СМАЗОЧНОЕ МАСЛО Российский патент 2005 года по МПК C10M165/00 C10M165/00 C10M143/08 C10M129/10 C10M133/16 C10M137/10 C10N30/08 

Изобретение относится к нефтехимии, в частности к составам масел, используемых для смазывания цилиндров паровых машин, смазывания форм в литейном производстве, в качестве закалочного масла в кузнечном производстве, смазывания цепей и редукторов, работающих в печах и доменном производстве.

Известно масло Цилиндровое-52, соответствующее ГОСТ 6411-76, представляющее собой остаточное масло селективной очистки нефти, используемое для смазывания цилиндров паровых машин, смазывания форм в литейном производстве, в качестве закалочного масла в кузнечном производстве, смазывания цепей и редукторов, работающих в печах и доменном производстве. Данное высоковязкое масло производилось НПЗ им. Д.И. Менделеева путем перегонки казахстанской нефти и обладало хорошими физико-химическими параметрами - кинематическая вязкость при 100°С соответствовала 50-70 мм²/с, (индекс вязкости соответствовал 88), температура вспышки в открытом тигле соответствовала 305°С. Однако с 1998 г. поставки сырья и производство данного продукта прекратились, а необходимость в смазочных маслах, обладающих хорошими противоизносными и противонагарными свойствами, все увеличивается (таблица 1).

Кроме того, известно масло цилиндровое Ц-52(Я), которое имеет ограниченное применение для смазки цилиндров паровых машин и т.д., поскольку его кинематическая вязкость при 100°С составляет всего 20-26 мм²/с и температура вспышки в открытом тигле 290-294°С. При высоких температурах указанное масло стекает полностью с рабочей поверхности из-за недостаточной вязкости и отсутствия адгезионных свойств.(ТУ 38.3041-2000-12-20).

Данное масло охарактеризовано в таблице 2.

Известен также патент России 2004583, С 10 М 169/04, который раскрывает состав, предназначенный для смазывания моторно-осевых узлов.

Данный состав содержит 44-48% асфальта с плотностью 1015-1021 кг/м³ и/или гудрона с плотностью 1002-1004 кг/м³ при массовом соотношении 1:3-3:1, остальное до 100% депарафинированные на цеолитах газойлевые фракции 270-КК.

Недостатком данного смазочного состава является низкая температура вспышки в открытом тигле, составляющая всего 131-132°С, что не позволяет использовать данную смазку при работе при высоких температурах.

Известно смазочное масло (Патент США 4735736, 1988), содержащее базовое масло и полифункциональную присадку, повышающую индекс вязкости. В качестве присадки используют сополимер этилена и пропилена с фрагментами ненасыщенных кислот. При этом ММ сополимера этилена и пропилена составляет от 5000 до 500000, предпочтительно от 10000 до 200000, наиболее предпочтительно от 20000 до 100000.

Указанные добавки позволяют не только повысить индекс вязкости смазочного масла, но и сохранить его в течение длительного времени. Однако в указанном источнике нет никаких упоминаний относительно температуры вспышки масла и о его использовании при высоких температурах.

Также известно смазочное масло, содержащее базовое масло и звездообразный полимер, представляющий собой полиизопреновые и полибутадиеновые блоки, причем содержание бутадиена составляет не менее 15 мас. %, а соотношение MW1/MW3 составляет от 0,75:1 до 7,5:1. Указанный полимер используют в качестве присадки, повышающей индекс вязкости, при этом количество присадки составляет от 5 до 15 мас. %, остальное базовое масло (Патент России № 95114956). Данное изобретение направлено на увеличение вязкости базового масла. Однако в данном документе нет никаких указаний на то, что указанное масло не деструктирует при высоких температурах.

