ДЕТЕРГЕНТНО-ДИСПЕРГИРУЮЩАЯ ПРИСАДКА К МОТОРНОМУ МАСЛУ Российский патент 2000 года по МПК C10M163/00 C10M163/00 C10M159/04 C10M127/04 C10M131/14 C10M131/12 C10M155/02 C10N30/04 

Изобретение относится к нефтехимии и химии полимеров, в частности к детергентно-диспергирующим присадкам для моторных масел, предназначенных для предотвращения лако-нагаро- шламообразования в двигателях внутреннего сгорания.

Известны различные детергентно-диспергирующие присадки к моторным маслам, предотвращающие отложение продуктов окисления, их уплотнение, нагаро- и шламообразование на металлических поверхностях двигателей внутреннего сгорания (см. кн. Д. Кламанн "Смазки и родственные продукты" М., Химия, 1988 г., стр. 203-213) (1).

Механизм действия детергентно-диспергирующих присадок основан на переводе не растворимых в масле веществ в суспендированное состояние, в удержании мелкодисперсных частиц во взвешенном состоянии без укрупнения и оседания, в разрыхлении и смывании отложений с поверхностей деталей, при этом присадки влияют на процесс окисления масел, направляя их в сторону образования соединений, растворимых в масле.

Для реализации указанного механизма действий при физико- химическом структуропостроении составов детергентно-диспергирующих присадок их композиции, преимущественно, содержат смеси углеводородов, маслорастворимые тонкодисперсные металлические соли органических кислот и др. компоненты, что в целом способствует предотвращению флокуляции и коагуляции мелкодисперсных частиц, растворению и нейтрализации смолистых и лакообразных отложений на металлических поверхностях двигателей внутреннего сгорания. В зависимости от требований потребителя к физико-химическим свойствам используемых присадок последние могут содержать и др. компоненты, способствующие, например, повышению термостойкости.

Так детергентно-диспергирующая присадка к моторному маслу по а.с. РФ 875842, кл. C 10 M 141/00 (2), выбранная в качестве прототипа заявляемого изобретения, содержит смесь углеводородов в виде щелочного алкилсалицилата кальция, нейтрального сульфоната кальция, азотистого основания (основание Манниха), а также полиметилсилоксана и дитиофосфата цинка. Данная присадка к моторному маслу предназначена для повышения моющих свойств и увеличения срока службы моторных масел при многостадийном их использовании в системах высокофорсированных и теплонапряженных двигателях внутреннего сгорания (дизели). Эффективность работы присадки обеспечивается при 24-25,5% содержании ее в моторном масле с учетом многостадийного его использования. Однако в условиях работы двигателей, соответствующих режиму их подготовки к техническому обслуживанию (замена отработавшего масла или ремонт), использование известной присадки нецелесообразно. Эти условия работы двигателя требуют одностадийности работы моторного масла с повышенной реакционной способностью детергентно-диспергирующих свойств компонентов, входящих в состав присадок моющего масляного раствора после слива многостадийно отработавшего масла. Повышение реакционной способности известного масляного раствора можно обеспечить за счет увеличения процентного содержания в нем детергентно-диспергирующей присадки, что экономически неэффективно по используемым в ее композиции реагентам. Так промышленное производство компонентов, входящих в композицию (состав) известной присадки (щелочной алкилсалициат кальция, нейтральный сульфонат кальция, азотистое основание (основание Манниха)), требует специальных химико-технологических процессов, усложняющих и удорожающих массовое производство присадок.

Технической задачей, на которую направлено заявляемое изобретение, является создание высокоэффективной детергентно- диспергирующей присадки к моторному маслу двигателя внутреннего сгорания для условий подготовки его систем к техническому обслуживанию (замена отработавшего масла, ремонт), что соответствует одностадийному использованию моторных масел с указанным типом присадок при ненагруженном режиме работы двигателя на холостом ходу. Одним из основных условий решения поставленной задачи является подбор и выбор таких реагентов создаваемой композиции присадки, которые бы отвечали требованиям доступности и дешевизны по входящим в ее композицию (состав) компонентам.

