25
18.11.2019. 1 Maziva ulja Zavod za tehnologiju nafte i petrokemiju / Savska cesta 16 / tel. 01-4597-128 /[email protected] Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilište u Zagrebu Diplomski studij K E M I J A I INŽENJERSTVO MATERIJALA Kolegij: Naftno-petrokemijski proizvodi Uvod Maziva ulja - kapljevine sa svojstvima smanjenja trenja tarnih površina, pa služe za podmazivanje metalnih površina strojeva i uređaja. Važno - smanjuju i druge štetne posljedice: - trošenje tarnih površina, - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora, strojeva i uređaja, smanjenje kvarova i manja štetnost za okoliš, što sve dovodi do smanjenja ukupnih troškova i povećanja produktivnosti.

Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

1

Maziva ulja

Zavod za tehnologiju nafte i petrokemiju / Savska cesta 16 / tel. 01-4597-128 /[email protected]

Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilište u Zagrebu

Diplomski studij K E M I J A I INŽENJERSTVO MATERIJALA

Kolegij: Naftno-petrokemijski proizvodi

Uvod Maziva ulja - kapljevine sa svojstvima smanjenja trenja tarnih površina, pa služe za

podmazivanje metalnih površina strojeva i uređaja.

Važno - smanjuju i druge štetne posljedice:

- trošenje tarnih površina,

- nastajanje topline i

- gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja.

Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije

pri radu motora, strojeva i uređaja, smanjenje

kvarova i manja štetnost za okoliš, što sve dovodi

do smanjenja ukupnih troškova i povećanja

produktivnosti.

Page 2: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

2

Maziva ulja

Prema namjeni, razvrstavaju se u motorna ulja (za vozila) i industrijska ulja (za strojeve),

a rabe se i marinska ulja za brodske motore i uređaje i maziva ulja za željeznice,

poljoprivredne strojeve i dr.

Maziva ulja

Maziva ulja sastoje se od uljne osnove - tzv. baznog ulja i većeg broja odgovarajućih

dodataka, aditiva:

mazivo ulje = bazno ulje (> 80 %) + dodatci (aditivi) (do 20 %)

Aditivi i u malim koncentracijama poboljšavaju jedno ili više svojstava mazivog ulja.

Aditivima se može povećati viskoznost, smanjiti ovisnost viskoznosti o temperaturi

(povećanje indeksa viskoznosti), poboljšati postojanost pri višim temperaturama

(dodatkom antioksidansa), poboljšati tecivost pri niskim temperaturama (stinište), povećati

zaštitu od korozije, povećati čvrstoću mazivog sloja i pri visokim tlakovima, kao i druga

svojstva.

Prema sastavu i podrijetlu, maziva bazna ulja razvrstavaju se na dvije temeljne

skupine:

• mineralna bazna ulja,

• sintetička bazna ulja.

Page 3: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

3

Maziva ulja

Mineralna bazna ulja proizvode se postupcima rafinacije teških naftnih frakcija,

prvenstveno frakcija vakuumske destilacije pa se sastoje pretežito od alkiliranih

naftenskih i alkiliranih hibridnih naftensko-aromatskih ugljikovodika.

Sintetička bazna ulja proizvode se izravno organskim sintezama, a najpoznatiji su

oligomeri ɑ-olefina, polieteri, poliesteri i drugi.

Maziva ulja

Američki naftni institut (API) razvrstava mineralna bazna ulja u pet skupina:

I. Skupina: mineralna bazna ulja, dobivena klasičnim rafinerijskim procesima,

II. Skupina: mineralna bazna ulja, dobivena procesom hidrokrekiranja,

III. Skupina: mineralna bazna ulja iz II. skupine, vrlo visokog indeksa viskoznosti,

IV. Skupina: sintetička bazna ulja, oligomeri ɑ-olefina,

V. Skupina: sintetička bazna ulja, polieteri, poliesteri i drugi.

Page 4: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

4

Maziva ulja

U ovisnosti o vrsti baznog ulja te vrsti i količini dodataka, mineralna ulja se bitno razlikuju

kemijskim sastavom i svojstvima, već prema namjeni.

