Химические свойства и характеристики

  • Щелочность и кислотность масел (alkalinity, acidity). Очищенное минеральное масло, как правило, является химически нейтральным. Для нейтрализации кислот, образующихся во время работы при сгорании сернистого дизельного топлива или окисления углеводородных молекул масла, в моторные и трансмиссионные масла добавляют щелочные присадки.

    Обычно эту задачу выполняют моющие и диспергирующие присадки - детергенты (поверхностно-активные вещества). Чем больше щелочность масла, тем больше его рабочий ресурс. Поэтому для моторных и трансмиссионных масел в качестве эксплуата­ционного показателя указывается общее щелочное число TBN. В некоторые индустриаль­ные масла (охлаждающие смазочные жидкости и др.) добавляют активные сернистые при­садки, которые имеют слабую кислотную реакцию. В связи с этим, в качестве показателя химических свойств, указывается общее кислотное число TAN. Этот показатель иногда определяется и при анализе работающего или отработанного масла как показатель степени окисления масла и накопления кислых продуктов сгорания топлива. Щелочность и кислотность масел выражаются через количество (в мг) гидроокиси калия (КОН), эквивалентное содержанию всех видов щелочей в 1 г масла или необходимое для нейтрализации всех кислот в 1 г масла - и для щелочности, и для кислотности дименсия та же самая (мг КОН/1 г масла). Для определения кислотности проводится титрование гидроокисью калия (КОН), а для определения щелочности - соляной кислотой (НСl). В настоящее время, для этих целей чаще используют метод потенциометрического титрования.

В документах, сопровождающих товарные продукты смазочных материалов, ще­лочность и кислотность выражаются через:

  • общее щелочное число (TBN),
  • число нейтрализации,
  • общее кислотное число (TAN),
  • число сильных кислот (SAN).
  • Общее щелочное число, TBN (totalbasenumber) показывает общую щелочность масла, включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. Общее щелочное число выражается через количество гидрооки­си калия (КОН) в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящих­ся в 1 г масла (мг КОН/г).

Моторное масло должно обладать определенной щелочностью для сохранения мо­ющих свойств, способности к нейтрализации кислот и подавления процессов коррозии. Чем больше щелочное число, тем большее количество кислот, образующихся при окислении масла и сгорании топлива, может быть переведено в нейтральные соединения. В про­тивном случае эти кислоты вызывают коррозионный износ деталей двигателя и усилива­ют процессы образования отложений. При работе масла в двигателе щелочное число неиз­бежно снижается, нейтрализующие присадки срабатываются. Такое снижение имеет допустимые пределы, по достижении которых масло считается утратившим работоспособность. Считают, что при уменьшении щелочности масла примерно на 50 % от начала величины, масло следует заменить.

TBN масла определяется потенциометрическим титрованием соляной кислотой стандартам ASTM D 664, ГОСТ 11362-96, ISO 6619-88 или более новыми методами потенциометрическим титрованием перхлоровой кислотой по стандартам DIN ISO 37 ASTM D 2896-98 (по этим методам значение TBN получается примерно на 2-3 едини выше, чем по ASTM D 664). Для анализа работающих масел, в которых нейтрализация протекает медленно, предпочтение отдается методу ASTM D 4739.

  • Число нейтрализации (neutralizationnumber, neutnumber) показывает щелочность или кислотность масла и выражается через количество соляной кислоты (НС1) или гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации оснований или кислот, находящихся в 1 г масла. Число нейтрализации определяется потенциометрическим титрованием (по ASTM D 664) или колориметрическим титрованием (ISO 6619, ISO 753 DIN 51 558, ASTM D 974, ГОСТ 11362-96).

  • Общее кислотное число TAN (totalacidnumber). Как моторное, так и трансмиссионное масло может содержать и кислотные, и щелочные компоненты, содержание которых может быть определено раздельно. Кислотные компоненты нового масла имеют особую кислотность, которая не оказывает заметного влияния на коррозию металлов и называется общим кислотным числом масла (TAN). TAN масла выражается через количество
    гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации слабых кислот, нaxoдящихся в 1 г масла и определяется по стандартным методикам ASTM D 664 и ГОСТ 113 62. При анализе работающих жидкостей автоматической коробки передач (ATF), а также трансмиссионных и моторных масел, иногда определяется TAN, как один из показателей, характеризующих образование кислот при окислении масел.

  • Числосильныхкислот SAN (strong acid number). В автомобильных маслах сильные кислоты должны отсутствовать, но они могут образовываться при продолжительной работе моторного масла. Появление в масле сильных кислот означает необходимость замены масла, так как такие кислоты вызывают интенсивный коррозионный износ и образование шлама. SAN, как и TAN, выражается через количество КОН, необходимое для нейтрализации соответствующих (сильных) кислот.

  • Содержание серы (sulfurcontent) - это показатель для оценки сернистости масла. Соединения серы попадают в масло из нефти или с серосодержащими присадками. По содержанию серы в масле без присадок делаются выводы об антикоррозионных свойств базового масла. При наличии серосодержащих присадок, содержание серы указывает их наличие.

