автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Исследование рапсового масла в качестве основы альтернативных смазочных материалов

На правах рукописи

ОБЛАЩИКОВА ИРИНА РУДОЛЬФОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ РАПСОВОГО МАСЛА В КАЧЕСТВЕ ОСНОВЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.17.07 - Химия и технология тонлив и специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена на кафедре химии и технологии смазочных материалов и химмотологии Российского государственного университета нефти и газа имени ИМ. Губкина

Научный руководитель:

член-корреспондент РАЕН»

доктор технических наук АЛО. Евдокимов

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор К.Д. Коренев

кандидат технических наук А.Н. Первушин

Ведущая организация:

ОАО «Средневолжский научно-исследовательский институт по нефтепереработке»

Защита состоится «_»_2004 года в_часов на

заседании диссертационного Совета Д.212.200.04 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан «_»_2004 года

Ученый секретарь диссертационного Совета Д.212.200.04, кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Решение экологических проблем современности требует поиска альтернативных источников сырья и энергии. Обусловлено. это не только необходимостью снижения загрязнения окружающей природной среды, но и важностью перехода от исчерпаемых сырьевых источников к расширенному использованию возобновимых ресурсов.

Работы в данном направлении давно ведутся во всем мире. В области использования возобновимого сырья ведущая роль принадлежит биоресурсам - прежде всего масличным сельскохозяйственным культурам, поскольку растительные масла являются вполне приемлемой альтернативой нефтяному сырью для производства топлив и смазочных материалов.

Возобновимость сырьевых ресурсов и относительная дешевизна по сравнению с биоразлагаемыми, экологобезопасными синтетическими продуктами обусловливают в настоящее время целесообразность расширения работ по применению растительных масел в технике. Высокая стоимость и дефицитность синтетических сложноэфирных масел при биоразалагаемости близкой к растительным маслам (85-90%) существенно ограничивают их применение. Весьма важен тот факт, что использование жиров, а также отходов их переработки, возможно не только в производстве практически всех видов смазочных материалов, но и топлив - бензинов, дизельных, котельных. Последнее открывает возможность использования машин и механизмов, работающих исключительно на продуктах растительного происхождения.

В России данному вопросу должного внимания пока не уделяется по причине значительных запасов нефти. Однако постепенная интеграция страны в мировое сообщество неизбежно выдвигает этот вопрос на передний план, поскольку в настоящее время за рубежом в законодательном порядке в отдельных случаях предусматривается использование топлив и смазочных материалов на базе сырья растительного происхождения с целью охраны окружающей среды.

С технико-экономических и экологических позиций, наиболее прием-

лемым для указанных целей является рапсовое масло и продукты его пере-этерификации (для умеренной климатической зоны). Мировое производство рапсового масла неуклонно расширяется и достигло в 2003 году 13 млн. т, из которых порядка 10% используется для технических целей. Известно о инвестиционной программе в организации производства рапсового масла в Украине.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение свойств рапсового масла и продуктов его переэтерификации в сравнении с маслами нефтяного происхождения, выявление эффективности присадок различного функционального назначения для оценки возможности улучшения и расширения использования возобновимого сырья в условиях России.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

- изучались физико-химические и эксплуатационные свойства рапсового масла;

- проводилась обработка рапсового масла щелочами с целью получения смазочного материала для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД);

- выявлялись оптимальные условия переэтерификации рапсового масла метанолом (метанолиза) для получения продуктов с более высокой термоокислительной стабильностью;

- исследовалась совместимость и эффективность шнкоиных присадок в продукте метанолиза рапсового масла;

- оценивалась совместимость сложных метиловых эфиров и нефтяных масел с целью создания эффективных основ смазочных материалов для червячных передач;

- изучалась возможность использования продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) в качестве основ технологических жидкостей. Научная новизна. Установлено улучшение смазочных свойств рапсового масла путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроокисями

щелочных и щелочноземельных металлов (увеличение критической нагрузки).

Показано улучшение вязкостно-температурных свойств и синергизм триботехнических свойств в паре трения сталь-бронза для смесей нефтяного масла И-40А и продукта метанолиза рапсового масла.

Установлена эффективность действия присадок (полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа) к нефтяным маслам в продукте метано-лиза рапсового масла (улучшение вязкостных, низкотемпературных свойств).

Практическая значимость работы. Показана возможность использования продукта метанолиза рапсового масла в качестве аналога нефтяною масла ИМП-5 с целью улучшения экологических свойств при работе в металлообрабатывающих станках типа ВДЕ 25AZ и ВД2-50А для смазки электрошпинделя, в станках-автоматах типа СПМ и ПАС-16, работающих в условиях образования масляного аэрозоля, а также на операциях шлифования и суперфиниша деталей подшипника. Выявлена эффективность применения указанного продукта в качестве смазочной жидкости для литейных моделей как аналога СЖФ-9. Показаны возможные пути получения новых смазочных материалов для червячных передач на базе рапсового масла.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы доложены на техническом совещании «Автомобильный транспорт и экология среды» (Москва, 1997), международной научно-практической конференции «Градоформирующие технологии XXI века» (Москва, 2001), Всероссийской неделе нефти и газа (Москва, 2001), 5-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 104 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, включающих 36 таблиц, 15 рисунков, выводов, списка литературы из 92 наименований и приложений на 4 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность исследований в области возможностей использования в производстве смазочных материалов сырья растительного происхождения.

Первая глава посвящена анализу данных литературы по изучаемой проблеме и результатов исследований, ранее выполненных на кафедре химии и технологии смазочных материалов и химмотологии Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. Данные литературы свидетельствуют о том, что применение растительных жиров в технике приобретает за рубежом все большее распространение. Работы кафедры подтвердили перспективность исследований в данной области с использованием растительного сырья отечественного происхождения.

Во второй главе приведены физико-химические и трибологические свойства рапсового масла как основного объекта настоящей работы, выбраны и описаны методы исследования. Использовалось рапсовое масло 2-го сорта, вырабатываемое по ГОСТ 8988 производства СНГ. Также в работе использовали нефтяное масло И-40А производства Новокуйбышевского ЗМП согласно ГОСТ 20799. Основные физико-химические и трибологические показатели объектов исследования приведены в табл. 1.

По химическому составу рапсовое масло представляет собой полные сложные эфиры глицерина и высших одноосновных карбоновых (жирных) кислот (83 - 84%). В рапсовом масле присутствуют также свободные жирные кислоты (12%).

Для изучения возможности использования рапсового масла в качестве основы смазочного материала для ДТБД использовались щелочные присадки ВНИИНП 7120 и Ферад, представляющие собой алкилфеноляты кальция и бария, соответственно.

При изучения возможности улучшения вязкостных и низкотемлератур-ных свойств продукта метанолиза рапсового масла были исследованы товар-

Таблица 1.

Основные физико-химические и эксплуатационные _показатели исследуемых масел' _

Показатели Рапсовое масло И-40А

Вязкость кинематическая, мм2/с при 100"С при 40"С 8,18 35,48 8,15 66,25

Индекс вязкости 216 88

Отношение вязкостен У««/ Ущп 4,34 8,13.

Температура вспышки в открытом 1игле,"С 306 220

Температура застывания, "С -20 - 16

Кислотное число, мг КОН/г 1,56 0,03

Йодное число, г Ь/100 г 12,19 -

Плотность при 20"С, кг/м1 916 888

Трибологические характеристики на ЧШМ: - критическая на! рузка, кгс - диаметр пятна износа (20 кгс), мм 71 0,45 81 0,78

ные вязкостные и депрессорные присадки различного типа — полиметакри-латного типа (УккокгП 100, ПМА «Д», Н1ТЕС 5708) и на основе олефиновых полимеров (ВИНИПОЛ ВБ-2) и сополимеров (РаМоп 8900, К-61, Максойл-В, Н1ТЕС 5748, Н1ТЕС 5704). Данные присадки вырабатываются в промышленных масштабах и широко применяются для производства моторных и гидравлических масел.

