Базовое масло

Базовые масла для моторных масел служат их основой, к которой производители добавляют необходимые присадки для придания им нужных свойств и характеристик. Поэтому базовые автомобильные масла можно рассматривать как некий «фундамент», на котором в дальнейшем основываются все характеристики моторных масел.

Базовые масла подразделяются на пять групп, отличающихся между собой по химическому составу, а значит, и свойствам. От этого зависит, каким будет итоговое моторное масло, продающееся на полках магазинов. А самое интересное, так это тот факт что их производством, как и самих присадок, занимаются лишь 15 мировых нефтяных компаний, в то время, как марок итогового масла намного больше. И тут наверняка у многих возник логический вопрос: в чем тогда отличие масел и какое является лучшим? Но для начала имеет смысл разобраться с классификацией этих составов.

Группы базовых масел

Классификация базовых масел подразумевает деление их на пять групп. Это прописано в стандарте API 1509, приложение E.

Таблица классификации базовых масел по API

Масла 1 группы

Эти составы получаются путем очистки нефтепродуктов, оставшихся после получения бензина или других ГСМ с помощью химических реагентов (растворителей). Еще их называют маслами грубой очистки. Существенным недостатком таких масел является наличие в них большого количества серы, более 0,03%. Что касается характеристик, то такие составы обладают слабыми показателями индекса вязкости (то есть, вязкость очень зависит от температуры и может нормально работать лишь в узком температурном диапазоне). В настоящее время 1 группа базовых масел считается устаревшей и из них производится лишь минеральное моторное масло. Индекс вязкости таких базовых масел составляет 80…120. А температурный диапазон — 0°С…+65°С. Единственное их преимущество — низкая цена.

Масла 2 группы

Базовые масла 2 группы получаются в результате выполнения химического процесса под названием гидрокрекинг. Другое их название — масла высокой степени очистки. Это также очищение нефтепродуктов, однако с использованием водорода и под высоким давлением (на самом деле процесс многоступенчатый и сложный). В результате получается почти прозрачная жидкость, которая и является базовым маслом. Содержание серы в нем менее 0,03%, и они обладают антиокислительными свойствами. Благодаря своей чистоте срок службы полученного на его основе моторного масла значительно увеличивается, а отложения и нагар в двигателе уменьшаются. На основе гидрокрекингового базового масла делают так называемую «НС-синтетику», которую некоторые специалисты относят к полусинтетике. Индекс вязкости в данном случае также находится в диапазоне от 80 до 120. Эту группу называют английской аббревиатурой HVI (High Viscosity Index), что дословно переводится как высокий индекс вязкости.

Масла 3 группы

Эти масла получаются аналогичным образом, как и предыдущие, из нефтепродуктов. Однако особенностями 3 группы является увеличенный индекс вязкости, его значение превышает 120. Чем выше этот показатель — тем в более широком температурном диапазоне может работать полученное моторное масло, в частности, в сильный мороз. Зачастую на основе базовых масел 3 группы делают синтетические моторные масла. Содержание серы здесь менее 0,03%, а сам состав состоит на 90% из химически стабильных, насыщенных водородом, молекул. Другое его название — синтетика, однако по факту ею не является. Название группы иногда звучит как VHVI (Very High Viscosity Index), что переводится как очень высокий индекс вязкости.

Иногда отдельно выделяют группу 3+, базу для которой получают не из нефти, а из природного газа. Технология ее создания называется GTL (gas-to-liquids), то есть превращение газа в жидкие углеводороды. В результате получается очень чистое, похожее на воду, базовое масло. Его молекулы обладают прочными связями, устойчивыми к воздействию агрессивных условий. Масла, созданные на такой базе считаются полностью синтетическими, несмотря на то, что в процессе их создания используется гидрокрекинг.

Сырьевые компоненты 3-й группы отлично подходят для разработки рецептур топливосберегающих, синтетических, универсальных моторных масел в диапазоне от 5W-20 до 10W-40.

Масла 4 группы

Эти масла создаются на основе полиальфаолефинов, и являются основой для так называемой «настоящей синтетики», которая отличается своим высоким качеством. Это так называемые базовое полиальфаолефиновое масло. Производится оно с помощью химического синтеза. Однако особенностью моторных масел, полученных на такой базе, является их высокая стоимость, поэтому они используются зачастую лишь в спортивных машинах и в машинах премиум-класса.

