Преимущества использования смазочных материалов на основе

Преимущества использования смазочных материалов
на основе Полиалкиленглиголей
ПАГ
«Высокотехнологичные компоненты для современных смазочных материалов»
Россия, Репино, 2011г.
Вячеслав Старков
1
Химическая компания Dow Chemical – Кто мы
§ Компания основана в 1897 году Гербертом Г. Дау. Штаб-квартира
расположена в г. Мидлэнд, штат Мичиган, США
§ Компания осуществляет поставки широкого спектра продукции и услуг
для клиентов в более чем 160 стран мира
§ Объем продаж за 2010 год составил более $53 млрд. долларов
§ Производственные предприятия расположены в 35 странах мира
§ Численность занятых в компании 46,000 сотрудников по всему миру
§ 1 апреля 2009 года компания Dow поглотила компания Rohm and Haas,
обладающей 15,000 сотрудников
2
Производственные сегменты компании Dow
Высокотехнологичные материалы
Специальные материалы и
материалы для
электроники
Покрытия и
инфраструктура
Медицина и сельскохозяйственная наука
Медицина и
сельскохозяйственная наука
Высококачественные и высокоэффективные продукты и системы
Высококачественные
системы
Высококачественные
продукты
Базовые материалы
Базовые пластики
Базовая химия
Углеводороды и
энергетика
3
Полигликоли, Поверхностно-Активные вещества и
Функциональные жидкости Dow
§ Глобальный бизнес объемом миллиард долларов
§ 27% продаж осуществляются в Европе и Ближнем Востоке,
Индии, Африке
§ Более 300 продуктов, используемых в различных областях
применения
§ Направленность на ключевых клиентов и сегменты рынка
§ Нацеленность на рост на развивающихся рынках
4
Полигликоли, Поверхностно-Активные вещества и
Функциональные жидкости Dow
§ Глобальный поставщик синтетических базовых
жидкостей
§ Основная молекула – Полиалкиленгликоль (ПАГ)
§ Только один канал выхода на рынок: через
разработчиков рецептур
5
Полигликоли, Поверхностно-Активные вещества и
Функциональные жидкости Dow
EU Participation
by Market
(in(по
Volume)
Присутствие
на Европейском
рынке
объему)
Органические
теплоносители,
11%
Heat
Transfer Fluids,
11%
Фармацевтика,
6% Pharma, 6%
Топливные
добавки,
Fuel
Additives,
3% 3%
Others,
Другое,4%
4%
Пищевые продукты и
Food
& Fermentation,
ферментация,
14% 14%
Industrial Lubes, 27%
Промышленные
смазочные вещества,
27%
Cleaning, 9%
Чистящие средства, 9%
Текстиль,
3%3%
Textile,
Pulpи&бумага,
Paper,2%
2%
Целлюлоза
Paints
& иCoatings,
Краски
покрытия,9%
9%
Construction, 2%
& Gas, 5%
НефтьOil
и газ,
5%
Строительство, 2%
Water Treatment,
Водоочистка,
4% 4%
6
Производственные площадки промышленных смазочных
веществ
Click to edit Master text styles
Second level
●
Third level
●
Fourth level
●
Fifth level
7
Полигликолевые смазочные вещества в Западной Европе
Потребление смазочных веществ на основе
Полиалкиленгликолей (ПАГ) в Западной Европе в
зависимости от типа применения (по объему)
5%
10%
5%
Гидравлические
Hydraulic
Fluids
жидкости
14%
Аппретирование
Textile
Spin Finish
текстильных волокон
