МАСЛО ДЛЯ ВЫСОКОФОРСИРОВАННЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА СЕРНИСТОМ ТОПЛИВЕ Российский патент 1994 года по МПК C10M167/00 C10M167/00 C10M159/20 C10M159/16 C10M137/10 C10M133/12 C10M155/02 C10N40/25 

Изобретение относится к разработке композиций дизельных масел на минеральной основе, применяемых в многоцилиндровых высокооборотных судовых дизелях облегченной конструкции, которые могут работать на топливах с содержанием серы до 0,5 мас. % .

Условия эксплуатации предъявляют к моторным маслам для указанного типа двигателей целый ряд жестких требований. В частности, подобные смазочные композиции должны обладать высокими моющими, антиокислительными, антикоррозионными свойствами прежде всего в отношении к деталям из фосфоритной бронзы, достаточным запасом нейтрализующего действия (щелочное число не ниже 5,5 мг КОН/г) при зольности, не превышающей 0,9% (большая зольность вызывает абразивный износ и задиры деталей цилиндро-поршневой групп).

Известно моторное масло для высокооборотных двигателей облегченной конструкции (М-20БП, ТУ 38101593-86) на основе минерального масла с добавлением сульфоната кальция, дисульфидалкилфенолята бария, деалкилдитиофосфата бария и полиметилсилоксана. Это масло обладает низким уровнем моющих и антиокислительных свойств и не обеспечивает длительный срок службы в двигателе даже при работе на малосернистом топливе. Так в топливе с содержанием серы не более 0,2% срок смены масла не более 300 ч.

Известна композиция моторного масла для высокофорсированных судовых дизелей с турбонаддувом QASD//Plus (Чехословакия), приготовляемая на базе нефтяного масла селективной очистки и пакета присадок, включающих алкилфенолят и/или салицилат кальция, сульфонат кальция, сукцинимид и/или основание Манниха, полиметакрилат и синергетическую смесь анотиоксидантов, представляющую собой дитиофосфат цинка и беззольный антиоксидант типа алкилфенола и алкиламина, взятых в массовом соотношении 1: (1-0,6) (2).

Рекомендуется следующий состав композиции, мас. % :
Фенолят и/или алкил- салицилат кальция 0,5-7,0 (1-3) Сульфонат кальция 0,5-8 (2-6)
Сукцинимид и/или основание Манниха 1,0-10,0 (2-4) Дитиофосфат цинка 0,5-1,5 Алкилдифениламин и метилен-бис-алкил- фенол в мас. соотно-
шении к дитио-
фосфату 1-0,6 -
: 1(0,2: 1) Полиметилметакрилат 0,3-2 (0,3-2) Минеральное масло До 100
Масло с высокими эксплуатационными свойствами и большим запасом нейтрализующих свойств непригодно для двигателей указанной конструкции из-за высокой зольности (выше 0,9% , преимущественно 1,1% ) и повышенной коррозионной агрессивности по отношению к деталям двигателя, выполненным из фосфористой бронзы.

Целью изобретения является разработка рецептуры масла, обеспечивающей повышение запаса нейтрализующего действия, антиокислительных и противоизносных свойств композиции.

Поставленная цель достигается тем, что моторное масло, содержащее минеральную масляную основу, щелочной алкилсалицилат кальция, борсодержащую диспергирующую присадку, дитиофосфат металла и полиметилсилоксан, дополнительно содержит щелочной сульфонат кальция в количестве 0,7-1,0 мас. % и беззольный антиоксидант - фенил-альфа-нафтил-амин или модифицированный борной кислотой продукт конденсации 2,6-ди-трет-бутилфенола и алкилфенолов (алкил С₈-С₁₂) по Манниху в количестве 0,12-0,25 мас. % , а в качестве дитиофосфата металла содержит модифицированный бором диалкилдитиофосфат цинка, в качестве борсодержащего дисперсанта - модифицированное бором основание Манниха, при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Щелочной алкилсали- цилат кальция 2,5-3,3
Щелочной сульфонат кальция 0,7-1,0
Модифицированное
бором основание Манниха 1,8-2,2
Модифицированный
бором диалкилдитио- фосфат цинка 1,2-1,7 Беззольный антиокси- дант 0,12-0,25 Полиметилсилоксан 0,003-0,005 Минеральное масло До 100.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав композиции дизельного масла для высокофорсированных судовых двигателей значительно отличается от известного введением новых компонентов, а именно: щелочного сульфоната кальция, модифицированного бором основания Манниха, модифицированного бором диалкилдитиофосфата цинка, беззольного антиоксиданта (в качестве последнего используют фенил-альфа-нафтиламин или модифицированный бором продукт конденсации по реакции Манниха 2,6-ди-третбутилфенола и алкил (С₈-С₁₂) фенола. Кроме того, известный компонент - щелочной алкилсалицилат кальция применен в ином процентном соотношении.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава масла были приготовлены 18 образцов, пять из которых показали оптимальные результаты (см. примеры 1-3 и 15, 18 табл. 1).