Масла 5 группы

Существует отдельные типы базовых масел, куда входят все другие составы, не вошедшие в перечисленные выше четыре группы (грубо говоря, сюда входят все смазывающие составы, даже не относящиеся к автомобильной технике, которые не вошли в первые четыре). В частности, силикон, фосфатный эфир, полиалкиленгликоль (PAG), полиэфиры, биосмазки, вазелиновые и белые масла и так далее. Они, по сути, являются добавками к другим составам. Например, эфиры служат добавками к базовому маслу для улучшения его эксплуатационных свойств. Так, смесь эфирного масла и полиальфаолефинов нормально работает при высоких температурах, обеспечивая тем самым повышенную моющую способность масла и увеличивая срок его эксплуатации. Другое название таких составов — эфирные масла. Они в настоящее время являются самыми качественными и обладающими самыми высокими характеристиками. К ним относятся эстеровые масла, которые однако производятся в очень малых количествах из-за своей дороговизны (около 3% мирового объема производства).

Таким образом, характеристики базовых масел зависят от способа их получения. А это, в свою очередь, влияет на качество и характеристики уже готовых моторных масел, использующихся в автомобильных двигателях. Еще на масла, полученные из нефти, влияет ее химический состав. Ведь он зависит от того, где (в каком регионе на планете) и каким образом была добыта нефть.

Какие базовые масла лучшие

Испаряемость базовых масел по Noack

Устойчивость к окислению

Вопрос о том, какие базовые масла являются лучшими не совсем корректный, поскольку все зависит от того, какое масло нужно получить и использовать в итоге. Для большинства бюджетных машин вполне подходит “полусинтетика”, созданная на основе смешения масел 2, 3 и 4 групп. Если же речь о хорошей “синтетике” для дорогих иномарок премиум-класса, то лучше покупать масло на основе базы 4 группы.

До 2006 года производителям моторных масел можно было называть «синтетическими» масла, полученные на основе четвертой и пятой групп. Которые считаются лучшими базовыми маслами. Однако в настоящее время разрешается это делать даже в случае, если использовалось базовое масло второй или третьей группы. То есть, «минеральными» остались лишь составы на основе первой базовой группы.

Что получается при смешивании видов

Допускается смешение отдельных базовых масел, относящихся к разным группам. Так можно регулировать характеристики итоговых составов. Например, если смешать базовые масла 3 или 4 группы с аналогичными составами из 2 группы, то получится «полусинтетика» с повышенными эксплуатационными характеристиками. Если же упомянутые масла смешать с 1 группой, то получится также «полусинтетика», однако с уже более низкими характеристиками, в частности, высоким содержанием серы или другими примесями (зависит от конкретного состава). Интересно, что масла пятой группы в чистом виде не используют в качестве базы. К ним добавляют составы из третьей и/или четвертой групп. Связано это с их большой испаряемостью и дороговизной.

Отличительной особенностью масел на основе ПАО, является то, что невозможно сделать 100% ПАО состав. Причина заключается в их очень плохой растворяемости. А она нужна для растворения присадок, которые добавляются в процессе изготовления. Поэтому всегда к ПАО-маслам добавляется некоторое количество средств из более низких групп (третьей и/или четвертой).

Строение молекулярных связей у масел, относящихся к разным группам, отличается. Так, у низких групп (первая, вторая, то есть, минеральные масла) молекулярные цепи похожи на разветвленную крону дерева с кучей «кривых» ветвей. Такой форме проще свернуться в шарик, что и происходит при замерзании. Соответственно, замерзать такие масла будут при более высокой температуре. И наоборот, у масел высоких групп углеводородные цепочки имеют длинную прямую структуру, и им сложнее «свернуться». Поэтому они и замерзают при более низких температурах.

Производство и получение базовых масел

При производстве современных базовых масел можно независимо управлять коэффициентом вязкости, температурой предела текучести, испаряемостью и устойчивостью к окислению. Как указывалось выше, базовые масла производят из нефти или нефтепродуктов (например, мазута), а также есть производство и из природного газа методом конверсии в жидкие углеводороды.

Как производится базовое моторное масло

Нефть сама по себе — сложное химическое соединение, в состав которого входят насыщенные парафины и нафтены, ненасыщенные ароматические олефины и так далее. Каждое такое соединение обладает положительными и отрицательными свойствами.

В частности, парафины обладают хорошей стабильностью к окислению, однако при низких температурах она сводится «на нет». Нафтеновые кислоты при высокой температуре образуют в масле осадок. Ароматические углеводороды отрицательно влияют на окислительную стабильность, а также смазывающую способность. Кроме этого, они образуют лаковые отложения.

Непредельные углеводороды являются неустойчивыми, то есть, они меняют свои свойства со временем и при разной температуре. Поэтому от всех перечисленных веществ в базовых маслах нужно избавляться. И делается это разными способами.

Метан — природный газ которые не имеет ни цвета ни запаха, это простейший углеводород состоящий из алканов и парафинов. Алканы которые являются основой этого газа в отличии от нефтенов имеют прочные молекулярные связи, и как следствие устойчивость к реакциям с серой и щелочью, не образовывать осадков и лаковых отложений, но поддаются окислению при 200°C.

