高压加氢环烷基橡胶油光、热稳定性的研究

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克拉玛依润滑油厂生产的高压加氢环烷基橡胶油是一种环境友好的新型橡胶油。和传统的溶剂精制橡胶油相比,它有许多优点,如:高的粘度指数、低的挥发性、低的芳烃含量等。但在实际使用中,厂家陆续反映KN系列高压加氢橡胶油光、热稳定性尚不能完全满足要求,油品黄变较快等缺点。这一问题已极大的影响了产品的实际应用和市场推广,因此尽快寻求其黄变原因并彻底解决高压加氢环烷基橡胶油光、热稳定性的问题具有重大的实际价值和理论意义。 本论文首次比较系统地研究了高压加氢环烷基橡胶油的光、热稳定性问题。首先考察了高压加氢环烷基橡胶油在光、热条件下,其物理性质和化学组成的变化,其次分析研究了高压加氢环烷基橡胶油各组分对其光、热稳定性的影响,并找出其在光、热条件下变色的主要原因,最终采用碘量滴定法和红外光谱法探讨了其在光、热条件下的氧化机理,并考察了各种橡胶油加工工艺和光、热稳定剂对高压加氢橡胶油光、热稳定性的影响,从而为工业上解决该实际问题打下一定的基础。实验所得主要结论如下: (1)在光、热条件下,高压加氢环烷基橡胶油物理性质的变化表现为:随着光照、加热时间的延长,橡胶油的物理性质如色度号、酸值、分子量、粘度、密度以及紫外吸光度均呈逐渐增加的趋势,折射率、C、H、S、N元素含量基本上不变,而透光率下降趋势现明显,实验表明其在500nm、460nm处波长透光率的变化可分别较好的反映油品在光、热条件下颜色稳定性的变化,故选作为评价油品光、热稳定性的指标。 (2)在光照、加热条件下,通过薄层色谱和质谱分析,高压加氢环烷基橡胶油化学组成的变化规律如下:在紫外光照下橡胶油中的饱和烃含量有逐渐降低的趋势,而芳香烃和胶质含量有微量逐渐增加的趋势。在受热情况下橡胶油中的饱和烃和芳香烃含量均呈现逐渐降低的趋势,其中芳香烃降低的趋势更明显一些,而胶质含量表现出逐渐增加的趋势。由此可见其光氧化和热氧化机理是不完全相同的。 (3)一种新的监测手段同步荧光光谱首次被用于高压加氢橡胶油芳烃组分的分离过程中。采用液固吸附色谱分离方案成功的将高压加氢环烷基橡胶油划分为饱和烃、单环芳烃、双环芳烃、多环芳烃和极性化合物五个组分,分离的准确性和有效性被采用了一系列的仪器手段加以检验证实,例如:折光指数、元素分析、红外光谱、紫外光谱、XPS光电子能谱等。 (4)极性组分的化学结构组成被采用了一系列的仪器手段加以鉴定,两种相对比较新的仪器分析手段APCI/MS和XPS被用来鉴定它的结构组成。研究表明含氧化合物诸如羰基、羟基、醛基化合物构成了极性组分的主要组成部分,而含氮化合物、含硫化合物仅占极性组分的很少一部分,其分子量分布主要集中在300-500之间,少部分分布在180-300之间。 (5)在光照、加热条件下,实验数据显示:多环芳烃和双环芳烃是其变色的主要原因,特别是多环芳烃是变色的最主要原因,而饱和烃和单环芳烃对其颜色稳定性影响不大,极性化合物是沉淀产生的主要前驱物,不同的是极性化合物对其颜色稳定性在不同条件下表现出不同的行为,其在加热条件下表现出一定的改善颜色稳定性的作用,而在紫外光照下,却产生相反的作用。 (6)采用比较光、热条件前后极性组分红外光谱的变化的方法,并结合Wilt的发色团理论分析,研究发现多环芳烃氧化生成的氧化物是高压加氢环烷基橡胶油变色的主要发色体。 (7)依据油品的自由基氧化机理,通过分别监测其氧化过程中过氧化值、羰基氧化物、羟基氧化物官能团红外吸收光谱的变化,研究了高压加氢环烷基橡胶油其在光、热条件下氧化降解机理。研究表明其光、热氧化机理既有相似的地方,也有其不同之处。两者均遵循自由基氧化机理,都处于中等氧化程度阶段。然而数据显示高压加氢环烷基橡胶油的氧化对光更敏感一些。 (8)通过对橡胶油的不同工艺路线和加工工艺条件的考察及其加工成本考虑,推荐高压加氢橡胶油KN4010基础油生产的工艺路线为:“克拉玛依九区稠油减三线→三段高压加氢→白土补充精制”。 (9)通过研究发现,添加光、热稳定添加剂可以提高高压加氢橡胶油KN4010的光、热稳定性,其复合添加剂配方为:紫外光吸收剂UV20.01﹪+热稳定复合添加剂KNX-10.03﹪”。 (10)高压加氢橡胶油KN4010加入光、热稳定复合添加剂,对橡胶理化性质影响不大。
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