CC BY
138
С. А. Кузнецов, Р. В. Васильев, Н. И. Кольцов
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ ТРИТИОНОВЫХ ПРИСАДОК И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Ключевые слова: противоизносные и противозадирные присадки, тритионовые производные, масла и смазочные материалы,
смазывающие свойства.
Разработан одностадийный метод получения тритионовых производных на основе метакриловой кислоты и ее эфиров в расплаве серы. Показано, что полученные соединения могут применяться в качестве эффективных смазывающих агентов - противоизносных и противозадирных присадок к маслам и смазочным материалам.
Key words: antiwear and extreme pressure additivies, threetion compounds, oils and lubricants, operating characteristics.
Single-stage obtain method of threetion additivies on the base of methacrylic acid, methacrylic ethers and liquid sulphur was invent. These compounds could be used as effective antiwear and extreme pressure additivies for oils and lubricants.
Одним из наиболее экономически выгодных путей увеличения долговечности узлов трения в различных машинах и механизмах является повышение качества смазочных материалов, в первую очередь, их смазывающих свойств, достигаемое в основном путем введения в них противоизносных и противозадирных присадок [1]. Введение этих присадок в смазочные масла позволяет выполнить два основных требования техники: повысить срок службы машин и механизмов и сохранить энергию топлива, т.к. около 30% энергии, вырабатываемой в промышленных странах мира, в конечном счете расходуется на трение. Поэтому актуальным является разработка новых эффективных присадок для пластичных смазок [2], смазочно-охлаждающих средств [3] и моторных масел. Исходя из предъявляемых требований к моторным маслам по смазывающим свойствам, широкое применение находят присадки на основе дитиофосфорных кислот и серосодержащие углеводороды различного строения [4]. В настоящее время перспективным является использование в качестве присадок к смазочным маслам гетероциклических
серосодержащих соединений - тритионов. Однако синтезы тритионов требуют специальных условий (высоких температур и давлений) и характеризуются невысокими выходами из-за протекания побочных реакций (реакций образования тиолов, меркаптанов, тиофенов и осмоления). В связи с этим целью данной работы являлась разработка упрощенного одностадийного метода получения с высокими выходами тритионовых противоизносных и противозадирных присадок к смазочным маслам.
Сущность метода заключается во взаимодействии расплава серы с метакриловой кислотой или ее эфирами при мольном соотношении 3:1 и температуре порядка 210°С. Путем
постепенного добавления метакриловой кислоты в расплав серы получают 4-алкил замещенный тритион. Добавление в реакционную массу серной кислоты в количестве 10% от количества метакриловой кислоты приводит к получению 4-ацилзамещенного тритиона.
Реакции осуществляют в течение 2 часов без растворителя. Описанным методом были получены три присадки, представляющие собой замещенные тритионовые производные: 4-метилтритион
(Присадка 1), тритион-4-карбоновая кислота (Присадка 2), бутиловый эфир 3-тиоксо-1,2-дитиол-4-карбоновой кислоты (Присадка 3):
Присадка 1 Присадка 2 Присадка 3
Полученные тритионы идентифицировали методом ИК-спектроскопии на спектрофотометре ИК Фурье ФСМ-1206. В ИК-спектрах всех присадок были обнаружены полосы поглощения в областях характерных для групп — С=С-С=Б (в гетероцикле) (1155-1140 см-1), С=С(1680-1620 см-1), С=Б (13001400 см-1) и С-Б-С (725 см-1), что доказывает наличие в соединениях тритионового кольца. В ИК-спектре Присадки 1 обнаружена полоса поглощения группы — СНз (2975-2950 см-1), в ИК-спектре Присадки 2 -полоса поглощения характерная для группы -С=С-СООН (1720 см-1), в ИК-спектре Присадки 3 - полоса поглощения характерная для группы С=С-ОООР (1730-1715 см-1). Выход тритионов составил 70-78 мас. %.