Najveći dio ( 90 %) mazivih ulja i masti proizvodi se na osnovi mineralnih baznih ulja

dobivenih od naftnih prerađevina. Razlog - dostupnost, dobra svojstva i povoljna cijena.

Sintetička maziva ulja – dugotrajnost! (izmjena nakon više od 15 000 km).

Maziva ulja

Tribologija

Područje znanosti koje proučava trenje, trošenje i podmazivanje naziva se tribologija.

Naziv potječe od grčke riječi tribein koja znači trljanje i riječi logos.

Trenje je pojava koja nastaje tijekom relativnog gibanja tijela međusobno opterećenim

površinama.

Kvantitativno se prikazuje silom trenja što se opire gibanju opterećenih površina ili

sredstva kroz koje se giba. Sila trenja (F) izravno je razmjerna opterećenju (P):

F = μ P

gdje je μ – faktor suhog trenja ili koeficijent proporcionalnosti.

Trenje i njegove štetne posljedice najdjelotvornije se sprječavaju, odnosno ograničuju,

stvaranjem cjelovitoga mazivog sloja među tarnim površinama, i na taj način

uspostavljenoga kapljevitoga, tzv. mokrog trenja. Debljina mazivog sloja vrlo je mala i

najčešće iznosi 0,1···0,5 μm.

Page 5: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

5

Maziva ulja

Tribologija

U slučaju mokroga trenja ne postoji izravan dodir među kliznim (najčešće metalnim)

površinama, pa je ono ograničeno na unutarnje trenje mazivoga ulja.

Pri suhom trenju dviju metalnih površina faktor trenja μ iznosi 0,1 do > 1,0; uz

hidrodinamičke uvjete podmazivanja μ je 1·10–2···10–3, a

pri hidrostatičkom podmazivanju μ se smanjuje i do vrijednosti 10–6.

Temeljna je uloga mazivih tvari održavati razmaknute tarne površine, prevodeći njihovo

vanjsko trenje u unutarnje trenje mazivih slojeva, i tako bitno smanjiti vrijednosti faktora

trenja.

Maziva ulja

Svojstva mazivih ulja

Najvažnija fizikalna i kemijska svojstva mazivih ulja:

1. Fizikalna svojstva

a) viskoznost,

b) temperaturna ovisnost viskoznosti (indeks viskoznosti),

c) stabilnost pri smičnim naprezanjima,

d) niskotemperaturna svojstva (stinište).

2. Kemijska svojstva

a) oksidacijska postojanost,

b) toplinska postojanost,

c) zaštita od korozije.

Page 6: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

6

Maziva ulja

Viskoznost je svojstvo otpornosti fluida prema smičnoj ili kutnoj deformaciji, a

recipročna vrijednost viskoznosti naziva se fluidnost ili svojstvo tečenja, povezano s

nazivom fluid ili tekućina. Razlikuju se dinamička i kinematička viskoznost.

Važno - mazivo odgovarajuće viskoznosti: veća opterećenja podmazivanih površina

zahtijevat će veće viskoznosti maziva, a veće brzine relativnog kretanja manje

viskoznosti maziva

Viskoznost mazivih ulja određuje se odgovarajućim normiranim metodama (SAE-

norme Američkog udruženja automobilskih inženjera (Society of Automobile

Engineers, SAE), uvedene već godine 1911.

Maziva ulja

Norma SAE J300 razvrstava motorna ulja prema viskoznosti u zimske vrste, ili

gradacije (W, prema engl. winter), određene pri –17,8 oC (0 oF): 5 W, 10 W, 15 W i 30

W i ljetne gradacije, određene pri 98,9 oC (210 oF), a označuju se samo brojevima 20,

30, 40 i 50.