При оценке трибологических свойств в паре трения сталь-бронза были исследованы многофункциональные присадки на основе диалкилдитиофос-фатов цинка ДФ-11, ЦД-7, А-23, а также присадки, улучшающие смазывающие свойства - ТКсФ (триксиленилфосфат) и МКФ-18 (концентрат медьсодержащей присадки).

Для оценки физико-химических и эксплуатационных свойств исследуемых масел применяли стандартные методы испытаний. При исследовании термической стабильности масел был использован лабораторный метод с применением термокислительной установки, разработанной во ВНИИ НП. Метод основан на увеличении оптической плотности испытуемого образца масла в результате образующейся под воздействием высоких температур (240°С), в присутствии кислорода при интенсивном перемешивании (2760

5

об/мин, 10 мин) и контакте с металлом дисперсной фазы. Для оценки полноты сгорания масел в смеси с товарным бензином применяли лабораторный метод определения сажеобразования с использованием установки, разработанной во ВНИИ НП Лапиным В.П.

Термоокислительную стабильность оценивали на установке, разработанной в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, по изменению кинематической вязкости при 40 и 100°С, а также кислотного числа при окислении. Образцы масла подвергали окислению в стальном стакане с постоянно вращающимся латунным стержнем в течение 4 циклов. В течение каждого цикла масло нагревалось до 165°С (30 минут), далее нагрев прекращался и образец охлаждался до температуры 80°С (30 минут), при этом вращение латунного стержня не прекращалось. Затем нагрев возобновлялся.

Склонность к деструкции полимерных присадок оценивалась с помощью ультразвукового диспергатора УЗДН-2Т по изменению кинематической, вязкости загущенного масла. Трибологические свойства наряду со стандартными общепринятыми методами в паре трения сталь-бронза исследовались на модифицированной четырехшариковой машине трения И МАШ.

Третья глава посвящена исследованию возможности получения на базе рапсового масла смазочного материала для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД). Большое количество технических средств с двухтактными бензиновыми двигателями внутреннего сгорания требует расширения объемов производства масел, поскольку в силу особенностей эксплуатации они сгорают вместе с топливом.

Для сравнительной характеристики рапсового масла и товарных масел для ДТБД (отечественное М-12ТП и импортное Mobil Super 2T) были оценены физико-химические, смазочные свойства, а также термическая стабильность продуктов при 240°С. Для определения действия щелочных присадок после испытания на термоокислительной установке оценивали изменение щелочного и кислотного чисел, а также изменение кинематической вязкости при 40"С. Данные представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Показатели качества исследуемых масел для ДТБД

1 (оказатели « Рапсовое масло М-12ТП MOBIL SUPER 2Т

Вязкость кинематическая, мм'/с:

ири кхк: 8,18 12,09 8,92

при 4(1С 35,48 117,79 60.89

Индекс вязкости 216 91 123

Температура вспышки в открытом тигле, "С 306. 238 124

Температура застывания, "С • -20 -18 - 10

Щелочное число, мг КОН/г Отс. 4,2 0,95

Кислотное число, мг КОН/г 1,56 Отс. Отс.

Зольность сульфатная, % отс. 0,3 0,05

Плотность при 20"С, кг/м3 916 888 869

Триболо1ические характеристики на ЧШМ:

- Критическая нагрузка, кгс 71 75 80

- Диаметр пятна износа (20 кгс), мм 0,45 0,30 0,52

Пока1атели термической стабильности:

- изменение оптической плотности, ДЦ.„„ (490 нм) -0.295 0,245 0,371

- щелочное число после обработки, мг КОН/г отс. 3.62 0,85

- кислотное число после обработки, мг КОН/г 0,83 отс. отс.

- прирост вязкости при 40ЦС, % 8,44 3,12 46,02

По полученным результатам видно, что рапсовое масло по низкотемпературным и смазочным свойствам не уступает товарным маслам, а по вязкостно-температурным свойствам значительно превосходит их. Рапсовое масло имеет сравнительно высокое кислотное число из-за повышенного содержания свободных жирных кислот. Для использования рапсового масла в качестве смазочного материала в двухтактных бензиновых двигателях.необ-ходимо придать ему определенный запас щелочности.

Известно введение в нефтяное масло спиртовых растворов щелочей вместо дорогих присадок, снижающих нагарообразование (детергентно-диспергирующие). В связи с этим, в работе была предпринята попытка введения в исходное рапсовое масло щелочных металлов с целью придания ему щелочности. В качестве нейтрализующих агентов были выбраны гидроокси-

дыкалия, кальция, бария, а также оксид магния. Гидрооксиды и оксид вводились в рапсовое масло в избытке при температуре 110-120°С с последующим перемешиванием в течение 1-1,5 часов, затем с помощью вакуум-фильтра, проходило отделение обработанного рапсового масла, которое подвергалось дальнейшему исследованию.

При обработке исходного рапсового масла щелочными металлами получены образцы с щелочными числами на уровне товарных масел для двухтактных двигателей при полной нейтрализации содержащихся кислот, за исключением образца, обработанного оксидом магния. При обработке рапсового масла гидроксидом калия получен образец самой высокой щелочности. При этом существенно повышается критическая нагрузка, однако возрастает и диаметр пятна износа, увеличивается оптическая плотность в результате термообработки масла при 240°С, находясь при этом на уровне изменения оптической плотности нефтяного товарного масла М-12ТП при тех же условиях. Кроме того, происходит рост кислотного числа, в то время как в образцах, содержащих барий и кальций, после обработки при 240°С кислотное число отсутствует.

На основании проведенных исследований (табл. 3) были выбраны 2 образца рапсового масла, обработанные, соотвественно, гидроксидами кальция (образец 1) и бария (образец 2). Для сравнения также были приготовлены образцы рапсового масла, содержащие товарные щелочные присадки ВНИИНП 7120иФерад.

При обработке рапсового масла гидрооксидами и оксидом щелочных и щелочноземельных металлов, а также при введении присадок наблюдается увеличение критической нагрузки во всех случаях, а при введении присадок ВНИИНП 7120 и Ферад происходит снижение диаметра пятна износа до 0,4 мм. Смазочные свойства выбранных образцов, а также образцов, содержащих товарные щелочные присадки, находятся на уровне товарных масел для двухтактных двигателей, а по показателю критической нагрузки образцы на основе рапсового масла превосходят товарные масла (рис. 1).

Таблица 3.

Влияние обработки гидроксидами щелочных и щелочноземельных Meiajuiub и введения щелочных присадок на свойства pancoeoi о масла

• Рапсовое масло Обралды рансовою масла нисле обработки Обратиы рансовою маслас приемками

Пока мюли КОН СцОИЬ МОИ); МцО ВНИИНП 1120 (0 Э'.мас) Фсрад (0,8° «мае)

Щелочное число, м! К()11/г 0|с. 1,80 1,19 1,54 0,58 1,25 1,52

Кислошое число, м| КОНА 1,56 Огс. Огс. Огс 0,39 2,66 4,17

1 рнооло!нчсскис характеристики на ЧШМ

- Кршическая нлружа, мс - Диамс1р ннны ншоса (20к|с), мм 71 0,45 168 0,62 100 0.52 133 0.52 94 0.59 150 0,40 150 0,)9

Мпкашели термической стабильное ш

- ишенение ошичсской плотности, Д1>.„(440 нм) -0,295 0,230 -0,260 -0,212 -0,265 -0,240 -0,285

- изменение ошнческои нложо-сш, Л041(670 нм) 0 0,132 0,001 0,001 0 0.003 0,008

- щелочное число после обработки, М1 КОН/1 отс. 1,28 0,96 1.36 0.32 1.21 1.50

- кисло тое число после обработки, мг КОП/1 0.83 0,84 огс. огс. 0,79 3,91 5,27

- Прирос! им 1КОСТИ при 4и"С, % 8,44 13,26 7,40 5,57 6.31 • 10,44 10,20

200

5 е 150

Я и

1 2 3 4 5 6 7

Рис. I С'млочныс свойства опьиных обратив в сравнении с товарными маслами. I - исходное рапсовое масли, 2 - обра (ей I; 3 - образец 2,4 - рапсовое масло с присадком Ш11IIIIIII 7120 (0.3% масс ), 5 - рапсовое масло с присадкой Ферад (0,К% масс.), 6 - М-121II, 7 - МоЬП Ьирсг 21.

