ПАКЕТ ПРИСАДОК К МОТОРНЫМ МАСЛАМ И МАСЛО, ЕГО СОДЕРЖАЩЕЕ
ENGINE OIL ADDITIVE BATCH AND OIL CONTAINING SAID BATCH

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности к пакетам присадок для моторных масел, и может быть использовано при производстве масел для серийных и перспективных высокофорсированных бензиновых двигателей и турбонаддувных дизелей, эксплуатирующихся в холодных и арктических климатических зонах.
Возрастает потребность в маслах, обеспечивающих надежный пуск непрогретого двигателя при температурах от минус 45°C и ниже и обладающих высокими моющими и антиокислительными свойствами на установившихся режимах работы двигателя, характерными для масел класса вязкости 3з/12 и не ниже группы "Д" по уровню эксплуатационных свойств [А.А.Гуреев, И.Г.Фукс, В.Л.Лашхи. Химмотология. - М.: Химия, 1986, - с.261].
Уровень таких свойств обеспечивают входящие в состав пакетов присадок к маслу зольные металлсодержащие детергенты и фосфор-, цинксодержащие антиоксиданты, а также низкозастывающие компоненты основы масла, обеспечивающие пологую вязкостно-температурную характеристику масла в соответствующих температурных условиях.
Известно, что атомы фосфора обладают отравляющим действием для каталитических дожигателей выхлопных газов. Повышенное содержание серы в составе масла способствует загрязнению системы рециркуляции выхлопных газов, что негативно влияет на экологию окружающей среды. Атомы металлов, содержащиеся в пакетах присадок, повышая сульфатную зольность масел в целом, способствуют образованию химических пленок на поверхности металлических деталей, что затрудняет эффективную работу сажевых фильтров [Spikes Н. The history and mechanisms of ZDDP//ZTribology Letters, vol.17, №3, 2004, p.469-489].
К числу масел, распространенных в отечественной практике применения и обеспечивающих низкотемпературный запуск непрогретого двигателя при температуре окружающей среды до минус 45°С, относится универсальное всесезонное моторное масло М-4з/14Д [ГОСТ РВ 50920].
Указанное обусловливает интенсивный поиск решений, направленных на снижение в составе пакета присадок соединений, отрицательно влияющих на окружающую среду, с одной стороны, и на одновременное улучшение антиокислительных, деактивирующих свойств и вязкостно-температурных характеристик масел - с другой.
Перед авторами стояла задача разработать такой пакет присадок к моторным маслам и масло, его содержащее, которые бы улучшали антиокислительные, деактивирующие свойства и вязкостно-температурные характеристики масел в условиях их высокотемпературного окисления и низких (до минус 60°C) температур применения без снижения противоизносных, антифрикционных и противокоррозионных свойств масел и с одновременным уменьшением содержания серы, фосфора и сульфатной зольности.
При анализе патентной и научно-технической информации были выявлены технические решения, частично решающие поставленную задачу.
Известен пакет, содержащий присадки при их соотношении, мас.%:
ди(алкил)- и/или ди(алкиларил)дитиофосфат цинка
15-30
алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салицилат кальция
15-40
сукцинимидная присадка или высокомолекулярное
(м.м. 1200-5000) основание Манниха
20-35
продукт взаимодействия среднещелочного сульфоната
кальция с алкил(С<sub>12</sub>-С<sub>24</sub>)салициловой кислотой
до 100
фракция алкилбензола, выкипающая в интервале 300-600°C
до 1
[патент РФ №2235120, C10M 159/24, от 27.04.2004].
По этому патенту моторное масло на нефтяной и/или синтетической основе содержит описанный выше пакет присадок в количестве 4-10 мас.% и депрессорную и/или загущающую и антипенную присадки.
Известен также пакет присадок, содержащий,  мас.%:
алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салицилат кальция
10-40
высокощелочной сульфонат магния
5-15
продукт взаимодействия нейтрального и высокощелочного сульфонатов кальция с алкил(C<sub>12</sub>-C<sub>24</sub>)салициловой кислотой
до 100,
фракция алкилбензола, выкипающая в интервале 300-600°C
до 1
[патент РФ №2245899, C10M 159/24, от 10.02.2005].
По этому патенту масло на нефтяной и/или синтетической основе содержит описанный выше пакет присадок в количестве 3-15 мас.%, полиметилсилоксан 0,003-0,05 мас.% и может дополнительно содержать,  мас.%:
дитиофосфат цинка
0,4-2,5
и/или беззольный азотсодержащий дисперсант
1,0-3,0
депрессорная присадка
0,1-3,0
и/или загущающая присадка
1,0-3,0
2
2
Известно моторное масло, содержащее маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью 2-4 мм/с при 100°С в смеси с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм/с при той же температуре, щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, полиметакрилат марки "Д", полиметилсилоксан, гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом, высокомолекулярное основание Манниха, концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле, модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина и спиртовой цинкдитиофосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
2,9-4,9
щелочной сульфонат кальция
0,5-1,5
полиметакрилат марки "Д"
1,5-2,5
полиметилсилоксан
0,003-0,005
гидрированный блок-сополимер бутадиена
со стиролом
1,75-2,25
высокомолекулярное основание Манниха
2,0-3,0
концентрат смеси моно- и бисалкилсукцинимидов в масле
2,5-3,5
модифицированный продукт алкилирования фенола
хлорпарафинами
1,4-2,2
блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе
этилдиамина
0,015-0,025
спиртовой цинкдитиофосфат
0,6-1,6
остаточный компонент с кинематической вязкостью
15-20 мм<sup>2</sup>/с при 100°С
6,0-5,4
маловязкое дистиллятное масло с кинематической
вязкостью 2-4 мм<sup>2</sup>/с при 100°С
остальное
[патент РФ №2232796, C10M 161/00, от 20.07.2004].