Oznaka ulja T / oC η a ν b

(100 oC)

Oznaka

ulja

ν (100 oC) c ν d

(150 oC) od do

0 W –35 6 200 3,8 20 5,6 9,3 2,6

5 W –30 6 600 3,8 30 9,3 12,5 2,9

10 W –25 7 000 4,1 40 12,

5 16,3 2,9

15 W –20 7 000 5,6 50 16,

3 21,9 3,7

20 W –15 9 500 5,6 60 21,

9 26,1 3,7

25 W –10 13 000 9,3

a Najveće vrijednosti dinamičke viskoznosti pri označenoj temperaturi, u mPa s

(CCS metoda - Cold Cranking Simulator , ASTM D5293) b Najmanja vrijednost kinematičke viskoznosti (mm2 s –1) pri 100 oC (ASTM D445) c Raspon vrijednosti kinematičke viskoznosti (mm2 s –1) pri 100 oC d Najmanje vrijednosti kinematičke viskoznosti (mm2 s –1) pri 150 oC i smičnoj sili od 106 s –1 (ASTM D4683 i ASTM D4741)

Page 7: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

7

Maziva ulja

Motori moderne izvedbe - mogu se upotrebljavati ulja veće viskoznosti i pri nižim

temperaturama.

Vrijednosti dinamičke viskoznosti pri niskim temperaturama određuju se metodom

simuliranoga pokretanja hladnog motora (engl. Cold Cranking Simulator, CCS), pri

normiranim uvjetima (npr. ASTM D 5293).

Motorno ulje označeno s više gradacijskih brojeva je višegradacijsko ili

multigradacijsko, jer istodobno zadovoljava zahtjeve za dinamičkom viskoznošću pri

niskoj temperaturi (W) i zahtjeve za kinematičkom viskoznošću pri visokoj

temperaturi. Tako naprimjer, ulje oznake 20W-40 ukazuje na motorno ulje s

vrijednostima viskoznosti prema normama obaju ulja.

Maziva ulja

Temperaturna ovisnost viskoznosti (indeks viskoznosti)

Indeks viskoznosti - uz viskoznost jedno od najvažnijih svojstava mazivih ulja jer o

njegovoj vrijednosti ovisi djelotvornost mazivosti u širokom rasponu temperatura

uporabe. Viskoznost većine kapljevinâ, pa tako i mineralnoga ulja, smanjuje se s

porastom temperature.

- mjerenje kinematičke viskoznosti pri dvjema temperaturama

- U skladu s normama SAE, ovisnost viskoznosti o temperaturi mineralnih mazivih

ulja određivana je pri tri temperaturama od –17,8 ºC (0,0 ºF); 37,8 ºC (100 ºF) i

98,9 ºC (210 ºF).

- Prema normama Međunarodne organizacije za normizaciju, ISO (engl.

International Standardization Organization), napuštena je temperaturna skala u ºF

i zaokruživanjem vrijednosti dobivene su ove ispitne temperature:

–20 ºC, 40 ºC i 100 ºC.

Page 8: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

8

Maziva ulja

Ovisnost kinematičke viskoznosti o temperaturi za različita mineralna maziva

ulja.

400

0

800

10050 1500

Temperatura / Co

Kin

em

atička

vis

kozn

ost/m

ms

2-1

10

SAE

20

30

40

50

Maziva ulja

Prva metoda opisivanja temperaturne ovisnosti viskoznosti mazivih ulja - indeks

viskoznosti (IV).

E. Dean i G. Davis (Standar Oil Co., SAD) (1929.) - empirijska vrijednost

- dva referentna mineralna ulja:

Pennsylvania (ulje H, od engl. high, s oznakom IV = 100) i

Gulf Coast, Texas (ulje s oznakom L, od engl. low, IV = 0).

Važno: jednake vrijednosti viskoznosti pri 98,9 ºC (210 ºF), a bitno različite pri 37,8 ºC

(100 ºF).