О полноте сгорания и экологических свойствах исследуемых масел судили по количеству образовавшейся сажи при их сгорании в открытом пламени в смеси с товарным бензином АИ-92 в соотношении 1:50 (рис. 2). Результаты исследования показали, что смесь бензина с рапсовым маслом образует меньше всего сажи, а сжигание смесей бензина с опытными образцами на основе рапсового масла приводит к образованию сажи на уровне товарных масел для ДТБД.

Склонность к высокотемпературным отложениям, а также испаряемость масел были оценены на приборе Папок для изучения моторных свойств и термоокнслительной стабильности масел. Испытания проводились при температуре 25О"С, время термообработки варьировалось от 5 до 30 минут. Результаты испытаний приведены на рис. 3.

По результатам исследований видно, что образцы на основе рапсового масла уступают товарным маслам для ДТБД по склонности к образованию высокотемпературных образований. Вследствие низкой термоокислительной стабильности, присутствия непредельных жирных кислот, опытные образцы уже по истечение 10 минут образовывают полимерную пленку, которая практически не растворима в растворителях. Низкая испаряемость растительных масел вследствие очень высокой температуры вспышки обеспечивает маслу экологические преимущества. Однако в условиях работы двухтактного бензинового двигателя низкая испаряемость может препятствовать сгоранию масла и способствовать накоплению липкого лака, что способно привести к потери подвижности поршневых колец. Это подтвердилось результатами стендовых испытаний, проведенных во ВНИИ НП согласно методу ИМ 2Т-10 квалификационной оценки отложений при высоких температурах в двухтактном бензиновом двигателе установки ИМЗ-2ТД. В результате испытаний производится оценка степени подвижности поршневых колец, цвета и количества отложений на поршне, в камере сгорания, забивки выпускного окна. . Испытанию подвергался образец 1 (обработанный гидроксидом кальция). Опытный образец масла отработал 70% от положенного по методике времени. Испытания были прекращены по причине залегания поршневых колец. Результаты моторных испытаний говорят о необходимости дальнейших исследований в области модификации базового масла, подбора присадок, в первую очередь - антиокислителей и детергентов.

Четвертая глава посвящена исследованию процесса переэтерифика-ции триглицеридов рапсового масла метанолом, а также изучению свойств продукта метанолиза, возможности регулирования его вязкостных и низкотемпературных свойств с помощью присадок и совместимости с нефтяным маслом с целью использования в качестве смазочного материала для червячных передач.

Известным и самым распространенным методом олеохимии является переэтерификация растительных масел низшими одноатомными спиртами.

N

Наиболее эффективным является метанол. Процесс ведется в присутствии катализатора при температуре 60-65°С. В качестве катализатора в работе использовали метилат натрия (0,5 -1 % масс). Влияние условий проведения ме-танолиза приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Влияние условий переэтерификации на физико-химические

свойства полученаемых продуктов (продолжительность - 1 час)

Показатели Исходное рапсовое масло Условия проведения переэтерификации

0,5 % CHjONa 0,5% CHjONa, промывка MCI 1 % CHjONa, промывка IICI

Бя жость кинематическая, мм'/с. при ЮСС при 40"С 8,18 35,48 6,32 24,34 2.31 6,3 1.95 4,65

Отношение вязкостен у*,/ У|Ш 4,34 3,85 2,76 2,38

(емиерагура вспышки в открытом тигл?, "С 306 210 190 184

1 емпература застывания, "С -20 • 16 -11 • -15

Кислотное число, М1 КОН/г 1,56 0,32 1,86 2.76

Коррозия на медной пластинке, баллы 1а - 1 а 1 a

Термоокислительная стабильность' - изменение кинематической вязкости, % при 1О0С при 4(ГС - изменение кислотного числа, % 79 130 75 129 238 1109 24,7 38.1 19 25 41 16

В результате проведенных исследований показана необходимость обработки кислотой после окончания реакции для нейтрализации алкоголятов и натриевых мыл с целью предотвращения щелочного омыления сложных метиловых эфиров. Показана целесообразность увеличения концентрации катализатора до 1 % масс, на реакционную смесь: при этом происходит большее снижение вязкости, что свидетельствует о более глубоком протекании реакции.

Влияние продолжительности реакции на физико-химические свойства и термоокислительную стабильность приведены в табл. 5. Показано, что реакция протекает уже по истечении 5 минут и дальнейшее увеличение про-

должительности метанолиза практически на влияет на свойства получаемых

продуктов.

Таблица 5.

Влияние продолжительности метанолиза на свойства получаемых продуктов

Наименование показателей

Исходное рапсовое масло •

Продолжительность, мин.

13

30

60

120

Кинематическая вязкость, мм /с при 1<ХГС

при 40"С_

8.18. 35,48

1,88 4,61

1,84 4,64

1,82 4,65

1,83 4,71

1.95 4,65

1,99 4,65

Отношение вязкостей У|ш

4,34

2,45

2,52

2,55

2,57

2,38

2,34

Температура вспышки в открытом тйгле, "С_

306

178.

180

178

182

184

188.

Температура застывания, °С

-20

-17

-17

-17

-15

-15

-15

Кислотное число, мг КОН/г

1,56

1,59

1,68

1,86

2,32

2,76

4,0

Йодное число, г Ь на 100 г

12,19

14,22

15,34

13,97

14,66

15,42

14,40

Коррозия на медной пластинке, баллы

1а

1а

1а

1а

1а

1а

1а

Термокоислительная стабильность:

- изменение кинематический вязкости, %

при 100"С при 40'С

- изменение кислотного числа, %

79 130 75

30 53 18

26 43 18

26 43 17

25 41 16

По результатам исследованиям были выбраны условия проведения метанолиза: мольное соотношение метиловый спирт: масло - 6:1, катализатор -метилат натрия в количестве 1 % масс, на реакционную смесь, температура -60-65°С, продолжительность - 5-15 мин.

При этих условиях был получен маловязкий продукт с хорошими.вяз-костно-температурными свойствами, низкотемпературными и антиокислительными свойствами на уровне нефтяного масла И-40А Физико-химические свойства продукта, который явился объектом исследований, представлены > ниже:

Вязкость кинематическая при ] 00°С, мм2/с 1,87

' Вязкость кинематическая при 40°С, мм2/с . 4,84

Отношение вязкостей у«о/ Уюо 2,59

Температура вспышки в открытом тигле, "С 182

Температура застывания, "С -15

Кислотное число, мг КОН/г 1 $

Йодное число, г Г/100 г

Коррозия на медной пластинке, баллы

Трибологические характеристики на ЧШМ:

- критическая нагрузка, кгс

- диаметр пятна износа (196 Н), мм

14,5 1 а

63 0,80

Продукт метанолиза рапсового масла (ПМРМ) является очень маловязким (у100<2 мм2/с) и область его применения требует дополнительных исследований. В связи с этим, большое значение имело исследование возможности применения полимерных (вязкостных и депресорных) присадок для повышения вязкости продукта, а также понижения температуры застывания. Исходный продукт, хотя и обладал низкой вязкостью, но имел температуру застывания всего минус 15°С.