Известен состав смазочного масла, содержащего, мас.%:
сера
0,01-0,3
фосфор
0,01-0,1
соль металла и органической кислоты, образующей
0,1-1,0% сульфатной золы
0,2-7,0
базовое минеральное масло с содержанием серы
не более 0,1%
до 100
беззольный дисперсант типа алкенированного или алкилированного сукцинимида, используемый в количестве, соответствующем 0,01-3,0% азота,
металлсодержащий детергент типа щелочной или щелочноземельной соли алкилсалициловой кислоты с основным числом 10-350 мг КОН/г и соли щелочноземельного металла алкилфенольного производного со структурой основания Манниха, используемых в количестве, соответствующем 0,1-1,0 золы; диалкилдитиофосфат цинка (0,01-0,1 в расчете на фосфор); ингибитор окисления на фенольной и/или аминной основе [патент США №6569818, C10M 141/02, от 27.05.2003].
К недостаткам перечисленных композиций следует отнести повышенное содержание фосфора, серы и сульфатной зольности в масле, что оказывает негативное влияние на работу катализаторов дожига, сажевых фильтров и систем рециркуляции отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания и неблагоприятно сказывается на окружающей среде, а также отсутствие деактивирующих свойств и невозможность обеспечить низкотемпературный запуск двигателя при температуре окружающей среды до минус 60°C.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым за прототип является пакет присадок к моторным маслам для высокофорсированных дизельных двигателей и моторное масло на минеральной основе, его содержащее в количестве 9-11 мас.% и антипенную присадку в количестве 0,003-0,005 мас.%. При этом пакет присадок содержит, мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
39,0-52,0
щелочной сульфонат кальция
9,0-23,0
модифицированный диалкилдитиофосфат цинка
13,0-16,0
блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина
0,9-1,1
фенил-α-нафтиламин
2,0-3,5
беззольный азотсодержащий дисперсант
до 100
[патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004].
Недостатком прототипа является высокое содержание фосфора, серы и сульфатной зольности за счет повышенного количества первых трех присадок в пакете, что неблагоприятно сказывается на окружающей среде; невозможность обеспечить низкотемпературный запуск двигателя при температуре окружающей среды до минус 60°C по причине высокой (минус 15°C) температуре застывания масла, отсутствие деактивирующих свойств.
Технический результат изобретения - расширение температурного диапазона применения масел и повышение ресурса двигателей за счет повышения антиокислительных, деактивирующих и противокоррозионных свойств моторного масла в условиях высокотемпературного каталитического окисления с пониженными содержанием в масле серы, фосфора и сульфатной зольности без снижения противоизносных и антифрикционных свойств масла, улучшения вязкостно-температурных характеристик масла при низких температурах окружающего воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пакете присадок к моторным маслам, содержащем щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, беззольный азотсодержащий дисперсант, блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина, модифицированный диалкилдитиофосфат и фенил-α-нафтиламин, согласно изобретению в качестве щелочного сульфоната кальция пакет содержит растворенный в масле карбонатированный продукт взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью кальция, имеющий щелочное число не менее 390 мг КОН/г, в качестве модифицированного диалкилдитиофосфата -50%-й раствор смеси аминной соли и амида диалкилдитиофосфорной кислоты в масле с тетра(2-этилгексил)тиурамдисульфидом, взятым в соотношении к 50%-му раствору смеси от 1:3 до 3:1 по массовой доле при атомном отношении серы к фосфору в диапазоне 3,25-11,55, и дополнительно содержит октилированный дифениламин при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
щелочной алкилсалицилат кальция
24,94-34,94
растворенный в масле карбонатированный продукт
взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью
кальция, имеющий щелочное число не менее 390 мг КОН/г
12,97-16,97
беззольный азотсодержащий дисперсант
17,96-21,96
блок-сополимер окисей этилена и пропилена
на основе этилендиамина
0,17-0,23
50%-й раствор смеси аминной соли и амида
диалкилдитиофосфорной кислоты в масле с тетра-
(2-этилгексил)тиурамдисульфидом, взятым в соотношении
к 50%-му раствору смеси от 1:3 до 3:1 по массовой доле
при атомном отношении серы к фосфору в
диапазоне 3,25-11,5
8,98-10,98
фенил-α-нафтиламин
8,98-10,98
октилированный дифениламин
до 100
Моторное масло на минеральной основе, содержащее антипенную полиметилсилоксановую присадку, согласно изобретению содержит указанный пакет присадок и дополнительно депрессорную полиметакрилатную присадку с молекулярной массой от 2800 до 3200 при соотношении, мас.%:
пакет присадок
8,695-11,345
антипенная полиметилсилоксановая присадка
0,003-0,005