- Mala brojčana vrijednost indeksa kinematičke viskoznosti ukazuje na veliku promjenu

viskoznosti s temperaturom.

Page 9: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

9

Maziva ulja

Na temelju izmjerenih vrijednosti kinematičke viskoznosti indeks viskoznosti se određuje

prema izrazu:

gdje su: νL i vH – vrijednosti viskoznosti referentnih ulja, a vU – vrijednost viskoznosti

ispitnog uzorka.

Kin

em

atička

vis

kozn

ost/

cS

t

Temperatura / Co

40 100

L

U

H

IV 1= 00

IV=

0ispitno ulje

100

HL

UL

IV

Maziva ulja

Ograničen izvor sirovih naftâ s većim udjelom naftenskih ugljikovodika potrebnih za

dobivanje kvalitetnih baznih ulja, utjecao je i na razvitak novih postupaka i procesa

njihovog dobivanja.

Najstariji i najzastupljeniji proces je ekstrakcija otapalima, kapljevinska ekstrakcija (tzv.

“solvent postupak”), kojim se iz vakuumskog destilata uklanjaju nepoželjni aromatski i

nezasićeni alifatski ugljikovodici, te potom uz hlađenje, i čvrsti parafini.

- značajno se povećava indeks viskoznosti te snizuje stinište dobivenog baznog ulja

Sve zastupljeniji i procesi hidrokrekiranja i višestupnjeviti, objedinjeni procesi tzv. “hibridni

procesi”.

Bazna ulja s indeksom viskoznosti 95···100 i tecištem pri –15 °C dobivaju se klasičnim

postupcima od naftenskih vrsta sirove nafte. Veći indeks viskoznosti u rasponu 115···145

i tecište pri –20 °C dobivaju se procesom hidrokrekiranja i hibridnim procesima i to gotovo

iz svih vrsta naftâ kao temeljne sirovine.

Sintetička maziva ulja imaju vrijednosti IV u rasponu 130∙∙∙140.

Page 10: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

10

Maziva ulja

Danas je u svijetu još uvijek najvažniji klasični postupak dobivanja baznih ulja:

- procesima dearomatizacija / deparafinacija (zastupljenost više od 90 %), zatim

- hidrokrekiranje (oko 8 %) i

- hibridne tehnologije (oko 2 %).

Maziva ulja

Stabilnost pri smičnim naprezanjima

Viskoznost baznih mineralnih ulja ne ovisi o smičnim naprezanjima već se ponaša prema

zakonima newtonovskih kapljevina.

Međutim, dodatkom polimernih dodataka (kojima se poboljšavaju viskoznost i indeks

viskoznosti), viskoznost te otopine ovisi o smičnim naprezanjima, zbog postupne

razgradnje polimernih molekula.

Page 11: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

11

Maziva ulja

Stabilnost pri smičnim naprezanjima

Viskoznost baznih mineralnih ulja ne ovisi o smičnim naprezanjima već se ponaša prema

zakonima newtonovskih kapljevina.

Međutim, dodatkom polimernih dodataka (kojima se poboljšavaju viskoznost i indeks

viskoznosti), viskoznost te otopine ovisi o smičnim naprezanjima, zbog postupne

razgradnje polimernih molekula.

Maziva ulja

Niskotemperaturna svojstva (stinište)

Postupnim hlađenjem smjese ugljikovodika, kao što je mineralno bazno ulje, povećava se

njegova viskoznost, a zatim dolazi do kristalizacije ponajprije ravnolančanih viših parafina

(alkana) uz gubitak prozirnosti, odnosno povećanje mutnoće uzorka.

Temperatura početka nastajanja parafinskih kristala naziva se točka zamućenja ili

maglište (engl. cloud point).

Daljnjim hlađenjem dolazi do povećanja udjela kristalne faze, i do potpunog gubitka

tecljivosti, a ta se temperatura označava kao tecište ili stinište (engl. pour point).