Для решения поставленной задачи в детергентно-диспергирующей присадке, содержащей углеводороды и полиметилсилоксан, в соответствии с изобретением, присадка в качестве углеводородов содержит керосин, O-ксилол и дополнительно содержит хлорированный парафин и фторированный полиэфир при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорированный парафин - 4 - 6
Фторированный полиэфир - 0,01 - 0,05
О-Ксилол - 6 - 8
Полиметилсилоксан - 0,01 - 0,041
Керосин - Остальное
При реализации изобретения соблюдены основные требования по решению поставленной технической задачи в части создания высокоэффективной детергентно-диспергирующей присадки к моторному маслу для работы последнего в одностадийном режиме при подготовке систем двигателя к техническому обслуживанию, при условии использования в присадке промышленно доступных и дешевых реагентов.

Целесообразность выбора указанных в заявляемом изобретении реагентов подтверждается анализом известного уровня техники.

Известно, что получаемый при прямой перегонке нефти такой реагент, как керосин, является высокоэффективным (доступным) моющим детергентном по отношению к металлическим поверхностям. Известно также, что данный компонент используется для создания смазочных композиций, в частности, в смазочно-охлаждающих жидкостях (СОЖ) (см. а. с. РФ 530899, кл. C 10 M 177/00 от 05.10.76) (3).

Известно использование при физико-химическом структуропостроении присадок к моторным маслам высокомолекулярных реагентов в виде галогенопроизводных углеводородов, в частности, фторированных полиэфиров, имеющих следующие явно выраженные свойства: ориентированная адсорбция к металлическим поверхностям, соответствующая образованию на них защитной пленки, повышение термостойкости композиций, уменьшение их токсичности (см., например, пат. РФ 2078123, 2078124, кл. C 10 M 131/08, от 21.06.95 и 28.06.95 г.) (4).

Установлена эффективность использования хлорированных парафинов, обеспечивающих активное разрыхление вредных шламообразований на металлических поверхностях (см. (1), стр. 158), при этом хлорированные парафины легко растворимы в керосине.

Традиционно и использование таких компонентов, как полиметилсилоксан в составе присадок (2), а также O-ксилол, являющиеся растворителем по отношению к различным смолистым образованиям и фторированным полиэфирам.

Таким образом, анализ известного уровня техники подтверждает целесообразность использования в заявляемой композиции детергентно-диспергирующей присадки таких высокоэффективных реагентов, как керосин, хлорированный парафин, фторированный полиэфир, а также О-ксилола, полиметилсилоксана, эффективность совместного применения которых при соответствующем процентном их содержании в композиции (составе) присадки не следует явным образом из известного уровня, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критериям: новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость, что и подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.

Композицию детергентно-диспергирующей присадки получают путем смешивания следующих компонентов: продукта перегонки нефти - керосина, хлорированного парафина и фторированного полиэфира, а также O-ксилола и технологической добавки в виде полиметилсилоксана. Для повышения эффективности растворимости компонентов смешивание их осуществляют при Т= 40-50^oC и при следующем процентном содержании, мас.%:
Хлорированный парафин - 4-6
Фторированный полиэфир - 0,01-0,05
O-ксилол - 6-8
Полиметилсилоксан - 0,01- 0,041
Керосин - Остальное
Примеры составов по заявляемой композиции компонентов детергентно-диспергирующей присадки и их % содержание приведены в таблице 1 (примеры 1-3).

Для обоснования эффективности количественного и качественного содержания компонентов присадки приведены примеры контрольных составов (примеры 4-9). Пример 10 соответствует известному уровню (2).

Анализ физико-химических характеристик заявляемой композиций присадки, контрольных композиции и известной осуществлен с использованием стандарта ASTM (США) при стендовых испытаниях присадок в составе моторного масла для оценки их растворяющей, очищающей способностей, пожароопасности. При испытаниях композиций присадок (примеры 1-10), входящих в состав моторного масла, были использованы следующие известные компоненты:
Керосин -ТУ-3840158-10-90
Хлорированный парафин -ТУ-0257-002-28948455-99
Фторированный полиэфир -ТУ-6-09-3825-88
О-ксилол -ТУ-6-09-3825-88
Полиметилсилоксан ПМС-200А -ГОСТ 13032-77
Моторное масло М-6₃/12Г1М -ГОСТ 10541-78, а также щелочной алкилсалицилат кальция, нейтральный сульфонат кальция, основание Манниха, дитиофосфат цинка (см. 2).

