Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ ДЕПРЕССОРНОЙ ПРИСАДКИ В СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью тепловых средств и может быть использовано для исследования вязкостно-температурных свойств жидкости и количественной оценки интенсивности и динамики структурных превращений в процессе подбора состава смазочных композиций моторных масел на стадии их разработки.

Современные смазочные композиции могут содержать до 15 компонентов для улучшения качества смазочных материалов и составлять до 25% масла основы. Для Российской Федерации и других северных стран актуальна проблема улучшения низкотемпературных свойств горючесмазочных материалов (холодная климатическая зона в РФ занимает около 80% территории страны).

Наиболее эффективным и экономически целесообразным способом улучшения низкотемпературных свойств нефтей, топлив и масел является использование депрессорных присадок. Это вещества, при введении которых в малых дозах достигается существенное снижение температуры застывания и улучшение текучести при низких температурах. В отличие от всех других способов это направление обеспечивает рациональное использование нефтяных ресурсов и комплексное улучшение низкотемпературных свойств различных нефтепродуктов и нефти. Обычно эффективность депрессоров определяется снижением температуры застывания нефтепродуктов, достигаемым в их присутствии, и концентрацией присадок, обеспечивающих максимальную депрессию температуры застывания

Известен способ определения количества присадки ДЕТЕРСОЛ-140 в моторных маслах для автомобильной техники по патенту РФ №2304281, включающий отбор пробы, измерение оптической плотности на полосах поглощения 1604 и 2000 см^-1 при спектрофотометрировании и последующий расчет концентрации присадки по экспериментально полученной зависимости. Достигается расширение номенклатуры определяемых при помощи ИК-спектроскопии присадок для моторных масел, а также возможность идентификации только присадки ДЕТЕРСОЛ-140 и определения только ее количества, а не суммарного содержания всех присутствующих в моторном масле присадок. Способ представляется трудоемким.

Известна методика количественной оценки эффективности депрессоров, которая заключается в установлении взаимосвязи между оптимумом действия присадок и содержанием твердых парафиновых углеводородов (Повышение эффективности процессов нефтепереработки и нефтехимии / Л.В. Таранова, С.Г. Агаев // Химическая технология переработки нефти и газа. - Казань: 1985. - С. 30-32). Для этого депрессоры испытывают в модельных системах нефтяного парафина марки Т (ГОСТ 23683 - 79) с температурой плавления 56°C в n-гептане при содержании парафина от 2,5 до 35%. Депрессорную эффективность присадок оценивают при введении в них от 0,02 до 2,0% депрессора. Вначале устанавливается зависимость температуры застывания модельной системы от концентрации депрессорной присадки при постоянном содержании парафина, затем графически определяют оптимальные концентрации присадок (С_Д ^ОПТ), при которых достигается минимальная температура застывания системы (t_{з мин}). После этого строятся зависимости этих показателей от содержания парафинов в системе.

Известно определение эффективности депрессорных присадок путем определения снижения температуры застывания нефтепродуктов и нефтей, достигаемое при введении выбранной дозы присадки (по ГОСТ 20287 - 74). По ГОСТу предусмотрена визуальная регистрация потери подвижности нефтепродуктов при понижении температуры. При этом необходимо обеспечить полное растворение и равномерное распределение в анализируемой среде активного вещества присадки. Для проведения анализа требуется подготовленный персонал, точность измерений неудовлетворительна.

Известные методы определения эффективности депрессорных присадок имеют следующие основные недостатки:

- значительные временные затраты на проведение испытаний,

- сложность и трудоемкость методов, требуется квалифицированный лабораторный персонал,

- чувствительность диэлькометрического метода к наличию примесей в исследуемой среде, что может значительно искажать получаемые результаты.

Наиболее близким изобретению является "Способ исследования термодинамического структуропреобразования жидких сред" по патенту РФ №2289125, при котором изменяют температуру исследуемой жидкости и определяют зависимость вязкости жидкости от температуры, отличающийся тем, что пробу жидкости объемом ≤1 мл циклически монотонно и непрерывно с заданной скоростью охлаждают и нагревают в заданном интервале температур, в каждом последовательном цикле определяют температурные области структуропреобразования жидкости по безразмерному динамическому критерию подобия температуровязкостных свойств η^δ выражающего зависимость относительного изменения сдвиговой вязкости от относительного изменения абсолютной температуры жидкости при заданной скорости изменения ее температуры η^δ=δη (Т, Θ)/δТ, а степень интенсивности структуропреобразования исследуемой жидкости в указанных температурных областях количественно выражают либо через изменение термоэнергетической функции жидкости Е(Т), определяемой по формуле

где: R - универсальная газовая постоянная; Т - текущая абсолютная температура жидкости; Θ - скорость изменения температуры,

либо через изменение свободной энергии активации ε(Т), определяемой путем решения дифференциального уравнения; при этом температуру и вязкость определяют посредством сферического миниатюрного металлического зонда низкочастотного вибровискозиметра, снабженного встроенным датчиком температуры и работающего в режиме вынужденных колебаний с амплитудой не более нескольких микрон. Известный способ позволяет определить температурный диапазон с максимальной интенсивностью микроструктурных процессов, но при этом не может обеспечить оценку температуровязкостных свойств жидкости в зависимости от количественного состава присадок, в частности, способ не позволяет определять оптимальное содержание депрессорной присадки в смазочной композиции.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы повысить точность и достоверность определения депрессорных присадок в смазочных композициях моторных масел.

Поставленная задача решена заявляемым изобретением.

