Повышение стабильности полимерных присадок в загущенных маслах при термоокислительном каталитическом воздействии

Актуальность работы.

В настоящее время, как в зарубежной, так и в отечественной практике широкое применение приобрели загущенные масла и, в особенности, моторные. Загущенные масла получают введением в основы нефтяного, синтетического происхождения или их смеси полимерных (вязкостных или загущающих) присадок.

Значительный вклад в создание научных основ производства и применения загущенных масел, а также синтеза вязкостных присадок внесли советские ученые К. С. Рамайя, Е. Г. Семенидо, Н. Г. Пучков, Д.С. Великов-ский, Г. И. Кичкин, JI.A. Потоловский, A.M. Кулиев, Г. И. Шор, А. Б. Виппер, С. Г. Арабян и др.

Появление загущенных масел обусловлено необходимостью разработки всесезонных масел, работающих в широком температурном диапазоне и необходимостью сохранения повышенной вязкости масел при высоких температурах для обеспечения прочной масляной пленки между кон-тактируемыми деталями и одновременно пониженной вязкости при отрицательных температурах для обеспечения требуемых пусковых свойств и прокачиваемости. При традиционном компаундировании малои высоковязких основ, с целью получения сезонных (зимних и летних) масел, невозможно широко варьировать вязкостно-температурные характеристики продуктов [1−9].

В отличие от сезонных, загущенные всесезонные масла изменяют вязкость под влиянием не только температуры, но и скорости сдвига, причем, это изменение временное. С уменьшением скорости относительного перемещения смазываемых деталей вязкость сохраняется достаточно вы-| сокой, а с увеличением — снижается. Пониженная вязкость масла в начале проворачивания холодного двигателя стартером, как уже отмечалось выше, облегчает его пуск и обеспечивает подтекание масла через зазоры к t i поверхностям трения снижая, тем самым, пусковые износы деталей и уменьшая потери мощности на трение и приводя также к экономии топлива.

Предварительные расчеты свидетельствуют о перспективном увеличении промышленного выпуска загущенных масел, а, следовательно, и спроса на вязкостные присадки. Полагают, что это определяется ужесточением требований к экономии топлива, достигаемой, в том числе, путем внедрения в эксплуатацию энергосберегающих масел, а также расширением области применения загущенных масел [10].

Важной эксплуатационной характеристикой загущенных масел является их стойкость к различного рода деструкциям (механической, термической, термоокислительной). Предельные значения этих характеристик нормируются в зарубежных классификациях на моторные масла, а именно: в европейской — АСЕА (Ассоциация европейских производителей автомобилей) и американской — API (Американский институт нефти). Стойкость к механической деструкции регламентируется также классификацией масел по вязкости — SAE (общество автомобильных инженеров). Классификация устанавливает 12 классов вязкости для моторных масел. Стойкость масел и их возможность остаться в заявленном вязкостном классе определяется по результатам прокачивания масла в течение 30 циклов на стенде БОШ. Однако данные требования в основном определяют стойкость масла к механической деструкции, но не характеризуют термоокислительную и термическую деструкцию. Аналогичные нормы устанавливают также отечественные производители двигателей. В частности, для двигателей семейства ЯМЗ стойкость к термоокислительной деструкции регламентируется на уровне «не более 8%» [11].

В современных условиях расширение выпуска загущенных масел происходит на фоне активной конкурентной борьбы между участниками рынка, включая производителей присадок [12]. Это требует серьезных усилий, например, в части научно-обоснованной проработки вопроса о качестве современных вязкостных присадок и поиска оптимальных вариантов их наиболее эффективного применения в маслах.

Анализ составов современных масел, допущенных к производству и применению за последние 3−5 лет, показывает, что масла более высокого уровня качества, т. е. относящиеся к высоким эксплуатационным группам, получаются преимущественно с использованием полимеров зарубежного производства. При чем каждая ведущая компания, выпускающая присадки (Infineum, Chevron, Lubrizol и др.), как правило, к своим пакетам присадок предлагают собственные полимеры, характеризующиеся, по их мнению, наибольшей совместимостью или сочетаемостью с отдельными функциональными присадками и не оказывающие отрицательного влияния на свойства конечного продукта.

До настоящего времени отечественные полимерные присадки в масла высших эксплуатационных групп практически не вовлекались прежде всего из-за недостаточной устойчивости к термоокислительной деструкции.

Исходя из этого, представлялось целесообразным понять, каким образом состав и строение полимеров, используемых в качестве вязкостных присадок, влияют на устойчивость масел к термоокислительной деструкции, и на основании полученных результатов разработать рекомендации по выбору наиболее предпочтительных полимеров, прежде всего из числа отечественных, для получения современных загущенных масел. Определить пути и способы стабилизации последних к термоокислительным воздействиям.

Цель работы и задачи исследования.

Установить особенности поведения полимерных присадок в загущенных маслах в процессе термоокислительных каталитических воздействий, типичных для практики эксплуатации, и определить способы минимизации возможных последствий негативным образом влияющих на качество масел.

Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

— обосновать и выбрать методы для экспериментальной проверки, дающие объективное представление о механизме действия присадок в маслах и требуемую достоверность полученных результатов;

— изучить поведение загущенных масел в условиях термоокислительных каталитических воздействий;

— оценить влияние строения полимеров и природы базовых масел на изменение вязкостных характеристик масел в условиях типичных для практики эксплуатации;

— исследовать поведение различных функциональных присадок и выбрать наиболее эффективные из них в качестве стабилизаторов вязкости;

— выработать рекомендации и предложения по оперативной оценке поведения загущенных масел в условиях термоокислительных каталитических воздействий;

— разработать технологию получения отечественной загущающе присадки.

Научная новизна.

