Способ определения гидролитической стабильности моторных масел

 

Способ применим в области химмотологии моторных масел для подбора присадок при разработке новых марок масел и оценки качества масел при длительном хранении. Способ включает взятие навески масла, внесение воды, нагревание, центрифугирование с последующим определением щелочного числа и оценкой гидролитической стабильности масла, причем после взятия навески определяют щелочное число исходного масла, вносят 5% воды, гомогенизируют масло с водой и проводят нагревание при 90±2^oС в течение 1 ч, центрифугируют при факторе разделения 4000±40, а о гидролитической стабильности масла судят по зависимости ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч, где ЩЧ₁ и ЩЧ₂ - соответственно значение величин щелочного числа исходного масла и масла после нагрева и центрифугирования, _щч - критерий гидролитической стабильности по щелочному числу. 8 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области химмотологии моторных масел и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях нефтеперерабатывающей промышленности для подбора присадок при разработке новых марок масел, а также для оценки качества масел, находящихся на длительном хранении.

Известен способ определения гидролитической стабильности, включающий взятие навески, внесение 25% воды, нагревание при температуре 100^oС в течение 48 часов в присутствии катализатора медной пластины с последующей оценкой о степени гидролиза по изменению вязкости, кислотного числа и коррозии медной пластины (Чернова К. С. , Шивина Р.К., Козлова H.Н, Каверина Н.И. Исследование влагопоглащения и гидролитической устойчивости авиационных масел для ГТД в ХТТМ, 1969 10, с. 50...53).

Недостатками способа является продолжительность, отсутствие стадии гомогенизации смеси масла с водой не моделирует условия эксплуатации.

Известен способ определения гидролитической стабильности масел, взятый в качестве прототипа, включающий взятие навески масла, внесение 15% воды, смешение, нагревание при температуре 110^oС в течение 4 часов, разбавление бензином и центрифугирование при факторе разделения 6000 с последующим определением общей щелочности образца (Габсаторова С.А., Главати О.Л., Рабинович И.А. и др. Оценка стабильности коллоидной дисперсии высокощелочных сульфанатных и алкилсалицилатных присадок. Нефтепереработка и нефтехимия. Выпуск 11. - Киев: Наукова думка, 1974, с. 7...10).

Недостатками способа является продолжительность испытания, отсутствие стадии гомогенизации смеси масла с водой не моделирует условия эксплуатации. Кроме того, низкая точность и надежность оценки гидролитической стабильности, так как в способе отсутствуют границы и критерии определения гидролитической стабильности.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности определения гидролитической стабильности моторных масел и сокращения времени анализа.

Поставленная задача достигается предложенным способом определения гидролитической стабильности, включающем взятие навески масла, внесение воды, нагревание, центрифугирование с последующим определением щелочного числа и оценкой гидролитической стабильности масла, при этом после взятия навески определяют щелочное число исходного масла, вносят 5% воды, гомогенизируют масла с водой и проводят нагревание при температуре 90 ± 2^oС в течение 1 часа, центрифугируют при факторе разделения 4000 ± 40 и о гидролитической стабильности масла судят по зависимости ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч (1) где ЩЧ₁; ЩЧ₂ - соответственно значение величин щелочного числа исходного масла и масла после нагрева и центифугирования, К_щч - критерий гидролитической стабильности по щелочному числу.

Предлагаемый способ отличается от способа-прототипа следующим. После взятия навески определяют щелочное число исходного масла, вносят 5% воды и гомогенизируют масла с водой, проводят нагревание при температуре 90 ± 2^oС в течение 1 часа, центрифугируют при факторе разделения 4000 ± 40 и о гидролитической стабильности масла судят по зависимости ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч где ЩЧ₁; ЩЧ₂ - соответственно значение величин щелочного числа исходного масла и масла после нагрева и центрифугирования: К_щч - критерий гидролитической стабильности по щелочному числу, Эти признаки являются существенными для решения задачи изобретения, так как моторные масла содержат, как правило, зольные присадки, обладающие основными свойствами, и для них важным характеристическим показателем является щелочное число. Этот показатель способен косвенно отражать суммарный эффект процессов солюбилизации и гидролиза. По изменении щелочного числа масел можно судить также об изменении зольности, рН среды, выпадении активных металлов присадки и т.д. В разрабатываемом методе щелочное число выбрано как оценочный показатель.

Для выбора условий испытания, их теоретического обоснования и для изучения влияния различных факторов на стабильность моторных масел при воздействии воды проведено экспериментальное исследование. В табл. 1 показано влияние количества воды на разложение присадок за 1 час при температуре 90^oС.

