Найпоширенішою причиною старіння олив та мастил є окислення. Цей процес безпосередньо знижує експлуатаційні характеристики мастила, спричиняючи, серед іншого, загущення, утворення шкідливих відкладень та виснаження захисних речовин. Розуміння механізму окислення та ефективне управління цим явищем є ключовими викликами для сучасної промисловості.
Окислювальна стабільність як ключовий фактор стабільності
Окислення мастила – це хімічний процес, що призводить до незворотних змін у його структурі, що призводить до втрати ключових фізико-хімічних властивостей.
Наслідки окислення включають збільшення в’язкості внаслідок полімеризації окислених молекул, утворення органічних кислот, лаків та відкладень, а також виснаження більшості присадок, що підвищують продуктивність, що вимагає частішої заміни мастила. Його деградована форма спричиняє передчасний знос механічних компонентів.
Деградація оливи починається з розпаду антиоксидантів, які вона містить. Тільки після їх повного виснаження відбувається фактичний, швидкий процес старіння масляної основи. Варто зазначити, що деякі синтетичні основи природно демонструють вищу окислювальну стабільність, ніж мінеральні оливи. Однак слід враховувати, що такі фактори, як волога, висока температура, наявність металевих частинок (каталізаторів), ультрафіолетове випромінювання та постійний вплив кисню, значно прискорюють ці несприятливі явища.
Читайте: чим мінеральні оливи відрізняються від синтетичних.
Окислення мастильних матеріалів
Деструктивне окислення в оліях та мастилах відбувається в циклі ініціації, поширення, розгалуження та обриву.
Цикл починається у фазі ініціації , коли молекула втрачає один або декілька електронів та утворює реакційноздатні вільні радикали та пероксиди. Це спричинено впливом зовнішньої енергії, а ініціюючими факторами зазвичай є висока температура, ультрафіолетове випромінювання або механічний зсув.
Під час поширення ці радикали реагують з киснем і розмножуються, викликаючи подальші хімічні зміни в мастилі.
У міру розгалуження кількість реакційноздатних частинок збільшується, прискорюючи загущення та утворення відкладень, доки мастило більше не зможе захищати компоненти. У цей момент відбувається швидкий процес старіння.
Доки цикл не завершиться , окислення триватиме, доки олія або мастило не стануть практично непридатними.
Як можна запобігти старінню мастила?
Процес окислення можна контролювати, втручаючись у його ключові хімічні стадії. Ефективний захист базується, головним чином, на обмеженні ініціації (ізоляція від кисню та високих температур) та перериванні поширення (блокування ланцюгової реакції).
Інгібітори окислення (антиоксиданти) є ключовим інструментом у боротьбі зі старінням масел . Це добавки, які підвищують стійкість базової оливи до окислення, тим самим подовжуючи термін служби мастила.
Їхня дія включає:
- Перетворення агресивних вільних радикалів у стабільні форми – зупинка ланцюгової реакції окислення,
- Захист мастила – антиоксиданти реагують з киснем набагато швидше, ніж базова олива, тим самим зберігаючи її властивості,
- Взаємодія з іншими компонентами – у рецептурах мастильних матеріалів інгібітори окислення працюють разом з іншими добавками (наприклад, AW або EP).
Які види антиоксидантів існують?
Для забезпечення комплексного захисту мастила від старіння використовується синергетична дія двох типів інгібіторів окислення: первинних та вторинних антиоксидантів.
- Основні антиоксиданти
Первинні антиоксиданти – часто ароматичні аміни або феноли – діють як поглиначі радикалів. Вони захоплюють вільні радикали під час фази поширення та нейтралізують їх. Вони віддають атом водню радикалу, перетворюючи його на стабільну молекулу. Роблячи це, вони уповільнюють процес деградації та допомагають обмежити ланцюгову реакцію, що призводить до утворення відкладень та лаків.
- Вторинні антиоксиданти
Вторинні антиоксиданти (наприклад, фосфіти або сполуки сірки) відіграють допоміжну роль і мають вирішальне значення для довгострокової стабільності рецептури. Вони реагують з нестабільними пероксидами, що утворюються як побічні продукти дії первинних антиоксидантів. Вони переривають цикл окислення та запобігають процесу розгалуження, що робить їх необхідними для довгострокової стабільності рецептури.
Важливо, що в передових синергетичних системах вторинні антиоксиданти здатні «оновлювати» молекули первинних антиоксидантів, відновлюючи їхню здатність поглинати радикали. Як правило, у рецептурах мастил вони працюють разом протягом усього циклу окислення. Разом вони підвищують стійкість базової оливи до окислення, дозволяючи мастилам працювати за вищих температур і протягом триваліших періодів, ніж це було б можливо без них.
Для підтримки стабільності мастил група PCC пропонує серію Rostabil , наприклад, Rostabil TDP . Органічні сполуки фосфору відіграють ключову роль у цих продуктах. Продукти цієї серії є гарним рішенням не лише для промислових мастил , але й для пластмас і покриттів, де термостабільність є критичним параметром.
Випробування стійкості мастильних матеріалів до окислення
Випробування на стійкість до окислення є важливою частиною оцінки довговічності мастильних матеріалів. Одним з найбільш визнаних аналітичних методів у цій галузі є TOST ( Випробування на стабільність турбінної оливи ), що проводиться відповідно до ASTM D943.
Зразок оливи піддається екстремальному прискоренню процесів старіння через вплив чистого кисню, високої температури та присутності металевих каталізаторів. Під час випробування вимірюється швидкість збільшення кислотного числа. Це збільшення вказує на поступове хімічне розкладання компонентів оливи та утворення кислотних продуктів розкладання в результаті окислення.
Цей метод дозволяє нам визначити, як довго дане мастило зберігатиме свої захисні властивості.