  • Коксуемость, склонность к коксованию (cokeability, cokingtendemcarbonization). При достаточно высокой температуре масло разлагается и образуются твердые углеродистые продукты. Термостойкость масла определяется его склонностью к коксованию. Коксование (coking) - это образование твердого кокса при нагревании масла, без доступа кислорода. Коксуемость (cokeability) - склонность масла при нагревании образовывать остаток (после испарения всех летучих фракций) с последующим термическим разложением остатка масла в отсутствии воздуха. Это показатель для чистого масла, так как присадки могут оказывать значительное влияние на коксуемость. Поэтому коксуемость определяется только для базовых масел. Основные методы - метод Конрадсона (DIN 51 551, ГОСТ 19932-74), который больше применяется в Европе и Рамсботтома(Ramsbottom) (ISO 4262) - в Америке. Коксуемость также можно определить по стандартам ГОСТ 8852-74, DIN 51551.

  • Зольность (ashcontent) - это количество золы, образующееся при сгорании масла. Чистое свежее масло без присадок должно сгорать без остатка. Образование золы из масла без присадок является показателем его засоренности. Присадки в товарном масле значи­тельно увеличивают зольность. Зольность определяется путем сжигания установленного количества масла в открытом тигле с последующим прокаливанием остатка и выражается в процентах от начальной массы масла (ISO 6245, EN 7, DIN EN 7, ASTM D 482, ГОСТ 1461-75).

  • Сульфатная зольность (sulfatedash) - это показатель содержания присадок, в основном органических соединений металлов. Золу составляют продукты окисления орга­нических соединений металлов - окиси (например, BaO, CaO, MgO) и сульфаты металлов (например, BaSO4, CaSO4, MgS04). Для сравнения зольности разных масел, все окиси ме­таллов переводятся в сульфаты. Масло нагревается до образования твердого углеродисто­го остатка, который обрабатывается серной кислотой для превращения окисей металлов в сульфаты. Затем сульфаты прокаливаются при температуре 775°С до образования суль­фатной золы. Сульфатная зольность для автомобильных масел определяется по стандар­там ASTM D 874, ГОСТ 12417-73, DIN51 575 и выражается в процентах от начальной массы масла.

    Сульфатная зольность является прямым показателем количества присадок в масле, поэтому присутствие присадок проверяется именно по сульфатной зольности. Довольно высокая сульфатная зольность моторных масел (по сравнению с другими маслами) в ос­новном обусловлена наличием в их составе моющих присадок, содержащих металлы. Эти присадки необходимы для предотвращения отложений на поршнях и придания маслам способности нейтрализовывать кислоты. Излишне зольное масло может приводить к преж­девременному воспламенению рабочей смеси из-за образования отложений в камере сго­рания, неблагоприятно влиять на работоспособность свечей зажигания, способствовать по­вышенному износу деталей вследствие абразивного воздействия на поверхности трения.

    Сульфатная зольность ограничивается нормативной документацией на производ­ство моторных масел только в Европе (классификация АСЕ А). В моторных маслах для бензиновых двигателей сульфатная зольность не должна превышать 1,5%, для дизельных двигателей малой мощности -1,8% и для дизельных двигателей высокой мощности - 2,0%.

    • Химическийсоставмасла (chemical constitution of oil). Качество масла, в значи­тельной степени, зависит от его группового химического состава, т.е. от соотношения па­рафинов, ароматических соединений и нафтенов. При оценке качества масла и присвое­нии категории качества, химический состав масла не определяется, так как многие свой­ства масла существенно улучшаются введением соответствующих присадок. Иногда, в описаниях масла производители указывают основной класс соединений, так как они ха­рактеризуют некоторые общие эксплуатационные свойства. Например, парафиновые мас­ла отличаются высоким индексом вязкости, хорошей стойкостью к окислению, а нафтено­вые масла - высокой липкостью, хорошими смазывающими свойствами и т.д.

    При разработке новых сортов масел, соотношение соединений нефти и другие хи­мические показатели определяются при помощи инфракрасной (ИК) спектроскопии, хро­матографии и других методов анализа.

    Химические методы анализа более широко применяются при анализе работающего масла для идентификации и определения количества продуктов окисления и загрязнения. Например, по результатам определения количества металлов делаются выводы о процес­сах износа деталей двигателя, по содержанию карбонильных групп (ИК спектроскопия) -о степени окисления масла и ресурсе работы.

    • Летучесть, испаряемость, потери от испарения (volatility, oillossbyevaporation). Во время работы двигателя, вследствие высокой температуры, наиболее легкие фракции масла улетучиваются. Склонность масла к испарению, согласно требованиям АСЕА, оценивается методом Нок (Noackvolatilitytest, CEC-L-40-A-93, DIN 51 581). По этому методу испарение определяется при температуре масла 250°С в течении 1 часа. В Америке для определения испарения масел бензиновых двигателей используют метод Нок или аналогичный метод воздушной струи (airjettest, ASTM D 972), а также метод вакуумной дистилляции (ASTM D 1160) или хроматографии при температуре 371°С (AST D 2887). Для масел дизельных двигателей (в Америке) обычно определяют общие потери масла в моторных испытаниях (IK, IN, T8) в г/кВтч. Согласно ГОСТ 10306-75 потери испарения определяются пропусканием воздуха через нагретое масло. Испаряемость в чашечке определяется по ГОСТ 20354-74.