Базові оливи і присадки: як виробляють мастильні матеріали і що означають групи API I-V

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Мастильний матеріал складається з базової оливи і пакета присадок: базові оливи бувають мінеральні (з нафти) і синтетичні (з хімічного синтезу), а API поділяє їх на п'ять груп - від I (звичайні мінеральні) до IV (поліальфаолефіни) і V (інші, зокрема естери). Присадки підсилюють природні властивості основи або надають нових, але лише в правильній дозі та поєднанні. Нижче - як отримують базові оливи, що означають групи API і які присадки входять до моторних олив.

Базові оливи

Покращення експлуатаційних властивостей моторних олив і подовження строку їх служби багато в чому залежать від якості базових олив, які різняться в'язкістю, хімічним складом та іншими властивостями. Тому виробники приділяють особливу увагу технологіям виробництва базових олив і прагнуть створити не лише оригінальні, а й найефективніші процеси.

Мінеральні базові оливи

Мінеральні базові оливи виробляють із сирої нафти, і їхній хімічний склад залежить від нафти. Розрізняють базові оливи:

парафінові (вміст парафінів понад 75 %);
нафтенові (вміст нафтенових сполук понад 75 %);
ароматичні (вміст ароматичних сполук понад 50 %);
змішані, якщо жодна група сполук не домінує.

Для мастильних олив найпоширеніші парафінові базові оливи: вони мають кращі в'язкісно-температурні властивості (високий індекс в'язкості) і вже після традиційного очищення - непогані експлуатаційні властивості.

Деякі компоненти нафти, які зазвичай вважають шкідливими, бувають корисними: смоли, жирні й нафтенові кислоти покращують липкість і стійкість адсорбційної плівки, а отже - змащувальну здатність; деякі сполуки сірки й азоту мають антиокиснювальні властивості. Тому глибоке очищення може погіршити частину змащувальних, антиокиснювальних і антикорозійних властивостей. Базові оливи вдосконалюють у двох напрямах: перший - очищення лише до оптимального вмісту смол, кислот, сполук сірки й азоту з додаванням присадок (такий метод не дає оливи достатньо високого рівня); другий - повне очищення від домішок і молекулярна модифікація гідрообробкою (гідрокрекінгом, гідроочищенням тощо). Результат другого шляху - олива з дуже високою стійкістю до деформацій зсуву, високим індексом в'язкості і стабільними параметрами.

За фракційним складом мінеральні базові оливи поділяються на дистилятні (окремі фракції або їх суміші), залишкові та компаундовані (суміші дистилятів і залишкових олив). Залишкові оливи мають добрі змащувальні властивості, їхня липкість і стійкість до окиснення кращі, ніж у дистилятних. З легких дистилятів отримують легкі індустріальні та трансформаторні оливи, із середніх і важких - індустріальні та моторні, з компаундованих і залишкових - трансмісійні, важкі індустріальні та інші.

Синтетичні базові оливи

Синтетичні базові оливи отримують хімічним синтезом із невеликих молекул (мономерів), які утворюють чисті сполуки заданої структури. Вони дорожчі, але мають кращі властивості:

менша випаровуваність за високої температури і менша витрата на чад;
краща стійкість до окиснення, особливо за високих температур;
менша схильність до відкладень;
надійніше змащування за високих навантажень і температур;
довший строк служби і менші втрати на тертя.

Змішуванням синтетичних і мінеральних базових олив отримують напівсинтетичні (частково синтетичні) оливи; за даними джерела, звичайна пропорція - 70-80 % мінеральної і 20-30 % синтетичної основи. Такі оливи виробляють переважно для того, щоб знизити ціну і водночас забезпечити досить високі властивості.

Класифікація базових олив API

Група базової оливи	Вміст сірки, %	Вміст насичених вуглеводнів, %	Індекс в'язкості
Група I	понад 0,03	менше 90	80-120
Група II	≤ 0,03	≥ 90	80-120
Група III	≤ 0,03	≥ 90	понад 120
Група IV	поліальфаолефіни (ПАО)
Група V	інші, що не ввійшли до груп I-IV (зокрема естери)

Американський інститут нафти (API) виділяє п'ять груп базових олив. Класифікацією користуються для взаємозаміни базових олив під час виробництва моторних олив потрібного рівня якості без зміни їхніх основних характеристик - відповідно до настанов API щодо взаємозамінності базових олив.

