Способ определения гидролитической стабильности эфирных масел Российский патент 2023 года по МПК G01N33/28 

Изобретение относится к области исследования масел на основе сложных эфиров применительно к оценке их гидролитической стабильности после изменений в результате термоокислительной деструкции в газотурбинных двигателях (ГТД).

Известен способ определения гидролитической стабильности моторных масел (Патент RU 2203490 С2, кл. G01N 33/30 (2000.01), опубл. 20.12.2002) [1], который включает внесение воды в масло, нагрев, центрифугирование. О гидролитической стабильности масла судят по разности щелочных чисел исходного масла и масла, подвергнутого перечисленным процедурам.

Недостатком данного способа является то, что область применения ограничена моторными маслами, оцениваемыми по показателю «щелочное число».

Известны способы определения гидролитической стабильности масел и гидравлических жидкостей на основе сложных эфиров, реализованные в виде стандартов: FED-STD-791D Method 3457.2 [2], ASTM D 2619 [3]. В данных способах смесь жидкости и воды, помещается в бутыль вместе с медной пластинкой. Бутыль вращается в течение определенного времени часов при заданной температуре.

Гидролитическая стабильность оценивается по нескольким показателям, таких как изменение кислотного числа и вязкости масла; кислотное число слоя воды после гидролиза; изменение массы медной пластинки и др.

Недостатками данного способа являются сложность процедуры определения, чрезмерное количество определяемых показателей, что затрудняет интерпретировать полученные результаты.

Известен способ определения гидролитической стабильности авиационных масел на основе эфиров для ГТД, (Утв. Решением ГМК от 23/1-257 от 26.12.80) [4]. В указанном способе смесь масла и воды после гомогенизации выдерживается в герметически закрытом металлическом стакане в присутствии медной пластинки в течение 48 часов времени при температуре 100°С. После этого оцениваются показатели: кислотное число и вязкость масла, рН водного слоя, содержание осадка; изменение массы медной пластинки.

Недостатками данного способа являются большое количество определяемых показателей после испытаний.

Общим недостатком всех описанных способов является то, что в качестве объекта испытаний выступает свежее масло. Таким образом, происходит оценка гидролитической стабильности свежих масел, а не при реальной эксплуатации в ГТД.

В реальном ГТД масло претерпевает изменения под воздействием различных факторов, при этом основным является процесс термоокислительной деструкции масла. Процесс гидролиза масла, подверженного термоокислительной деструкции, отличен от процесса свежего масла.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение достоверности по оценке склонности эфирных масел к гидролизу в условиях эксплуатации в ГТД путем использования предварительной процедуры термоокислительной деструкции масла.

Технический результат заявляемого технического решения достигается за счет того, что в способе определения гидролитической стабильности авиационных масел на основе эфиров для ГТД, включающем в себя гомогенизацию смеси масла и воды и последующее выдерживание в герметически закрытом металлическом стакане в течение определенного времени при заданной температуре, масло, используемое для смешивания с водой, предварительно подвергают термоокислительной деструкции, оценку гидролитической стабильности масла производят по показателю, характеризующему удельную степень гидролиза окисленного масла, определяемому по формуле:

где КЧ₀ и КЧ₁ - кислотные числа масла, определяемые по ГОСТ 11362-96, после окисления в условиях по ГОСТ 23797-79 в течение 10 часов и после завершения процесса гидролиза окисленного масла, соответственно;

N - количество сложноэфирных групп в молекуле эфира.

Способ реализуется следующим образом. 100 мл масла термостатируют с использованием аппаратуры и средств по ГОСТ 23797-79 (термостат, реакционный сосуд, оборудование для подачи воздуха, комплект металлических пластин) в течение 10 часов. Расход воздуха - 10 л/час. Температура окисления масла определяется требованиями нормативной документации на масло и составляет 200°С. После окисления масла определяют кислотное число окисленного масла КЧ₀ по ГОСТ 11362-96.

В стакан гомогенизатора отмеряют мерным цилиндром с погрешностью не более ±1,0 мл 25 мл дистиллированной воды и берут навеску 75 г испытуемого окисленного масла с погрешностью не более ±0,1 г. Гомогенизируют при 5 тыс. об/мин. в течение 10 мин.

В колбу объемом 250 мл переливают полученную эмульсию воды в масле, помещают в воздушный термостат, нагретый до 95±3°С. После нагрева в течение 30 мин колбу закрывают притертой крышкой. Выдерживают испытуемое масло при температуре 95±3°С течение 48 часов.

По окончании опыта извлекают из термостата колбу, охлаждают до 40°С, затем содержимое переносят в делительную воронку и отстаивают до четкого разделения масла и воды. После разделения смеси из делительной воронки сливают раздельно водный слой и масло.

При стабильной эмульсии воды в масле смесь центрифугируют в течение 1 часа при факторе разделения 4000 и затем разделяют, осторожно переливая масло и воду в разные колбы.

Выделенное масло высушивают от следов растворенной воды фильтрованием через слой свежепрокаленного при 100±5°С безводного сульфата натрия, помещая в воронку для фильтрования с бумажным фильтром 10-12 г сульфата натрия. В осушенном масле определяют кислотное число масла после завершения процесса гидролиза КЧ₁ по ГОСТ 11362-96.

Удельную степень гидролиза окисленного масла, определяют по формуле:

где КЧ₀ и КЧ₁ - кислотные числа масла, определяемые по ГОСТ 11362-96 после окисления в условиях по ГОСТ 23797-79 в течение 10 часов и после процесса гидролиза окисленного масла, соответственно;

N - количество эфирных функциональных групп COOR в молекуле эфира.