Compressors
18%
Компрессоры
Refrigerant Oils
Масла для хладагентов
15%
Metalworking Fluids
СОЖ для
Gears
and Bearings
металлообработки
Other
Шестерни
33%
и подшипники
Другое
8
Строение Полигликолей и схема алкоксилирования
Общая схема реакции
R = H, метил или этил
R'
-
O
+ n
H2C
O
Инициатор (спирт)
R'
CH R
Оксид
O
(
CH2 CH O ) CH2 CH OR
n-1
R
Полигликоль (полиол)
9
Состав базовых компонентов на основе Полиалкиленгликоля (ПАГ)
§ Статистические сополимеры этиленоксида и
пропиленоксида растворимы в воде
EO
PO
§ Гомополимеры пропиленоксида нерастворимы в воде
(а также не растворяются в минеральных маслах)
PO
§ Гомополимеры бутиленоксида растворяются в
минеральных маслах
BO
10
Обычное восприятие ПАГ
Узнаваемые
положительные
характеристики
●
●
Отличные
свойства
пленкообразова
ния
Гидролитич
еская
стабильнос
ть
●
●
Воспринимаемые
негативно
характеристики
●
Пре
иму
ще
ств
а
Контроль
Недо
образовани
статк
я нагара
и
●
Высокие
индексы
вязкости
Хорошее поведение
при низких
температурах
Совместимость с
эластомерами
Гигроскопич
ность
состоит
в разработке
●
Проблема
●
Смешиваемость с минеральными
маслами убрать негативно
смогут
ПАГ которые
воспринимаемые свойства ПАГ
11
Основные характеристики / преимущества Полигликолей
Удобство применения
Очень высокая способность к растворению
Превосходная термо-окислительная стабильность
Энергоэффективность
Снижение трения
Очень высокие индексы вязкости
Снижение износа
Уменьшение образования нагара
Снижение трения
Совместимость с присадками (цинкдиалкилдитиофосфат)
Экологичность окружающей среды
Биоразлагаемость ( более 70% по OECDf)
Пищевой статус (на стадии регистрации) для UCON OSP-68 и выше
Увеличение срока эксплуатации масла
Превосходная термо-окислительная стабильность
Высокие коэффициенты теплоемкости
Хорошая гидролитическая стабильность
12
Маслорастворимые полиаликиленгликолей (ПАГ)
Марка UCON
Вязкость
при 40˚C,
Вязкость
при 100˚С,
Индекс
вязкости
Точка
застывания,
Точка
вспышки
(СОС),
Точка
воспламен
ения,
Испытание
износа на 4шарик.машине,
Еденица
измерения
сСт
сСт
˚C
˚C
˚C
мм
Метод
тестирования
ASTM
D445
ASTM
D445
ASTM
D2270
OSP-32
32
6,5
OSP-46
46
OSP-68
ASTM
D97
ASTM
D92
ASTM
D92
ASTM
D4172
146
-57
216
242
0,58
8,5
164
-57
210
240
0,58
68
12
171
-53
218
258
0,48
OSP-150
150
23
186
-37
228
258
0,43
OSP-220
220
32
196
-34
226
258
0,46
OSP-320
320
36
163
-37
230
260
0,45
OSP-460
460
52
177
-35
235
260
0,43
OSP-680
680
77
196
-30
243
260
0,38
13
Типичная растворимость с маслами 1-4 групп
Растворимость более 10% OSP в минеральных маслах
1 группа минеральные масла
2 и 3 группа минеральные масла
Выс.
Растворимость
Растворимы
Мал.
18
Выс.
32
46
68 150 220 320 460 680
4 группа ПАО низкой вязкости
Растворимость
Раств.
Раств.
18 32
Раств.
46 68 150 220 320 460 680
4 группа высокой вязкости
Выс.
Не раств.
Мал.
Мал.
Не
Раств.
Раств.
18 32 46 68 150 220 320 460 680
Растворимость
Растворимость
Выс.
Мал.
18
Раств.
32
Не раств.