Група I - базові оливи, отримані селективним очищенням і депарафінізацією розчинником.
Група II - з розвитком гідрообробки стало можливим отримувати високорафіновані оливи з низьким вмістом ароматичних сполук і сірки та підвищеною стійкістю до окиснення.
Група III - оливи з високим індексом в'язкості, отримані каталітичним гідрокрекінгом; від групи II відрізняються молекулярною структурою. За властивостями наближаються до синтетичних, а коштують, за даними джерела, трохи дорожче за мінеральні; у багатьох країнах оливи на їх основі відносять до напівсинтетичних.
Група IV - поліальфаолефіни (ПАО): однорідний склад, дуже висока стійкість до окиснення, високий індекс в'язкості, відсутність молекул н-парафінів. ПАО виробляють у широкому діапазоні в'язкостей - приблизно від 4 до 100 сСт за 100 °C. Протягом багатьох років ПАО і естери були єдиними основами для олив, що працюють в екстремальних температурних умовах; більшість синтетичних олив на ПАО містять невелику кількість естерів для кращої розчинності присадок і сумісності з ущільненнями.
Група V - інші базові оливи, зокрема естери.

Оливи на базових оливах груп I і II зазвичай відносять до мінеральних, на сумішах груп I, II з групами III або IV - до напівсинтетичних, а виготовлені повністю на групах III, IV і V називають синтетичними. Вони мають чудові низькотемпературні властивості, що забезпечують надійний пуск у холод, а також підвищену термостабільність і низьку випаровуваність. Поєднуючи різні базові оливи і присадки, виробники створюють широкий асортимент олив під різні вимоги автовиробників.

Присадки

Присадки - речовини, які підсилюють природні властивості базових олив або надають їм нових, якщо їх додано в потрібній кількості та оптимальному поєднанні. Останню умову варто підкреслити: передозування присадок чи їх нераціональне поєднання має негативні наслідки. Про роль присадок свідчить зростання їх виробництва: за даними джерела, у США 1959 року виробили 350 тис. т присадок, 1966 року - 450 тис. т, а 2000 року - 1,3 млн т.

Склад пакета присадок залежить від призначення й умов застосування оливи; за даними джерела, вони можуть становити від кількох відсотків до 25-30 % готової оливи. Більшість присадок багатофункціональні, а деякі мають побічні ефекти, з якими доводиться миритися, бо позитивний ефект значно більший. Типовий пакет сучасної моторної оливи містить беззольні дисперсанти, детергенти, антиокиснювальні, протизносні, антикорозійні, антипінні й депресорні присадки; всесезонні оливи майже завжди містять в'язкісні (загущувальні) присадки, а енергозберігаючі - модифікатори тертя.

Диспергувальні (дисперсанти) - одні з основних компонентів, за даними джерела, близько половини загальної кількості присадок; підвищують дисперсність нерозчинних забруднень і стабілізують суспензію.
Мийні (детергенти) - запобігають утворенню нагару і лакових відкладень на найбільш нагрітих деталях.
Загущувальні (в'язкісні) - макрополімери зі змінною розчинністю в оливі залежно від температури: підвищують в'язкість і зменшують її зміну в широкому діапазоні температур.
Депресорні - знижують температуру застигання і перешкоджають утворенню кристалів парафіну на холоді.
Антипінні - зменшують схильність оливи до піноутворення.
Протизносні - запобігають зношуванню поверхонь тертя; одні з перших хімічних присадок.
Протизадирні - різновид протизносних для високих навантажень і температур.
Антикорозійні - захищають від корозії деталі зі сплавів кольорових металів.
Антиокиснювальні - знижують швидкість окиснення основи і накопичення продуктів глибокого окиснення.
Модифікатори тертя (антифрикційні) - зменшують втрати на тертя і так сприяють економії палива.