Экологически чистый смазочный материал и способ его производства

Экологически чистый смазочный материал и способ его производства

Реферат

Изобретение относится к экологически чистым пластичным смазочным материалам, изготавливаемым на биоразлагаемой основе. Изобретение может быть использовано для лубрикации зоны контакта «колесо-рельс» рельсового транспорта (далее - лубрикация).

Известна смазка для лубрикации BioRail^®, производимая фирмой Whitmore's на основе растительных масел. Испытания этой смазки проводились на железнодорожных путях 1 класса США и Канады и показали хорошие результаты. Недостатком смазки является узкий диапазон температур атмосферного воздуха, при которых она является работоспособной.

Известна консистентная смазка, которая может быть использована в широком интервале температур и обладает отличными антикоррозионными свойствами. В этой композиции консистентной смазки смазочное базовое масло из синтетических или минеральных масел, обладающих хорошими низкотемпературными и антикоррозионными свойствами, теплостойкостью и высокой несущей способностью, смешивают с от 5 до 50 масс. % соединения кальций-сульфонатного комплекса в качестве загустителя, выделяющегося низкотемпературными свойствами. В результате низкотемпературные свойства улучшаются при использовании характеристик соединения кальций-сульфонатного комплекса (например, японский патент 2002-265969 А).

Наиболее близка по составу смазочной основы смазочная композиция по пат. РФ №2436840 (20.12.2011 г.), состав которой получают смешением по меньшей мере одного базового масла, выбранного из смазочного базового масла типа минерального масла, синтетического смазочного базового масла и биоразлагаемого смазочного базового масла с загустителем, компаундируют с воском и водой и, необязательно, компаундируют с ними добавку, такую как сурфактант и антивспениватель. В качестве воска предпочтительно используют карнаубский воск. Технический результат - композиция консистентной смазки предельно облегчает операцию ее удаления после применения, является безвредной для окружающей среды и имеет превосходную антикоррозионную характеристику.

Целью изобретения является создание экологически чистой смазочной композиции.

Техническим результатом является экологически чистая биоразлагаемая пластичная смазка, снижающая износ и повышающая ресурс рельсов и колес, снижающая энергопотребление на тягу подвижного состава и обладающая степенью биоразложения не ниже 80% (по методу ASTM D-5864).

Технический результат достигается экологически чистой пластичной смазкой следующей рецептуры, масс.%: 12-оксистеариновая кислота 7,3-10,3; кальция гидроокись 0,3-0,5; лития гидроокись 0,2-0,7; натрия тетраборат 2,0-4,3; глицерин 0,9-2,1; осерненное масло 6,8-9,0; масло базовое ВМГЗ 0-9,1; масло синтетическое БЗВ 0-6,5; масло растительное (например, подсолнечное нерафинированное) - до 100.

Снижение износа, повышение ресурса рельсов и колес, снижение энергопотребления на тягу подвижного состава оценивали по результатам стендовых испытаний смазочных материалов на серийной машине трения ИИ 5018 при трении качения с 10% проскальзыванием ролика из колесной стали (нижний ролик) по ролику из рельсовой стали (верхний ролик) в сравнении со смазкой для лубрикации BioRail. Смазочный материал наносили на поверхность трения только нижнего ролика в количестве 1 мл. Количество нанесенного смазочного материала было одинаковым для всех тестируемых пар трения. Ролики закрепляли в машине трения, вводили в контакт и осуществляли вращение роликов под нагрузкой 980 Н до 300 оборотов. Затем вращение роликов прекращали, ролики снимали с машины трения, с их нерабочих поверхностей удаляли смазку. Ролики взвешивали, после чего устанавливали на машине трения и закрепляли гайками. В течение всего времени испытаний производили непрерывную запись коэффициента трения. Испытания роликов осуществляли до достижения значения коэффициента трения 0,1. В таблице приведены результаты испытаний образцов смазочных материалов.

Экологическую чистоту смазочной композиции определяли по биоразлагаемости в 28-дневном тесте по методу испытаний ASTM D-5864 «Стандартный метод испытаний для определения аэробной водной биодеградации смазочных материалов». Для всех смазочных материалов приведенной выше рецептуры степень биоразложения составляла не менее 80%.

Общими для заявленной пластичной смазки и ее ближайшего аналога являются признаки, характеризующие их состав: обе смазки могут содержать в качестве основы смесь масел; загущены мыльным загустителем.

