CC BY
29
УДК 665.733.035.2 +547.295.6 + 54 -384
Г. Ю. Климентова, В. Ю. Маврин КОМПОНЕНТЫ ТОПЛИВНЫХ ПРИСАДОК ДЛЯ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Ключевые слова: бензин, масло, присадки, раствор, низкотемпературные свойства, вязкость.
Неполной нейтрализацией смесей высших изомерных карбоновых кислот гидроокисью щелочного металла получены кислые соли и на их основе присадки. Исследованы низкотемпературные показатели растворов солей и присадок в маслах и фазовая стабильность топлива с солями и присадками. Показано, что полиалкилалканоа-ты щелочных способны найти применение как активные компоненты многофункциональных топливных присадок для двухтактных двигателей.
Keywords: petrol, oil, additives, solution, low temperature properties, viscidity.
Sour salts and on their basis of additive were received by incomplete neutralization mixes of the higher isometric car-boxylic acids by the hydroxide of alkaline metal. Was investigated the low temperature indexes of solutions of salts and additives in oil. Phase stability of fuel was investigational with salts and additives. It is established that alkaline metal polyalkylalkanoats to be considered as active components of polyfuncional additives for two- stroke engines.
Двухтактные бензиновые двигатели, устанавливаемые на малой технике (моторных лодках, газонокосилках, снегоходах и т.д.) не имеют специальной системы смазки, а смазываются маслом, добавляемым в бензин [1]. Обеспечивая смазывающее действие, масло, ухудшает процесс горения, снижает детонационную стойкость топлива, способствует нагарообразованию и повышенной токсичности отработанных газов [2]. Концентрацию масла в бензине можно снизить, модифицируя его присадками. Хорошо подобранная композиция присадок позволяет снизить содержание масла в бензине с 2-5% до 0,5-1%.
Проведенные ранее исследования [3] выявили, что полиалкилалканоаты лития, обладающие антидетонационными и моющими свойствами, совместимы с бензинами, в присутствии полиальфаолефи-новых синтетических масел, в широком температурном интервале, определяющем их применение в качестве многофункциональных присадок для двухтактных двигателей.
Для расширения ассортимента этих присадок исследована возможность использования для двухтактных двигателей полиалкилалканоатов калия, смешанных литиевых и калиевых солей изокарбоно-вых кислот, которые, как было показано, проявляют истинную растворимость [4] и высокую низкотемпературную растворимость [5] в бензиновых фракциях до высоких концентраций.
В качестве объекта данного исследования были взяты кислые соли (1,11), полученные по методике, описанной ранее в работе [4]: калиевые соли СпН2п+1СООКО,15СпН2п+1СООН (I), где п = 7-15; смешанные литиевые, калиевые соли (11а-в) тСпН2п+1СООКСпН2п+1СООИ0,15СпН2п+1СООН, где п = 7-15, 11а, т= 0,56; IIб, т= 0,75; 11в, т= 1.
Выбор присадок для данного типа топлив определяется таким важным показателем как совместимость присадки с маслом. Для исследования были использованы образцы базовых синтетических масел (полиальфаолефиновых - «ПАОМ»), производства ОАО «Татнефть Нижнекамск Ойл».
Представляло интерес исследовать низкотемпературные свойства полиалкилалканоатов щелочных металлов (1,11), как компонентов присадок -
их смесей с моторным маслом (табл.1) и топлив, содержащих эти присадки. Для проведения сравнительного анализа были использованы низкотемпературные параметры масел: температуры помутнения (Тп), начала кристаллизации (Т\н.к), застывания (Т3), которые были определены на приборе-анализаторе ИРЭН - 2.2 [3]. Образцы анализировались без перемешивания и с перемешиванием, причем однородность образца при проведении анализа с перемешиванием нарушается за счет вспенивания масла, что позволяет определить пеногасящий эффект по различию в значениях определяемых параметров.
Проведя сравнительный анализ полученных результатов можно сделать вывод, что введение по-лиалкилалканоатов щелочных металлов (1,11) в масла ПАОМ-4, -6, -8, -13 в исследуемых концентрациях, не влияет на их низкотемпературные свойства (ниже -70оС), а в случае масла ПАОМ-2 - улучшает. Показано, что соли (1,11) обладают пеногасящими свойствами, причем пеногасящий эффект смешанных солей (II) повышается с увеличением содержания в них литиевых солей (11а □ 11б □ 11в).