Смазывающие свойства присадок оценивали по трибологическим параметрам, характеризующим противоизносные, противозадирные и антифрикционные свойства смазочного материала, температурную стойкость граничных смазочных слоев [5]. Для определения смазывающих свойств присадок нами использовалась четырехшариковая машина трения (ЧШМТ). Согласно ГОСТ 4490-75 находили критическую нагрузку Рк, нагрузку сваривания Рс. Рк характеризует способность смазочного материала предотвращать быстрое изнашивание трущихся поверхностей. Рс характеризует предельную работоспособность
смазочного материала и определяется наименьшей осевой нагрузкой, вызывающей остановку машины при достижений момента трения 1200 Н-м или сваривании шариков.
В отечественной практике в моторных маслах в качестве противоизносных применяют серосодержащие присадки ИХП-14М, ТОС и ВИГОС. ИХП-14М (ТУ 38.401-58-59-93) представляет собой серуазотсодержащее соединение (массовая доля серы - 27-31%) - производное диалкилдитиокарбамата. Улучшает противозадирные свойства
трансмиссионных масел. ТоС (ТУ 38.401860-91) является диалкилсульфидом (массовая доля серы -21%). Получают путем осернения тетрамеров пропилена элементарной серой. Повышает противозадирные свойства трансмиссионных и индустриальных масел. ВИГОС (ТУ 38.4011058-97) представляет собой высокосернистый продукт (массовая доля серы - 40%), полученный путем реакции изобутилена с сероводородом и серой при высоком давлении. Можно применять в трансмиссионных и индустриальных маслах различного назначения [6].
Трибологические параметры растворов Присадок 1-3 и присадок ИХП-14М, ТОС, ВИГОС в индустриальном масле И-20 А представлены в табл. 1.
Таблица 1 - Смазывающие свойства растворов присадок в индустриальном масле И-20А
Следует отметить, что для многих видов масел повышение смазывающих свойств в 2,5-3 раза по сравнению с базовым маслом является достаточным условием для эксплуатации в соответствии с назначением. Сравнение данных таблицы показывает, что полученные тритионовые присадки в количествах в 9-10 раз меньших, чем выпускаемые серосодержащие присадки,
увеличивают критическую нагрузку и нагрузку сваривания исходного масла до требуемых значений по трибологическим параметрам. Это говорит о значительно превосходящих смазывающих свойствах тритионов по сравнению с другими противозадирными и противоизносными
серосодержащими присадками отечественного производства.
Таким образом, тритионовые производные метакриловой кислоты могут быть рекомендованы в качестве эффективных противозадирных и противоизносных присадок для различных видов масел.
Литература
1. Папок, К.К. Словарь по топливам, маслам, смазкам, присадкам и специальным жидкостям / К.К. Папок, Н.А. Рагозин. - М.: Химия, 1976. - 392 с.
2. Кузнецов, С. А. Загущающие присадки для термостабильных пластичных смазок / С. А. Кузнецов, Р.В. Васильев, Н.И. Кольцов // Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. - Т.14. - №1. - С.106-108.
3. Кузнецов, С.А. Антикоррозионные присадки на основе самоэмульгирующих эфиров / С.А. Кузнецов, Н.А. Беляева, Н.И. Кольцов // Химия и технология топлив и масел. - 2009. - №3. - С.48-49.
4. Школьников, В.М. Топлива, смазочные материалы и технические жидкости / В.М. Школьников. - М.: Химия, 1989. - 432 с.
5. Крагельский, И.В. Основы расчетов на трение и износ / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. - М.: Машиностроение, 1977. - 552 с.
6. Анисимов, И.Г.. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов. - М.: Издательский центр «Техинформ», 1999. - 596 с.
Смазочный материл Н, Pc, Н
Масло И-20А (99,5%) + Присадка 1 (0,5%) 59 300
Масло И-20А (99,5%) + Присадка 2 (0,5%) 50 290
Масло И-20А (99,5%) + Присадка 3 (0,5%) 85 320
Масло И-20А (94,5%) + ИХП-14М (5,5%) 100 400
Масло И-20А (95,0%) + ТОС (5,0%) 89 400
Масло И-20А (95,5%) + ВИГОС (4,5%) - 422
Масло И-20А 39 110
© С. А. Кузнецов - асп. каф. физической химии и высокомолекулярных соединений ЧГУ, [email protected]; Р. В. Васильев -студент магистратуры той же кафедры ЧГУ, [email protected]; Н. И. Кольцов - д-р хим. наук, проф., зав. каф. физической химии и высокомолекулярных соединений ЧГУ, [email protected].