В отличие от ближайшего аналога предлагаемая смазка дополнительно содержит присадки, улучшающие триботехнические свойства - натрия тетраборат и осерненное масло; вместо кальций-сульфонатного и литиевого комплекса содержит литий-кальциевое мыло 12-оксистеариновой кислоты; не содержит уменьшающего адгезию к поверхности воска; кроме того, заявленная пластичная смазка отличается соотношением ингредиентов.

Способ получения смазки состоит в предварительном получении мыл 12-оксистеариновой кислоты, выпаривании воды при 95-105°C и добавления после этого дисперсионной среды. Данный способ позволяет предотвратить омыление растительной дисперсионной среды, что существенно снижает склонность смазочного материала к образованию эмульсий с водой.

В реактор с мешалкой загружают рассчитанное количество 12-оксистеариновой кислоты и производят нагрев до температуры 80-85°C. После расплавления добавляют при интенсивном перемешивании суспензию смеси щелочей (соотношение щелочь:вода - 30:70). Проводят выпаривание воды при температуре 95-105°C. Далее в реактор вводят 30% от общего количества смеси базовых масел и весь объем осерненного масла. Температуру реакционной смеси повышают до 130-140°C. Смесь выдерживают при температуре 130-140°C до тех пор, пока она не станет однородной. Затем вводят еще 30% от общего количества смеси базовых масел и осуществляют нагревание до температуры плавления мыл 190-200°C. Расплав при этом становится прозрачным. После получения прозрачного расплава нагревание прекращают. При интенсивном перемешивании, на остывание добавляют оставшиеся 40% от общего количества смеси базовых масел. При температуре 55-65°C вводят глицерин и натрия тетраборат.

В процессе приготовления пластичной смазки целесообразно использовать промышленно выпускаемые продукты, например масло подсолнечное нерафинированное (ГОСТ Р 52465-2005) или любое другое масло растительного происхождения, масло базовое ВМГЗ (ТУ 38.101479-86), масло синтетическое БЗВ (ТУ 38.101295-85 изм. 1-9), 12-оксистеариновую кислоту (импорт; сертификат качества поставщика), кальция гидроокись (ГОСТ 9262-77), лития гидроокись (ГОСТ 8595-83), натрия тетраборат (ГОСТ 4199-76, изм. 2), глицерин (ГОСТ 6824-96), осерненное масло (ТУ 38301-38-131-90).

Смазка может также содержать, помимо указанных необходимых компонентов, различные функциональные добавки, не влияющие существенно на показатели, определяющие ее назначение или новые технические свойства; к таковым компонентам, в частности, относятся, например, красители-маркеры и т.п.

1. Экологически чистый смазочный материал для лубрикации зоны контакта «колесо-рельс» рельсового транспорта, содержащий в качестве базового масла биоразлагаемое масло или смесь по меньшей мере одного базового масла, выбранного из смазочного базового масла типа минерального масла, синтетического смазочного базового масла и биоразлагаемого смазочного базового масла, отличающийся тем, что смазка в качестве загустителя содержит литий-кальциевое мыло 12-оксистеариновой кислоты, в качестве присадок, улучшающих триботехнические свойства, - натрия тетраборат и осерненное масло, кроме того, смазка содержит глицерин, при следующих соотношениях компонентов, % масс.:

12-оксистеариновая кислота	7,3-10,3
кальция гидроокись	0,3-0,5
лития гидроокись	0,2-0,7
натрия тетраборат	2,0-4,3
глицерин	0,9-2,1
осерненное масло	6,8-9,0
масло базовое ВМГ3	0-9,1
масло синтетическое БЗВ	0-6,5
масло растительное (например, подсолнечное нерафинированное)	до 100

2. Способ производства экологически чистого смазочного материала по п. 1, при котором в реактор с мешалкой загружают рассчитанное количество 12-оксистеариновой кислоты, производят нагрев до температуры 80-85°C, а после расплавления добавляют при интенсивном перемешивании суспензию смеси щелочей (соотношение щелочь:вода - 30:70) и проводят выпаривание воды при температуре 95-105°C, отличающийся тем, что затем в реактор вводят 30% от общего количества смеси базовых масел и весь объем осерненного масла, температуру реакционной смеси повышают до 130-140°C и смесь выдерживают при этой температуре до тех пор, пока она не станет однородной, затем вводят еще 30% от общего количества смеси базовых масел и осуществляют нагревание до температуры 190-200°C, при которой происходит плавление мыл и образование прозрачного расплава, после этого нагревание прекращают при интенсивном перемешивании, затем в процессе остывания добавляют оставшиеся 40% от общего количества смеси базовых масел, а при температуре 55-65°C вводят глицерин и натрия тетраборат.