Загущающие присадки к гидравлическим маслам.

Загущающие присадки представляют собой высокомолекулярные малорастворимые полимеры, увеличивающие вязкость масла при повышенных температура и минимально влияющие на нее при пониженных. Современные промышленные загущающие присадки представлены двумя химическими семействами углеводородными (такими как этилен-пропиленовые сополимеры) и эфиросодержащими (например, полиметакрилатами). Там, где нужен высокий индекс вязкости и улучшенные низкотемпературные свойства, преобладают полиметакрилатные загущающие присадки.

Полимеры как присадки в используемых концентрациях должны полностью растворяться в смазочном масле и растворимость их должна быть стабильной в диапазоне температур применения; они должны быть устойчивы к термической и механической деструкции в условиях работы двигателя, механизма или агрегата и должны обладать высокой загущающей способностью, обеспечивающей необходимый уровень вязкости масла при минимально возможных затратах полимера.[15]

Загущающие присадки на базе сополимеров олефинов (в дальнейшем СВП) представляют собой малорастворимые сополимеры этилена и пропилена, которые также могут содержать третий мономер - несопряженный диолефин. В силу своей высокой загущающей способности и относительно низкой стоимости они занимают лидирующее положение на рынке вязкостных присадок.

Присадки повышающие индекс вязкости, расширяют интервал рабочих температур гидравлических масел. Они состоят из свернутых в клубки полимерных макроцепей, которые при повышении температуры развертываются, увеличивая вязкость масла. Благодаря этому свойству кинематическая вязкость масел с вязкостными присадками при повышенных температурах больше, чем у масел, которые при 40°С имеют туже вязкость, но не содержат вязкостных присадок.

Для гидравлических масел важна стабильность вязкостных присадок к сдвигу. Полимер с недостаточной стабильностью к сдвигу быстро разрушается под действием механических напряжений в насосе и теряет способность загущать масло при повышенных температурах. Из-за этого толщина масляной пленки становится меньше оптимальной и ускоряется износ насоса. Стабильность вязкостных присадок к сдвигу с уменьшением их молекулярной массы обычно повышается, но одновременно ухудшается их загущающая способность. В промышленности наблюдается тенденция к переходу на более стабильные загущающие присадки, обусловленная стремлением продлить срок службы насоса. Для этого нужны низкомолекулярные присадки, хотя и приходится применять их в повышенных концентрациях.

Метакрилатная присадка представляет собой линейный полимер состоящий из звеньев с боковыми углеводородными цепями трех классов длины: короткими, промежуточными и длинными.

Алкильный метакрилат с короткими боковыми цепями содержит от 1 до 7 атомов углерода. Звенья с короткими боковыми цепями влияют на размер полимерных клубков, определяя тем самым индекс вязкости раствора полимера в масле. Цепи промежуточной длины содержат от 8 до 13 атомов углерода и придают полимеру растворимость в углеводородных растворителях. Длинные боковые цепи содержат 14 и более атомов углерода и отвечают за взаимодействие с кристаллизующимся парафином, т.е. за снижение температуры текучести.

Структура депрессорных ПМА отличается от структуры вязкостных ПМА тем, что обычно содержит лишь два их трех указанных выше типов компонентов. Это длинноцепочные мономеры, предотвращающие рост кристаллов парафина, и мономеры с боковыми цепями промежуточной длины. Выбранные мономеры смешивают в определенном соотношении, обеспечивающем нужный баланс упомянутых выше свойств, после чего смесь полимеризуют.

В товарные ПМА растворитель добавляют в таких количествах, чтобы продукт был удобен в обращении. Количество растворителя зависит от молекулярной массы полимера, так как она сильно влияет на вязкость. Как правило, чем выше молекулярная масса продукта, тем больше требуется растворителя. Концентрация полимера в коммерческих продуктах может колебаться в очень широких пределах от 30% до 80% масс.

