Trong một môi trường có chứa một lượng nhỏ oxy sự ổn định oxy hóa của chất lỏng thủy lực ảnh hưởng đến giới hạn sử dụng của nó cũng như giới hạn nhiệt độ trên của nó. Do đó, các chất phụ gia hoặc các chất ức chế làm tăng khả năng chống lại sự thay đổi hóa học liên quan đến quá trình oxy hóa của chất lỏng thủy lực
là rất quan trọng. Thay đổi cuối cùng có thể gặp phải là kết quả của sự suy giảm oxy hóa bao gồm những thay đổi về độ nhớt, sự tạo cặn, sự gia tăng tính axit và tính ăn mòn. Trong việc xem xét sự ổn định oxy hóa của chất lỏng thủy lực, đi kèm với hiệu ứng ăn mòn là không diễn ra và thường phải tiến hành song song với nhau. Vì lý do đó, phòng thử nghiệm khi tiến hành kiểm tra quá trình ức chế oxy hóa cũng thường xem xét sự thay đổi về nồng độ các chất axit của các chất lỏng thủy lực và sự ăn mòn mẫu kim loại tiếp xúc với các chất lỏng.
1.13.2.1. Phương thức hoạt động của chất chống oxi hóa
Để xem xét đúng phương thức hoạt động của chất chống oxi hóa, một số kiến thức về các cơ chế của sự suy giảm oxy hóa là cần thiết. Quá trình oxi hóa pha lỏng được coi là một quá trình gốc tự do trải qua các bước thông thường của quá trình kích hoạt, sự lan truyền và chấm dứt.
Sơ đồ, sau khi quá trình này đã được bắt đầu, quá trình oxi hóa trong dầu mỏ có thể được biểu diễn như sau:
Phản ứng ban đầu trong dầu nhờn thường dùng nhiệt để kích hoạt nhưng cũng có thể được gây ra bởi ánh sang, bức xạ ion hóa, hoặc các cách thức khác. Từ quá trình lan truyền gốc R* có thể được tái sinh liên tục, quá trình này là một phản ứng dây chuyền. Quá trình chấm dứt diễn ra với sự hình thành của các chất như là alcohol, andehit, xeton và cả olefin, mà cũng có thể dễ bị oxi hóa và có thể tạo ra axit, cặn bùn, cặn nhựa. Ở nhiệt độ cao, các hydroperoxit có thể bị phân hủy và tạo các gốc tự bổ sung:
Giai đoạn khởi đầu H = Hydro O = Oxy Giai đoạn
lan truyền
R = Một phần của phân tử bôi trơn Sản phẩm không có hoạt tính * = Một điện tử
Vì nồng độ các gốc hiện tại có thể tăng lên theo thời gian, quá trình oxi hóa là quá trình tự xúc tác. Ngoài ra, khi các nguyên tố có tính axit được hình thành trong một chất lỏng thủy lực, mà ở đó có sự tiếp xúc với kim loại như là một hệ quả của quá trình oxi hóa, ăn mòn kim loại có thể xẩy ra với sự hình thành các các ion kim loại, chúng có thể được hòa tan trong chất lỏng thủy lực. Những ion kim loại này đặc biệt là sắt, chì và các chất xúc tác đồng trong quá trình oxi hóa.
Mặc dù các ion kim loại là các chất oxi hóa ở nhiệt độ thấp trong chất lỏng hydrocacbon, chúng cũng có thể hoạt động như chất chống oxi hóa ở nhiệt độ cao hơn như silicon este phenyl, fluoroeste. Ở nhiệt độ cao hơn trong các chất lỏng này, ion kim loại có lẽ làm thay đổi quá trình phản ứng hydroperoxit và tạo ra các sản phẩm.
1.13.2.2. Các nhóm chất chống oxi hóa và tương hợp a. Kim loại khử hoạt tính
Kim loại khử hoạt tính thường được sử dụng là tác nhân cô lập (tác nhân chelat hóa) hoặc tác nhân tạo phức. Chúng bao gồm N, N’-disalicylidin, mercaptothiadiazol, quinizarin, và alizarin.
b. Chất hấp thu gốc tự do
Amin và phenol thường được sử dụng như là chất hấp thu gốc tự do và có hiệu quả cao.
c. Phá hủy hydroperoxide
Một loạt các chất như lưu huỳnh, selen và các hợp chất có chứa photpho có thể hoạt động như chất loại các hợp chất hydroperoxit. Các hợp chất có hiệu quả bao gồm phenothiazin, sản phẩm phản ứng photpho pentasulfit - olefin, kẽm dialkyldithiophotphat, olefin sulfurit, polysulfit alkyl, dialkylphotphonat, photphit trialkyl, kẽm dithiocacbamat dialkyl, trithiocacbamat alkyl, và seleni alkyl.
