A motorolajok hatása a kipufogógáz utókezelő rendszerek hatékonyságára

Euro V

A motorolajok alapolajainak, adalékainak kémiai összetétele jelentős (negatív) hatással van az új típusú utókezelő katalizátorok hatékonyságára és élettartamára.

A motorolajok foszfortartalma az Otto motorok esetében alkalmazott háromutas katalizátorok oxigénszondájának deaktiválódását okozza [27, 28, 29, 30], illetve a katalizátor aktív centrumaihoz irreverzibilisen kötődve hatékonyságcsökkenést eredményez. Hasonló probléma jelentkezik a NOx adszorberrel felszerelt GDI és Diesel motorok esetében is. A foszfor fő forrása a motorolajban a ZnDDP (cink-dialkil-ditiofoszfát) típusú kopásgátló, EP és antioxidáns adalék. A foszfor kibocsátás mértéke jelentősen függ az alkalmazott ZnDDP vagy egyéb foszfortartalmú vegyületek illékonyságától. Shelby [25] vizsgálatai szerint viszont statisztikailag nincs összefüggés a motorolajok NOACK illékonysága és a foszfor kibocsátás között, a motorolaj foszfortartalma és a foszfor kibocsátás mértéke között azonban szoros korreláció van. A

1996 Euro II

1992 Euro I

SCR + karbamid DPF

SCR + karbamid DPF

CRT

2008 2005

fejlesztések ellenére egyelőre a 0% foszfortartalomra még nincs megoldás, azaz a ZnDDP egyelőre gazdaságosan nem helyettesíthető. Fontos a megfelelő egyensúly megtalálása a kopásgátló hatás és a katalizátor védelem között, mivel a foszfortartalom csökkentése jelentős szelepvezető-, dugattyúgyűrű-, hengerpersely- és csapágykopáshoz vezethet [4].

A másik káros komponens a kén, amely az alapolajból, a ZnDDP-ból, és a szulfonát típusú detergensből, valamint egyéb kéntartalmú EP (Extreme Pressure) adalékokból (szulfidok, szulfoxidok, stb.) származik. A kéntartalom az égéstérben SO2-á elégve csökkenti az oxidációs katalizátorok NO→NO2 konverzióját, illetve azokon SO3-á tovább oxidálódva a kipufogórendszer alacsonyabb hőmérsékletű pontjain kondenzálódó

ntős növekedését

áthamu [31].

A hamutartalom a motorolajok esetében a hiperbázikus detegensek Ca és Mg,

ZnDDP-ből b.)

oxidjaiból és szulfidjaiból áll [7, 8]. A kipufogógázokkal távozó hamutartalom, ainak eltömődését is el a CRT-k regenerálása során csak a részecske karbon tartalma ég el CO2-á, - az égéstermékből származó - vízgőzzel reakcióba lépve korrózív kénes-, vagy kénsavat képezhet. Továbbá az NOx adszorber rendszerekben a SO3 a bázikus (BaO) csoportokhoz BaSO4 formájában kötődik. Ennek kémiai stabilitása nagyobb, mint a NO2

megkötődése során kialakuló BaNO3-é, tehát a katalizátor irreverzibilisen telítődhet, ami a NOx→N2 reakció konverziójának radikális csökkenését eredményezheti. A kéntartalom hozzájárul továbbá a szulfáthamu képződéshez, amely a részecskeszűrőben és utóégető katalizátorokban lerakódva azok katalitikus aktivitásának (CRT) csökkenését, és nyomásesésének növekedését okozza, ezáltal lerontja a hajtóanyag takarékosságot és növeli a CO2 és szénhidrogén kibocsátás mértékét. A kéntartalom csökkentése részben megoldható az alapolaj kéntartalmának csökkentésével (Group I.

olajok használatának csökkentése - 0,3-0,4% kéntartalom). A Group II.-IV. (0,1-0,0%

kéntartalom) alapolajok használata viszont az előállítási költségek jele

eredményezi. Másrészről a kénvegyületek negatív hatásai csökkenthetők a kéntartalmú adalékok szerkezetének optimalizálásával, a „labilis” vagy gyengén kötött kéntartalom csökkentésével. Ez azonban negatívan befolyásolhatja a kopás- és súrlódáscsökkentő hatást. Így a kéntartalmú adalékok teljes kivonása a motorolajból még hosszútávon sem tűnik gazdaságosan megoldhatónak.