В качестве базового минерального масла использовали основу для масла М-20В₂Ф, представляющую собой остаточное масло селективной очистки, вырабатываемое на ПО "Новополоцкнефтеоргсинтез" по ТУ 38.1011195-89.

Модифицированное бором основание Манниха (присадка Днепрол ТУ 38. УССР 201348-84) представляет собой 40% -ный масляный концентрат борсодержащего продукта конденсации полиизобутилфенола мол. м. 1200-2000 с тетраэтиленпентамином, олеиновой кислотой и формальдегидом по реакции Манниха, содержание бора 0,15-0,30% .

Модифицированный бором диалкилдитиофосфат цинка (присадка ДФБ по ТУ 38.101131-87) представляет собой 50% -ный концентрат в минеральном масле продукта обработки диизобутил-изооктилдитиофосфорной кислоты оксидов цинка и борной кислотой. Содержание бора в продукте не нормируется, но присутствие его проверяется качественной реакцией.

Фенил-альфа-нафтиламин - присадка "неозон А" по ТУ 6-14-202-74.

Продукт конденсации по Манниху 2,4-ди-трет-бутилфенола и алкил (С₈-С₁₂) фенола, модифицированный бором, имеет следующую структуру:
HOCHOH где R - алкил, изо-С₈ - С₁₂.

Известен как антиокислительный компонент присадки "Борин" выпускаемой по ТУ 381011003-84; (содержание антиоксиданта в присадке ≈50 мас. % ).

Полиметилсилоксан - антипенная присадка ПМС-200А соответствует ОСТ 6-02-20-79.

Щелочной алкилсалицилат кальция (присадка МАСК по ОСТ 38. 01100-76) или "ДЕТЕРСОЛ-140" по ТУ 38.101.1090-88) представляет собой масляный концентрат кальциевой соли алкилсалициловой кислоты и карбоната кальция (не менее 30 мас. % суммарно) с щелочным числом 110-150 мг, КОН/г.

Щелочной сульфонат кальция (присадка С-150 по ТУ 38.101685-84 или КНД по ТУ 38.1011283-89) представляет собой коллоидную дисперсию карбоната и гидроксида кальция в минеральном масле, стабилизированную сульфонатом кальция с общим щелочным числом 120-150 мг. КОН/г.

Заявляемую композицию масла для высокоформированных судовых дизелей приготовляли по следующей технологии.

В базовое масло (масляную основу, соответствующую ТУ 38.1011195-89), предварительно разогретое до 70-90^оС при перемешивании, вводили перечисленные присадки. Порядок введения присадок: беззольный антиоксидант, модифицированное бором основание Манниха, щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, модифицированный бором диалкилдитиофосфат цинка и полиметилсилоксан. Перемешивание ингредиентов масла осуществляют в течение 1-2 ч до полного растворения присадок и получения однородной массы. Далее готовое масло после охлаждения отправляют на розлив в тару.

В табл. 1 приведены данные примеров конкретного использования, включающие сведения о составе приготовленных образцов, и их физико-химических свойствах, сопоставленные с соответствующими данными масла - прототипа (M6ADS 11 Plus 2/Чехословакия).

