Получение и свойства многофункциональных тритионовых присадок

УДК 541.18

С А. КУЗНЕЦОВ, С.Г. ИВАНОВА, Н И. КОЛЬЦОВ

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ТРИТИОНОВЫХ ПРИСАДОК

Ключевые слова: тритионы, метакриловая кислота, масла, смазки, противозадирные и про-тивоизносные присадки, диспергирующая способность.

Разработан метод синтеза тритионов на основе метакриловой кислоты. Изучены свойства растворов тритионов в индустриальном масле И-20А, показывающие возможность использования тритионов в качестве эффективных многофункциональных присадок к маслам.

SA. KUZNETSOV, S.G. IVANOVA, N.I. KOLTSOV RECEPTION AND PROPERTIES MULTIFUNCTIONAL TRITHIONIC DOPANTS Key words: trithiones, a methacrylic acid, oils, lubricants, antiweld and wear-preventive additives, dispersive capacity.

The method of synthesis tritiones on the basis of metacril acid is developed. Properties of tritiones oil solutions are investigated. Possibility of using tritions as effective multipurpose lubricant additives is shown.

Требования по повышению надежности и эффективности работы техники привели к значительному ужесточению эксплуатационных характеристик топлив и смазочных материалов. Одна из наиболее важных характеристик любого смазочного материала - продолжительный срок службы в условиях повышенных нагрузок. Степень износа можно снизить, регулируя химический состав масла и содержание в нем поверхностно-активных веществ, определяющих прочность смазочной пленки. С этой целью в моторные масла вводят противо-износные и противозадирные присадки. Для снижения интенсивности загрязнения деталей различного оборудования и двигателей углеродистыми отложениями в моторные масла вводят моюще-диспергирующие присадки [1].

Среди промышленных противозадирных и противоизносных присадок основное место занимают серосодержащие соединения. Однако, несмотря на хорошие смазывающие свойства, применение этих присадок при повышенных температурах и в механизмах, работающих в открытых помещениях, зачастую неприемлемо вследствие недостаточной термохимической стабильности этих соединений и сильного запаха. Одно из решений данной проблемы -циклизация серосодержащих соединений без уменьшения процентного внутримолекулярного содержания серы. К подобным соединениям можно отнести тионовые производные, а именно ди- и тритионы.

Поскольку в России работы по созданию новых эффективных диспергирующих и смазывающих (противозадирных и противоизносных) присадок практически не ведутся, актуальными являются разработка и внедрение в производство технологий их синтеза. Мы предлагаем простую методику получения недорогих многофункциональных тритионовых присадок, обладающих смазывающими и диспергирующими свойствами и не уступающих по свойствам импортным аналогам.

Процесс получения тритионов осуществлялся в две стадии. На первой стадии синтезировали эфиры метакриловой кислоты путем ее взаимодействия с октиловым спиртом (реакция (1)) и этаноламином (реакция (2)) при нормальном давлении в присутствии катализаторов и стабилизатора, предотвращающего полимеризацию получаемых соединений:

О

II

СЫ2=С-СООЫ + СН3-

СН3 СН3

О

II

СН2=С—СООН + Н21ЧСН2СН2ОН » СН2=С —С—О — СН— СН2]да2

СН3 СН3

За ходом реакций (1) и (2) во времени осуществляли контроль по кислотному числу [2]. Выход соединений составил 80-85%.

На второй стадии осуществлялось взаимодействие полученных эфиров с серой при 160-180°С до тех пор, пока прореагирует вся сера. Реакции протекают по уравнениям:

О О

II II

СН2=С—С—О — СН—

СН3 8 С=в

8

соединение I

О о

II II у }

СН2=С —С—О — СН2— СН2КН2 +58 -Шг8^ НС =С—С—О— СН2—СН2ЫН2

СН3 8 с =8

\/

8

соединение II

После охлаждения реакционной среды при 0-10°С в течение нескольких часов тритионы выпадают в виде оранжевых кристаллов, которые отфильтровывают и перекристаллизовывают из спирта.

