Способ определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники

Способ определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники

Реферат

Изобретение относится к области контроля качества моторных масел с помощью оптических средств, в частности к способам определения щелочного числа, и может найти применение в аналитических лабораториях, лабораториях нефтеперерабатывающих заводов.

В связи с тем что в современных двигателях внутреннего сгорания автомобильной техники появились более напряженные условия, чем ранее (высокое форсирование, тяжелая нагруженность и т.д.), к моторным маслам предъявляются жесткие требования по их эксплуатационным свойствам, для обеспечения которых в моторное масло добавляют различные функциональные присадки.

Одним из основных свойств моторных масел являются их моющие свойства, которые характеризуют способность масел предотвращать образование высокотемпературных углеродистых отложений на поршне двигателя. В соответствии с официальной классификацией моторных масел (ГОСТ 17479.1-85. Масла моторные. Классификация и обозначение - М.: Изд-во стандартов, 1985) именно моющие свойства положены в основу их разделения по эксплуатационным группам (Золотов В.А., Бартко Р.В., Кузнецов А.В. «Определение эксплуатационных групп моторных масел». Труды 25 ГосНИИ МО РФ, вып.53, с.234, 2006 г.). Моющие свойства моторного масла оцениваются непосредственно чистотой двигателя и косвенно щелочным числом. Щелочное число показывает щелочность масла. Оно выражается через количество гидроокиси калия в мг, эквивалентное количеству всех щелочных компонентов, находящихся в 1 г масла (Сафонов А.С., Ушаков А.И., Золотов В.А., Братчиков К.Д. «Моторные масла для автотракторных дизелей»., С-Пб. НПИКЦ, 2004, с 25).

В моторные масла вводят моющие присадки, которые и влияют на значение щелочного числа, представляющие собой следующие химические соединения: алкилсалицилаты, сульфонаты и алкилфеноляты («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.444). Авторы сделали вывод, что выявив наличие данных соединений, можно определить и значение щелочного числа.

Перед авторами стояла задача разработать способ определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники. При просмотре патентной информации и научно-технической литературы было выявлено следующее.

Известен способ определения щелочного числа, включающий потенциометрическое титрование пробы спиртовым раствором соляной кислоты (ГОСТ 11362-96. Нефтепродукты и смазочные материалы. Число нейтрализации. Метод потенциометрического титрования).

Недостатками этого способа является то, что время испытания длительно, используется целый ряд химических реактивов и требуется высокая квалификация лаборантов.

Известен способ определения кондиционности смазочных масел со щелочными присадками по окраске в зеленый цвет смеси, полученной при смешении этанольного раствора 0,1 моль/дм³ соляной кислоты, взятой в количестве, достаточном для нейтрализации минимальной величины щелочного числа, эталонного и масла этой марки и навески масла в присутствии заданного количества смешанного индикатора, состоящего из этанола и толуола в объемном соотношении 3:7 и метилового красного и метиленового синего, взятых в объемном соотношении 1:1 (РФ патент №2212032, G01N 33/28, 2001).

Известен способ определения щелочного числа моторных масел, включающий введение пробы масла в смесь, состоящую из 71±1% дистиллированной воды и растворителя, состоящего из 50% толуола и 50% изопропанола, где в качестве индикатора используют фильтровальную бумагу «синяя лента», пропитанную 0,5% водным раствором бромтимолового синего, после чего полученную окраску смеси сравнивают с эталоном (РФ патент №2183018, G01N 31/22, 2001).

Общими недостатками известных способов является то, что все они длительны и используют целый ряд химических реактивов.

Известен способ оценки качества моторного масла, включающий обработку пробы масла спиртотолуольно-водным раствором неорганической кислоты в присутствии индикатора с последующим сравнением окраски раствора с эталоном, при этом анализируемую капельную пробу вводят в раствор соляной кислоты концентрации 0,0005-0,005 моль/дм³ и соотношение объема раствора и массы вводимой пробы определяют в зависимости от минимально допустимого щелочного числа масла по эмпирической формуле (СССР а.с. №1337743, G01N 21/78, 1985).

Недостатками этого способа является то, что используется целый ряд химических реактивов, мал срок годности спиртотолуольно-водного раствора, нет заметных переходов цветовой гаммы.

За прототип изобретения может быть принят любой из вышеприведенных технических решений, каждый из которых реализует поставленную задачу - определение щелочного числа. Общим для всех известных способов и заявляемого способа является отбор пробы.

Как отмечалось выше, все моющие присадки в своем составе содержат алкилсалицилаты, сульфонаты, алкилфеноляты, и, учитывая то, что все алкилсалицилаты в ИК-спектре характеризуются наличием полосы поглощения в диапазоне 1640-1530 см^-1. (Казицина Л.А., Куплетская М.Б. Применение УФ, ИК, ЯМР спектроскопии в органической химии. М.: МГУ им. Ломоносова, Химфак. 1968., с 105), авторы при исследовании моторных масел с моющей присадкой выявили полосу поглощения алкилсалицилатов 1604 см^-1 и полосы поглощения для сульфонатов 1305 см^-1 и алкилфенолятов 1064 см^-1.