Kedvezőtlen hatású a hamutartalom is, ami a kőolajszármazékok szénmentes égési, izzítási maradéka. Ez a vizsgálati módszertől függően lehet oxid- vagy szulf

származó Zn és foszfor, valamint a kopadékfémek (Fe, Cu, Cr, Ni, Al, Pb, st környezetszennyező hatása mellett, a Diesel részecskeszűrők pórus

okozza. Miv

a hamutartalom a szűrő felületén marad, és csak kiszerelt állapotban történő tisztítással állítható vissza a szűrő eredeti teljesítménye. Az 1.5. ábrán látható, hogy bizonyos esetekben a DPF nyomásesése a hamu felhalmozódás miatt az eredeti érték többszörösére nőhet [4], ami teljesítménycsökkenést, CO, CO2, és szénhidrogén kibocsátás növekedést és többlet motorhajtóanyag felhasználást okoz.

Az 1.5. ábrán bemutatott kísérletben a szűrő felületéről gyűjtött szervetlen hamu 70%-a CaSO4 volt, amely a hiperbázikus detergensek amorf formában szuszpendált CaCO3

tartalmából keletkezett. Egy 1991-ben készített tanulmány [4] szerint egy kereskedelmi DPF-et használva fékpadi vizsgálatban összehasonlítottak egy 1,6% és egy 0%

hamutartalmú motorolajat (gázolaj kéntartalom 210 ppm). Az első esetben a 3000 órás teszt végére a szűrőben 1,2 kg nem éghető anyag gyűlt össze (76% CaSO4, 16% Zn-Mg-foszfát, 6% Zn-Zn-Mg-foszfát, 3% MgO), míg a második esetben mindössze 65 g.

0

20000 40000 0 2000

50 100 150 200 250 300 350 400

Nyomásesés, %

0 60000 8000 100000 1

Futásteljes⁰ítmény, km¹⁴⁰⁰⁰⁰ Nyomásesés a szűrőn

(DPF), (100% a tiszta, új szűrő)

Szűrőtisztítás

1.5. áb ozódása által okozott nyom s a Di ecskeszűrő felü én

1.1.6. A m beli (2005-2010) fejlesztési tendenciái Alapolajok

ra A muha tartalom felhalm áscsökkené esel rész let

otorolajok jövő

bocsátás mérséklését kizá

A CO ki rólag ajtó haszn kkentésével

viszont kisebb mennyiségben, vagy egyáltalán nem

tartal és

k is.

2

lehet elérni. Ez részben motorkonstrukciós és egyéb (légellenállás és önsúly csökkentése, erőátviteli rendszer veszteségeinek csökkentése stb.) fejlesztések segítségével, részben pedig a motor belső súrlódási veszteségeinek csökkentésével érhető el [13, 31]. Mivel a motorban a kenési helyeken döntően hidrodinamikai kenésállapot fordul elő, a motorolaj viszkozitása a súrlódási veszteségek csökkentésének egyik kulcstényezője. Az alapolajok viszkozitásának csökkentésével (0W-30 esetleg 0W-20 Otto motorolajok, 10W-40 és 5W-30 Diesel motorolajok) a súrlódási veszteségek kb. 3,5-5,0%-kal csökkenthetők [9, 10, 31]. Emellett az alapolajok szempontjából egyre fontosabb tényezővé lépett elő a kén-, és szulfáthamu tartalom (részecskeszűrő eltömődés), és az illékony szénhidrogének (NOACK) aránya. A növekvő fajlagos termikus és oxidációs igénybevétel kémiailag stabilisabb (Group III.- hidrokrakkolt ásványi alapolajok; Group IV. – szintetikus alapolajok) alapolajok alkalmazását igényli, amelyek

