Техническое использование топлив и масел в настоящее время невозможно без присадок, существенно улучшающих качественные характеристики этих нефтепродуктов. Ассортимент присадок насчитывает не одну сотню наименований. В качестве присадок используются соединения различной химической природы. Особое место среди них занимают полимерные присадки.
Полимерные присадки применяются, главным образом, в качестве загустителей, депрессоров и диспергаторов для различных нефтепродуктов. Наибольшее распространение среди полимерных присадок получили гомополимеры и сополимеры на основе олефинов (пропилена, изобутилена, этилена и многих других), а также акрилатов и метакрилатов. Разработкой и производством таких присадок, улучшающих функциональные свойства нефтепродуктов, занимается компания ООО “КАПРОН”
Полиизобутилен. Что это? Зачем его добавляют в функциональные присадки для топлив?
В ряду полимерных присадок к нефтепродуктам особое место занимают модифицированные полиизобутилены. Главным преимуществом полиизобутиленов, определяющим их перспективность, является легкость варьирования в широких пределах физико-химических свойств получаемых полимеров и, соответственно, функциональных характеристик получаемых присадок. Это дает возможность получения большого числа полифункциональных присадок с заранее заданными свойствами.
Например, введение в состав полимера азот- и гидроксилсодержащих соединений придает полимеру моющие, диспергирующие и антикоррозионные свойства, а полимер с карбоксильными группами позволяет снижать трение при перекачке нефти по трубопроводу.
Полиизобутилен, также известный как "ПИБ" (PIB) или полиизобутен, (C4H8)n, представляет собой гомополимер изобутилена, или 2-метил-1-пропена. Его можно получить из мономера изобутилена (CH2=C(CH3)2) только путем полимеризации с катионным присоединением. Структурно полиизобутилен напоминает полипропилен, но имеет две метильные группы, замещенные на каждом другом атоме углерода, а не на одном. Полиизобутилен представляет собой вязкоупругий материал от бесцветного до светло-желтого цвета. Как правило, он не имеет запаха и вкуса, хотя может иметь легкий характерный запах.
Полиизобутилен был впервые разработан подразделением BASF компании IG Farben в 1931 году с использованием катализатора из трифторида бора при низких температурах, продавался под торговой маркой «Oppanol B».
В настоящее время гомополимеры ПИБ делятся на высокомолекулярные (high), среднемолекулярные (medium) и низкомолекулярные (low) различающиеся, прежде всего молекулярной массой и эластическим состоянием. Высокомолекулярные с молекулярной массой (ММ) в диапазоне (от 565000 до 3050000 по Флори) или (от 70000 до 260000 по Штаудингеру) представляют собой полиолефиновые эластомеры: прочные растяжимые резиноподобные материалы в широком диапазоне температур; с низкой плотностью (0,913–0,920), низкой проницаемостью и превосходными электрическими свойствами выпускаются под марками П-85, П-118, П-155, П-200 и П-225. Зарубежные аналоги Oppanol N80, N100, N150, В200 (Германия). Среднемолекулярные с ММ от 53000 до 108000 по Флори или от 17000 до 70000 по Штаудингеру представляет собой вязко-прозрачную массу от бесцветного до тёмно-коричневого цвета. В воде, в спиртах, сложных эфирах и кетонах ПИБ — не растворим. В жирах и маслах он растворяется через набухание. Плотность — 0,88–0,92 г/см³. Температура стеклования — минус 68 °C. Температура вспышки — 158 °C. Полиизобутилен среднемолекулярный сохраняет свои упруго-эластические свойства до −75 °C, выпускается под марками П-20, П-30, П-50. Зарубежные аналоги Oppanol B15, B30, N50. Низкомолекулярные с ММ от 1000 до 15000 по Штаудингеру получают катионной неконтролируемой катионной полимеризации с последующим вакуумным фракционированием или термомеханической деструкцией высокомолекулярных ПИБ, выпускаются под марками Октолы, П-1, П-5, П-10, П-13 и П-15. Зарубежные аналоги Oppanol B10, B11, B12, B13, B14, B15 и др.
Особое место среди выпускаемых ПИБ занимают высокореакционные низкомолекулярные ПИБ (low molecular weight highly reactive polyisobutylene) представляющий собой гомополимер изобутилена со среднечисловой молекулярной массой (Mn) менее 5000 г/моль, содержащий преимущественно концевые (экзо) двойные связи.
Сферы применения полиизобутилена и его модификаций
Полиизобутилен может выступать в качестве присадок, как в чистом виде, так и после его модификации другими, как правило, функциональными группами.
