Синтез и исследование функциональных свойств комплексных полифункциональных присадок

Значение

1

Кинематическая вязкость при 100 єС, сСт

62

2

Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС

181

3

Массовая доля кальция, %

6,04

4

Массовая доля фосфора, %

0,87

5

Массовая доля цинка, %

0,916

6

Общая щелочность, мг КОН на 1 г масла

153,3

7

Зольность сульфатная, %

20,5

Опыт 3

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-1

Для приготовления масла М-10 Г₂ К по ГОСТ 8581-78 было взято базовое масло SAE-30, комплексная присадка КП-1 и антипенная присадка ПМС-200А. Характеристика базового масла приведена в таблице 8. Характеристика присадки КП-1 приведена в таблице 18.

Перед приготовлением масла был проведен расчёт количеств указанных выше компонентов, которые необходимо смешать, чтобы приготовить 500 г масла М-10 Г₂ К, соответствующего требованиям ГОСТа 8581-78.

Расчёт количеств исходных компонентов для получения масла

М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-1

Расчёт количества комплексной присадки КП-1 проводится по содержанию в получаемом масле того активного элемента, которого в этой присадке меньше всего. Согласно таблице 18, из трёх активных элементов, входящих в состав этой присадки, (Ca, P, Zn) меньше всего в ней содержится фосфора (0,87% масс.). Поэтому расчёт количества присадки КП-1 проводим по содержанию в получаемом масле именно этого активного элемента.

Согласно требованиям ГОСТа 8581-78 (см. таблицу 9), в моторном масле М-10 Г₂ К должно содержаться не менее 0,05 % масс. фосфора. Данный активный элемент попадает в масло только из комплексной присадки КП-1. Согласно таблице 18, в этой присадке содержится 0,87 % масс. фосфора. Значит, КП-1 следует добавить в базовое масло в количестве ((0,05 %/0,87 %)*100 %) = 5,75 % масс.

Антипенную присадку ПМС-200А добавляем в базовое масло в количестве 0,003 % масс.

Соответственно базового масла SAE-30 будет 100% - 5,75 % масс. - 0,003 % масс. = 94,247 % масс.

Результаты данного расчёта приведены в таблице 19.

Таблица 19Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец № 2)

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
		% масс.	г
1	Присадки	КП-1	5,75	28,75
2		ПМС-200А	0,003	0,015
3	Всего присадок	5,753	28,765
4	Базовое масло SAE-30	94,247	471,235
5	?	100	500

Приготовление опытного образца № 2 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных в таблице 19 компонентов при температуре 80 єС в течение 30 мин.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 20.

Таблица 20. Характеристика опытного образца № 2 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значе-ния	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	11,93	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	90	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС		По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, єС	-15	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	8,8	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	1,28	По ГОСТ 12417-73
9	Плотность при 20 єС, г/см3		По ГОСТ 3900-47
10	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,347 0,052 0,05	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Опыт 4

Получение комплексной присадки КП-2

Как видно из таблицы 20, опытный образец № 2 масла М-10 Г₂ К, полученный на основе комплексной присадки КП-1, отвечает требованиям ГОСТ 8581-78 для первого сорта по всем показателям, кроме сульфатной золы, которая превышает предельное значение (не более 1,15 % масс.). При этом показатель щелочное число (мг КОН/г) имеет большой запас (более 45%), что неоправданно с точки зрения экономики.

Поэтому была проведена коррекция рецептуры комплексной присадки (пакета), обеспечивающая уменьшение показателей сульфатная зольность и щёлочное число масла М-10 Г₂ К. При этом расчётная общая щёлочность пакета оставалась такой же, как и для КП-1 (155 мг КОН/г), соотношение сульфонатной и фенатной составляющей оставалось 1:1, количество сукцинимидной присадки осталось неизменным (1,5 % масс.). Было уменьшено содержание в исходной смеси нейтрального сульфоната НСК (на 2,55 % масс.) и фената Lz-6589 G (на те же 2,55 % масс.) и соответственно увеличено содержание дитиофосфата Lz-1395 до 15 % масс. При этом изменилась и щёлочность исходной смеси (см. таблицу 21).

Таблица 21 Результаты расчёта щёлочности исходной смеси присадок

№ п/п	Компонент	Общая щёлочность компонента, мг КОН/г	Содержание компонента в смеси, % масс.	Щёлочность от компонента, мг КОН/г	Общая щёлочность смеси, мг КОН/г
1	Lz-1395	94,13	15,0	14,12	74,12
2	НСК	24,5	23,66	5,8
3	Lz-6589G	127,7	34,73	44,36
4	C-5A	37,0	26,61	9,84
5	?	100	74,12

Итак, в соответствии с откоррегированной рецептурой, в смеси исходных компонентов для получения комплексной присадки КП-2 исходные присадки должны содержаться в таких количествах:

95 %-ный Lz-1395 - 15,0 % масс.,

40 %-ный НСК - 23,66 % масс.,

60 %-ный Lz-6589G - 34,73 % масс.,

40 %-ный C-5A - 26,61 % масс.

Для приготовления 100 г комплексной присадки КП-2 в соответствии с этим расчётом исходные компоненты были взяты в следующих количествах:

95 %-ный Lz-1395 -15,0 г,

40 %-ный НСК - 23,66 г,

60 %-ный Lz-6589G - 34,73 г,

40 %-ный C-5A - 26,61 г.