- određivanje normiranim metodama (ASTM D 5949)

- potrebno sniženje stiništa baznih ulja postiže se dodavanjem posebnih aditiva

(dodataka) - najznačajniji polimerni aditivi

Page 12: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

12

Mineralna bazna ulja

Mineralna bazna ulja - smjesa su viših ugljikovodika dobivenih preradbom nafte, pretežito

alkiliranih naftena i alkiliranih hibridnih aromatsko-naftenskih ugljikovodika sastavljenih od

molekula s 25···40 C atoma i vrlo visokoga vrelišta, 260···365 ºC pri 0,1 bara.

normalni parafini

izoparafini

alkilni cikloalkani (nafteni)

hibridni spojevialkilni kondenzirani aromatski

ugljikovodici

Mineralna bazna ulja

Od triju skupina ugljikovodika – parafina, naftena i aromata, vrlo su djelotvorna maziva na

temelju naftenskih ugljikovodika i njihovih alkiliranih supstituenata.

Parafinski ugljikovodici imaju najveće vrijednosti indeksa viskoznosti, ali povećavaju

vrijednost stiništa jer se pri nižim temperaturama izlučuju kristalizacijom.

H C CH C H21 10 10 21 H C CH C H21 10 10 21

C H5 11

Indeks viskoznosti: 125

CH

H C5 2 C H2 5

125

Stinište: + 20 C o

40 C o

Aromatski ugljikovodici imaju niske vrijednosti indeksa viskoznosti, dok su izoparafini

veoma visokih vrijednosti i dobrih niskotemperaturnih svojstava, pa su poželjni sastojci

baznih ulja.

Page 13: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

13

Mineralna bazna ulja

Najvažniji procesi poboljšanja svojstava baznoga mineralnog ulja su:

1) Poboljšanje indeksa viskoznosti (dearomatizacija)

Uklanjanje aromatskih ugljikovodika provodi se procesima:

a) kapljevinske ekstrakcije selektivnim otapalima,

b) blagog hidrokrekiranja.

2) Poboljšanje stiništa

a) deparafinacija kristalizacijom (solventna deparafinacija),

b) katalitička selektivna razgradnja ili/i izomerizacija parafinskih ugljikovodika.

3) Deasfaltacija

Sintetička bazna ulja

Sintetička bazna ulja - određene kemijske tvari dobivene sintetskim

metodama, također se odlikuju izvrsnim svojstvima mazivosti, a nazvane su

“sintetička” maziva ulja.

Najpoznatija su iz skupine alifatskih ili alkiliranih aromatskih ugljikovodika, estera

dikarbonskih kiselina i poliolnih estera, zatim alifatskih etera i fluoriranih alkilnih polietera.

Mogu se upotrebljavati u svim područjima uporabe mineralnih mazivih ulja, a u većini

slučajeva su boljih mazivih svojstava i velike toplinske i oksidacijske postojanosti - bitno

dulja trajnost (i pri otežanim primjenskim uvjetima).

Velik im je nedostatak visoka cijena, mnogostruko viša od mineralnih ulja.

Page 14: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

14

Sintetička bazna ulja

Sintetička bazna ulja

- razvrstavaju se prema kemijskoj strukturi i procesima dobivanja na sljedeće skupine:

- oligomerni ugljikovodici (poli(α-olefini)),

- esteri dikarbonskih kiselina,

- poliolni, uključivo silikonski i fluorirani eteri

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Maziva ulja smjesa su odgovarajućih baznih ulja i dodataka (aditiva).

Dodatak aditiva - značajno se povećava indeks viskoznosti te snizuje stinište dobivenog

baznog ulja.

Aditivi su otopljeni u baznim uljima, pa se zahtijeva njihova dobra podnošljivost

(mješljivost), što znači da moraju ostati u otopini u cijelom rasponu radnih uvjeta.

