Базовые масла 1 группы. Группы качества моторных масел. Нс-синтетические базовые масла

Что лить в мотор? Чем отличаются масла, кроме цены? Что было раньше и куда идем сейчас? Попробуем разобраться...

Любое масло – это смесь основы , называемой базовым маслом, и пакета присадок, за счет которых формируются заданные свойства масла – вязкостные, противоизносные, противозадирные, антиокислительные, моющие и другие.

Вид базового масла определяет итоговый тип масла – минеральное, синтетическое или частично синтетическое масло, в просторечии называемое «полусинтетикой». Само понятие «синтетическое масло» является довольно широким. Под таковым понимается масло, основа которого получена путем химического синтеза. На практике же в интересах Его Величества Маркетинга фирмы трактуют состав масел достаточно широко, причем в своих интересах. В профессиональном сообществе принято полагаться на систему классификации API (American Petroleum Institute), следование которой четко разделяет масла по группам.

Базовые масла, согласно этой классификации, делятся на пять основных групп:

- Группа I – базовые масла, полученные методом селективной очистки и депарафинизации. Простой и дешевый вариант, который получается на конечной стадии переработки нефти, после того, как из нее отогнаны бензиновые и дизельные фракции. Это масла, которые в обиходе называются «минеральными». Операции селективной очистки и депарафинизации требуются для удаления из масла смол, серы, разложения парафинов на более короткие и легкие группы углеводородов. За счет этого удается достичь приемлемых депрессорных свойств масла и более-менее допустимой зависимости вязкости от температуры.

С одной стороны, на таких маслах ездили наши отцы и деды, и особых проблем не испытывали. С другой, менять масло надо было раз в три-пять тысяч километров, да и степень форсирования моторов была очень невысокой по современным меркам. Зато – дешево.

• Группа II – так называемые «улучшенные минеральные», высокорафинированные базовые масла с низким содержанием ароматических углеводородов и парафинов. Это та же «минералка» по базе и технологии получения, но несколько улучшенная по свойствам. На базовых маслах этой группы производятся большая часть современных минеральных масел. Используют ее и производители полусинтетических масел, смешивая основы второй группы и третьей групп;
• Группа III – базовые масла, полученные по технологии каталитического гидрокрекинга (НС-технология) . Это термический крекинг нефти при определенных температурах и давлении, проводимый в среде водорода в присутствии специальных катализаторов. Этот метод позволяет решить несколько задач.

Во-первых, удаляются сера и азот, наличие которых в моторном масле нежелательно: они ухудшают экологические показатели и повышают коррозионную активность масла.

Во-вторых, удаляются нестабильные непредельные углеводороды – насыщаясь водородом, они переходят в стабильные предельные. Тем самым обеспечивается сохранение свойств базового масла во времени. В-третьих, тяжелые ароматические и парафиновые углеводороды разбиваются на более легкие, что резко улучшает вязкостные и депрессорные свойства базового масла.

Как следствие, требуется меньший объем загущающих и депрессорных присадок, свойства масла от партии к партии и во времени становятся более стабильными и предсказуемыми.

По сути, это тоже минеральные масла, но со свойствами, приближенными к синтетическим. Некоторые фирмы называют их либо полусинтетическими, либо синтетическими, либо гидросинтетическими. На современном рынке масел именно эта группа является преобладающей.

Главная проблема эстеров, помимо их высокой цены, это очень неважная смазывающая способность. Потому эстеры используют лишь как компоненты базовых масел 4-ой и 5-ой группы, добавляя их в базовое масло на основе ПАО в объеме, не превышающем 5...20%. Область применения таких масел – высокофорсированные двигатели, в том числе спортивные, с которых требуется усиленная защита мотора от износа.

Соотношение между классами вязкости моторных масел по ГОСТ 17479.1 и SAE J300

Подробнее о том, чем именно базовые масла более высоких групп лучше обычных «минералок», мы поговорим в следующих статьях: "

Смазочные материалы состоят из двух основных компонентов - это базовые масла и наборы присадок. Рецептуры производства масел могут различаться у производителей, но качество базовых масел оказывает существенное влияние на конечный продукт. Американский институт нефти (API) выделяет четыре основные группы, которые могут использоваться для создания моторных масел.

