МОТОРНОЕ МАСЛО Российский патент 2004 года по МПК C10M161/00 C10M161/00 C10M129/10 C10M129/54 C10M135/10 C10M145/14 C10M137/10 C10M155/02 C10M143/10 C10M159/16 C10M133/16 C10M149/04 C10N40/25 

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к составу моторного масла, предназначенного для всесезонного использования в бензиновых и дизельных двигателях автомобильной техники.

В процессе развития двигателестроения постоянно повышаются требования к эксплуатационным свойствам моторных масел. Возрастает потребность в минеральных (нефтяных) маслах, одновременно обеспечивающих надежный пуск непрогретого двигателя при температурах от минус 35°С и обладающих высокими эксплуатационными свойствами на установившихся режимах работы двигателя, характерными для моторных масел класса вязкости 4з/14 и группы эксплуатационных свойств "Д" [А.А.Гуреев, И.Г.Фукс, В.Л.Лашхи. Химмотология. - М: Химия. 1986 г. - 368 с.].

Известно загущенное моторное масло для бензиновых двигателей M-4з/6B₁, состоящее из маловязкого дистиллятного масла (масло веретенное АУ) 84-86 мас.%, щелочного сульфоната кальция (присадка С-150) 5 мас.%, алкилсалицилата кальция (присадка АСК) 0,5 мас.%, диалкилдитиофосфата цинка (присадка ДФ-11) 2,2 мас.%, алкилсукцинимида (присадка С-5А) 2,25 мас.%, полиметилсилоксана (присадка ПМС-200А) 0,003 мас.% и полиметакрилата марки "Д" (присадка ПМА "Д") до 3,5 мас.% [Масла, вырабатываемые предприятиями Минхимнефтепрома СССР. - М: ЦНИИТЭнефтехим. 1990 г. - 57 с.]. Оно предназначено для применения в северных районах и обладает высоким индексом вязкости, низкой температурой застывания (минус 42°С), что позволяет осуществлять пуск двигателя в зимнее время без предварительного прогрева при температуре окружающего воздуха до минус 30°С. Однако оно не является универсальным (предназначено только для бензиновых двигателей) и с увеличением степени форсирования двигателей при работе на масле M-4з/6B₁ из-за малого содержания в нем моющих присадок наблюдается повышенное нагарообразование на поршнях двигателей, что определяет его использование только в среднефорсированных двигателях.

Также известно моторное масло на минеральной основе, состоящее из щелочного алкилсалицилата кальция 3,6-7,9 мас.%, щелочного сульфоната кальция 2,0-7,0 мас.%, диалкилдитиофосфата цинка 1,6-2,0 мас.%, полиметакрилата 1,8-6,0 мас.%, полиметилсилоксана 0,003-0,005 мас.%, присадки, состоящей из продукта деструкции этиленпропиленового каучука в количестве 20-90 мас.% от общего количества присадки и полиизобутилена в количестве 10-80 мас.% от общего количества присадки, минерального масла - остальное [Патент РФ RU №2141508, С 10 М 143/00, 1999 г.].

Недостатком моторного масла указанного состава является относительно низкий уровень его низкотемпературных свойств: при повышении его кинематической вязкости при 100°С до требований класса вязкости "14" за счет использования более высоковязкой масляной основы температура застывания масла повысится и его низкотемпературная прокачиваемость ухудшится, что не позволит обеспечить пуск двигателя при температуре -35°С.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является универсальное всесезонное моторное масло на минеральной основе, состоящее из щелочного алкилсалицилата кальция 3,0-5,0 мас.%, щелочного сульфоната кальция 0,5-1,5 мас.%, диалкилдитиофосфата цинка 1,5-2,5 мас.%, полиметакрилата марки "Д" 3,0-5,0 мас.%, полиметилсилоксана 0,003-0,005 мас.%, гидрированного блок-сополимера бутадиена со стиролом 1,5-2,0 мас.%, алкенилсукцинимида мочевины 2,5-3,5 мас.%, высокомолекулярного основания Манниха 2,0-2,5 мас.%, остаточного компонента с кинематической вязкостью при 100°С (15-20) мм²/с 6,0-5,4 мас.%, маловязкого дистиллятного масла с кинематической вязкостью при 100°С (2-4) мм²/с - остальное [Патент РФ RU №2182592, С 10 М 169/04, 2002 г.].

Данное масло обладает недостаточным уровнем антиокислительных и противоизносных свойств, обусловленным низкой эффективностью присадки, обладающей антиокислительным и противоизносным действием (диалкилдитиофосфат цинка). Антиокислительное действие указанной присадки с алкенилсукцинимидом мочевины недостаточно эффективно. Кроме того, полиметакрилат марки "Д" нестабилен по своему химическому составу и в качестве единственного депрессора в высокозагущенных маслах в больших концентрациях неэффективен, что также отрицательно сказывается на низкотемпературных свойствах масла.