Установлена взаимосвязь между строением и структурой наиболее типичных полимерных углеводородных присадок (этилен-пропиленовых, бутадиен, -изопрен стирольных гидрированных) и компонентным составом базовых масел (нефтяной и поли-а-олефиновых), определяющая стабильность загущенных масел в процессе каталитического термолиза.

Научно обоснованы способы снижения термоокислительной деструкции полимерных присадок, отрицательным образом отражающейся на эксплуатационных свойствах масел, путем введения и сочетания функциональных присадок (алкилсалицилатов, алкилфенолятов, сукцинимидов и др.) и сочетанием нефтяной и синтетической основ.

Впервые предложен способ модификации тройного этилен-пропиленового сополимера с дициклопентадиеном путем регулируемой термо-механической деструкции, на основе которого разработана и внедрена технология получения загущающей присадки, обеспечивающая требуемые свойства современных моторных масел.

Практическая значимость.

Разработаны:

— рекомендации по выбору функциональных присадок, обеспечивающих стабилизацию вязкости загущенных масел в процессе каталитического термолиза, которые необходимо учитывать на этапе создания смазочных композиций и оптимизации их состава;

— технология получения загущающей присадки на основе отечественного полимера, наиболее подходящего для модификации с последующим использованием полученного продукта в качестве вязкостной присадки к моторным маслам, не уступающей по эффективности действия зарубежным аналогам;

— создано производство загущающей присадки на основе тройного этилен-пропиленового сополимера, получившей товарное наименование К-61. Технология внедрена в ООО «HlШ Квалитет».

— предложения по оперативному определению потери вязкости загущенных масел в условиях каталитического термолиза, которые могут быть использованы при выборе полимера, в т. ч. и при его замене в товарном прототипе, на этапе предшествующем квалификационной проверке.

выводы.

1. Изучено изменение вязкости загущенных масел в процессе термоокислительных каталитических воздействий. Изменение вязкости зависит от строения полимера и природы базового масла (основы). В загущенной синтетической основе, в частности в поли-а-олефинах (ПАО), вязкость масла снижается больше, чем в нефтяной.

2. Стабилизация вязкости загущенных масел в условиях каталитического термолиза достигается как путем подбора масляной основы, так и выбором функциональных присадок, среди которых наиболее предпочтительными являются детергенты. В свою очередь возможность корректировки состава основы в этом случае существенно ограничена из-за жестких требований, предъявляемых к вязкостно-температурным характеристикам загущенных масел.

3. Действия детергентов по стабилизации вязкости убывает в ряду салицилаты > феноляты > сульфонаты.

Эффективность детергентов связана с их способностью противодействовать процессам окисления, и определяется наличием большего количества щелочных центров, наиболее доступных для развития различного рода реакций в системе и наименьшими размерами мицелл детергента. Усиление стабилизирующего действия детергента возможно при его сочетании с сукцинимидом. Сукцинимид в системе является не только стабилизатором инородной дисперсной фазы присутствующей в масле, но и вступает во взаимодействие с карбонатом кальция мицеллы детергента, облегчая доступ дисперсионной среды к щелочным фрагментам.

4. При разработке композиций для загущенных масел с заданным уровнем эксплуатационных свойств следует отдавать предпочтение таким присадкам, которые помимо эффективности по своему основному функциональному назначению выступают также активными стабилизаторами загущенных масел в условиях каталитического термолиза.

5. Предложена прогнозная оценка коллоидной стабильности растворов полимеров применительно к равновесным и неравновесным системам в условиях каталитического термолиза. Данная оценка базируется на определении оптической плотности термостатированных загущенных масел. При этом равновесное состояние рекомендуется характеризовать произведением, один из сомножителей которого определяет общее количество дисперсной фазы в системе, а второй — количество исключительно твердых частиц. Неравновесное состояние характеризуется степенной функцией, интенсивность изменения которой (степень) пропорционально содержанию крупных частиц в растворе, как наиболее трудно стабилизируемых ингредиентов системы.

6. Разработана технология получения отечественной загущающей присадки, не уступающая по эффективности зарубежным аналогам. Технология внедрена в ООО «НПП Квалитет». Присадка имеет генеральный допуск МВК, позволяющий успешно использовать ее в составе современных моторных масел.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

— ДОПУСК-по производству и применению 2276/700. от «26» .июня.20.03 г.

Нефтепродукт.загущаюпшя.присадка К-бГ наичепоаанис, марка указать с петая, особенности технологии произиолстоа р§-11 •-:¦ |||| ,.

ЗёЬйглЬай! ¦ ¦ прошел испытания. в состане, моторных масел. указали? пиъем испытаний соответствует требованиям. ТУ .0257−014^40 065 452−01 указать /ОС/, 1У м лр. ф :•-'.* ¦. этдо&ЗВдопускается к производству и применению.п.составе.моторных.масе-. указать область применения наравне с другими присадками, ашшогнчного. .функционального пазначс-] ния. юванием для принятия решения о допуске является рекомендация Рабочей группы научной экспертизы. но маслам моторным наименование райочей ¡-рупяы протокол.^ .0тгот.25.06.03г,). научной экспертизы, «емгер прумюкала. лита э"с?лапия.

Юридически" адрес предприятия — изготовителя нефтепродукта.

1ИШГ Н11П"Квалитет>>-.1.09.1.47, г. Москва, ул. Марксистская,.д,.22.

Место, пр: ва:.140.0.00, г, Люберцы Московской обл., Котельнический. проезд. 25.

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ МЕЖВЕДОМСТВЕН! юй комиссии ЗАМЕСТИТЕЛЬ ПРЕДГОДЦ’ЕЛЯ ГОССТАНДАРТА РОССИИ С.