БАЗОВЫЕ МАСЛА

            Любые детали, узлы, сопряжения, находящиеся в движении по отношению друг к другу, нуждаются в смазочном материале. Смазочные материалы – это жидкости, пасты или твердые вещества, предназначенные для снижения трения и износа трущихся поверхностей. Основа большинства смазочных материалов - смазочная жидкость (масло) или густая паста (пластичная смазка). Технологически большинство жидких смазочных материалов состоят из базового масла и активных добавок – присадок.

      В зависимости от природы базовые масла подразделяются на:

ü  минеральные (нефтяные),

ü   полусинтетические,

ü   синтетические.

            От качества базового масла зависят характеристики готового смазочного материала. Поэтому в последнее время огромное внимание уделяется технологиям производства базовых масел. В связи с многообразием и противоречивостью требований, предъявляемых к базовым маслам (из-за многообразия смазочных материалов и их различного назначения), невозможно сформулировать единые требования к этим основам. По этой причине для базовых масел нет общепринятой классификации. Исключение составляет классификация Американского института нефти (API), которая распространяется на базовые масла для моторных масел. По этой классификации базовые масла подразделяются на пять категорий:

Группа I - базовые масла, которые получены методом  селективной очистки и депарафинизации растворителями.

Группа II - высокорафинированные базовые масла, с низким содержанием ароматических соединений и парафинов, с повышенной окислительной стабильностью (масла, прошедшие гидрообработку).

Группа III - базовые масла с высоким индексом вязкости, полученные методом каталитического гидрокрекинга (НС-технология). В ходе специальной обработки одновременно или последовательно протекает ряд химических реакций, в результате которых удаляются соединения серы, азота, другие гетероатомные соединения, одновременно протекает гидрирование полициклических ароматических соединений, расщепление нафтеновых колец, деструкция длинных парафиновых цепей и изомеризация продуктов. Эти процессы улучшают молекулярную структуру масла, приближая по своим свойствам базовые масла группы III  к синтетическим базовым маслам IV группы. Не случайно масла этой группы относят к полусинтетическим (а некоторые компании даже к синтетическим базовым маслам).

Группа IV – синтетические базовые масла на основе полиальфаолефинов (ПАО). Полиальфаолефины, получаемые в результате химического процесса, имеют характеристики единообразной композиции, очень высокую окислительную стабильность, высокий индекс вязкости и не имеют молекул парафинов в своем составе.

Группа V – другие базовые масла, не вошедшие в предыдущие группы. В эту группу входят другие синтетические базовые масла и базовые масла на растительной основе.

Этой классификацией пользуются при замене одних базовых масел другими при производстве товарных моторных масел.

 МИНЕРАЛЬНЫЕ БАЗОВЫЕ МАСЛА

Минеральные базовые масла получают из нефти. Запасы нефти формировались в течение миллионов лет. Они образовывались из смеси животных, растительных остатков, грязи и ила. Находясь под толщей воды и земляных пластов, под действием температуры и давления, эта смесь химически преобразовывалась, образуя то, что мы сегодня называем нефтью.

Сырая нефть – это смесь различных углеводородов: от метана (с одним атомом углерода) до соединений, содержащих 50 и более атомов углерода. Сырая нефть, помимо углеводородов, содержит также и другие компоненты, такие как, сера, азот, кислород, металлы (ванадий, никель и др.), вода, соли. Все эти компоненты могут оказывать существенное влияние на свойства готового минерального базового масла.

Минеральные базовые масла производятся путем вакуумной разгонки фракции мазута, оставшейся после удаления более легких фракций нефти.

Химический состав базовых масел зависит от химического состава нефти. Нефти бывают нескольких разновидностей:

ü   парафиновые (содержание парафинов > 75%);

ü   нафтеновые (содержание нафтеновых соединений >75%);

ü  ароматические (содержание ароматических соединений > 50%);

ü  смешанные (когда в нефти нет доминирующих соединений).

Не все эти нефти в одинаковой степени подходят для производства смазочных материалов. Проблема кроется в молекулярном строении углеводородной молекулы с особым числом атомов. Так, углеводородная молекула парафиновой нефти с 25 углеродными атомами будет иметь 52 атома водорода и 37 миллионов различных молекулярных образований. Нафтеновые и ароматические молекулы углеводорода также будут иметь 25 атомов углерода, но количество разнообразных молекулярных строений в них не определено.

Для получения минеральных базовых масел применяют, главным образом, парафиновые нефти, которые отличаются высокими вязкостно-температурными характеристиками. После традиционных процессов очистки парафиновое минеральное масло обладает хорошими эксплуатационными свойствами.

В своем производстве базовые масла проходят ряд этапов:

- вакуумная перегонка – процесс, позволяющий избавиться от высококипящих компонентов (гудрон) и разделить перерабатываемый компонент (мазут) на  ряд фракций (дистиллятов), которые имеют различную температуру выкипания. Дистилляты имеют различную молекулярную массу, состав и свойства (плотность, вязкость, индекс вязкости, температуру вспышки и др.);

- очистка (селективная, кислотная, адсорбционная, гидроочистка и др.) – процесс удаления из базовых масел нежелательных компонентов – сернистых и кислородсодержащих соединений, непредельных углеводородов и др., которые могут оказывать отрицательное воздействие в процессе дальнейшей работы смазочного материала. Перечисленные методы очистки могут применяться как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами.

- деасфальтизация – процесс удаления асфальтенов из высоковязкого остатка после вакуумной перегонки. Асфальтены – высокомолекулярные продукты, вызывающие повышенное нагаро- и лакообразование при работе смазочного материала, и являются нежелательным компонентом базовых масел.