депрессорная полиметакрилатная присадка с
молекулярной массой от 2800 до 3200
0,1-1,0
2
2
2
2
2
Моторное масло в качестве минеральной основы согласно изобретению содержит дистиллятное масло или его смесь с остаточным маслом селективной очистки, имеющее кинематическую вязкость от 51 до 75 мм/с при 40°C и температуру застывания не выше минус 15°C, масло, полученное из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм/с при 40°C и температурой застывания не выше минус 55°C, поли-α-олефиновое масло с кинематической вязкостью от 3,5 до 4,5 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 60°C, сложный эфир, полученный при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 55°C и поливинил-н-бутиловый эфир с кинематической вязкостью 3200-9000 мм/с при 100°C и молекулярной массой от 15000 до 25000 при следующем соотношении компонентов,  мас.%:
дистиллятное масло или его смесь с остаточным
маслом селективной очистки, имеющее кинематическую
вязкость от 51 до 75 мм<sup>2</sup>/с при 40°C и температуру
застывания не выше минус 15°C
10,0-20,0
масло, полученное из малосернистых парафинистых
нефтей глубокой селективной очисткой и
депарафинизацией, с кинематической вязкостью
от 16 до 22 мм<sup>2</sup>/с при 40°C и температурой
застывания не выше минус 55°C
40,0-50,0
поли-α-олефиновое масло с кинематической вязкостью
от 3,5-до 4,5 мм<sup>2</sup>/с при 100°С и температурой застывания
не выше минус 60°С
25,0-35,0
сложный эфир, полученный при взаимодействии
себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической
вязкостью не менее 3,2 мм<sup>2</sup>/с при 100°С и температурой
застывания не выше минус 55°С
5,0-15,0
поливинил-н-бутиловый эфир с кинематической
вязкостью 3200-9000 мм<sup>2</sup>/с при 100°С и молекулярной
массой от 15000 до 25000
до 100
Ниже приведена характеристика компонентов, входящих в состав пакета присадок и основы моторного масла.
Щелочной алкилсалицилат кальция - моющая присадка, вырабатываемая промышленностью под товарными марками Детерсол-140, Детерсол-300 по ТУ 38.101 290-88, ТУ 38.301-13-079-94. Является коллоидным раствором кальциевой соли алкилсалициловой кислоты с молекулярной массой 750-820 и мелкодисперсного карбоната кальция в минеральном масле. Общая щелочность присадки не менее 155 мг КОН/г, массовая доля сульфатной золы - не более 24,3%. Практикуемое введение в состав пакета присадок для моторных масел составляет от 20 до 45%.
Щелочной сульфонат кальция - моющая присадка, вырабатываемая промышленностью под товарными марками К-313 (ТУ 0257-016-40065462-01), К-312 (ТУ 0257-114-4006 5452-2000, С-300 (ТУ 38.101444-76), С-150 (ТУ 38.101 685-84). Является коллоидным раствором в масле карбонатированного продукта взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью кальция, имеющим щелочное число не менее 390 мг КОН/ г.
Беззольный азотсодержащий дисперсант - диспергирующая присадка, вырабатываемая промышленностью под товарными марками С-5АБ (ТУ 38. 401-58-130-95). К-51 (ТУ 38.401-58383-2007), С-5А (ТУ 38.101 146-77). Является масляным раствором модифицированного бором алкилсукцинимида.
Блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина - антиокислительная и деэмульгирующая присадка, вырабатываемая промышленностью под товарной маркой Дипроксамин 157 по ТУ 6-14-614-76. Представляет собой коллоидный раствор с массовой долей азота - 0,5-0,55% и массовой долей золы - не более 0,5%.
50%-й раствор смеси аминной соли и амида диалкилдитиофосфорной кислоты в масле - антиокислительная и противоизносная присадка [Чулков П.В., Чулков И.П. Краткий словарь-справочник по нефтепродуктам. - М.: Политехника, 1997, с.326]. Выпускается промышленностью по ТУ 38. 101105-84 под товарной маркой АДТФ. Массовая доля азота составляет не менее 0,2%, фосфора - не менее 3,3%.
Тетра(2-этилгексил)тиурамдисульфид (ТДС) - антиоксидант, вырабатываемый по СТО 08151164-110-2011. Свойства ярко выражены в области нагрузок 315-500 N. ТДС - продукт взаимодействия ди(2-этилгексил)амина с сероуглеродом и едким натром и при 20°С является жидкостью, содержащей 20,4 мас.% серы и 4,25 мас.% азота [Шхиянц И.В., Маркова Е.И., Воевода Н.В., Шер В.В., Санин П.И. Исследование антиокислителей типа диалкилдитиокарбаматов металлов // Нефтехимия, том 11, №6, 1971, с.919]. Применение ТДС известно [S.Kumar, N.N.Roy / Wear, - 1997, - v.209. - p.1-7} в составе полифункциональной композиции в совокупности с бис(арил/алкил) тиурамдисульфидом, бис-(арил)ксантогенатом и (арил/алкил)дитиокарбаматом. Диапазон атомного отношения серы к фосфору составляет 3,9-4,9.
Фенил-α-нафтиламин (N-фенил-1-нафтиламин) - антиокислительная присадка, выпускаемая промышленностью под товарной маркой «Неозон А» по ТУ 6-14-202-74. Является твердым веществом с температурами плавления 62-63°С, кипения 224°С при 12 мм рт.ст., хорошо растворимое в этаноле, диэтиловом эфире, бензоле и других углеводородных растворителях.
