КОМПОЗИЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
FUNCTIONAL FLUID COMPOSITION

Настоящее изобретение относится к композиции функциональной жидкости, в частности для использования в качестве смазочной композиции в двигателях, эксплуатируемых в условиях больших нагрузок, таких как судовые дизельные двигатели и двигатели на силовых установках. Более конкретно, настоящее изобретение относится к функциональной жидкости для использования в качестве судового цилиндрового масла для судовых дизельных двигателей.
Необходимо отметить, что, хотя настоящее изобретение описывается ниже со ссылками на функциональную жидкость для использования, в частности, в качестве судового цилиндрового масла, настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено таким судовым цилиндровым маслом: настоящее изобретение может быть равным образом использовано для смазочной композиции, предназначенной и для других применений.
Используемые в судовых дизельных двигателях судовые цилиндровые масла подвергаются особенно высоким уровням напряжения в связи с тем, что судовые дизельные двигатели обычно эксплуатируются в течение длительных периодов времени в непрерывном режиме в условиях, близких к полной нагрузке при высоких температурах и давлениях.
Судовые цилиндровые масла являются так называемыми «полностью расходуемыми» композициями, и им в задачу ставится создание прочной масляной пленки между гильзой цилиндра и поршневыми кольцами. Если в условиях высоких рабочих температур и давления пленка разрывается, внутренние стенки цилиндра будут подвергаться адгезивному износу (известному как «задир»).
Наряду с созданием прочной масляной пленки между гильзой цилиндра и поршневыми кольцами судовое цилиндровое масло составляется, как правило, так, чтобы обеспечивать высокие стойкость к окислению и термостойкость, деэмульгируемость в воде, защиту от коррозии и противовспенивающую способность.
Целью настоящего изобретения является создание альтернативной композиции функциональной жидкости, в частности альтернативного состава судового цилиндрового масла.
Для этой цели настоящее изобретение предлагает композицию функциональной жидкости, содержащую:
- базовое масло на основе нафтенового брайтстока (высоковязкого цилиндрового масла) и
- базовое масло процесса Фишера-Тропша,
которая имеет индекс вязкости (согласно ASTM D 2270) выше 95.
Согласно настоящему изобретению, неожиданно было обнаружено, что базовое масло на основе нафтенового брайтстока можно использовать в качестве функциональных жидкостей, таких как судовое цилиндровое масло, получая при этом желаемый индекс вязкости, стойкость к окислению и противоизносные характеристики. Хотя использование в цилиндровых маслах базового масла на основе парафинового брайтстока ранее уже предлагалось, использование базовых масел на основе нафтенового брайтстока в настоящее время обычно считается нецелесообразным из-за их слабой масляной пленки и плохих характеристик стойкости к окислению. Плохие характеристики стойкости к окислению базового масла на основе нафтенового брайтстока проиллюстрировано в приведенном ниже сравнительном примере 4.
По поводу этой проблемы отметим, что в недавно опубликованном WO 2007/003623 А1 раскрывается состав цилиндрового масла для использования в тихоходных дизельных двигателях, включающий:
2
(i) смесевое базовое масло на основе брайтстока, содержащее в качестве компонента парафиновое базовое масло, имеющее вязкость при 100°С от 8 до 25 мм/с, и остаточный деасфальтизированный масляный компонент минерального происхождения;
(ii) в качестве другого компонента парафиновое базовое масло или непрозрачное парафиновое базовое масло; и
(iii) одну или более присадок, выбираемых из диспергентов, сверхосновных детергентов, противоизносных агентов, понизителей трения, присадок, улучшающих вязкость, загустителей, пассиваторов металлов, кислотосвязывающих агентов и антиоксидантов. Однако базовое масло на основе нафтенового брайтстока в WO 2007/003623 А1 предложено не было.
