Термоокислительная стабильность масел

При нагревании в присутствии воздуха и продуктов неполного сгорания протекают процессы окисления и термического разложения молекул масла. В нефтяных моторных маслах при температурах до 280 °С в присутствии кислорода преимущественно протекают реакции окисления. Способность масла противостоять окислению при повышенных температурах характеризуется его термоокислительной стабильностью.

На характер окисления масла кроме температуры оказывают влияние специфические условия его работы в двигателе: большие поверхности контакта масла с воздухом вследствие образования масляных пленок, масляного тумана и вспенивания масла в картере. Значительную роль играет присутствие металлов. Например, железо, медь, свинец оказывают каталитическое действие, а алюминий и олово не влияют или даже тормозят окисление (являются ингибиторами окисления). Наиболее интенсивное окисление наблюдается в относительно тонких слоях масла, находящихся на сильно нагретых металлических поверхностях.

Различные группы углеводородов, входящих в базовое масло, дают разные по химическому составу и физическим свойствам конечные продукты окисления. Парафиновые и нафтеновые углеводороды при окислении образуют растворимые в масле соединения повышенной вязкости, ароматические – образуют нерастворимые в масле отложения (смолисто-асфальтовые вещества). Поэтому преимущественно парафиновые и нафтеновые базовые масла склонны к повышению вязкости и кислотности (благодаря чему повышается их коррозионная агрессивность), но даже в тяжелых условиях работы двигателя дают малое количество отложений.

Стабильность моторных масел против окисления определяется в соответствии с ГОСТ 981–75 путем пропускания кислорода через испытуемое масло при повышенных температурах в присутствии катализатора (рис. 33) и определения физико-химических показателей масла до и после окисления. Стабильность масла характеризуется изменением кислотного числа, вязкости, коксуемости, содержания смол, а также количеством нерастворимого осадка и летучих низкомолекулярных кислот. Кроме этого, в соответствии с ГОСТ 11063–77 определяют индукционный период осадкообразования (максимальное время окисления, в течение которого массовая доля осадка в окисленном масле не превышает 0,5 %).

Для повышения устойчивости масел против окисления в них вводят антиокислительные присадки (антиоксиданты). Они подразделяются на присадки-ингибиторы, замедляющие окисление масла в сравнительно толстом слое (объеме), и термоокислительные присадки, уменьшающие окисление масла в тонком слое на нагретых металлических поверхностях. Присадки-ингибиторы разлагаются при температурах свыше 180…230 °С. Термоокислительные присадки обладают более высокой эффективностью и термостойкостью, поэтому их широко используют при изготовлении моторных масел.

В качестве присадок-ингибиторов применяют в основном соединения серы и фосфора, однако они обладают высокой коррозионной агрессивностью по отношению к различным металлам. Это диалкилсульфиды, полисульфиды, тиогликоли, тиоальдегиды, триарил- и триалкилфосфаты и т.д. Применение этих веществ в моторных маслах в настоящее время весьма ограничено. К более перспективным препаратам этой группы можно отнести соединения на основе селена, мышьяка и фенолов.

В качестве антиокислительных присадок в моторных маслах в настоящее время обычно используют диалкилдитиофосфаты металлов, получаемые в результате реакции P₂S₅ с высшими спиртами с последующей реакцией с оксидом металла. Присадки ДФ-1 (раствор диалкилдитиофосфата бария в веретенном масле) и ДФ-11 (раствор диалкилдитиофосфата цинка в веретенном масле) являются многофункциональными. Введение присадки ДФ-1 улучшает также антикоррозионные, моющие и депрессорные свойства масел, присадка ДФ-11 повышает противоизносные свойства. К маслам добавляют до 1 % антиокислительных присадок.

Для уменьшения каталитического воздействия металлов (Cu, Fe, Mn) на окисление моторных масел в них вводят пассивирующие присадки (деактиваторы металлов). К ним относят такие соединения, как салицилиден-этиламины, фосфорная, лимонная, глюконовая кислоты и др. Принцип действия этих присадок заключается в том, что они образуют на поверхности металла пленку, предотвращающую непосредственный контакт масла с металлом, и затрудняют эмиссию ионов металла в масло. Особенно эффективны деактиваторы металлов в сочетании с другими антиоксидантами, проявляя сильный синергизм. На этом же эффекте основаны и консервационные свойства масел.

При создании товарных моторных масел проводят продолжительные эксплуатационные испытания, поскольку только испытания на двигателе позволяют определить высокотемпературную эффективность композиции присадок и выявить возможные антагонистические эффекты диспергирующих присадок и ингибиторов окисления.