В качестве вязкостных присадок в настоящее время используются различные высокомолекулярные соединения, в частности полиизобутилены, по-ливинилалкиловые эфиры, полиметакрилаты и др. Масла, содержащие эти присадки, сочетают в себе хорошие пусковые и антифрикционные свойства, характерные для маловязких масел при низких температурах, и хорошие смазывающие свойства высоковязких масел при высоких температурах.

Из данных литературы известно о применении полимерных присадок в маслах растительного происхождения. Например, изучено влияние сополимера полиалкилметакрилата (мол. масса 8000) в различных растительных маслах (соевое, подсолнечное, канола), а также в смесях растительных масел с полиальфаолефиновым маслом РАО 2.

В работе применяли присадки на основе полиметакриталов (У&кокй 100, ПМА «Д», Н1ТЕС 5708) и олефиновых полимеров (ВИНИПОЛ ВБ-2) и сополимеров (РагаЮп 8900, К-61, Максойл-В, НГТЕС 5748, Н1ТЕС 5704) в концентрациях от 0,5% масс, для твердых загустителей до 15% масс, для растворов присадок.

Товарные присадки К-61 и РагаШп 8900 представляют собой твердые вещества. Следует отметить, что при приготовлении образцов с присадками К-61 и Рагсйоп 8900 при всех концентрациях, а также при введении присадок

в виде растворов в масле И-20А наблюдалась нестабильность последний при комнатной температуре; образцы становились неоднородными при охлаждении, но при этом, присадки не выпадали в осадок, а находились во взвешенном состоянии. По-видимому, это связанно с ограниченной растворимостью. присадок в данном продукте при комнатных температурах. В связи с этими дальнейшие исследования этих присадок не проводились.

Эффективность действия остальных присадок на вязкостные и низкотемпературные свойства ПМРМ представлены в табл. 6.

Таблица 6.

Влияние вязкостных и депрессорных присадок на вязкостно-температурные и низкотемпературные свойства ПМРМ_

Кинематическая Кинематическая Отношение Температура

Образец ПМРМ вязкость при > 1(ИГС, мм /с вязкость при МГС, ммг/с вязкостей (Уад/Ущи) застывания, °С

Без присадки. 1,87 4,84 2,59 -15

С присадками: УвкокгП 100 :

5% масс. 3,32 8,07 2,43 -24

10% масс. 5,01 13,74 2,74 -23

' 15% масс. 8,05 24,34 3,02 -23

ПМЛ «д»

1% масс. 2,25 5,55 2,47 -23

5% масс. 3,06 8,2 2,68 -2У

10% масс. 5,0 13,6 2,72 -31

Н1ТЕС 5708

10% масс. 5,2 14,1 2,71 -41

15% масс. 7,7 24,0 3,12 -42

ВИНИПОЛ ВБ-2

5% масс. 5,6 13,0 2,32 - 15

10% масс. 9,0' 28,28 3.14 - 16 ■

Н1ТЕС 5748'

10% масс. 4,05 11,62 2,87 '-24

15% масс. 5,8 18,23 3,14 -18

Н1ТЕС 5704

10% масс. 4,06 11,6 2,86 -40

15% масс. 5,8 18,21 3,14 -23

Максойл-В

1% масс. 2,22 5,47 2,46 -38

5% масс. 2,8 7,8 2,78 -45

10% масс. 4,0 11,75 2,94 -49

Наилучший загущающий эффект показала присадка ВИНИПОЛ ВБ-2, представляющая собой полимер винил-н-бутиловый эфира, позволяющая повысить кинематическую вязкость при 100°С с 1,87 до 9, 0 мм2/с в концентрации 10 % масс. Наибольшим депрессорным эффектом обладает присадка Максойл-В, позволяющая снизить температуру застывания исходного продукта с минус 15 до минус 38°С в концентрации 1% масс, увеличение концентрации до 10% позволяет снизить показатель до минус 49°С. Оптимальным по вязкостным и низкотемпературным < свойствам явилась присадка Н1ТЕС 5708, позволяющая в концентрации 15 % масс, повысить вязкость с 1,87 до 7,7 мм2/с. и снизить температуру застывания до минус 42°С.

При исследовании влияния загущающих и депрессорных присадок различного типа на смазочные свойства установлено, что на критическую нагрузку присадки не влияют, введение присадок на основе полиметакрилатов (ПМА «Д», Н1ТЕС 5708) или имеющих в своем составе депрессор (Н1ТЕС 5704, Максойл-В) улучшает противозадирные свойства (нагрузка сваривания увеличилась с 119 до 141 кгс). Присадки МП'!/', а также присадка ВИНИПОЛ ВБ-2 понижают диаметр пятна износа с 0,8 до 0,64 мм при осевой нагрузке 20 кгс.

Таким образом, показана возможность регулирования вязкостных и низкотемпературных свойств ПМРМ путем введения традиционных вязкостных и депрессорных присадок. Наиболее оптимальным вариантом среди исследуемых присадок по комплексу вязкостных, низкотемпературных, смазочных свойств, а также стойкости к деструкции является введение присадки полиметакрилатного типа МП'!/' 5708 в количестве 15% масс.

Одним из научно-прикладных направлений работы кафедры химии и технологии смазочных материалов и химмотологии РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина является разработка масел для червячных передач. Разработано масло на нефтяной основе ТМ-3-18 (чрк), а также масло «Неолюб» на синтетической основе. Были изучены смеси нефтяных, синтетических и растительных масел. Показано, что добавление растительных масел позволяет

улучшить антифрикционные и противоизносные свойства, но ограничено вследствие неизбежного ухудшения термоокислительной стабильности.

Таким образом, представляло интерес исследование смесей ПМРМ, обладающего удовлетворительной термоокислительной стабильностью, с нефтяным маслом с целью выявления возможности улучшения трибологических свойств разрабатываемого масла в паре трения сталь-бронза.

Важным аспектом является совместимость нефтяных масел со сложными метиловыми эфирами на базе рапсового масла.

В работе изучена совместимость нефтяного масла с ПМРМ, а также вязкостно-температурные и трибологические свойства полученных смесей. Приготовление смесей заключалось в кратковременном интенсивном перемешивании при комнатной температуре. Затем образцы выдерживались при комнатной температуре в течении 3 месяцев. После этого делался вывод об агрегативной (физической) стабильности образцов на основании однородности смесей. По истечении 3 месяцев ни один из образцов не проявлял видимых признаков нарушения агрегативной устойчивости. Результаты исследования вязкостно-температурных свойств смесей приведены на рис.4.

Рис. 4 Вязкостно-температурные свойства смесей масла И-40А с продуктом мега-нолиза рапсового масла.

Показано, что добавление ПМРМ приводит к снижению кинематической вязкости и улучшению вязкостно-температурных свойств.

Для изучения трибологических свойств были оценены показатели: диаметр пятна износа и коэффицент трения в паре трения сталь-бронза (че-тырехшариковая машина трения ИМАШ). Результаты представлены на рис. 5 и в табл 7, в которой указаны для сравнения показатели для товарных масел, используемых для смазывания червячных передач, а также для исходного рапсового масла и его смеси с нефшным маслом И-40А в соотношении 20 80.

Рис 5 Смазочные свойства смесей масла И-40А с ПМРМ в паре трения сталь-

бронза

Таблица 7.