• Группа 1 - это базовые масла с наименьшей степенью очистки. В настоящее время редко используются для производства автомобильных смазочных материалов. Применяются для наименее нагруженных условий работы.
• Группа 2 – это базовые масла, полученные путем гидрокрекинга и изомеризации. Они часто используются в минеральных маслах, продаваемых сейчас на рынке. Группа 2 базовых масел значительно превышают базовые масла группы 1 по степени очистки. Это означает, что масла, полученные из базовых масел группы 2 и набора присадок, будут иметь большие интервалы замены, и меньше подвержены окислению.
• Группа 3 – классификация API определяет разницу между базовыми маслами группы 2 и 3 через индекс вязкости (V.I. - viscosity index). Базовые масла группы 2 имеют индекс вязкости 80-119. Базовые масла группы 3 имеют индекс вязкости 120 и выше. Они часто называются маслами с высоким индексом вязкости very high V.I. (VHVI). В настоящее время производители моторных масел, используя базовые масла группы 3, указываю: synthetic или semi-synthetic.
• Группа 4 – это базовые масла, которые являются углеводородными синтетическими жидкостями. В промышленных объемах их получают путем синтеза молекул децена в олигомеры или полимеры с короткими цепями.

Есть несколько типов синтетических базовых основ. Одна из наиболее распространенных - масла на основе полиальфаолефина (Polyalphaolefins или PAO). Они имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными маслами:

• Отсутствие примесей соединений серы и металлов обеспечивает высокие антикоррозионные и антиокислительные свойства. Это означает, что они могут обеспечивать большие интервалы замены масла и уменьшение нагаров и лаковых отложений
• Отсутствие примесей, которые всегда являются катализаторами старения масла, делает синтетическое базовое масло весьма устойчивым к воздействию высоких температур. Так, например, если масла минерального происхождения начинают серьезно окисляться уже при температурах выше 130°C, то ПАО выдерживают рабочие температуры до 150°C без какой-либо потери рабочих свойств. Отсутствие случайных молекул малого размера обеспечивает низкую летучесть синтетических базовых масел по сравнению с минеральными.
• Отсутствие линейных парафинов снижает естественную температуру застывания до очень низких значений.

Важно отметить, что с развитием технологий базовых масел, эволюционировали и составы присадок. Например, синтетическая основа ПАО в чистом виде является агрессивной, поэтому компания Lubri-Loy использует уникальные пакеты присадок, позволяющие маслам Lubri-Loy быть совместимыми с любыми типами прокладок, применяемыми в автомобилестроении.

Компания Lubri-Loy активно нацелена обеспечивать потребителей качественными синтетическими моторными маслами. Для изготовления полностью синтетических масел (Full Synthetic motor oil) компания Lubri-Loy использует полностью синтетическую основу - API (категория IV) PAO базовое масло и ультрасовременные пакеты присадок. Это позволяет моторным маслам отвечать и превосходить требования для современных бензиновых двигателей, например, в настоящий момент масла Lubri-Loy имеют самые новые одобрения API SN Resource Conserving, ILSAC GF-5.

Современные пакеты присадок, используемые в Lubri-Loy, предварительно активно проверялись на соответствие заявленным требованиям. Для проверки качества продукции, каждая партия продуктов Lubri-Loy проходит ряд тестов в лаборатории, расположенной на территории завода. Это позволяет гарантировать соответствие всех параметров синтетических моторных масел Lubri-Loy требованиям стандартов API и ILSAC.

Продукты Lubri-Loy используются по всему миру, включая Китай и другие развивающиеся рынки Азии. В 2010 году за достижения в области экспорта компания Лубри-Лой получила почетный сертификат «Export Achievement Certificate».

На фото президент компании Lubri-Loy Дейв Грехем и вице президент отделения Lubri-Loy в Азии Дерек Ченг получают сертификат от министра торговли США.

Практически все смазочные материалы (масла и смазки) состоят из масляной или маслоподобной основы (базового масла) и присадок, которые улучшающих природные характеристики основы и/или придают ей новые свойства и особенности. При этом количество присадок меняется от долей процента в турбинных маслах до 25-30 процентов в моторных.

