非对称受阻酚抗氧剂在压缩机油中的应用

陈晓伟

摘要：目前矿物油型螺杆压缩机使用寿命较短，通常为2000～3000 h，合成型螺杆压缩机油寿命通常大于5000 h，但价格较高，文章以加氢基础油并加有非对称型受阻酚抗氧剂等多种功能添加剂，研制成功具有良好热稳定性、优异氧化安定性和寿命大于6000 h的长寿命螺杆压缩机油。

关键词：非对称型受阻酚；压缩机油；长寿命

中图分类号：TE626.37 文献标识码：A

0 引言

压缩机油是一种专用润滑油，它主要用于压缩机的活塞和气缸的摩擦部位以及进、排气阀和轴承、联杆等传动件的润滑。多年来，我国已开发出使用寿命在3000 h左右的矿物油型压缩机油和长寿命的合成型螺杆压缩机油（大于5000h），形成较完整的压缩机油系列产品。但是，普通矿物油型螺杆压缩机油使用寿命太短，而合成型螺杆压缩机油价格又太昂贵。近年来，由于基础油生产工艺的发展，采用加氢法生产的Ⅱ、Ⅲ类加氢基础油具有芳香烃、硫、氮含量低，氧化安定性、热稳定性、低温流动性好，对添加剂感受性好等特点，使得采用加氢油生产的润滑油的使用性能大大提高。因此采用加氢油作为基础油，进行科学、合理的配方体系研究能有效提高压缩机油使用寿命。

提高油品寿命的另外一个途径是添加抗氧剂。抗氧剂是润滑油必不可少的添加剂，它的种类很多，主要包括酚型、胺型、酚酯型、硫代酯型、亚磷酸酯型等。其中受阻酚型抗氧剂被广泛应用于压缩机油。但是，对于矿物油型压缩机油采用一般的受阻酚型抗氧剂难于满足长寿命要求。

非对称型受阻酚抗氧剂是近些年在塑料及聚合物行业兴起的一类新型高效抗氧剂，传统的受阻酚抗氧剂多是以2，6-叔丁基苯酚为骨架的对称型受阻酚结构。70年代以来，随着聚合物稳定化机理研究的不断深入，应用领域对聚合物制品性能要求的日益苛刻，具有较强空间位阻效应的对称型受阻酚抗氧剂的不足之处愈加明显。非对称型受阻酚抗氧剂由于其特殊的结构，不仅具备一般受阻酚抗氧剂的特性，而又以其空间位阻效应弱、与硫代酯等辅助抗氧剂之间存在氢键缔合，协同效果更为显著等优势脱颖而出，成为后起之秀，从而弥补了对称型受阻酚抗氧剂的不足，目前，在高分子工业中已商品化的品种有Irganox 245、Cyanox 1790和ADK Stab AO-80等。而将其应用于润滑油领域，国内外还鲜见报道。

1 试验方法和设备

理化性能测试采用常规的实验室测试仪器及方法，主要是四球试验仪（SH/T 0189、GB/T 12583）、氧化安定性试验仪（PDSC，升温速度：10℃/min，P=0.5 MPa，进气量：150 mL/min）、铜片腐蚀测试仪（GB/T 5096）、黏度测试仪（测试方法：GB/T 265）、倾点测试仪（测试方法：GB/T 3535）、酸值测试设备（测试方法：GB/T 7304）、闪点测试仪（测试方法：GB/T 3536）、破乳化试验仪（测试方法：ASTMD1401）。

2 试验内容和结果

2.1 抗氧剂筛选

非对称型受阻酚抗氧剂一般具有如下结构：

其中：R₁为-CH₃，-CH₂，-H，-S-等，R₂为-（CH3）₃，R₃为直链烷基或酯基。

目前常见的非对称型受阻酚抗氧剂为（3一甲基-5-叔丁基-4-羟基苯基）丙酸烷基酯，选取了2种（3-甲基-5-叔丁基-4-羟基苯基）丙酸烷基酯（分别标记为FDC1及FDC2），进行了抗氧化性能测试。

采用PDSC（加压差示扫描量热卡法）测定润滑油的氧化安定性具有微量、快速、准确等优点，是研究温度等外界条件对润滑油氧化安定性影响的一种有力工具。为了考察非对称型受阻酚在没有其他添加剂影响情况下的抗氧化能力，并与其他受阻酚抗氧剂比较，将抗氧剂分别加入同一种基础油中，用PDSC法测定样品在190℃条件下的氧化诱导期，氧化诱导期越长，抗氧化效果越好。

在癸二酸二辛酯中分别加入非对称型受阻酚抗氧剂和其他抗氧剂，在60～70℃条件下，搅拌溶解。PDSC试验条件为：样品量2.000 mg，氧气压力5 atm，温度190℃，测量氧化诱导期如表1。

从表1可以看出，非对称型受阻酚抗氧剂性能优良，抗氧性能远远好于常用的对称型受阻酚型抗氧剂，与对称型受阻酚型抗氧剂相比，氧化诱导期增加达到数倍到数十倍，其原因可能是其酚羟基邻位是两个不同的取代基，削弱了酚羟基的空间位阻效应，弥补了对称型受阻酚抗氧剂空间位阻效应较强的不足。

由试验结果确定了采用FDC2抗氧剂，但是仅仅使用一种抗氧剂不可能完全满足提高油品的氧化安定性的要求，应与金属减活剂复合使用。金属减活剂具有优良的抗氧化、抑制铜腐蚀及抗磨损等性能，是一种高性能多效添加剂，与酚型、芳胺型抗氧剂复合使用，有突出的协合效应，可显著改善油品的抗氧化能力。因此选取了常用的芳胺型抗氧剂和金属减活剂，以上海高桥石化生产的8号加氢油为基础油进行复配，通过旋转氧弹试验考察其氧化性能，结果见表2。

从表2可以看出，采用FDC2抗氧剂的组合氧化安定性明显优于常规受阻酚型抗氧剂的组合。

通过上述试验，综合考虑性能、价格、剂量等各种因素，确定了由FDC2抗氧剂、一种芳胺型抗氧剂以及一种金属减活剂的抗氧剂组合，旋转氧弹试验氧化诱导期大于2000 min。

2.2 全配方油品性能测试

在确定了抗氧剂组合物的基础上，对压缩机油常用的极压抗磨剂、破乳剂、抗泡剂、防锈剂、降凝剂等其他功能剂加剂进行了筛选工作，最终确定了油品配方，并与国外某知名公司的复合剂进行了性能对比，研制配方加剂量0.8%，参考配方加剂量1.0%，结果见表3。

从表3可以看出，研制油品性能优良，主要性能指标均优于参考油品。

3 结论

（1）非对称型受阻酚抗氧剂可用于压缩机油，其性能优良，抗氧性能优于常用的对称型受阻酚型抗氧剂。

（2）研制的压缩机油具有润滑性能优异，低温性能优良、热氧化安定性优良等特点。并且在保证优良性能的前提下添加剂的加剂量低于目前市场上国外相应油品添加剂的加剂量，与国外添加剂配方的技术水平相当。