Влияние разветвлённых алканов на базовые масла для смазочных материалов 

Смазочные масла как важные продукты нефтехимии широко применяются в различных отраслях народного хозяйства, таких как нефтехимическая, пищевая и фармацевтическая промышленность, металлургия, производство пластмасс, резиновая промышленность, строительство, машиностроение, электроника и другие.

Смазочные масла обычно состоят из двух компонентов: базового масла и присадок. Базовое масло является основным компонентом смазочного материала и определяет его основные свойства, а присадки восполняют и улучшают недостающие эксплуатационные характеристики базового масла, придают ему новые свойства и являются важной составной частью смазочного материала. Качество смазочного масла зависит не только от правильности подобранного пакета присадок, но прежде всего от качества базового масла.

Базовые масла для смазочных материалов подразделяются на три основные категории: минеральные базовые масла, синтетические базовые масла и биологические базовые масла. Производство базовых масел для смазочных материалов в основном осуществляется физическими методами. В 50-е годы XX века в технологии нефтепереработки применялся традиционный процесс «трёх классических стадий», включающий селективную очистку растворителями (получаемое базовое масло относится к группе API I), депарафинизацию растворителями и доочистку отбеливающей глиной. В 70–80-е годы XX века современные технологии нефтепереработки развивались в направлении гидрокрекинга (получаемое базовое масло относится к группе API II), который обеспечивает более стабильные свойства и лучшие низкотемпературные характеристики по сравнению с маслами группы API I. После 1993 года значительное развитие получила технология гидроизомеризации (получаемое базовое масло относится к группе API III), характеристики которой находятся между маслами группы API II и ПАО (одно из наиболее распространённых синтетических масел в настоящее время), однако цена значительно ниже, чем у ПАО (получаемое базовое масло относится к группе API IV), и при этом возможно крупнотоннажное производство.

Структурный состав базового масла тесно связан с его свойствами. Н-алканы из-за высокой температуры застывания, а также полициклические алканы и ароматические углеводороды из-за низкой окислительной стабильности не являются идеальными компонентами. В то же время разветвлённые алканы (изопарафины), а также моноциклические алканы с малым количеством колец и длинными боковыми цепями, присутствующие в базовом масле, являются идеальными компонентами смазочного материала. Основная цель технологии гидроизомеризации заключается в преобразовании н-алканов, содержащихся в базовом масле, в изопарафины путём гидрирования и изменения их структуры.

Зарубежные исследователи с помощью метода ядерного магнитного резонанса изучили взаимосвязь между структурным составом базовых масел для смазочных материалов и их низкотемпературными свойствами. В результате было установлено, что чем выше содержание н-алкильных групп, ароматических колец или метиленовых групп в α-положении к нафтеновому кольцу, тем ниже температура застывания, что свидетельствует о наличии определённой функциональной зависимости между вязкостно-температурными характеристиками и структурным составом и содержанием компонентов базового масла. н-Алканы с прямой цепью имеют сравнительно высокую температуру застывания, в то время как изопарафины, особенно изопарафины с длинными разветвлёнными цепями, а также нафтены с длинными алкильными цепями обладают более низкой температурой застывания. Соединения бензольного и нафтенового ряда также имеют сравнительно низкую температуру застывания.

Помимо температуры застывания, пусковые свойства при низких температурах и низкотемпературная прокачиваемость также являются важными показателями, характеризующими низкотемпературные характеристики базового масла. Когда смазочное масло находится при низкой температуре, молекулы парафина ориентируются упорядоченно, образуя игольчатые или пластинчатые кристаллы, которые соединяются между собой в трёхмерную сетчатую структуру и при этом удерживают низкоплавкое масло путём адсорбции или сольватации внутри этой структуры, что приводит к полной потере текучести всего масла. При относительно высокой доле изопарафинов базовое масло демонстрирует хорошие низкотемпературные характеристики.

Полярные компоненты, такие как смолы и асфальтены, а также ароматические углеводороды, содержащиеся в базовом масле, хотя и не являются идеальными компонентами, способны препятствовать слипанию кристаллов парафина и снижать температуру кристаллизации парафина, что способствует улучшению низкотемпературных свойств базового масла. Изопарафины обладают хорошими низкотемпературными характеристиками, однако это не означает, что чем выше степень разветвлённости, тем лучше, поскольку степень разветвлённости связана не только с низкотемпературными свойствами базового масла, но и с вязкостно-температурными характеристиками продукта. Чем выше степень разветвлённости, тем ниже температура застывания, однако с увеличением степени разветвлённости вязкостно-температурные свойства ухудшаются. Поэтому при выборе степени разветвлённости необходимо учитывать как вязкостно-температурные, так и низкотемпературные характеристики базового масла.

Кроме того, базовые масла CTL по сравнению с нефтяными базовыми маслами того же класса вязкости, благодаря тому что их основным компонентом являются изопарафины с малой степенью разветвлённости, содержат меньше примесей, обладают более высоким качеством и также имеют хорошие низкотемпературные характеристики.