Трибологические характеристики исследованных масел

(нар» трении

ста л|—бронза)

Образцы масел

И-40А

Смеси И - 40А с ПМРМ, % об соответственно. 75:25 50:50 25:75

ПМРМ

Рапсовое масло

И- 40А : рапс масло = 80 20(об)

И-50А

ТМ - 3 - 18 (чрк)

Неолюб

Диаметр пятна износа, мм

1,20

0,92 0,96 1,03

1,13

0,87

0,80

1,12

0,78

0,72

Коэффициент трения

0,090

0,054 0,032 0.030

0,034

0,038

0,057

0.080

0,073

0.045

Из приведенных результатов видно, что добавление ПМРМ к маслу И -40А приводит к синергитическому эффекту как противоизносных, так и ан-

тифрикционных свойств. Так, введение ПМРМ до 30 % об. приводит к снижению диаметра пятна износа с 1,2 до 0,91 мм. Дальнейшее увеличение концентрации ПМРМ в смеси с И - 40А приводит к пропорциональному увеличению данного покаштеля до 1,13 мм. Коэффициент трения по мере увеличения концентрации ПМРМ до 50 % об. снижается почти в три раза ( с 0,090 до 0,032) после чего остается приблизительно на одном уровне.

При добавлении продукта метанолиза рапсового масла к нефтяному маслу И — 40А сложные эфиры, свободные жирные кислоты, а также другие поверхностно-активные вещества, находящиеся в составе ПМРМ, адсорбируются на поверхностях металлов и образуют граничные слои, которые разделяют поверхности металлов, способствуя тем самым снижению износа и коэффициента трения. Однако, так как продукт метанолиза характеризуется нижой вяжостью, то при увеличении его концентрации в смеси с И - 40А выше 30 % об. наблюдается рост диаметра пятна износа вследствие снижения несущей способности масляного клина и увеличении роли граничного трения.

Оптимальной по показателям была выбрана смесь нефтяного масла и продукта метанолиза в соотношении 1:1. Образец имеет низкую величину коэффициента трения, превосходящую товарные масла, применяемые для червячных передач. В то время, как по показателю диаметра износа образец уступает товарным маслам ТМ-3-18(чрк) и Неолюб, но превосходит масло И-50А, широко применяемого в России для смазывания червячных передач.

Для улучшения противоизносных свойств исследованы многофункциональные присадки на основе диалкилдитиофосфатов цинка ДФ-11, ЦД-7, А-23, присадки, улучшающие смазывающие свойства: ТКсФ (триксиленил-фосфат) и МКФ-18 (концентрат медьсодержащей присадки) в концентрации 1-2% масс, а также присадка полиметакрилатного типа НГГЕС 5708 в концентрации 10 % масс. При этом показана низкая эффективность действия в исследуемой смеси традиционно применяемых присадок для улучшения три-ботехническнх свойств (табл. 8).

Таблица 8.

Влияние прогивошиосных присадок на трнболотческие свойства смеси

Образец с присадкой Диамшр пиши ичноса. мм Ко >фф|ЩНСШ' Трения

bei ирисадки 0,96 0,032

ДФ-И 1% масс. 0,94 0,036

2% масс. 0,99 0,034

1Ш-7 <2% масс.) 1,47 0.034

Д-23 (2% масс.) 1.33 0,037

МКФ-18 (1% масс.) 1,17 0,053

ТКсФ (1% масс.) 1,04 0,032

Влияние присадки НГГЕС 5708 в концентрации 10 % масс, на вязкостно-температурные и триботехнические свойства смеси масла И-40А и ПМРМ в соотношении 1:1 представлено в табл. 9.

Введение присадки НГГЕС 5708 приводит к загущению исходной смеси до уровня рапсового масла, при этом происходит снижение диаметра пятна износа с 0,96 до 0,86 мм, что также соответствует показателю для рапсового масла. Однако при этом коэффициент трения увеличивается более чем в полтора раза (с 0,032 до 0,050), но при этом находится на уровне синтетического масла и превосходит уровень остальных.

Таблица 9.

Влияние присадки 1ГГТЕС 5708 (10 % масс.) на вязкостные и трибо-логические свойства смеси И-40А с ИМРМ в соотношении 1:1

Покцмгели Смесь И-40Л с ПМРМ (1:1) Рапсовое

Gei приемки с присадком масло

Кннсмлнчсская ьяшкль, мм2/с: при КНГС при 40"С 3,39 12,96 8,96 32,68 8.18 35,48

Ol ношение вя1кос|сй ищ/ иц*, 3,82 3,64 4.34

Диамеарпиша иnioca, мм 0,96 0,86 0.87

Ко)ффициен г 1 рения 0.032 0,05(1 0.038

Пятая глава посвящена изучению возможности применения 11МРМ в качестве основ масляных технологических жидкостей.

Особенности физико-химических свойств ГГМРМ, а именно низкий

уровень вязкости при высоком индексе вязкости, отсутствие сернистых и азотистых соединений, высокие трибологические характеристики, хорошие органолептические свойства позволяет рассматривать его как перспективное сырье для производства основ экологически безопасных маловязких технологических жидкостей и индустриальных масел. Изучено использование ПМРМ в качестве основы различных по назначению смазочных материалов. Работа проводилась совместно с ОАО «Средневолжский институт по нефтепереработке» (ОАО «СВНИИ НП»), где были проведены испытания образцов на базе ПМРМ в составе различных композиций.

Положительные результаты сравнительных квалификационных испытаний ПМРМ и масла ИМП-5 (СОТС для металлообработки) подтверждают возможность рекомендации применения ПМРМ в качестве биоразлагаемых смазочно-охлаждающих масел в металлообрабатывающих станках типа ВДЕ и В,К-50А для смазки электрошпинделя, в станках-автоматах типа СПМ и ПАС-16, работающих в условиях образования масляного аэрозоля, а также на операциях шлифования и суперфиниша деталей подшипника.

Еще одной областью возможного применения разработанного продукта ПМРМ является литейное производство, требующее создания специальных смазочных материалов.

До 80-90% отливок из стали и чугуна для различных отраслей промышленности изготавливается литьем в сырые разовые песчано-глинистые формы. Формовочная смесь для сырых разовых форм состоит из песка, глины, воды и технологических добавок. Смесь засыпается на литейную металлическую (иногда деревянную или полимерную) модель (модельную оснастку) и уплотняется под большим давлением (до 20 кгс/см2) в условиях автоматизированного и поточно-механизированного производства отливок. Контртелом поверхности металлической оснастки является абразивный материал, оказывающий на ее поверхность разнообразное воздействие: упругое оттеснение, резание, скалывание, пластическое деформирование и т.п. Смазочная жидкость (разделительное покрытие) для моделей должна обеспечить высо-

кое качество поверхности изготовляемых форм.

Современные литейные смазочные антифрикционные разделительные жидкости для модельной оснастки (пресс-инструмента) представляют собой жидкие композиции, состоящие из нефтяных масел и высокоэффективных присадок. Основой разделительного состава для моделей может служить маловязкое масло с минимальным содержанием токсичных полициклических и сернистых соединений, экологически безопасные в эксплуатации, отвечающими техническим требованиям. Особенно важны в этом случае экологические свойства масла, т.к. из-за распыления, разбрызгивания и испарения масла на участке формовки постоянно присутствует масляный аэрозоль.

Для оценки эксплуатационных характеристик проведены сравнительные испытания ПМРМ и смазочной жидкости формовочной СЖФ-9 в Центральной литейной лаборатории научно-технического отдела УГМет АМО ЗИЛ (табл. 10).

Таблица 10.

Эксплуатационные свойства смазочных формовочных жидкостей

Показатели Без смазки СЖФ-9 ПМРМ

Плотность стандартного образцов, кгс/см2 1.41 1,44 1,45

Прочность при сжатии, кгс/см2 1,11 1,34 1,36

Текучесть по ступенчатой пробе, % 71 83 84

Осыпаемость, % 23 21 20

Усилие выталкивания, кгс/см2 1,72 0,62- 1,38» 0,66- 1,39*

* в зависимости от количествасьемов (от1 до 5)

Результаты сравнительных испытаний образца ПМРМ и смазочной жидкости формовочной СЖФ-9 показали, что опытный образец не уступает по эксплуатационным свойствам смазочной жидкости СЖФ-9 и может быть рекомендован для промышленных испытаний в качестве разделительного покрытия для моделей при изготовлении сырых разовых литейных форм.