А
Особых ограничений касательно базового масла на основе нафтенового брайтстока, используемого в композициях функциональных жидкостей согласно настоящему изобретению, не существует. Как правило, базовые масла на основе нафтенового брайтстока представляют собой остаточные базовые масла из нафтеновых вакуумных остатков, получаемых с помощью нефтеочистительных процессов, исходя из нафтенового минерального сырья (обычно минеральное сырье с величиной общего кислотного числа (ASTM D 664) выше 0,5 мг КОН/г является нафтеновым, а ниже 0,5 мг КОН/г парафиновым). При приготовлении базовых масел на основе нафтенового брайтстока стадия депарафинизации не предусмотрена (в отличие от приготовления базовых масел на основе парафиновых брайтстоков, при котором стадия депарафинизации является необходимой). Базовые масла на основе брайтстока минерального происхождения хорошо известны и более детально описаны в "Lubricant base oil and wax processing" (Смазочное базовое масло и переработка парафина), Avilino Sequeira, Jr., Marcel Dekker, Inc, New York, 1994, ISBN 0-8247-9256-4, стр.28-35. Используемое согласно настоящему изобретению базовое масло на основе нафтенового брайтстока предпочтительно имеет температуру начала кипения (истинную температуру кипения согласно ASTM D 2887) выше 380°С, предпочтительно выше 400°С и, более предпочтительно, выше 420°С. При этом базовое масло на основе нафтенового брайтстока предпочтительно имеет атомное содержание ароматики С (согласно ASTM D 3238) ниже 2 вес. % (для парафинового базового масла оно, как правило, выше 2 вес. %).
Имеющиеся в продаже источники базовых масел на основе нафтенового брайтстока включают источники от Ergon Petroleum Specialties (Jackson, Mississippi, USA), например, под торговым наименованием "Hyprene V150BS".
Базовое масло на основе нафтенового брайтстока предпочтительно имеет температуру помутнения ниже -9°С, предпочтительно ниже -12°С (согласно ASTM D 5950).
Кроме того, предпочтительно, когда базовое масло на основе нафтенового брайтстока имеет индекс вязкости (согласно ASTM D 2270) ниже 97, предпочтительно ниже 95, более предпочтительно ниже 90 и еще более предпочтительно ниже 85°С.
Особых ограничений в отношении базового масла процесса Фишера-Тропша, используемого в композициях функциональных жидкостей согласно настоящему изобретению, не существует.
Базовые масла процесса Фишера-Тропша в технике известны. Под выражением «процесса Фишера-Тропша» подразумевается, что материал является продуктом или получен из продукта синтеза процесса Фишера-Тропша. Базовое масло процесса Фишера-Тропша можно также называть базовым маслом процесса GTL: gas-to-liquids (газ-в-жидкости). Подходящие базовые масла процесса Фишера-Тропша, которые могут быть успешно использованы в качестве базового масла в композициях функциональных жидкостей настоящего изобретения, являются базовыми маслами, раскрытыми, например, в ЕР 0776959, ЕР 0668 342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, ЕР 1029029, WO 01/18156 и WO 01/57166.
Как правило, базовое масло процесса Фишера-Тропша, используемое согласно настоящему изобретению, имеет кинематическую вязкость при 100°С (согласно ASTM D 445) от 2,0 до 25,0 сСт. Согласно настоящему изобретению, базовое масло процесса Фишера-Тропша имеет кинематическую вязкость при 100°С предпочтительно не ниже 3,0 сСт (согласно ASTM D445), предпочтительно по меньшей мере 4,0 сСт и более предпочтительно по меньшей мере 7,0 сСт. В том случае, когда базовое масло содержит смесь двух или более базовых масел, предпочтительно, чтобы суммарное значение этой кинематической вязкости было в указанных пределах (от 2,0 до 25,0 сСт и т.д.).
