تاثیر آنتی اكسیدانها بر روی روانكارها

پارافین ها مقاومت بیشتر و آروماتیک ها مقاومت کمتری در برابر اکسیداسیون دارند. از طرفی بر اثر اکسیداسیون روانکارها، الدئیدها و ترکیبات اسیدی تولید می شود و وجود این ترکیبات در روغن، موجب خوردگی، افزایش ویسکوزیته، ایجاد لاک، رسوبات قیری و دیگر ترکیبات غیرقابل حل می شود.

آزمایشها نشان می دهد که برای رفع پیامدهای نامطلوبی که از آن یاد شد، روش های پالایش روغن پایه می تواند سهم بسزایی داشته باشد.

برخی از متخصصان روش های پالایشی هیدروکراکینگ و برخی روش های تولید روغن با حلال را در کاستن از پیامدهای نامطلوب اکسیداسیون روغن توصیه می کنند.

روش هیدروکراکینگ

در روش های هیدروکراکینگ کلیه ترکیبات غیرمفید حذف شده و به علت نبود باندهای دوگانه، اکسیداسیون کمتر اتفاق

می افتد. در این روش گوگرد و نیتروژن موجود در روغن پایه نیز که حالت آنتی اکسیدان طبیعی دارند حذف می شود و مقاومت آن کمتر می شود. بنابراین برای رفع مشکل، به اینگونه روغنها مواد آنتی اکسیدان اضافه می شود تا در برابر اکسیداسیون مقاوم تر شوند.

به طور کلی در اغلب روغن های معدنی، اکسیداسیون، براثر یک رشته واکنش های زنجیره ای به وجود می آید که ناشی از وجود پراکسیدهای آلی است. در حال حاضر چند نوع آنتی اکسیدان در ساخت روغن های معدنی رایج است که عبارتند از: ترکیبات گوگرددار، ترکیبات فسفر دار، آمین های آروماتیک، ترکیبات فنلی، ترکیبات ZDDP و ترکیبات آلی فلزی مس دار.

آنتی اکسیدانها و موارد مصرف آنها

آنتی اکسیدانها مواد افزودنی هستند که باعث غیرفعال شدن سطوح فلزی، تجزیه پراکسیدها و جلوگیری از پیشرفت اکسیداسیون روغن می شوند. به عبارت دیگر به یکی از پراکسیدهای آلی موجود در روغن واکنش نشان داده و زنجیره واکنش ها را قطع می کنند.

آنتی اکسیدانها معمولاً در روغن های موتوری، ATF ، دنده، توربین، کمپرسور، هیدرولیک، فلزکاری و گریس مورد استفاده قرار می گیرند.

اکسیداسیون در روغن ها

اکسیداسیون ناخواسته یا به اصطلاح خودبه خودی که در ورغن ها اتفاق می افتد، شامل۴ مرحله به شرح زیر است:

مرحله شروع: در این مرحله براثر انتقال انرژی به مولکولهای روغن ناشی از حرارت یا نور ماورا بنفش یا فشارهای مکانیکی ذره، واکنش پذیر می شود و یونهای فلزی به عنوان کاتالیست در واکنش عمل می کند. در این پروسه R-R یا R-H به صورت همولتیک شکسته می شود و به دو رادیکال تبدیل می شود. R-R R+R

مرحله انتشار یا تکثیر: در این مرحله یک رادیکال الکیل با اکسیژن واکنش می دهد و یک الکیل پراکسی رادیکال (ROO) ایجاد می شود. این واکنش به سرعت انجام می شود و در دومین مرحله، الکیل پراکسی رادیکال (ROO) به مولکول هیدروکربن حمله کرده و هیدروژن را از مولکول می گیرد و یک R دیگر بوجود می آید. رادیکال الکوکسی به علت ترکیب شدن سریع با اکسیژن و غلظت بالای اکسیژن، دارای سرعت بیشتری نسبت به واکنش رادیکال پراکسی با هیدروکربن است.