Настоящее изобретение направлено на разработку универсального всесезонного моторного масла для автомобильной техники вязкостного класса 4з/14, обеспечивающего надежный пуск непрогретого двигателя при температуре до минус 35°С и предназначенного для высокофорсированных бензиновых и дизельных двигателей [ГОСТ 17479.1-85. Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные]. Технический результат - улучшение антиокислительных и противоизносных свойств масла.

Указанный технический результат достигается тем, что известное моторное масло, содержащее в качестве основы маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью при 100°С 2-4 мм²/с в смеси с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм²/с при той же температуре, щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, полиметакрилат марки "Д", полиметилсилоксан, гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом и высокомолекулярное основание Манниха, согласно изобретению дополнительно содержит концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле, модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина и спиртовой цинкдитиофосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щелочной алкилсалицилат кальция 2,9-4,9

Щелочной сульфонат кальция 0,5-1,5

Полиметакрилат марки "Д" 1,5-2,5

Полиметилсилоксан 0,003-0,005

Гидрированный блок-сополимер

Бутадиена со стиролом 1,75-2,25

Высокомолекулярное основание

Манниха 2,0-3,0

Концентрат смеси моно- и

бис-алкилсукцинимидов в масле 2,5-3,5

Модифицированный продукт

алкилирования

фенола хлорпарафинами 1,4-2,2

Блок-сополимер окиси

этилена и пропилена

на основе этилдиамина 0,015-0,025

Спиртовой цинкдитиофосфат 0,6-1,6

Остаточный компонент

с кинематической вязкостью

при 100°С 15-20 мм²/с 5,4-6,0

Маловязкое дистиллятное

масло с кинематической

вязкостью при 100°С 2-4 мм²/с Остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав моторного масла значительно отличается от известного введением новых компонентов, а именно: концентрата смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле, модифицированного продукта алкилирования фенола хлорпарафинами, блок-сополимера окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина и спиртового цинкдитиофосфата. Кроме того, известные компоненты - щелочной алкилсалицилат кальция, полиметакрилат марки "Д", высокомолекулярное основание Манниха и гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом применяются в ином процентном соотношении.

Положительным антиокислительным и противоизносным эффектом замены диалкилдитиофосфата цинка на спиртовой цинк дитиофосфат является более высокая концентрация активного вещества в последней присадки. Кроме того, сочетание полиметакрилата марки "Д" в меньшей концентрации с модифицированным продуктом алкилирования фенола хлорпарафинами придает маслу улучшенные низкотемпературные свойства, а сочетания высокомолекулярного основания Манниха с блок-сополимером окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина значительно улучшает антиокислительные свойства масла. Замена диспергирующей присадки алкенилсукцинимида мочевины на концентрат смеси моно- и бис- алкилсукцинимидов в масле вызвана дефицитностью первой присадки.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава масла были приготовлены пять опытных образцов. Состав опытных образцов масел представлен в таблице 1.

Ниже приведена характеристика компонентов, входящих в состав масла.

Остаточный компонент (или масло базовое МС-20) представляет собой продукт селективной очистки сернистых нефтей: кинематическая вязкость при 100°С равна 15-20 мм²/c, температура застывания - минус 15°С, температура вспышки - не менее 258°С, цвет на калориметре ЦНТ - 50 ед., содержание механических примесей - отсутствуют. Вырабатывается OOO "ЛУКойл-Волгограднефтепереработка" по СТП-5.16.92 и ТУ 38.101265-88.

Маловязкое дистиллятное масло (веретенное АУ) представляет собой высокоочищенное нефтяное масло, которое вырабатывается сернокислотной очисткой из малопарафинистых нефтей нафтенового основания: вязкость кинематическая при 20°С - 48-50 мм²/с, при 50°С - 12-14 мм²/с, при 100°С - 2-4 мм²/с, вязкость динамическая при минус 20°С - 1300-1400 МПа·с, температура застывания - минус 40-50°С, кислотное число - 0,05-0,07 мг КОН/г, зольность сульфатная - 0,005%, температура вспышки - 165°С. Вырабатывается промышленностью по ТУ 38.201-29-71-94 и ТУ 38.1011232-89.

