⛽ Sulfatasche von Ölen
Bestimmung des Sulfataschegehalts in Schmierölen mit metallorganischen Additiven. Maß für Metallgehalt (Ca, Mg, Zn, Ba) in Additivpaketen.
Übersicht
Sulfatasche ist der anorganische (mineralische) Rückstand nach Verbrennung von Schmieröl und Behandlung des Rückstands mit Schwefelsäure gefolgt von Glühen bei 775°C. Dies ist ein wichtiger Qualitätsparameter für Motor- und Industrieöle, da er den Gehalt metallorganischer Additivpakete darstellt — hauptsächlich Detergenzien (Ca-, Mg-Verbindungen), Dispergiermittel und Antioxidantien (Zn-Verbindungen — ZDDP).
Der Sulfataschegehalt ist entscheidend für die Ölkompatibilität mit Abgasnachbehandlungssystemen: DPF/FAP-Filter (Dieselmotoren) und TWC-Katalysatoren (Benzinmotoren). Zu hohe Sulfatasche führt zu schnellerem Verstopfen von Partikelfiltern und Katalysatorvergiftung. Daher haben moderne Motorölspezifikationen (ACEA C1–C5, API SP) Sulfataschegrenzen eingeführt — z.B. verlangt ACEA C1 ≤0,5 % m/m, und ACEA C3 erlaubt ≤0,8 % m/m.
Die ISO 3987-Methode deckt den Bereich von 0,005 % bis 25 % m/m ab und gilt für ungebrauchte Schmieröle mit Additivpaketen sowie für Additivkonzentrate selbst. Sie ist nicht geeignet für gebrauchte Öle mit Bleigehalt oder für Grundöle ohne Additive (für diese wird ISO 6245 — normale Asche verwendet).
Testergebnisse werden als Massenprozent (% m/m) Sulfatasche ausgedrückt. Typische Werte: konventionelles Motoröl 0,8–1,5 %, Low-SAPS-Öl (ACEA C) 0,5–0,8 %, Grundöl ohne Additive <0,005 %.
Prinzip der Methode
Eine gewogene Ölprobe wird in einem Platin- oder Porzellantiegel bis zur vollständigen Verkohlung verbrannt. Der Kohlerückstand wird mit Schwefelsäure (H2SO4) befeuchtet, die mit Metalloxiden unter Bildung von Sulfaten reagiert. Dann wird der Tiegel in einem Muffelofen bei 775°C geglüht, bis vollständige Kohleverbrennung und konstante Masse erreicht ist. Metallsulfate (CaSO4, MgSO4, ZnSO4, BaSO4) bilden die Sulfatasche. Der Prozess der Schwefelsäurebehandlung und des Glühens wird wiederholt, bis konstante Masse erreicht ist (Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Wägungen ≤0,5 mg).
Anwendungen
- Qualitätskontrolle von Motorölen — ACEA C1–C5, API SP/SN Spezifikationen
- Prüfung des metallorganischen Additivgehalts in Ölen
- Produktionskontrolle von Low-SAPS-Ölen (niedriger Sulfatasche-, Schwefel-, Phosphorgehalt)
- Bewertung der Ölkompatibilität mit DPF/FAP-Filtern und Katalysatoren
- Qualitätskontrolle von Additivpaket-Konzentraten
- Überwachung der Ölqualität im Betrieb (Ascheanstieg = Degradation)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Messbereich | 0,005–25 % m/m |
| Glühtemperatur | 775 ± 25°C |
| ACEA C1 Grenzwert | ≤0,5 % m/m |
| ACEA C3 Grenzwert | ≤0,8 % m/m |
| Typisches Motoröl | 0,8–1,5 % m/m |
| Wiederholbarkeit | 0,016 × X (X = Ergebnis in %) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN ISO 3987:2010
- Titel (PL)
- Przetwory naftowe — Oznaczanie popiolu siarczanowego w olejach smarowych i dodatkach uszlachetniajacych
- Title (EN)
- Petroleum products — Determination of sulfated ash in lubricating oils and additives
Schritt-für-Schritt-Verfahren
1. Tiegelvorbereitung
Tiegel in Muffelofen glühen (775°C, 30 min). In Exsikkator abkühlen. Mit 0,1 mg Genauigkeit wiegen.
