Trendovi u korišćenju baznih ulja
Bazna ulja su podeljena u pet grupa, prema API klasifikaciji, prikazanih u tabeli 3.4.
U prve tri grupe svrstana su mineralna bazna ulja, u četvrtu grupu sintetičko bazno ulje (PAO - polialfaolefini), a u petu grupu svrstana su sva ostala bazna ulja koja ne spadaju u navedene četiri grupe kao što su npr. sintetička bazna ulja na osnovi diestera, polialkilenglikola, poliolestera i druga.
Mineralna bazna ulja iz prve tri grupe međusobno se razlikuju po sadržaju sumpora, sadržaju zasićenih ugljovodonika i indeksa viskoznosti. Grupa I baznih ulja se sve manje koriste za proizvodnju motornih ulja, a zbog svoje niske cene zadržavaju trend za proizvodnju industrijskih i nekih drugih mazivih ulja. Grupe II i III baznih ulja sadrže manje aromatskih ugljovodonika, termički i oksidaciono su stabilnija pa mogu zadovoljiti strože specifikacije za motorna ulja.
Podela baznih ulja prema API klasifikaciji
| Kategorija baznih ulja | Ideks viskoznosti (IV) | Udeo zasićenih ugljovodonika, % | Sumpor, % |
| Grupa I | 80 – 120 | < 90 | > 0,03 |
| Grupa II | 80 – 120 | ≥ 90 | ≤ 0,03 |
| Grupa III | ≥120 | ≥ 90 | ≤ 0,03 |
| Grupa IV | PAO - Polialfaolefini (IV≥130) | 100 | 0 |
| Grupa V | Sva ostala bazna ulja koja nisu uključena u I,II,III,IV ili VI grupu (npr: estri) | ||
Podela baznih ulja - API publikacija 1509
| Kategorija baznih ulja | Ideks viskoznosti (IV) | Udeo zasićenih ugljovodonika, % | Sumpor, % | Postupak proizvodnje | Karakteristike |
| Grupa I | 80 - 100 | < 90 | > 0,03 | Solvent neutral konvencionalni
postupak prerade. SN bazna ulja. |
Najniži kvalitet i najjeftinija bazna ulja, ali najviše zastupljena u proizvodnji. Kvalitet se može poboljšati mešanjem sa Grupama II/III. Koriste se za proizvodnju industrijskih ulja i motornih ulja nižeg do srednjeg kvaliteta. |
| Grupa I+ | 100 - 105 | < 90 | > 0,03 | SN bazna ulja. Stroži uslovi proizvodnje. | Poboljšan indeks viskoznosti i niža isparljivost |
| Grupa II | 80 - 119 | > 90 | < 0,03 | Hidroproces | Poboljšan kvalitet baznih ulja. Pogodna su za proizvodnju motornih ulja. |
| Grupa II+ | 110 - 120 | > 90 | < 0,03 | Stroži hidroproces | |
| Grupa III | > 120 | > 90 | < 0,03 | Hidrokreking /
Hidroizomerizacija |
Visokokvalitetna bazna ulja (HC) za proizvod. motornih i drugih ulja novih generacija. |
| Grupa III+ | > 140 | > 90 | < 0,03 | Chevron tehnologija – gas to liquid (GTL) | GTL bazna ulja superiornih performansi. Za proizvodnju viših viskoznih gradacija moraju se mešati sa uljima Grupe II+/ III. |
| Grupa IV | > 130 | 100 | 0 | Polimerizacija, hidrogenacija
Poli-Alfa-Olefini (PAO) |
Sintetička bazna ulja (PAO) vrlo visokih performansi ali vrlo skupa. Koristi se samo u proizvodima koji zahtevaju izuzetnu termičku stabilnost i fluidnost na niskoj temperaturi. |
| Grupa V | Ostala bazna ulja koja nisu obuhvaćena u I-IV uključujući i sintet.: esteri, glikoli, prirodna ulja i masti | ||||
| Grupa VI | PIO (Poli-Internal-Olefin). Ova grupa nije sadržana u API klasifikaciji, ali je prihvaćena od strane ATIEL (Technical Association of the European Lubricants Industry). Uvedena je 2003. Molekularna struktura se razlikuje od PAO. Karakteristike: visok indeks viskoziteta, visoka termička i oksidaciona stabilnost, niska isparljivost. Proizvodnja je jeftinija od proizvodnje PAO. | ||||
Procenjuje se da je ukupna svetska proizvodnja baznih ulja oko 34.000.000 tona. Najveću potrošnju čine bazna ulja grupe I (61%), grupe II (22%), grupe III (6%), naftenska bazna ulja (9%) i ostala (2%). U narednim godinama očekuje se povećanje proizvodnje baznih ulja grupe III na račun baznih ulja grupe I i grupe II. Procenjuje se da će u Evropi za nekoliko godina u 50% formulacija motornih ulja biti korišćeno bazno ulje grupe III.