Наиболее близким по составу и достигаемому техническому результату к заявляемому составу является смазочное масло, раскрытое в авторском свидетельстве СССР 1595886, 04.08.1988, в частности смазочное масло для паровых машин, включающее следующие компоненты, мас. %:

Полиизобутилен средней ММ 720003,0-6,0Продукт взаимодействия борной кислоты с продуктом конденсации алкилфенола с формальдегидом и аммиаком или уротропином (присадка Борин)0,5-1,0Нефтяное маслодо 100

Указанное масло обладает достаточно хорошими адгезионными, противонагарными и противоизносными свойствами. Однако при эксплуатации при высоких температурах (360-400°С) оно деструктирует и самовоспламеняется (температура вспышки в открытом тигле составляет всего 284°С).

Известные ранее масла имели серьезные недостатки, заключающиеся в недостаточной вязкости, что не позволяло обеспечить работу паровых машин и других производств, где требуются высокие температуры.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового высоковязкого смазочного масла, обладающего высокой адгезией, термостабильностью, а также хорошими противоизносными и противонагарными свойствами при работе при температурах выше 300°С, в частности - 360-400°С.

Поставленная задача решается предлагаемым составом - смазочным маслом, включающим, мас.%:

Сополимер этилена и пропилена ММ 150000-3000000,3-1,5Присадка Агидол-1A0,2-0,5Присадка К-510,2-1,1Высоковязкое остаточное маслодо 100

В зависимости от смазывающих свойств базового масла для их усиления и в зависимости от назначения смазочного масла, к нему могут быть дополнительно добавлены другие присадки.

Так для улучшения противоизносных свойств масла данной композиции смазочного масла добавляют присадку ПАФ-4 в количестве от 0,1 до 0,5 мас.%, а также графитовую пудру в количестве до 0,2 мас.%.

В качестве базового масла используют известные масла такие как ПС-28 (ГОСТ 12672-77), И460 (ТУ 38.1011167-88) и П-40 (ТУ 38.101312-2001).

Антиокислительная присадка Агидол-1A представляет 2,6-ди- трет.бутил-4-метилфенол (А.М.Данилов Присадки и добавки, улучшение экологических характеристик нефтяных топлив. М.: Химия, 1996, с.188-189).

Присадка ПАФ-4 является противоизносной и антифрикционной присадкой и представляет собой диизобутилизооктилдитиофосфат молибдена, растворенный в минеральном масле с содержанием основного вещества не менее 60%.

Присадка К-51 является высокотемпературным дисперсантом, представляющим собой концентрат модифицированного бором алкенилсукцинимида в масле с содержанием азота не менее 0.8% и бора не менее 0.2% (ТУ38. 401-1079-00). Она предназначена для придания смазочным маслам моющих, антинагарных и антикоррозионных свойств. Кроме того, обладает повышенной термической и термоокислительной стабильностью.

Вводится в масло для придания антинагарных свойств.

Рецептура приготовления смазочного масла по изобретению

Пример 1

Приготовление концентрата присадки-загустителя

Часть (3,0 кг) базового масла (высоковязкое остаточное масло), характеристики которого приведены в таблице 3, из сырьевого резервуара после предварительного подогрева до 40°С для облегчения перекачки, закачивают в плавильный электрообогреваемый реактор. В масло добавляют присадку (сополимер этилена и пропилена ММ 150000-250000) в количестве 0,182 кг. Масло нагревают и перемешивают.

При температуре смеси 60 до 100°С добавляют Агидол-1A в количестве 6 г. Нагревание смеси продолжают до тех пор, пока температура в реакторе не поднимется до 150°С. Смесь перемешивают в течение не менее 2 час до полного плавления и растворения присадки в масле.

Приготовление смазочного масла

Базовое масло (57,0 кг) из сырьевого резервуара подается в реактор смешения. Масло нагревают в реакторе и при достижении температуры 60°С добавляют Агидол-1A в количестве 114 г и перемешивают. Смесь продолжают нагревать до 100°С. Далее при непрерывном перемешивании вводят в него концентрат присадки, полученный выше, температура которого составляет 150°С, при этом температура базового масла поднимается. Перемешивание продолжают непрерывно в течение не менее 6 час. После чего масло выдерживают в реакторе при температуре не ниже 80°С в течение 20 час, периодически перемешивая (через 2 часа по 10 минут). Далее к смеси при перемешивании в течение 2-х часов добавляют присадку К-51 (0,300 кг). После созревания масла производят слив его при температуре 60-80°С через нейлоновую фильтровальную ткань.