Щелочной алкилсалицилат кальция (присадка Детерсол-140) предназначен для повышения моющих свойств масла и представляет собой коллоидный раствор в минеральном масле кальциевой соли алкилсалициловой кислоты с молекулярной массой в пределах 750-820 и мелкодисперсного карбоната кальция, находящегося также в коллоидном состоянии. Содержание кальциевой соли алкилсалициловой кислоты в масле-растворителе находится в пределах 25-30%, а карбоната кальция - 6-9%. В состав щелочного алкилсалицилата входят также свободные алкилфенолы и алкилфенольные эфиры в количестве до 20%. Общая щелочность присадки составляет не менее 155 мг КОН/г, массовая доля сульфатной золы - не более 24,3%. Вырабатывается промышленностью по ТУ 38.101290-88.

Щелочной сульфонат кальция (присадка С-150 по ТУ 38.101685-84 или КНД по ТУ 38.1011283-89) предназначен для повышения моющих свойств масла и представляет собой коллоидную дисперсию в минеральном масле карбоната кальция, стабилизированную 30%-ным сульфонатом кальция. Массовая доля сульфоната кальция составляет не менее 28%, общая щелочность - 120-150 мг КОН/г, зольность сульфатная - 17-24%.

Полиметакрилат марки "Д" (присадка ПМА "Д") представляет собой полимер эфиров метакриловой кислоты и смеси первичных спиртов С 12 ÷ С 16 нормального строения, условная молекулярная масса 12000-17000 и предназначен для улучшения низкотемпературных свойств масел и повышения их вязкости. Массовая доля активного вещества составляет 30-40%. Вырабатывается промышленностью по ТУ 6-01-270-94.

Полиметилсилоксан (присадка ПМС-200А) представляет собой смесь полимеров метилсилоксанов линейной и цилиндрической структуры с молекулярной массой в пределах 2500-3500 и применяется для улучшения антипенных свойств масел. Массовая доля кремния составляет 36-39%. Вырабатывается промышленностью по ОСТ 6-02-20-79.

Гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом (присадка Спектрол-2000) получают растворной полимеризацией бутадиена со стиролом в смешанном растворителе циклогексана с нефрасом при 50°С и объемном соотношении 50:50 в присутствии диглима, н-литий-бутила с последующим гидрированием каучука в растворе водородом, выделением полимера водной дегазацией, отгонкой растворителя с паром и сушкой каучука. Массовая доля связанного стирола составляет 52-59%, массовая доля золы - не более 0,2%, непредельность мольная - не более 1,4%. Применяется в качестве загущающей присадки. Выпускается промышленностью по ТУ 0257-002-06913380-99.

Высокомолекулярное основание Манниха (присадка Борин) представляет собой 50% раствор модифицированного бором основания Манниха, полученного конденсацией алкилфенолов с гексаметилентетраамином или аммиаком и формальдегидом в масле. Содержит азота 0,4-1,5%. Предназначено для улучшения антиокислительных свойств и вырабатывается промышленностью по ТУ 38.1011003-84.

Концентрат смеси моно- и бис- алкилсукцинимидов в масле (присадка СД-73) применяется для улучшения диспергирующих свойств в широком интервале температур. Щелочное число присадки - не менее 30 мг КОН/г, массовая доля активного вещества - не менее 45%. Вырабатывается по ТУ 025715-41480236-001-98.

Модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами (присадка Депресал М) применяется для улучшения депрессорных свойств. Температура застывания базового масла М-11 по ТУ 38.101523-80 с 1% присадки Депресал М - не выше -30°С. Вырабатывается по ТУ 38.5901172-92.

Блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина (присадка Дипроксамин 157) применяется для улучшения деэмульгирующих и антиокислительных свойств. Массовая доля азота - 0,5-0,55%, массовая доля золы - не более 0,5%, Вырабатывается по ТУ 6-14-614-76.

Спиртовой цинкдитиофосфат (присадка ЦД-7) предназначен для улучшения антиокислительных, антикоррозионных и противоизносных свойств масел и в своем составе содержит цинка не менее 10 мас.%, рН раствора присадки в спирто-бензольной или спирто-толуольной смеси - не менее 5,8. Вырабатывается промышленностью по ТУ 0257-010-11246224-98.

Заявляемую композицию моторного масла готовят по следующей технологии.

В базовое масло, предварительно разогретое до 110-120°С, при перемешивании вводят загуститель - гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом. Затем при температуре 70-90°С вводят оставшиеся присадки. Порядок введения присадок: депрессорные, моющие, диспергирующие, антиокислительные и деэмульгатор, антипенная. Присадки вводят в поток или смесь. Перемешивание осуществляют в течение 3,5-4 ч до получения однородной массы по всему объему емкости. Однородность полученного масла определяют по показателям кинематической вязкости при 100°С и щелочному числу.

