The dependence of the thickening properties and rheological behavior of oils on the nature of viscosity modifiers based on styrene-butadiene copolymers.

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено комплексное исследование модифицирующего действия сополимеров бутадиена и стирола с варьируемыми параметрами молекулярной массы (Mw = 100–520 кДа) и содержания стирольных звеньев на вязкостные и реологические свойства базовых масел различной природы. Все исследуемые сополимеры проявляют выраженную загущающую способность; при этом эффективность загущения напрямую коррелирует с молекулярной массой присадки. Максимальный прирост кинематической вязкости при введении присадок наблюдается для минеральных масел, а увеличение индекса вязкости более выражено в случае синтетических масел IV и V групп. Показано, что оптимальная концентрация присадок такого типа ограничена значениями в 2–3 мас.% вне зависимости от типа масла и природы присадки, тогда как использование модификаторов в большей концентрации приводит к резкому росту температуры застывания (более чем в 2 раза) и ухудшению низкотемпературной текучести. Изучение реологического поведения полиальфаолефинового масла, модифицированного присадками, показало, что повышение вязкости без структурообразования происходит при малом содержании макромолекул модификатора. Структурирование масла с появлением предела текучести и низкочастотным упругим откликом наблюдается при высоком содержании присадки. Полученные результаты могут быть использованы для создания композиций масел с заданными реологическими характеристиками для различных климатических зон и условий эксплуатации.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Anton Lyadov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-9969-7706

кандидат химических наук, заведующий лабораторией 

Russian Federation, Moscow, 119991

A. V. Kochubeev

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. E. Anisimov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

S. O. Ilyin

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

G. O. Karpov

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

V. A. Zhigarev

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

O. P. Parenago

A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lyadov@ips.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