46 68 150 220 320 460 680
14
Свойство растворимости базовых масел
Типичные компоненты базовых масел
Изопарафины
Менее
полярны и
менее
растворимы
Нафтены
Nпарафины
Ароматика
Полярные *
молекулы
1 группа
2 группа
3 группа
4 группа
* например соединения серы
Базовые масла 3 и 4 групп
•
Более высокое содержание изо-парафинов
•
Низкое содержание ароматики (или отсутствие)
•
Вызывают сложности при формулировании из-за низкой растворимости
функциональных присадок
15
Сравнение анилиновых точек
Типичные значения ASTM D611-01
140
Анилиновая точка , oC
120
100
80
60
Добавки, используемые
для увеличения
растворимости базовых
масел
40
20
OSP
0
-20
-40
Маслорастворимые ПАГ предоставляют формуляторам
возможность уввеличить растворимость базовых масел 2-4
групп
16
Сравнение гигроскопичных свойств ПАГ различной природы
Гигроскопичность и природа ПАГ
8
6
OSP-46
% воды
ас.
м
OSP-220
4
EO/PO
PO
2
Условия теста
50oC, 80% относительной
влажности
250мл образца в 400 мл
мензурке (диаметр 8см)
________________________
EO/PO = статистические
сополимеры EO/PO и ISOVG46
PO = гомополимеры PO и
ISOVG-46
0
0
2
4
6
8
10
Время, дней
12
14
16
OSP-46 и 220
маслорастворимые ПАГ (на
основе окиси бутилена)
Гигроскопичность маслорастворимых ПАГ значительно меньше обычных ПАГ
•
Более высокое соотношение углерода и кислорода в полимере уменьшает сродство к воде
•
ПАГи представляют собой полимерную «губку» связывая воду внутри структуры (вода не является
связанной на уровне тысячи ppm)
•
17
Совместимость с уплотнителями NBR Elastomer
Эластомер: 72NBR902
Условия теста: статичн, 1000 час при 100 C
Марка масла
PAO-8
PAO-40
UCON OSP-46
UCON OSP-220
Diester
PAO-8 (80%)/Diester (20%)
PAO-40 (80%)/Diester (20%)
PAO-8 (80%)/ UCON OSP-46 (20%)
Изменение
объема, %
-5.8
-6.8
-1.6
-6.3
+7.7
-3.3
-2.5
-4.3
Изменение
твердости
8.5
7.4
2.7
4.8
-4.9
3.9
2.7
4.8
18
Совместимость с уплотнителями FKM Elastomer
Эластомер: 75FKM585
Условия теста: статичн, 1000 час при 130 C
Марка масла
Изменение
объема, %
Изменение
твердости
PAO-8
3.7
-2.0
PAO-40
0.9
-4.7
UCON OSP-46
9.4
-7.4
UCON OSP-220
1.8
-1.7
Diester
11.4
-3.0
PAO-8 (80%)/Diester (20%)
3.0
-1.9
PAO-40 (80%)/Diester (20%)
2.0
-1.7
PAO-8 (80%)/ UCON OSP-46 (20%)
5.0
-1.8
19
Водоотделение и теплопроводность
Способность к деэмульгированию
(масло\вода\эмульсия)
OSP-46
40\37\3 (10)
OSP-220
44\36\0 (30)
По сравнению с традиционными ПАГ (например водорастворимыми) OSP обладают
свойством водоотведения
Марка
Теплопроводность
при 25С
Теплопроводность
при 60С
Вт\м С
Вт\м С
OSP-32
0,14
0,12
OSP-46
0,14
0,13
OSP-68
0,15
0,13
OSP-150
0,15
0,13
OSP-220
0,15
0,16
20
Термическая устойчивость: полиалкиленгликоли (ПАГ) в
сравнении с углеводородами
Пример: защита от нагара в воздушных
компрессорах
Click to edit Master text styles
Second level
●
Third level
●
Fourth level
●
Fifth level
Минеральное
масло
ПАГ
21
Растворимость и образование нагара
Количество агломератов
увеличивается, образуя
нагар, прилипающий к
стенкам
Образование
малых
агломератов
Высокомолекулярные
полярные побочные
продукты
Неполярная
жидкость
Условия,
стимулирующие
образование нагара
ТТемпература, системность,
цикличность и время
Гомогенный
Низкокомолекулярные
полярные побочные
продукты
Полярная
жидкость
раствор
R3
R3
O
R1
O
R4
O
Продукты окисления ПАГ –
малые полярные соединения.