Dodatci za pripravu mineralnih mazivih ulja su mnogobrojni, pa su opisani samo

najznačajniji. Razvrstavaju se u dvije temeljne skupine:

A. Poboljšavala svojstava

B. Dodatci koji štite metalnu površinu strojnih dijelova

Page 15: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

15

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

A. Poboljšavala svojstava:

1) poboljšavala trajnosti (antioksidanti),

2) poboljšavala viskoznosti i indeksa viskoznosti,

3) snižavala tecišta,

4) disperzanti i detergenti,

5) poboljšavala mazivosti.

B. Dodatci koji štite metalnu površinu strojnih dijelova:

1) za zaštitu od habanja (trošenja),

2) za zaštitu od korozije,

3) za poboljšanje čvrstoće mazivog sloja,

4) za poboljšanje svojstava u primjeni pri visokim tlakovima.

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Poboljšavala trajnosti (antioksidanti) - toplinsko-oksidacijska razgradnja - dolazi do

nastajanja korozivnih i reaktivnih razgradnih proizvoda, smolastih i karboniziranih taloga,

povećanja viskoznosti i obojenosti mazivog ulja.

Poboljšavala viskoznosti i indeksa viskoznosti

Polimerni dodatci najčešće u koncentracijama 0,5···5,0 % (polurazrijeđene polimerne

otopine).

Polimernih aditivi:

# etilen / propilen kopolimeri,

# alkil-metakrilatni kopolimeri,

# hidrogenirani butadien / stirenski kopolimeri, hidrogenirani izopren / stirenski kopolimeri,

# poliizobuten, hidrogenirani butadien-stat-stiren kopolimeri, kao i

# kopolimeri s funkcijskim (funkcionalnim) skupinama, posebice s detergentnim

svojstvima.

Page 16: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

16

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Polimernih aditivi:

~ etilen / propilen kopolimeri (engl. olefine copolymers, OCP ili ethylene / propylene

copolymers, EPC)

~ alkil-metakrilatni kopolimeri (engl. poly(alkyl methacrylate), PAMA)

(CH CH) ] 2 y n[(CH CH ) 2 2 x

CH3

( CH C ) ( CH C ) ( CH C )2 0,1 2 0,7 2 0,2

CH3 CH3 CH3

COOCH3 COOC H12 25 COOC H18 37

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Polimernih aditivi

Utjecaj vrste i koncentracije polimera na viskoznost mineralnoga mazivog ulja iskazuje se

Schramekovom jednadžbom:

gdje su: η – viskoznost otopine, ηo – viskoznost otapala (baznog ulja),

[η] – unutarnji viskozni broj i c – koncentracija polimera u ulju.

2ckc 2ooo ][][

oor // tt 11 orsp /

t i to – _________________________?

Page 17: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

17

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Polimernih aditivi

Određivanje granične vrijednosti prema izrazu:

gdje je granični viskozni broj ili intrinzična viskoznost.

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Polimernih aditivi

Određivanje granične vrijednosti prema izrazu:

gdje je granični viskozni broj ili intrinzična viskoznost.

Page 18: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

18

Cannon Fensky Cannon Fensky

opaque Ubbelhode

Viskozimetri

Page 19: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

19

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Indeks viskoznosti

Porastom temperature dolazi do velikog smanjenja viskoznosti kapljevina, a posebice

mazivog ulja, što značajno smanjuje sposobnost mazivosti kao i njegove temeljne

funkcije

- velika promjena konformacije otopljenih polimernih molekula, odnosno njihova

hidrodinamičkog volumena s promjenom temperature.

- postižu se dobra svojstva mazivosti u širokom rasponu temperatura, – 40 ··· 180 °C,

koje nastaju pri radu motora.

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Smična stabilnost

Smična stabilnost je općenito izražena u obliku skale koja se naziva indeks smične

stabilnosti (engl. shear stability index, SSI ), definiran kao:

100(%)

oi

fi

ννSSI

100(%)oi

fi

SSI

gdje su: i – početna kinematička viskoznost mineralnog baznog ulja, f – viskoznost ulja

nakon testa smičnog naprezanja, a o – viskoznost baznog ulja uključujući sve dodatke

osim poboljšavala indeksa viskoznosti.

