Kutatási munkám során a poliizobutilén alapú, hamumentes detergens motorhajtóanyag-adalék az eddigieknél kedvezőbb körülmények közötti előállításával és vizsgálatával foglalkoztam, illetőleg a kifejlesztett technológiát alapul véve, egy teljesen új, növényolaj származékot molekulaalkotóként tartalmazó, többfunkciós adalék kifejlesztése volt a célom.
A doktori értekezésem szakirodalmi összefoglalójában röviden áttekintettem a motorhajtóanyag-adalékok főbb csoportjait, kiemelten tárgyalva a detergensek/diszpergensek, korróziógátlók, kenőképesség-javítók jelentőségét, hatásmechanizmusát, típusait és vizsgálati módszereit. A részletesen bemutatott három adalékcsoport közös tulajdonsága, hogy az apoláris funkciós csoportjuk mellett poláris jellegű hosszú szénláncú szénhidrogének is a molekulaalkotójuk. Ezek az adalékok mindegyike a fémfelületre adszorbeálva fejti ki jótékony hatását, gyakran egy adalékcsomagban alkalmazva őket. Az összefoglaló legfontosabb megállapítása, hogy az eltérő adszorpciós képességű adalékok egymást gyengítő hatását elkerülendő, célszerű egy, a mindhárom típusú hatékonysággal rendelkező molekulát kifejleszteni és alkalmazni.
Számos közlemény és szabadalmi bejelentés foglalkozik a szukcinimid-típusú vegyületek előállításával és dízelgázolajokban való alkalmazásával, azonban ezen vegyületek előállítása a nagy energiaigényű termikus úton történik, nagy mennyiségű gyantás melléktermék keletkezése mellett. PIB-borostyánkősav-anhidrid származékok tulajdonságának javítására és/vagy azok szélesítésére zsírsav-metilészter molekulaalkotóként való felhasználásával nem találkoztam, sőt azokra még utalás sem volt.
A kutatómunka során kitűzött részfeladatok megoldását a következőkben foglalom össze.
1. Az előállított dízelgázolaj-adalékok hatékony alkalmazástechnikai vizsgálata érdekében az Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszéken rendelkezésre álló kenőanyagok osztályozására használt berendezések segítségével különböző laboratóriumi szűrővizsgálatokat dolgoztam ki, az alábbi módszerfejlesztésekkel.
a. A kenőolajok kopás- és súrlódáscsökkentő hatékonyságának mérésére használt négygolyós berendezés érzékenységének javításával alkalmasnak mutatkozott dízelgázolajok kenőképességének előszelektáló vizsgálatára. Az elvégzett megbízhatósági mérések alapján meghatároztam az adatok szórását, kiszűrtem a kiugró értékeket, és megadtam az eredmények konfidencia intervallumát, majd
végül meghatároztam a módszer reprodukálhatóságának értékét (±40µm). A négygolyós vizsgálatok eredményeit összehasonlítottam ugyanazon minták HFRR (szabványos módszer) eredményeivel, és a meghatározott Pearson-féle korrelációs együttható alapján jó korrelációt állapítottam meg a módszerek között. Így a módszert előszűrő vizsgálatok elvégzésére alkalmasnak találtam.
A továbbfejlesztett módszerrel az elvárásoknak megfelelő pontossággal sikerült jellemezni a kereskedelmi dízelgázolajokban használt kopáscsökkentő adalék hatását már 25 mg/kg koncentrációban. Statisztikai eredmények alapján 100 mg/kg koncentráció-különbséget az eljárással ki lehet mutatni.
b. A gázolajok korróziós tulajdonságainak vizsgálatára és értékelésére a szabványos rézlemez korróziós módszer nem volt elég érzékeny, ezért a rézlemezen jelentkező, vizuálisan nem érzékelhető különbségek kimutathatóságára digitális értékelő módszert vezettem be. Ezáltal a kis kéntartalmú gázolajok korróziós tulajdonságainak kellő pontosságú meghatározása lehetővé vált.