Phenothiazin là đặc biệt hữu ích tại nhiệt độ cao hơn.
d. Chất tương hợp
Các hiệu ứng kết hợp của hai hay nhiều chất ức chế thường lớn hơn tổng hiệu ứng của các chất ức chế riêng lẻ. Tác dụng tương hợp này dẫn đến việc thực tế trong quá trình oxy hóa thường sử dụng hai hoặc nhiều hơn các chất ức chế oxy hóa.
1.13.3. Phụ gia ức chế ăn mòn
Ăn mòn là sự suy giảm thông qua sự thay đổi hóa học của một kim loại vào một hoặc nhiều các oxit của nó, oxit ngậm nước, cacboxylat, florua, cacbonat, hoặc các hợp chất khác. Các trường hợp đặc biệt của sự suy giảm của sắt hoặc thép bằng không khí ẩm (oxygen) được gọi là gỉ. Gỉ không thể xẩy ra trong các hệ thống mà ở đó oxy được loại trừ một cách nghiêm ngặt. Sự ăn mòn của các thành phần kim loại trong quá trình tiếp xúc với chất lỏng thủy lực có thể xẩy ra thông qua sự hoạt động của nước và không khí có mặt trong hệ thống hoặc bằng phản ứng hóa học trực tiếp của chất lỏng trên bề mặt kim loại.
Một chất ức chế ăn mòn là một chất phụ gia có thể ngăn cản hoặc làm giảm sự tấn công ăn mòn lên kim loại. Mặc dù chức năng của nó có thể là trực tiếp bảo vệ bề mặt kim loại. Chất phụ gia có chức năng như một chất ức chế ăn mòn nếu nó cản trở tới bất kỳ quá trình mà cuối cùng lên đến đỉnh điểm của sự ăn mòn. Vì lý do này mà quá trình ức chế ăn mòn và quá trình oxy hóa liên quan mật thiết với nhau.
Không chỉ các sản phẩm quá trình oxy hóa gây ra sự ăn mòn, nhưng sản phẩm của sự ăn mòn có thể thúc đẩy quá trình oxy hóa. Các phụ thuộc lẫn nhau của các chất ức chế quá trình oxy hóa và ức chế ăn mòn có thể được minh họa như sau.
Một chất chống oxy hóa làm chậm quá trình tự oxy hóa của một chất lỏng sẽ ngăn chặn sự hình thành axit của ăn mòn. Chất chống oxy hóa có thể phản ứng với amin và trung hòa các nguyên liệu có tính axit nhất định, nhưng amin thơm không có hiệu quả trung hòa axit cacboxylic, một sản phẩm phổ biến quá trình oxy hóa ăn mòn. Trong nhiều xét nghiệm kiểm soát chất lỏng thủy lực và bôi trơn, quá trình oxy hóa và ăn mòn được xem xét đồng thời.
Chất ức chế gỉ sét có hiệu quả thông qua việc hình thành một lớp mono phân tử kỵ nước trên bề mặt lớp kim loại màu được bảo vệ một cách chặt chẽ. Hầu hết
các phân tử hữu cơ với một nhóm cực hấp thụ gắn liền với một chuỗi kỵ nước ức chế gỉ sét. Các hợp chất phân cực trọng lượng cao phân tử ít hòa tan trong dầu nhưng có xuo hướng hấp thụ trên bề mặt kim loại và vì thế hiệu quả hơn chất ức chế gỉ. Tạo thành những màng chắc chắn ngăn chặn sự xâm nhập của nước.
Muối hoặc xà phòng của axit carboxylic trọng lượng cao phân tử như naphthenat hoặc axit sulfonic, đặc biệt là các sản phẩm dầu mỏ chiết xuất axit sulfonic hữu ích và các chất phụ gia không tốn kém cho các tác phẩm bôi trơn.
Những loại xà phòng, phân tán trong dung môi không phân cực, hình thành hệ thống keo. Các loại xà phòng được hấp phụ trên kim loại bề mặt và đang trong trạng thái cân bằng với nồng độ thấp của xà phòng trong dung dịch, trong đó, lần lượt là ở trạng thái cân bằng với xà phòng trong các mixen keo. Mặc dù các điểm cân bằng phức tạp chưa được hiểu đầy đủ, xem xét các hệ thống như là một trạng thái cân bằng cho phép giải thích một số các hiện tượng liên quan đến việc sử dụng các chất ức chế rỉ sét. Những hiệu ứng bao gồm hạn chế phạm vi nhiệt độ trong việc sử dụng các chất ức chế, loại bỏ cơ khí bề mặt lớp vỏ, chiết xuất của các chất ức chế từ dung dịch có nước, và sự suy giảm của lớp hấp thụ bằng cách pha loãng với chất lỏng thuỷ lực không chứa các chất ức chế.