CC BY
137
AZЭRBAYCAN К1МУА ШШЛЫ № 2 2012
63
УДК 665.765-404.028.2
НЕФТЯНЫЕ СУЛЬФОНАТНЫЕ ПРИСАДКИ К СМАЗОЧНЫМ МАСЛАМ
А.Н.Агаев, С.М.Велиева, И.Д.Кулалиев, С.А.Гасанова
Институт химии присадок им. А.М.Кулиева Национальной АН Азербайджана
аki050@mail.ru Поступила в редакцию 29.11.2010
Осуществлен синтез нейтральных (НСК, НСБ) и высокощелочных (С-150н, С-300н) нефтяных сульфонатных присадок с высокими показателями качеств. По физико-химическим и функциональным свойствам разработанные присадки С-150н и С-300н находятся на уровне товарных нефтяных сульфонатов С-150 и С-300, а присадки НСК и НСБ - на уровне зарубежного аналога - присадки ОЛОА-246В. С использованием полученных присадок разработаны моторные масла типов М-10Г2 и М-16ИХП-3, которые по показателям соответствуют предъявляемым к ним требованиям.
Ключевые слова: смазочные масла, присадки, сульфонаты, композиции, функциональные свойства.
В настоящее время в мировой практике наблюдается увеличение производства высококачественных моторных масел, отвечающих ужесточенным требованиям современной и перспективной техники, за счет широкого использования эффективных присадок различного назначения. Высокощелочные сульфонаты, вырабатываемые на основе нефтяных и синтетических алкилароматических углеводородов, при сравнительно небольших концентрациях обеспечивают получение моторных масел с высокими моюще-диспергирующими, нейтрализующими и другими эксплуатационными свойствами [1]. В Азербайджане сульфонатные присадки не производятся, и потребности страны удовлетворяются путем закупки их за рубежом. Учитывая актуальность проблемы, в ИХП проводятся исследования по разработке высокоэффективных сульфонатных присадок, применение которых нацелено на обеспечение требуемого уровня качеств моторных масел [2, 3]. Нами осуществлен синтез сульфонатных присадок с различной щелочностью на основе нефтяного сырья - масла М-8 из нефти месторождения Сангачалы-море, физико-химические показатели которого представлены ниже.
Вязкость при 1000С, мм2/с 7.73
Индекс вязкости 68
Температура вспышки, 0С 223
Температура застывания, 0С - 6
Плотность при 200С, кг/м3 895 Групповой углеводородный состав, % :
метано-нафтеновые 73.0 ароматические:
-легкие 9.0
-средние 10.4
-тяжелые 6.0
Смолы 1.6
Сульфированием нефтяного масла газообразным триоксидом серы с последующей нейтрализацией полученной сульфокислоты водным раствором аммиака синтезирован соответствующий сульфонат аммония. Последний экстракцией водным раствором изопропанола выделен из нейтрального масла и обменной реакцией с гидроксидами кальция и бария превращен в соответствующие сульфонаты кальция и бария, характеристика которых показана в табл.1.
Из приведенных данных видно, что полученные нефтяные сульфонаты близки по показателям качества и находятся на уровне зарубежного аналога - присадки ОЛОА-246В. Карбонатацией нейтрального сульфоната кальция диоксидом углерода в присутствии избытка гидроксида кальция, промотора - метанола, масла-разбавителя М-6 получены средне- (типа С-150) и высокощелочная (типа С-300) сульфонатные присадки. В этом процессе в качестве углеводородного растворителя вместо толуола использован бензин БР-1, токсичность которого ниже первого в 6 раз. Изучены физико-химические и функциональные свойства средне- (С-150н) и высокощелочного (С-300н) сульфонатов кальция стандартными лабораторными методами. Объектами сравнения являлись товарные щелочные нефтяные сульфонатные присадки С-150 и С-300.
Таблица 1. Характеристика нейтральных нефтяных сульфонатных присадок
Показатели Нейтральные нефтяные сульфонаты
НСК НСБ ОЛОА-246В
вязкость при 1000С, мм2/с 43.7 42.3 141
зольность сульфатная, мас. % 8.6 1,5 8.6
массовая доля, %
металла 2.5 2.3 -
активного вещества 43.2 42.2 41.1
щелочные число, мг КОН /г 24 23.7 23
температура вспышки в открытом тигле, 0С 180 180
степень чистоты, мг/100 г 300 250 480
моющие свойства масла М-11 с 5% присадки, установка ПЗВ, баллы 0.5 0.5 0
моющий потенциал масла М-11 с 5% присадки при 2500С, % 60 60 -
Результаты проведенных исследований представлены в табл. 2, из данных которой видно, что синтезированные сульфонатные присадки характеризуются высокими физико-химическими и функциональными свойствами. Они значительно улучшают моющие, диспергирующие, антикоррозионные свойства и стабильность масла против окисления. Например, при введении в масло М-11 присадок С-150н и С-300н в концентрации 5% коррозионность его снижается от 180 (для базового масла М-11 без присадки) до 68 и 60 г/м2 соответственно.