В этом случае для образца комплексной присадки (пакета) КП-2 дополнительная щёлочность, которую необходимо получить в процессе карбонатации, составит:

155 мг КОН/г - 74,12 мг КОН/г = 80,88 мг КОН/г.

Расчёт количеств Са(ОН)₂ и СО₂, необходимых для проведения карбонатации, был проведен по аналогии с получением присадки КП-1. Этот расчёт показал, что для получения комплексной присадки КП-2 необходимо взять 10 г Са(ОН)₂ (из которых в реакцию с СО₂ вступит 4,457 г), и подать в реактор 2,65 г СО₂.

Образец комплексной присадки КП-2 был синтезирован методом карбонатации по описанной выше методике. Исходные компоненты загружались в указанных выше количествах.

Характеристика полученного образца присадки КП-2 приведена в таблице 22.

Таблица 22 Характеристика комплексной присадки КП-2

№ п/п	Показатель	Значение
1	Кинематическая вязкость при 100 єС, сСт	51
2	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС	183
3	Массовая доля кальция, %	6,0
4	Массовая доля фосфора, %	1,35
5	Массовая доля цинка, %	1,40
6	Общая щелочность, мг КОН на 1 г масла	156,0
7	Зольность сульфатная, %	22,5

Опыт 5

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-2

На основе полученной комплексной присадки КП-2 по аналогии с опытом 3 был приготовлен образец масла М-10 Г₂ К в количестве 500 г. Для его приготовления было взято то же базовое масло SAE-30, антипенная присадка ПМС-200А и комплексная присадка КП-2. Расчёт количеств данных компонентов проводился по аналогии с приготовлением масла М-10 Г₂ К на основе присадки КП-1.

Расчёт количества присадки КП-2 проводится по содержанию в получаемом масле фосфора, потому что именно этого активного элемента в данной присадке меньше всего (см. таблицу 22). Согласно требованиям ГОСТа 8581-78 (см. таблицу 9), в моторном масле М-10 Г₂ К должно содержаться не менее 0,05 % масс. фосфора. Данный активный элемент попадает в масло только из комплексной присадки КП-2. Согласно таблице 22, в этой присадке содержится 1,35 % масс. фосфора. Значит, КП-2 следует добавить в базовое масло в количестве ((0,05 %/1,35 %)*100 %) = 3,7 % масс.

Для гарантирования постоянства качества масла содержание КП-2 в нём принимаем равным 4 % масс.

Антипенную присадку ПМС-200А добавляем в базовое масло в количестве 0,003 % масс.

Соответственно базового масла SAE-30 будет 100% - 4 % масс. - 0,003 % масс. = 95,997 % масс.

Результаты данного расчёта приведены в таблице 23.

Таблица 23Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец № 3)

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
1		% масс.	г
2	Присадки	КП-2	4	20
3		ПМС-200А	0,003	0,015
4	Всего присадок	4,003	20,015
5	Базовое масло SAE-30	95,997	479,985
6	?	100	500

Приготовление опытного образца № 3 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных в таблице 23 компонентов при температуре 80 єС в течение 30 мин.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 24.

Таблица 24. Характеристика опытного образца № 3 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значе-ния	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	11,6	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	90	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС	207	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, єС	-16	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	6,2	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,95	По ГОСТ 12417-73
9	Плотность при 20 єС, г/см3		По ГОСТ 3900-47
10	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,24 0,055 0,052	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Как видно из таблицы 24, опытный образец № 3 масла М-10 Г₂ К, полученный на основе комплексной присадки КП-2, полностью отвечает требованиям ГОСТа 8581-78 для первого сорта по всем показателям.

Моторные испытания масла М-10 Г₂ К

Для того, чтобы подтвердить соответствие опытного образца № 3 масла М-10 Г₂ К не только требованиям ГОСТа 8581-78 по физико-химическим показателям, но и по эксплуатационным свойствам, были проведены стендовые испытания укрупнённого опытного образца масла в соответствии с требованиями комплекса квалификационных испытаний моторных масел.

Моющие и антикоррозионные свойства определялись на стенде ИМ-1 по ГОСТ 20303. Суть метода состоит в оценке состояния цилиндропоршневой группы двигателя после 96-часовой работы. Степень загрязнения поршня характеризует моющие свойства масла; а изменение массы шатунных вставок - антикоррозионные свойства на свинце. Результаты этих испытаний приведены в таблице 25.

Таблица 25

№ п/п	Наименование показателя	Значение показателя
		Норма по ГОСТ 20303 для масел группы Г	Опытный образец № 3 масла М-10 Г2 К фактически
1	Моющие свойства. Общая загрязнённость внутренней и внешней поверхностей поршня, бал.	Не более 27	15
2	Антикоррозионные свойства (на свинце). Износ комплекта шатунных вставок, мг	Не более 150	41

Антиокислительные и антикоррозионные свойства исследуемого образца определялись на стенде Petter-W-1 по методу CEC-L-02-A-78. Антиокислительные свойства характеризуются изменением кинематической вязкости масла при 50 єС после 36-часового испытания; антикоррозионные свойства на меди характеризуются изменением массы шатунных вставок. Результаты данных испытаний приведены в таблице 26.