Октилированный дифениламин - антиокислительная присадка, выпускаемая промышленностью как под товарной маркой ДАТ по ТУ 38.1011215-89. Является жидким коллоидным раствором.
Полиметакрилатная присадка - депрессор, вырабатываемый промышленностью под товарными марками ПМА «Д»-110, К-110 по ТУ 0257-037-40065452-03 и др. Продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты и смеси жирных первичных спиртов с молекулярной массой от 2800 до 3200.
Полиметилсилоксановая жидкость применяется для улучшения антипенных свойств масел и вырабатывается промышленностью под товарной маркой ПМС-200А по ОСТ 6-02-20-79. Представляет собой жидкую смесь полиметилсилоксанов линейной и цилиндрической структуры с молекулярной массой 2500-3500 и массовой долей кремния 36-39%.
2
Дистиллятное масло или его смесь с остаточным маслом селективной очистки применяется в качестве компонента основы индустриальных и моторных масел и вырабатывается промышленностью под товарной маркой И-40А по ГОСТ 20799-88. Имеет кинематическую вязкость от 51 до 75 мм/с при 40°C и температуру застывания не выше минус 15°C.
2
Масло, полученное из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм/с при 40°C и температурой застывания не выше минус 55°C применяется в качестве компонента основы гидравлических и моторных масел и вырабатывается промышленностью под товарной маркой АУ по ТУ 38.301-29-71-94 и ТУ 38.1011232-89. Является маловязким дистиллятным маслом с кислотным числом - 0,05-0,07 мг КОН/г, зольностью сульфатной - 0,005%, температурой вспышки - 165°C.
2
Поли-α-олефиновое масло с кинематической вязкостью от 3,5 до 4,5 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 60°C применяется в качестве компонента основы авиационных, трансмиссионных, гидравлических и моторных масел и вырабатывается промышленностью под товарной маркой ПАОМ-4 по ТУ 0253-014-54409843-2007.
2
Сложный эфир, полученный при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 55°C вырабатывается под товарной маркой ДОСт по ТУ 6-06-11-88. Применяется преимущественно в качестве компонента основы трансмиссионных и моторных масел.
2
Поливинил-н-бутиловый эфир вырабатывается под товарной маркой Синтолюкс B-20 по СТО 57175009-005-2011 с кинематической вязкостью 3200-9000 мм/с при 100°C и молекулярной массой от 15000 до 25000. Применяется в качестве загустителя базовых масел.
Авторам не известен вариант применения ТДС (стр.9) в пакетах присадок к моторным маслам в сочетании с другими компонентами. Авторы провели исследование технической эффективности действия совокупности двух компонентов: АДТФ и ТДС. Для определения оптимальной концентрации компонентов в композиции были приготовлены ее образцы. Состав образцов представлен в таблице 1, а их характеристика по содержанию фосфора и серы - в таблице 2.
Таблица 1
Состав опытных образцов присадки
Компоненты присадки
Номер образца и соотношение в нем компонентов присадки
1
2
3
4
5
6
7
ТДС
0
0,2
0,25
0,5
0,75
0,8
1,0
АДТФ
1,0
0,8
0,75
0,5
0,25
0,2
0
Таблица 2
Характеристика опытных образцов присадки
Компоненты, входящие в композицию
Содержание, %
Атомное отношение
Р
S
S/P
Товарная присадка ДФ-11
0,0938
0,1942
2,0703
Образец 1
0,0640
0,1325
2,0703
Образец 2
0,0480
0,1500
3,1250
Образец 3
0,0480
0,1560
3,2500
Образец 4
0,0320
0,1674
5,2312
Образец 5
0,0160
0,1848
11,5500
Образец 6
0,0160
0,1883
11,7687
Образец 7
отс.
0,2022
-
Соотношение АДТФ и ТДС в композиции выбрано в пределах от 1:3 до 3:1, дающих наиболее высокий технический результат. Композиция вводится в пакет в количестве 8,98-10,98 мас.%, что обеспечивает повышение антиокислительных свойств при сохранении противоизносных и антифрикционных свойств с одновременным снижением содержания серы, фосфора и сульфатной зольности в маслах.
Для подтверждения заявляемого соотношения компонентов в композиции и выявления эффективности их действия в пакете приготовленные образцы (табл.1, 2) в сравнении с применяемой антиокислительной и противоизносной присадкой ДФ-11 были испытаны для оценки антиокислительных, противоизносных и антифрикционных свойств.
Испытания опытного образца масла, содержащего 1 мас.% композиции (образец №4 в табл.1, 2) в заявленных соотношениях, в сравнении с маслом (по прототипу), содержащим 1 мас.% товарной присадки ДФ-11, проводили по моторному методу ИКМ-40 (ГОСТ 20457) оценки антиокислительных свойств (таблица 3).