Сравнение свойств сульфонатов показывает, что при близких значениях щелочности и содержания активного вещества разработанные присадки С-150н, С-300н, в отличие от товарных, имеют более высокую степень чистоты и меньшее содержание механических примесей.
По функциональным свойствам присадки С-150н, С-300н равноценны присадкам С-150, С-300. Так, диспергирующие свойства среднещелочных присадок составляют 60%, а высокощелочных сульфонатов - 70 %.
Таблица 2. Характеристика щелочных нефтяных сульфонатных присадок
Показатели Щелочные нефтяные сульфонатные присадки
С-150н С-300н С-150 С-300
общая щелочность, мг КОН/г 153 305 152 303
массовая доля, % :
сульфоната кальция 30.1 29.3 29.5 28.0
карбоната кальция 13.7 27.2 13.6 26.9
механических примесей 0.05 0.06 0.07 0.09
степень чистоты, мг/100 г 350 400 2000 2500
зольность сульфатная, мас. % 23.5 43.1 23.1 42.9
температура вспышки в открытом тигле, 0С 180 200 180 200
моющие свойства, установка ПЗВ, баллы* 0 0 0 0
диспергирующая способность при 250иС, %* 60 70 60 70
моющий потенциал при 250иС, %* 80 90 80 90
коррозия на свинце, г/м2 * 68 60 70 90
стабильность против окисления, %*:
осадок 0.7 0.07 0.7 0.08
прирост вязкости 69 76 71 77
стабильность коллоидной дисперсии, % 76 92 75 91
срабатываемость, % 69 38 69.7 39
*Масло М-11 с 5% присадки
Присадки С-150н, С-300н характеризуются также высокой коллоидной стабильностью к действию воды и устойчивостью к срабатыванию и находятся на уровне аналогов.
Эффективность действия сульфонатных присадок в значительной степени зависит от особенностей их коллоидного строения. Изучено коллоидное строение щелочных нефтяных сульфонатов методами малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и электронной микроскопии [4, 5]. Было установлено, что исследуемые присадки имеют характерную для сульфонатов мицеллярную структуру. Они представляют собой коллоидные дисперсии карбоната кальция, стабилизированные в масле адсорбционно-сольватным слоем алкиларилсульфоната. Для присадок С-150н, С-300н размеры частиц карбоната кальция составляют 4.2 и 6.0 нм. Содержание карбоната кальция в щелочных нефтяных сульфонатах составляет 13.7 и 27.2% соответственно.
А.Н.АГАЕВ и др.
65
Сопоставляя данные структурных исследований с функциональными свойствами синтезированных присадок, видим, что с ростом щелочности увеличивается содержание коллоидной дисперсии карбоната кальция в присадках, улучшаются их моюще-диспергирующие, нейтрализующие, антикоррозионные свойства и стабильность против окисления.
Учитывая высокую эффективность разработанных присадок, представляло интерес исследовать их в качестве моюще-диспергирующего компонента в составе моторных масел М-10Г2 и М-16 ИХП-3. С использованием щелочных нефтяных сульфонатных присадок С-150н и С-300н разработаны моторные масла типа М-10Г2 для автотракторных дизелей. Судя по результатам предварительных лабораторных испытаний (табл.3), опытные масла М-10Г2 характеризуются хорошими физико-химическими и функциональными свойствами и отвечают предъявляемым требованиям.
Таблица 3. Характеристика опытного масла М-10Г2
Показатели Норма на масло М-10 Г2 Моторное масло М-10Г2 с присадками
С-150н С-300н
вязкость при 100оС, мм2/с 11+0.05 11.1 11.3
индекс вязкости 85 85 85
зольность сульфатная, %, не более 1.65 1.55 1.58
щелочное число, мг КОН/г, не менее 6.0 7.7 8.0
массовая доля механических примесей, %, не более 0.015 0.008 0.007
температура вспышки в открытом тигле, 0С, не ниже 205 205 206
температура застывания, 0С, не выше -15 -15 -15
коррозия на пластинках свинца, г/м2, не более 20 отсутствует отсутствует
моющие свойства по ПЗВ, баллы, не более 1.0 0 0
стабильность по индукционному периоду осадкообразования, ч, не менее 40 40 40
плотность при 200С, кг/м3, не более 905 903 903
цвет на колориметре ЦНТ, ед. ЦНТ (разбавление 15:85), не более 5.0 3.5 3.5
При создании моторного масла М-16ИХП-3, предназначенного для спецдвигателей, разработанный нейтральный сульфонат бария НСБ был введен в состав смазочной композиции взамен малоэффективной товарной присадки СБ-3у, которая по показателям качества (особенно по содержанию активного вещества и по моющим свойствам) не отвечает современным требованиям. Результаты лабораторных испытаний показали (табл.4), что использование присадки НСБ в количестве 1.5% взамен
Таблица 4. Характеристика опытного масла М-16ИХП-3
Показатели Норма на масло М-16ИХП-3 Моторное масло М-16ИХП-3 с присадкой НСБ
вязкость, мм2/с при 1000С при 400С 15.5-16.5 160 16.3 173
индекс вязкости, не менее 90 97
зольность сульфатная, %, не более 1.25 1.2
массовая доля механических примесей, %, не более 0.013 0.004
массовая доля воды, %, не более следы отсут.