Savremeni motori putničkih automobila omogućavaju manju potrošnju goriva, uz obezbeđenje veće snage zahvaljujući direktnom ubrizgavanju, turbopunjenju i međuhlađenjem usisnog vazduha. Na smanjenje potrošnje goriva direktno utiče smanjenje unutrašnjeg trenja motornog ulja što se postiže nižim viskoziteteom. Oštri uslovi eksploatacije uz niže viskozne gradacije motornih ulja zahtevaju upotrebu baznih ulja API grupe III ili IV.
Trenutno najviše se koriste mineralna bazna ulja. Prvo, zbog toga što su jeftinija od sintetičkih i drugo, što se najnovijim tehnološkim postupcima ostvaruju visoki kvalitetni nivoi koji zadovoljavaju oštrije zahteve proizvođača maziva i konstruktora motora. Međutim, za najnovije modele motora i vozila, a prema najnovijim specifikacijama kvaliteta motornih ulja, traže se bazna ulja sa znatno poboljšanim karakteristikama:
- zbog povišenih radnih temperatura motora i zbog zahteva za sve dužim intervalima upotrebe motornih ulja, traži se vrlo visoke termička i oksidaciona stabilnost baznih ulja;
- za lakše startovanje hladnog motora uz optimalno podmazivanje, kao i zbog uštede goriva, traže se ulja niže viskoznosti (SAE 5W-30; 5W-40; 10W-40);
- za bolje podmazivanje motora u različitim temperatursim uslovima, traže se ulja sa što nižim tačkama tečenja i sa što višim indeksom viskoznosti, odnosno, ulja čija se viskoznost vrlo malo menja sa promenama temperature;
- iz ekoloških razloga, a i zbog zahteva za što dužim inetrvalima upotrebe, traže se ulja sa što manjom isparljivošću i sa sve višim kvalitetnim nivoima;
Sve ove zahteve mogu da zadovolje hidrokrekovana i sintetička bazna ulja. Sve veći značaj dobijaju hidrokrekovana bazna ulja, koja su po traženim karakteristikama vrlo bliska sintetičkim, ali su im cene znatno niže od sintetičkih.
Po pitanju cene koštanja baznih ulja, može se kao orjentacija postaviti sledeći odnos: ako bazna ulja API grupe I imaju vrednost 1,00; API grupa II imaju 1,05; API grupa III 1,50; API grupa IV od 2,50 do 3,00 i API grupa V ima vrednost od 5,00 do 10,00 jedinica, odnosno od 5 do 10 puta skuplja od API grupe I.
Osnovne razlike kod solventnih i hidrokrekovanih baznih ulja su u pogledu oksidacione stabilnosti. Solventno rafinisana bazna ulja pri oksidaciji stvaraju u ulju netopljive produkte oksidacije, koji mogu u eksploataciji u motorima stvarati određene poteškoće, dok hidrokrekovana bazna ulja pod istim temperaturnim uslovima stvaraju u ulju topljive produkte. Talozi, koji su nastali kao produkti oksidacije solventno rafinisanih baznih ulja, su uglavnom proizvod oksidacije aromatskih ugljovodonika, koji iz tih ulja nisu uklonjeni tokom procesa rafinacije i koji imaju uglavnom polarni karakter. Suprotno tome, hidrokrekovana bazna ulja pri oksidaciji stvaraju većinom oksidacione proizvode nastale oksidacijom parafinskih ugljovodonika koji su uglavnom topljivi u baznom ulju i stvaraju u motoru manje poteškoća.
Najčešće korišćena sintetička bazna ulja su Poli-alfa-olefini (PAO) i Estri. Poli-alfa-olefini su hidrirani, zasićeni olefinski oligomeri dobijeni katalitičkom polimerizacijom linearnih alfaolefina. Prednosti poli-alfa-olefina u poređenju s mineralnim baznim uljima su: niža tačka stinjavanja, bolja tečljivost pri niskim temperaturama, velika termička i oksidaciona stabilnost, viša hidrolitička stabilnost i manja isparljivost. Kompatibilna su s mineralnim baznim uljima i estrima. Estri, koji se koriste kao bazna ulja, dobijaju se reakcijom raznih alkohola i kiselina. Osnovne karakteristike estera u primeni kao motorno ulje su: dobra termička i oksidaciona stabilnost i kod povišenih radnih temperatura, niska isparljivost i biorazgradivost.