Определение физико-химических свойств масла проводили в соответствии со стандартизированными методиками. Так, вязкость кинематическую при 100^оС определяли по ГОСТ 33-82, индекс вязкости по ГОСТ-25371-82, зольность сульфатную по ГОСТ 12417-73, щелочное число по ГОСТ 11362-76, температуру вспышки по ГОСТ 4333-48, температуру застывания по ГОСТ 20287-74. Результаты оценки моющих, антиокислительных, антикоррозионных, противоизносных и нейтрализующих свойств образцов масла приведены в табл. 2, 3 и 4.

Антиокислительные свойства оценивались методом ГОСт 11063-77 по индукционному периоду осадкообразования и приросту вязкости в результате окисления масла на установке ДК-НАМИ в течение 60 ч при 200^оС, а также на установке ИКМ методом ГОСТ 20457-75 по приросту вязкости за 40 ч работы двигателя. Моющие свойства оценивались на одноцилиндровой установке ИМ-1, работающей на дизельном топливе с содержанием серы 0,4-0,5% (ГОСТ 305-82), по ГОСТ 20303-74, и методом ПЗВ по ГОСТ 5726-53. Моющие свойства оценивались по степени загрязненности деталей цилиндро-поршневой группы двигателей (в баллах, О - отсутствие загрязнений).

На установке ИМ-1 определен также запас нейтрализующих свойств предлагаемого масла (см. табл. 4) и его противоизносные свойства, которые оценивались по износу комплекта поршневых колец, и антикоррозионные свойства, которые оценивались по износу комплекта вкладышей (см. табл. 3). Противоизносные свойства предлагаемого масла и масла-прототипа оценивались также на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490-75: по индексу задира, нагрузке заедания (критической нагрузке) и показателю износа при постоянной нагрузке 196Н в течение 1 ч испытаний.

Антикоррозионные свойства образцов масел определялись кроме указанного также и методом ГОСТ 20502-75 на пластинах из свинца и фосфоритной бронзы (последние изготовлены из материала деталей двигателя).

Данные, представленные в табл. 2, 3 и 4, наглядно показывают, что образцы дизельного масла заявленной рецептуры (см. примеры 1-3,15, 18) существенно превосходят по комплексу эксплуатационных свойств масло-прототип (Ср. с примером прототипа).

В частности, они обладают большей антиокислительной стабильностью, моющими и противоизносными свойствами, а также характеризуются большим запасом нейтрализующих свойств (изменение щелочного числа за 100 ч работы двигателя ИМ-1 68,8% для масла-прототипа и 25,0-29,2% для масла заявленной рецептуры).

Примеры 13 и 14 служат иллюстрацией существенности признаков предлагаемого технического решения. Можно видеть, что присутствие в композиции присадок ДФ-11 - диалкилдитиофосфата цинка, не модифицированного бором, в том же количестве, что и при введении модифицированного бором диалкилдитиофосфата цинка, дает заметное возрастание коррозии на пластинках из фосфористой бронзы (Ср. примеры 2 и 13 табл. 2).

Исключение из состава композиции беззольного антиоксиданта снижает антиокислительные свойства масла (индукционный период осадкообразования снижается с 60 до 50 ч, прирост вязкости при окислении возрастает в 1,5 раза, см. примеры 1 и 14).

Сопоставление результатов испытаний масла-прототипа и масла заявляемой рецептуры (примеры 1-3, 15,18) наглядно показывает, что именно применение указанных присадок в конкретном заявленном соотношении позволяет обеспечить при удовлетворительном, не превышающем допустимого уровне зольности - высокое соотношение щелочное число - зольность (8,5-7,9 против 6,3 в масле-прототипов, что и обуславливает заметное возрастание запаса нейтрализующего действия композиции при работе на сернистом топливе (табл. 4).

Данные табл. 1 и 2 показывают, что соотношение ингредиентов в заявляемой рецептуре масла является оптимальным. Увеличение содержания щелочных алкилсалицилата и сульфоната кальция, а также деалкилдитиофосфата цинка выше верхнего предела увеличивает зольность масла выше допустимой нормы 0,9% (см. примеры 9, 10, 12 и табл. 1).