a motorh anyag fel álás csö

mazzák a természetes kenőképességet biztosító poláris komponenseket alkalmazásu

Adalékok

költségesebb

A motorkons ltozt indítottak meg

kfejl enőan

etéte

zulfát ibocsátá években egyre

– t a felépítő

.5 rtalmához

Kén, ppm Hamu, m/m%

trukciós vá s k

atások igen intenzív fejlesztési folyamatokat

az adalé esztés é yag formulázás területén [4, 5, 7, 8, 22, 24, 32, 33, 34]. A motorolajok

és a s

adalék-össz lét ugyanis alapjaiban kell megváltoztatni a foszfor, a kén hamu k s csökkentése érdekében, ezért az utóbbi

inkább előtérbe került az alacsony szulfáthamu, foszfor, kén tartalmú (low SAPS főkén Sulphated Ash, Phosphor, Sulphur) motorolajok fejlesztése. A SAPS kibocsátás

dalékokat hiperbázikus detergens és a ZnDDP (cink-dialkil-ditiofoszfátok) a

kémiai elemekből származik (1.5. táblázat).

1 . Táblázat Az egyes adalék típusok hozzájárulása a kész motorolajok kén, foszfor, hamu ta Komponens Foszfor, ppm

Szulfonát (detergens) - Alacsony TBN

- Magas TBN - - 150-300

350-700 0,1-0,4 0,4-1,1 Fenát (detergens)

- 320-64

- Magas TBN 0 0,3-0,6

ZnDDP (kopásgátló adalék) 500-1500 1100-3200 0,1-0,25

A kén-, a foszfor-, és a hamutartalom csökkentésével azonban az 1.6. táblázatban példaként bemutatott üzemelési és költség problémák adódhatnak. A fenti funkcionális

adalékok mennyiségének csökkentése például a következő problémákat okozhatja. A ZnDDP kopásgátló hatást fejt ki a szelepvezetőben, az injektorok kenésénél, az emelőtőkék és vezérműtengelyek érintkezési pontjainál, a vezérműláncon, így elhagyásával ezeken az alkatrészeken fokozottabb kopás tapasztalható. A kipufogógázok savas karakterű komponensei az új motortechnikák (EGR) alkalmazásával nagyobb mértékben kerülnek a motorolajba, ami nagyobb bázikus tartalékot igényel (hiperbázikus detergensek), valamint kopási problémákat okozhat (ZnDDP). A kipufogógázban lévő nem tökéletesen elégett komponensek (koromszemcsék) mérete az EGR visszavezetés után növekszik, majd a motorolajba kerülve növeli annak szilárdanyag tartalmát, ami a kiülepedést megakadályozandó a hatékony diszpergens vegyületek nagyobb mennyiségű alkalmazását vonja maga után.

1.6. Táblázat A kén-, foszfor-, és hamutartalom csökkentésének üzemelési és költség vonzatai Komponens Korlátozandó

adalék Hatás

Kén ZnDDP

Detergensek

Fokozott kopás, oxidáció, romló költséghatékonyság Növekvő dugattyú lerakódás, intenzívebb korrózió Foszfor ZnDDP Fokozott kopás, oxidáció, romló költséghatékonyság Hamu Detergensek

ZnDDP Növekvő dugattyú lerakódás, intenzívebb korrózió, rövidebb csereperiódus Fokozott kopás, oxidáció, romló költséghatékonyság

