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。
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。
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。