Композиция функциональной жидкости согласно настоящему изобретению наряду с базовым маслом на основе нафтенового брайтстока и базовым маслом процесса Фишера-Тропша дополнительно может содержать смеси одного или более других минеральных масел и/или одного или более синтетических масел. Минеральными маслами могут быть жидкие нефтяные масла или обработанное растворителем или кислотой минеральное смазочное масло парафинового, нафтенового или смешанного парафиново-нафтенового типа, которые могут быть дополнительно очищены в процессах гидроочистки и/или депарафинизации.
Подходящими дополнительными базовыми маслами для использования в композиции функциональной жидкости настоящего изобретения являются минеральные базовые масла групп 1-Ш, поли-α-олефины (РАО) группы IV и их смеси.
Под базовыми маслами группы I, группы II, группы III и группы IV в настоящем изобретении понимаются смазочные базовые масла согласно определениям Американского нефтяного института (API) для категории I, II, III и IV. Эти API-категории определены в API Publication 1509, 15-е издание, приложение Е, апрель 2002.
Синтетическими маслами могут быть углеводородные масла, такие как олефиновые олигомеры (включая поли-α-олефиновые базовые масла), двухосновные сложные эфиры, сложные эфиры полиолов, полиалкиленгликоли (PAG), алкилнафталины и депарафинизированные парафинистые изомеризаты. С успехом могут быть использованы синтетические углеводородные базовые масла, продаваемые группой Shell под наименованием "Shell XHVI" (торговая марка).
Общее количество базового масла (т.е. базового масла на основе нафтенового брайтстока, базового масла процесса Фишера-Тропша и любого дополнительного базового масла), введенного в композицию функциональной жидкости настоящего изобретения, предпочтительно лежит в диапазоне от 60 до 99,9 вес.%, более предпочтительно в диапазоне от 70 до 98 вес.% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 80 до 96 вес.% в расчете на общий вес композиции функциональной жидкости.
Как уже указывалось выше, композиция функциональной жидкости настоящего изобретения имеет индекс вязкости (согласно ASTM D 2270) выше 95, предпочтительно выше 100.
Кроме того, предпочтительно, чтобы композиция имела величину общего щелочного числа (ОЩЧ) (согласно ASTM D 4739) выше 35 и ниже 75 мг КОН/г, предпочтительно от 45 до 70 мг КОН/г.
Композиция функциональной жидкости согласно настоящему изобретению может дополнительно содержать одну или более присадок, таких как антиоксиданты, противоизносные добавки (предпочтительно беззольные), диспергенты, детергенты, противозадирные присадки, модификаторы трения, дезактиваторы металлов, ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, противовспенивающие агенты, агенты совместимости масла с уплотнением и базовые масла, служащие разбавителями для присадок, и т.д.
Поскольку специалистам в данной области знакомы указанные выше и другие присадки, далее они подробно не обсуждаются. Конкретные примеры таких присадок описаны в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3-е издание, том 4, стр.477-526.
Композиции функциональных жидкостей настоящего изобретения можно удобным образом приготавливать смешением одной или более присадок с базовым маслом(ами).
Названные выше присадки, как правило, содержатся в количестве от 0,01 до 35,0 вес.% в расчете на общий вес композиции функциональной жидкости, предпочтительно в количестве от 0,05 до 25,0 вес.% и более предпочтительно в количестве от 1,0 до 20,0 вес.% в расчете на общий вес композиции функциональной жидкости.
Композиция функциональной жидкости согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит менее 1,0 вес.% полиизобутилена (PIB), предпочтительно менее 0,5 вес.%. Предпочтительно также, чтобы композиция функциональной жидкости содержала по меньшей мере 20 вес.%, предпочтительно по меньшей мере 25 вес.% и более предпочтительно по меньшей мере 30 вес.% базового масла на основе нафтенового брайтстока в расчете на общий вес композиции. Предпочтительно, кроме того, чтобы смазочная композиция содержала менее чем 5,0 вес.% любых других присадок, отличных от одного или более детергентов.
Композиция функциональной жидкости согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой судовое цилиндровое масло.
