Способ определения температуры застывания минеральных моторных масел для автомобильной техники

Способ определения температуры застывания минеральных моторных масел для автомобильной техники

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области контроля качества моторных масел, преимущественно минеральных, с помощью оптических средств, в частности, к способам определения температуры застывания минерального моторного масла, и может найти применение в аналитических лабораториях.

Известно, что все современные моторные масла состоят из базовых масел (основы) и улучшающих их свойства присадок. В качестве базовых масел используют дистиллятные, остаточные компоненты и их смеси.

К низкотемпературным характеристикам масел относят температуру застывания, при которой масло не течет под действием силы тяжести, то есть теряет текучесть. Требуемая нормативной документацией температура застывания достигается депарафинизацией базовых масел и введением в состав моторного масла депрессорных присадок (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник./И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др./Под ред. В.М.Школьникова. Изд. 2-е - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999, с.124, 134).

Перед авторами стояла задача разработать способ, позволяющий в короткий срок определить температуру застывания минерального моторного масла для автомобильной техники. При просмотре патентной информации и научно-технической литературы было выявлено следующее.

Известен способ определения температуры застывания (ГОСТ 20287. Нефтепродукты. Методы определения температуры застывания), при котором ступенчато понижают температуру масла до момента потери им текучести. Эта температура принимается за температуру застывания моторного масла.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ определения низкотемпературных свойств моторных масел (температуре начала помутнения, застывания и кристаллизации), в котором кювету с маслом ступенчато охлаждают, измеряют текущую температуру масла и фиксируют значения температуры застывания по температурно-зависимому физическому параметру, которым служит затухание ультразвука при застывании моторного масла (патент №2183323, G01N 25/04 от 10.06.2002).

Общими недостатками этих способов является то, что необходимо моделировать низкотемпературные условия, затрачивать время на ступенчатое понижение температуры. Кроме того, в способе-прототипе фиксируемый момент затухания ультразвука не всегда соответствует моменту застывания моторного масла. Так известно, что воздействие ультразвуковых колебаний разрушает структурный каркас парафинистых нефтей (Борьба с отложениями парафина./Под ред. Бабаляна. «Недра», 1965 г. «Исследование влияния упругих колебаний на процесс отложения парафина», с.192-199).

Технический результат изобретения - снижение трудозатрат за счет исключения операции ступенчатого понижения температуры и процесса охлаждения (экспресс-оценка) без понижения требований по достоверности полученных результатов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения температуры застывания минерального моторного масла, включающего отбор пробы и последующую оценку величины температурно-зависимого физического параметра при застывании пробы согласно изобретению осуществляют построение градуировочного графика, соответствующего зависимости температуры застывания от известной концентрации депрессорной присадки ПМА «Д», задают минимально допустимую величину температуры застывания основы минерального моторного масла, замеряют оптическую плотность пробы анализируемого масла на полосах поглощения 1731 см^-1 и 2000 см^-1, вычисляют разность оптических плотностей на этих полосах, определяют концентрацию депрессорной присадки ПМА «Д» по следующей зависимости:

где С - концентрация присадки, мас.%;

ΔD=D₁₇₃₁-D₂₀₀₀, разность оптических плотностей;

D₁₇₃₁ - оптическая плотность полосы поглощения 1731 см^-1;

D₂₀₀₀ - оптическая плотность полосы поглощения 2000 см^-1;

K₁=0,024 - постоянный экспериментально полученный коэффициент;

К₂=0,0616 - постоянный экспериментально полученный коэффициент,

после чего, по градуировочному графику находят температуру застывания, соответствующую расчетной величине концентрации депрессорной присадки ПМА «Д», суммируют полученное значение температуры с заданной минимально допустимой величиной температуры застывания основы минерального моторного масла и полученный результат принимают за температуру застывания анализируемого минерального моторного масла.

На практике для улучшения низкотемпературных свойств в минеральные моторные масла вводят депрессорную присадку, преимущественно ПМА «Д». Присадка ПМА «Д» - это раствор в масле полимеров эфиров метакриловой кислоты и синтетических жирных первичных спиртов типа Альфол фракции C₁₂-C₁₈ (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник/И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др./Под ред. В.М.Школьникова. Изд. 2-е. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999, c.459).

Известно также, что эфирные соединения в ИК-спектре характеризуются наличием полосы поглощения в диапазоне 1750-1717 см^-1 (Л. Белами Инфракрасные спектры молекул. Перевод с английского В.М.Акимова./Под редакцией к.х.н. Д.Н.Шигорина. Изд. Иностранной литературы, М., 1957, с.215). Учитывая, что присадка ПМА «Д» в своем составе содержит полимеры эфиров метакриловой кислоты и синтетических жирных первичных спиртов, авторы провели исследования различных минеральных моторных масел с этой присадкой и выявили конкретную полосу поглощения 1731 см^-1, характеризующую непосредственно наличие присадки ПМА «Д».