Присадки присадками, однако основные эксплуатационные характеристики полученного смазочного материала будут весьма сильно зависеть от характеристик базового масла.

На сегодняшний день действует международная классификация американского института нефти (API) по которой все производимые базовые масла делятся на 5 групп в зависимости от происхождения, количества в них ненасыщенных углеводородов, серы и присущего им индекса вязкости.

Базовые масла Группы I (Минеральные)

Базовые масла API Группы I в обиходе называются «минеральными» и получаются на нефтеперегонных заводах из сырой нефти. Процесс их производства начинается с атмосферной дистилляции (отгонки) светлых топлив - бензинов, керосина, лигроина на и дизельного топлива. Остаток - мазут - дальнейшей разгонке при атмосферном давлении не подлежит. Однако при пониженном давлении (при разряжении) из него отгоняются различные по вязкости фракции, которые и называются в дальнейшем «базовым маслом API Группы I». Химический состав этого продукта очень разнообразный. В него входят углеводороды с различной длиной углеродной цепи, циклические и ароматические (содержащие бензольное кольцо) углеводороды различной степени насыщения, вещества содержащие азот и серу, и прочие примеси. Конечно же, после отгонки эти масляные фракции подвергаются различным процессам очистки (экстракции растворителями, глинами и т.п.). Все эти очистки из соображений экономии не дают полного эффекта, к тому же понижают общий выход базового масла. Базовые масла Группы I обычно имеют окраску от светло-желтой до темно-коричневой и характерный запах нефтепродуктов. Они имеют самое низкое содержание насыщенных веществ, самое высокое содержание серы и относительно низкий .Из-за очень высокой разнородности молекулярного состав, эти масла имеют низкую окислительную стабильность, высокую испаряемость, относительно высокую температуру потери текучести.

Из-за простоты производства и высокой доступности (их производят практически во всех регионах мира) это самые дешевые масла, на основе которых в настоящий момент производится до 70% общего объема смазочных материалов.

Ба­зо­вые мас­ла по спе­ци­фи­ка­ции API

Но многих производителей оборудования и смазочных материалов эксплуатационные характеристики минеральных базовых масел и получаемых из них минеральных смазочных материалов уже перестают удовлетворять. Главным образом ихне устраивают низкая окислительная стабильность и относительно высокие температуры замерзания. Низкая окислительная стабильность отражается на короткой жизни финишных минеральных масел и смазок. Высокие температуры потери текучести (замерзания) и относительно низкий индекс вязкости сужают температурный интервал их применения. Наличие легких фракций в базовом масле объясняют высокий их «угар»при эксплуатации.

Низкая окислительная стабильность минеральных смазочных материалов в процессе службы выливается в их быстрое потемнение, повышение вязкости, в образовании шламов, лаков и нагаров на деталях смазываемого оборудования, что конечно же не способствует продолжительной жизни этих деталей. Высокие температуры замерзания ограничивают климатические зоны их применимости, вызывая необходимость сезонных замен. Высокий «угар» - дополнительный расход смазочных материалов.

Базовые масла Группы II и III (Гидрокрекинг)

Для уменьшения таких отрицательных черт нефтехимики начали производить базовые масла API Группы II, которые чаще всего называют «гидрокрекинговыми или гидрообработанными». Как видно из названий, процесс заключается в обработке минерального базового масла Группы I водородом при высоких температурах и в присутствие катализаторов. В этих условиях водород присоединяется по ненасыщенным связям углеводородов, «раскрывает» циклические и ароматические цепи. С легкими углеводородами, с соединениями серы и азота, водород образует газообразные продукты, удаляемые из сферы реакции. Длинные молекулы линейных углеводородов (парафинов) разрушаются (крекинг), превращаясь в более короткие молекулы. В результате такой обработки на выходе получаются практически не содержащие серы бесцветные масла, обладающие более высокой степенью насыщенности (а значит и более высокой окислительной стабильностью) и низкой температурой замерзания благодаря меньшему содержанию парафинов. Однако масла Группы II продолжают обладать относительно низким индексом вязкости, сужающим интервал рабочих температур финишных смазочных материалов, произведенных на их основе.