- депарафинизация – процесс удаления из дистиллятов высокоплавких парафинов. Наличие высокоплавких парафинов приводит к повышению температуры застывания масла.

Главное преимущество минеральных базовых масел – низкая цена.

СИНТЕТИЧЕСКИЕ БАЗОВЫЕ МАСЛА

            Синтетические базовые жидкости – это полимеры и олигомеры, полученные методом синтеза из различных мономеров. За исключением полигликолевых жидкостей, все синтетические базовые масла имеют вязкость, аналогичную (подобную) вязкости высокоиндексных дистиллятных минеральных масел. Индекс вязкости и температура вспышки у синтетических базовых масел выше, а температура застывания значительно ниже, чем у минеральных масел. Это делает их ценным компонентом при компаундировании (смешивании)  масел для экстремальных условий работы, как при высокой, так и при низкой температурах. Главным недостатком синтетических масел является то, что они по своей природе более дороги, чем минеральные (в 2-3 раза дороже), а возможности их производства ограничены.

Разновидности синтетических масел представлены в таблице.

            ПАО - Полиалъфаолефины (РАО) являются наиболее широко исполь­зуемыми синтетическими маслами. ПАО - это синтетические углеводородные соединения, не содержащие серы, фосфора или металлов. Благодаря отсутствию парафинов, они имеют низкую температуру застывания, обычно ниже -40°С. Вязкость при 100°С от 2 до 100 сСт, а индекс вязкости обычно превышает 140. ПАО обладают хорошей термической стабильностью, но требу­ют использования антиоксидантов для обеспечения стабильности против окисления. Растворяющая способность этих жидкостей ограничена по отношению к некоторым присадкам, и они вызывают усадку уплотнений. Оба недостатка преодолевают добавлением небольшого количества сложных эфиров. Применяются для производства автомобильных универсальных и всесезонных моторных, трансмиссионных и гидравлических масел, индустриальных холодильных и компрессорных масел. ПАО – самые дешевые из синтетических базовых масел.

            Сложные эфиры двухосновных кислот (диэфиры) синтезируются при взаимодействии органических кислот и спиртов. Диэфиры имеют более разнообразную структуру, чем ПАО, но также как ПАО, они не содержат серы, фосфора, металлов и парафинов. Температура застывания - в пределах от -50°С до -65°С. Преимущество диэфиров - их хорошая термическая стабильность и пре­красная растворяющая способность. Они очень хорошо растворяют лаки и отложения.

            Эфиры полиолов, так же как и диэфиры, получают взаимодей­ствием органических кислот и спиртов. Полиолами называют соединения, молекулы которых содержат две спиртовые, функцио­нальные группы, например триметилпропан, неопентилгликоль, пентаэритрит. Эфиры полиолов не содержат серы, фосфора или парафинов. Температура их застывания - в пределах от -30°С до -70°С, индекс вязкости от 120 до 160. Эти жидкости обладают очень хорошей термической стабильностью и противостоят гидролизу несколько лучше, чем диэфиры.

            Алкилированная ароматика образуется при реакции олефинов или хлорированных алкилов с бензолом. Такие жидкости облада­ют хорошими низкотемпературными свойствами и хорошо растворяют присадки. Индекс вязкости - около 50 у жидкостей с линейной алкильной цепью и около нуля у жидкостей с разветвленной алкильной цепью. Применяются при производстве арктических масел и моторных масел для двухтактных двигателей.

            Полиалкиленгликоли (PG или PAG) представляют собой полимеры окиси алкиленов. В общем, полиалкиленгликоли обладают хорошей стабильностью при высокой температуре и высоким индексом вязкости. Они могут использо­ваться в широком диапазоне температур. Они мало склонны к образованию отложений и способны стабилизировать продукты собственного разложения. Применяются в основном как охлаждающие жидкости в системах охлаждения автомобилей, при обработке металлов, как тормозные и гидравлические жидкости.

            Эфиры фосфорной кислоты (РН) синтезируются из оксихлорида фосфора и спиртов или фенолов. Они используются как базовые масла, а также как присадки к минеральным и синтетическим смазочным материалам. У них хорошая термическая стабильность, температура застывания в пределах от -25°С до -5°С. Однако их индекс вязкости очень низкий, в пределах от 0 до 30. Применяются для компрессорных масел, негорючих гидравлических жидкостей, как противоизносные присадки.

Силиконовые масла (SI) – химически инертные и термически стойкие синтетические масла. Имеют низкую температуру застывания – ниже -50^оС, наивысший индекс вязкости (около 300) и не вспениваются. Не обладают хорошими смазочными свойствами и не смешиваются  с минеральными маслами. Применяются при изготовлении специальных компрессорных масел и гидравлических жидкостей и в качестве электроизоляционного масла.

Фторсодержащие эфирные масла (FK) – химически инертные, негорючие синтетические масла с высокой стойкостью к окислению и температуре, с хорошими диэлектрическими свойствами. Недостатки – относительно низкий индекс вязкости и высокая температура застывания. Применяются при изготовлении масле для холодильной техники.

            Синтетические моторные масла на основе полиальфаолефинов или эфиров имеют ряд преимущества по сравнению с минеральными  маслами и позволяют решить ряд проблем, с которыми не могут справиться минеральные масла:

 Решение проблем при сложных условиях окружающей среды:

ü                более быстрая подача масла к деталям двигателя при  низких температурах;

ü                меньше времени для разогрева двигателя и большая его производительность;