Таблица 26

№ п/п	Наименование показателя	Значение показателя
		Норма по методу	Опытный образец № 3 масла М-10 Г2 К фактически
1	Антиокислительные свойства. Изменение кинематической вязкости при 50 єС, в %	Не более 50	42
2	Антикоррозионные свойства (на меди). Изменение массы шатунных вставок, мг	Не более 25	16

Исходя из результатов проведённых испытаний можно сделать вывод, что опытный образец № 3 масла М-10 Г₂ К, приготовленный на основе комплексной присадки КП-2, полностью удовлетворяет требованиям норм эксплуатационной группы Г для моторных масел.

Опыт 6

Приготовление масла М-10 Г₂ К на основе композиции индивидуальных присадок.

Опыт 6 проводился с целью получения на основе композиции индивидуальных присадок масла М-10 Г₂ К с таким же суммарным содержанием присадок, как и в опытном образце № 3. Поскольку этот образец был получен на основе комплексной присадки КП-2, то суммарное содержание в нём индивидуальных присадок равно содержанию в нём данной комплексной присадки. Согласно таблице 23 (см. выше), это содержание равно 4 %.

Итак, целью проведения опыта 6 является получение масла М-10 Г₂ К с суммарным содержанием присадок 4 %.

Содержание в масле каждой присадки для опыта 6 рассчитываем, умножая аналогичное содержание для опыта 1 на коэффициент пересчёта. Как следует из таблицы 10 (см. выше) суммарное содержание присадок (не считая ПМС-200А) для опыта 1 равно 6,26 %. Значит, коэффициент пересчёта равен (4 %) / (6,26 %) = 0,64.

Пример расчёта для присадки Lz-1395:

0,56% *0,64 = 0,36%;

2,8 г *0,64 = 1,8 г.

В результате этого расчёта было установлено, что при проведении опыта 6 присадки необходимо брать в следующих количествах:

Lz-1395 - 0,36% масс.,

C-150 - 1,34% масс.,

Lz-6589G - 1,34% масс.,

C-5A - 0,96% масс.

Для приготовления 500 г товарного масла М-10 Г₂ К в соответствии с этим расчётом все компоненты были взяты в следующих количествах:

Lz-1395 - 1,8 г,

C-150 - 6,7 г,

Lz-6589G - 6,7 г,

C-5A - 4,8 г,

базовое масло SAE-30 - 480 г (см. таблицу 27).

Таблица 27 Состав масла М-10 Г₂ К (опытный образец № 4)

Компонент масла М-10 Г2 К	Содержание в масле
	% масс.	г
	Требуемое	Фактическое	Фактическое
Присадки	Lz-1395	0,55-0,6	0,36	1,8
	C-150	2,1	1,34	6,7
	Lz-6589G	2,1	1,34	6,7
	C-5A	1,5	0,96	4,8
	ПМС-200А	0,003-0,005	0,005	0,025
Всего присадок	6,253 - 6,305	4,005	20,025
Базовое масло SAE-30	До 100	До 100	479,975
?	100	100	500

Приготовление опытного образца № 4 моторного масла М-10 Г₂ К осуществлялось путём перемешивания в реакторе указанных компонентов при температуре 80 єС в течение 30 мин. Компоненты загружались в количествах, приведённых в таблице 27.

Характеристика данного опытного образца приведена в таблице 28.

Таблица 28 Характеристика опытного образца № 4 масла М-10 Г₂ К

№ п/п	Показатель	Значе-ния	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	11,1	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	86	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,01	По ГОСТ 6370-83 с дополнением по п. 4.2 настоящего стандарта
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-65
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС	208	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, єС	-17	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	4,2	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,61	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %: кальция (±0,002%) цинка фосфора	0,156 0,0385 0,0335	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75, с дополнением по п. 4.4 настоящего стандарта

Как видно из таблицы 28, опытный образец № 4 масла М-10 Г₂ К не соответствует требованиям ГОСТа 8581-78 по показателям щелочное число и содержание активных элементов. Значит, задача приготовления масла М-10 Г₂ К с 4 % индивидуальных присадок, соответствующего требованиям ГОСТа 8581-78, не может быть решена.

Из этого можно сделать вывод, что для приготовления масла М-10 Г₂ К на основе композиции индивидуальных присадок следует загружать в базовое масло товарные присадки в количествах, не менее указанных в таблице 10.

Аналогичная картина наблюдается и при приготовлении моторных масел с иным набором присадок, например, тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84, характеристика которого приведена в таблице 29, а состав на основе индивидуальных присадок - в таблице 30. Характеристики дитиофосфатной Lz-1395 и фенатной Lz-6589 G присадок приведены в таблицах 4 и 7 соответственно, а сульфонатной присадки ПМС по ТУ 38.101334-74 - в таблице 31.

Опыт 7

Получение комплексной присадки КП-3

Для приготовления комплексной присадки КП-3 были взяты следующие компоненты:

- нейтральный сульфонат кальция НСК (ТУ 38. 401539-86) 40%-ной концентрации, характеристика которого приведена в таблице 12;

- дитиофосфат Lz-1395;

- фенат Lz-6589 G.

Рецептура и характеристика исходной смеси для получения комплексной присадки КП-3 приведена в таблице 32. Данная рецептура была разработана нами на основе стандартной рецептуры приготовления тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84 на основе композиции индивидуальных присадок (см. таблицу 30).