Технический результат изобретения - сокращение времени определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники с одновременным повышением надежности и достоверности полученных результатов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники, включающем отбор пробы, согласно изобретению при спектрофотометрировании замеряют оптические плотности на полосах поглощения 1604, 1305, 1064 см^-1 и 2000 см^-1 и определяют щелочное число по следующей зависимости:

Щ.ч.=K₁-K₂ΔD₁₀₆₄+К₃ΔD₁₃₀₅+K₄ΔD₁₆₀₄+K₅ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₃₀₅+

+К₆ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₆₀₄-К₇ΔD₁₃₀₅·ΔD₁₆₀₄,

где ΔD₁₆₀₄=D₁₆₀₄-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1604 и 2000, см^-1, характеризующая содержание алкилсалицилатов;

ΔD₁₃₀₅=D₁₃₀₅-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1305 и 2000, см^-1, характеризующая содержание сульфонатов;

ΔD₁₀₆₄=D₁₀₆₄-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1064 и 2000, см^-1, характеризующая содержание алкилфенолят;

K₁=0,74; К₂=252,966; К₃=35,975; K₄=138,019; K₅=270,126; К₆=627,435; К₇=423,492 - постоянные экспериментально полученные коэффициенты.

Таким образом, суть изобретения состоит в том, что замеряют оптические плотности полос поглощения 1604, 1305, 1064 см^-1 и 2000 см^-1, характеризующих соответственно содержание алкилсалицилатов, сульфонатов, алкилфенолят и фона масла, и определяют щелочное число по экспериментально полученной формуле.

Для обоснования отличительного признака были приготовлены образцы, представляющие собой композиции моторного масла с различной концентрацией моющих присадок (табл.1).

Все искусственно приготовленные образцы исследовали на ИК-Фурье спектрометре АФ-1 с разрешающей способностью 2 см^-1, в диапазоне длин волн от 4000 до 450 см^-1 в кювете из KCl толщиной 0,1 мм при температуре 20±2°С образца.

Замеряли оптические плотности D₁₆₀₄, D₁₃₀₅, D₁₀₆₄ и D₂₀₀₀. Полосу поглощения 2000 см^-1 брали для определения фона образца. Определяли величину разности оптических плотностей полос поглощения для каждого образца.

Таблица 1
Состав образцов, % мас.
Компоненты	Образец
	№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7	№8
Моторное масло марки
М-6з/10В:
И-40а, % мас.	98,2	93,8	96,4	92,0	97,8	94,2	96,0	92,4
С присадками:
Детерсол-140 (алкилсалицилат), % мас.	0,2	4,6	0,2	4,6
КНД (сульфонат), % мас.	1,6	1,6	3,4	3,4	1,6	1,6	3,4	3,4
ВНИИ НП-714 (алкилфенолят), % мас.					0,6	4,2	0,6	4,2

Путем математической обработки данных при проведении многофакторного эксперимента, используя метод регрессионного анализа (Планирование эксперимента в задачах химмотологии. Пименов Ю.М. Уч. Пособие. ВАТТ, С.-Пб. - 1994, 29 с.), авторы определили значения постоянных коэффициентов: K₁, К₂, К₃, К₄, К₅, К₆, K₇, что позволило получить формулу расчета щелочного числа моторного масла:

Щ.ч.=K₁-K₂ΔD₁₀₆₄+К₃ΔD₁₃₀₅+K₄ΔD₁₆₀₄+K₅ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₃₀₅+

+К₆ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₆₀₄-К₇ΔD₁₃₀₅·ΔD₁₆₀₄.

Заявляемым способом были исследованы пробы моторного масла марок: М-8В, М-10Дм и М-6з/10-В. Результаты представлены в табл.2.

Полученные заявляемым способом значения щелочного числа (табл.2) находятся в пределах допустимой сходимости (0,5 КОН/г масла) значений, полученных по методу ГОСТ 11362, а время проведения анализа сокращено с 95 минут до 15 минут (примерно в 6,3 раза).

Таким образом, применение изобретения позволит сократить время определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники при достаточно высокой точности. Кроме того, заявляемый способ расширяет номенклатуру способов определения щелочного числа моторных масел.

Таблица 2
Результаты исследования проб моторного масла разных марок*
Проба моторного масла	М-8В	М-10Дм	М-6з/10-В
Замеряемые параметры	D1604	0,241	0,295	0,255
D1305	0,539	0,656	0,561
D1064	0,300	0,317	0,316
D2000	0,049	0,051	0,050
Щелочное число	По предлагаемой зависимости	4,99	10,67	6,70
по ГОСТ 11362	5,24	10,95	6,24
Сходимость результатов	0,25	0,28	0,43
Затраченное время, мин	По предлагаемой зависимости	15	15	15
по ГОСТ 11362	95	95	95
* коэффициенты для расчета щелочного числа заявляемым способом приняты K1=0,74; К2=252,966; К3=35,975; К4=138,019; К5=270,126; К6=627,435; K7=423,492

Способ определения щелочного числа моторных масел для автомобильной техники, включающий отбор пробы, отличающийся тем, что при спектрофотометрировании замеряют оптические плотности на полосах поглощения 1604, 1305, 1064 см^-1 и 2000 см^-1 и определяют щелочное число по следующей зависимости:

Щ.ч.=К₁-К₂ΔD₁₀₆₄+К₃ΔD₁₃₀₅+К₄ΔD₁₆₀₄+К₅ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₃₀₅+K₆ΔD₁₀₆₄·ΔD₁₆₀₄-K₇ΔD₁₃₀₅·ΔD₁₆₀₄,

где ΔD₁₆₀₄=D₁₆₀₄-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1604 и 2000 см^-1, характеризующая содержание алкилсалицилатов;

ΔD₁₃₀₅=D₁₃₀₅-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1305 и 2000 см^-1, характеризующая содержание сульфонатов;

ΔD₁₀₆₄=D₁₀₆₄-D₂₀₀₀ - разность оптических плотностей полос поглощения 1064 и 2000 см^-1, характеризующая содержание алкилфенолят;

K₁=0,74; K₂=252,966; К₃=35,975; К₄=138,019; К₅=270,126;

К₆=627,435;

К₇=423,492 - постоянные экспериментально полученные коэффициенты.