Каждый исследуемый состав (примеры 1-10) использовались при 12-процентном содержании их в моторном масле М-6₃/12Г1М.

Полученные результаты испытаний по детергентно-диспергирующим свойствам испытываемых масляных растворов (смесь моторного масла с составом присадок по примерам 1-10) сведены в таблицу 2.

Растворяющая (диспергирующая) способность характеризует физико-механическое состояние суспендированных в испытываемом масляном растворе мелкодисперсных частиц (существенно влияющих на фильтрующую систему двигателя внутреннего сгорания).

Для определения растворяющей способности использовали метод анилиновой точки в соответствии со стандартом ASTM 1012-49Т (США).

Для определения анилиновой точки определялась температура помутнения смесей, имеющих равные объемы анилина и исследуемых растворов (моторное масло с присадками по примерам 1-10) при медленном их охлаждении. В соответствии с указанным стандартом растворяющая способность тем выше, чем ниже температура анилиновой точки. Из данных табл. 2 следует, что моторные масла с композициями присадок по примерам 1-3 имеют наиболее низкое значение температуры при определении анилиновой точки, что свидетельствует об эффективности растворяющей способности детергентно-диспергирующей присадки заявляемой композиции. Анилиновая точка испытываемых масляных растворов с композициями присадок по примерам 4-6 значительно выше, что объясняется отсутствием в присадках моторного масла высокоэффективных по растворяющей способности хлорированного парафина, фторированного полиэфира, а также O-ксилола.

Определение очищающей (детергентной) способности основано на оценке:
Смачивающей способности исследуемых растворов (моторное масло с присадками) по углу смачивания модельных поверхностей: стали, тефлона, а также эффективности очистки по методике отгонки легких фракций из отработанных (исследуемых) моторных масел в системе двигателя внутреннего сгорания (в условиях одностадийности его испытания в период замены многостадийно отработавшего масла на испытываемые (исследуемые с присадками)).

Перед измерениями углов смачивания модельные поверхности предварительно очищались хладоном-113 (фреон-113). Результаты испытаний (см. табл. 2) подтверждают, что композиции присадок по примерам 1-3 при указанном (12%) содержании их в моторном масле М-6₃/12Г1М имеют наибольший угол смачиваемости. Угол смачиваемости исследуемых моторных масел с присадками по примерам 4, 5 уменьшается, а угол смачиваемости для исследуемых растворов с учетом использования присадок по примерам 7 и 9 практически соответствует данным измерения этого показателя по испытанию растворов, имеющих присадки по примерам 1-3, что свидетельствует о нецелесообразности увеличения процентного содержания галогенопроизводных углеводородов за пределы, указанные в примерах 1, 3. В случае увеличения процентного содержания галогенопроизводных углеводородов в композиции присадки увеличивается также и стоимость последней. Угол смачиваемости исследуемого масляного раствора с 12% содержанием присадки по примеру 10 значительно ниже, чем у масляных растворов с присадками заявляемой композиции (примеры 1-3).

При определении эффективности очистки из масляных систем двигателей внутреннего сгорания удалялись многостадийно отработавшие моторные масла, производилось заполнение масляных систем двигателей испытываемыми масляными растворами (с учетом наличия в моторном масле присадок по примерам 1-10). Работа двигателей осуществлялась одностадийно при ненагруженном их состоянии в режиме холостого хода в период, соответствующий поступлению испытываемых масляных растворов во все системы двигателей. После слива отработавшего испытываемого масляного раствора производился слив последнего и отгонка из него легких фракций. Отгонка легких фракций из одностадийно отработавших испытываемых масел с присадками (примеры 1-10) производилась в два этапа: 1 стадия - отгонка осуществлялась при 1 мм рт.ст. в течение 30 минут; 2 стадия - отгонка легких фракций при открытом пламени горелки в течение 30 мин.

Результаты испытаний показали, что при одностадийном режиме работы испытываемых масел с присадками (примеры составов 1-10) наиболее эффективны по очищающей способности моторные масла с присадками в соответствии с примерами 1-3. Эффективность очищающей способности масел с известной присадкой (пример 10) с учетом 12% содержания ее в масле ниже. Очищающая способность используемых при испытаниях масел с присадками уменьшается и при исключении из композиции присадок таких компонентов, как хлорированный парафин, фторированный полиэфир и О-ксилол, являющихся активными реагентами по отношению к различным шламообразующим веществам на металлических поверхностях деталей двигателя внутреннего сгорания. Вместе с тем результаты испытаний показали, что введение в композицию детергентно-диспергирующей присадки (пример 1-9) такого моющего компонента, как керосин, активность очистки металлических поверхностей систем двигателя повышается по сравнению с известными композициями присадок (пример 10), используемых в моторных маслах для аналогичных условий работы систем двигателя.