Однако температура застывания зависит не только от наличия депрессорной присадки, но еще и от базового масла, из которого состоит товарное минеральное моторное масло (базовые масла: М-8, М-11, И-40А). Согласно ТУ 38.101523-80 «Масла базовые селективной очистки. Технические условия» и ГОСТ 20799-88 температура застывания базовых масел должна быть не выше минус 15°С (минимально допустимая величина).

Определив конкретную полосу поглощения 1731 см^-1 для ПМА «Д», авторы разработали способ определения температуры застывания минеральных моторных масел для автомобильной техники, используя полосу поглощения 2000 см^-1, которая берется для определения фона образца.

На фиг.1 представлена графическая зависимость температуры застывания основы с присадкой и градуировочный график понижения температуры от концентрации присадки ПМА «Д». Температура застывания моторного масла определялась известным методом (ГОСТ 20287).

Для обоснования отличительных признаков, в частности построения градуировочного графика, были исследованы образцы наиболее применяемых минеральных моторных масел, в которых к основе (базовому маслу И-40А с температурой застывания минус 24°С точка «А» на фиг.1) добавлена присадка ПМА «Д» в различных концентрациях. На фиг.1 представлен этот график - кривая «а». Путем вычитания из значений температуры застывания минерального моторного масла с присадкой ПМА «Д» величины температуры застывания основы, равной минус 24°С, получают градуировочный график зависимости температуры застывания минерального моторного масла от определенной концентрации присадки ПМА «Д» - кривая «б» (фиг.1).

Как видно из графика (кривая «б») присадка ПМА «Д» в концентрации до 1 мас.% понижает температуру застывания моторного масла на 15-18°С. Затем с ростом концентрации присадки ПМА «Д» от 1 до 5 мас.% понижения температуры не происходит, температура стабилизируется на одном уровне. Однако присадка ПМА «Д» вводится в минеральное моторное масло не только для понижения температуры застывания моторного масла, но и улучшения его вязкостных характеристик (Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник/И.Г.Анисимов, К.М.Бадыштова, С.А.Бнатов и др./Под ред. В.М.Школьникова. Изд. 2-е. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999, с.459), поэтому ее добавляют в концентрациях до 5 мас.%, при которых температура застывания остается постоянной, а вязкостные свойства моторного масла улучшаются.

После этого данные образцы моторного масла с конкретным содержанием присадки ПМА «Д» исследовали на ИК-спектрофотометре, определяя оптические плотности на полосах поглощения 1731 см^-1 и 2000 см^-1 (фиг.2).

Получив графическую зависимость концентрации ПМА «Д» от разности оптических плотностей, авторы определили поправочные коэффициенты K₁=0,024 и К₂=0,0616 для расчета концентрации ПМА «Д» по математической зависимости:

где С - концентрация присадки, мас.%.

ΔD=D₁₇₃₁-D₂₀₀₀, разность оптических плотностей;

D₁₇₃₁ - оптическая плотность полосы поглощения 1731 см^-1;

D₂₀₀₀ - оптическая плотность полосы поглощения 2000 см^-1;

K₁=0,024 - постоянный экспериментально полученный коэффициент;

К₂=0,0616 - постоянный экспериментально полученный коэффициент.

Теперь, имея градуировочный график зависимости температуры застывания минерального моторного масла от концентрации ПМА «Д» и поправочные коэффициенты (K₁ и К₂), можно определить с допустимой степенью достоверности температуру застывания любого минерального моторного масла, содержащего ПМА «Д», с учетом минимально допустимой величины температуры застывания базового масла (не выше минус 15°С). Таким образом, суть изобретения заключается в том, что предлагается способ определения температуры застывания минерального моторного масла для автомобильной техники с помощью ИК-спектроскопии, что существенно снижает время проведения анализа, позволяет использовать пробу моторного масла без предварительной подготовки. Способ основывается на зависимости между количеством содержания депрессорной присадки ПМА «Д», определяющегося по величине разности оптических плотностей (ΔD=D₁₇₃₁-D₂₀₀₀) с помощью ИК-спектроскопии, и понижением температуры масла (фиг.1).

Способ осуществляется следующим образом.

Пример

Отбирают пробу моторного масла М-8Дм в количестве 0,1 мл, замеряют ее оптическую плотность на полосе поглощения 1731 см^-1 (D₁₇₃₁=0,148) и 2000 см^-1 (D₂₀₀₀=0,052), затем определяют разность оптических плотностей на этих полосах (ΔD=D₁₇₃₁-D₂₀₀₀=0,148-0,052=0,096), после этого по формуле С_ПМА«Д»=(ΔD-K₁)/К₂ определяют концентрацию депрессорной присадки (С_ПМА«Д»=(0,096-0,024)/0,0616=1,17), затем по градуировочному графику (фиг.1) определяют температуру застывания, соответствующую этой концентрации депрессорной присадки (минус 18°С). Суммируя полученное значение с заданной минимально допустимой величиной температуры застывания основы минерального моторного масла (минус 15°С) находят температуру (минус 33°С) застывания моторного масла для автомобильной техники.

