Присадка к смазочным материалам и способ ее получения

 

Изобретение относится к присадкам смазочных материалов, использованию веществ в качестве компонентов смазочных композиций и способам их получения и предназначено для улучшения эксплуатационных свойств масел двигателей внутреннего сгорания, агрегатов и узлов трансмиссии и ходовой части машин. В сравнении с прототипом предлагаемый состав присадки к смазочным материалам и способ ее получения позволяет снизить энергоемкость синтеза присадки в 1,24 раза, при сокращении его времени в 1,4 раза, довести выход готового продукта до 100%, улучшить антифрикционные и противоизносные свойства смазочного материала соответственно в 1,07 и 1,06 - 1,19 раза, снизить коррозионную активность масла с присадкой в 1,07 - 1,16 раза, обеспечить более высокую антиокислительную стабильность по щелочному числу в 1,02 - 1,18 раза и по вязкости в 1,03 раза. Улучшение трибологических характеристик смазочного материала и его антиокислительных свойств достигается за счет того, что присадка представляет собой продукт взаимодействия насыщенной карбоновой кислоты с аммонийной группой и спиртовым раствором галогена. 2 с.п.ф-лы, 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к присадкам смазочных материалов, использованию веществ в качестве компонентов смазочных композиций и способам их получения и предназначено для улучшения эксплуатационных свойств масел двигателей внутреннего сгорания, агрегатов и узлов трансмиссии и ходовой части машин.

Известно, что введение в смазочный материал синтетических жирных кислот улучшает его антифрикционные и противоизносные свойства. В свободном состоянии синтетические жирные кислоты при повышении температур ухудшают свои трибологические характеристики и снижают антиокислительные свойства смазочных материалов [1].

Одним из основных ингибиторов процесса окисления в щелочной среде является йод [2].

Введение йода в кристаллической форме [3] приводит к увеличению коррозионной активности среды, причем его соединение с аммонийной группой ведет к образованию взрывоопасных продуктов.

Наиболее близким к предложенному является известный состав присадки [4] на основе синтетической жирной кислоты фракций C₁₀ - C₂₂ и соли металла переменной валентности.

Известно, что в процессе синтеза присадки расходуется большое количество тепла, т.к. химическое взаимодействие осуществляется с продуктами термического разложения аммония молибденовокислого, вводимого в синтетическую жирную кислоту в виде порошка, который претерпевает следующие изменения согласно выражению с дальнейшей нейтрализацией слабой кислоты в аммиачной среде. Выход готовой продукции составляет максимально не более 60 - 75% от массового количества загружаемых компонентов, т.к. аммоний молибденовокислый является твердым веществом в виде порошка и не полностью вступает во взаимодействие, причем отходы производства относятся ко второй и третьей категории в классификации вредных веществ (ГОСТ 12.1.005-88 ССТБ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны), т.к. имеют в своем составе молибден. В процессе синтеза в присадке также накапливается вода, которую необходимо удалять, что усложняет технологию и требует дополнительных затрат.

Также недостатком данной присадки являются неудовлетворительные трибологические характеристики и низкая антиокислительная стабильность.

Целью изобретения является снижение энергоемкости и увеличение выхода готовой присадки, а также улучшение антифрикционных, противоизносных и антиокислительных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что присадка к смазочным материалам, содержащая продукт взаимодействия синтетической жирной кислоты фракций C₁₀-C₂₂, аммиака безводного и спиртового раствора йода, представляет собой смесь нейтрализованной синтетической жирной кислоты, амида и этилового эфира синтетической жирной кислоты, и комплексной соли йода при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%: Аммиак безводный (на 100% СЖК) - 2 - 6 Йод (спиртовой 5%-ный раствор) - 0,5 - 3 Синтетические жирные кислоты - 100 В результате взаимодействия этих двух компонентов в карбоксильной группе -COOH гидрооксил OH частично замещен в амидогруппу NH₂ с образованием смеси, состоящей из нейтрализованной синтетической жирной кислоты и амида синтетической жирной кислоты с общей формулой R-CONH₂, и этилового эфира данной кислоты с общей формулой R-COO-C₂H₅ согласно , где R - общая формула C_nH_2n+1.

Использование спиртового раствора йода обеспечивает существование йодид-иона по схеме 3I₂+60H^-= 5I^-+IO^-₃+3H₂O , что в органической фазе облегчает переход в форму комплекса соли и метамолекулярного йода (Mel · l₂) .