References

  1. Stambaugh R., Kinker B. Viscosity Index Improvers and Thickeners. In: Chemistry and Technology of Lubricants, Еds. R. Mortier, М. Fox, S. Orszulik. Springer, Dordrecht, 2010. https://doi.org/10.1023/b105569_5
  2. Müller H.G. Mechanism of action of viscosity index im­provers // Tribology Intern. 1978. V. 11, I. 3. P. 189–192. https://doi.org/10.1016/0301-679X(78)90006-3
  3. Covitch M., Trickett K. How polymers behave as vis­cosity index improvers in lubricating oils // Advances in Chem. En-gineering and Science. 2015. V. 5, № 2. P. 134–151. https://doi.org/10.4236/aces.2015.52015
  4. Liao W., Ju C., Zhao Q., Lou W., Wang X., Zhang S. Synthesis and properties study of a multifunctional polymethacry-late viscosity index improver // ACS Applied Engineering Materials. 2025. V. 3, № 1. P. 108–117. https://doi.org/10.1021/acsaenm.4c00624
  5. Marsden K. Literature review of OCP viscosity modi­fiers // Lubrication Science. 1989. V. 1, I. 3. P. 265–280. https://doi.org/10.1002/ls.3010010304
  6. Петрухина Н.Н., Цветков О.Н., Максимов А.Л. Гид­рированные сополимеры стирола и диенов как загущающие присадки к смазочным маслам (обзор) // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92, № 9. С. 1091–1103. https://doi.org/10.1134/S0044461819090019 [Petrukhina N.N., Tsvetkov O.N., Maksimov A.L. Hyd­rogenated styrene–diene copolymers as thickening additives to lubricating oils // Russ. J. of Applied Chemistry. 2019. V. 92. P. 1179–1189. https://doi.org/10.1134/S1070427219090015]
  7. Huang H.-M., Liu I.-C., Tsiang R. Studies of hydro­dynamic properties for characterizing star-shaped poly(ethylene-co-propylene) // Polymer. 2005. V. 46, I. 3. P. 955–963. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2004.11.102
  8. Martini A., Ramasamy U.S., Len M. Review of viscosity modifier lubricant additives // Tribol. Lett. 2018. V. 66. ID 58. https://doi.org/10.1007/s11249-018-1007-0
  9. Ver Strate G., Struglinski M.J. Polymers as lubricating-oil viscosity modifers. In: Polymers as Rheology Modi­fers. Еds. D.N. Schulz, J.E. Glass. Am. Chem. Soc. Washington, 1991.
  10. Carfora R., Notari M., Assanelli G., Caramia S., Nitti A., Pasini D. Thermoresponsive polymers as vis­cosity modi­fiers: innovative nanoarchitectures as lub­ri­cant additives // ChemPlusChem. 2025. V. 90. e202400611. https://doi.org/10.1002/cplu.202400611
  11. González Cortes P., Araya-Hermosilla R., Wrighton-Araneda K., Cortés-Arriagada D., Picchioni F., Yan F., Rudolf P., Bose R.K., Quero F. Effect of intermolecular interactions on the glass transition temperature of chemically modified alternating polyketones // Mater. Today Chem. 2023. V. 34. ID 101771. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2023.101771
  12. Коршак В.В., Виноградова С.В. Зависимость термо­стойкости полимеров от их химического строе­ния // Успехи химии. 1968. Т. 37, № 11. С. 2024–2069. [Korshak V.V., Vinogradova S.V. Dependence of ther­mal stability of polymers on their chemical structure // Russ. Chem. Rev. 1968. V. 37. P. 885–906. https://doi.org/10.1070/rc1968v037n11abeh001712]
  13. Yadykova A.Y., Ilyin S.O. Compatibility and rheology of bio-oil blends with light and heavy crude oils // Fuel. 2022. V. 314. ID 122761. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122761
  14. Ilyin S.O. Structural rheology in the development and study of complex polymer materials // Polymers. 2024. V. 16, I. 17. ID 2458. https://doi.org/10.3390/polym16172458
  15. Карпов Г.О., Моронцев А.А., Ильин С.О., Султанова М.У., Самойлов В.О., Бермешев М.В. Синтез сополимеров этилена с винилацетатом путем радикальной полимеризации с обратимой передачей цепи // Журнал при-кладной химии. 2023. Т. 96, № 1. С. 60–68. [Karpov G.O., Morontsev A.A., Ilyin S.O., Sultano­va M.U., Samoilov V.O., Bermeshev M.V. Synthesis of ethylene–vinyl acetate copolymers by reversible addition–fragmentation chain-transfer radical poly­me­rization // Russ. J. of Applied Chemistry. 2023. V. 96. P. 50–58. https://doi.org/10.1134/S1070427223010081]
  16. Hansen C.M. Hansen solubility parameters: a user's handbook. Boca Raton: CRC Press, 2007. 519 p. ISBN 0-8493-7248-8

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Рис. 1. 1 Н-ЯМР-спектры сополимера П2: (а) — до гидрирования и (б) – после гидрирования.

Download (92KB)
3. Рис. 3. Зависимости вязкости от напряжения сдвига при –20°C для АУ (а), И‑20 (б), ПАОМ‑4 (в) и ДОСт (г), содержащих 1% высокомолекулярной присадки.

Download (206KB)
4. Рис. 4. Зависимости вязкости от напряжения сдвига (а) и модулей накопления и потерь от угловой частоты (б) при –20°C для ПАОМ‑4, содержащего разную концентрацию П1.

Download (142KB)
5. Рис. 2. Зависимость вязкостных характеристик масел различных групп (АУ, И‑20, ПАОМ‑4, ДОСт) от природы присадки (концентрация присадки 1 мас.%).

Download (67KB)
6. Рис. 5. Зависимости вязкости от напряжения сдвига (а) и модулей накопления и потерь от угловой частоты (б) при –20°C для ПАОМ‑4, содержащего разную концентрацию П2.

Download (164KB)
7. Рис. 6. Зависимости вязкости от напряжения сдвига (а) и модулей накопления и потерь от угловой частоты (б) при –20°C для ПАОМ‑4, содержащего разную концентрацию П3.

Download (176KB)

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).