Ös

sstabilitású VI módosító adalékok amumentes inhibitorok

1.6. ábra A SAPS tartalom csökkentése a tervezett ACEA, JASO, és API szabályozások értelmében

szefoglalva a motorolajokkal szembeni követelmények a jövőre nézve az alábbiak:

növelt kopásgátló hatás – hatékonyabb, alacsony foszfor- és kéntartalmú adalékok

ƒ

ƒ növelt súrlódáscsökkentő hatás – új típusú súrlódáscsökkentő adalékok

ƒ nagyobb bázikus tartalék (TBN), növelt detergens hatás – hamumentes detergensek

ƒ növelt és állandó hatású HTHSV – növelt nyírá

ƒ növelt korróziós tartalék – h

ƒ csökkentett illékonyság – Group II.-IV. alapolajok használata Igények a SAPS tartalom csökkentésére:

ƒ Az utókezelő rendszerek hatékonyságának fenntartása

ƒ Az utókezelő rendszerek karbantartásigényének csökkentése

ƒ Katalizátor méret és terhelés csökkentése

ƒ A DPF eltömődés csökkentése

A felsorolt igények teljesítése, EATS rendszerek alkalmazhatósága érdekében a SAPS kibocsátást okozó komponensekre az ACEA, a JASO és az API egyaránt az 1.6. ábrán látható radikális csökkentést irányozta elő [7].

Jövőbeli teljesítményszintek

Az EURO IV és JNST károsanyag kibocsátás csökkentésére vonatkozó specifikációi jelenleg fejlesztés alatt állnak, de az előzetes tervezetek már publikálásra kerültek (2004). Az ACEA az E6 és E7, a JASO a

teljesítményszintek követelményrendszeréDX-2, az API a PC-10 és a PC-11 új motorolaj nek kidolgozását kezdte el. Az API által 2002-teljesítendő követelményeknél a 2007-ben g

tula m lévő új tulajdonságok kölcsönözhetők neki [35, 36].

ben bevezetett CI-4 kategória által

bevezetendő PC-10 (Proposed Category) a PM kibocsátás tekintetében egy na yságrenddel, a NOx esetében 50%-kal kisebb kibocsátású megoldásokat igényel (1.7.

a).

Részecske, g/kWh

1.7. ábra A károsanyag kibocsátási szabályozások és a jelenlegi, valamint tervezett API motorolaj teljesítményszintek

. Motorolaj adalékok

apjainkban alkalmazott adalékanyagok mennyisége egy csúcskategóriás motorolaj tében kb. 20-30%. Az adalékok alapvetően olyan kémiai anyagok, melyek almazásával javítható a kenőanyag már meglévő kémiai, fizikai (VI - viszkozitási ex, detergens - diszpergens tulajdonság, habzás, dermedéspont, stb.) és tribológiai

jdonságai, vagy eddig még ne

Motorolaj adalékok alapvető típusai [36]

yási tulajdonságot módosító adalékok

Viszkozitás módosító adalékok: a motorolajok viszkozitását és viszkozitási indexét növelik [31]. Rendszerint nagy molekulatömegű (

Fol

ƒ

=

Mn 5000-40000) polimerek,

ƒ

tipikus képviselőik a poliizobutilének, polimetakrilátok, olefin kopolimerek, sztirol-dién kopolimerek. A viszkozitási index növelők jelenleg elfogadott hatásmechanizmusát Selby [23, 37] írta le. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-12 %)

Folyáspont, vagy dermedéspont csökkentő adalékok: olyan polimerek, amelyek az olajok hűtése során létrejövő paraffin kristályosodási gócok felszínén adszorbeálódnak, megakadályozva azok további növekedését, gátolva a kikristályosodott paraffin szemcsék aggregálódását. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-5,0%)