Гидрокрекинговые базовые масла в основном производятся в северной Америке и Южной Корее. Однако спрос на них растет, и многие нефтяные компании (в частности российские) интенсивно модернизируют старые и строят новые установки для производства базовых масел Группы II. Стоимость этих масел и, соответственно, финишных смазочных материалов на их основе в 1.5-1.8 раз выше, чем минеральных.

Требования к финишным смазочным материалам с широким температурным диапазоном использования побудили нефтехимиков производить базовые масла с высоким индексом вязкости. Это достигается опять же при помощи водорода, который в определенных условиях переводит линейные цепочки парафинов в разветвленные. Процесс называется гидроизомеризация. Присутствие таких изомеризованных парафинов повышает индекс вязкости базового масла, но дополнительная операция поднимает стоимость полученных «нетрадиционных» базовых масел API Группы III в 2.3-2.8 раз над минеральными. Но получаемые базовые масла и финишные на их основе еще более химически стабильны, еще меньше «угорают» и обладают прекрасными низкотемпературными характеристиками и высоким индексом вязкости.

Базовые масла Группы IV и V (синтетика)

Желание отказаться от нефти, как источника производства смазочных материалов, побудили химиков заняться строительством углеводородных молекул необходимого размера (в химии их называют поли-альфа-олефинами)для производства синтетических ПАО базовых масел API Группы IV. Их производят на сложных химических установках, сшивая короткие молекулы компонентов природного газа в более длинные, которые называются деценами. На их основе и производят базовые масла и финишные смазочные материалы исключительных характеристик - очень высокая окислительная стабильность, малая испаряемость и очень низкая температура замерзания (чистые поли-альфа-олефины теряют текучесть при температурах ниже -70 °C). Из-за их высокой стоимости (в 4 раза дороже минеральных) ПАО масла используются в основном для изготовления моторных масел, хотя существуют и синтетические трансмиссионные, гидравлические, редукторные и прочие индустриальные масла и смазки.

В последнюю API Группу V входят базовые масла, называемые «истинные синтетики». Это название подчеркивает, что для их производства не используются ископаемые ресурсы (нефть, газ). Получаемые на химических заводах, эти масла (или правильнее говорить маслоподобные жидкости) включают десятки наименований. Это и полиалкиленгликоли, и силиконы, фосфорные и сложные эфиры и многие другие. Их применение обусловлено особыми техническими требованиями к оборудованию, экстремально высокими и низкими температурами, требованиями негорючести, химической инертности и многими другими параметрами. Стоимость этих основ в десятки, а тои в сотни раз выше обычных минеральных базовых масел. Но эксплуатационные требования оправдывают затраты.

В эту же группу включены и растительные масла, которые все чаще используются для производства экологически безопасных индустриальных масел.

Следует обратить внимание, что до середины 2006 г «синтетиками» называли базовые масла IV и V Групп и полученные на их основе финишные смазочные материалы. Однако сейчас производителям смазочных материалов РАЗРЕШЕНО в названии своих продуктов, полученных на основе II, III, IV и V Групп, упоминать слово «синтетика» в различных контекстах. «Минеральными» сегодня остались только материалы Группы I.

Как известно, автомобильные масла классифицируются не только по вязкости, наличию и уровню различных присадок, но еще и по химическому составу. Согласно этой классификации выделяют минеральное, полусинтетическое и синтетическое масла.

Базовые масла на основе, которых делают конечный продукт, разделяют на несколько групп:

Первая группа - обычное минеральное масло , получаемое из тяжелых фракций нефти с помощью различных растворителей.

Вторая группа - очищенные минеральные масла , которые прошли процедуру обработки, за счет этого была повышена стабильность базового масла, в нем становится меньше вредных примесей. Минеральные масла этой группы используются для старых моторов легковых автомобилей, для грузового транспорта, больших промышленных и судовых двигателей, когда необходим недорогой смазочный материал.