Таблица 29. Характеристика тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84

№ п/п	Показатель	Норма	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	13,5-14,5	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости, не менее	85	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %, не более	0,02	По ГОСТ 6370-83
4	Массовая доля воды, %, не более	Следы	По ГОСТ 2477-83
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС, не ниже	210	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, єС, не выше	-12	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла, не менее	4,8	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %, не более	1,2	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %, не менее: кальция цинка фосфора	0,21 0,045 0,04	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75

Таблица 30. Рецептура приготовления тепловозного масла М-14 В₂ по ГОСТ 12337-84 на основе композиции индивидуальных присадок

№ п/п	Присадка	Содержание в % масс.
1	ПМС (сульфонат кальция)	6,0
2	Lz-1395	0,50
3	Lz-6589 G	2
4	ПМС-200А	0,005
5	?	8,505

Таблица 31. Характеристика сульфонатной присадки ПМС по ТУ 38.101334-73

№ п/п	Показатель	Норма
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с, не более	45
2	Содержание кальция, % масс., не менее	3
3	Содержание активного вещества (сульфоната метелла), % масс., не менее	18
4	Зольность сульфатная, %, не более	11
5	Общая щёлочность, мг КОН/г	70-85
6	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС, не ниже	180

Таблица 32. Рецептура и характеристика исходной смеси для получения комплексной присадки КП-3 с общей щёлочностью 145 мг КОН/г

№ п/п	Компонент	Общая щёлочность компонента, мг КОН/г	Содержание компонента в смеси, % масс.	Щёлочность от компонента, мг КОН/г	Общая щёлочность смеси, мг КОН/г
1	Lz-1395	94,13	14,0	13,18	65,18
2	НСК	24,5	56	13,7
3	Lz-6589G	127,7	30	38,3
4	?	100	65,18

Поскольку щёлочность масла М-14 В₂ (не менее 4,8 мг КОН/г) несколько меньше, чем масла М-10 Г₂ К (не менее 6 мг КОН/г), то зададимся общей щёлочностью комплексной присадки КП-3 на уровне 145 мг КОН/г. В этом случае дополнительная щёлочность, которую необходимо набрать при карбонатации, составит (145 мг КОН/г - 65,18 мг КОН/г) = 79,82 мг КОН/г.

Расчёт количеств Са(ОН)₂ и СО₂, необходимых для проведения карбонатации, был проведен по аналогии с получением присадки КП-1. Этот расчёт показал, что для получения комплексной присадки КП-3 необходимо взять 10,55 г Са(ОН)₂ (из которых в реакцию с СО₂ вступит 5,276 г), и подать в реактор 3,29 г СО₂.

Исходя из результатов этого расчёта и данных таблицы 30, для получения 100 г комплексной присадки КП-3 компоненты и реагенты были взяты в следующих количествах:

ПМС - 6,0 г;

Lz-1395 - 0,50 г;

Lz-6589 G - 2 г;

ПМС-200А - 0,005 г;

Са(ОН)₂ - 10,55 г;

СО₂ - 3,29 г.

Комплексную присадку КП-3 получали по методике, описанной ранее для присадки КП-1. Полученная присадка КП-3 имела характеристики, приведенные в таблице 33.

Таблица 33 Характеристика комплексной присадки КП-3

№ п/п	Показатель	Значение
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	58
2	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС	183
3	Содержание кальция, % масс.	6,05
4	Содержание фосфора, % масс.	1,29
5	Содержание цинка, % масс.	1,35
6	Общая щёлочность, мг КОН/г	145
7	Зольность сульфатная, %	23,2

Опыт 8

Приготовление тепловозного масла М-14 В₂ на основе комплексной присадки КП-3

Расчёт концентрации комплексной присадки КП-3 для приготовления масла М-14 В₂, отвечающего требованиям ГОСТа 12337-84.

Данный расчёт проводился так же, как и в случаях с присадками КП-1 и КП-2 - по содержанию одного из активных элементов, в данном случае цинка. Согласно требованиям ГОСТа 12337-84 (см. таблицу 29), содержание цинка в масле М-14 В₂ должно составлять не менее 0,045 % масс. Согласно данным таблицы 33, содержание цинка в присадке КП-3 составляет 1,35 % масс. Отсюда необходимое количество КП-3 для приготовления масла М-14 В₂ составляет (0,045 % масс./1,35 % масс.)*100 % масс. = 3,33 % масс.

Для гарантирования постоянства качества масла содержание КП-3 в нём принимаем равным 3,5 % масс. При этом рецептура М-14 В₂ будет следующей (см. таблицу 34).

Таблица 34

№ п/п	Компонент	Содержание в масле
		% масс.	г
1	Присадки	КП-3	3,5	17,5
2		ПМС-200А	0,005	0,025
3	Базовое масло SAE-40 (по ТУ 38.1011270-89)	96,495	482,475
4	?	100	500

Характеристика масла М-14 В₂, приготовленного на основе комплексной присадки КП-3, приведена в таблице 35.