В заявке рассматриваются масла на основе эфиров: масло ВНИИ НП 50-1-4у на основе диизоктилового эфира себациновой кислоты (ДОС) и масла Mobil Jet Oil 254 и Turbonycoil 600 на основе пентаэритовых эфиров жирных кислот С6-С9 (ПЭЭ).

Функциональная группа - структурный фрагмент органической молекулы, определяющий ее химические свойства. В нашем случае это эфирная группа - COOR.

В молекуле ДОС их 2 (N=2), а в молекуле ПЭЭ - 4 (N=4). Мы рассматриваем обратную реакцию - гидролиз, когда под воздействием внешних факторов (воды) эфир распадается на свои составляющие. При гидролизе одной молекулы ДОС образуется одна молекула себациновой кислоты с двумя кислотными группами, а при гидролизе ПЭЭ образуются 4 молекулы жирных кислот с одной кислотной группой каждая. Введенный коэффициент N в расчетной формуле учитывает особенность структуры молекулы эфира.

В таблице представлены результаты испытаний масел Mobil Jet Oil 254, Turbonycoil 600 и ВНИИ НП 50-1-4у по заявленному способу и в соответствии с известным методом (Утв. Решением ГМК от 23/1-257 от 26.12.80).

Гидролитическая стабильность свежих масел Mobil Jet Oil 254 и Turbonycoil 600 на основе пентаэритовых эфиров жирных кислот, определенная в соответствии с известным способом, примерно одинакова. Кислотные числа после процесса гидролиза составляют 0,12 и 0,13 мг КОН/г, соответственно. Для масла ВНИИ НП 50-1-4у после гидролиза получено значение кислотного числа на порядок больше - 1,6 мг КОН/г.

Таким образом, оценивая известным способом указанные масла, можно заявить, что масло ВНИИ НП 50-1-4у имеет большую склонность к гидролизу, чем масла Mobil Jet Oil 254 и Turbonycoil 600.

При использовании заявленного способа масла подвержены 10-ти часовому окислению при 200°С по ГОСТ 23797-79, которое создает условия термоокислительной деструкции основ масел, тем самым моделирует работу масел в ГТД. Значения кислотных чисел после окисления (КЧ_о) характеризуют степень термоокислительной деструкции масел. Как видно из таблицы эти значения примерно одинаковы для масел Mobil Jet Oil 254 и Turbonycoil 600 и примерно в 3 раза больше для масла ВНИИ НП 50-1-4у.

После гидролиза окисленных масел кислотные числа (КЧ₂) пентаэритритовых масел стали существенно различаться, что свидетельствует о большей степени гидролиза масла Mobil Jet Oil 254 по сравнению с Turbonycoil 600.

Удельная степень гидролиза, полученная после деления разницы кислотных чисел КЧ₁ и КЧ_о на количество функциональных групп (N), оценивает степень гидролиза окисленных масел с учетом разницы химического строения молекул основ масел.

Выявлено ухудшение гидролитической стабильности после окисления масел. При этом масло Mobil Jet Oil 254, подвержено гидролизу в наибольшей степени. Существенно стабильнее в этих условиях оказалось масло Turbonycoil 600. Не смотря на разницу химического состава масел Mobil Jet Oil 254 и ВНИИ НП 50-1-4у, их удельная степень гидролиза оказалась сопоставима.

Применение предлагаемого способа оценки гидролитической стабильности эфирных масел позволит получить дополнительные, более достоверные результаты исследований, позволяющие оценивать эксплуатационные свойства масел.

Источники

1. Патент RU 2203490 С2, кл. G01N 33/30 (2000.01), опубл. 20.12.2002.

2. METRIC FED-STD-791D November 6, 2007. Method 3457.2 Hydrolytic Stability.

3. ASTM D2619 - 09(2014) Standard Test Method for Hydrolytic Stability of Hydraulic Fluids (Beverage Bottle Method).

4. Квалификационный метод, утвержденный Решением Государственной межведомственной комиссией, Решение №23/1-257 от 26.12.80.

Изобретение относится к области исследования масел на основе сложных эфиров. Раскрыт способ определения гидролитической стабильности эфирных масел, который заключается в гомогенизации смеси масла и воды и последующем выдерживании этой смеси в герметически закрытом металлическом стакане в течение определенного времени при заданной температуре, при этом масло, используемое для смешивания с водой, предварительно подвергают термоокислительной деструкции и оценку гидролитической стабильности масла производят по показателю, характеризующему удельную степень гидролиза окисленного масла. Изобретение обеспечивает повышение достоверности оценки склонности эфирных масел к гидролизу в условиях эксплуатации в газотурбинных двигателях путем использования предварительной процедуры термоокислительной деструкции масла. 1 табл.

Способ определения гидролитической стабильности эфирных масел, заключающийся в гомогенизации смеси масла и воды и последующем выдерживании этой смеси в герметически закрытом металлическом стакане в течение определенного времени при заданной температуре, при этом масло, используемое для смешивания с водой, предварительно подвергают термоокислительной деструкции и оценку гидролитической стабильности масла производят по показателю, характеризующему удельную степень гидролиза окисленного масла, определяемому по формуле

где КЧ₀ и КЧ₁ - кислотные числа масла, определяемые после окисления масла в течение 10 часов и после завершения процесса гидролиза окисленного масла соответственно;

N - количество эфирных функциональных групп COOR в молекуле эфира.