Таблица 3
Оценка антиокислительных свойств масел
Наименование показателя
Норма по методу
Образец с ДФ-11
Образец №4 из таблиц 1, 2
Антиокислительные свойства
Прирост кинематической вязкости при 50°C за время испытаний, %
Не более 50
34
23
Антикоррозионные свойства
Потеря массы вкладыша нижней головки шатуна, мг
Не более 25
19
14
Результаты испытаний показали, что образец масла, содержащий 1 мас.% присадки в заявленных соотношениях (образец №4 в табл.1, 2) превосходит образец масла, содержащий 1 мас.% товарной присадки ДФ-11, по антиокислительным свойствам (табл.3, строка 1) и не только сохраняет уровень, но и превосходит его (табл.3, строка 2) по антикоррозионным свойствам. Испытания образцов по оценке противоизносных и антифрикционных свойств (трибологических характеристик) проводили по ГОСТ 9490. Как показали результаты испытания (таблица 4), предложенная композиция АДТФ и ТДС (образцы 3-5 в табл.1, 2) в масле обеспечивает сопоставимые с диалкилдитиофосфатом цинка (ДФ-11) противоизносные и антифрикционные свойства, а их показатели не превышают допустимые значения.
Таблица 4
Результаты оценки трибологических характеристик образцов
Состав опытных образцов композиции
Противоизносные свойства
Антифрикционные свойства
Диаметр пятна износа, D<sub>u</sub>, мм<sup>*</sup>
Коэффициент трения, f (60 мин)<sup>**</sup>
Смесь И-20 и И-40 (0,5:0,5)
0,92
0,154
То же с:
1% ДФ-11
0,392
0,138
1% образца 1
0,706
0,145
1% образца 2
0,462
0,131
1% образца 3
0,429
0,139
1% образца 4
0,435
0,135
1% образца 5
0,449
0,140
1% образца 6
0,680
0,143
1% образца 7
0,706
0,145
* Допускается не более 0,45 мм
** Допускается не более 0,140
В результате испытаний опытных образцов предложенной композиции установлено, что оптимальным по составу и уровню свойств является композиция присадки, состоящая из смеси ТДС и АДТФ в соотношении 0,5:0,5 при атомном отношении серы к фосфору 5,2312 (образец №4).
Авторами не обнаружено применения такого сочетания компонентов в композициях пакета присадок и в составе основы моторных масел в заявленных соотношениях, а заявляемый состав пакета присадок условно назван пакетом «ЦЕБАЗОЛ-25-13». Провели исследование технической эффективности действия пакета присадок и масла, его содержащего.
Предлагаемый пакет присадок к моторным маслам готовили смешением отдельных присадок в определенной последовательности в условиях термостатирования и постоянного перемешивания по всему объему при заданной температуре до получения однородной массы. Для обоснования количественного содержания компонентов в пакете присадок были приготовлены образцы. Состав образцов пакета присадок представлен в таблице 5.
Приготовленные образцы пакета присадок прошли испытания по оценке физико-химических показателей в соответствии с заданными требованиями. Результаты испытаний образцов приведены в таблице 6.
Таблица 5
Состав опытных образцов пакета присадок
Компоненты пакета присадок
Номер пакета присадок и массовая доля в нем компонентов, мас.%
1
2
3
4
5
Щелочной алкилсалицилат кальция
24,93
24,94
29,94
34,94
34,95
Растворенный в масле карбонатированный продукт взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью кальция, имеющий щелочное число не менее 390 мг КОН/ г
12,96
12,97
14,97
16,97
16,98
Беззольный азотсодержащий дисперсант
17,95
17,96
19,96
21,96
21,97
Блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина
0,16
0,17
0,20
0,23
0,24
50%-й раствор смеси аминной соли и амида диалкилдитиофосфорной кислоты в масле с тетра(2-этилгексил)тиурамдисульфидом, взятым в соотношении к 50%-му раствору смеси 1:1 по массовой доле при атомном отношении серы к фосфору 5,23
8,97
8,98
9,98
10,98
10,99
Фенил-α-нафтиламин
8,97
8,98
9,98
10,98
10,99
Октилированный дифениламин
26,06
26,00
14,97
3,04
3,88
Таблица 6
Результаты испытаний образцов пакета присадок
Наименование показателей
Норма для пакета<sup>*</sup>
Значения показателей для пакета
1
2
3
4
5
Щелочное число, мг КОН/г,
не менее 95,0
94,79
95,01
101,99
106,35
106,48
Массовая доля серы, %,
не более 0,3
0,21
0,23
0,26
0,28
0,31
Зольность сульфатная, %,
не более 10,0
8,5
9,8
9,9
10,0
12,5
Массовая доля фосфора, %,
не более 0,05
0,040
0,043
0,045
0,048
0,053
* Нормы приведены исходя из требований ACEA C4-08
Из данных таблицы 6 видно, что оптимальными по количеству присадок в пакете, отвечающими предъявляемым требованиям, являются образцы пакетов присадок №2-4.
Пакеты присадок №2-4 в количестве 8,695-11,345 мас.% были введены в базовое масло М-20 (по прототипу).
Были приготовлены образцы масла с пакетами присадок в заявляемых соотношениях при условии содержания в масле не только разных по составу пакетов (пакеты №2-4), но и в различных их концентрациях (от 8,695 до 11,345%, а также за пределами заявленного диапазона): образец 1 (8,695% пакета №2); образец 2 (8,695% пакета №3); образец 3 (8,695% пакета №4); образец 4(10% пакета №2); образец 5 (10% пакета №3); образец 6 (10% пакета №4); образец 7 (11,345% пакета №2); образец 8 (11,345% пакета №3); образец 9 (11,345% пакета №4); образец 10 (8,694% пакета №2); образец 11 (8,694% пакета №3); образец 12 (8,694% пакета №4); образец 13 (11,346% пакета №2); образец 14 (11,346% пакета №3); образец 15 (11,346% пакета №4).
