Увеличение доли маловязких компонентов, используемых при производстве моторных масел, выявляет еще один существенный недостаток гидрокрекинговых масел – относительно высокую летучесть, в сравнении с маслами, полученными из синтетических компонентов. По прогнозам зарубежных производителей синтетических масел спрос на эту продукцию будет расти.
Синтетические базовые масла представляют собой маслообразные жидкости – полимеры или олигомеры, полученные методом синтеза из различных мономеров. Свойства синтетических жидкостей зависят от химического строения, которое является основным критерием их классификации:
Отдельные свойства исключают возможность применения некоторых синтетических жидкостей в качестве основных компонентов моторных масел:
Полиальфаолефины ( ПAO) являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают путем синтеза молекул децена в олигомеры или полимеры с короткими цепями.
Высокие индексы вязкости позволяют использовать масла на основе полиальфаолефинов в широком диапазоне температур. Отсутствие примесей соединений серы и металлов обеспечивает высокие антикоррозионные свойства. Хорошая смешиваемость с минеральными маслами позволяет использовать полиальфаолефины в качестве синтетического компонента, применяемого при производстве полусинтетических масел.
Благодаря невысокой стоимости в сравнении с другими синтетическими полиальфаолефиновые масла являются наиболее широко используемыми в мире синтетическими маслами. Несмотря на то, что в последние годы гидрокрекинговые масла приблизились по качеству и за счет более низких цен отвоевали значительную долю рынка базовых масел, ранее принадлежавшую полиальфаолефиновым, последние все еще обладают рядом существенных преимуществ:
Эти преимущества особенно важны, в связи с увеличивающимся потреблением маловязких моторных масел, рассчитанных на удлиненные интервалы замены. К недостаткам полиальфаолефиновых масел следует отнести:
Оба эти недостатка устраняют путем добавления небольших количеств сложных эфиров. К сожалению, в настоящее время, отечественная промышленность лишь разворачивает законсервированные ранее мощности по производству полиальфаолефинов на нижнекамском нефтехимическом комбинате. Производителям масел в России, в основном, приходится пользоваться импортными продуктами названного класса. Остается надеяться на то, что в ближайшем будущем от этой порочной практики отечественные производители авиационных масел откажутся, перейдя на отечественные продукты.
Диэфиры получают при взаимодействии двухосновных кислот с одноатомными спиртами или одноосновных кислот с многоатомными спиртами. Диэфиры имеют более разнообразную структуру, чем ПАО.
Они обладают хорошей смешиваемостью с минеральными маслами. В сравнении с минеральными, масла на базе диэфиров обладают более высокими индексами вязкости и термостабильностью, более низкими температурами застывания, меньшей летучестью и огнеопасностью. Высокая растворяющая способность позволяет растворять лаки и шлам, поддерживая чистоту деталей двигателя. На практике, диэфирные масла способны удалять в двигателе отложения, образовавшиеся в результате использования других масел.
Недостатком диэфирных синтетических масел является их повышенная агрессивность в отношении натуральных и синтетических резинотехнических изделий. Они вызывают набухание и размягчение резиновых прокладок, сальников и т.п. По этой причине их следует использовать с химически инертными уплотнительными материалами.
В качестве основы для производства синтетических авиационных масел нашел широкое применение эфир пентаэритрита (ПЭТ). Пентаэритрит получают взаимодействием формальдегида с ацетальдегидом в присутствии Са(ОН)2 . Имеет формулу С(СН2ОН)4 ;
СН2ОН
│
НОН2С – С – СН2ОН
│
СН2ОН
В результате реакции этерификации с синтетическими жирными кислотами С5 – С9 получают эфир пентаэритрита, обладающий хорошими высокотемпературными свойствами. Масла на его основе успешно выдерживают температуру до 200°С без изменения своих физико-химических характеристик.
3.5. Кремнийорганические соединения
Одним из важных классов органических соединений, нашедших в последние десятилетия широкое использование в качестве специальных смазочных масел и жидкостей в авиатехнике стали полимерные кремнийорганические соединения.