NO_xadszorber SCR + karbamid zecske, g/kWh

NO_xadszorber SCR + karbamid zecske, g/kWh

Teljesítménynövelő funkcionális adalékok

Detergens adalékok: a motorolajok alapvető komponensei, amelyek a fémfelületi lerakódást (dugattyúgyűrű beragadás megakadályozása), lakkosodást, akadályozzák meg azzal, hogy a lerakódásra hajlamos olajiszap prekurzorokat fellazítják és leoldják, az olajban oldhatatlan részecskéket kolloid szuszpenzióban tartják, és a savas komponenseket semlegesítik. A detergensek rendszerint fémtartalmú (Ba, Ca, Mg) alkil- szulfonát, foszfát, szalicilát, tiofoszfonát sók. Amennyiben a molekulaszerkezetben a fématom sztöchiometrikus mennyiségben van jelen,

„semleges” detergensekről, ha ehhez képest feleslegben van jelen, akkor bázikus vagy hiperbázikus detergensekről beszélünk. A hiperbázikus detergensek a többlet fém komponenst általába

ƒ

n amorf karbonát formában tartalmazzák. Az amorf MeCO3

osítva ezáltal a motorolaj számára [23]. (Alkalmazott

ƒ

szpendálását elősegítő

ƒ

ƒ

ább szilikonvegyületek, melyek a habzást

molekularészből álló almú szennyeződések olajban (Me = Ca, Mg, Ba, stb.) részecskét az alkil-szulfonát, -foszfát, -szalicilát molekulák kolloid szemcse formájában olajfázisban tartják, extra bázikus (TBN – Total Base Number) tartalékot bizt

mennyiség: 0,01-10,0%)

Diszpergens adalékok: a motorban lejátszódó oxidációs folyamatok során keletkezett vegyületek, olajban nem oldódó gyantás bomlástermékek és egyéb szilárd részecskék (égéstérből származó korom) olajoldatban szu

vegyületek. Bázikus jellegük miatt a savas égéstermékeket semlegesítik (bővebben:

1.3. fejezet) [23, 36]. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-20,0%)

Korróziógázló adalékok: A fémek felületén olyan adszorpciós v. kemiszorpciós filmet hoznak létre, amely egyfelől megakadályozza a víz és az oxigén felületre jutását és az elektrokémiai korrózió beindulását (fémpasszivátorok), másfelől pedig semlegesítik a savas égéstermékeket (SO2, SO3, NOx) [36]. Vas felületen általában hosszú apoláris szénláncot tartalmazó polietoxilált-alkifenolok, semleges és bázikus szulfonátok, alkenil-borostyánkősav származékok, alkil-foszfitok és foszfátok, alkanol-aminok stb. alkalmazhatók. A rézkorrózió csökkentésére olajban oldható heteroatom tartalmú komponenseket, triazolátokat (pl.: dimerkaptotiazolát) használnak fel. [23] (Alkalmazott mennyiség: 0,01-5,0%)

Antioxidáns adalékok: olyan hamumentes, vagy fémtartalmú szerves vegyületek, melyek az alapolaj oxidációs közbenső termékekeivel reakcióba lépnek, és kevésbé bomlékony vegyületeket alkotva, a gyökös láncreakciókat megszakítva, csökkentik az öregedési folyamatok sebességét és azok káros hatásait. Hatásmechanizmus szempontjából három fő csoportra oszthatók: az un. gyökfogók, a hidroperoxid bontók és a fém dezaktivátorok. Kén tartalmú adalékok, mint a szulfidok és ditiokarbamátok, foszfor tartalmú adalékok, mint foszfitok és ditiofoszfátok hidroperoxid bontóként működnek. A nitrogén és oxigén tartalmú vegyületek, mint az aril-aminok, az árnyékolt fenolok gyökfogóként működnek. Szintén hatékony gyökfogók az átmenti fém tartalmú adalékok (kelát komplexek) [23]. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-5,0%)

ƒ Habzásgátló adalékok: poláris, legink

csökkentik az olaj-levegő határfelületi feszültség csökkentésével. (Alkalmazott mennyiség: 0,001-3,0%)

ƒ Emulgeáló, demulgeáló adalékok: poláris és apoláris vegyületek. Az emulgeátorok a víz tart

szuszpendáltatását segítik elő, míg a demulgeátorok a megfelelő vízelváló képességet biztosítják. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-1,0%)

