ПРОТИВОИЗНОСНАЯ КОМПОЗИЦИЯ К СМАЗОЧНЫМ МАСЛАМ
ANTI-WEAR COMPOSITION FOR LUBRICATING OILS

Изобретение относится к области машиностроения и производства смазочных материалов, и может быть использовано для повышения противоизносных свойств моторных, трансмиссионных, индустриальных масел и пластичных смазок на основе углеводородных масел. Наиболее целесообразно введение композиции в состав смазочных материалов, применяемых при высоких температурах, в частности, в трансмиссионные масла для гипоидных передач и в индустриальные смазки для металлургической промышленности.
Из уровня техники известно использование в качестве противоизносных присадок трифенилфосфоротионатов, триарилфосфоротионатов (например, индустриальная смазка Tactic EMV Stamina ЕР 2 компании Shell) и триалкилфосфоротионатов.
Из уровня техники известно применение триарилфосфоротионатов и алкилированных фосфоротионатов в качестве компонентов, повышающих устойчивость различных композиций к воздействию высоких температур и ультрафиолетового излучения (RU №2417242 С2, C09F 5/04 (2006.01), C09F 7/04 (2006.01), C09F 7/08 (2006.01), C09D 1/00 (2006.01), C09D 11/00 (2006.01), опубл. 27.04.2009).
Однако, применение фосфоротионатов по данному назначению не связано с их противоизносными свойствами.
Из уровня техники известен перечень применяемых и предлагаемых к применению фосфоротионатов, например, холодильная смазочная композиция (RU №2238964, С10М 169/04 (2000.01), C09K 5/04 (2000.01), С10М 169/04 (2000.01), С10М 105/38 (2000.01), С10М 135/10 (2000.01), С10М 145/14 (2000.01), С10М 147/04 (2000.01), C10N 40/30 (2000.01), опубл. 27.10.2004), состав карбамидной смазки (RU №2451719, С10М 115/08 (2006.01), C10N 40/02 (2006.01), опубл. 27.05.2012), композиция гидроксида лития (RU №2492216, С10М 117/02 (2006.01), С10М 177/00 (2006.01), опубл. 10.09.2013).
Приведенные в описаниях патентов применяемые и предлагаемые к применению присадки уступают заявляемому решению по влиянию на антифрикционные и противоизносные свойства смазочных масел. Трифенил- и триарилфосфоротионаты значительно повышают противоизносные свойства, но слабо снижают коэффициент трения в контактах скольжения и качения с проскальзыванием. Триалкилфосфоротионаты, содержащие углеводородные радикалы с 2…6 атомами углерода (от этильных до гексильных, включая изомерные), по эффективности не превосходят диалкилдитиофосфаты, например, товарные присадки ДФ-11 и ПФ-4. Триалкилфосфоротионаты, содержащие углеводородные радикалы с 7 и более атомами углерода (от гептильных до нонадецильных), значительно снижают коэффициент трения, но ограниченно повышают противоизносные свойства.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении противоизносных свойства смазочных масел.
Указанный технический результат достигается применением в качестве противоизносной присадки к смазочным маслам три(бензилфенил)фосфоротионата, который описывается формулой (1):
в сочетании с ди(бензилфениловым) эфиром этиленгликоля, описываемым формулой (2):
при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, % масс.:
- три(бензилфенил)фосфоротионат - 60…80;
- ди(бензилфениловый) эфир этиленгликоля - 20…40.
Из уровня техники применение три(бензилфенил)фосфоротионата и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в качестве компонентов противоизносных композиций к смазочным материалам не выявлено.
Согласно полученным авторами экспериментальным данным, три(бензилфенил)фосфоротионаты превосходят по влиянию на противоизносные свойства трифенил-, трибензил-, триалкил- и триалкилфенилфосфоротионаты. Это обусловлено оптимальным сочетанием размеров углеводородных радикалов, характерных для алкильных радикалов, содержащих 8 и более атомов углерода, с прочностью и температурной стойкостью адсорбированного слоя присадки, характерными для триарилфосфоротионатов. Ди(бензилфениловый) эфир этиленгликоля уступает известным присадкам по влиянию на противоизносные свойства смазочных материалов. Однако, при совместном использовании с три(бензилфенил)фосфоротионатом, существенно усиливает антифрикционные и противоизносные свойства последнего.
Для определения эффективности заявляемого решения в области повышения антифрикционных свойств использовали композиции, содержащие три(бензилфенил)фосфоротионат, трифенилфосфоротионат, трибензилфосфоротионат, триоктилфосфоротионат, смесь трибензилфосфоротионата с триоктилфосфоротионатом и смесь три(бензилфенил)фосфоротионата с ди(бензилфениловым) эфиром этиленгликоля.
Композицию приготавливали следующим образом.
3
Три(бензилфенил)фосфоротионат синтезировали путем алкилирования фенола бензиловым спиртом в присутствии концентрированной орто-фосфорной кислоты при температуре 180…190°C в течение 5 часов, с последующим отделением кислоты, взаимодействием бензилфенола с гидроксидом калия и взаимодействием полученного бензилфенолята с тиофосфорилом хлористым (ClPS) в среде толуола.