Третья группа - масла, полученные с помощью процесса гидрокрекинга. Гидрокрекинг – это название технологии, при помощи которой минеральная основа очищается от примесей и прогоняется для разрыва длинных углеводородных цепочек и насыщается молекулами водорода. При применении этого метода масляная основа видоизменяется на молекулярном уровне таким образом, что состав становится чем-то средним между натуральным и синтезированным. У этого, относительно недавно, появившегося типа масла есть свои положительные качества: во-первых, его стоимость будет ниже, чем у ПАО синтетики, во-вторых, качество его будет несравненно лучше, нежели у минеральных составов. Изначально эти масла относили к глубокоочищенным минеральным маслам или к полусинтетике (по версии некоторых производителей). Но в 1999 году был прецедент, когда компания Exxon Mobil обратилась в суд с иском к компании Castrol, на чьих канистрах с гидрокрекинговым маслом появилась надпись «Synthetic». Решение суда было для многих неожиданным - суд решил, что надпись «Synthetic» - это маркетинговый ход, а не техническое описание товара. После этого решения многие производители стали писать на своих канистрах с гидрокрекинговым маслом «Synthetic». Так как технология производства масел 3 группы много дешевле чем производство классической синтетики на ПАО, эти масла обрели огромную популярность, особенно в свете решения американского суда.

Четвертая группа - полностью синтетические масла на полиальфаолефинах (ПАО). Эти масла получают синтезом нефтяных газов бутилена и этилена. Эта технология позволяет получить почти идеальный состав углеводородных молекул, поэтому масла на основе ПАО обладают уникальными свойствами – способны выдерживать огромные нагрузки, большие обороты, высокие температуры, попадание топлива, без вреда для качества, при этом они более долговечны и стабильны. Гидрокрекинговые масла по многим параметрам могут приблизиться к ПАО, но сохранять эти передовые характеристики в течении длительного срока, они не могут.

Основные минусы ПАО масел – это высокая цена, неспособность растворять в себе присадки и неполярность, т.е ПАО составы не остаются на поверхности. Для растворения присадок в ПАО масла добавляют минеральную основу, а для устранения неполярности – Эстеры – масла 5 группы.

Зачастую бывает сложно отличить ПАО масла от гидрокрекинга, т. к. на той и другой канистре можно увидеть надпись «Синтетика». Только для масел, продаваемых на территории Германии, производителей обязывают указывать на банке «HC – синтез» для гидрокрекинга или «синтетика» для ПАО масел. Есть косвенные признаки, по которым можно определить наличие ПАО в масле. Это температура вспышки – для ПАО масел она может быть 240 °C и выше, когда для гидрокрекинга меньше 225 °C. Тоже касаемо температуры застывания ниже -45°C для ПАО и выше – 38° для гидрокрекинга. Но все это лишь косвенные признаки, определить по ним со 100% вероятностью, что мы имеем ПАО базу или гидрокрекинг, конечно нельзя.

Пятая группа – Эстеры , эфиры, сложные спирты. Для производства товарных масел используются Эстеры - синтетические соединения, полученные из растительного сырья. Эстеры полярны, поэтому остаются на металлических поверхностях и снижают износ. Используют их совместно с маслами предыдущей 4-й группы, получая полностью синтетический продукт, забравший в себя все достоинства ПАО масел и Эстеров. Имея очень стабильную молекулярную структуру, эти масла могут достигать заданных параметров с малым количеством присадок, что очень хорошо для малозольных масел Low Saps, где количество присадок строго регламентировано, так как большинство присадок при сгорании превращается в золу.

Еще об одной группе масел стоит упомянуть отдельно. Технология, берущая свое начало со времен второй мировой войны, кода в Германии ее использовали для изготовления масел для военной техники. Эта технология называется GTL (Gas to Liquid из газа в жидкость). Для производства масел по этой технологии используют природный газ, но технология производства отличается от производства ПАО масел из газа, процесс больше похож на сжижение газа и глубокую очистку, как для гидрокрекинговых масел, поэтому масла GTL относят к базовым маслам 3-й группы. По свойствам и качествам масла GTL находятся между маслами 3 и 4 групп, представляя разумный компромисс между стоимостью и достоинствами. В наше время компания Шелл первой начала производство масел по этой технологии, изначально на заводе своей дочерней компании Pennzoi в Америке и позже на своем новом заводе в Катаре. Все масла Шелл Ультра произведены по этой технологии.

Моторное масло - это смесь 2 основных компонентов - базового масла и пакета присадок.