В таблице 2 представлены результаты лабораторных испытаний по оценке физико-химических свойств опытных образцов моторного масла, сопоставленные с соответствующими данными масла-прототипа. Определение физико-химических свойств проводили в соответствии со стандартизированными методиками: вязкость кинематическую при 100°С определяли по ГОСТ 33, индекс вязкости - ГОСТ 24371, температуру застывания - ГОСТ 20287, температуру вспышки в открытом тигле - ГОСТ 4333, вязкость динамическую при температуре минус 25°С - ASTM D 5293, вязкость динамическую при температуре минус 30°С - ASTM D 4684, щелочное число - ГОСТ 11362, зольность сульфатную - ГОСТ 12417, коррозионность - ГОСТ 20502, стабильность по ИПО - ГОСТ 11063, трибологические характеристики на четырехшариковой машине трения - ГОСТ 9490.

Из результатов лабораторных испытаний видно, что оптимальным по составу и уровню эксплуатационных свойств является образец №3. В таблице 3 представлены результаты моторных испытаний на двигателе Д-245 заявляемого масла (образца №3) и масла-прототипа с целью определения соответствия их требованиям эксплуатационной группы "Д" и оценки противоизносных свойств [ГОСТ 17479.1-85. Обозначение нефтепродуктов. Масла моторные], а в таблице 4 - результаты оценки их антиокислительных свойств на одноцилиндровой моторной установке ИКМ-40 по ГОСТ 20457.

Как видно из представленных в таблицах 3 и 4 результатов испытаний, заявляемое масло отвечает требованиям, предъявляемым к маслам группы "Д", и превосходит прототип по противоизносным и антиокислительным свойствам.

Кроме того, заявляемая композиция расширяет ассортимент универсальных всесезонных моторных масел.

Применение заявляемого масла позволит обеспечить надежную и бесперебойную работу высокофорсированных бензиновых и дизельных автомобильных двигателей в широком диапазоне температур окружающего воздуха.

Использование: в автомобильной технике в качестве универсального всесезонного моторного масла. Сущность: масло содержит, мас.%: щелочной алкилсалицилат кальция - 2,9-4,9, щелочной сульфонат кальция - 0,5-1,5, полиметакрилат марки "Д" - 1,5-2,5, полиметилсилоксан - 0,003-0,005, гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом - 1,75-2,25, высокомолекулярное основание Манниха - 2,0-3,0, концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле - 2,5-3,5, модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами -1,4-2,2, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина - 0,015-0,025, спиртовой цинкдитиофосфат - 0,6-1,6, остаточный компонент с кинематической вязкостью при 100°С 15-20 мм²/с - 5,4-6,0, маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью при 100°С 2-4 мм²/с - остальное. Моторное масло соответствует требованиям к классу вязкости 4з/14 и группе эксплуатационных свойств "Д". Технический результат - улучшение противоизносных и антиокислительных свойств масла, что позволит обеспечить надежную работу высокофорсированных бензиновых и дизельных двигателей автомобильной техники в широком интервале температур окружающего воздуха. 4 табл.

Моторное масло, содержащее маловязкое дистиллятное масло с кинематической вязкостью при 100°С 2-4 мм²/с в смеси с остаточным компонентом с кинематической вязкостью 15-20 мм²/с при той же температуре, щелочной алкилсалицилат кальция, щелочной сульфонат кальция, полиметакрилат марки "Д", полиметилсилоксан, гидрированный блок-сополимер бутадиена со стиролом и высокомолекулярное основание Манниха, отличающееся тем, что дополнительно содержит концентрат смеси моно- и бис-алкилсукцинимидов в масле, модифицированный продукт алкилирования фенола хлорпарафинами, блок-сополимер окиси этилена и пропилена на основе этилдиамина и спиртовой цинкдитиофосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Щелочной алкилсалицилат кальция 2,9-4,9

Щелочной сульфонат кальция 0,5-1,5

Полиметакрилат марки "Д" 1,5-2,5

Полиметилсилоксан 0,003-0,005

Гидрированный блок-сополимер

бутадиена со стиролом 1,75-2,25

Высокомолекулярное основание Манниха 2,0-3,0

Концентрат смеси моно- и

бис-алкилсукцинимидов в масле 2,5-3,5

Модифицированный продукт алкилирования

фенола хлорпарафинами 1,4-2,2

Блок-сополимер окиси этилена и

пропилена на основе этилдиамина 0,015-0,025

Спиртовой цинкдитиофосфат 0,6-1,6

Остаточный компонент с кинематической

вязкостью при 100°С 15-20 мм²/с 5,4-6,0

Маловязкое дистиллятное масло с кинематической

вязкостью при 100°С 2-4 мм²/с Остальное