Таблица 35. Характеристика масла М-14 В₂, полученного на основе комплексной присадки КП-3

№ п/п	Показатель	Норма	Метод испытания
1	Вязкость кинематическая при 100 єС, мм2/с	14,3	По ГОСТ 33-82
2	Индекс вязкости	87	По ГОСТ 25371-82
3	Массовая доля механических примесей, %	0,02	По ГОСТ 6370-83
4	Массовая доля воды, %	Следы	По ГОСТ 2477-83
5	Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, єС	212	По ГОСТ 4333-87
6	Температура застывания, єС	-13	По ГОСТ 20287-74
7	Щелочное число, мг КОН на 1 г масла	5,07	По ГОСТ 11362-76
8	Зольность сульфатная, %	0,81	По ГОСТ 12417-73
9	Массовая доля активных элементов, %: кальция цинка фосфора	21,1 0,047 0,043	По ГОСТ 9436-63 или ГОСТ 13538-68 То же По ГОСТ 9827-75

Как следует из данных, приведенных в таблице 35, масло М-14 В₂, приготовленное на основе комплексной присадки КП-3 при содержании её в количестве 3,5 % масс., полностью отвечает требованиям ГОСТа 12337-84.

Выводы по результатам опытов

Проведённые экспериментальные исследования показали, что получить масло М-10 Г₂ К, соответствующее требованиям ГОСТа 8581-78 по физико-химическим показателям и по эксплуатационным свойствам, можно прибавлением к базовому маслу как композиции индивидуальных присадок (опытный образец № 1), так и комплексной присадки КП-2 (опытный образец № 3). Однако данные таблиц 10 и 23 показывают, что содержание присадок в образце № 3 ниже, чем в образце № 1. Значит, образец № 3 был получен более экономичным способом, чем образец № 1. Другими словами, получать масло М-10 Г₂ К на основе комплексной присадки КП-2 экономически более выгодно, чем на основе композиции индивидуальных присадок.

Это подтверждается тем, что при прибавлении к базовому маслу индивидуальных присадок в количествах, аналогичных использовавшимся для получения образца № 3, мы получаем масло М-10 Г₂ К, не соответствующее требованиям ГОСТа 8581-78 по показателям щелочное число и содержание активных элементов (опытный образец № 4).

Для дополнительного подтверждения экономической выгодности производства моторных масел на основе комплексных присадок (пакетов присадок) нами было получено тепловозное масло М-14 В₂ на основе комплексной присадки КП-3. Полученный образец масла М-14 В₂ полностью отвечает требованиям ГОСТа 12337-84, а значит возможность уменьшения расхода индивидуальных присадок при производстве моторных масел на основе пакетов присадок находит полное экспериментальное подтверждение.

Таким образом, переход от получения моторных масел на основе композиций индивидуальных присадок к решению этой задачи на основе комплексных присадок, является экономически целесообразным.

Методики анализов

Определение щелочного числа (ГОСТ 11362-76)

Метод заключается в потенциометрическом титровании исследуемого образца, растворённого в неводном растворителе, раствором соляной кислоты. Титрование ведут до скачка потенциала или при отсутствии последнего до значений ЭДС, установленных по буферным растворам.

За общее щелочное число принимают количество едкого кали в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г анализируемого продукта.

За щелочное число сильных оснований принимают количество едкого кали в миллиграммах, эквивалентное количеству соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию сильных оснований, содержащихся в 1 г анализируемого продукта.

Растворитель для анализируемого продукта готовят смешением (по объёму) 30% этилового спирта и 70% толуола (или бензола) или 50% изопропилового спирта, 49% толуола (или бензола) и 1% воды.

Приготовление буферных растворов.

Для приготовления 1000 мл щелочного буферного раствора (рН ~ 11) 27,80 ±0,01 г м-нитрофенола растворяют в 100 мл этилового спирта, раствор количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл, добавляют при постоянном перемешивании 250 мл точно 0,2 н. спиртового раствора едкого кали и доводят объём раствора спиртом до метки. Если раствор едкого кали не точно 0,2 н., производят пересчёт объёма добавляемого раствора едкого кали.

Для приготовления 1000 мл кислого буферного раствора (рН ~ 4) 24,20 ±0,01 г г-коллидина растворяют в 100 мл этилового спирта, переливают раствор в мерную колбу вместимостью 1000 мл, добавляют при постоянном перемешивании 750 мл точно 0,2 н. спиртового раствора соляной кислоты и доводят объём раствора спиртом до метки. Если раствор соляной кислоты не точно 0,2 н., производят соответствующий пересчёт объёма добавляемого раствора соляной кислоты.

При отсутствии г-коллидина готовят кислый буферный раствор бифталата калия (рН = 4). Для приготовления 1000 мл буферного раствора 10,20±0,01 г перекристаллизованного бифталата калия растворяют в 20-50 мл свежепрокипяченной дистиллированной воды, раствор количественно переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл и при постоянном перемешивании доводят объём прокипяченной дистиллированной водой до метки. Допускается приготовление буферного раствора из фиксанала бифталата калия для рН-метрии.

При приготовлении меньшего количества буферных растворов количество реактивов соответственно уменьшают.

Определение значения ЭДС электродов в буферных растворах.

Для определения значений ЭДС в растворе г-коллидина и м-нитрофенола в стаканчик для титрования помещают 50 мл растворителя (см. выше) и добавляют из пипетки 5 мл щелочного буферного раствора. Полученную смесь перемешивают в течение 5 мин и измеряют значение ЭДС.

Для определения значения ЭДС в растворе бифталата калия в стаканчик для титрования наливают 50 мл раствора бифталата калия (см. выше) и измеряют значение ЭДС.