Page 20: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

20

Dodatci (aditivi )mazivim uljima

c / g dL-1

0,0 0,4 0,8 1,2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

EPC

PAMA

Molekulna masa

Sm

ična s

tabiln

ost

Vis

koznost

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Vlastiti rezultati

Page 21: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

21

Dodatci (aditivi) mazivim uljima

Modern internal combustion engines operate at higher temperatures to

increase thermal efficiency, oil drain intervals are extended and oil sump

capacities are reduced to minimise engine size and weight.

To aggravate matters airflow around the engine is reduced as a result of better

aerodynamics.

Dispersive viscosity index imporvers (d-VII)

Page 22: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

22

New standards regarding emissions of gases and resulting engine design changes such as

implementation of the EGR (exhaust gas recirculation) system in diesel engines led to the

changes related to the lubricant requirements and formulations.

Exhaust Gas Recirculation (EGR)

X-engineer.org

Dispersive viscosity index imporvers (d-VII)

Dispersive viscosity index imporvers (d-VII)

Page 23: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

23

Synthesis of dispersive VII

Modern lubrication research toward the development of a new type of polymer additives

with multiple activities - in addition to the control of viscosity properties these additives

displayed improved dispersancy.

Dispersancy – introduced by strongly polar functional group to the main polymer

backbone. The most commonly employed functional groups are amines, alcohols, or

amides.

Synthesis of dispersive VII

Polymeric dispersive viscosity index improvers of lubricating oils based on dodecyl

methacrylate (DDMA), octadecyl methacrylate (ODMA), N,N-dimethylaminoethyl

methacrylate (DMAEMA) and methyl methacrylate (MMA) (d-PAMA) or styrene (St) (d-

PSAMA), were produced by performing copolymerizations isothermally up to the high

conversion in mineral base oil (50 wt.%), using bifunctional peroxide initiator.

DMAEMA DDMA ODMA MMA St

Page 24: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

24

Synthesis of dispersive VII

Trigonox 29

1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-

trimethylcyclohexane

The experiments were carried out on a semi-industrial scale, until complete

conversion of the monomer in an isothermal batch process with a

diperoxide initiator and a chain reaction carrier.

Chain transfer agent

N-dodecyl mercaptan

Properites of dispersive VII

Influence of content of DMAEMA on molar weight

0 2 4 6 8 10

0

50

100

150

200

250

Mo

lar

we

igh

t, k

g m

ol-1

w(DMAEMA), %

Mw

Mn

Page 25: Kolegij - fkit.unizg.hr · - nastajanje topline i - gubitak energije pri pokretanju i radu strojeva ili uređaja. Temeljna uloga maziva: smanjenje utroška energije pri radu motora,

18.11.2019.

25

Kinematic viscosity @40 °C and @100 °C

Viscosity index

Shear stability

Pour point

Properites of dispersive VII

Testing of prepared dispersive additives in mineral base oil (50 wt.%)

d-PAMA between -15°C and -18°C

d-PSAMA between - 21°C and - 30°C

Properites of dispersive VII

The obtained kinetics results reveal the benefits of the usage of a bifunctional

peroxide initiator over a monofunctional, because complete conversion of

monomers was accomplished in the shorter reaction time, performing the

process in a full batchwise mode.

Investigated application properties demonstrated that d-PAMA and d-PSAMA

additives were fully comparable with conventional methacrylate additives, where

they also provided other advantages such as higher viscosity index and

kinematic viscosity, lower values of pour point temperatures, as well as better

dispersant and detergent properties.

Thus, by increasing the N,N-dimethyl aminoethyl methacrylate share in

copolymers from 2 to 10 mol %, their weight average molecular weight

decreased, while kinematic viscosity values at 100 °C remain high.