Nova tehnologija proizvodnje baznih ulja zasniva se na procesu KATALITIČKE DEPARAFINACIJE, odnosno GTL tehnologiji (Gas-to-liquid). GTL tehnologija baznih ulja potpuno će zameniti sintetička bazna ulja (PAO), a bazna ulja grupe III biće uobičajna zamena za bazna ulja grupe I i grupe II prvenstveno u formulacijama motornih ulja viših nivoa kvaliteta.
U proizvodnji mazivih ulja mora se poštovati preporuka prizvođača aditiva po pitanju namešavanja aditiva s različitim grupama baznih ulja. Ako proizvođač aditiva preporučuje bazno ulje API Grupe I, ne treba koristiti bazna ulja API Grupe II ili III bez prethodne provere i dodatnih ispitivanja, jer se mogu pojaviti određeni problemi po pitanju deemulzivnosti, penjenja ili mutnog izgleda namešanih ulja. Do ovih problema dolazi zbog različitih topljivosti pojedinih sastojaka aditiva u različitim baznim uljima. Bazna ulja API Grupe II i III sadrže manji procenat aromatskih ugljovodonika, koji dobro rastvaraju aditive, te iz tog razloga ove grupe baznih ulja zahtevaju odgovarajuće aditive u kojima je sadržan potreban rastvarač.
U tabelama 3.6 do 3.9 prikazane su tipične karakteristike baznih ulja različitih grupa.
Parafinska bazna ulja API Grupa I – Solvent Neutral Oil
| SN oznaka | SN-60 | SN-100 | SN-150 | SN-500 | SN-600 | BS-150 | |
| ISO oznaka | VG-10 | VG-22 | VG-32 | VG-100 | VG-100 | VG-460 | |
| SAE oznaka | 5W | 10W | 30 | 30 | |||
| Gustina na 15oC, g/cm3, tipično | ASTM D 1298 | 0,846 | 0,880 | 0,890 | 0,895 | 0,900 | 0,910 |
| Boja, ASTM , max. | ASTM D 1500 | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 4,0 | 4,0 | 6,0 |
| Kinematska viskoznost, mm2/s
na 40oC na 100oC, tipično |
ASTM D 445 |
7,5–8,5 2,36 |
18-23 4,1 |
27-32,5 5,3 |
92-104 11 |
109-125 12 |
450-490 32,5 |
| Indeks viskoznosti, min. | ASTM D 2270 | 90 | 95 | 100 | 95 | 95 | 90 |
| Tačka paljenja, oC, min. | ASTM D 93 | 145 | 190 | 210 | 230 | 246 | 260 |
| Tačka stinjavanja, oC, max. | ASTM D 97 | - 21 | - 12 | - 12 | -8 | - 6 | - 6 |
| Neutralizacioni broj, mgKOH/g,max. | ASTM D 974 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,1 |
| Ugljenik po Konradsonu, %, max. | ASTM D 189 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,15 | 0,15 | 0,8 |
| Sadržaj sumpora, %, tipično | ASTM D 4294 | 0,01 | 0,7 | 0,7 | 0,9 | 0,8 | 1,0 |
| Korozija Cu trake, 3h/100oC, max. | ASTM D 130 | 1a | 1a | 1a | 1a | 1a | 1a |
| Sadržaj vode, % | ASTM D 95 | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži |
| Sadržaj mehaničkih nečistoća, % | ASTM D 96 | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži | ne sadrži |
| Strukturni sastav, tipično
% CA, tipično % CP, tipično |
IR analiza |
0,8 63,3 |
9 60 |
9 60 |
9 60 |
9 60 |
10 60 |
| Isparljivost po Noack-u, %, max. | DIN 51581 | 30 | 15 | 6 | 5 | 1 | |