مرحله انشعاب: این مرحله، در دمای بالای موتور و با شکستن هیدرواکساید به RO و OH شروع و ایجاد می شود. در نتیجه در سیستم، آب و الکل بوجود می آید و در نهایت رادیکالهای RRHCO منجر به تولید آلدئید و کتون می شوند و در ادامه آلدئید و کتون واکنش می دهند و باعث ایجاد لجن شده که به علت وزن مولکولی و عدم حلالیت، در روغن رسوب می کند.

مرحله خاتمه زنجیر: در این مرحله واکنش زنجیری از طریق ترکیب رادیکالها پایان می پذیرد.

کاتالیستهای فلزی موثر در تخریب روغن

فلزات ساییده شده از بدنه موتور به عنوان یک کاتالیست در مرحله آغازین اکسیداسیون نقش بسزایی دارند و هیدرو پراکسیدها را در مرحله انتشار تجزیه می کنند. این کار توسط مکانیسم ردوکس انجام می شود.

مکانیسم تشکیل لجن در روغن در حرارت بالا

اکسیداسیون با افزایش درجه حرارت افزایش می یابد. این واکنش در درجه حرارت بالای ۷۰ درجه سانتیگراد قابل توجه است وبرای هر ۱۰درجه بالاتر از ۷۰درجه سانتیگراد، اکسیداسیون دو برابر می شود. البته نباید فراموش کنیم که روغنها در درجه حرارت پایین هم اکسید می شوند. در دمای پایین اکسیداسیون منجر به ایجاد پراکسید، الکل، آلدئید،کتون و آب می شود در حالیکه در دمای بالا تولید لجن میکند و باعث افزایش ویسکوزیته روغن می شود.

رادیکالهای SCAVENGER

رادیکالهای SCAVENGER به عنوان آنتی اکسیدانهای اولیه شناخته شده اند و یک اتم هیدروژن آزاد می کنند و خود نیز به صورت رادیکال در می آیند و آنگاه با رادیکالهای آلکیل یا پر اکسی واکنش

می دهند و در نتیجه از واکنشهای رادیکال زنجیری جلوگیری می کنند .فنولیک غیر آزاد و آمینهای آروماتیک دو دسته از آنتی اکسیدانهای اولیه برای روغن هستند.

آنتی اکسیدانهای نوع دوم ZDDP و تیو اترها هستند که باعث متلاشی شدن پر اکسید می شوند.

بعضی از آنتی اکسیدانها، نوع دوم نقش غیر فعال کردن یونهای غیر فلزی ناشی از بدنه موتور را به عهده دارند.

روشهای غیر فعال کردن یونهای فلزی برای اینکه تبدیل به کاتالیست نشوند به دو طریق انجام می شود.

– استفاده از لیگاندهای کمپلکس دهنده که با یونهای فلزی کمپلکس میدهد و باعث جلوگیری از نقش کاتالیزور می شود.

– یک فیلم روی سطح فلز تشکیل و مانع ورود یونهای فلزی به روغن می شود.

آمین های آروماتیک: یک دسته از ادتیوهای آنتی اکسیدان، آمینهای آروماتیک هستند که به عنوان آنتی اکسیدانهای اولیه نام برده می شوند. آلکیلات دی فنیل آمینها از این دسته ادتیوها است.

در بسیاری از فرمولاسیون های روغن، از مخلوطی از آنتی اکسیدانها که اثر تقویتی روی هم دارند استفاده می شود. همین امر باعث بالا رفتن سطح کارایی و طول عمر بیشتر روغن می شود.

نقش روغن پایه در کارایی آنتی اکسیدانها

لازم به ذکر است که مقاومت در برابر اکسیداسیون تنها به ماده افزودنی بازدارنده اکسیداسیون بستگی ندارد بلکه کیفیت تصفیه روغن نیز تاثیر زیادی در مقاومت روغن در برابر اکسیداسیون دارد. اگر روغن پایه از کیفیت پالایشی خوب برخوردار باشد در صورت افزودن مواد بازدارنده اکسیداسیون به آن دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر اکسیداسیون خواهد بود جدول زیر طبقه بندی روغن پایه API را نشان میدهد.