Присадка к минеральным маслам и способ ее получения

Присадка к минеральным маслам и способ ее получения

Реферат

 

Изобретение относится к составам смазочных материалов. Присадка к минеральным маслам представляет собой продукт взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака, взятых в следующем соотношении, мас.%: аммиак безводный 2-6; олеиновая кислота 100. Для получения присадки олеиновую кислоту предварительно нагревают до 100-110^oС и барботируют безводным аммиаком в течение 30-40 мин. 2 с. п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

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

Целью изобретения является снижение энергоемкости и увеличение производительности процесса синтеза присадки, уменьшение ее коррозионной активности и улучшение антифрикционных, противоизносных и противозадирных свойств.

В литературе имеются данные о том, что введение в моторное масло олеиновой кислоты улучшает его антифрикционные и противоизносные свойства. В свободном состоянии олеиновая кислота усиливает коррозионную активность масла.

Известна антифрикционная маслорастворимая присадка для двигателей внутреннего сгорания [2] Недостаток данной присадки заключается в том, что максимальных значений антифрикционные и противоизносные свойства достигают при различных ее концентрациях в базовом масле. Кроме того, при высоких нагрузках снижаются ее трибологические свойства.

Также в процессе синтеза расходуется большое количество тепла, которое проявляется в предварительном нагреве олеиновой кислоты и дальнейшем ее увеличении для обеспечения процесса, так как химическое взаимодействие осуществляется с продуктами термического разложения аммония молибденовокислого, который претерпевает следующие изменения (NH₄)₆Mo₇O₂₄ 3(NH₄)₂O7MoO₃ 6NH₄+7MoO+3H₂O с дальнейшей нейтрализацией слабой кислоты в аммиачной среде. Выход готовой продукции составляет максимально не более 60-75% от массового количества загружаемых компонентов, так как аммоний молибденовокислый является твердым веществом в виде порошка и не полностью вступает во взаимодействие, причем отходы производства относятся к второй и третьей категориям в классификации вредных веществ, так как имеют в своем составе молибден. В процессе синтеза в присадке также накапливается вода, которую необходимо удалять, что усложняет технологию и требует дополнительных затрат.

Наиболее близким к предложенному является известный состав смазочной композиции, содержащей противоизносную присадку прототип на основе олеата меди и олеиновой кислоты при следующих соотношениях компонентов, мас. Олеат одновалентной меди 25-60 Олеиновая кислота До 100 Недостатком данной присадки является то, что выделяющаяся в процессе трения металлическая медь, а также ее соли являются катализаторами окислительных процессов в масле, что ухудшает его антиокислительные свойства, термическую стабильность и усиливает коррозионную активность по отношению к поверхностям трения, особенно из цветных металлов. Это делает невозможным длительно использовать масло в высокотемпературных узлах трения и резко сокращает срок его службы.

Поставленная цель достигается тем, что присадка к минеральным маслам является продуктом взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака, представляющим собой смесь нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты при следующих соотношениях исходных компонентов, мас. Аммиак безводный (на 100% олеиновой кислоты) 2-6 Олеиновая кислота 100 В результате взаимодействия этих двух компонентов в карбоксильной группе -СООН гидроксил ОН частично pазмещен в амидогруппу NH₂ с образованием смеси, состоящей из нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты с общей формулой R-CONH₂ согласно уравнению )₇-C+NH₃ CH₃(CH₂)₇= CH(CH₂)₇- При соотношении до 7% аммиака на 100% олеиновой кислоты продукт взаимодействия представляет собой смесь олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты. При соотношении более 7% аммиака продукт взаимодействия представляет собой смесь амида олеиновой кислоты и аммиака.

На фиг.1 5 даны графики, иллюстрирующие изобретение.

