สารหล่อลื่นเสื่อมสภาพได้อย่างไรและเพราะเหตุใด?

ความเสถียรต่อการออกซิเดชันเป็นปัจจัยสำคัญในความเสถียร

การออกซิเดชันของสารหล่อลื่น เป็นกระบวนการทางเคมีที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ส่งผลให้สูญเสียคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่สำคัญ
ผลที่ตามมาของการออกซิเดชัน ได้แก่ การเพิ่มขึ้นของความหนืดอันเนื่องมาจากการเกิดพอลิเมอไรเซชันของโมเลกุลที่ถูกออกซิไดซ์ การก่อตัวของกรดอินทรีย์ คราบ และตะกอน รวมถึงการลดลงของสารเติมแต่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพส่วนใหญ่ ทำให้ต้องเปลี่ยนสารหล่อลื่นบ่อยขึ้น รูปแบบที่เสื่อมสภาพแล้วยังทำให้ชิ้นส่วนกลไกสึกหรอก่อนกำหนด อีกด้วย
การเสื่อมสภาพของน้ำมันเริ่มต้นจากการสลายตัวของสารต้านอนุมูลอิสระที่มีอยู่ใน น้ำมัน หลังจากที่สารต้านอนุมูลอิสระเหล่านี้หมดไปแล้ว กระบวนการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วของน้ำมันพื้นฐานจึงจะเกิดขึ้น ควรสังเกตว่าน้ำมันพื้นฐานสังเคราะห์บางชนิดมีเสถียรภาพต่อการออกซิเดชันสูงกว่าน้ำมันแร่โดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ควรระลึกไว้ว่าปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้น อุณหภูมิสูง การมีอนุภาคโลหะ (ตัวเร่งปฏิกิริยา) รังสี UV และการสัมผัสกับออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง จะเร่งปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้อย่างมาก

อ่านเพิ่มเติม: ความแตกต่างระหว่างน้ำมันแร่กับน้ำมันสังเคราะห์

การออกซิเดชันของสารหล่อลื่น

การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ทำลายล้างในน้ำมันและจาระบีเกิดขึ้นเป็น วัฏจักรของการเริ่มต้น การแพร่กระจาย การแตกแขนง และการสิ้นสุด

วัฏจักรเริ่มต้นใน ระยะเริ่มต้น เมื่อโมเลกุลสูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้น และก่อตัวเป็นอนุมูลอิสระและเปอร์ออกไซด์ที่มีปฏิกิริยา ซึ่งเกิดจากอิทธิพลของพลังงานภายนอก และปัจจัยเริ่มต้นมักจะเป็นอุณหภูมิสูง รังสี UV หรือแรงเฉือนทางกล

ในระหว่างการแพร่ กระจาย อนุมูลอิสระเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและเพิ่มจำนวน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพิ่มเติมในจาระบี

เมื่อเกิด การแตก แขนง จำนวนของสารที่มีปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เร่งการข้นตัวและการก่อตัวของคราบ จนกระทั่งสารหล่อลื่นไม่สามารถปกป้องชิ้นส่วนได้อีกต่อไป ณ จุดนี้ กระบวนการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วจะเกิดขึ้น

จนกว่าวัฏจักรจะ สิ้นสุด การเกิดออกซิเดชันจะดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำมันหรือจาระบีจะใช้งานไม่ได้ในทางปฏิบัติ

จะป้องกันการเสื่อมสภาพของจาระบีได้อย่างไร?

กระบวนการออกซิเดชันสามารถควบคุมได้โดยการเข้าไปแทรกแซงในขั้นตอนทางเคมีที่สำคัญ การป้องกันที่มีประสิทธิภาพส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการจำกัดการเริ่มต้น (การแยกออกจากออกซิเจนและอุณหภูมิสูง) และการขัดขวางการแพร่กระจาย (การปิดกั้นปฏิกิริยาลูกโซ่)

สารยับยั้งการออกซิเดชัน (สารต้านอนุมูลอิสระ) เป็นเครื่องมือสำคัญในการต่อต้านการเสื่อมสภาพของ น้ำมัน สารเหล่านี้เป็นสารเติมแต่งที่เพิ่มความต้านทานต่อการออกซิเดชันของน้ำมันพื้นฐาน จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของสารหล่อลื่น

การทำงานของสารเหล่านี้ประกอบด้วย:

• เปลี่ยนอนุมูลอิสระที่เป็นอันตรายให้เป็นรูปแบบที่เสถียร – เพื่อหยุดยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่ออกซิเดชัน
• การปกป้องสารหล่อลื่น – สารต้านอนุมูลอิสระทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้เร็วกว่าน้ำมันพื้นฐานมาก จึงช่วยรักษาคุณสมบัติของสารหล่อลื่นไว้ได้
• การทำงานร่วมกับส่วนประกอบอื่นๆ – ในสูตรน้ำมันหล่อลื่น สารยับยั้งการเกิดออกซิเดชันจะทำงานร่วมกับสารเติมแต่งอื่นๆ (เช่น AW หรือ EP)

สารต้านอนุมูลอิสระมีกี่ประเภท?