щелочное число, мг КОН/г, не менее 4.0 4.3
температура вспышки, определяемая в открытом тигле, 0С, не ниже 225 225
температура застывания, 0С, не выше минус 25 минус 25
коррозионность на пластинках из свинца марки С1 или С2, г/м2, не более 9.0 отсут.
термоокислительная стабильность при 2500С, мин 100 100
моющий потенциал, %, не менее 80 80
моющие свойства по ПЗВ, баллы, не более 0 0
смазывающие свойства, определяемые при температуре окружающей среды, индекс задира, не менее 34 38
степень чистоты, мг/100 г, не более 320 200
плотность при 200С, кг/м3, не более 905 902
стабильность по индукционному периоду осадкообразования, ч, не менее 45 выдерж.
цвет масла на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ (15:85), не более 4.5 4.5
2.6% присадки СБ-3у в сочетании с известными присадками позволяет создать новую композицию моторного масла М-16ИХП-3, которая по своим качественным характеристикам отвечает требованиям, предъявляемым к указанному маслу. Наряду с этим в разработанном масле товарные присадки использованы в меньших концентрациях по сравнению с известным маслом М-16ИХП-3.
Таким образом, на основе нефтяного масла М-8 получены нейтральные, средне- и высокощелочные сульфонатные присадки с высокими физико-химическими и функциональными свойства. Высокая эффективность полученных присадок подтверждена результатами лабораторных испытаний их в составе моторных масел М-10Г2 и М-16ИХП-3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борщевский С.М. // Мир нефтепродуктов. 2007. № 5. С. 42.
2. Садыхов К.И. Нефтяные и синтетические сульфонатные присадки к моторным маслам. Баку: Элм, 2006. 180 с.
3. Агаев А.Н., Садыхов К.И., Велиева С.М. и др. // Нефтепереработка и нефтехимия. 2006. № 5. С. 28.
4. Главати О.Л. Физико-химия диспергирующих присадок к маслам. Киев: Наук. думка, 1989. 184 с.
5. Курило С.М., Агаев А.Н. // Тез. докл. V Междунар. конф. "Синтез, технология и применение присадок к смазочным маслам". Дрогобыч. 1992. С. 22.
SURTKU YAGLARINA NEFT MON§OLi SULFONAT A§QARLARI
0.N.Agayev, S.M.VaHyeva, LC.Guteliyev, S.O.Hasanova
Yuksak keyfiyyat gôstaricilarina malik neytral (НСК, НСБ) va yuksak qalavili (C-150^ C-300r) sulfonat açqarlarinin sintezi hayata keçirilmiçdir. Gôstarilmiçdir ki, sintez edilmiç С-150н, ^300н açqarlari fiziki-kimyavi gôstaricilarina va funksional xassalarina gôra uygun amtaa neft sulfonatlari ila, НСК va НСБ neytral sulfonatlari isa ОЛОА-246В açqari ila eyni saviyyadadirlar. Sintez edilmiç yuksak qalavili açqarlar М-10Г2 muharrik yaglarinin, НСБ neytral sulfonati xususi muharriklarda içladilan М-16ИХП-3 yaginin tarkibinda tadqiq edilmiçdir. Gôstarilmiç-dir ki, içlanib hazirlanmiç tacrubi muharrik yaglari М-10Г2 va М-16ИХП-3 butun keyfiyyat gôstaricilarina gôra bu qrup muharrik yaglarina irali surulan talablara tam cavab verir.
Açar sozlar: surtku yaglari, a§qarlar, sulfonatlar, kompozisiyalar, funksional xassahri.
PETROLEUM SULPHONATE ADDITIVES TO LUBRICATING OILS
A.N.Agayev, S.M.Veliyeva, I.D.Gulaliyev, S.A.Gasanova
The synthesis of neutral (HCK, НСБ) and highalkaline (С-150н, С-300н) sulphonate additives was conducted. It was shown that the synthesized C-150^ С-300н additives by physico-chemical indexes and functional properties correspond to industrial petroleum sulphonates, HCK and НСБ neutral sulphonates are at the same range with ОЛОА-246B foreign analog. The synthesized highalkaline additives may be used in motor oils M-10r2 but НСБ neutral sulphonates may be used in the composition of special motor oil M-16HXn-3. It was shown that the obtained experimental oils M-10r2 and M-16HXn-3 completely correspond to oil requirements of motor oils of this group.
Keywords: lubricating oils, additives, sulphonates, compositions, functional properties.