ПИБ добавляемый в небольших количествах к смазочным маслам, используемым при механической обработке, приводит к значительному уменьшению образования масляного тумана. ПИБ также используется для очистки воды от разливов нефти, при добавлении в сырую нефть он повышает вязкоупругость масла при вытягивании, в результате чего масло сопротивляется разрушению при удалении пылесосом с поверхности воды. Также известна присадка, представляющая собой раствор высокомолекулярного полиизобутилена, имеющего молекулярную массу от примерно 3,7·10^6 до примерно 4,9·10^6, которая используется в жидком углеводородном горючем для реактивных двигателей (содержание высокомолекулярного ПИБ присадки в жидком углеводородном горючем от 0,015 до 0,095 мас.%), достигаемый технический результат - улучшение эксплуатационных энергетических характеристик машин: коэффициента полезного действия двигателей, напора насосов и т.д.
Высокомолекулярный ПИБ используется также в качестве основы противотурбулентных присадок, содержащих гидродинамически активный полимер, который обеспечивает гашение возникающей при транспортировке нефти турбулентности (эффект Томаса). Полиизобутилены используется в некоторых рецептурах в качестве загустителя, особенно для производства пластических смазок.
Полиизобутилен может вступать в реакцию с малеиновым ангидридом с образованием полиизобутенилсукцинового ангидрида (PIBSA). Последующий синтез PIBSA с этиленаминами или другими полиаминами позволяет получать полиизобутенилсукцинимиды (PIBSI). Полученные соединения при использовании в качестве присадок к смазочным маслам и моторным топливам могут оказывать существенное влияние на свойства масел или топлив.
Модификация полиизобутилена различными функциональными группами позволяет получать соединения, обладающие моющими свойствами. Введение таких соединений в дизельное топливо способствует предотвращению загрязнения топливных форсунок, что снижает выбросы в атмосферу углеводородов и твердых частиц.
Комбинирование данных соединений с другими компонентами, обладающими моющими свойствами, позволяет формировать «многофункциональный пакет», который добавляют в автомобильный бензин или дизельное топливо для предотвращения образования отложений в системе топливоподачи двигателя.
В ассортименте выпускаемых присадок ООО «КАПРОН» присадкам на основе ПИБ, как модифицированного, так и не подвергшегося модификации принадлежит довольно значительное место, например, полиизобутилен Б-20, а также высокореакционные полиизобутилены 1000, 1300 и 2300, полиизобутилен янтарные ангидриды PIBSA 1000, PIBSA 1300, PIBSA 2300, ингибиторы коррозии СМК-12 и СМК-13 на основе эфиров алкенилянтарных кислот. Особенно необходимо выделить беззольные дисперсанты на основе алкенилсукцинимидов и алкенилбиссукцинимидов, присадки Д-101, Д-102, Д-131, Д-132, Д-132Б, Д-232, Д-232Б, отличающимися по ММ используемых для синтеза реакционных ПИБ, а также не содержащими бор.
Необходимо отметить, что в зависимости от ММ используемого для синтеза ПИБ щелочные числа полученных алкенилсукцинимидов разнятся, при использовании в качестве амина ДЭТА (диэтилентриамин) имеет место снижение щелочного числа от 25 для ПИБ-1000 (Д-101), до 23,5 для ПИБ-1300 (Д-131) и до 21 для ПИБ-2300 (Д-232). Использование ПЭПА (полиэтиленполиамин) вместо ДЭТА позволяет значительно повысить щелочное число получаемого сукцинимида, так, например, замена половины ДЭТА на ПЭПА приводит к увеличению щелочного числа с 20,5 до 36,4, т.е. на 44%.
Еще одно распространенное применение модифицированных ПИБ - их часто используют в промышленности взрывчатых веществ в качестве связующего вещества, а также эмульгатора в пластических взрывчатых веществах, таких как С-4. Широкое применение в качестве универсального эмульгатора находит гидрокарбилзамещённая карбоновая кислота и её ангидрид или их амидопроизводные из которых предпочтение отдаётся поли (изобутилен)-сукциновому ангидриду или его амиду. Полиизобутиленовое связующее используется потому, что оно делает взрывчатое вещество более нечувствительным к преждевременной детонации, а также облегчает обращение с ним и формование. Эмульгаторы на основе PIBSA приводят к более стабильным эмульсиям, которые могут быть приготовлены в широком диапазоне параметров процесса и которые демонстрируют требуемый срок хранения. Стабилизирующий эффект наиболее ярко выражен, когда PIBSA имеет молекулярную массу в интервале 500-1300 и когда сложноэфирное производное синтезируют с применением триэтаноламина (ТЭА).
Помимо полиизобутилена эффективными полимерными присадками для различных нефтепродуктов, самих нефтей, мазутов, масел и топлив являются полиалкил(мет)акрилаты (ПААК, ПАМА). Подробнее про их свойства и сферы применения читайте далее…
Статью подготовил технический консультант ООО «КАПРОН» к.т.н. Колокольников А.С.
*Подписывайтесь на наш канал, чтобы узнавать больше о том, из чего состоит современное топливо и масла, и какие компоненты необходимы для улучшения базовых свойств нефтепродуктов. * 🧪🚛