Основные физико-химические свойства масел, содержащих пакеты присадок в концентрации от 8,695 до 11,345%, представлены в таблице 7.
Из данных таблицы 7 видно, что оптимальными по составу пакетами присадок в масле, отвечающими предъявляемым требованиям, являются образцы масла 4-6 с 10 мас.% пакета присадок №2-4. Образцы 1-3 и 7-15 уступают по свойствам образцам 4-6. Наиболее оптимальным по физико-химическим свойствам является опытный образец масла с 10 мас.% пакета присадок №3.
Для выявления эффективности действия заявляемого соотношения компонентов пакета присадок в масле образец масла с 10 мас.% пакета присадок №3 в сравнении с маслом, содержащим 10 мас.% известного (по прототипу) товарного пакета, был испытан для оценки антиокислительных, противокоррозионных, деактивирующих, противоизносных и антифрикционных свойств.
Антиокислительные и противокоррозионные свойства масла с пакетом присадок оценивались на установке ИКМ-40 по методу ГОСТ 20457. В таблице 8 представлены результаты оценки антиокислительных и противокоррозионных свойств масла.
Таблица 7
Основные физико-химические свойства масла, содержащего пакет присадок в различной концентрации
Наименование показателей
Номера образцов масел с пакетами присадок
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Щелочное<sup>1</sup> число, мг КОН/г
8,60
8,90
9,25
9,50
10,19
10,63
10,75
10,90
11,34
9,10
9,48
9,56
10,40
10,65
10,98
Массовая доля, %, серы<sup>2</sup>
0,18
0,20
0,21
0,22
0,26
0,30
0,32
0,34
0,37
0,21
0,23
0,25
0,38
0,39
0,42
Массовая доля, %, фосфора<sup>3</sup>
0,033
0,036
0,038
0,040
0,045
0,050
0,056
0,062
0,067
0,030
0,032
0,033
0,058
0,066
0,071
Массовая доля, %, кальция<sup>4</sup>
0,28
0,30
0,31
0,32
0,34
0,36
0,38
0,40
0,41
0,25
0,27
0,30
0,42
0,45
0,47
Зольность сульфатная<sup>5</sup>, %
0,92
0,93
0,94
0,98
0,99
1,00
1,05
1,10
1,18
0,90
0,98
1,06
1,25
1,35
1,45
<sup>1</sup> Допускается не менее 9,5 мг КОН/г
<sup>2 </sup>Допускается не более 0,3%
<sup>3</sup> Допускается не более 0,05%
<sup>4</sup> Допускается в пределах 0,28-0,36%
5 Допускается не более 1,0
Таблица 8
Результаты оценки антиокислительных и противокоррозионных свойств масел
Наименование показателя
Норма по методу
Образец с пакетом по прототипу (патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004)
Масло с пакетом присадок №3 (заявляемый)
Антиокислительные свойства
Прирост кинематической вязкости при 50°C за время испытаний, %
Не более 50
16,0
13,9
Противокоррозионные свойства
Потеря массы вкладыша нижней головки шатуна, мг
Не более 25
19,0
14,0
Результаты испытаний показали, что образец масла, содержащий 10 мас.% пакета присадок в заявленных соотношениях по антиокислительным свойствам (табл.8, строка 1) превосходит образец масла, содержащий 10 мас.% известного товарного пакета присадок, и не только сохраняет уровень, но и превосходит его (табл.8, строка 2) по антикоррозионным свойствам.
Деактивирующие свойства по отношению к медьсодержащим соединениям определяли на установке ВО-4 по методу СТО 08151164-012-2009. В таблице 9 представлены результаты оценки деактивирующих свойств масла.
Таблица 9
Результаты оценки деактивирующих свойств масел
Наименование образца
Время окисления, ч
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/с
Кислотное число, мг КОН/г
Окисление без катализатора
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% заявляемого пакета присадок №3
0
20,12
0,07
5,0
20,78
0,42
10,0
21,04
0,93
15,0
21,78
1,64
20,0
22,25
2,09
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% пакета присадок по прототипу (патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004)
0
20,20
0
5,0
21,48
0,49
10,0
21,99
1,66
15,0
22,37
2,60
20,0
22,90
3,18
Окисление с катализатором - окисью меди
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% заявляемого пакета присадок №3
0
20,12
0,07
5,0
20,98
0,55
10,0
21,48
1,34
15,0
22,19
2,07
20,0
22,97
2,46
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% пакета присадок по прототипу (патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004)
0
20,20
0
5,0
21,18
1,12
10,0
21,75
1,99
15,0
22,44
2,97
20,0
23,33
3,68
Окисление с промотором - нафтенатом меди
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% заявляемого пакета присадок №3
0
20,12
0,07
5,0
21,08
0,71
10,0
21,76
1,55
15,0
22,43
2,34
20,0
23,05
2,94
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% пакета присадок по прототипу (патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004)
0
20,20
0
5,0
21,38
1,36
10,0
22,66
2,09
15,0
22,98
3,18
20,0
23,70
3,88
Из данных, представленных в таблице 9, видно, что лучшие деактивирующие свойства по отношению к цветному металлу - меди, характеризующиеся меньшим значением прироста вязкости и кислотного числа (столбцы 3,4 таблицы 9), показал образец масла с 10% заявляемого пакета присадок №3. Образец масла, содержащий 10 мас.% известного товарного пакета присадок (по прототипу) уступает заявленному образцу.
