Антиоксиданты – это присадки, которые повышают устойчивость базового масла к окислению, увеличивая срок службы смазочного материала. Они предотвращают или замедляют процессы окисления и работают в комплексе с другими добавками, входящими в состав готовых смазок.

Понимание окисления: зачем нужны антиоксиданты

Говоря об антиоксидантах, в первую очередь вспоминается именно окисление – основная причина, по которой эти добавки необходимы. Но что же представляет собой окисление и почему с ним нужно бороться?

Окисление – это повсеместное явление, происходящее не только в маслах. Мы наблюдаем его каждый день, например, когда оставляем на воздухе нарезанные фрукты, такие как яблоки или груши: они теряют свежесть и темнеют из-за реакции с кислородом. Похожие процессы происходят и в смазочных материалах.

В статье Грега Ливингстона "Осадок и отложения в подшипниках: причины, последствия и решения" приводится наглядная схема окисления. Процесс начинается с образования свободных радикалов под действием высоких температур, влаги, металлов износа и кислорода. Это первая стадия – инициация. Далее следует стадия распространения, где образуются гидроперекиси, превращающиеся в алкоксильные радикалы и другие кислородсодержащие соединения с высокой молекулярной массой.

На этом этапе свободные радикалы взаимодействуют с первичными антиоксидантами, а гидроперекиси – со вторичными, замедляя разрушительные реакции. Однако, когда антиоксиданты исчерпаны, процесс продолжается, приводя к полимеризации, агрегации и физико-химическим изменениям самого масла. Появление шлама, осадка и повышение вязкости – это уже последствия произошедшего окисления.

Когда антиоксиданты израсходованы, масло больше не защищено и подвергается разрушению: кислотность возрастает, появляются отложения и лак, а вязкость увеличивается.

Как антиоксиданты сдерживают окисление

Как следует из названия, антиоксиданты предотвращают окисление, за что их еще называют ингибиторами окисления. В процессе рафинирования базового масла природные антиоксиданты, такие как полициклические ароматические соединения и гетероциклы серы и азота, удаляются. Поэтому в готовую продукцию необходимо добавлять специальные синтетические антиоксиданты, чтобы замедлить окисление.

Важно понимать: антиоксиданты снижают интенсивность окисления, но не могут полностью его остановить. Обычно в рецептуре дизельных и бензиновых моторных масел антиоксиданты составляют 3–7 % от общего пакета присадок.

Антиоксиданты включают фенолы, амины и ZDDP (цинкдиалкилдитиофосфаты), которые подавляют образование кислот и других продуктов окисления. Они также часто работают совместно с детергентами, предотвращая коррозионный износ в двигателях. Некоторые детергенты, содержащие алкилфенолы, обладают и антиоксидантными свойствами.

Кроме того, присадки для экстремальных давлений, содержащие серу и фосфор, также могут снижать окисление. Однако из-за своей склонности к термическому разложению при умеренных температурах они редко используются как основное средство борьбы с окислением.

Типы антиоксидантов

Существует несколько основных категорий антиоксидантов, каждая из которых борется с окислением по-своему:

  • Улавливатели радикалов (ингибиторы распространения)
  • Разрушители гидроперекисей
  • Деактиваторы металлов
  • Синергетические смеси

Улавливатели радикалов

Это первичные антиоксиданты – фенольные и аминные соединения, первая линия защиты. Они нейтрализуют пероксильные радикалы, формируя устойчивые, малоактивные соединения и тем самым прерывая цепную реакцию. Примеры: диариламины, дигидрохинолины и затруднённые фенолы. Эти вещества имеют низкую летучесть, используются в концентрациях 0,5–1 % и особенно эффективны при температурах до 93 °C. Чаще всего применяются в турбинных, гидравлических и циркуляционных маслах для длительной службы.

Разрушители гидроперекисей

Это вторичные антиоксиданты, которые вступают в реакцию с гидроперекисями и преобразуют их в инертные соединения. Примеры – ZDDP, органосернистые и органофосфорные соединения. Они предотвращают развитие цепной реакции после стадии инициации.

Деактиваторы металлов

При температурах выше 93 °C ионы металлов, таких как медь или железо, могут катализировать окисление. Деактиваторы металлов (например, производные салициловой кислоты или этилендиаминтетрауксусной кислоты – ЭДТА) связывают эти ионы и тормозят катализ. ZnDTP может выполнять обе функции – деактивировать металлы и разрушать перекиси при высоких температурах.

Синергетические смеси

Разные типы антиоксидантов могут работать эффективнее в комбинации. В случае гомосинергизма используются, например, два разных улавливателя радикалов. Более распространен гетеросинергизм: аминные (быстро реагирующие) антиоксиданты взаимодействуют с фенольными (медленными), которые восстанавливают их активную форму, усиливая общий эффект защиты.

Методы оценки антиоксидантов в смазках

Определить наличие антиоксидантов можно разными способами. Один из них – измерение скорости окисления. Это косвенный показатель, позволяющий судить о степени износа масла, но не о точном содержании антиоксидантов.

Методы, используемые в отрасли:

  • RPVOT (тест на окисление в герметичном сосуде) – измеряет падение давления в замкнутом объёме под воздействием температуры и кислорода. Значение даётся в минутах. Если результат составляет менее 25 % от изначального значения, масло близко к исчерпанию ресурса. Однако этот метод не позволяет напрямую соотнести результат с реальными сроками службы масла.
  • FTIR-спектроскопия – определяет наличие продуктов окисления по характерным пикам на спектре (в области 1600–1800 см⁻¹). Сравнивается с новым образцом. Метод подходит для моторных масел, но не показывает оставшееся количество антиоксидантов.
  • Измерение вязкости – менее надежный способ, так как увеличение вязкости может быть вызвано разными причинами. Чаще всего вязкость возрастает уже после того, как окисление произошло.
  • TOST (испытание стабильности турбинного масла) – старейший метод (с 1943 года). Масло подвергается воздействию воды, кислорода, меди и железа при 95°C. Измеряется время до достижения кислотного числа 2 мг KOH/г. Применяется в основном для турбинных масел.
  • RULER® (определение остаточных антиоксидантов) – электрометрический метод, использующий линейную вольтамперометрию. Позволяет точно определить количество антиоксидантов, оставшихся в масле. Сравнивая данные с исходными значениями, можно построить график снижения и оценить оставшийся срок службы масла.

Вывод

Окисление –– неизбежный процесс, происходящий в любой среде. Смазочные материалы не исключение. Поэтому антиоксиданты всегда будут важнейшим элементом защиты масла от разрушения. Современные технологии позволяют разрабатывать более устойчивые, экологичные и эффективные формулы антиоксидантов, адаптированные под новые условия эксплуатации оборудования.

По мере усложнения техники и повышения нагрузок возрастает необходимость в точном контроле состояния масла и подборе адекватных присадок. В этом контексте антиоксиданты остаются ключевым компонентом долговечной и надёжной смазки.