Применение терминов «Синтетика», «Полусинтетика» либо «Минеральное масло» подразумевает тип базового масла, которое было использовано в производстве смазочного материала.

Само базовое масло делится на группы:

1 группа - это базовое масло, полученное путем очистки нефти реагентами, данная группа содержит в себе много серы и имеет слабые показатели индекса вязкости (зависимость вязкости от температуры). Терминология - «Минеральное масло».

2 группа - это масла очищенные водородом (гидрокрекинг). Масла данной группы почти не содержат серы, при производстве, до момента добавления присадок, представляют из себя практически прозрачную жидкость, за счет чего срок службы самого смазочного материала существенно увеличивается, а уменьшение отложений и нагара в двигателе существенно увеличивает его ресурс. Терминология -«Минеральное масло».

3 группа - это по сути те же масла 2 группы, но с увеличенным индексом вязкости. Индекс вязкости - это показатель, который фиксирует изменение вязкости в зависимости от температуры. Путем дополнительных процессов изомеризации масла получают лучшие показатели как низко-, так и высокотемпературной вязкости, что позволяет быть уверенным в смазочном материале как при запуске в самый сильный мороз, так и при эксплуатации при максимальных нагрузках.Терминология - «Синтетика».

4 группа - это масла на основе полиальфаолефинов. Из-за высокой стоимости производства и после открытия технологий гидрокрекинга и изомеризации (2 и 3 группа базовых масел), позволяющих производить базовые масла, ничем не уступающие им по качеству, объемы производства данной группы постепенно снижаются.

Смешение 3 или 4 групп базовых масел с 1 или 2 группой базовых масел - «Полусинтетика». При смешении 3 или 4 групп базовых масел с 1 группой получается «Полусинтетика» увеличенным показателем по сере и иным элементам, что негативно отражается на ресурсе двигателя.

Классификация базовых масел Американским институтом нефти (API).

Всего 5 групп (API 1509, Приложение E). Группа IV содержит полностью синтетические базовые масла из полиальфаолефинов. Группа V для всех других базовых масел, не включенных в группы I по IV.

Группа 1. Произведено из сырой нефти

Масла классифицируются, как состоящие из насыщенных молекул менее чем на 90%. В них много серы > 0,03%. Диапазон вязкости 80 - 120. Температурный диапазон для этих масел 0°С - 65°С. Базовые масла 1 группы рафинируют с помощью растворителей - это самый простой и дешевый процесс очистки. Именно поэтому масла из этой группы являются самыми дешевыми базовыми маслами на рынке.

Группа 2. Произведено из сырой нефти

Базовые масла группы 2 состоят на 90 % из насыщенных молекул. В них серы < 0,03 % и индекс вязкости 80 - 120. Углеводородные молекулы этих масел являются насыщенными, поэтому базовые масла группы 2 обладают лучшими антиокислительными свойствами, более прозрачные. Эти масла очень распространены на рынке сегодня, и стоят не намного дороже чем масла группы 1.

Группа 3. Произведено из сырой нефти

Базовые масла 3 группы состоят больше, чем на 90% из химически стабильных, насыщенных водородом молекул. Содержание серы < 0,03% а индекс вязкости > 120 ед. Эти масла очищены намного лучше чем базовые масла 2 группы благодаря процессу гидрокрекинга. Этот длительный процесс специально предназначен для получения максимально чистого базового масла из нефти.

Группа 4. Полностью синтетические

Группа 4 - это базовые масла полиальфаолефины (PAO). Производятся методом синтезирования. Имеют более широкий диапазон рабочих температур чем масла из групп 1-3 и подходят для использования экстремально холодных условиях и для высоких температур.

Группа 5 Полностью синтетические

Базовые масла группы 5 - это все остальные базовые масла, включая силикон, фосфатный эфир, полиалкиленгликоль (PAG), полиэфиры, биосмазки и т.д. Эти базовые масла используют в комплексе с другими базовыми маслами для улучшения свойств смазки. Эфиры применяют в виде добавки к базовым маслам для улучшения свойств базового масла. Смесь эфирного масла с полиальфаолефинами (PAO) работает при более высоких температурах, обеспечивают лучшую моющую способность и увеличенный срок использования.