Антиоксидантите са добавки, които повишават устойчивостта на базовото масло към окисление, увеличавайки експлоатационния живот на маслото. Те предотвратяват или забавят окислителните процеси и работят в комбинация с други добавки, включени в готовите смазочни материали.
Какво представлява окислението: защо са нужни антиоксидантите
Когато говорим за антиоксиданти, първото нещо, което ни идва на ум е окисляването, което е основната причина, поради която тези добавки са необходими. Но какво е окисляването и защо трябва да се борим с него?
Окисляването е повсеместно явление, което се среща не само в маслата. Виждаме го всеки ден, например когато оставяме нарязани плодове като ябълки или круши на въздух: те губят своята свежест и потъмняват поради реакция с кислорода. Подобни процеси протичат и в смазочните материали.
Статията на Грег Ливингстън „Носещи утайки и отлагания: причини, последици и решения“ предоставя визуална диаграма на окисляването. Процесът започва с образуването на свободни радикали под въздействието на високи температури, влага, износване на метали и кислород. Това е първият етап – инициация. Това е последвано от етап на размножаване, при който се образуват хидропероксиди, които се превръщат в алкоксилови радикали и други кислородсъдържащи съединения с високо молекулно тегло.
На този етап свободните радикали взаимодействат с първичните антиоксиданти, а хидропероксидите с вторичните антиоксиданти, забавяйки разрушителните реакции. Въпреки това, когато антиоксидантите са изчерпани, процесът продължава, което води до полимеризация, агрегация и физикохимични промени в самото масло. Появата на утайка и повишен вискозитет вече са следствие от настъпилото окисление.
Когато антиоксидантите се изразходват, маслото вече не е защитено и подлежи на разграждане: повишава се киселинността, появяват се отлагания и лак и вискозитетът се увеличава.
Как антиоксидантите сдържат окисляването
Както подсказва името, антиоксидантите предотвратяват окисляването, поради което се наричат още инхибитори на окисляването. По време на процеса на рафиниране на базовото масло естествените антиоксиданти като полициклични ароматни съединения и серни и азотни хетероцикли се отстраняват. Ето защо е необходимо да се добавят специални синтетични антиоксиданти към готовите продукти, за да се забави окисляването.
Важно е да се разбере, че антиоксидантите намаляват интензивността на окисляването, но не могат да го спрат напълно. Обикновено антиоксидантите във формулата на дизелови и бензинови моторни масла съставляват 3–7% от общия пакет добавки.
Антиоксидантите включват феноли, амини и ZDDP (цинк диалкил дитиофосфати), които инхибират образуването на киселини и други продукти на окисление. Те също така често работят заедно с детергенти за предотвратяване на корозионно износване на двигателите. Някои детергенти, съдържащи алкилфеноли, също имат антиоксидантни свойства.
Освен това, добавките за екстремно налягане, съдържащи сяра и фосфор, също могат да намалят окисляването. Въпреки това, поради тенденцията им към термично разлагане при умерени температури, те рядко се използват като основно средство за борба с окисляването.
Типични антиоксиданти
Съществуват няколко основни категории антиоксиданти, всяка от които се бори с окисляването по-своему:
• Уловители на радикали (инхибитори на разпространение)
• Разрушители хидропероксили
• Деактиватори на метал
• Синергетически смеси
Уловители на радикали
Това са първични антиоксиданти – фенолни и аминови съединения, първата линия на защита. Те неутрализират пероксилните радикали, образувайки стабилни, нискоактивни съединения и по този начин прекъсват верижната реакция. Примери: диариламини, дихидрохинолини и блокирани феноли. Тези вещества имат ниска летливост, използват се в концентрации от 0,5–1% и са особено ефективни при температури до 93°C. Най-често се използва в турбинни, хидравлични и циркулационни масла за дълъг експлоатационен живот.
Разрушители на хидропероксили
Това са вторични антиоксиданти, които реагират с хидропероксиди и ги превръщат в инертни съединения. Примерите включват ZDDP, органосерни и органофосфорни съединения. Те предотвратяват развитието на верижна реакция след етапа на иницииране..
Деактиватори на метали
При температури над 93°C метални йони като мед или желязо могат да катализират окисляването. Метални дезактиватори (напр. производни на салицилова киселина или етилендиаминтетраоцетна киселина – EDTA) свързват тези йони и инхибират катализата. ZnDTP може да изпълнява и двете функции - да дезактивира металите и да разрушава пероксидите при високи температури.
Синергетически смеси
Различните видове антиоксиданти могат да работят по-ефективно, когато се комбинират. В случай на хомосинергизъм, например, се използват два различни радикални чистачи. По-често срещаният е хетеросинергизмът: аминовите (бързо реагиращи) антиоксиданти взаимодействат с фенолните (бавни), които възстановяват активната си форма, засилвайки общия защитен ефект..
Методи оценяващи антиоксидантите в маслата
Има различни начини за определяне на наличието на антиоксиданти. Един от тях е измерването на степента на окисление. Това е косвен индикатор, който ни позволява да преценим степента на износване на маслото, но не и точното съдържание на антиоксиданти.
Използвани методи:
• RPVOT (тест на окисление в херметичен съд) – измерва спада на налягането в затворен обем под въздействието на температура и кислород. Стойността е дадена в минути. Ако резултатът е по-малък от 25% от първоначалната стойност, маслото е близо до изчерпване. Този метод обаче не позволява резултатът да бъде пряко свързан с действителния експлоатационен живот на маслото.
• FTIR-спектроскопия – определя наличието на продукти на окисление чрез характерни пикове в спектъра (в областта 1600–1800 cm⁻¹). В сравнение с нова проба. Методът е подходящ за моторни масла, но не показва оставащото количество антиоксиданти.
• Измерване на вискозитет – по-малко надежден метод, тъй като повишаването на вискозитета може да бъде причинено от различни причини. Най-често вискозитетът се увеличава след като окисляването вече е настъпило.
• TOST (изпитание на стабилност на турбинно масло) – най-старият метод (от 1943 г.). Маслото се излага на вода, кислород, мед и желязо при 95°C. Измерва се времето, докато киселинното число достигне 2 mg KOH/g. Използва се предимно за турбинни масла.
• RULER® (определя остатъчните антиоксиданти) – електрометричен метод, използващ линейна волтаметрия. Позволява ви да определите точно количеството антиоксиданти, останали в маслото. Чрез сравняване на данните с първоначалните стойности може да се начертае графика на спада и да се оцени оставащият експлоатационен живот на маслото.
Извод
Окисляването е неизбежен процес, който се случва във всяка среда. Лубрикантите не са изключение. Следователно антиоксидантите винаги ще бъдат най-важният елемент в защитата на маслото от разрушаване. Съвременните технологии позволяват да се разработят по-устойчиви, екологично чисти и ефективни антиоксидантни формули, адаптирани към новите условия на работа на оборудването.
Тъй като технологията става все по-сложна и натоварванията се увеличават, необходимостта от прецизен контрол на състоянието на маслото и избор на подходящи добавки нараства. В този контекст антиоксидантите остават ключов компонент на дълготрайното и надеждно смазване.