Характеристики полученного смазочного масла сведены в таблицу 4.

Пример 2

Приготовление концентрата присадки-загустителя

Часть (3,0 кг) базового масла (высоковязкое остаточное масло), характеристики которого приведены в таблице 3, из сырьевого резервуара после предварительного подогрева до 40°С для облегчения перекачки закачивают в плавильный электрообогреваемый реактор. В масло добавляют присадку(сополимер этилена и пропилена ММ 150000-250000) в количестве 0,865 кг. Масло нагревают и перемешивают.

При температуре смеси 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 15 г. Нагревание смеси продолжают до тех пор, пока температура в реакторе не поднимется до 150°С. Смесь перемешивают в течение не менее 2 час до полного плавления и растворения присадки в масле.

Приготовление смазочного масла

Базовое масло (57,0 кг) из сырьевого резервуара подается в реактор смешения. Масло нагревают в реакторе и при достижении температуры 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 295 г и перемешивают. Смесь продолжают нагревать до 100°С. Далее при непрерывном перемешивании вводят в него концентрат присадки, полученный выше, температура которого составляет 150°С, при этом температура базового масла поднимается. Перемешивание продолжают непрерывно в течение не менее 6 час. После чего масло выдерживают в реакторе при температуре не ниже 80°С в течение 20 час, периодически перемешивая (через 2 часа по 10 минут). Далее к смеси при перемешивании в течение 2-х часов добавляют присадку К-51 (0,62 кг).

После созревания масла производят слив его при температуре 60-80°С через нейлоновую фильтровальную ткань.

Характеристики полученного смазочного масла сведены в таблицу 4.

Пример 3

Приготовление концентрата присадки-загустителя

Часть (3,0 кг) базового масла (высоковязкое остаточное масло), характеристики которого приведены в таблице 3, из сырьевого резервуара после предварительного подогрева до 40°С для облегчения перекачки, закачивают в плавильный электрообогреваемый реактор. В масло добавляют присадку (сополимер этилена и пропилена ММ 150000-250000) в количестве 0,184 кг. Масло нагревают и перемешивают.

При температуре смеси 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 6 г. Нагревание смеси продолжают до тех пор, пока температура в реакторе не поднимется до 150°С. Смесь перемешивают в течение не менее 2 час до полного плавления и растворения присадки в масле.

Приготовление смазочного масла

Базовое масло (57,0 кг) из сырьевого резервуара подается в реактор смешения. Масло нагревают в реакторе и при достижении температуры 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 117 г и перемешивают. Смесь продолжают нагревать до 100°С. Далее при непрерывном перемешивании вводят в него концентрат присадки, полученный выше, температура которого составляет 150°С, при этом температура базового масла поднимается. Перемешивание продолжают непрерывно в течение не менее 6 час. После чего масло выдерживают в реакторе при температуре не ниже 80°С в течение 20 час, периодически перемешивая (через 2 часа по 10 минут). В завершение процесса при перемешивании в течение 2-х часов добавляют присадку К-51 (0,67 кг); графитовую пудру (0,123 кг) и присадку ПАФ-4 (0,06 кг).

После созревания масла производят слив его при 60-80°С через нейлоновую фильтровальную ткань.Характеристики полученного смазочного масла сведены в таблицу 4.

Пример 4

Приготовление концентрата присадки-загустителя

Часть базового масла (3,0 кг), характеристики которого приведены в таблице 3, предварительно подогретого для перекачки до 40°С, из сырьевого резервуара закачивают в плавильный электрообогреваемый реактор. В масло добавляют присадку (сополимер этилена и пропилена ММ 150000-250000) в количестве 0,94 кг. Масло нагревают и перемешивают.

При температуре смеси 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 16 г. Нагревание продолжают смеси до тех пор, пока температура в реакторе не поднимается до 150°С. Смесь перемешивают в течение не менее 2 час до полного плавления и растворения присадки в масле.