ВЫВОДЫ:

1. Показана принципиальная возможность и высокая эффективность использования рапсового масла и продуктов его химического облагораживания в качестве смазочных материалов (или их компонентов) различного функционального назначения (редукторные, моторные - для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД), а также специального назначения - СОТС для металлообработки, смазочно-формовочной жидкости для литейных форм).

2. Установлено, что с целью использования рапсового масла в качестве смазочных материалов для ДТБД необходимо обеспечить ему запас щелочности путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов; при этом установлено одновременное улучшение смазочных свойств (повышение критической нагрузки). Возможно введение щелочных присадок (на основе алкилфенолятов кальция и бария), что также приводит к улучшению смазочных свойств.

3. Определены параметры процесса метанолиза рапсового масла с целью повышения термоокислительной стабильности: мольное соотношение метиловый спирт:масло - 6:1, температура 60°С, катализатор - метилат натрия (1 % масс, на реакционную смесь), продолжительность - 5-15 мин. При этом термоокислительная стабильность получаемого маловязкого продукта находится на уровне нефтяного масла И-40А (прирост вязкости при 100°С порядка 25%).

4. Показана возможность улучшения вязкостных и низкотемпературных свойств продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) с помощью присадок полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа. Среди исследованных эффективной оказалась вязкостная присадка ВИНИПОЛ ВБ-2, в концентрации 10% масс, повышающая кинематическую вязкость при 100°С с 1,87 до 9,0 мм2/с. Установлено, что наилучшими депрессорными свойствами обладает вязкостная присадка Максойл-В: её введение в концентрации 1 % масс, позволяет снизить температуру застывания исходного продукта с -15

до-38°С.

5. Установлена совместимость сложных метиловых эфиров на базе рапсового масла с нефтяными маслами типа И-40А. Показано, что введение в нефтяное масло И-40А продукта метанолиза рапсового масла приводит к улучшению вязкостно-температурных, а также смазочных свойств в паре трения сталь-бронза (широко используемых в редукторостроении). Оптимальным по противоизносным и антифрикционным свойствам выбрано соотношение нефтяного масла с продуктом метанолиза 1:1. При этом диаметр пятна износа снижается с 1,20 мм до 0,96 мм, коэффициент трения - с 0,090 до 0,032 по сравнению с исходном маслом И-40А.

6. На основании сравнительных испытаний, ПМРМ рекомендован к промышленным испытаниям в качестве экологически более благоприятного аналога нефтяного масла ИМП-5 (СОТС для металлообработки), а также формовочной жидкости СЖФ-9 для литейных моделей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Облащикова И.Р. Экологические аспекты химмотологии смазочных материалов. Учебное пособие.-М.: «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. - 197 с\

2. Дадашев М.Н., Облащикова И.Р. Экологически чистая технология получения растительных масел - компонентов моторных смазочных материалов. // Тезисы материалов технического совещания «Автомобильный транспорт и экология среды», Москва, 1997, с. 13

3. Евдокимов А.Ю., Облащикова И.Р., Семипядная Е.Г. Возможности использования природных продуктов в производстве смазочных материалов для нефтегазового комплекса. // Тезисы Всероссийской недели нефти и газа, Москва, 2001, с.96

4. Облащикова И.Р., Иванов И.А., Груздев А.Е. Улучшение термоокислительной стабильности смазочных материалов на основе растительных жиров. // Тезисы 5-ой научно-технической конференции «Актуальные

проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Секция 4, Москва, 2003, с. 31

5. Евдокимов А.Ю., Облащикова И.Р. Смазочные материалы для пищевой промышленности: аспект безопасности. // Тезисы 5-ой научно-, технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Секция 4, Москва, 2003, с. 37.

6. Фукс И.Г., Евдокимов А.Ю., Облащикова И.Р. Пути утилизации отработанных масел и смазок. // «Наука и технологии в промышленности», № 4,2003, с. 74-76.

7. Евдокимов А.Ю., Облащикова И.Р. Смеси масел нефтяного и растительного происхождения как основа для приготовления ПЖС. Сборник научных статей «Транспорт, энергетика, безопасность», Часть 4. - М.: ЦЭТ РАН, 2004. - 53-56 с.

Автор выражает искреннюю признательность кандидату технических наук Е.М. Мещерину и с.н.с. Н.Я. Кумалаговой за помощь и поддержку при выполнении данной работы.

Заказ 65$ Тираж /СО

Отдел оперативной полиграфии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

#15478

Введение

Глава 1. Применение растительных масел в качестве основы или ком- ^ понента смазочных материалов (Литературный обзор)

1.1 Объемы производства и цены на растительные масла

1.2 Методы получения и рафинации растительных масел

1.3 Методы анализа и оценки качества растительных масел

1.4 Свойства растительных масел

1.5 Олеохимия как направление использования растительных ^ масел

1.6 Направления использования растительных масел в технике

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

- Методы оценки масел для двухтактных бензиновых двигателей

- Методы оценки трибологических свойств масел в паре 48 трения «сталь-бронза»

Глава 3. Использование рапсового масла в качестве основы смазочного 51 материала для двухтактных бензиновых двигателей

3.1 Условия работы масла в двухтактных бензиновых двигателях

3.2 Требования, предъявляемые к маслам для двухтактных дви- 53 гателей

3.3 Исследование возможности использования рапсового масла в 56 двухтактных бензиновых двигателях

Глава 4. Исследование процесса метанолиза рапсового масла и изучение свойств продуктов метанолиза

4.1 Исследование процесса метанолиза рапсового масла и под- 68 бор условий

4.2 Исследование влияния вязкостных и депрессорных присадок 73 на свойства продукта метанолиза рапсового масла

4.3 Исследование смесей нефтяных масел с продуктом метано- 80 лиза рапсового масла

Глава 5. Применение продукта метанолиза рапсового масла в качестве 89 основ масляных технологических жидкостей

5.1 Исследование продукта метанолиза рапсового масла в качестве основ индустриальных масел

5.2 Исследование продукта метанолиза рапсового масла в качестве смазочных формовочных жидкостей для литейных моделей

ВЫВОДЫ

Решение экологических проблем современности требует поиска альтернативных источников сырья и энергии. Обусловлено это не только необходимостью снижения загрязнения окружающей природной среды, но и важностью перехода от исчерпаемых сырьевых источников к расширенному использованию возобновимых ресурсов.

Работы в данном направлении давно ведутся во всем мире. В области использования возобновимого сырья ведущая роль принадлежит биоресурсам - прежде всего масличным сельскохозяйственным культурам, поскольку растительные масла являются вполне приемлемой альтернативой нефтяному сырью для производства топлив и смазочных материалов.

Возобновимость сырьевых ресурсов и относительная дешевизна по сравнению с биоразлагаемыми, экологобезопасными синтетическими продуктами обусловливают в настоящее время целесообразность расширения работ по применению растительных масел в технике. Высокая стоимость и дефицитность синтетических сложноэфирных масел при биоразалагаемости близкой к растительным маслам (85-90%) существенно ограничивают их применение. Весьма важен тот факт, что использование жиров, а также отходов их переработки, возможно не только в производстве практически всех видов смазочных материалов, но и топлив - бензинов, дизельных, котельных. Последнее открывает возможность использования машин и механизмов, работающих исключительно на продуктах растительного происхождения.

В России данному вопросу должного внимания пока не уделяется по причине значительных запасов нефти. Однако постепенная интеграция страны в мировое сообщество неизбежно выдвигает этот вопрос на передний план, поскольку в настоящее время за рубежом в законодательном порядке в отдельных случаях предусматривается использование топлив и смазочных материалов на базе сырья растительного происхождения с целью охраны окружающей среды.