ƒ Súrlódás- és kopáscsökkentő adalékok: poláris jellegű kén, foszfor, molibdén- ill.

klórvegyületek, amelyek a fémfelületekkel kémiai reakcióba lépve aktív tribológiai réteget alakítanak ki. Az olajok kenőképességének javítására használt adalékokat, hatásuk jellege szerint súrlódáscsökkentő, kopáscsökkentő és berágódásgátló adalékokra osztják [38]. A súrlódáscsökkentő adalékok csökkentik, vagy stabilizálják a súrlódási együtthatót. Ilyen adalékként kedvező felületi aktivitású vegyületeket alkalmaznak, mint pl. a természetes zsírok, a zsírsavak, illetve azok észterei, sói. A felsorolt anyagok molekulái fémfelületen adszorbeálódva megakadályozzák a súrlódó felületek közvetlen érintkezését kis terhelés esetén. A kopáscsökkentő adalékok normális berágódásmentes súrlódási viszonyok között megakadályozzák a súrlódó felületek intenzív kopását. Kopáscsökkentő adalékként olyan felületaktív anyagok használhatók fel, amelyek a hőmérséklet emelkedése esetén kémiai reakcióba lépnek a friss („naszcens” – oxid mentes) fémfelületekkel. A berágódásgátló adalékok olyan felületi rétegeket hoznak létre, amelyek növelik a kritikus terhelést, csökkentik az intenzív kopást, és jelentős mértékben csökkentik a

-, foszfor-, halogén- De általánosan jellemző a reaktív

1.3. A motorolajok diszpergens adalékai

A motorolajokban alkalmaz elve a

poliizobutilén-szukcinimid származéko t

1.3 A b oxi

a m zációs és hőbomlási reakciókban vesznek

részt. ékek, üledékek, savak és más

kedvezőtlen tulajdonságú anyagok keletkeznek ű

közlekedés) működési felt yiségben képződő egyéb

az é fém fun az u meg ilye olaj lebe

agg t a diszpergens adalékok az

alapolajok oxidációs folyamatait olyan irányba terelik, amely olajban oldható oxidációs termékek keletkezéséhez vezet.

A diszpergensek felépítésére jellemző, hogy megtalálható bennük egy apoláris szénhidrogén lánc és egy poláris csoport. Az apoláris szénlánc biztosítja az olajoldhatóságot

berágódás veszélyét igen nagy (EP - Extreme Pressure) terhelések esetén.

Megjegyzendő, hogy az adalékok felosztása kopás- és súrlódáscsökkentő, valamint és berágódásgátló csoportokra relatív és néha nehéz éles határt vonni az egyes típusok között. A fémorganikus komplexektől a hamumentes kén

és nitrogéntartalmú adalékokig sokfélék lehetnek.

(S, P, N, Cl stb.) atomok jelenléte a molekulaszerkezetben a megfelelő mértékben labilis kötésben. (Alkalmazott mennyiség: 0,01-5,0%)

ott diszpergens adalékok - kiem

k - előállítását, szerkezetét és hatásmechanizmusát a dolgoza témájának megfelelően a továbbiakban részletesen bemutatom.

.1. A diszpergens adalékok hatásmechanizmusa

elsőégésű motorok működése során a magas hőmérséklet és a nagy nyomás, a levegő génje és az oxidáló égéstermékek (NOx), valamint a különféle fémfelületek hatására,

otorolaj szénhidrogénjei oxidációs, konden

Ezek során szénhidrogén eredetű gyantás reakcióterm

. Az un. „stop and go” (városi jelleg ételek mellett nagyobb menn

szennyeződések (korom, szervetlen anyagok) szintén a motorolajba kerülnek. Ezen felül géstérből származó víz a hideg motoralkatrészeken kondenzálódik és hidrolizálja a tartalmú bázikus detergenseket, amelyek ezért nem képesek ellátni eredeti kciójukat. A fenti folyamatok során keletkező, olajoldatból kiülepedő szennyeződés