Приготовление смазочного масла

Базовое масло (57,0 кг) из сырьевого резервуара подается в реактор смешения. Масло нагревают в реакторе и при достижении температуры 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 305 г и смесь продолжают нагревать до 100°С. Далее при непрерывном перемешивании вводят в него концентрат присадки, полученный выше, температура которого 150°С, при этом температура базового масла поднимается. Перемешивание продолжают непрерывно в течение не менее 6 час. После чего масло выдерживают в реакторе при температуре не ниже 80°С 20 часов. При остывании смеси до t°C = 80°С при 2-х часовом перемешивании добавляют К-51 (0,62 кг), графитовую пудру (0,125 кг) и присадку ПАФ-4 (0,32 кг).

После созревания масла производят слив его при t=60-80°С через нейлоновую фильтровальную ткань.

Характеристики полученного смазочного масла сведены в таблицу 4.

Пример 5

Приготовление концентрата присадки-загустителя

Часть базового масла (3,0 кг), характеристики которого приведены в таблице 3, предварительно подогретого для перекачки до 40°С, из сырьевого резервуара закачивают в плавильный электрообогреваемый реактор. В масло добавляют присадку (сополимер этилена и пропилена ММ 150000-250000) в количестве 0,94 кг. Масло нагревают и перемешивают.

При температуре смеси 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 16 г. Нагревание продолжают смеси до тех пор, пока температура в реакторе не поднимается до 150°С. Смесь перемешивают в течение не менее 2 час до полного плавления и растворения присадки в масле.

Приготовление смазочного масла

Базовое масло (57,0 кг) из сырьевого резервуара подается в реактор смешения. Масло нагревают в реакторе и при достижении температуры 60°С добавляют Агидол-1А в количестве 305 г и смесь продолжают нагревать до 100°С. Далее при непрерывном перемешивании вводят в него концентрат присадки, полученный выше, температура которого 150°С, при этом температура базового масла поднимается. Перемешивание продолжают непрерывно в течение не менее 6 час. После чего масло выдерживают в реакторе при температуре не ниже 80°С 20 часов. При остывании смеси до t°C = 80°С при 2-х часовом перемешивании добавляют К-51 (0,65 кг), графитовую пудру (0,126 кг).

После созревания масла производят слив его при t = 60-80°С через нейлоновую фильтровальную ткань.

Характеристики полученного смазочного масла сведены в таблицу 4.

Пример 6

Процесс проводят аналогично примеру 1, но в качестве присадки используют сополимер этилена и пропилена с ММ 270000-300000.

Пример 7

Процесс проводят аналогично примеру 2, но в качестве присадки используют сополимер этилена и пропилена с ММ 270000-300000.

Пример 8

Процесс проводят аналогично примеру 1, но количество сополимерной присадки составляет 1,0%.

Пример 9

Процесс проводят аналогично примеру 2, но количество сополимерной присадки составляет 1,0%.

Испытания полученных смазочных масел проводят в соответствии с известными методиками, раскрытыми ниже.

Определение стойкости к деструкции смазочного масла с полимерной присадкой

Методы испытания: испытание проводилось исследовательским методом. Сущность метода состоит в определении стойкости к деструкции полимерной присадки путем нагрева испытуемого образца до температуры, близкой к температуре вспышки, определяемой в открытом тигле, выдерживании образца при этой температуре в течение 30 минут и последующем определении изменения кинематической вязкости. Образец масла цилиндрового по примеру 1 был нагрет до температуры 295°С, выдержан при этой температуре в течение 30 минут. Далее определялась кинематическая вязкость образца при 100°С.

Результаты испытаний

Результаты испытаний приведены в таблице 5.

Уменьшение кинематической вязкости в результате испытаний составляет 2,87%.

Определение температуры вспышки, определяемой в открытом тигле

Испытания проводились стандартным лабораторным методом ГОСТ 4333-87 «Нефтепродукты. Метод определения температур вспышки и воспламенения в открытом тигле».