R4
R1
O
O
R2
R2
Дополнительные продукты
деградации могут
возникать, но они
растворимы
OH
Они растворимы в ПАГ
O
R4
O
O
O
R3
H3 C
OR 4
OH
22
Контроль образования осадка – влияние добавления
маслорастворимых полигликолей (OSP) на минеральные масла
Испытание кислородного окисления продувкой воздуха при 120ºC – 0.5% фенольного антиоксиданта
Минеральное масло
до теста
Минеральное масло
через 1 месяц
В пробирке происходит
образование осадка
Минеральное
масло + 20%
OSPдо теста
Минеральное масло + 20%
OSP
через 1 месяц
Более светлый и
прозрачный
23
Контроль образования осадка – эффект концентрации OSP
Модифицированный ASTM D2893B при 120oC
Минеральное масло 1 группы
Минеральное масло 1 группы + OSP-46 (10%)
Отсутствие
нагара
Нагар
0
14день
0
50 день
Минеральное масло 1 группы + OSP-46 (5%)
14день
50 день
Минеральное масло 1 группы + OSP-46 (1%)
Отсутствие
нагара
0
14день
50 день
Мин.
нагар
0
14день
50 день
24
Контроль образования осадка –OSP в сравнении с эфирами и
алкилированными
нафталинами
Минеральное масло 1 группы
Минеральное масло 1 группы + OSP-46 (10%)
Отсутствие
нагара
Нагар
0
14 день
0
50 день
Минеральное масло 1 группы + эфир (10%)
14 день
50 день
Минеральное масло 1 группы +
алкилированные нафталины(10%)
Нагар
Нагар
0
13 день
41 день
0
13 день
41 день
25
Коэффициенты трения базовых масел на примере ISOVG-46
OSP имеют более высокий
коэффициент трения чем
ПАГ на основе сополимеров
EO/PO.
Коэффициент трения ПАГ
зависит от структуры и
следует
EO/PO < OSP < PO
26
Характеристики трения OSP как добавки для ПАО
Использовался ПАО-8 без добавок
Мини установка для трения, стальной шар на стальном диске, температура 80oC, скорость 15 мм/сек,
соотношение скольжения к качению = 10%, Давление = 0.9гПа
0,4
0,35
0,3
PAO
0,25
PAO + 10% OSP
PAO + 8% OSP
0,2
PAO + 5% OSP
я
тр
н
ц
и
ф
е
о
К
0,15
PAO + 8% Polyol ester
0,1
0,05
0
0
500
1000
1500
2000
Время (сем)
OSP могут быть использованы в качестве альтернативы
синтетическим эфирами и другим продуктам снижающим трение
27
Трибологические характеристики в присутствие добавок
ZDDP - Диоктилдитиофосфатов цинка
Мини установка для трения, стальной шар на стальном диске, температура 80oC, скорость 100мм/сек,
соотношение скольжения к качению = 50%, Давление = 1гПа
Состав А
PAO-8 + ZDDP (1%)
Состав Б
PAO-8 + ZDDP (1%) +
OSP-46 (10%)
28
Кривые Штрибека
Мини установка для трения, стальной шар на стальном диске, температура 80oC, скорость 7-3200мм/сек,
соотношение скольжения к качению = 50%, Давление = 1гПа
Состав A
PAO-8 + ZDDP (1%)
Состав Б
PAO-8 + ZDDP (1%)
+ OSP-46 (10%)
29
Пленкообразование
Состав А
PAO-8 + ZDDP (1%)
Толщина пленки через 4 часа = 100нм
Состав Б
PAO-8 + ZDDP (1%) + OSP-46 (10%)
Толщина пленки через 4 часа = 100нм
При использовании OSP и ПАО
образуется стабильная пленка
30
Летучесть OSP по NOACK
% Evaporation weight loss
12
10
Метод CEC-L-40
При использовании