n. „szürke iszap”. Ez lerakódva a motor alkatrészein lakk, koksz és iszap formájában változtatja az olaj kenőképességét. A diszpergens adalékok fő feladata, hogy az n, a motor normális üzemelését korlátozó anyagok kiülepedését gátolják [38]. Az ban oldhatatlan anyagokat szuszpenzióba viszik, a finoman diszpergált részecskéket

gő állapotban tartják, megakadályozzák a nagyobb részecskékké lomerálódásukat, és a kiülepedésüket az olajból. Emellet

, míg a poláris csoport a szennyeződéshez kötődést.

A diszpergens adalékok általános hatásmechanizmusa

Semlegesítés (1.8. ábra): A diszpergens adalékok bázikus csoportjaikkal kémiai kötéseket képezve stabilizálják, semlegesítik a savas jellegű vegyületeket.

ƒ

adalék sav olajoldható só 1.8. ábra A diszpergensek semlegesítő hatása

ülről bekerülő, vagy belőle

ƒ Oldóhatás (1.9. ábra): A motorolajban számos olyan kív

keletkező vegyület van, amely káros hatású. Ilyenek a víz, a fenolok, az alkoholok, a karbonsavak, a gyantás polimerizátumok stb. A diszpergensek gyenge Van der Waals, ionos vagy kovalens kötéseket alakítanak ki a fenti káros vegyületekkel, így biztosítva olajoldhatóságukat. A kialakuló micelláris szerkezet belsejében inaktív állapotban stabilizálódik a szennyeződés.

1.9. ábra A diszpergensek oldóhatása

ƒ Diszpergáló hatás (1.10. ábra): A mikroszkopikus méretű szilárd szennyeződésre adszorbeált diszpergensek poláris részükkel a szennyeződéshez kapcsolódnak, az apoláris részükkel az olajos fázissal érintkeznek. Az így létrejött, az olaj felé

apolárisan irányíto lás miatt nem engedi

a nagyobb agglom ől erősen függ,

magasabb hőmérsékleten bekövetkezhet a diszpergensek deszorpciója, ami a szennyezések agglomerálódását és kiülepedését okozhatja. Az oldóhatáshoz képest (1.9. ábra) a különbség az, hogy itt nem molekuláris szintű kémiai stabilizálás

történik, hanem nagyobb méretű (0,001-100 µm az

adalékok kémiai vagy fizikai adszorpciója valósul me

tt film a szennyeződés felületén sztérikus gát erátumok létrejöttét. Ez a hatás a hőmérséklett

) szennyeződések felületén g.

1.10. ábra A diszpergensek szennyeződéseket szuszpendáló hatása

ƒ Védőfilmek kialakítása (1.11. ábra): a diszpergensek a detergensekhez hasonlósan a fémfelületen adszorbeálódva, azon egy filmréteget alakítanak ki, mely a folyadék felé apoláris. Ezáltal megakadályozzák a poláris szennyeződések fémfelületen való megtapadását.

1.11. ábra A diszpergensek szennyeződést fellazító, felületi filmképző hatása

lmú és hamumentes diszpergens adalékokat. Utóbbi ő típusú szukcinimidek.

1.3.2. A poliizobutilén(PIB)-szukcinimid típusú adalékok

Jelenleg a diszpergensek a legnagyobb mennyiségben alkalmazott motorolaj adalékok.

Megkülönböztetünk hamutarta

csoportba tartoznak a hatvanas évek óta alkalmazott különböz

Előállításuk borostyánkősav-anhidrid (PIBBA) vagy poliizobutilén-diborostyánkősav-anhidrid (PIBDIBA) és polialkilén-poliaminok reakciójával történik.