Основная трудность состоит именно в синтезировании жидких углеводородов, но конечным процессом так само является гидрокрекинг, где происходит разделение длинных цепей углеводородов на разные фракции, одной из которых и является абсолютно прозрачное базовое масло без сульфатной золы. Чистота масла составляет 99,5%.

Коэффициента вязкости значительно выше, чем произведенные из PAO, их используют для изготовления топливосберегающих автомобильных масел с большим сроком эксплуатации. Такое масло обладает очень низкой летучестью и отличной стабильностью как при сильно высоких, так и при крайне низких температурах

Производство базового масла

Рассмотрим детальнее масла каждой перечисленной выше группы как они отличаются по технологии своего производства.

Группа 1. Их получают из чистой нефти или других нефтесодержащих материалов (часто продуктов отхода при изготовлении бензина и других ГСМ) путем селективной очистки. Для этого применяют одно из трех элементов — глину, серную кислоту и растворители.

Так, с помощью глины избавляются от азотных и серных соединений. Серная кислота в соединении с примесями обеспечивает осадок шлама. А растворители удаляют парафин и ароматические соединения. Чаще всего пользуются растворителями, поскольку это наиболее эффективно.

Группа 2. Тут технология аналогичная, однако она дополняется высокорафинированной очисткой элементами с низким содержанием ароматических соединений и парафинов. Благодаря этому повышается окислительная стабильность.

Группа 3. Базовые масла третьей группы на начальном этапе получают как и масла второй. Однако их особенностью является процесс гидрокрекинга. При этом нефтяные углеводороды подвергаются гидрированию и крекированию.

В процессе гидрирования из состава масла удаляются ароматические углеводороды (они впоследствии образуют налет лака и нагар в двигателе). Также при этом удаляются сера, азот и их химические соединения. Далее проходит этап каталитического крекинга, при котором расщепляются и «распушаются» парафиновые углеводороды, то есть, происходит процесс изомеризации. Благодаря этому получаются молекулярные связи линейного вида. Оставшиеся в масле вредные соединения серы, азота и другие элементы нейтрализуются с помощью добавления присадок.

Группа 3+. Такие базовые масла производятся так само методом гидрокрекинга, только сырье, которое поддается разделению, не сырая нефть, а жидкие углеводороды синтезированные из природного газа. Газ поддают синтезированию для получения жидких углеводородов по технологии Фишера — Тропша разработанной еще в 1920-х годах, но при этом используя специальный катализатор. Производство необходимого продукта началась лишь с конца 2011 года на заводе Pearl GTL Shell совместно с Qatar Petroleum.

Получение такого базового масла начинается с подачи в установку газа и кислорода. Затем начинается этап газификации с производством синтез-газа, представляющего собой смесь монооксида углерода и водорода. Потом происходит синтезирование жидких углеводородов. И уже дальнейшим процессом в цепи GTL является гидрокрекинг получившейся прозрачной воскообразной массы.

Благодаря процессу газожидкостной конверсии получается кристально чистое базовое масло, которое практически не содержит примесей, характерных для сырой нефти. Самым главным представителем таких масел, выполненных по технологии PurePlus, является моторное масло Shell Helix Ultra, Pennzoil Ultra и Platinum Full Synthetic.

Группа 4. Роль синтетической базы для подобных составов играют упомянутые уже полиальфаолефины (ПАО). Они представляют собой углеводороды с длиной цепочки около 10...12 атомов. Их получают путем полимеризации (соединения) так называемых мономеров (коротких углеводородов длиной 5...6 атомов. А сырьем для этого служат нефтяные газы бутилен и этилен (другое название длинных молекул — децены). Процесс этот напоминает “сшивание” на специальных химических машинах. Состоит он из нескольких этапов.

На первом из них олигомеризация децена с тем, чтобы получить линейный альфаолефин. Процесс олигомеризации происходит в присутствии катализаторов, высокой температуры и высокого давления. Второй этап представляет собой полимеризацию линейных альфаолефинов, результатом чего и являются искомые ПАО. Указанный процесс полимеризации происходит при низком давлении и в присутствии металлоорганических катализаторов. На финальном этапе производится фракционная разгонка на ПАО-2, ПАО-4, ПАО-6 и так далее. Для обеспечения необходимых характеристик базового моторного масла выбираются соответствующие фракции и полиальфаолефины.