Результаты испытаний

Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Испытания смазочного состава в соответствии с изобретением на их противонагарные и противоизносные свойства

Испытания проводились на кузнечных штамповочных паровоздушных молотах с усилием в 1000 тонн марок М-2140 и М-2145.

При проведении испытаний проводился контроль опытного масла и узлов паровых молотов. Результаты сравнивались с показателями, полученными ранее при эксплуатации на масле цилиндровое-52 ГОСТ 6411-76. Анализ проб опытного масла проводился по следующим показателям:

- вязкость кинематическая при 100°С мм²/с: исходная от 56,82 до 59,18 мм²/c - уменьшение вязкости в пределах 3%;

- температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С: исходная от 305 до 307°С - показатели стабильные;

- кислотное число, мг КОН/г: исходное - от отсутствия до 0,19; изменение в процессе эксплуатации в пределах нормы - до 0,2.

Изменения перечисленных показателей за время проведения промышленных испытаний масла в соответствии с изобретением находятся на уровне изменений, свойственных штатному маслу.

Расход масла соответствует расходу масла Цилиндровое-52.

Внеплановых ремонтов, отказов, связанных с качеством и особенностями опытного масла, за время эксплуатации не было.

При температуре рабочей поверхности паровых цилиндров молота 360-400°С случаев самовозгорания опытного масла не наблюдалось.

Отмечаются очень хорошие смазочные свойства данного масла, позволяющие снизить износ поверхности паровых цилиндров.

Сравнительные характеристики смазочных масел настоящей заявки и прототипа сведены в таблицу 4.

Как видно из данной таблицы, заявляемое масло значительно превосходит известное масло (авторское свидетельство СССР 1595886) по таким параметрам как нагарообразование, противоизносные свойства. И основным преимуществом заявляемого смазочного масла является то, что оно имеет высокую температуру вспышки в открытом тигле (305-312°С), что позволяет эксплуатировать его при более высоких температурах.

Ранее используемые смазочные масла, заменители цилиндрового-52 ГОСТ 6411-76, не удерживались на рабочей поверхности, деструктировали при высоких температурах, самовоспламенялись.

Указанные полезные свойства данному маслу придает использование сополимера этилена и пропилена ММ 150000-300000 в количестве от 0,3-1,4 мас. %. Сополимеры этилена и пропилена ранее использовались в качестве загущающей присадки в маловязких моторных и гидравлических маслах для увеличения индекса вязкости. Нигде в известном уровне технике не упоминалось о использовании ее с целью увеличения температуры вспышки масла, причем взаимосвязи вязкости масла и его температуры вспышки не отмечалось.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, представлено высоковязкое смазочное масло, превосходящее по своим свойствам известные минеральные масла, которые позволяют эксплуатировать его при высоких температурах.

Таблица 1№№ ппНаименование показателейНормаФактически1Вязкость кинематическая при 100°С, сСт20-5026,192Коксуемость, %, не более 1,50,433Зольность, %, не более0,050,024Содержание водорастворимых кислот и щелочейОтсутствиеОтсутст.5Содержание механических примесей, %, не более0,010,0126Содержание воды, %, не более0,05следы7Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже2902988Температура застывания, °С, не выше-5-59Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более0,2отсутст.10Испытание на коррозию стальных пластинокВыдерживаетВыдерживает11Индекс вязкости, не менее8085

Таблица 2
Масло цилиндровое 52 тяжелое№№ ппНаименование показателейНормаФактически1Вязкость кинематическая при 100°С, сСт50·10^-652,18·10^-6  50·10^-6(52-18)  (50-70) 2Индекс вязкости, не менее80883Коксуемость, %, не более 2,52,344Зольность, %, не более0,0150,006

5Содержание водорастворимых кислот и щелочейОтсутствиеОтсутствие6Содержание механических примесей, %, не более0,010,0107Содержание воды, %, не более0,05следы8Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже3053059Температура застывания, °С, не выше+5+510Плотность при 20°С, г/см³, не более0,9300,90911Кислотное число, мг КОН на 1 г масла, не более0,20,04912Испытание на коррозию стальных пластинокВыдерживаетВыдерживает