Активная способность йода образовывать метамолекулярные соединения обеспечивает улучшение антифрикционных и противоизносных свойств смазочных материалов.

При соотношении до 6% аммиака на 100% синтетической жирной кислоты продукт взаимодействия представляет собой смесь синтетической жирной кислоты и амида этой кислоты, создающих щелочную среду, обеспечивающую активное ингибирование йодид-ионами процессов окисления и полимеризации в смазочных материалах.

Йодид-ион разлагает перекиси до устойчивых продуктов, возвращаясь сам в состояние устойчивости молекулы по схеме: R-OOH+2I^- ⇆ RO+I₂ и RO^-+H₂O ⇆ ROH+OH^- .

Кроме этого, происходит устранение свободных радикалов согласно схеме рекомбинации, а также возможно взаимодействие йода с углеводородным радикалом с образованием галоидопроизводных.

Таким образом обеспечивается улучшение актиокислительных свойств смазочных материалов.

Заявляемый способ получения присадки к смазочным материалам, включающий нагрев и перемешивание синтетической жирной кислоты, заключается в том, что йод вводят в синтетическую жирную кислоту в виде спиртового 5%-ного раствора до нагрева, а затем полученную смесь нагревают до температуры 85 - 95^oC и барбортируют (перемешивают) аммиаком безводным без дополнительного повышения температуры в течение 25 - 35 минут до момента ее стабилизации.

Применение аммонийной группы в газообразном виде (аммиак безводный) ускоряет протекание реакции нейтрализации синтетической жирной кислоты и синтеза амидов с образованием комплексной соли йода и эфира синтетической жирной кислоты.

Таким образом обеспечивается снижение температуры нагрева, времени синтеза и увеличение выхода готовой присадки.

Данная присадка и способ ее получения соответствует критерию "новизна", т. к. имеет отличия от прототипа - присадки к минеральным маслам (патент 2049109). Таким отличием по составу является использование в качестве компонента присадки аммиака безводного и спиртового раствора 5%-ного йода, обеспечивающих повышение антифрикционных, противоизносных и антиокислительных свойств смазочных материалов.

Это достигается в результате того, что присадка представляет собой продукт взаимодействия синтетической жирной кислоты и аммиака в присутствии спиртового раствора йода и является смесью нейтрализованной синтетической жирной кислоты, амида синтетической жирной кислоты с общей формулой R-CONH₂ и этилового эфира синтетической жирной кислоты с общей формулой R-COO-C₂H₅, в котором йод существует в форме йодид-иона и комплекса соли йода жирной кислоты.

Перечисленное выше ранее не известно и эти свойства не вытекают из свойств как синтетической жирной кислоты и аммиака, так и йода в виде спиртового раствора. Следовательно, имеет место появление у нового объекта нового свойства в результате добавления к известному объекту известной части.

Заявляемый способ получения присадки к смазочным материалам отличается тем, что йод вводится в синтетическую жирную кислоту в виде спиртового 5%-ного раствора до нагрева, полученную смесь нагревают до температуры 85 - 95^oC и барботируют аммиаком безводным без дополнительного увеличения температуры до момента ее стабилизации. При этом выход готовой присадки увеличивается, а количество энергии, расходуемой на синтез, уменьшается.

Это достигается в результате того, что барботирование осуществляется аммиаком безводным - компонентом присадки, участвующим в синтезе. Применение аммонийной группы в газообразном виде ускоряет протекание реакции синтеза при температуре на 20 - 30 ^oC ниже прототипа и сокращает время барботирования на 15 минут. Выход готовой продукции равен 100%.

Перечисленные выше последовательность и режим заявляемого способа получения присадки к смазочным материалам ранее не известны.

Эти обстоятельства свидетельствуют о соответствии заявляемого технического решения - присадки к смазочным материалам и способа ее получения критерию "изобретательский уровень".

Концентрация раствора йода спиртового при синтезе присадки в указанных границах обусловлена тем, что при введении менее 0,5 мас.% улучшения трибологических и антиокислительных свойств не наблюдается. При концентрации более 3,0 мас.% возникает вероятность образования кристаллического йода с дальнейшим превращением его в взрывоопасный йодид аммония.

Предлагаемый способ получения присадки позволяет снизить температуру синтеза присадки в 1,24 раза при одновременном сокращении времени барботирования в 1,40 раза, что свидетельствует о снижении энергоемкости процесса.