| Deemulzivnost na 54oC, do 40-37-3
tj. do 43-37-0, minuti, max. |
ASTM D 1401 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Sadržaj PCA, %, max. | IP 346 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Oksidni pepeo, %, max. | ASTM D 482 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,01 | 0,01 | |
| Oksidaciona stabilnost,
TOP, tipično TOP-K, tipično |
IP 306 |
< 0,1 < 1,5 |
< 0,15 < 1,5 |
< 0,15 < 1,5 |
< 0,15 < 1,5 |
< 0,15 < 1,5 |
< 0,15 < 1,5 |
Tipične karakteristike API Grupa II / II+ baznih ulja
| ASTM Metode | 100R Tipično | 150R Tipično | 600R Tipično | 110RLV Tipično | |
| API Grupa | API 1509 E 1.3 | II | II | II | II + |
| Kinematička viskoznost, mm2/s, na 40oC | ASTM D 445 | 20.4 | 29.7 | 104 | 21.1 |
| Kinematička viskoznost, mm2/s, na 100oC | ASTM D 445 | 4.1 | 5.2 | 12.2 | 4.4 |
| Indeks viskoznosti | ASTM D 2270 | 102 | 105 | 107 | 118 |
| Temperatura tečenja, oC, max. | ASTM D 5950/1C | -15 | -15 | -15 | -15 |
| Temperatura paljenja, oC, min. (otvoreni sud) | ASTM D 92 | 213 | 227 | 270 | 216 |
| Isparljivost ( NOACK ), %, 250oC, 1 čas | ASTM D 5800 (B) | 26 | 14 | 2 | 16 |
| Sadržaj sumpora, ppm | ICP/XRF | <15 | <12 | <15 | <6 |
Bazno ulje API Grupa III
| Karakteristike | Metoda | HC - 4 | HC - 6 |
| Gustina na 150C, kg/m3 | ASTM D 4052 | 0,831 | 0,839 |
| Boja, max | ASTM D 1500 | 0,5 | 0,5 |
| Viskoznost na 40 oC, mm2 / s | ASTM D 445 | 20 - 21 | 30,0 – 34,5 |
| Viskoznost na 100 oC, mm2 / s | ASTM D445 | 4,2 – 4,4 | 5,5 – 6,5 |
| Indeks viskoznosti, min | ASTM D 2270 | 121 | 128 |
| Tačka paljenja, oC, min | ASTM D 92 | 224 | 220 |
| Tačka tečenja, oC, max | ASTM D 97 | – 18 | - 18 |
| Isparljivost po Noak-u, %, max | ASTM D 5800 / DIN 51581 | 14 | 9 |
Sintetička bazna ulja API Grupa IV – Polialfaolefini (PAO)
| PAO
2 |
PAO
4 |
PAO
6 |
PAO
8 |
PAO
10 |
PAO
40 |
PAO
100 |
|
| Kinematička viskoznost, mm2/s, na 100oC | 1,8 | 3,90 | 5,90 | 7,80 | 9,60 | 40,00 | 100 |
| Kinematička viskoznost, mm2/s, na 40oC | 5,54 | 16,8 | 31,00 | 45,8 | 62,9 | 395 | 1250 |
| Kinematička viskoznost, mm2/s, na - 40oC | 340 | 2460 | 7890 | 18160 | 32650 | - | - |
| Indeks viskoznosti | - | 129 | 138 | 140 | 134 | 151 | 168 |
| Temperatura tečenja, oC, max. | - 63 | - 70 | - 68 | - 63 | - 53 | - 34 | - 20 |
| Temperatura paljenja, oC, min. (otvoreni sud) | 155 | 215 | 235 | 252 | 264 | 272 | 288 |
| Isparljivost ( NOACK ), %, 250oC, 1 čas | 99 | 12 | 7,00 | 3,00 | 2,00 | 0,8 | 0,6 |
Bazna ulja naftenskog tipa
Naftenska bazna ulja se koriste za proizvodnju ulja za transformatore i električne prekidače, ulja za rashladne kompresore, procesnih i gumarskih ulja, fluida za obradu metala i za neka industrijska maziva ulja i mazive masti. Nisu pogodna za proizvodnju motornih i transmisionih ulja.