Повышение процентного содержания в присадке такого компонента, как хлорпарафин (более 6% - пример 9), увеличивает реакционную способность атомов хлора, образующих в результате увеличенной концентрации и температур хлорид водорода, наличие которого может привести к образованию пятен коррозии на металлических поверхностях деталей двигателя, удорожается и промышленное освоение присадки.

Повышение процентного содержания в присадке такого реагента (компонента), как фторированный полиэфир (пример 7), нецелесообразно по условиям плохой растворимости этого компонента в моторном масле, а использование для этих целей повышенного количества растворителя в виде О (орто)-ксилола, как наиболее активного растворителя (в том числе и к смолистым отложениям на металлических поверхностях деталей двигателя), нецелесообразно по санитарно-гигиеническим нормам. Увеличенное количество О-ксилола ухудшает органолептические свойства растворов и повышает их токсичность.

Процентное содержание фторированного полиэфира ниже указанного его количества привело к повышению пожароопасности при использовании присадки в моторном масле (пример 5).

Процентное содержание полиметилсилоксана в соответствии с заявляемой композицией присадки (примеры 1-3) оптимально и соответствуют традиционно принятым для данного компонента нормам. Уменьшение полиметилсилоксана ниже указанного предела (пример 1) приведет к ухудшению смесеобразования присадки, а увеличение данного компонента выше указанного предела (пример 3) приводит к образованию в используемых моторных маслах с присадками диоксида кремния, являющегося активным абразивом по отношению к металлическим поверхностям.

Определение температуры вспышки исследуемых составов (моторное масло с присадками по примерам 1-10) проведено с учетом использования в заявляемой композиции присадки керосина. Исследования проведены в соответствии с методикой, изложенной в кн. (1) стр. 235 по стандарту ASTM D. Исследования показали, что моторные масла с используемыми в них составами по примерам 1-3, 10 имеют высокую степень пожароустойчивости, в то время как моторные масла с контрольными составами (примеры 4-5) имеют более низкую температуру вспышки, что объясняется отсутствием в них термоустойчивых галогенопроизводных углеводородов, таких как хлорпарафин, фторированный полиэфир.

Таким образом, моторные масла с детергентно-диспергирующими присадками по заявляемой композиции (примеры 1-3) наиболее эффективны по растворяющей, очищающей способностям, пожароустойчивы, доступны и дешевы при промышленном изготовлении. Композиция детергентно-диспергирующей присадки к моторному маслу по изобретению обеспечивает эффективную подготовку, очистку металлических поверхностей двигателя внутреннего сгорания при ненагруженном его состоянии в режиме холостого хода, что соответствует периоду технического обслуживания двигателя при замене моторных масел или ремонте его систем. Композиция присадки по изобретению может быть использована на станциях технического обслуживания (СТО) или на предприятиях, утилизирующих моторные масла.

Изобретение относится к детергентно-диспергирующим присадкам для моторных масел, предназначенным для предотвращения лако-нагарошламообразования в двигателях внутреннего сгорания. Присадка содержит, мас.%: хлорированный парафин 4-6, фторированный полиэфир 0,01-0,05, о-ксилол 6-8, полиметилсилоксан 0,01-0,041, керосин - остальное. Технический результат - обеспечение эффективной подготовки и очистки металлических поверхностей деталей двигателя внутреннего сгорания в период технического обслуживания для смены (замены) отработавшего масла или ремонта. 2 табл.

Детергентно-диспергирующая присадка к моторному маслу, содержащая углеводороды и полиметилсилоксан, отличающаяся тем, что в качестве углеводородов содержит керосин и о-ксилол и дополнительно содержит хлорированный парафин и фторированный полиэфир при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорированный парафин - 4 - 6
Фторированный полиэфир - 0,01 - 0,05
о-Ксилол - 6 - 8
Полиметилсилоксан - 0,01 - 0,041
Керосин - Остальное