7.2.2 Присадки к маслам
Присадки добавляют к маслам для улучшения их качества. Наиболее важные из них вязкостные, моюще-диспергируюшие, антиокислительные и депрессорные.
Вязкостные (загущающие) присадки добавляют в моторные масла для повышения их вязкости и индекса вязкости. Такие масла называют загущенными. Загущающие присадки (сейчас все чаще употребляют термин «модификаторы вязкости») в сочетании с присадками, улучшающими смазочные свойства моторных масел, позволяют создавать энергосберегающие масла.
В отличие от незагущенных масел, вязкость которых зависит в основном от температуры и давления, загущенные масла обладают еще способностью изменять свою вязкость в зависимости от напряжения и градиента скорости сдвига. Они проявляют временное падение вязкости с увеличением скорости сдвига. Такие жидкости называют «разжижаемые сдвигом». Примеры таких жидкостей: резиновый клей, густотертая краска, битум. Вязкость этих жидкостей называют кажущейся. Ее снижение при определенном градиенте скорости сдвига тем больше, чем ниже температура масла.
У загущенных масел также наблюдается перманентное снижение вязкости из-за механической и термохимической деструкции загущающих присадок. В СНГ в качестве товарных вязкостных присадок в основном используют полиметакрилаты. К вязкостным присадкам относятся также сополимеры стирола с диеновыми углеводородами (изопреном или бутадиеном), сополимеры этилена с пропиленом и с высшими олефинами, эфиры одно- и многоосновных кислот.
Молекулы полиметакрилатов при низкой температуре, когда масло вязкое, находятся в скрученном состоянии и мало влияют на вязкость. С ростом температуры они раскручиваются и повышают вязкость (рис. 7.15). Полимеры компенсируют значительную потерю вязкости самого масла при повышении температуры. Таким образом, повышается индекс вязкости масла.
Рис. 7.15 Состояние молекулы вязкостной присадки в масле при различной его температуре
Присадки типа полиметакрилатов ПМА В-1, ПМА В-2, «Диз-акрил» предстаиляют собой масляные растворы эфиров метакрилатовой кислоты и масел синтетических жирных спиртов.
Вязкостные присадки КП-5, КП-10 и КП-20 являются продуктами полимеризации изобутилена. Средняя молекулярная масса присадок от 4000 до 25000. Их применяют в виде масляных растворов в трансформаторном или индустриальном масле.
Зависимости вязкости различных масел от температуры изображены на рисунке 7.16.
Рис. 7.16 Зависимости вязкости масел от температуры:
1 – моторное; 2 – маловязкое минеральное; 3 – загушенное моторное
Как видно из рисунка, при понижении температуры вязкость моторного масла сильно возрастает, а маловязкого минерального изменяется по пологой кривой. Добавляя в последнее вязкостные присадки, получают загущенное моторное масло, у которого вязкость при 100ºС увеличена за счет добавления присадки, а при 0ºС такая же, как у маловязкого незагущенного минерального масла.
Загущенные масла обладают высоким индексом вязкости, хорошей текучестью при низких температурах, способствуют легкому и быстрому пуску двигателя в холодное время года, образуют небольшое количество нагара, обеспечивают минимальные потери мощности на трение, что ведет к экономии топлива.
Моюще-диспергирующие присадки предназначены для предотвращения или уменьшения образования лаковых отложений и осадков на рабочих поверхностях, предупреждения пригорания поршневых колец, а также для поддержания продуктов окисления масла во взвешенном состоянии. Для этих целей в моторные масла вводят моющие (детергенты) и диспергирующие (диспергенты) присадки. Моюще-диспергирующие присадки условно делят на две группы: зольные и беззольные.
В молекуле зольных присадок содержатся полярные группы, которые адсорбируются на поверхностях частиц окисления масла, препятствуя их укрупнению и отложению на рабочих поверхностях. Таким образом предотвращается образование отложений и лаков на деталях двигателя. Зольные моющие присадки повышенной щелочности нейтрализуют кислые продукты, которые образуются в результате окисления масла.
При производстве моторных масел применяют отечественные детергенты трех классов: алкилфеноляты, сульфонаты и алкилсалицилаты щелочно-земельных металлов. Эти присадки составляют преобладающую часть композиций присадок в моторных маслах, однако наметилась тенденция к их уменьшению в связи с ростом доли беззольных дисперсантов и антиокислительных присадок.
Композиции и пакеты присадок. Возрастающие требования к качеству масел привели к необходимости создания композиций многофункциональных присадок, которые повышают многие эксплуатационные свойства масел. При составлении композиций присадки не просто механически смешиваются, а химически взаимодействуют. Поэтому усиливаются старые или проявляются новые качества присадок.
Для упрощения хранения, транспортирования и облегчения смешивания базовых масел с присадками выпускают пакеты присадок, в состав которых не входят только вязкостные и депрессорные присадки. При необходимости их вводят в масло дополнительно. Изменяя дозирование пакета присадок, можно приготавливать масла с различным уровнем эксплуатационных свойств. Пакеты присадок обычно содержат до 15 компонентов. Их вводят в масло в концентрации до 12% (мас. доля).