Недостаток первых двух компонентов в композиции снижает запас нейтрализующих свойств композиции ниже требуемого для сернистого топлива (с сод. серы до 0,5% , см. примеры 4, 5). Верхний предел содержания фенил-альфа-нафтиламина (0,25 мас. % ) определяется его растворимостью в масляной основе. Верхний предел содержания продукта конденсации по Манниху 2,6-ди-трет-бутилфенола и алкилфенолов (С₈-С₁₂) - влиянием на щелочное число. При введении указанного продукта конденсации в количестве более 0,25 мас. % наблюдается снижение щелочного числа композиции, при некотором возрастании зольности, что приводит к снижению щелочного резерва масла, обуславливающего запас нейтрализующих свойств (см. пример 16). При этом эффект антиокислительной защиты не возрастает. Снижение же концентрации беззольного антиоксиданта ниже нижнего предела или вообще его отсутствие приводит к уменьшению величины синергического эффекта и соответственно заметному ухудшению антиокислительных свойств композиции (см. примеры 8, 14, 17, сравни с примерами 1,18).

Снижение ниже нижнего предела содержания модифицированного бором основания Манниха ведет к ухудшению моющих свойств масла (пример 6), а снижение содержания модифицированного бором диалкилдитиофосфата цинка приводит к ухудшению антиокислительных свойств композиции (см. пример 7). Повышенное содержание этой присадки не дает существенного улучшения эксплуатационных свойств масла, поэтому, экономически нецелесообразно ввиду высокой стоимости присадки (см. пример 11).

Увеличение содержания выше верхнего предела диалкилдитиофосфата цинка нежелательно, поскольку приводит к возрастанию зольности масла и не дает существенного улучшения эксплуатационных свойств (см. пример 12).

Таким образом результаты испытаний показывают, что заявляемая композиция дизельного масла, предназначенная для работы в высокооборотных судовых двигателях облегченной конструкции, работающих на сернистом топливе, имеет существенно более высокие моющие, антиокислительные, противоизносные и нейтрализующие свойства по сравнению с маслом-прототипом. Эти свойства позволяют обеспечить надежную и экономичную работу судовых дизелей и существенно снизить эксплуатационные затраты, а именно снизить расход масла на угар, увеличить ресурс работы до первой переборки двигателя, увеличить срок службы масла до замены не менее чем в 2 раза.

Все отмеченные преимущества нового масла должны обеспечить высокий уровень рентабельности при его применении. (56) ТУ 38101593-86.

Авторское свидетельство СССР N 261083, кл. С 10 М 169/04, 1989.

Сущность изобретения: масло для высокофорсированных судовых дизелей, работающих на сернистом топливе, содержит, % щелочной алкисалицилат кальция 2,5 - 3,3; щелочной сульфонат кальция 0,7 - 1,0; модифицированный бором диалкилдитиофосфат цинка 1,2 - 1,7; борсодержащий продукт конденсации полиалкилфенола с формальдегидом, тетраэтиленпентамином иолеиновой кислотой 1,8 - 2,2; фенил - альфанафтиламин или борсодержащий продукт конденсации 2,6-ди-трет-бутилфенола и алкилфенола C₈-C₁₂ 0,12 - 0,25; полиметисилоксан 0,003 - 0,005; минеральное масло до 100. 4 табл.

МАСЛО ДЛЯ ВЫСОКОФОРСИРОВАННЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ, РАБОТАЮЩИХ НА СЕРНИСТОМ ТОПЛИВЕ, содержащее щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, дитиофосфат металла, основание Манниха и беззольный антиокислитель, отличающееся тем, что в качестве дитиофосфата металла содержит модифицированный бором диалкилдитиофосфат цинка, в качестве основания Манниха - борсодержащий продукт конденсации полиалкилфенола с формальдегидом, тетраэтиленпентамином и олеиновой кислотой, в качестве беззольного антиокислителя - фенилальфанафтиламин или борсодержащий продукт конденсации 2,6-ди-трет-бутилфенола и алкилфенола C₈ - C₁₂ и дополнительно полиметилсилоксан при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Щелочной алкилсалицилат кальция 2,5 - 3,3
Щелочной сульфонат кальция 0,7 - 1,0
Дитиофосфат металла 1,2 - 1,7
Основание Манниха 1,8 - 2,2
Беззольный антиокислитель 0,12 - 0,25
Полиметилсилоксан 0,003 - 0,005
Минеральное масло До 100