2. Az energia- és alapanyag-takarékosság, illetőleg a nagyobb hatékonyság igénye miatt kutatási célom volt a motorhajtóanyag-adalék ipar által széles körben alkalmazott, kis molekulatömegű PIB-borostyánkősav-anhidrid közbenső termékének gyökös iniciálású előállításának megvalósítása. A laboratóriumi és félüzemi kísérletek alapján megállapítottam, hogy
a. 140 ± 2°C-on (ez a legnagyobb eltérés a nagy molekulatömegű PIBBAI szintézisétől) kb. 8 óra teljes reakcióidő (beleértve az MSA-mentesítést is) alatt és célirányosan megválasztott egyéb műveleti paraméterek mellett sikerült az M ~1000 PIB-bn ől olyan kis molekulatömegű, reprodukálható közbenső terméket (PIBBAI) szintetizálni, amelyeknek tulajdonságai hasonlóak voltak, mint a termikus technológiával előállított PIBBA-ké, sőt néhány jellemző (szín, kisebb MSA-tartalom) jobb volt azokénál. A paraméterek hatásának vizsgálatával sikerült olyan paraméterkombinációkat meghatározni, melyekkel különböző BA:PIB kapcsolódási arányszámú termékeket lehet célirányosan előállítani;
b. míg a mérsékelten reaktív poliizobutilénekből elsősorban a termikus eljárással lehetett 70% feletti elméleti savszám megközelítését elérni, a nagy reaktivitású
PIB-ekből azonban gyökös iniciálással kapunk jobb MSA-konverziót. A termikus és a gyökös iniciálású eljárások termékei közötti kb. 10%-os savszám különbség a gyökös eljárás előnyét mutatta;
c. az elvégzett IR, GPC és 13C és 1H NMR vizsgálatok alapján bebizonyítottuk, hogy a gyökös iniciálással és a termikus úton előállított termékek szerkezete között alapvető különbségek vannak. A termikusan előállított PIBBA döntő mértékben egy-egy kapcsolású PIB-BA molekulákból áll, míg a gyökös iniciátorral szintetizált PIBBAI-ban főleg két poliizobutilén molekulával szubsztituált borostyánkősav-anhidrid származékok vannak, amely a javított diszpergens hatást biztosítja. Ezen kívül a közbenső termékelegyben olyan molekulák is vannak, amelyekben egy PIB-lánchoz két borostyánkősav-anhidrid gyűrű kacsolódik, ezáltal erősebb poláris hatású molekulák is kialakulhatnak, így erősítve a végtermék detergens hatékonyságát.
3. A kedvező paraméterek mellett előállított, további adalékgyártásra alkalmas közbenső termékekkel különböző polietilén-poliaminokat acileztem, eltérő BA:PEPA mólarányok mellett, majd a laboratóriumi alkalmazástechnikai vizsgálatok alapján megállapítottam, hogy
a. gyökös iniciálással szintetizált közbenső termékből reprodukálható módon előállítható olyan új szerkezetű adalék, melynek tisztító- és tisztántartó hatékonysága kedvezőbb, mint a termikus úton előállított, a legnagyobb adalékgyártók által kínált adalékoké;
b. a szintetizált adalékelegy, az alkalmazott PIBBAI:PEPA mólarány függvényében mono- és/vagy bisz-szukcinimideket is tartalmaz.
4. A többfunkciós adalékok a szakirodalmi részben felismert előnyeinek kihasználása érdekében célul tűztem ki a PIB-szukcinimid típusú adalékok felhasználhatóságának szélesítését (kenőképesség-javító és korróziógátló hatás) új molekulaalkotó – megújítható forrásból származó, reaktív kettős kötéssel rendelkező zsírsav-metil-észter – beépítésével.
a. A kutatási munkám során előállított közbenső termékek esetén vizsgáltam a reakciókörülmények valamint a reaktánsok egymáshoz viszonyított mólarányának hatását a közbenső termékek felhasználási tulajdonságaira.
Megállapítottam, hogy a reaktánsok meghatározott sorrendű adagolásával,
PIB:MSA:ZSME=1,0:1,2:1.1 mólarány mellett, 20-25% (össztömegre vonatkoztatva) oldószer és 10% (MSA-ra vonatkoztatva) iniciátor mennyiséggel 140°C-on, ~7 óra reakcióidő mellett reprodukálhatóan előállított intermedierek rendelkeztek az adalékgyártás szempontjából legkedvezőbb sajátosságokkal.
b. Ezen kedvezőnek választott paraméterkombináció alkalmazásával korábbi vizsgálati eredményeket felhasználva polietilén-poliaminokat acileztem, majd az így nyert végterméket analitikai- és hatásvizsgálatokkal minősítettem. A vizsgálati eredmények alapján megállapítottam, hogy az előállított adalékokkal sikerült elérni, egyes esetekben felülmúlni a referenciaként alkalmazott szukcinimid típusú adalék DD hatását. Ezenkívül megállapítottam, hogy a szintetizált adalékok rendkívül jó korróziógátló, kopáscsökkentő kiegészítő tulajdonságokkal is rendelkeznek.
c. Az alkalmazott poliaminok típusától függően olyan vegyületeket szintetizáltam, melyek különböző igények kielégítésére teszik alkalmassá a korábban csak DD hatású adalékokat. A detergens-diszpergens hatást figyelembe véve a DETA-val, TETA-val, TEPA-val készített adalékok közel azonosan jó tulajdonságúak voltak, míg a kenőképesség-javító hatása a nagyobb molekulatömegű poliaminokkal (TEPA, PEHA) szintetizált termékeknek volt jobb.
d. Az elvégzett IR, GPC és 13C és 1H NMR vizsgálatok alapján bizonyítottam a zsírsav-metil-észter molekulába való beépülését, az imid szerkezet kialakulását, ezáltal egy teljesen új szerkezetű, eddig még senki által nem publikált, új, többfunkciós dízelgázolaj-adalék előállítását.