Результаты лабораторных испытаний показали, что предлагаемое техническое решение позволяет улучшить антифрикционные (в 1,07 раза) и противоизносные (в 1,05 - 1,19 раза) свойства. Также предлагаемый вариант присадки обладает более высокой антиокислительной стойкостью по щелочному числу в 1,02 - 1,8 раза и по вязкости в 1,03 раза. При этом коррозионная активность присадки снижается по сравнению с прототипом (в 1,07 - 1,16 раза).

Полученная присадка при добавлении в минеральное масло хорошо растворяется в нем и не выпадает в осадок с течением времени. При нагревании масла с присадкой ядовитых испарений не наблюдается.

Сравнительные данные об антикоррозионных, антифрикционных, противоизносных и антиокислительных свойствах заявляемого технического решения.

Трибологические свойства присадки к смазочным материалам оценивали на четырехшариковой машине трения в соответствии с ГОСТ 9490-75. Время испытания каждого образца 120 мин при следующем режиме нагружения (табл. 1). Антифрикционные свойства определяли по разности температур ΔT смазочной композиции в зоне трения до и после испытания.

Противоизносные свойства определяли по диаметру пятна износа (контакта) d в соответствии с ГОСТом 9490-75.

Оценку антиокислительных свойств проводили в соответствии с ГОСТ 18136-72 на приборе ТСМ в течение 6 часов в присутствии медного катализатора. Щелочное число определяли по ГОСТ 17362-71.

Вязкость образцов смазочных композиций до и после испытаний определяли в соответствии с ГОСТ 33-82.

Уровень коррозионной активности присадки к смазочным материалам определяли в соответствии с ГОСТ 20502-75 (метод Б) на приборе АП-1 по изменению массы пластин ΔIк , изготовленных из сталеалюминиевого вкладыша двигателя ЗМЗ-53.

Примеры составов присадки (табл. 2) синтезировали согласно заявляемому способу получения присадки. В синтетическую жирную кислоту вводят йод в виде спиртового 5%-ного раствора до нагрева, полученную смесь нагревают до температуры 85 - 95^oC и барботируют аммиаком безводным без дополнительного увеличения температуры в течение 25 - 35 минут до момента ее стабилизации.

Полученные образцы присадки растворяют в минеральном масле. Испытуемые составы добавляют в количестве 1 мас.% в моторное масло M-8-B₁ для всех испытаний. Растворимость хорошая. Выпадения в осадок не наблюдается.

Антагонистического проявления в отношении трибологических характеристик нет.

Предлагаемый способ получения присадки позволяет снизить температуру синтеза присадки в 1,24 раза при одновременном сокращении времени барботирования в 1,40 раза, что свидетельствует о снижении энергоемкости процесса. Согласно чертежу нейтрализация синтетической жирной кислоты протекает более интенсивно по предлагаемому способу (кривая 2), чем у прототипа (кривая 1) при более низких температурах (кривая 4). Выход готовой присадки равен 100%.

Результаты лабораторных испытаний (табл. 3, 4) показали, что предлагаемое техническое решение позволяет улучшить антифрикционные (в 1,07 раза) и противоизносные (в 1,05 - 1,9 раза) свойства. Также предлагаемый вариант присадки обладает более высокой антиокислительной стойкостью по щелочному числу в 1,02 - 1,18 раза и по вязкости в 1,03 раза. При этом коррозионная активность присадки снижается по сравнению с прототипом (в 1,07 - 1,16 раза).

Формула изобретения

1. Присадка к смазочным материалам на основе синтетических жирных кислот фракций С₁₀ - С₂₂, отличающаяся тем, что она представляет собой продукт взаимодействия синтетических жирных кислот фракций С₁₀ - С₂₂, безводного аммиака и спиртового 5%-ного раствора йода при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Безводный аммиак - 2 - 6
Спиртовой 5%-ный раствор йода - 0,5 - 3,0
Синтетические жирные кислоты фракций С₁₀ - С₂₂ - 100
2. Способ получения присадки к смазочным материалам, включающий нагрев синтетических жирных кислот фракций С₁₀ - С₂₂ и перемешивание, отличающийся тем, что перед нагревом в синтетические жирные кислоты вводят 5%-ный спиртовой раствор йода, полученную смесь барботируют безводным аммиаком при 85 - 95^oС в течение 25 - 35 мин до стабилизации температуры, причем на 100 мас.% синтетических жирных кислот фракций С₁₀ - С₂₂ берут 2 - 6 мас.% безводного аммиака и 0,5 - 3,0 мас.% спиртового 5%-ного раствора йода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2