В процессе синтеза установлено (фиг.1), что нейтрализация олеиновой кислоты протекает в предлагаемом решении (кривая 2) с образованием слабощелочной среды по сравнению с прототипом и завершается на 10 мин, тогда как по прототипу (кривая 1) нейтрализация не происходит. При этом наблюдается увеличение кислотного числа предлагаемого решения в 1,41 раза и его стабилизация, что свидетельствует об образовании смеси нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты в предлагаемом решении. В случае смеси амида олеиновой кислоты и аммиака (при соотношении аммиака более 7% на 100% олеиновой кислоты) кислотное число будет значительно выше (до 9 9,5).

Способ получения присадки в предлагаемое решение заключается в предварительном нагреве олеиновой кислоты до 100-110^оС (фиг.2). Нижняя граница температуры нагрева (100^оС) определяется началом протекания процесса нейтрализации олеиновой кислоты, а верхняя (110^оС) ее значительным замедлением. В процессе синтеза присадки температура поддерживается в пределах 100 110^оС без дополнительного ее повышения. Продолжительность синтеза присадки определяется временем до стабилизации температуры, которое наступает на 30 40 мин (фиг.3).

Данная присадка и способ ее получения соответствует критерию "новизна", так как имеет отличия от прототипа присадки к минеральным маслам (см. авт. св. 859425, кл. С 10 М 129/40). Такими отличиями являются использование аммиака в качестве соединения с нейтрализующей группой и образование в результате взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака продукта, представляющего смесь нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты с общей формулой R-CONH₂. В процессе синтеза газообразный аммиак продувается через олеиновую кислоту, чем обеспечивается лучшее перемешивание и протекание реакции. При этом уменьшается температура предварительного нагрева олеиновой кислоты и температура поддержания процесса.

Использование аммиака позволяет снизить энергоемкость и увеличить производительность процесса синтеза присадки, уменьшить коррозионную активность за счет более эффективной реализации процесса нейтрализации, улучшить ее антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства. Это достигается использованием в качестве присадки продукта взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака, представляющего смесь нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты с общей формулой R-CONH₂.

Применение продукта взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака, представляющего смесь нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты уменьшает коррозионную активность присадки, улучшает ее антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойств. Применение аммиака также ведет к снижению энергоемкости и увеличению производительности процесса синтеза присадки. Перечисленное выше ранее не известно и эти свойства не вытекают из свойств как олеиновой кислоты, так и самого аммиака. Следовательно, имеет место появление у нового объекта нового свойства в результате добавления к известному объекту известной части.

Это обстоятельство свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Оптимальная концентрация аммиака для синтеза присадки лежит в пределах 2-6 мас. на 100% олеиновой кислоты и обусловлена тем, что (фиг.4) в вышеуказанных пределах концентрации аммиака изменение основных показателей коррозионной активности I_к (кривая 1), износа 1 (кривая 2) и момента трения М_т (кривая 3) наиболее существенны. Введение менее 2 мас. аммиака ухудшает свойства предлагаемого решения (увеличение I_к, I, М_т), а превышение сверх 6 мас. не ведет к существенному изменению ее антикоррозионных и трибологических свойств. Кроме этого, продукт взаимодействия будет представлять собой смесь амида олеиновой кислоты и аммиака. Причем амид олеиновой кислоты в чистом виде представляет собой мазеобразное вещество, что затрудняет растворение в минеральном масле.

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 противозадирных свойствах заявляемого технического решения Образцы присадки оценивали лабораторными методами. Испытания на антифрикционные, противоиносные и противозадирные свойства производили на машине трения СМЦ-2 по схеме "ролик-сегмент", обеспечивающей контакт по линии при нагрузке 1471,5 Н и частоте вращения 500 мин^-1. В качестве материалов пары трения взяты СЧ-24 (ролик) и фрагмент второго компрессионного кольца двигателя ЗМЗ-53 из серого чугуна с пластинчатым графитом (сегмент). Антифрикционные свойства оценивали по изменению момента трения М_т. Износ образцов определяли весовым методом на аналитических весах ВЛА-200М с точностью 10^-4 г. Время испытания 60 мин.