В другом аспекте настоящего изобретения предлагается применение композиции функциональной жидкости согласно настоящему изобретению для улучшения антиоксидантных свойств (в частности, согласно ASTM D 2272).
Далее настоящее изобретение описывается с использованием следующих примеров, которые ни в коем случае не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
Примеры
Композиции функциональных жидкостей
Были составлены разные композиции функциональных жидкостей для использования в качестве судовых цилиндровых масел SAE 50 (отвечающих техническим условиям так называемого SAE J300, пересмотренным в январе 2009; SAE расшифровывается как Society of Automotive Engineers (Общество автомобильных инженеров)).
В таблице 1 приведены свойства использованных базовых масел. В таблице 2 приведены состав и свойства испытанных полностью составленных композиций судовых цилиндровых масел (количества компонентов даны в вес.% в расчете на общий вес композиций).
Все испытанные композиции судовых цилиндровых масел содержали комбинацию смеси базового масла и присадочного пакета (этот присадочный пакет был одним и тем же для всех испытанных композиций).
«Присадочным пакетом» был пакет, рассчитанный на особые рабочие характеристики судовых цилиндровых масел, который содержал комбинацию улучшающих рабочие характеристики присадок, включающую антикоррозионный агент, диспергент, деэмульгатор и сверхосновный детергент.
«Базовое масло 1» представляет собой базовое масло на основе нафтенового брайтстока. Базовое масло 1 коммерчески доступно от, например, PetroChina (Karamay, China) под торговым наименованием Karamay BS.
2
-1
«Базовое масло 2» представляет собой базовое масло процесса Фишера-Тропша ("GTL 3"), имеющее кинематическую вязкость при 100°С (ASTM D445) примерно 3 сСт (1 сСт соответствует 1 ммс). GTL 3 можно удобным образом производить с помощью такого же способа или способа, подобного тому, который описан, например, в WO 2004/07647, данные которого включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.
«Базовое масло 3» представляет собой базовое масло процесса Фишера-Тропша ("GTL 4"), имеющее кинематическую вязкость при 100°С (ASTM D445) примерно 4 сСт.
«Базовое масло 4» представляет собой базовое масло процесса Фишера-Тропша ("GTL 8"), имеющее кинематическую вязкость при 100°С (ASTM D445) примерно 8 сСт.
Эти базовые масла GTL 4 и GTL 8 можно удобным образом производить с помощью такого же способа или способа, подобного способу, описанному, например, в WO 02/070631, данные которого включены в настоящую заявку в качестве ссылочного материала.
«Базовое масло 5» и «базовое масло 6» являются имеющимися в продаже базовыми маслами группы I минерального происхождения. Базовые масла 5 и 6 продает Shell Base oils (Shell Centre, Лондон, Соединенное королевство) под торговым наименованием HVI 130 и HVI 650 соответственно.
«Базовое масло 7» является имеющимся в продаже полибутеновым (PIB) базовым маслом, получаемым от INEOS Oligomers (Lavera, Франция) под торговым наименованием Indopol H-7.
Композиции примеров 1-3 и сравнительного примера 1 были получены смешением базовых масел с пакетом присадок с использованием традиционных методик смешивания смазочных материалов.