Проведение анализа.

В стаканчик для титрования берут навеску анализируемого продукта. Затем в стаканчик с продуктом добавляют 50 мл растворителя. Если продукт не растворяется полностью в этом растворителе, в стаканчик приливают ещё 10-15 мл хлороформа. Если и в этом случае продукт не растворяется, то в составе растворителя толуол или бензол заменяют на хлороформ и повторно взвешивают и растворяют продукт.

Стаканчик устанавливают на титровальный стенд, опускают в раствор электроды, включают мешалку и определяют начальную величину ЭДС. Если эта величина меньше величины ЭДС, установленной в щелочном буферном растворе, то это указывает на присутствие сильных оснований. Если начальная величина ЭДС больше величины ЭДС, установленной в щелочном буферном растворе, то сильные основания отсутствуют.

Определение щелочного числа сильных оснований.

Титрование ведут до величины ЭДС, установленной в щелочном буферном растворе, или до первого скачка потенциала в этой области. В качестве титранта применяют 0,1 н. раствор соляной кислоты, добавляя в один приём по 0,05-0,1 мл. Если изменение ЭДС будет больше 15-20 мВ (0,25-0,35 рН), объём титранта, добавляемого в один приём, уменьшают до 0,02 мл, и после каждой добавки очередной порции титранта выдерживают пока потенциал установится, то есть изменение его будет составляь не более 5 мВ (рН ~ 0.1) в минуту.

Определение общего щелочного числа.

После определения сильных оснований титрование продолжают до величины ЭДС, установленной в кислом буферном растворе или до второго скачка потенциала в этой области.

Титрование ведут сначала медленно, добавляя в один приём по 0,05-0,1 мл. Если изменение величины ЭДС будет меньше 15-20 мВ (или 0,25-0,35 рН), объём титранта увеличивают до 0,2-0,3 мл. Вблизи величины ЭДС буферного раствора объём добавляемого в один приём титранта вновь уменьшают до 0,05 мл, и после каждого добавления очередной порции титранта ожидают, пока потенциал установится, то есть изменение его будет составлять не более 5 мВ (~ 0,1 рН) в минуту.

Затем проводят контрольный опыт с тем же объёмом растворителя, но без анализируемого продукта.

Титрованный раствор 0,1 н. соляной кислоты добавляют по 0,02-0,1 мл в один приём.

Обработка результатов анализа.

Щелочное число сильных оснований (Щ₁) в миллиграммах КОН на 1 г продукта вычисляют по формуле

Щ₁ = ((V₁ - V₀)*T)/m,

где V₀ - объём 0,01 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование контрольного опыта до величины ЭДС в щелочном буферном растворе или до скачка потенциала в этой области, мл;

V₁ - объём 0,01 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование раствора исследуемого образца до величины ЭДС в щелочном буферном растворе или до скачка потенциала в этой области, мл;

Т - титр 0,01 н. раствора соляной кислоты, мг/мл КОН;

m - масса анализируемого продукта, г.

Общее щелочное число (Щ₂) в миллиграммах КОН на 1 г продукта вычисляют по формуле

Щ₂ = ((V₃ - V₂)*T)/m,

где V₂ - объём 0,01 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование контрольного опыта до величины ЭДС в кислом буферном растворе или до скачка потенциала в этой области, мл;

V₃ - объём 0,01 н. раствора соляной кислоты, израсходованный на титрование раствора исследуемого образца до величины ЭДС в кислом буферном растворе или до скачка потенциала в этой области, мл.

За результат анализа принимают среднее арифметическое двух параллельных определений щелочных чисел.

Метод определения содержания бария, кальция и цинка комплексонометрическим титрованием (ГОСТ 13538-68).

Метод заключается в разложении солей металлов, содержащихся в присадках и маслах с присадками, или в их золе, соляной кислотой и комплексонометрическом оттитровывании бария, кальция и цинка.

1. Подготовка к испытанию.

1.1 Приготовление раствора хлористого цинка.

Навеску металлического цинка в 2±0,0002 г, предварительно очищенного от окиси (при помощи стального ножа), растворяют в 25 мл 6 н раствора соляной кислоты в мерной колбе вместимостью 1000 мл и приливают дистиллированную воду до метки. Раствор хлористого цинка содержит 0,002 г цинка в 1 мл.

Раствор хлористого цинка стабилен в течение длительного времени. При появлении в растворе мути, хлопьев или осадка раствор заменяют свежеприготовленным.

1.2 Приготовление 0,05 н титрованного раствора трилона Б.

10 г трилона Б, взвешенного с точностью до 0,01 г, переносят через воронку в мерную колбу вместимостью 1000 мл, растворяют в дистиллированной воде и доводят объём раствора дистиллированной водой до метки.

1.3 Установление титра (Т) 0,05 н раствора трилона Б по металлическому цинку.

В три конические колбы вносят пипеткой по 10 мл раствора хлористого цинка, приливают по 70-80 мл дистиллированной воды, нейтрализуют раствор аммиаком из капельницы по универсальной индикаторной бумаге до рН 4-5 (наносят стеклянной палочкой каплю раствора на индикаторную бумагу и проверяют рН среды по шкале), добавляют 15 мл ацетатного буферного раствора и 3-4 капли индикатора ксиленолового оранжевого до появления красно-фиолетовой окраски раствора. Полученный раствор титруют 0,05 н раствором трилона Б из микробюретки до перехода красно-фиолетовой окраски раствора в жёлтую.