Скорость формирования защитных свойств в граничных слоях поверхностей трения (противозадирные свойства), характеризующаяся изменением угла наклона а кривой температур, оценивали на четырехшариковой машине трения в соответствии с ГОСТом 9490-75. Время испытания каждого образца 70 мин при режиме нагружения представленном в табл.1.

Уровень коррозионной активности определяли в соответствии с ГОСТ 20502-75 (метод Б) на приборе АП-1 по изменению массы пластин. В качестве материала, подвергающегося испытанию, использовали образцы сталеалюминиевого вкладыша двигателя ЗМЗ-53.

Способ получения присадки определен при подготовке образцов соответствии с примерами составов (табл. 2). Он заключается в предварительном нагреве олеиновой кислоты до 100-110^оС и последующего барботирования (продувки) нагретой олеиновой кислоты аммиаком в течение 30 40 мин. Нижняя граница температуры нагрева (100^оС) определяется началом протекания процесса нейтрализации олеиновой кислоты, а верхняя (110^оС) ее значительным замедлением (фиг. 2, кривые 1-3). В процессе синтеза присадки температура поддерживается в пределах 100 110^оС, без дополнительного ее повышения. Продолжительность синтеза присадки определяется временем до стабилизации температуры, которое наступает на 30-40 мин (фиг.3, кривые 1-3).

Изменение температуры в ходе синтеза (фиг.1) показало, что предлагаемый способ получения присадки требует предварительного нагрева олеиновой кислоты до 100-110^оС (кривая 4), что на 10-20^оС меньше по сравнению с прототипом на состав (кривая 3). Причем, в прототипе на состав для протекания процесса синтеза после введения порошкообразного компонента необходимо увеличить температуру олеиновой кислоты до 155 160^оС, тогда как в предлагаемом способе получения она поддерживается в пределах тех же 100 110^оС.

В процессе синтеза установлено (фиг. 1), что нейтрализация олеиновой кислоты протекает в предлагаемом решении (кривая 2) с образованием слабощелочной среды по сравнению с прототипом и завершается на 10 минут, тогда как по прототипу (кривая 1) нейтрализация не происходит. При этом наблюдается увеличение кислотного числа предлагаемого решения в 1,41 раза и его стабилизация, что свидетельствует об образовании смеси нейтрализованной олеиновой кислоты и амида олеиновой кислоты в предлагаемом решении. В случае смеси амида олеиновой кислоты и аммиака (при соотношении аммиака более 7% на 100% олеиновой кислоты) кислотное число будет значительно выше (до 9-9,5).

Полученную присадку растворяют в минеральном масле. Испытываемые составы добавляют в количестве 1 мас. в моторное масло М-8-В₁ для всех испытаний. Растворимость хорошая. Выпадения в осадок не наблюдается. Антагонистического проявления в отношении трибологических характеристик нет.

Результаты лабораторных испытаний показали (табл.3), что предлагаемый состав присадки позволяет существенно увеличить выход готового продукта (на 25-60% ), при этом снизить коррозионную активность присадки по сравнению с прототипом (в 1,29-1,56 раза), улучшить антифрикционные (в 1,26-1,30 раза) и противоизносные (в 4,0 4,1 раза) свойства присадки.

На фиг.5 представлена зависимость скорости формирования защитных свойств в граничном слое поверхностей трения от времени испытания прототипа (кривая 1) и предлагаемого технического решения (кривая 2). При этом ₁ > ₂, что свидетельствует о большей эффективности предлагаемого решения.

Формула изобретения

1. Присадка к минеральным маслам на основе олеиновой кислоты, отличающаяся тем, что представляет собой продукт взаимодействия олеиновой кислоты и аммиака при следующем соотношении компонентов, мас.

Аммиак безводный 2 6 Олеиновая кислота 100 2. Способ получения присадки к минеральным маслам, включающий нагрев олеиновой кислоты и перемешивание, отличающийся тем, что олеиновую кислоту предварительно нагревают до 100 110^oС с последующим барботированием безводным аммиаком в течение 30 40 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7