Как видно из табл.1, при добавлении от 1 до 5% и воды степень разложения присадок происходит очень заметно, далее при большей (5%) концентрации изменение этого показателя (щелочного числа) незначительно. Таким образом, в предлагаемом способе концентрация воды взята 5%. После внесения воды в масло их смесь гомогенизируют. Для этого используются гомогенизатор с частотой вращения не менее 5 тыс.мин^-1 или другое перемешивающее устройство, обеспечивающее получение равномерной эмульсии. Гомогенизирование смеси позволяет оценить воздействие воды на все составляющее масла.

При увеличении температуры до 90^oС системы "масло-присадка-вода" (табл. 2) происходит существенное уменьшение оцениваемою показателя, далее это изменение незначительно до 110^oС При температуре выше 110^oС наблюдается резкое снижение щелочного числа масел, которое видимо связано с усилением процесса термоокислительных превращений масла и присадки. По известному правилу Вант-Гаффа повышение температуры на 10^oC ускоряет реакцию окисления в 2-3 раза (Теоретические основы химмотологии. Под ред. Браткова А.А. - М.: Химия, 1985, 320 с.). Следовательно, при оценке воздействия воды на качество масел необходимо поддерживать невысокие температуры в целях исключения влияния продуктов окисления и срабатывания присадок.

Было изучено влияние времени нагрева и воздействия воды на качество масла (табл.3).

Как видно из табл.3, время воздействия воды на масло 1 час является оптимальным, за это время в основном происходят основные процессы (солюбилизация и гидролиз). Дальнейшее увеличение времени не приводит к существенному изменению щелочного числа масел и нецелесообразно.

Центрифугируют масло после нагрева при факторе разделения (ФР) 4000 ± 40. ФР определяется по формуле ФР=112• 10^-5 r n²,
где r - максимальный радиус от оси ротора центрифуги до крайней точки дна вращающейся пробирки, м:
n - скорость вращения ротора центрифуги, мин^-1.

Оптимальный фактор разделения центрифугирования авторами подобран опытным путем. Центрифугирование масел с 5% воды при различных факторах разделения показало, что значительное уменьшение щелочного числа наблюдается при ФР 4000 ± 40, а при дальнейшем увеличении ФР не приводит к заметному уменьшению щелочного числа.

Кроме того, ФР 4000 ± 40 близок к максимальному фактору разделения центрифуг современных двигателей.

О гидролитической стабильности масла судят по зависимости ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч.

Эта зависимость нужна для надежной оценки гидролитической стабильности масла. Как было отмечено, в аналоге и прототипе одним из недостатков является отсутствие четких границ стабильности, т.е. когда масла стабильны, а когда нет.

Авторами были проведены предварительные испытания на гидролитическую стабильность ряда масел. Полученные данные приведены в табл.4.

Как видно из данных табл.4, значения щелочного числа испытанных масел существенно отличаются от значений исходных. В связи с этим, как было отмечено выше, необходимо установить допустимый уровень различия между показателем "ЩЧ" исходного масла и того же масла после испытания.

Для этого воспользовались критерием К_щч, который характеризует максимально допустимую погрешность результатов анализа масла. При этом исходили из того, что если расхождение между значениями "ЩЧ", полученными для исходного масла и того же масла, подвергнутого испытанию на стабильность, не превышает К_щч, то каждый из сопоставляемых результатов (ЩЧ) характеризует одну и ту же искомую величину и масло считается гидролитически стабильным, т.е. ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч.

Если разность между сопоставляемыми результатами оцениваемого показателя больше К_щч, то это свидетельствует о качественном изменении уровня свойств масла после воздействия воды, нагрева и центрифугирования, т.е. масло считается гидролитически нестабильным, т.е. ЩЧ₁-ЩЧ₂>К_щч.

Формула для вычисления К_щч имеет вид

где ν - коэффициент вариации,
n - число параллельных определений (принято равным 2),
- среднее арифметическое значение определяемой величины (ЩЧ₁) исходного масла,
- то же для масла после ценгрифугировання (т.е. после испытания) (Алексеев Р. И., Коровин Ю.И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественных анализов. - М.: Атомиздат, 1072, 71с.).

В указанной формуле коэффициент вариации принят расчетно-экспериментальным путем. При этом коэффициент вариации рассчитывали по ранее накопленным аналитическим данным, по двум образцам масла М - 6₃/10 - В и МТЗ 10П, которые существенно отличаются друг от друга по щелочному числу. Уровень изменения щелочных чисел других масел лежит внутри или же близко значениям, характерных для этих масел.

Коэффициент вариаций (v) определяли и рассчитывали по результатам исследования (по 20 параллельным определениям).

В данном описании приводим только окончательные расчетные и принятые коэффициенты вариации (табл. 5).

Как видно из табл.5, окончательно для показателя ЩЧ принят коэффициент вариации 8,0, который позволяет надежно оценить гидролитическую стабильность масла.

