧化机理前,研究者们就已逐渐认识到有些油品具有更好的抗氧化性能。这种差异最终被证实是由于存在天然抗氧剂,与原料或炼制技术有关。人们发现一些天然的抗氧化剂中含有硫或氮官能团,因此,某些使油品具有特殊性质的添加剂,如含硫化学物质能够提供额外的抗氧化稳定性并不令人感到惊奇。继含硫添加剂能提供氧化稳定性这一发现之后,人们发现苯酚也具有同样的性质,这就促进了硫酚的发展。有些胺和金属磷化物或硫化物也被证实能提供氧化稳定性,这在目前的润滑油抗氧化剂方面的专利和文献中有大量报道。润滑油失效的一个主要原因是发生氧化降解,因此,目前生产的润滑油中至少添加一种抗氧剂来提高其氧化安定性或有增强其他性能的功效。润滑油最重要的一个方面就是要求其具有良好的氧化安定性。
润滑油氧化后产生的物质,不仅降低了其使用性能,还缩短了其使用寿命,同时对使用的润滑部件也会造成磨损。暴露在氧气和受热条件下的碳氢化合物将加速氧化过程,特别是在有铁、铜、镍等金属存在的情况下,油品更易氧化。如内燃机随着金属部件摩擦产生的热量是突出的氧化催化剂,使内燃机成为一个极好的促进氧化过程的化学反应器,因此发动机油可能比其他润滑油更容易氧化。然而任何暴露在空气和热中的润滑油最后都要被氧化。抗氧化剂是保护润滑油免受氧化变质的关键添加剂,它能满足润滑油在发动机和工业用油中的苛刻要求。
目前已开发出不少有效的抗氧化添加剂,并且在发动机油、自动传送液、齿轮油、汽轮机油、压缩机油、润滑脂、液压液和金属加工液中得到广泛使用。目前用到的油溶性有机化合物和有机金属类抗氧化剂主要有下列几类:
(1)硫化合物;
(2)硫氮化合物;
(3)磷化合物;
(4)硫磷化合物;
(5)芳胺化合物;
(6)屏蔽(受阻)酚化合物;
(7)有机铜化合物;
(8)硼化合物;
(9)其他有机金属化合物。
首先我将从硫化物开始介绍,据记载,最早发明之一是将矿物油和硫元素一起加热,产生一种无氧化的油。然而,这种方法的主要缺点是硫化油对铜的高腐蚀性,随后开发的硫化脂肪油,如硫化鲸鱼油。既具有抗氧化性能,又具有抗腐蚀性能。同样的,石蜡也被用来制作硫化物,芳香族硫化物也是另一类被用于抑制氧化和腐蚀的添加剂。
润滑油中的硫化合物主要通过分解过氧化物来阻断氧化链反应,属于辅助抗氧剂(II类)。其核心价值在于延缓油品氧化、减少沉积物生成,尤其在高温、高压工况下表现突出。
一、作用机理为过氧化物分解与协同效应
硫化合物的抗氧化机制基于其对氢过氧化物(ROOH)的分解能力:
1.分解过氧化物
硫原子具有亲核性,可攻击过氧化物中的O-O键,将其转化为稳定醇类,阻断自由基链反应。
2.协同增效
硫化合物与酚类/胺类主抗氧剂复配时,可显著提升整体抗氧化效率:
二、主要类型与代表化合物
类型代表化合物特性与应用场景硫磷化合物ZDDP(二烷基二硫代磷酸锌)兼具抗氧化、抗磨、抗腐性能,广泛用于发动机油和液压油;但含磷量高(0.06-0.08%),受环保法规限制。
总之硫化合物对于现在行业发展情况下,还存在一定的不可替代性,经过多年的发展,人们通过对单独含硫化合物进行改进,得到了更多的含硫抗氧化剂,如前面提到的硫氮化合物,硫磷化合物等等,其都以硫为基础。所以硫元素仍然是润滑油抗氧化性能中不可或缺的元素。