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 (НС1). 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 (ТАМ),

• число сильных кислот (SAN).

Общее щелочное число, TBN (total base number) показывает общую щелочность включая вносимую моющими и диспергирующими присадками, которые обладают щелочными свойствами. Общее щелочное число выражается через количество гидроокис и калия (КОН) в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящися в 1 г масла (мг КОН/г).

Моторное масло должно обладать определенной щелочностью для сохранения моющих свойств, способности и 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 китслоты вызывают коррозионный износ деталей двигателя и усиливают процесс 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 начальной величины, масло следует заменить.

TBN масла определяется потенциометрическим титрованием соляной кислотой по стандартам ASTM D 664, ГОСТ 11362-96, ISO 6619-88 или более новыми методами - потенциометрическим титрованием перхлоровой кислотой по стандартам DIN ISO 3771, ASTM D 2896-98 (по этим методам значение TBN получается примерно на 2-3 единицы выше, чем по ASTM D 664). Для анализа работающих масел, в которых нейтрализация протекает медленно, предпочтение отдается методу ASTM D 4739.

Число нейтрализации (neutralization number, neut number) 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 7537, DIN 51 558, ASTM D 974, ГОСТ 11362-96).

Общее кислотное число TAN (total acid number). Как моторное, так и трансмиссионное масло может содержать и кислотные, и щелочные компоненты, содержание которых может быть определено раздельно. Кислотные компоненты нового масла имеют слабую кислотность, которая не оказывает заметного влияния нa коррозию металлов и называется общим кислотным числом масла (TAN). TAN масла выражается через количество , гидроокиси калия (КОН) в мг, необходимое для нейтрализации слабых кислот, находя­щихся в 1 г масла и определяется по стандартным методикам ASTM D 664 и ГОСТ 11362-96. 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.

Число сильных кислот SAN (strong acid number). В, автомобильных маслахм 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 (sulfur content) - 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 свойствах 1 базового масла. При наличии серосодержащих присадрк,^оде£жание^ерьі.указывает на' их наличие.

Коксуемость, склонность к коксованию (cokeability. coking tendency, carbonization). 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 Конрадсона (Conradson) (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 51 551.

Зольность (ash content) - 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 (sulfated ash) - 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 или DIN 51 575 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 АСЕА). В моторных_мдсдах 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 %.

Химический состав масла (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, oil loss by evaporation). Во время работы двигателя, вследствие высокой температуры, наиболее легкие фракции масла улетучиваются. Склонность масла к испарению, согласно требованиям ЛСЕА, оценивается методом Нок (Noack volatility test, 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 (airjet test, ASTM D 972), а также метод ваку­умной дистилляции (ASTM D 1160) или хроматографии при температуре 371 °С (ASTM П 2887). Для масел дизельных двигателей (в Америке) обычно определяют общие потери масла в моторных испытаниях (IK. IN, T8) в г/кВт ч. Согласно ГОСТ 10306-75 потери от испарения определяются пропусканием воздуха через нагретое масло. Испаряемость в чашечке определяется по ГОСТ 20354-74.