Титр 0,05 н раствора трилона Б, выраженный в граммах цинка на 1 мл (Т_цинк), вычисляют по формуле

Т_цинк = (V₁*C)/V₂,

где V₁ - объём раствора хлористого цинка, взятый для установления титра раствора трилона Б, в мл;

V₂ - объём раствора трилона Б, пошедший на титрование цинка, в мл;

С - содержание цинка в 1 мл раствора хлористого цинка в г.

1.4. Приготовление 0,05 н раствора хлористого магния.

Навеску около 6,0 г хлористого магния растворяют в 400-500 мл дистиллированной воды в мерной колбе вместимостью 1000 мл и объём раствора доводят дистиллированной водой до метки.

Установление коэффициента нормальности раствора хлористого магния по 0,05 н раствору трилона Б.

В три конические колбы вносят пипеткой по 10 мл 0,05 н раствора трилона Б, добавляют по 50 мл дистиллированной воды, по 5 мл аммиачного буферного раствора и 0,02-0,05 г индикатора хромогена чёрного ЕТ-00 до чистой сине-голубой окраски. Титрование проводят 0,05 н раствором хлористого магния из микробюретки до перехода сине-голубой окраски раствора в вишнёвую.

Коэффициент нормальности (К) вычисляют по формуле:

К = V₃/V₄,

где V₃ - объём 0,05 н раствора трилона Б, взятый для установления коэффициента нормальности, в мл;

V₄ - объём раствора хлористого магния, пошедший на титрование, в мл.

Приготовление аммиачного буферного раствора.

В мерную колбу вместимостью 1000 мл вносят 67,5 г хлористого аммония, 150-200 мл дистиллированной воды и 570 мл аммиака и доводят объём раствора дистиллированной водой до метки.

Приготовление ацетатного буферного раствора.

В мерную колбу вместимостью 1000 мл вносят 250 г уксуснокислого натрия, 150-200 мл дистиллированной воды, 20 мл уксусной кислоты и доводят объём раствора дистиллированной водой до метки.

Примечание. Приготовление растворов, нейтрализация аммиаком, добавление буферных растворов, индикаторов и титрование должны проводиться при тщательном перемешивании.

Проведение испытания.

Перед отбором пробы на испытание продукт перемешивают в течение 5 мин.

1 г присадки или 10-20 г масла с присадкой, взвешенных в стакане с погрешностью не более 0,0002 г, растворяют в 30 мл бензола и раствор сливают через загрузочную воронку в чистый сухой прибор, стакан ополаскивают 2-3 раза 20 мл бензола и сливают в этот же прибор. Затем в прибор вносят 50 мл 6 н раствора соляной кислоты.

После заполнения прибора закрывают кран загрузочной воронки и включают обогрев на полную мощность до начала кипения, затем с помощью автотрансформатора регулируют нагрев так, чтобы конденсат из дефлегматора стекал отдельными каплями. Содержимое прибора кипятят в течение 45 минут, затем обогрев выключают и в прибор приливают 20 мл н-бутилового спирта, после этого смесь кипятят 15-20 мин. Содержимое прибора охлаждают в течение 10 мин и сливают нижний слой (солянокислый раствор хлоридов металлов) в стакан.

Для отмывки соляной кислоты, а вместе с ней следов хлоридов металлов, в прибор через загрузочную воронку добавляют 50 мл дистиллированной воды и включают обогрев прибора на полную мощность.

Содержимое прибора кипятят в течение 30 мин, как указано выше. Затем обогрев выключают и к содержимому в приборе приливают 20 мл н-бутилового спирта и смесь снова кипятят 10-15 мин.

После охлаждения смеси нижний слой сливают в стакан с солянокислым раствором хлоридов металлов.

Разложение присадки можно осуществлять в колбе с пришлифованным к ней холодильником по п. 2.2.

После 45 мин кипячения и 10 мин охлаждения в колбу через холодильник осторожно приливают 20 мл н-бутилового спирта и смесь кипятят 10-15 мин. Колбу охлаждают, холодильник отсоединяют от колбы и содержимое колбы переносят в делительную воронку. Нижний слой после отстаивания сливают в стакан, а верхний слой переносят обратно в колбу для разложения, добавляют 50 мл дистиллированной воды и вновь включают обогрев. После 30 мин кипячения и 10 мин охлаждения в колбу через холодильник осторожно приливают 20 мл н-бутилового спирта и смесь кипятят 10 мин. После полного охлаждения раствор из колбы переносят в делительную воронку, и нижний слой, после расслоения, сливают в стакан с раствором хлоридов металлов.

Солянокислый раствор упаривают для удаления н-бутилового спирта и части воды до 70-80 мл и охлаждают его на водяной бане.

Удаление н-бутилового спирта контролируют по отсутствию запаха спирта.

При определении содержания бария, кальция и цинка в золе (не сульфатной) в тигель с золой, полученной при озолении 1 г присадки или 10-20 г масла с присадкой, вносят 30-40 мл разбавленной соляной кислоты, закрывают тигель часовым стеклом и кипятят 15-20 мин. Затем с помощью промывалки содержимое из тигля количественно переносят в стакан струёй дистиллированной воды. Содержание металлов в растворах, полученных по пп. 2.2, 2.3 и 2.4 определяют следующим образом.