A poliizobutilénhez (PIB) kapcsolódó gyűrűk száma és a poliaminnal történt acilezési reak

sze reagens hosszú

ció körülményei alapján megkülönböztethetünk mono-, bisz- és poliszukcinimid rkezeteket (1.12.- 1.14. ábrák). A szukcinimid gyűrű termikus hatásokkal és kémiai

ekkel szemben igen ellenálló. A kialakult szerkezetben az olajoldhatóságot a apoláris (R-csoport) lánc biztosítja.

N O

O CH₂ CH₂

CH₂ CH₃

CH NH CH₂ CH₂ NH₂

R

n

1.12. ábra A monoszukcinimidek általános szerkezete

N O

O CH₂ CH₂

CH₂ CH₃

CH

R NH CH₂ CH₂

n _CH

3

CH R N

O O

CH₂

1.13. ábra A biszszukcinimidek általános szerkezete

R C H C H Y H

N O

O U

p

n m

r

x=>0

m, n, p, q, r=>1

1.14. ábra A poliszukcinimidek általános szerkezete

agy molekulatömegű PIB-poliszukcinimid típusú diszpergensek előállítása yagok

ahol: U=-CH2-CH2-(NH-CH2-CH2-)x

1.3.3. N Alapan

olekulatömegű poliszukcinimidek előállításához m

A nagy m aleinsavanhidrid, poliolefin,

és amin-csoporttal rendelkező vegyület szükséges. A poliolefinnek biztosítani kell a

megfelelő olajoldható i átlagos móltömegű

polimerek. Az olajoldható polimerek közül a legkedvezőbb tulajdonságai a poliizobutilénnek vannak. Napjainkban a poliizobutilén előállítását BF3 katalizátor alkalmazásával végzik. A reakciótermékben (un. nagy reaktivitású PIB) legalább 85%-ban vannak jelen α-helyzetű (terminális) kettős kötések, szemben a hagyományos módon előállított PIB-ekkel, ahol ez az érték csak 10-30% között van.

A maleinsavanhidrid könnyen reakcióba lép a poliolefinekkel és ideális kapcsoló csoport az apoláris szénlánc és

csoportot is tartalmaz.

A poliszukcinimid képzéshez f

elágazó láncúak, lineárisak vagy esetenként polialkilén-polia

pentaetilén-hexamin (PEHA).

Polii

ságot, ezért ezek általában Mn=1500 felett

a poláris molekularész között, mivel két reakcióképes funkciós őként poliaminokat használnak fel, amelyek lehetnek

ciklikusak. A leggyakrabban alkalmazott minok a dietilén-triamin (DETA), a tetraetilén-pentamin (TEPA) és a zobutilén-borostyánkősavanhidrid származékok előállítása

Nagy molekulatömegű poliszukcinimid típusú diszpergense

val, vagy PIBDIBA-val (1.15. és 1.16. ábrák) acilezik a felk előállításakor a PIBBA-használt poliaminokat vagy alkoholokat. Előállításukra az iparban az alábbi eljárásokat alkalmazzák.

1. Poliizobutilén és maleinsavanhidrid reakciója klór jelenlétében: Az előállított termék mindig tartalmaz - néhány ezer ppm mennyiségben – klórt, amit a poliolefin konverziójának növelésére és a reakcióidő csökkentésére alkalmaznak.

Környezetvédelmi okok miatt az eljárás jelentősége egyre csökken. Az alkalmazott reakcióidő 2-10 óra. Ezalatt 75-125°C-on végbe megy a poliolefin

direkt klórozása, majd a maleinsavanhidridet a klórozott poliolefinnel reagáltatják 180-200°C-on, és az alkalmazott mólaránytól függően kialakul a

direkt klórozása, majd a maleinsavanhidridet a klórozott poliolefinnel reagáltatják 180-200°C-on, és az alkalmazott mólaránytól függően kialakul a

In document Molibdén tartalmú poliizobutilén-poliborostyánkősav alapú motorolaj adalékok előállítása és vizsgálata (Pldal 16-0)