Испытания пакетов по оценке противоизносных и антифрикционных свойств проводили по ГОСТ 9490 и методу МИ 13.165-2002 (таблица 10).
Таблица 10
Результаты оценки трибологических характеристик пакетов
Состав опытных
Противоизносные свойства
Антифрикционные свойства
образцов композиции
Диаметр пятна износа, D<sub>u</sub>, мм<sup>*</sup>
Коэффициент трения, f<sup>**</sup>
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% заявляемого пакета присадок №3
0,435
0,135
Образец масла М-20, содержащий 10 мас.% пакета присадок по прототипу (патент РФ №2223303, C10M 167/00, от 10.02.2004)
0,429
0,131
* Допускается не более 0,45 мм.
** Допускается не более 0,140 за 60 мин
Как показали результаты испытания, заявляемый пакет присадок в масле улучшает по сравнению с товарным пакетом противоизносные и антифрикционные свойства и не превышает допустимые значения.
Для определения оптимального соотношения компонентов основы масла в заявляемом диапазоне с оценкой его эффективности по основным физико-химическим свойствам были приготовлены его образцы (таблица 11).
Таблица 11
Состав опытных образцов основы масла
Компоненты базового масла
Номер образца основы масла и массовая доля в ней компонентов, %
1
2
3
4
5
Дистиллятное масло или его смесь с остаточным маслом селективной очистки, имеющее кинематическую вязкость от 51 до 75 мм<sup>2</sup>/с при 40°C и температуру застывания не выше минус 15°C
9,9
10,0
15,0
20,0
20,1
Масло, полученное из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм<sup>2</sup>/с при 40°C и температурой застывания не выше минус 55°C
39,9
40
45
50
50,1
Поли-α-олефиновое масло с кинематической вязкостью от 3,5 - до 4,5 мм<sup>2</sup>/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 60°C
24,9
25,0
30,0
35,0
35,1
Сложный эфир, полученный при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм<sup>2</sup>/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 55°C
4,9
5,0
10,0
15,0
15,1
Поливинил-н-бутиловый эфир с кинематической вязкостью 3200-9000 мм<sup>2</sup>/с при 100°C и молекулярной массой от 15000 до 25000
До 100%
Образцы основы масла прошли испытания по оценке основных физико-химических свойств, а результаты испытаний представлены в таблице 12.
Таблица 12
Результаты испытаний опытных образцов основы масла
Наименование показателей
Норма для масла
Номер образца основы масла (из табл.9)
1
2
3
4
5
Значения показателей
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/с
10,5-11,5
10,3
10,5
11,0
11,5
11,8
Температура застывания, °C
не выше минус 60
минус 58
минус 60
минус 61
минус 60
минус 56
Зольность, %
не более 0,005
0,003
0,004
0,004
0,005
0,008
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C
не ниже 190
205
200
195
190
185
Из данных таблицы 12 видно, что оптимальными по составу и соотношению компонентов в основе масла, отвечающими заданным требованиям, являются образцы №2-4. Образцы №1 и №5 уступают образцам №2-4. Наиболее оптимальным по характеристикам является образец основы №3.
Были приготовлены образцы масла на основе №3 с пакетами присадок №2-4 в заявляемых соотношениях при условии содержания в масле не только разных по составу пакетов, но и в различных их концентрациях (от 8,695 до 11,345%, а также за пределами заявленного диапазона): образец 1 (8,695% пакета №2); образец 2 (8,695% пакета №3); образец 3 (8,695% пакета №4); образец 4(10% пакета №2); образец 5 (10% пакета №3); образец 6 (10% пакета №4); образец 7 (11,345% пакета №2); образец 8 (11,345% пакета №3); образец 9 (11,345% пакета №4); образец 10 (8,694% пакета №2); образец 11 (8,694% пакета №3); образец 12 (8,694% пакета №4); образец 13 (11,346% пакета №2); образец 14 (11,346% пакета №3); образец 15 (11,346% пакета №4).
Результаты испытаний по оценке основных физико-химических свойств масел, содержащих пакеты присадок в концентрации от 8,695 до 11,345%, представлены в таблице 13.