Загущающие присадки, состоящие из смесей полимеров ПМА и сополимеров олефинов, по своим вязкостным свойствам являются промежуточными между СВП с их высокой загущающей способностью и ПММА, придающими хорошие низкотемпературные свойства. Однако простое физическое смешивание присадок двух типов из-за их несовместимости не дает нужных результатов. Задача решается применением композиционной присадки, а именно крафт-сополимера, получаемого прививкой ПМА к СВП, что дает возможность приготовить совместимую смесь, состоящую из 70% ПМА и 30% СВП. Эмульгированием можно получать продукты с очень высоким содержанием полимера, в которых ПМА является непрерывной фазой в слабополярном растворителе, а высоковязкая фаза СВП существует в виде мицелл. Смеси ПМА и СВП могут проявлять синергизм загущающих и депрессорных свойств.

Полиметакрилаты – довольно стабильные соединения, не вступающие в химические взаимодействия в обычных и даже сравнительно жестких условиях. Химическое строение вязкостных и депрессорных присадок таково, что в молекуле отсутствуют активные центры, благодаря чему обеспечивается максимально высокая стабильность в жестких условия работы смазочных материалов. Так присадки ПМА добавляются для изменения лишь физических свойств, т.е. вязкости и температуры текучести, можно ожидать, что химическая активность им не нужна.

Загущающие присадки позволяют воспользоваться преимуществом всесезонности смазочных материалов различного назначения, в том числе моторных масел, масел для автоматических коробок передач, высокоиндексных гидравлических жидкостей, редукторных масел и множества других смазочных материалов, которые используются преимущественно вне помещений.

Загущающие свойства вязкостных присадок любого химического класса обусловлены размерами их молекул, гигантскими по отношению с окружающими молекулами растворителя. Полимерные нити свернуты в клубки неправильной формы. Размер клубка (точнее, его гидродинамический объем) пропорционален кубу среднеквадратичного расстояния между концами полимерной цепи, т.е. проще говоря, молекулярной массе полимера. Согласно решеточной теории вязкого течения, сегменты полимерных молекул заполняют дырки решетки (образованной всеми окружающими молекулами), ограничивая способность меньших молекул участвовать в движении через нее. Степень увеличения вязкости зависит от размера клубков, более высокомолекулярные полимеры обеспечивают лучшее загущение.

С изменением температуры клубки полиметакрилатной вязкостной присадки в растворе сворачиваются и разворачиваются. При пониженных темперурах ПМА сравнительно плохо растворим в масле. Это не означает, что он выпадает из раствора; просто из-за пониженной растворимости полимерные клубки сворачиваются, занимая меньший объем, и дают меньший вклад в вязкость. При повышении температуры растворимость улучшается, клубки разворачиваются до максимального объема и все больше увеличивают вязкость. Процесс разворачивания полимерных клубков полностью обратим. Независимо от предыстории пребывания в растворе, клубки продолжают сворачиваться и разворачиваться сообразно температурным изменениям. Напротив, неполярные полимерные загустители хорошо растворимы в маслах при любых температурах. Размеры клубков таких загустителей куда менее зависимы от термических колебаний.

Оптимальная растворимость ПМА в масле (даже при крайне низких температурах) достигается, если средняя длина боковых цепей составляет не менее восьми атомов углерода. Таким образом, общую растворимость в масле создает мономер с линейным или разветвленными боковыми цепями, содержащими от 8 до 14 атомов углерода. Для обеспечения взаимодействия с кристаллизующимся парафином могут быть внедрены более длинные цепи, содержащие свыше 14 атомов углерода. Очень короткие цепи (содержащие от 1 до 4 атомов углерода) уравновешивают состав полимера и доводят среднюю длину цепи до 8 атомов углерода, что нужно для растворимости в парафиновых минеральных маслах. Средняя длина боковых цепей лучше характеризует вязкостно-температурные свойства полимера, чем детальное строение его боковых цепей.