Для подтверждения эффективности предлагаемого способа и актуальности отличительных признаков были взяты различные марки минеральных моторных масел, которые исследовали заявляемым способом на ИК-Фурье спектрометре АФ-1 с разрешающей способностью 2 см^-1 и диапазоном длин волн от 4000 до 450 см^-1 в кювете из KCl толщиной 100 мкм при температуре 20±2°С образца. Результаты приведены в таблице.

Базовые масла, применяемые при производстве моторных масел, согласно нормам (ТУ 38.101503-80. Масла базовые селективной очистки. Технические условия) должны иметь температуру застывания не выше минус 15°С (минимально допустимая величина температуры застывания основы минерального моторного масла).

Поэтому, зная минимально допустимую величину температуры застывания базового масла и определив температуру застывания моторного масла с присадкой ПМА «Д» по градуировочному графику, о концентрации которой судят по формуле, можно определить температуру застывания любого минерального моторного масла с этой присадкой. Кроме того, заявляемый способ позволяет определить не только температуру застывания, но и конкретную концентрацию присадки ПМА «Д» по расчетной формуле, в зависимости от которой определяется температура застывания моторного масла по градуировочному графику.

Результаты определения температуры застывания моторного масла предложенным способом
Марка масла	М-8Дм	М-8Г2к	М-8В	М-10Г2к	М-10Дм
Предлагаемым способом	Оптическая плотность	D1731	0,148	0,143	0,387	0,089	0,081
D2000	0,052	0,054	0,054	0,050	0,051
ΔD	0,096	0,089	0,333	0,049	0,030
Концентрация, мас.%	1.17	1,06	5,02	0,41	0,1
Минимально допустимая величина температуры застывания базового масла	-15
Температура застывания по градуировочному графику	-18	-18	-18	-14	-3
Температура застывания моторного масла	-33	-33	-33	-29	-18
ГОСТ* 20287	Температура застывания моторного масла	-42	-42	-42	-39	-29
Требования ГОСТ на масло	Температура застывания, не выше °С	-30	-30	-25	-18	-18
* температура застывания для этих образцов определялась стандартным методом

Значения, полученные предлагаемым способом, указывают, во-первых, на то, что анализируемые масла удовлетворяют требованиям ГОСТ на данные моторные масла по показателю «температура застывания». Во-вторых, значения предлагаемым способом, получились даже более жесткими, чем при анализе стандартным способом (реальной температурой застывания), поэтому с помощью предлагаемого способа возможно получать значения температуры застывания моторного масла с гарантированным запасом по температуре застывания. Конечно, необходимо отметить, что значения температуры застывания предлагаемым способом выше реальных значений температуры застывания моторного масла, полученных ГОСТовским способом при понижении температуры. Это связано с тем, что при производстве моторных масел использовали базовое масло с температурой застывания минус 24°С. Температура застывания базового масла минус 15°С - это наихудший возможный вариант низкотемпературных свойств базового масла, который может встречаться в редких случаях. Вот поэтому авторами и был принят вариант, который даже в наихудшем случае обеспечивал бы достоверность результатов. Экспресс-оценка предлагаемым способом, позволяет, гарантировано утверждать, что моторное масло при температуре, находящейся выше определяемой, не потеряет текучести.

Способ определения температуры застывания минеральных моторных масел для автомобильной техники, включающий отбор пробы и последующую оценку величины температурнозависимого физического параметра при застывании пробы, отличающийся тем, что осуществляют построение градуировочного графика, соответствующего зависимости температуры застывания от известной концентрации депрессорной присадки ПМА "Д", задают минимально допустимую величину температуры застывания основы минерального моторного масла, замеряют оптическую плотность пробы анализируемого масла на полосах поглощения 1731 и 2000 см^-1, вычисляют разность оптических плотностей на этих полосах, определяют концентрацию депрессорной присадки ПМА "Д" по следующей зависимости:

где С - концентрация присадки, мас.%;

ΔD=D₁₇₃₁-D₂₀₀₀, разность оптических плотностей;

D₁₇₃₁ - оптическая плотность полосы поглощения 1731 см^-1;

D₂₀₀₀ - оптическая плотность полосы поглощения 2000 см^-1;

К₁=0,024 постоянный экспериментально полученный коэффициент;

К₂=0,0616 постоянный экспериментально полученный коэффициент, после чего, по градуировочному графику находят температуру застывания, соответствующую расчетной величине концентрации депрессорной присадки ПМА "Д", суммируют полученное значение температуры с заданной минимально допустимой величиной температуры застывания основы минерального моторного масла и полученный результат принимают за температуру застывания анализируемого минерального моторного масла.