Fizičko hemijske karakteristike naftenskih baznih ulja
| Karakteristike | Metoda | Naftensko bazno ulje
VG 10 |
Naftensko bazno ulje
VG 32 |
Naftensko bazno ulje
VG 100 |
Naftensko bazno ulje
VG 220 |
| Gustina na 15oC, kg/dm3 | ASTM D 4052 | 0,880 – 0,899 | 0,890 – 0,910 | 0,895 – 0,915 | 0,925 tipično |
| Boja | ASTM D 1500 | max 0,5 | max 1 | max 1,5 | max 3 |
| Kinematička viskoznost na 400C, mm2/s | ASTM D 445 | 8,0 – 10,0 | 28,8 – 35,2 | 90 – 110 | 198 – 242 |
| Kinematička viskoznost na 1000C, mm2/s | ASTM D 445 | 2,3 tipično | 4,3 tipično | 8,8 tipično | 13,3 tipično |
| Tačka paljenja, PM, 0C | ASTM D 93 | min 140 | min 174 | min 204 | min 206 |
| Tačka stinjavanja, 0C | ASTM D 97 | -45 max | -30 max | -15 max | -12 max |
| Totalni kiselinski broj (TAN), mg KOH/g | ASTM D 974 | max 0,03 | max 0,03 | max 0,03 | max 0,03 |
| Ugljenik po Konradsonu | ASTM D 4530 | max 0,01 | max 0,01 | max 0,01 | max 0,01 |
| Oksidni pepeo | ASTM D 482 | max 0,003 | max 0,003 | max 0,003 | max 0,003 |
| Sadržaj sumpora, % | ASTM D 2622 | 0,01 tipično | 0,01 tipično | 0,01 tipično | 0,03 tipično |
| Korozija Cu trake, 1000C, 3h | ASTM D 130 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Sadržaj PCA (DMSO), % | IP 346 | max 3 | max 3 | max 3 | max 3 |
Uporedne fizičko-hemijske karakteristike nekih baznih ulja
| Metode | SN 150 | Hidrokrekovano
HC 6 |
Poli-alfa-olefini
PAO 6 |
Naftensko bazno ulje
VG 32 |
|
| Gustina, 150C, g/ml, max | ASTM D 1298 | 0,880 | 0,845 | 0,830 | 0,900 |
| Viskoznost, 400C, mm2/s | ASTM D 445 | 28 - 32 | 30,0 – 34,5 | 29 – 32,9 | 28,8 – 35,2 |
| Viskoznost, 1000C, mm2/s | ASTM D 445 | 4,5 – 5,5 | 5,5 – 6,5 | 5,0 – 6,5 | 4,3 |
| Indeks viskoznosti, min | ASTM D 2270 | 100 | 128 | 138 | 60 |
| Tačka tečenja, 0C, max | ASTM D 97 | - 12 | - 18 | - 68 | - 30 |
| Tačka palenja, 0C, min | ASTM D 92 | 210 | 220 | 245 | 174 |
| Isparljivost, Noack,%mas, max | ASTM D 5800 | 15 | 9 | 6 | |
| Conradson koks, %mas, max | ASTM D 189 | 0,01 | 0,01 | 0 | |
| Sumpor, %, max | ASTM D 3120 | 0,35 | 0,01 | 0 | 0,01 |
| Neutralizac. broj, mgKOH/g, max | ASTM D 974 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,03 |
| Anilinska tačka, 0C, | ASTM D611 | 99-102 | 124-126 | 56-59 | |
| Boja ASTM, max | ASTM D 1500 | 1,5 | 1,5 | 0,5 | 1 |
| IR analiza
%CA, max %CP, min |
IR BRANDES |
5 60 |
2 70 |
- | (ASTM D2140)
10 42 |
Karakteristike baznih ulja
Ne mogu se sve karakteristike baznih ulja poboljšati aditivima. Zbog toga, svojstva finalnih ulja u velikoj meri zavise od osobina baznih ulja. U tabeli 3.12 prikazane su osobine baznih ulja koje se mogu poboljšati dodavanjem aditiva.
Uticaj aditiva na promenu određenih karakteristika baznih ulja
| Karakteristike baznih ulja | Zavisnost karakteristike | Mogućnost korekcije | Aditiv |
| Gustina | Od prirode nafte i postupka prerade | Ne | |
| Viskoznost | Zavisi od opsega destilacije | Namešavanjem ulja
različitih viskoznosti |
Impruver viskoznosti |
| Indeks viskoznosti | Zavisi od dubine prerade i prirode nafte | Da | Impruver viskoznosti |
| Tačka paljenja | Od opsega destilacije i prirode nafte | Ne | |
| Tačka stinjavanja | Od sastava i prirode baznog ulja i dubine deparafinacije | Delimično | Depresant stiništa |
| Isparljivost | Od viskoznosti i dubine prerade. Ulja niže viskoznosti imaju veću isparljivost i obrnuto. | Ne | |
| Koksni ostatak | Od postupka prerade i viskozne gradacije. Niže viskoznosti (SN 150) imju manji koksni ostatak od viših viskoznosti (Brighstock). | Ne | |
| Oksidaciona stabilnost | Zavisi od prirode nafte i postupka prerade | Da | Antioksidans |
| Termička stabilnost | Zavisi od prirode nafte i sadržaja nezasićenih ugljovodonika i aromata | Ne | |
| Demulzivnost | Zavisi od sastava i prirode baznih ulja. | Delimično | Demulgator |
| Deareacija | Zavisi od sastava i prirode baznih ulja i dubine prerade | Ne | |
| Penušanje | Zavisi od prirode baznih ulja, viskoznosti i prisustva vlage u ulju. | Delimično | Antipenušavci |