Таблица 3
Высоковязкое остаточное масло (Базовое масло)№Наименование показателейФактические данные1Вязкость кинематическая при 100°С (сСт)37,622Индекс вязкости66,03Кислотное число мг КОН на г масла0,174Содержание водорастворимых кислот и щелочейотсутствует5Коксуемость, %1,446Температура вспышки в открытом тигле2847Температура застывания, °С-188Содержание серы, %0,879Содержание воды, %следы10Содержание механических примесей, %отсутствует11Испытание на коррозиювыдерживает12Плотность при 20°С, г/см³0,916

Таблица 4
Результаты испытаний смазочного масла по изобретению в сравнении с известным маслом по прототипу№№Наименование физико-химических показателейФактические результатыПрототипПример 1Пример 2Пример 3Пример 4Пример 5Пример 6Пример 7Пример 8Пример 9Пример 3Пример 6Пример 7Пример 81Вязкость кинематическая, мм²/c, при -100°C5167,77517069.75369646137,7632,1537,7132,022Индекс вязкости831078312512485107104100888188803Плотность при 20°С, кг/м³920911910911911910920911910----4Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С3053073053073083063073123102562702562845Температура застывания, °С-5-10-5-10-10-5-5-10-10-12-12-10-106Кислотное число, мг КОН/г0,1отсут.отсут.отсут.отсут.0,1отсут.отсут.отсут.----7Массовая доля механических примесей, %0.0030,00160,0040,00160,00160,00250,00160,00150,0015"---8Массовая доля воды, %отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.----9Содержание водорастворимых кислот и щелочейотсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.отсут.•---10Коксуемость, %1,241,041,241,21,241,041,21,041,031,441,431,401,3811*Зольность, %0,020,030,140,220,030,0250,030,0250,0250,0060,0060012Испытания на коррозию на стальных пластинахвыдерживаетвыдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.выдерж.13Трибологические характеристики на ЧШМ:
- индекс задира (Из), Н
- показатель износа (Ди), мм410 0,3468 0,37480 0,3468 0,37468 0,37420 0,35450 0,31468 0,30460 0,300,600,760,850,9414Нагарообразование (метод КИИТ, 300°С), г0,00550,00510,00520,00560,00520,00540,00530,00500,00510,00630,00960,01100,0103

Таблица 5Кинематическая вязкость при 100°С до нагрева, мм²/сКинематическая вязкость при 100°С до нагрева, мм²/сУменьшение кинематической вязкости при 100°С в результате испытаний, мм²/с56,8255,191,63

Таблица 6Номер образцаТемпература вспышки, определяемая в открытом тигле, °С13054230733124305

Использование: в области смазочных материалов, используемых в узлах и агрегатах, работающих при высоких температурах, в частности для смазывания цилиндров паровых машин, форм в литейном производстве, в качестве закалочного масла в кузнечном производстве, смазывания цепей и редукторов, работающих в печах и доменном производстве. Сущность: масло содержит в мас. %:

Сополимер этилена и пропилена ММ 150000-3000000,3-1,5Присадка Агидол-1А0,2-0,5Присадка К-510,2-1,1Высоковязкое остаточное маслодо 100

Дополнительно масло может содержать присадку ПАФ-4 в количестве 0,1-0,5 мас. % и/или графитовую пудру в количестве до 0,2 мас. %. Предпочтительное содержание сополимера этилена и пропилена составляет 1 мас. %. Технический результат - повышение адгезии, термостабильности, противоизносных и противонагарных свойств при температурах выше 300°С. 3 з. п. ф-лы, 6 табл.

1. Смазочное масло для узлов и агрегатов, работающих при высоких температурах, на основе высоковязкого остаточного масла, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит сополимер этилена и пропилена ММ 150000-300000 и целевые добавки, такие, как антиоксидант Агидол-1А и присадку К-51, представляющую собой концентрат модифицированного бором алкенилсукцинимида в масле, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сополимер этилена и пропилена ММ 150000-3000000,3-1,5Присадка Агидол-1А0,2-0,5Присадка К-510,2-1,1Высоковязкое остаточное маслоДо 100