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深入了解ZDDP、钝化剂及清净剂对液压油耐水性能的影响

   2018-04-19 微信蒙蒙1080
核心提示:液压油在使用过程中,容易因冷凝、泄漏而混入水分,严重影响油品品质[1]。在船用、冶金、机床加工等行业的液压系统中,与水接触较多的工况下,需要所用的液压油具有良好的耐水性能,水解安定性和抗乳化性是衡量液压
液压油在使用过程中,容易因冷凝、泄漏而混入水分,严重影响油品品质[1]。在船用、冶金、机床加工等行业的液压系统中,与水接触较多的工况下,需要所用的液压油具有良好的耐水性能,水解安定性和抗乳化性是衡量液压油耐水性能的关键性能指标。目前含锌液压油是市场上使用的主流产品,使用的核心添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)虽然价格低廉,并且是一种具有抗氧、抗腐和抗磨的多功能添加剂,但容易水解产生酸性物质,腐蚀铜、银等有色金属部件,是造成含锌液压油水解安定性差,水层酸度和铜片失重大的主要原因。国内一些文献研究独立考察金属钝化剂和清净剂对液压油水解安定性的影响,重点是改善水解安定性水层酸度[2-3],未考虑铜片失重较大的问题,国外研究表明通过改进生产工艺和原材料控制,减少ZDDP中有害杂质,减小含锌液压油的水解安定性铜片失重[4],未考虑液压油配方中其他添加剂造成的影响。
液压油配方是多种功能添加剂的复合平衡体系,ZDDP、金属钝化剂及清净剂均是表面活性物质,任一添加剂选择不当都会对水解安定性和抗乳化性造成破坏。本文综合考虑ZDDP、金属钝化剂和清净剂三者之间的相互作用,考察它们对水解安定性和抗乳化的影响,提高含锌液压油的耐水性能。
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试验部分
1.1 试验材料
基础油选择台塑II类基础油,主要性质见表1。ZDDP选择了两个不同厂家生产的ZDDP-1和ZDDP-2,分子结构均是二辛基二硫代磷酸锌,主要元素含量见表2,31P NMR谱图见图1和图2,金属钝化剂选择苯三唑衍生物IRGAMET 39和噻二唑衍生物RC 8210,清净剂选择磺酸盐T106、水杨酸盐T109、硫化烷基酚盐T115B。
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1.2 试验方法
抗乳化性能测试(GB/T 7305):在量筒中装入40mL试样和40mL蒸馏水,在54℃下搅拌5min,记录乳化液分离所需的时间。
水解安定性(SH/T 0301):将试样、水和铜片一起密封在耐压玻璃瓶内,然后放在93℃±0.5℃的油品水解安定性试验箱内,按头尾颠倒方式旋转48h后,将油水分离,测定水层总酸度和铜片质量变化。
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结果与讨论
2.1 抗乳化性测试
ZDDP、金属钝化剂和清净剂从分子结构上看均是由亲油基团(烃基)和亲水基团(极性基)构成,具有界面活性,这类具有表面活性的添加剂都会改变油-水之间的界面张力,从而影响油品抗乳化性能。
考察ZDDP、金属钝化剂和清净剂在液压油配方中的抗乳化性能,选择相同的抗氧剂(酚型)、防锈剂,基础油为150N台塑基础油,
国内外液压油标准(如GB 11118.1-2011、DIN51524-2006、ISO 11158-2009等)都要求抗乳化性不大于30min。从表3结果看,两种ZDDP主体结构相同,具有相同的S/P比和Zn/P比,单个添加对液压油的抗乳化性有一定不利影响,但能满足指标要求,对照31P NMR谱图看,ZDDP-1相比ZDDP-2在化学位移80.39ppm和69.29ppm处有明显的杂质峰,两种ZDDP的抗乳化性能结果基本相同,说明杂质未对抗乳化造成影响;两种金属钝化剂单个添加对液压油抗乳化性结果没有影响;三种清净剂单个添加,水杨酸盐T109和硫化烷基酚盐T115B对液压油抗乳化结果没有影响,磺酸盐T106严重影响液压油的抗乳化性,不能达到指标要求;ZDDP与苯三唑衍生物IRGAMET 39配伍不会对抗乳化造成影响,与噻二唑衍生物RC 8210配伍会严重影响配方的抗乳化性,达不到指标要求;ZDDP(ZDDP-1和ZDDP-2)、金属钝化剂IRGAMET 39和清净剂(水杨酸盐T109和硫化烷基酚盐T115B)三者之间配伍没有对抗乳化造成影响。
2.2 水解安定性测试
考察不同ZDDP、金属钝化剂和清净剂配伍对液压油配方水解安定性的影响,选择相同抗氧剂、防锈剂,基础油为150N台塑基础油,结果见表4。
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GB 11118.1-2011液压油标准要求水解安定性的铜片失重大于0.2mgKOH,从表4结果看当金属钝化剂选择苯三唑衍生物IRGAMET 39时,ZDDP-1的铜片失重明显大于ZDDP-2,超出指标要求,清净剂硫化烷基酚盐T115B的铜片失重明显大于水杨酸盐T109,同样超出指标要求;当金属钝化剂选择噻二唑衍生物RC8210,ZDDP-1和ZDDP-2之间,T109和T115B之间铜片失重差别不明显,能够满足指标要求。金属钝化剂苯三唑衍生物IRGAMET 39主要作用机理在于吸附在金属表面形成化学膜,防止活性硫、有机酸等对铜表面的腐蚀(见图3),噻二唑衍生物RC 8210除了能够在金属表面形成吸附膜外,还有一个重要作用机理在于能够捕捉油中的活性硫,防止它对铜表面的腐蚀(见图4)[5]。ZDDP-131P NMR谱图的杂质峰的谱峰归属见表5,其中杂质分子来源于ZDDP制备过程产生的副产物,水解后容易对铜造成腐蚀[4],清净剂硫化烷基酚盐分子中的长链硫桥具有较高的活性[6-7],生产制备过程中产生的活性硫,都容易对铜造成腐蚀[8],因此对ZDDP-1和T115B而言,只适合用噻二唑型的金属钝化剂防止水解安定性中铜片腐蚀。
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结论
(1)从抗乳化性能测试结果看,在II类基础油中,磺酸盐型清净剂的加入和ZDDP与噻二唑衍生物金属钝化剂配伍都会严重破坏配方的抗乳化性。
(2)综合抗乳化性能和水解安定性测试结果看,在II类基础油中,选用不含活性硫杂质的ZDDP以及没有活性硫的水杨酸盐,是改善液压油配方耐水性能的有效途径。
 
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