Таблица 1
Базовое масло 1 (базовое масло на основе нафтенового брайтстока)
Базовое масло 2 (GTL 3)
Базовое масло 3 (GTL 4)
Базовое масло 4 (GTL 8)
Базовое масло 5 (HVI 130)
Базовое масло 6 (HVI 650)
Базовое масло 7 (Indopol H-7)
Кинематическая вязкость при 100°С<sup>1</sup> [сСт|
32,7
2,66
3,98
7,60
9,17
31,9
11,49
Кинематическая вязкость при 40°С<sup>1</sup> [сСт]
607,1
9,40
17,22
43,09
73,55
484,0
104,5
Индекс вязкости<sup>2</sup>
82
123
131
145
99
96
96
Точка помутнения<sup>3</sup> [°С]
-15
-42
-36
-24
-9
-6
-48
<sup>1</sup>Согласно ASTM D 445
<sup>2</sup>Согласно ASTM D 2270
<sup>3</sup>Согласно ASTM D 5950
Таблица 2
Компонент [вес.%]
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Сравн. пример 1
Сравн. пример 2
Сравн. пример 3
Сравн. пример 4
Базовое масло 1 [BS]
34,1
50,6
54,8
-
27,9
15,1
73,2
Базовое масло 2 [GTL 3]
-
-
18,4
-
-
-
-
Базовое масло 3 [GTL 4]
-
22,6
-
-
-
-
-
Базовое масло 4 [GTL 8]
39,1
-
-
-
-
-
-
Базовое масло 5 [HVI 130]
-
-
-
45,3
45,3
-
-
Базовое масло 6 [HVI 650]
-
-
-
27,9
-
-
-
Базовое масло 7 [Indopol H-7]
-
-
-
-
-
58,1
-
Пакет присадок
26,8
26,8
26,8
26,8
26,8
26,8
26,8
ВСЕГО
100
100
100
100
100
100
100
Свойства полной композиции
Кинематическая вязкость при 40°С1 [сСт]
207,4
215,4
208,2
230,4
236,1
225,4
772,8
Кинематическая вязкость при 100°С1 [сСт]
19,7
19,5
19,0
19,8
19,5
19,2
39.6
Индекс вязкости<sup>2</sup>
109
103
103
99
94
96
88
ОЩЧ<sup>3</sup> [мг/КОН/г]
70
70
70
70
70
70
70
<sup>1</sup>Согласно ASTM D 445
<sup>2</sup>Согласно ASTM D 2270
<sup>3</sup>Согласно ASTM D 4739
Стойкость к окислению
Чтобы продемонстрировать характеристики окисляемости композиций согласно настоящему изобретению, были проведены измерения стойкости к окислению согласно промышленному стандартному тесту RPVOT (при 150°С) (ASTM D 2272). Измеренные значения (в мин) приведены в помещенной ниже таблице 3.
Износные характеристики
Чтобы продемонстрировать износные характеристики композиций согласно настоящему изобретению, были проведены измерения износа согласно стандартному 4-шариковому испытанию на износ IP-239-4 (нагрузка 60 кг; время: 60 мин; скорость: 1500 об/мин; темп.: 75°С). Измеренные износные полосы (в мм) согласно IP-239-4 приведены в помещенной ниже таблице 3.
Таблица 3
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Сравн. пример 1
Сравн. пример 2
Сравн. пример 3
Сравн. пример 4
Износ [мм]
0.30
0,32
0,35
0,33
0,35
0,38
0,40
Тест RPVOT при 150°С [мин]
72
72,5
73
57
58,5
54
69
Обсуждение
Как следует из таблиц 1-3, неожиданным образом было обнаружено, что, согласно настоящему изобретению, можно составлять судовое цилиндровое масло с использованием базового масла на основе нафтенового брайтстока, имеющего подходящие индекс вязкости (т.е. выше 95) и кинематическую вязкость.
Кроме того, как следует из фиг.3, композиции согласно настоящему изобретению даже превосходят судовое цилиндровое масло на основе обычных базовых масел минерального происхождения (сравнительные примеры 1 и 2, которые содержат тот же присадочный пакет, что и состав примеров 1-3) в отношении стойкости к окислению, обладая в то же время желаемыми противоизносными характеристиками.
Кроме того, примеры согласно настоящему изобретению превосходят также судовое цилиндровое масло на основе только базового масла на основе нафтенового брайтстока (сравнительный пример 4, в котором содержится тот же присадочный пакет, что и в составе примеров 1-3, но без базового масла процесса Фишера-Тропша) в отношении стойкости к окислению и противоизносных характеристик. Наконец, сравнительный пример 4 не обладает требуемой величиной индекса вязкости выше 95.