Определение содержания металлов в присадках и маслах с присадками, содержащих один металл.

Определение содержания бария.

Солянокислый раствор, содержащий барий, нагревают в стакане до кипения и добавляют 15 мл 20%-ного раствора сернокислого аммония и кипятят 10-15 мин. Осадок после охлаждения раствора отфильтровывают через двойной фильтр и промывают тёплой дистиллированной водой до отсутствия ионов SO₄^2- (реакция с хлористым барием - отсутствие мути). Фильтрат и промывные воды выбрасывают.

Осадок с фильтра смывают струёй дистиллированной воды из промывалки в стакан, туда же помещают и фильтр.

При испытании присадки в стакан с осадком и фильтром вносят 100 мл 0,05 н раствора трилона Б (с помощью мерной колбы), 15 мл 0,5 н раствора едкого натра и 50 мл дистиллированной воды.

При испытании масла с присадкой количество добавляемого трилона Б и раствора едкого натра устанавливают в зависимости от предполагаемого содержания бария (см. таблицу 36).

Таблица 36

Предполагаемое содержание бария в %	Количество добавляемого 0,05 н раствора трилона Б в мл	Количество добавляемого 0,5 н раствора едкого натра в мл
До 0,3	25	5
Св. 0,3-0,4	50	10
Св. 0,4-0,6	75	15
Св. 0,6	100	15

Стакан закрывают часовым стеклом и ставят на плитку. Содержимое кипятят до полного растворения осадка, после чего раствор охлаждают и переносят в мерную колбу вместимостью 200-250 мл. Следы трилона Б смывают с фильтра струёй воды из промывалки в эту же мерную колбу. Затем раствор в мерной колбе доводят дистиллированной водой до метки и содержимое тщательно перемешивают. После этого из колбы берут по 50 мл раствора, вносят в стакан и в каждый стакан добавляют 50 мл дистиллированной воды, 5 мл аммиачного буферного раствора, 0,02-0,05 г индикатора хромогена чёрного ЕТ-00 до появления сине-голубой окраски раствора и титруют 0,05 н раствором хлористого магния до перехода сине-голубой окраски раствора в вишнёвую.

Определение содержания цинка.

Солянокислый раствор, содержащий цинк, переносят из стакана в мерную колбу вместимостью 200-250 мл, объём раствора доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. Затем берут из колбы пипеткой две равные части раствора, вносят в стаканы и в каждый стакан добавляют 50 мл дистиллированной воды, нейтрализуют аммиаком из капельницы по универсальной индикаторной бумаге до рН 4-5 по п. 1.3, добавляют 15 мл ацетатного буферного раствора и 3-4 капли индикатора ксиленолового оранжевого. Раствор титруют 0,05 н раствором трилона Б из микробюретки до перехода красно-фиолетовой окраски раствора в жёлтую.

Определение содержания кальция.

Солянокислый раствор, содержащий кальций, переносят из стакана в мерную колбу вместимостью 250 мл, объём раствора доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают.

Затем из колбы берут 50 мл раствора, вносят в стаканы и в каждый стакан добавляют 50 мл дистиллированной воды, нейтрализуют едким калием по универсальной индикаторной бумаге до рН 10, приливают 20 мл едкого калия (избыток) и проводят титрование 0,05 н раствором трилона Б в присутствии 0,02-0,05 г смеси индикаторов мурексида и флуорексона до перехода розовой с зелёным свечением окраски раствора в малиновую (зелёное свечение пропадает) или индикатора мурексида в количестве 0,02-0,05 г до перехода розовой окраски раствора в малиново-фиолетовую.

Титрование следует проводить на чёрном фоне.

Примечания.

1. Наличие нерастворимого осадка солей бария в соляной кислоте не влияет на определение содержания бария, так как впоследствие происходит его полное растворение в растворе трилона Б.

2. Если неизвестно, какой металл содержится в присадке, раствор, содержащий металлы, делят на несколько частей и испытание каждой из них проводят с учётом того, что:

при добавлении сульфата аммония осаждается барий;

при рН 5 с добавлением 15 мл ацетатного буферного раствора и индикатора ксиленолового оранжевого титруется цинк;

при рН более 10 с добавлением избытка щёлочи 20 мл в присутствии индикатора мурексида титруется кальций.

При наличии в анализируемой пробе железа перед установлением рН раствора добавляют 10 мл водного раствора триэтаноламина.

Определение содержания металлов в присадках и маслах с присадками, содержащих два металла (барий и цинк или кальций и цинк).

Определение содержания кальция и цинка.

В одной части раствора оттитровывают кальций и цинк, для этого раствор нейтрализуют аммиаком (по каплям) до рН 8, вносят 15 мл аммиачного буферного раствора и индикатор хромоген чёрный ЕТ-00 до интенсивной вишнёвой окраски раствора. Полученный раствор титруют 0,05 н раствором трилона Б до перехода вишнёвой окраски раствора в сине-голубую.

В другой части определяют содержание цинка при рН 5 с добавлением ацетатного буферного раствора в присутствии индикатора ксиленолового оранжевого по п. 2.5.2.

Определение содержания металлов в присадках и ма...