С технико-экономических и экологических позиций, наиболее приемлемым для указанных целей является рапсовое масло и продукты его пере-этерификации (для умеренной климатической зоны). Мировое производство рапсового масла неуклонно расширяется и достигло в 2003 году 13 млн. т, из которых порядка 10% используется для технических целей. Известно о инвестиционной программе в организации производства рапсового масла в Украине.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение свойств рапсового масла и продуктов его переэтерификации в сравнении с маслами нефтяного происхождения, выявление эффективности присадок различного функционального назначения для оценки возможности улучшения и расширения использования возобновимого сырья в условиях России.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

- изучались физико-химические и эксплуатационные свойства рапсового масла;

- проводилась обработка рапсового масла щелочами с целью получения смазочного материала для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД);

- выявлялись оптимальные условия переэтерификации рапсового масла метанолом (метанолиза) для получения продуктов с более высокой термоокислительной стабильностью;

- исследовалась совместимость и эффективность вязкостных присадок в продукте метанолиза рапсового масла;

- оценивалась совместимость сложных метиловых эфиров и нефтяных масел с целью создания эффективных основ смазочных материалов для червячных передач;

- изучалась возможность использования продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) в качестве основ технологических жидкостей. Научная новизна. Установлено улучшение смазочных свойств рапсового масла путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов (увеличение критической нагрузки).

Показано улучшение вязкостно-температурных свойств и синергизм триботехнических свойств в паре трения сталь-бронза для смесей нефтяного масла И-40А и продукта метанолиза рапсового масла.

Установлена эффективность действия присадок (полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа) к нефтяным маслам в продукте метанолиза рапсового масла (улучшение вязкостных, низкотемпературных свойств).

Практическая значимость работы. Показана возможность использования продукта метанолиза рапсового масла в качестве аналога нефтяного масла ИМП-5 с целью улучшения экологических свойств при работе в металлообрабатывающих станках типа ВДЕ 25AZ и ВД2-50А для смазки электрошпинделя, в станках-автоматах типа СПМ и ПАС-16, работающих в условиях образования масляного аэрозоля, а также на операциях шлифования и суперфиниша деталей подшипника. Выявлена эффективность применения указанного продукта в качестве смазочной жидкости для литейных моделей как аналога СЖФ-9. Показаны возможные пути получения новых смазочных материалов для червячных передач на базе рапсового масла.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы доложены на техническом совещании «Автомобильный транспорт и экология среды» (Москва, 1997), Международной научно-практической конференции «Градоформирующие технологии XXI века» (Москва, 2001), Всероссийской неделе нефти и газа (Москва, 2001), 5-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 2003).

ВЫВОДЫ:

1. Показана принципиальная возможность и высокая эффективность использования рапсового масла и продуктов его химического облагораживания в качестве смазочных материалов (или их компонентов) различного функционального назначения (редукторные, моторные - для двухтактных бензиновых двигателей (ДТБД), а также специального назначения - СОТС для металлообработки, смазочно-формовочной жидкости для литейных форм).

2. Установлено, что с целью использования рапсового масла в качестве смазочных материалов для ДТБД необходимо обеспечить ему запас щелочности путем нейтрализации свободных жирных кислот гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов; при этом установлено одновременное улучшение смазочных свойств (повышение критической нагрузки). Возможно введение щелочных присадок (на основе алкилфенолятов кальция и бария), что также приводит к улучшению смазочных свойств.

3. Определены параметры процесса метанолиза рапсового масла с целью повышения термоокислительной стабильности: мольное соотношение метиловый спирт:масло — 6:1, температура 60°С, катализатор - метилат натрия (1 % масс, на реакционную смесь), продолжительность - 5-15 мин. При этом термоокислительная стабильность получаемого маловязкого продукта находится на уровне нефтяного масла И-40А (прирост вязкости при 100°С порядка 25%).

4. Показана возможность улучшения вязкостных и низкотемпературных свойств продукта метанолиза рапсового масла (ПМРМ) с помощью присадок полиметакрилатного, полимерного и сополимерного типа. Среди исследованных эффективной оказалась вязкостная присадка ВИНИПОЛ ВБ-2, в концентрации 10% масс, повышающая кинематическую вязкость при 100°С с 1,87 до 9,0 мм /с. Установлено, что наилучшими депрессорными свойствами обладает вязкостная присадка Максойл-В: её введение в концентрации 1 % масс, позволяет снизить температуру застывания исходного продукта с -15 до -38°С.

5. Установлена совместимость сложных метиловых эфиров на базе рапсового масла с нефтяными маслами типа И-40А. Показано, что введение в нефтяное масло И-40А продукта метанолиза рапсового масла приводит к улучшению вязкостно-температурных, а также смазочных свойств в паре трения сталь-бронза (широко используемых в редукторостроении). Оптимальным по противоизносным и антифрикционным свойствам выбрано соотношение нефтяного масла с продуктом метанолиза 1:1. При этом, диаметр пятна износа снижается с 1,20 мм до 0,96 мм, коэффициент трения - с 0,090 до 0,032 по сравнению с исходном маслом И-40А.

6. На основании сравнительных испытаний, ПМРМ рекомендован к промышленным испытаниям в качестве экологически более благоприятного аналога нефтяного масла ИМП-5 (СОТС для металлообработки), а также формовочной жидкости СЖФ-9 для литейных моделей.

1. Ленивцев Г.А., Литовкин А.В., Верхов А.С., Ефимов В.В., Едуков В.В. (Самарская ГСХА) Достижение науки и техники. АПК, 2001, №8, с.24-26.

2. Esteban C.L., Robles М. JAOSC, 19986 № 10, с. 1329-1337.

3. Мартиросян И.Б., Зайцева Л.В. Международная научно-теоретическая конференция «Молодые ученые — пищевой и перерабатывающей отраслям АПК», 1997.: Тез. докл. М., 1997, с.39-40.

4. Rohr О. 4-th International Colloquium "Fuels 2003", Ostfildern, Germany, January 15-16, 003, Technische Akademie Esslingen, p. 155-173.

5. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Шабалина Т.Н. Багдасаров Л.Н. Смазочные материалы и проблемы экологии. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. - 424 с.6. http://tacis.webzone.ru/stl .htm.

6. INFORM, 1995, №9, с.1031, 1033-1035.

7. Honary L. NLGI Spokesman, 2001, № 8, 18-27.

8. Che Man Y.B., Moh H.H., Voort F.R. JAOSC, 1999, № 4, c.485-490.

9. Che Man Y.B., Abduk Karim M.I.B., Teng C.T. J. Amer. Oil Chem. Soc., 1997, №9, c. 1115-1119.

10. Choukri A., Sci. alim., 2001, № 6, c. 651-661.

11. Chem. Eng. Techn., 1999, № 5, c.22.

12. Евдокимов А.Ю. Переработка нефти и нефтехимия. Экспресс-информация, 1993, № 1, с. 18-20

13. Кулиев Р.Ш., Ширинов Ф.Р., Кулиев Ф.А. Химия и технология топлив и масел, № 4, 1999.

14. Chem. Eng., (USA), 2002, № 8, с.23.

15. Kapseu Cesar, Parmentier Michel, Sci. alim. 1997, № 3, c.325-331.

16. Adams B. Hidraul and Pneum. (USA), 1999, № 46 c. 68, 70, 72.

17. Matthaus В., Fiebig H.-J., Vossman K., Bruhl L. Raps., 2002, № 4, c. 198200.

18. Przyslavski J., Gt\ertig H., Nowak J. Bromatol. i. Chem. Toksykol., 1996, № 4, c.335-342.

19. Lampi A.-M., Kataja L., Kamal-Eldin A., Vieno P. JAOSC, 1999, № 6, c. 749-755.

20. NLGI Spokesman, 2002, № 3, с. 14-19.

21. Мельников K.A. Масложировая промышленность, 2000, № 2, с.28-29.