В отличие от природных нефтяных масел, состоящих из углеводородов - соединений, у которых молекулярная цепь образована из атомов углерода, полисилоксаны имеют в своей основе цепочку из чередующихся атомов кремния и кислорода, так называемую силоксановую группировку:
│ │ │ │
- Si – O – Si – O – Si – O – Si –
│ │ │ │
К атомам кремния в виде боковых цепей присоединены углеводородные и другие органические радикалы различного строения. В зависимости от длины молекулярных цепей, строения и состава боковых цепей, полисилоксаны имеют различные физические и химические свойства.
Отличительными свойствами многих кремнийорганических продуктов являются их устойчивость к высоким температурам и окислению, сопротивляемость к действию влаги и хорошие вязкостно-температурные свойства. Кремнийорганические соединения занимают первое место среди других синтетических жидкостей по вязкостно-температурным характеристикам.
Хорошая термостойкость кремнийорганических соединений позволяет использовать их в качестве теплоносителей в условиях длительной эксплуатации при 350°С.
Кремнийорганические соединения могут быть основой для получения синтетических смазочных масел, работоспособных при высоких температурах, характерных для мощных реактивных двигателей.
Практическое значение в качестве смазочных масел и жидкостей получили полимеры с метильными и этильными радикалами. Первые отвечают общей формуле :
┌ ┐
│ СН3 │
│ │ │
│ - Si – O - │
│ │ │
│ CH3 │
└ ┘n
и называются метилсилоксанами или метилсиликонами, вторые отвечают общей формуле:
┌ ┐
│ С2 Н5 │
│ │ │
│ - Si – O - │
│ │ │
│ C2 H5 │
└ ┘n
и называются этилсилоксанами или этилсиликонами. Известны также фе-нилполисилоксановые соединения, содержащие в боковой цепи фенильные радикалы, смешанные алкиларилполисилоксаны, например, метилфенил- и этилфенилполисилоксан.
Полисилоксаны представляют собой бесцветные прозрачные маслянистые жидкости различной вязкости. Они хорошо растворяются в углеводородах и не растворяются в воде, спиртах и других полярных растворителях.
Свойства полисилоксанов в значительной степени определяются свойствами силоксановой группировки. Связь кремния с кислородом отличается большей термической стабильностью, чем органических полимеров, что определяется большей энергией образования связи Si – O, которая составляет 89 ккал/моль, а энергия связи С – С 58,6 ккал/моль. Энергия связи Si – С ( 57 ккал/моль) близка к энергии связи С – С.
Термическая деструкция полисилоксанов связана главным образом с отщеплением боковых органических радикалов, причем основная полимерная цепь полисилоксанов при этом не разрушается. Было показано, что окисление органического радикала влечет за собой образование кислородных мостиков между молекулами полимеров, которые затрудняют доступ кислорода к другим органическим радикалам, и дальнейшее окисление полимера затрудняется. Полисилоксаны отличаются большой химической инертностью, что также объ-ясняется устойчивостью связи Si – O. На них не действуют многие агрессивные реагенты (азотная кислота, серная кислота и др.) Полисилоксановые масла практически не корродируют сталь, чугун, медь, латунь, алюминий, свинец, бронзу, магний, олово и другие металлы при нагревании до 150°С.
Очень низкая температура застывания полисилоксанов и малая зависимость вязкости от температуры объясняется малой полярностью этих соединений и, следовательно, малыми силами межмолекулярного взаимодействия, намного меньшими, чем даже у такого молекулярного полимера, как полиизобутилен.
Значительная механическая прочность связи Si – O обуславливает высокую сопротивляемость к механическому разрушению полисилоксанов при работе под большими нагрузками и при высоких скоростях сдвига. Химическая инертность и слабая полярность полисилоксанов обуславливают их плохие противоизносные свойства при граничном трении. Полисилоксаны по противоизносным свойствам уступают минеральным маслам, что является основным недостатком полисилоксанов как смазочных масел.