Использование в предлагаемом способе зависимости (1) и критерия К_щч позволяет повысить надежность определения гидролитической стабильности и достичь высокую точность оценки. Данная зависимость относится не к математической обработке результатов (хотя с первого взгляда представляет математическую зависимость), т. е. при отсутствии ее надежность и точность способа исключается и вообще говорить о стабильности становится бессмысленно.

Таким образом, все признаки, указанные в формуле изобретения, необходимы в совокупности для достижения задачи изобретения.

Способ осуществляется следующим образом. У исходного масла определяют щелочное число (ЩЧ₁) в соответствии с ГОСТ-1 1362-76. Затем в стакан гомогенизатора заливают испытуемого масла 50 г с точностью 0,1 г и вносят 2,5 г дистиллированной воды (5%) с точностью 0,1 г. Гомогенизируют при 5 тыс.мин^-1 в течение 10 минут. Далее в чистый химический стакан переливают эмульсию воды в масле и помещают в термостат, нагретый до 90±2^oС. Выдерживают испытуемое масло в течение 1 часа. По окончании нагрева стакан извлекают из термостата и из верхнего слоя (не допуская перемешивания), отливают в пробирку центрифуги необходимое количество масла. Затем центрифугируют испытуемый образен при факторе разделения 4000±40 в течение 30 минут. После центрифугирования из пробирки при помощи шприца отбирают верхний слой испытуемого масла и определяют щелочное число (ЩЧ₂) по ГОСТ 11362-76.

Далее по полученным данным ЩЧ₁ и ЩЧ₂ рассчитывают критерий К_щч по формуле (4) и гидролитическую стабильность масла оценивают по зависимости
ЩЧ₁-ЩЧ₂≤К_щч.

Если разница этих показателей окажется меньше, чем К_щч, то масло гидролитически стабильно.

Пример конкретною исполнения
Заявляемым способом была исследована гидролитическая стабильность ряда моторных масел по описанной методике. Полученные данные приведены в табл. 6.

Как видно из табл.6, товарные масла М-16-Б₂, МТЗ-10п, М-5з/10-Б₁ оказались гидролитически нестабильными, это подтверждает практика применения масел на технике и опыт их хранения, т.е. при обводнении они теряют свои эксплуатационные свойства. Кроме того, изучение литературных данных о стойкости отдельных присадок к воздействию воды подтверждают полученные результаты. Так в состав гидролитически нестабильных масел входят малостабильные присадки ВНИИ МП-360 и МНИ ИП-22к. Определение гидролитической стабильности также было проведено при помощи способа-прототипа. Обобщенные данные приведены в табл. 7.

Как видно из табл. 7, при использовании прототипа определяют общую щелочность и можно визуально просмотреть наличие осадка. Однако при каком значении общей щелочности масла не стабильны или же стабильны, об этом говорить трудно, т. е. можно только сравнивать стабильность одного масла с другим. Таким образом, можно заключить о низкой надежности способа-прототипа.

При использовании заявляемого способа сокращается время оценки гидролитической стабильности масел по сравнению с прототипом более чем 2,5 раза (табл. 8).

Таким образом, из вышеизложенного материала следует, что технико-экономический эффект предлагаемого способа определения гидролитической стабильности моторных масел заключается в повышении надежности определения и сокращении времени анализа.

Источники информации
1. Чернова К.С., Шивина Р.К., Козлова II.II., Каверина Н.И. Исследование влагопоглащения и гидролитической устойчивости авиационных масел для ГТД в ХТТМ, 1969, 10, с.50...53.

2. Габсаторова С.А., Главати О.Л., Рабинович И.А. и др. Оценка стабильности коллоидной дисперсии высокощелочных сульфанатных и алкилсалицилатных присадок. Нефтепереработка и нефтехимия. Выпуск 11. - Киев: Наукова думка, 1974, с.7...10 (прототип).

3. Теоретические основы химмотологии. Под ред. Браткова А.А. - М.: Химия, 1985, 320 с.

4. Алексеев Р.И., Коровин Ю.И. Руководство по вычислению и обработке результатов количественных анализов. - М.: Атомиздат, 1972, 71с.

Формула изобретения

Способ определения гидролитической стабильности моторных масел, включающий взятие навески масла, внесение воды, гомогенизирование масла с водой, нагревание, центрифугирование и определение щелочного числа масла, отличающийся тем, что после взятия навески определяют щелочное число исходного масла, вносят 5% воды, проводят нагревание при 90 ± 2^oС, центрифугируют при факторе разделения 4000 ± 40 и оценивают гидролитическую стабильность масла по разности щелочных чисел исходного масла и масла после испытания, которая должна быть меньше или равна критерию гидролитической стабильности, определяемому по формуле

где ν - коэффициент вариации;
n - число параллельных определений, равное 2;
- среднее арифметическое значение определяемой величины щелочного числа соответственно исходного масла и масла после испытания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8