Группа 5. Что касается пятой группы, то такие масла основаны на эстерах — сложных эфирах или жирных кислотах, то есть, соединений органических кислот. Эти соединения образуются в результате химических реакций между кислотами (обычно карбоновыми) и спиртами. Сырьем для их производства служат органические материалы — растительные масла (кокосовое, рапсовое). Также иногда масла пятой группы изготавливают из алкилированных нафталинов. Их получают алкилированием нафталинов олефинами.

Как видите, технология изготовления от группы к группе усложняется, а значит, и становится дороже. Именно поэтому минеральные масла имеют низкую цену, а ПАО-синтетические — дорого. Однако при выборе моторного масла нужно учитывать много разных характеристик, а не только цену и тип масла.

Интересно, что масла, относящиеся к пятой группе, имеют в своем составе поляризованные частицы, которые магнитятся к металлическим частям двигателя. Этим они обеспечивают самую лучшую защиту по сравнению с другими маслами. Кроме этого, они обладают очень хорошими моющими способностями, благодаря чему количество моющих присадок сводится к минимуму (или попросту исключается).

Современные технологии позволяют создавать полностью биологически разлагаемые эстеровые масла, поскольку упомянутые эстеры — экологически чистые продукты и легко разлагаются. Поэтому такие масла являются экологически чистыми. Однако из-за своей высокой стоимости автолюбители еще не скоро смогут пользоваться ими повсеместно.

Производители базовых масел

Готовое моторное масло — это смесь базового масла и пакета присадок. Причем интересно, что в мире существует всего 5 компаний, производящие эти самые присадки — это Lubrizol, Ethyl, Infineum, Afton и Chevron. Все известные и не очень компании, занимающиеся выпуском собственных смазочных жидкостей, покупают присадки у них. Со временем их состав меняется, модифицируется, компании проводят исследования в химических областях, и стараются не только повысить эксплуатационные характеристики масел, но и сделать их более экологичными.

Что касается производителей базовых масел, то их на самом деле не так много, и в основном это крупные, известные на весь мир, компании, такие как ExonMobil, занимающая первое место в мире по этому показателю (около 50% мирового объема базового масла четвертой группы, а также большая доля в 2,3 и 5 группах). Кроме нее в мире существует еще такие же большие со своим исследовательским центром. Причем их производство разделяется по вышеупомянутым пяти группам. Например, такие «киты», как ExxonMobil, Castrol и Shell не производят базовые масла первой группы, поскольку им это «не по чину».

Перечисленные базовые масла изначально делятся по вязкости. И в каждой из групп имеются свои обозначения:

• Первая группа: SN-80, SN-150, SN-400, SN-500, SN-600, SN-650, SN-1200 и так далее.
• Вторая группа: 70N, 100N, 150N, 500N (хотя у разных производителей значение вязкости может отличаться).
• Третья группа: 60R, 100R, 150R, 220R, 600R (здесь также цифры могут отличаться в зависимости от производителя).

Состав моторных масел

В зависимости от того, какими характеристиками должно обладать готовое автомобильное моторное масло, каждый производитель выбирает его состав и соотношение входящих в него веществ. Например, полусинтетическое масло, как правило, состоит из около 70% минерального базового масла (1 или 2 группы), или 30% гидрокрекингового синтетического (иногда 80% и 20%). Далее идет «игра» с присадками (они бывают антиокислительные, антипенные, антифрикционные, загущающие, дисперсионные, моющие, дисперенгующие, модификаторы трения), которые добавляют в получившуюся смесь. Присадки обычно низкого качества, поэтому и получившийся готовый продукт не отличается хорошими характеристиками, и может быть использован в бюджетных и/или старых машинах.

Синтетические и полусинтетические составы на основе базовых масел 3 группы — самые распространенные в мире на сегодняшний день. Имеют английское обозначение Semi Syntetic. Технология их изготовления аналогична. Они состоят приблизительно из 80% базового масла (зачастую смешиваются разные группы базовых масел) и присадки. Иногда добавляют регуляторы вязкости.

Синтетические масла на основе базы 4 группы — это уже настоящая «синтетика» Full Syntetic, на основе полиальфаолефонов. Обладают очень высокими характеристиками и долгим сроком службы, однако они очень дорогие. Что касается редких эстеровых моторных масел, то они состоят из смеси базовых масел из 3 и 4 групп, и с добавлением эстерового компонента в объемном количестве от 5 до 30%.

Технология изготовления готового моторного масла — это не просто смешение отдельных компонентов, в частности, базы и присадок. На самом деле это смешение происходит поэтапно, при разных температурах, через разные промежутки времени. Поэтому для его производства нужно иметь информацию о технологии и соответствующее оборудование.

Большинство нынешних компаний имея такое оборудование выпускают моторные масла используя наработки основных производителей базовых масел и производителей присадок, так что довольно часто можно встретить утверждение, что производители Нас дурят и на самом деле все масла одинаковы.