Таблица 13
Результаты испытаний масла, содержащего пакеты присадок №2-4
Наименование показателей
Номера образцов масел с пакетами присадок
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Вязкость кинематическая при 100°C, мм<sup>2</sup>/с
11,5
11,6
11,7
11,8
12,0
12,2
12,3
12,4
12,5
11,4
11,3
11,1
12,7
12,9
13,2
Вязкость на вискозиметре CCS при минус 30°C, мПа·с, не более
5500
5400
5400
5300
5200
5300
5500
5700
5900
5400
5500
5600
6200
6500
6700
Вязкость на вискозиметре MRV при минус 35°C, мПа·с, не более
31000
32500
32000
32000
33000
33500
34500
36500
37500
31900
32400
32850
45000
48500
52000
Вязкость при 150°C и скорости сдвига 10<sup>6</sup> с<sup>-1</sup>, мПа·с, не ниже
2,6
2,7
2,8
3,0
2,9
3,1
3,2
3,3
3,4
3,1
3,2
3,3
2,8
2,6
2,4
Температура застывания, °C, не выше
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 60
минус 59
минус 57
минус 56
минус 54
минус 55
минус 58
Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °C, не ниже
186
188
189
206
196
200
204
203
206
192
193
190
207
208
210
Из данных таблицы 13 видно, что наиболее оптимальным по физико-химическим свойствам является заявляемый образец масла №5 с 10 мас.% пакета присадок №3.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав пакета присадок и масла, его содержащего, значительно отличается от известного введением и сочетанием иных компонентов, а именно
в составе пакета - растворенного в масле карбонатированного продукта взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью кальция, имеющего щелочное число не менее 390 мг КОН/ г, 50%-го раствора смеси аминной соли и амида диалкилдитиофосфорной кислоты в масле с тетра(2-этилгексил)тиурамдисульфидом, взятым в соотношении к 50%-му раствору смеси 1:1 по массовой доле при атомном отношении серы к фосфору 5,23, и октилированного дифениламина;
в составе масла - пакета присадок с иными компонентами в количестве 8,695-11,345 мас.% и дополнительно полиметакрилатной присадки с молекулярной массой от 2800 до 3200 в количестве 0,1-1,0 мас.%;
2
2
2
2
2
в составе основы масла - дистиллятного масла или его смеси с остаточным маслом селективной очистки, имеющего кинематическую вязкость от 51 до 75 мм/с при 40°C и температуру застывания не выше минус 15°C, масла, полученного из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм/с при 40°C и температурой застывания не выше минус 55°C, поли-α-олефинового масла с кинематической вязкостью от 3,5 до 4,5 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 60°C, сложного эфира, полученного при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 55°C и поливинил-н-бутилового эфира с кинематической вязкостью 3200-9000 мм/с при 100°C и молекулярной массой от 15000 до 25000.
2
2
2
2
2
Кроме того, известные компоненты - щелочной алкилсалицилат кальция, беззольный азотсодержащий дисперсант, блок-сополимер окисей этилена и пропилена на основе этилендиамина и фенил-α-нафтиламин - в пакете (таблица 5); дистиллятное масло или его смесь с остаточным маслом селективной очистки, имеющее кинематическую вязкость от 51 до 75 мм/с при 40°C и температуру застывания не выше минус 15°C, масло, полученное из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм/с при 40°C и температурой застывания не выше минус 55°C, поли-α-олефиновое масло с кинематической вязкостью от 3,5 до 4,5 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 60°C, сложный эфир, полученный при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм/с при 100°C и температурой застывания не выше минус 55°C и поливинил-н-бутиловый эфир с кинематической вязкостью 3200-9000 мм/с при 100°C и молекулярной массой от 15000 до 25000 - в составе основы масла (таблица 11), применяются в другом процентном соотношении.
Несмотря на то, что в компоненте пакета концентрация активного вещества растворенного в масле карбонатированного продукта взаимодействия алкилбензолсульфокислоты с гидроокисью кальция со щелочным числом не менее 390 мг КОИ/ г выше, чем в щелочном сульфонате кальция, эффект достигается введением его в меньшей концентрации в масле, что снижает содержание серы и сульфатной зольности (таблица 8).
Введение в пакет 50%-го раствора смеси аминной соли и амида диалкилдитиофосфорной кислоты в масле с тетра(2-этилгексил)тиурамдисульфидом, взятым в соотношении к 50%-му раствору смеси 1:1 по массовой доле при атомном отношении серы к фосфору 5,23, обусловливает снижение неблагоприятного воздействия на окружающую среду содержания серы, фосфора и сульфатной зольности в моторном масле и одновременное повышение деактивирующих и противокоррозионных свойств в условиях высокотемпературного каталитического окисления масел без снижения уровня противоизносных и антифрикционных свойств (таблицы 7-10). Дополнительное введение октилированного дифениламина в состав пакета присадок приводит к улучшению антиокислительных свойств масла (таблица 8).
2
2
2
2
2
Сочетание в составе основы масла в заявляемом процентном соотношении дистиллятного масла или его смеси с остаточным маслом селективной очистки, имеющего кинематическую вязкость от 51 до 75 мм/с при 40°С и температуру застывания не выше минус 15°С, масла, полученного из малосернистых парафинистых нефтей глубокой селективной очисткой и депарафинизацией, с кинематической вязкостью от 16 до 22 мм/с при 40°С и температурой застывания не выше минус 55°С, поли-α-олефинового масла с кинематической вязкостью от 3,5 до 4,5 мм/c при 100°С и температурой застывания не выше минус 60°С, сложного эфира, полученного при взаимодействии себациновой кислоты и 2-этилгексанола, с кинематической вязкостью не менее 3,2 мм/с при 100°С и температурой застывания не выше минус 55°С и поливинил-н-бутилового эфира с кинематической вязкостью 3200-9000 мм/с при 100°С и молекулярной массой от 15000 до 25000 обеспечивает низкотемпературный запуск непрогретого двигателя при температуре окружающей среды до минус 60°С.
Применение изобретения позволит производить моторные масла для высокофорсированных бензиновых двигателей и турбонаддувных дизелей с улучшенными антиокислительными, противокоррозионными дезактивирующими свойствами с сохранением уровня противоизносных и антифрикционных свойств и одновременным снижением серы, фосфора и сульфатной зольности, что способствует увеличению сроков смены масел в двигателе и его межремонтного ресурса.