антиоксидантов летучесть ПАГ
можно подавить
8
6
4
2
% Evaporation weight loss
0
16
14
12
10
8
6
4
2
0
31
Устойчивость к окислению OSP
RPVOT – ASTM D2272
RPVOT, мин
10
Начало температуры деградации, oC
12
% изменение вязкости
12
8
6
4
2
ASTM D2893B – 121oC, 312 час
10
8
6
4
2
0
0
12
10
8
6
4
2
Термо-гравиметрический анализ
Скорость нагрева 10oC/мин, в воздухе
Начало замера= 2%потери массы
Тесты показали:
ПАГи OSP обладают такими хорошими
свойствами как ПАГ на основе сополимеров
Совместимость с обычными аминовыми
антиоксидантами
AO = алкилированный дифениламин
EO/PO =базовое масло ПАГ ISOVG-46
0
32
Рекомендации к использованию UCON OSP
В качестве базового масла
OSP-32
OSP-64
OSP-68
Гидравлические масла
Х
X
X
Газовые компрессора
X
X
X
Индустриальные газовые турбины
X
X
OSP-220
OSP-320
OSP-460
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
OSP-68
OSP-150
OSP-220
OSP-320
OSP-460
OSP-680
X
X
Индустриальные передачи
Автомасла
X
Пластичные смазки
Модификатор трения
OSP-32
OSP-64
X
X
Модификатор вязкости
Уменьшение нагара
X
OSP-680
X
X
Деформация металла
В качестве добавки
OSP-150
X
X
33
Список возможных применений
СОЖ
Пластичные смазки
Трансмиссионные масла
Пассажирские автомасла
Высоконагруженные двигатели
Автомобильные трансмиссионные масла
Гидравлические жидкости
Огнестойкие жидкости
Газотурбинные масла
Компрессорные масла
Теплоносители
34
Пример использования
Пластичные смазки
Продукт
Высокотемпературная NLGI литиевая комплексная смазка
Проблема
Увеличить интервалы замены подшипников скольжения
Thomsom Linear Motion
используемых в ж\д компанией
Решение
Формулировать пластичную смазку используя OSP-220 и выше, использовать меньше загустителя
Результат
20% снижение используемого загустителя
Повышение температуры каплеобразования от 280 до 320 С
Увеличение рабочих интервалов с 500 до 10000
Снижение энергии и времени требуемого на производство смазки
35
Пример использования
Трансмиссионное масло
Продукт
ISO 220 трансмиссионное масло
Проблема
Маленькие, высоконагруженный передачи работающие при температуре 150-160С
используемые 24\7
Решение
Заменить базовое масло на OSP-220
Результат
Меньшее образование нагара
Уменьшенное трение
Увеличенный интервал замены с 3 месяцев до 12 месяцев
36
Пример использования
СОЖ
Продукт
Полусинтетическая СОЖ
Проблема
Улучшить чистоту работы фрезерного станок с ЧПУ типа CNC
и токарного станка для чугуна и алюминия
Решение
Использовать OSP как синтетическое базовое масло
Результат
Отсутствие нагара для чугуна
37
Пример использования
Автомобильные масла
Продукт
Гоночное авто масло
Проблема
Увеличение отдачи энергии и экономия топлива
Решение
Использовать 1-30% OSP в вашей текущей рецептуре
Результат
Значительное увеличение лошадиных сил
Уменьшение потребления топлива
Гоночная команда OAK racing –
гонка 24 часа Леман, 2011
38
Спасибо!
www.dow.com/ucon/osp
+74956637820
osp@dow.com
39