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสารหล่อลื่นได้รับการปกป้องอย่างครอบคลุมจากการเสื่อมสภาพ จึงมีการใช้สารยับยั้งการเกิดออกซิเดชันสองประเภทที่ทำงานร่วมกัน ได้แก่ สารต้านอนุมูล อิสระปฐมภูมิและสารต้านอนุมูลอิสระทุติยภูมิ

• สารต้านอนุมูลอิสระหลัก

สารต้านอนุมูลอิสระขั้นต้น – มักเป็น อะโรมาติกเอมีน หรือ ฟีนอล – ทำหน้าที่เป็นตัวดักจับอนุมูลอิสระ พวกมันจะดักจับอนุมูลอิสระในระหว่างขั้นตอนการแพร่กระจายและทำให้เป็นกลาง โดยจะให้ไฮโดรเจนอะตอมแก่อนุมูลอิสระ เปลี่ยนให้เป็นโมเลกุลที่เสถียร การทำเช่นนั้นจะช่วยชะลอการเสื่อมสภาพและช่วยจำกัดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่นำไปสู่การก่อตัวของคราบและสารเคลือบเงา

• สารต้านอนุมูลอิสระรอง

สารต้านอนุมูลอิสระรอง (เช่น ฟอสไฟต์ หรือสารประกอบกำมะถัน) มีบทบาทสนับสนุนและมีความสำคัญต่อเสถียรภาพในระยะยาวของสูตร พวกมันทำปฏิกิริยากับเปอร์ออกไซด์ที่ไม่เสถียร ซึ่งเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้จากการทำงานของสารต้านอนุมูลอิสระหลัก พวกมันขัดขวางวงจรการออกซิเดชันและป้องกันกระบวนการแตกแขนง ทำให้พวกมันมีความสำคัญต่อเสถียรภาพในระยะยาวของสูตร

ที่สำคัญ ในระบบเสริมฤทธิ์ขั้นสูง สารต้านอนุมูลอิสระรองสามารถ ‘ฟื้นฟู’ โมเลกุลของสารต้านอนุมูลอิสระหลัก คืนความสามารถในการกำจัดอนุมูลอิสระ โดยทั่วไป ในสูตรน้ำมันหล่อลื่น พวกมันทำงานร่วมกันตลอดวงจรการออกซิเดชันทั้งหมด ร่วมกันพวกมันเพิ่มความต้านทานต่อการออกซิเดชัน ของน้ำมันพื้นฐาน ทำให้น้ำมันหล่อลื่นสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและนานขึ้นกว่าที่จะเป็นไปได้หากไม่มีพวกมัน

เพื่อสนับสนุนเสถียรภาพของน้ำมันหล่อลื่น กลุ่มบริษัท PCC นำเสนอผลิตภัณฑ์ในกลุ่ม Rostabil เช่น Rostabil TDP สารประกอบฟอสฟอรัสอินทรีย์มีบทบาทสำคัญในผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มนี้เป็นทางเลือกที่ดีไม่เพียงแต่สำหรับ สารหล่อลื่นในอุตสาหกรรม เท่านั้น แต่ยังรวมถึงพลาสติกและสารเคลือบผิว ซึ่งความเสถียรทางความร้อนเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญอีกด้วย

การทดสอบความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของสารหล่อลื่น

การทดสอบความต้านทานต่อการออกซิเดชันเป็นส่วนสำคัญในการประเมินความทนทานของสารหล่อลื่น หนึ่งในวิธีการวิเคราะห์ที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดในด้านนี้คือ TOST ( Turbine Oil Stability Test ) ซึ่งดำเนินการตามมาตรฐาน ASTM D943

ตัวอย่างน้ำมันจะถูกเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรงโดยการสัมผัสกับออกซิเจนบริสุทธิ์ อุณหภูมิสูง และการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ ในระหว่างการทดสอบ จะมีการวัดอัตราการเพิ่มขึ้นของค่าความเป็นกรด การเพิ่มขึ้นนี้บ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพทางเคมีของส่วนประกอบของน้ำมันอย่างต่อเนื่องและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์การสลายตัวที่เป็นกรดอันเป็นผลมาจากการออกซิเดชัน

วิธีนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดได้ว่าสารหล่อลื่นชนิดใดจะคงคุณสมบัติในการปกป้องได้นานแค่ไหน