При исследовании низкотемпературных свойств растворов этих смесей в бензине (5:95% масс.) было установлено, что они не влияют на фазовую стабильность топлива до -70оС. Полученные данные свидетельствуют, что полиалкилалканоаты щелочных металлов (1,11) имеют удовлетворительную низкотемпературную растворимость в моторных маслах и эти смеси хорошо совместимы с бензинами при низких температурах.
С целью создания присадок, применяемых совместно с маслами для двухтактных двигателей, была исследована их совместимость с бензинами в присутствии сорастворителей. В качестве сораство-рителей были использованы тетрамеры пропилена (ТП), которые в своем составе содержат несколько изомеров (производства нефтехимического комбината г. Нижнекамска), и бутилцеллозольв (БЦ)., обладающие высокой растворяющей способностью к исследуемым солям. Синтез присадок (III) осуществляли смешением солей (I, II) с сорастворителями при 60-75оС. Состав присадок Ша, 15% соли (I), 85% БЦ; Шб-д, 50% ТП, 50 % соли (Шб - соль I, Шв - соль Па, Шг - соль Пб, Шд - соль Пв).
Низкотемпературную растворимость присадок (III) в маслах исследовали в оптимальном соотношении 0,03:1 соответственно. Показано, что низкотемпературные показатели масел ПАОМ-4, -6, -8, -13 в присутствии присадок (Шб-д) не изменяются при проведении анализа без перемешивания и с перемешиванием и лежат ниже -70оС. Введение присадок в масло ПАОМ-2 не изменяет его низкотемпературных показателей. Результаты, полученные для присадки (111а) свидетельствуют об улучшении показателей всех масел ПАОМ при анализе с перемешиванием на 2 - 4оС, без перемешивания - лежат ниже -70оС.
С целью исследования фазовой стабильности топлива были приготовлены растворы масел в бензи-не-риформате в соотношениях 5:95% масс. в присутствии присадок. Установлено, что введение в топливо присадок (III) с моторными маслами ПАОМ во всех случаях не влияет на фазовую стабильность топлива до -70оС.
Известно, что вязкость масел - одно из главных физических и эксплуатационных свойств, лежащих в основе их подбора и применения. В двухтакт-
ных двигателях эффективность работы зависит от вязкости масла и концентрации его в топливе. Исследования показывают, что оптимальные значения этих характеристик для двигателей разных моделей различны и наиболее разумным будет следование рекомендациям производителей двигателя. Уменьшение вязкости при низкой концентрации масла может вызвать повышение интенсивности изнашивания деталей двигателя, появление задиров. Напротив, увеличение концентрации масла (особенно - высоковязкого) ухудшает процессы сгорания, повышает потери на трение, увеличивает нагарообразование и токсичность выхлопа.
На примере соли (I) и присадки (111б) исследовано их влияние на вязкость масел ПАОМ при 20оС. Соотношение масла и соли в растворе 1:0,015, соотношение масла и присадки 1:0,03. Измерение кинематической вязкости проводили на капиллярном вискозиметре ВПЖ-1. Полученные результаты в графическом виде представлены на рис. 1. Из приведенных данных следует, что введение присадки
Моторное масло Соль Концентрация соли, % масс Низкотемпературные свойства растворов, ТоС
Без перемешивания С перемешиванием
Т А п Т\н.к. Тэ Тп Т\н.к. Т3
ПАОМ-2 I 0,2 -28,0 -31,4 -35,9 -28,0 -30,8 -35,3
0,5 -30,2 -34,7 -39,3 -29,7 -33,6 -38,3
1,0 -29,7 -34,7 -39,3 -30,2 -34,7 -39,3
11а 0,2 -27,5 -34,7 -39,3 -27,5 -34,2 -38,7
0,5 -29,1 -34,2 -38,7 -29,7 -34,2 -38,7
1,0 -29,7 -35,3 -39,8 -25,8 -29,1 -33,6
Пб 0,2 -28,0 -35,3 39,8 -28,0 -31,4 -35,9
0,5 -28,0 -34,7 -39,3 -28,6 -29,1 -33,6
1,0 -26,9 -34,7 -38,7 -25,8 -33,6 -38,1
Пв 0,2 -28,6 -34,7 -39,3 -28,6 -30,8 -35,3
0,5 -23,1 -33,6 -38,1 29,1 -33,6 -38,1
1,0 -29,1 -32,5 -37,0 -28,6 -30,8 -35,3