Способ определения оптимального содержания депрессорной присадки в смазочных композициях, включающий регистрацию процессов термодинамического структуропреобразования путем определения термоэнергетической функции каждой пробы, отличающийся тем, что приготавливают несколько проб масла с различным, точно известным количеством депрессорной присадки в них, для определения степени интенсивности структуропреобразования каждой пробы исследуемого масла пробу объемом ≤1 мл непрерывно с заданной скоростью 0.1-0.15°С/с охлаждают в заданном интервале температур от комнатной температуры до температуры застывания, определяют температурные области структуропреобразования исследуемого масла по безразмерному динамическому критерию подобия температуровязкостных свойств η^δ, а степень интенсивности структуропреобразования исследуемого масла в указанных температурных областях количественно выражают через изменение термоэнергетической функции исследуемого масла Е(Т), определяемой по формуле

E(T)=(1/2-η^δ(T))·RT,

где: R - универсальная газовая постоянная; Т - текущая абсолютная температура масла; Θ - скорость изменения температуры; η - динамическая вязкость; η^δ=δη(Т, Θ)/δТ,

затем определяют среднюю интенсивность микроструктурных процессов в каждой пробе через среднеквадратическое отклонение термоэнергетической функции и оптимальное содержание депрессорной присадки определяют как соответствующее пробе с максимальной средней интенсивностью микроструктурных процессов.

Сущность заявляемого способа заключается в определении максимальной средней величины интенсивности микроструктурных процессов в пробе масла при одновременном определении температуры ее застывания. За оптимальное содержание депрессорной присадки в моторном масле принимается такое ее количество, при котором интенсивность образования микроструктур в масле является максимальной, а температура застывания - минимальной. Как и в прототипе, объем пробы составляет не более 1 мл. В этом случае тепловая постоянная времени не превышает единиц или десятков секунд, что позволяет исследовать достаточно быстро протекающие процессы структуропреобразования в пробе.

Результаты экспериментальных исследований показали, что в чистых маслах, без депрессоров, микроструктурные преобразования в процессе изменения температуры путем охлаждения и нагрева масла практически отсутствуют. Структуропреобразования проявляются только при добавке депрессора в моторное масло. С ростом концентрации депрессора интенсивность микроструктурных процессов, определяемая по амплитуде колебаний зонда вибровискозиметра, падает. Образующиеся в присутствии депрессора микроструктуры препятствуют росту кристаллов парафинов при понижении температуры моторного масла, блокируют центры роста кристаллов.

Определение оптимального содержания депрессора в масле по предлагаемому способу производят в следующей последовательности:

1) готовят несколько проб масла с различным, точно известным количеством депрессорной присадки в них,

2) регистрируют процессы термодинамического структуропреобразования путем определения термоэнергетической функции каждой пробы.

Для определения степени интенсивности структуропреобразования каждой пробы исследуемого масла пробу объемом ≤1 мл непрерывно с заданной скоростью 0.1-0.15°C/c охлаждают в заданном интервале температур от комнатной температуры до температуры застывания, определяют температурные области структуропреобразования исследуемого моторного масла по безразмерному динамическому критерию подобия температуровязкостных свойств η^δ, а степень интенсивности структуропреобразования исследуемого масла в указанных температурных областях количественно выражают через изменение термоэнергетической функции моторного масла Е(Т), определяемой по формуле

где R - универсальная газовая постоянная; Т - текущая абсолютная температура пробы исследуемого масла; Θ - скорость изменения температуры; η - динамическая вязкость; η^δ=δη (Т, Θ)/δТ;

4) определяют среднюю интенсивность микроструктурных процессов в каждой пробе через среднеквадратическое отклонение термоэнергетической функции Е(Т). При этом определено опытным путем, что при скорости охлаждения 0.1-0.15°C/c процессы микроструктурных преобразований в смазочных композициях проявляются с удовлетворительной воспроизводимостью результатов, что обеспечивает высокую точность анализа;

5) определяют оптимальное содержание депрессорной присадки соответствующее пробе с максимальной средней интенсивностью микроструктурных процессов.

Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на моторном масле И -20А с депрессорной присадкой ПМА - Д.

Количество присадки изменялось в пределах 0,2-1,5% масс. с шагом 0,2%, общее количество проб масла составило шесть.

В таблице приведены результаты экспериментального определения оптимального содержания присадки в масле И - 20А по предлагаемому способу. В таблице также показаны результаты исследования температуры застывания Т_з проб исследуемого масла с различным содержанием присадки по стандартному методу ГОСТ 20287. Каждая проба испытывалась по шесть раз по разработанному способу для проверки сходимости. При испытании стандартным методом проводилось два параллельных определения и за результат бралось среднее арифметическое значение, указанное в таблице.

При определении рационального содержания присадки в масле по ГОСТ 20287 минимальные температуры застывания имеют пробы масла с содержанием присадки 0,8, 1 и 1,5% масс. соответственно. Какое содержание присадки принимать за оптимальное в этом случае, непонятно, но, как правило, принимают максимальное, т.е. 1-1,5% масс., что, как видно из анализа экспериментальных данных, приводит к значительному перерасходу дорогостоящей присадки.

В результате анализа экспериментальных данных находим, что минимальную температуру застывания имеют пробы масла с содержанием присадки 0,8 и 1% масс. Однако максимальную среднюю интенсивность микроструктурных процессов имеет проба с содержанием присадки 0,8% масс. При этом достигается минимальная температура застывания смазочного масла и максимальная интенсивность микроструктурных процессов в нем. Это может свидетельствовать о том, что именно интенсивность структуропреобразования вносит решающий вклад в обеспечение минимальной температуры застывания исследуемого смазочного масла, что хорошо согласуется с теоретическими соображениями, приведенными выше. Заявляемый способ значительно уменьшает трудоемкость и повышает точность определения оптимального содержания депрессорных присадок в моторных маслах.