22. Рахимов Р.Б., Мажидов К.Х., Насретдинов Э.С. Научно-техн. инф. Сборник Масложировая промышленность/ АгроНИИТЭИПП, 1996, № 2, с. 42-43.

23. Lubricants World, 2003, № 10, с. 12.

24. Quaraishi Y. JAOSC, 2002, № 6, c.603-609.

25. Corinna W.U. Sci. News, 1998, № 23, c. 364-366.

26. McCoy M. Chemical and engineering news, № 17, c.13-14, 16.

27. Mohtar Y., Tang T.S., Salmiah A. INFORM, 2001, № 5, c.529-536.

28. Noureddini H. JAOSC, 1998, № 12, c. 1775-1783.

29. Przem. Chem., 2002, № 10, c. 656-658.

30. Reske J., Siebrecht J., Hazerbrock J. JAOCS 1997, № 8, c.989-998.

31. Пат. 2092530 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

32. Пат. 2092530 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

33. Пат. 2166534 Россия, МПК7 С 11 С 1/04, 2001.

34. Пат. 39352 Украина, МПК7 С 10 М 169/04, 2001.

35. Заявка 2780410 Франция, МПК6 С 11 В 1/10, 1999.

36. Заявка 2748490 Франция, МПК6 С 11 С 3/04, С 07 С 67/02 С 10 L1/02,1997.

37. Заявка 2752242 Франция, МПК6 С 11 С 3/10, В 01 J 23/06, С 07 С31/22,1998.

38. Заявка 1215275 ЕПВ, МПК7 С 11 С 3/10, С 07 С 67/03, 2002.

39. Neff W.E., List G.R. JAOSC, 1999, № 7, c.825-831.

40. SOFW-Journal, 1999, № 1, c.40-46.

41. Arnsek Ales, Udovc Alma, Vizintin Jose. Strojn. Vestn., 2001, № 5, c. 217225.

42. Wang Т., Briggs J.L., JAOSC, 2002, № 8, c.831-836.

43. Athawale V.D., Rathi S.C., Bhabhe M.D. Separ. And Purif. Technol, 2000, №3, c. 209-215.

44. Erdol-Erdgas-Kohle, 1997, № 12, c.504.

45. Nimcevic D., Puntigam R., Worgetter M., Gapes R.J. JAOSC, 2000, № 3, c.275-280.

46. Parant B. OCL, 1999, № 5, c.393-395.

47. List G.R., Neff W.E., Holliday R.L., King J.W., Holser R. JAOSC, 2000, № 3, c.311-314.

48. Lee К. Н., Jook H.S., Lee J.W., Pork W.J., Kim K.S., Byun M.V. JAOSC, 1999, № 8, c. 921-925.

49. Митусова Т.Н., Калинина M.B., Данилов A.M. Нефтепереработка и нефтехимия, 2004, № 2, с. 16-20.

50. Сабуров А.Г., Селевцов А.Л. Международная научно-практическая конференция «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств», Краснодар, 2002. Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2002, с.268-269.

51. С1Т plus, 2001, № 6, с.25.

52. Darnoko D. JAOSC, 2000, №.12, с.1269-1272.

53. Заявка 2794768 Франция, МПК7 С 11 С 3/10, 2000.

54. Домбровский Я.Р. Ресурсосберегающие и экологически чистые технологии: 3-я научно-техническая конференция, Гродно, 1998, ч.1, Гродно: Изд-во ГрГУ, 1999, с.62-71.

55. Liu К., Sedd Н., INFORM, 1999, № 9, с. 868-870, 872-878.

56. Chin. J. Chem. Eng., 2001, № 2, c.212-216.

57. Hruschka S., Frische R. OCL: Oleagineux, corps gras, lipids, 1998, № 5, c.356-360.

58. Пат. 6288251 США, МПК7 С 11 С 1/00, 2001.

59. Chem. Eng (USA), 1997, № 5, c.33-35.

60. Ефимов В.В. Энергосберегающие технологии механизации сельского хозяйства. Самарская ГСХА Самара, 1998, с. 101-103.

61. Evans J.C., Kodali D.R., Addis Р.В. JAOSC, 2002, № 1 б, с.47-51.

62. Пат. 6127560 США, МПК7 С 11 С 1/00, 2000.

63. МсКеоп Т. A. Lin J.-T., Chen G.O. INFORM, 2000, № 5, с. 381-385.

64. De Guzman D. Chemical Market Reporter, 2002, № 23, с. 11.

65. Lubricants World, 1999, № 5, c.43-45.

66. Пат. 6278006 США, МПК7 С 09 F 7/00, 2001.

67. Пат. 5994279 США, МПК6 С 10 М 129/72, 1999.

68. Пат. 588947 США, МПК6 С 10 М 105/38, С 10 М 129/76, 1999.

69. Пат 5958851 США, МПК6 С ЮМ 105/32, 1999

70. Пат. 2078797 Россия, МКИ6 С 11 В 1/10, 1997.

71. Пат. 6159913 США МПК7 С 10 М 105/32, 1999.

72. Абдул-Бари К.Н. Вайншток В.В. НП и НХ, 1999, № 2, с.34-35.

73. Методические указания. Обеспечение износостойкости изделий. Метод экспериментальной оценки противоизносных свойств смазочных материалов при трении. М.: Госстандарт, Академия наук СССР, 1984.

74. Гуреев А.А., Азев B.C. Автомобильные бензины. Свойства и примене-. ние. М.: Нефть и газ, 1996. - 443 с.

75. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых комбинированных двигателей.// Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г./-М.: Машиностроение, 1980. 464 с.

76. Чиняев В.Т. Устройство и техническое обслуживание мотоциклов. -М.: ДОСААФ, 1979. 147 с.

77. M.C.Caffree C.R., Jacobsen R.M.// SAE Techn. Paper.Ser.-1979-N 790079,-P. 1-18.

78. Eberan-Eberhorst I.G.A., Cantab M.A., Martin H.// SAE Techn. Paper. Ser.-1979-N 790078.-23 P.

79. Bisht R.P.S., Jain V.K.,Gupta M. et all. Tribolog. Jntern, 1988, 21 N6 P 327335.

80. Мещерин E.M., Островская M.E. Масла для двухтактных бензиновых двигателей. Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989.-70 с.

81. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. // Под ред. В.М.Школьникова.-М.: Химия, 1999. 432 с.

82. Адель Хузама. Исследование и разработка моторных топлив и масел на эмульсионной основе. Дисс. канд.техн.наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2001.-135 с.

83. Тютюнников Б.Н. Химия жиров. М.: Пищевая промышленность, 1974.448 с.

84. Шабалина Т.Н. Разработка технологии производства нефтяных маловязких масел с применением гидрокаталитических процессов. Дисс. докт.техн.наук. М., 1999.-361 с.

85. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Багдасаров J1.H., Геленов А.А. Топлива и смазочные материалы на основе растительных и животных жиров. -М., ЦНИИТЭнефтехим, 1992. с. 119.

86. Евдокимов А.Ю., Фукс И.Г., Облащикова И.Р. Экологические аспекты химмотологии смазочных материалов. М.: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001, с. 115-116.

87. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. Гос. ком. РФ по охране окружающей среды, Москва, 1999.

88. Сисенда В.В. Разработка энергосберегающих масел на смешанной основе для червячных передач. Дисс. канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000,- 138 с.

89. Воробьева Е.В. Исследование и разработка экологически улучшенного масла для двухтактных бензиновых двигателей. Дисс. канд. техн. наук. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. 89 с.