2. Probenwägung
Ölprobe in Tiegel wiegen: 5–10 g für Öle mit erwartetem Aschegehalt <1 %, 1–5 g für höhere Gehalte. Masse mit 0,1 mg Genauigkeit aufzeichnen.
3. Vorläufiges Verbrennen
Probe mit Brenner oder auf Heizplatte entzünden. Öl vorsichtig verbrennen, Spritzen vermeiden. Bis zur Verkohlung fortsetzen.
4. Schwefelsäurebehandlung
Nach Abkühlen einige Tropfen Wasser, dann 1–2 mL konzentrierte Schwefelsäure zugeben. Vorsichtig erhitzen bis Rauch aufhört.
5. Glühen im Muffelofen
Tiegel in auf 775°C aufgeheizten Muffelofen stellen. 30 min glühen. In Exsikkator auf Raumtemperatur abkühlen.
6. Wiederholte H2SO4-Behandlung
Tiegel wiegen. Wenn Ergebnis instabil: erneut H2SO4 zugeben und Glühen wiederholen (775°C, 30 min). Bis konstante Masse (±0,5 mg) fortsetzen.
7. Endwägung
Nach Erreichen konstanter Masse Tiegel mit Asche auf Analysenwaage wiegen. Endmasse aufzeichnen.
8. Blindprobe
Blindprobe durchführen — 1 mL H2SO4 zu leerem Tiegel geben, wie oben glühen. Rückstand wiegen (Korrektur).
9. Ergebnisberechnung
Sulfatasche [% m/m] = [(m3 - m1) - B] × 100 / m_Probe, wobei m3 = Tiegelmasse mit Asche, m1 = leere Tiegelmasse, B = Blindwert.
10. Berichterstattung
Ergebnis in % m/m mit 0,001 % Genauigkeit (für Werte <0,1 %) oder 0,01 % (für Werte >0,1 %) angeben. Mit Ölspezifikationsanforderungen vergleichen.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Muffelofen (775°C) | Nabertherm L 3/11, Carbolite CWF 1200, POL-EKO SLF 50 | 8.000–25.000 PLN |
| Platin- oder Porzellantiegel | Platintiegel 50 mL (beste Genauigkeit) oder Porzellan | 5.000–15.000 PLN (Pt) / 50–200 PLN (Porzellan) |
| Analysenwaage (d = 0,1 mg) | Mettler Toledo XPR205, Sartorius Secura 225D | 8.000–25.000 PLN |
| Gasbrenner oder Heizplatte | Bunsen- / Teclu-Brenner oder Heizplatte für vorläufiges Verbrennen | 200–2.000 PLN |
| Exsikkator ohne Trockenmittel | Glasexsikkator zum Abkühlen von Tiegeln nach Glühen | 300–800 PLN |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Konzentrierte Schwefelsäure (95–98%) | 7664-93-9 | Zur Behandlung des Rückstands nach Verbrennung, analysenrein |
| Destilliertes Wasser | 7732-18-5 | Zum Befeuchten des Rückstands vor Schwefelsäurezugabe |
| Ethanol oder Methanol | 64-17-5 | Zum Befeuchten der Probe vor Verbrennung (erleichtert gleichmäßiges Brennen) |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Konzentrierte Schwefelsäure — stark ätzend (H314), chemische Verbrennungen, unter Abzug arbeiten, säurefeste Handschuhe
- Muffelofen 775°C — extrem heiße Oberfläche, Zange und wärmebeständige Handschuhe verwenden
- Ölverbrennung — Flamme und Rauch, unter Abzug oder im Digestorium arbeiten
- Platintiegel — nicht mit Salzsäure oder metallischem Natrium verwenden (Pt-Korrosion)
- Schutzbrille, Laborkittel und Handschuhe obligatorisch
- Öl-Brandbekämpfung — Sand oder Pulverlöscher, NIEMALS Wasser