Для соединений I и II были сняты ИК-спектры, на которых обнаружены полосы поглощения в области 570-7050 см-1 С-8-группы и 1140-1155 см-1 -С=С-С=8-группы в гетероцикле, что служит доказательством присутствие в полученных соединениях тритионового кольца.

В дальнейшем определяли трибологические и моющие характеристики тритионов. Для определения смазывающих свойств присадок в нашей и других промышленно развитых странах широкое распространение получили четырехшариковые машины трения (Ч111М) [3]. На ЧШМ определяли критическую нагрузку (Рк) и нагрузку сваривания (Рс). Критическая нагрузка Рк характеризует способность смазочного материала предотвращать быстрое изнашивание трущихся поверхностей. Нагрузка сваривания Рс характеризует

предельную работоспособность смазочного материала. Для индустриального масла И-20А без присадок Рк=0,392 кН, Рс=1,098 кН.

Определение диспергирующих свойств заключается в испытании масла с присадкой методом капельной пробы. Диспергирующая способность (ДС) -безразмерная величина, способная принимать значения от 0 до 1. Анализ присадки считается неудовлетворительным, если ДС<0,3 [4]. Индустриальное масло И-20А без присадок имеет ДС близкую к нулю.

Результаты испытаний 0,5%-ных растворов соединений I и II в индустриальном масле И-20А представлены в таблице.

Технологические свойства тритионов

Соединение Смазывающие свойства на ЧШМ ДС

Pk, кН Рс, кН

I 1,0 4,6 0,70

II 0,85 3,2 0,55

Как видно из данных таблицы, соединения I и II значительно повышают критическую нагрузку, нагрузку сваривания и диспергирующую способность масла.

Следует также отметить, что тритионы являются ингибиторами коррозии, обладают антиокислительными и поверхностно-активными свойствами. Следовательно, их применение в качестве противозадирных присадок позволит повысить эксплуатационные свойства масел, применяемых в машиностроении.

Таким образом, нами разработан метод синтеза тритионов на основе ме-такриловой кислоты, обладающих хорошими смазывающими и диспергирующими свойствами, что позволяет рекомендовать их в качестве эффективных многофункциональных присадок к маслам, смазкам и смазочноохлаждающим технологическим средствам.

Литература

1. Анисимов И.Г. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости / И.Г. Анисимов, К.М. Бадыштова, С.А. Бнатов. М.: Изд. центр «Техинформ», 1999. 596 с.

2. ГОСТ 29039-91. Кислота олеиновая техническая. Приемка и методы испытаний.

3. ГОСТ 9490-75 Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине. М.: Издательство стандартов, 2002.

4. ГОСТ 27402-87 Красители кубовые. Методы определения степени дисперсности. М.: Издательство стандартов, 1987.

КУЗНЕЦОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ - заведующий научно-исследовательской лабораторией, ООО «НТФ «Техма», Россия, Чебоксары (deobol@yandex.ru).

KUZNETSOV SERGEY ALEXEEVICH - research and development laboratory manager, Society with Limited Liability «NTF «Tehma», Russia, Cheboksary.

ИВАНОВА СВЕТЛАНА ГЕОРГИЕВНА - студентка V курса химико-фармацевтического факультета, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (svetik-070707@mail.ru).

IVANOVA SVETLANA GEORGIEVNA - student of himiko-pharmaceutical faculty, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.

КОЛЬЦОВ НИКОЛАИ ИВАНОВИЧ - доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой физической химии и высокомолекулярных соединений Чувашского государственного университета, Россия, Чебоксары (koltsovni@mail.ru).

KOLTSOV NIKOLAY IVANOVICH - doctor of chemistry, professor, managing chair of physical chemistry and macromolecular compounds, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.