ПАОМ-4 I 0,2 Ниже -70 -45,1 -48,5 53,3
0,5 Ниже -70 -38,7 39,3 43,9
1,0 Ниже -70 Ниже -70
ПАОМ-4 Пв 0,2 Ниже -70 -58,1 -59,2 -65,8
0,5 Ниже -70 -54,5 -59,9 -64,9
1,0 Ниже -70 -31,4 -37,6 -42,2
ПАОМ-6 I 0,2 Ниже -70 -34,6 -35,9 -40,4
0,5 Ниже -70 -29,1 -30,2 -34,7
1,0 Ниже -70 -22,5 -39,3 -43,9
ПАОМ-8 I 0,2 Ниже -70 -35,3 -39,3 -43,9
0,5 Ниже -70 -30,8 -61,1 -61,6
1,0 Ниже -70 -18,2 -25,8 -30,2
ПАОМ-13 I 0,2 Ниже -70 -15,0 -15,5 -19,8
0,5 Ниже -70 -17,6 -19,8 -24,2
1,0 Ниже -70 -26,4 -37,6 -42,2
Таблица 1 - Низкотемпературные свойства растворов солей (I,II) в маслах ПАОМ
300
s
i 200 -
0
1 150 1-
CD
cc
g 100 -
1 dl
2 50 -—--1
1 J л IH I
ПАОМ-2 ПАОМ-4 ПАОМ-6 ПАОМ-8 ПАОМ-13 ■ Кинематическая вязкость масла
□ Кинематическая вязкость соли в маслах
□ Кинематическая вязкость присадки в маслах
Рис. 1 - Кинематическая вязкость масел, растворов соли и присадки в маслах
практически не влияет на вязкость исходных масел. В тоже время введение соли (I) незначительно увеличивает вязкость масел ПАОМ-2, -4, -6.
Таким образом, показано, что полиалкилал-каноаты калия, смешанные литиевые и калиевые солеи изокарбоновых кислот способны найти применение в составе топлив для двухтактных двигателей в качестве многофункциональных присадок, обладающих высокой растворимостью в бензине, совместимостью с маслами, антидетонационной активностью, пеногасящим и моющим эффектами.
Экспериментальная часть
Соли (Щ) получали частичной нейтрализацией соответствующих кислот гидроокисью щелочного металла в изопропиловом спирте при перемешивании (60-800С) [4].
Синтез присадок проводили аналогично синтезу солей. После удаления растворителя (в вакууме
водоструйного насоса) к полученной соли добавляли сорастворитель. Смесь нагревали до 60-75оС при перемешивании до образования однородной массы.
Низкотемпературные параметры растворов солей или присадок с моторным маслом и топлив, содержащих эти соли или присадки были определены на приборе-анализаторе ИРЭН - 2.2.
Образцы растворов готовили смешением компонентов при комнатной температуре в следующей последовательности: готовили растворы солей или присадок в маслах, затем добавляли сораствори-тель в исследуемой концентрации. Полученные растворы выдерживались при комнатной температуре в течение часа и анализировались на приборе ИРЭН 2.2. Диапазон измеряемых температур составлял +10 - -70оС.
Для определения кинематической вязкости (последовательность приготовления образцов аналогичная.) использовали капиллярный вискозиметр ВПЖ-1.
Литература
1. Мещерин Е.М. Масла для двухтактных двигателей / Е.М. Мещерин, М.Е. Островская. - М.: ЦНИИТЭнефтехим.-1989. - 72 с.
2. Данилов А.М. Присадка к топливу для двухтактных бензиновых двигателей / А.М. Данилов, Н.Г. Окнина, З.Т. Юнусов //Нефтепереработка и нефтехимия. - 2001. - №8. - С. 20-22.
3. Климентова Г.Ю. Топливные присадки для двухтактных двигателей / Г.Ю. Климентова, В.Ю.Маврин // Вестник КТУ- 2010. - Т.13. - № 10. - С.323-326.
4. Климентова Г.Ю. Растворимость щелочных солей изо-карбоновых кислот в углеводородах / Г.Ю. Климентова, В.Ю.Маврин // Вестник КТУ-2010. - №7. - С.57-63.
5. Климентова Г.Ю. Низкотемпературные свойства растворов полиалкилалканоатов щелочных металлов в углеводородах / Г.Ю. Климентова, В.Ю.Маврин // Вестник КТУ- 2013. - Т.16. - №6. - С.206-208.
m
© Г. Ю. Климентова - канд. хим. наук, доц. каф. ТООНС КНИТУ, [email protected]; В. Ю. Маврин - канд. хим. наук, доц. той же кафедры.
© G. Y. Klimentova - Ph. D., docent of department technology of basic organic and petrochemical synthesis KNRTU, [email protected]; V. Yu. Mavrin - Ph. D., docent of department technology of basic organic and petrochemical synthesis KNRTU.