Ди(бензилфениловый) эфир этиленгликоля синтезировали путем взаимодействия бензилфенолята калия с дихлорэтаном в среде толуола при нагревании до 100°C в течение 5 часов.
Трифенилфосфоротионат синтезировали путем взаимодействия фенолята калия с тиофосфорилом хлористым в среде толуола.
Трибензилфосфоротионат синтезировали путем взаимодействия бензилового спирта с металлическим натрием в среде толуола при температуре 80…90°C в течение 6 часов и последующим взаимодействием полученного бензилата натрия с тиофосфорилом хлористым.
Триоктилфосфоротионат синтезировали путем взаимодействия н-октилового спирта (октанола-1) с металлическим калием в среде н-гексана при температуре 30…40°C с последующим удалением остатков калия, отгона н-гексана, экстракцией октилата калия толуолом при температуре 90°C и взаимодействием октилата калия с тиофосфорилом хлористым.
Пример 1. Готовят композицию растворением три(бензилфенил)фосфоротионата в масле И-20А в концентрации 2% масс.
Пример 2. Готовят композицию растворением в масле И-20А три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 0,8% масс.
Для сравнения приготовили четыре композиции.
Пример 3. Готовят композицию растворением трифенилфосфоротионата в масле И-20А в концентрации 2% масс.
Пример 4. Готовят композицию растворением трибензилфосфоротионата в масле И-20А в концентрации 2% масс.
Пример 5. Готовят композицию растворением триоктилфосфоротионата в масле И-20А в концентрации 2% масс.
Пример 6. Готовят композицию растворением в масле И-20А трибензилфосфоротионата в концентрации 1% масс. и триоктилфосфоротионата в концентрации 1% масс.
2
-1
a
Трибологические характеристики полученных растворов вариантов композиции в масле И-20А сравнивают путем измерения на машине трения ИИ 5018 коэффициентов трения при различных значениях температуры в модельном узле трения скольжения «ролик-колодка» при смазывании данными растворами. В таблице 1 приведены результаты испытаний узла трения скольжения. Условия испытаний: диаметр ролика 90 мм, ширина площадки 1,7 мм, длина площади 18,6 мм, площадь контакта 31,6 мм, материал ролика и колодки - сталь 15, исходная шероховатость поверхности R=0,1, скорость вращения ролика 200 мин, сила прижатия 1000 Н, контактное давление 31,6 МПа, начальная температура образцов 25°C. Результаты испытаний композиций приведены в таблице 1.
Исходное масло И-20А значительно уступает по антифрикционным свойствам всем композициям. При температуре 95…100°C в условиях испытаний происходит задир.
Композиция 1, содержащая основной заявляемый противоизносный компонент, значительно превосходит масло И-20А по антифрикционным свойствам.
Композиция 2, соответствующая заявляемому решению, существенно превосходит композицию 1 по антифрикционным свойствам при температурах до 100°C.
Композиция 3 уступает композициям 1 и 2 по антифрикционным свойствам, в особенности, при температурах выше 120°C.
Композиция 4 превосходит композицию 3 по антифрикционным свойствам, но уступает композициям 1 и 2.
Композиция 5 имеет приблизительно равные с композицией 1 антифрикционные свойства при температурах до 70°C, но значительно уступает композициям 1 и 2 в области более высоких температур.
Композиция 6 имеет промежуточные антифрикционные свойства между композициями 4 и 5.
Таким образом, наиболее высокие антифрикционные свойства имеет композиция 2.
Для определения эффективности заявляемого решения в области повышения противоизносных свойств использовали композиции, содержащие три(бензилфенил)фосфоротионат, смесь три(бензилфенил)фосфоротионата с ди(бензилфениловым) эфиром этиленгликоля, трифенилфосфоротионат, трибензилфосфоротионат, триоктилфосфоротионат, смесь трибензилфосфоротионата с триоктилфосфоротионатом, растворенные в трансмиссионном масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90.
Композиции приготавливали следующим образом.
Пример 7. Готовят композицию растворением три(бензилфенил)фосфоротионата в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 в концентрации 2% масс.
Пример 8. Готовят композицию растворением в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 0,8% масс.
Для сравнения приготовили 4 композиции.
Пример 9. Готовят композицию растворением трифенилфосфоротионата в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 в концентрации 2% масс.
Пример 10. Готовят композицию растворением трибензилфосфоротионата в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 в концентрации 2% масс.
Пример 11. Готовят композицию растворением триоктилфосфоротионата в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 в концентрации 2% масс.
Пример 12. Готовят композицию растворением в масле Лукойл ТМ-5 SAE 75W90 трибензилфосфоротионата в концентрации 1% масс. и триоктилфосфоротионата в концентрации 1% масс.
Противоизносные свойства полученных композиций сравнивали при испытаниях по ГОСТ 9490-75 п. 3.9. на машине трения ЧМТ-1. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Наименьший диаметр пятна износа получен в случае композиции 8, содержащей противоизносную композицию, соответствующую заявляемому решению.
Использование композиций, содержащих более 80% масс. три(бензилфенил)фосфоротионата и менее 20% масс. ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля нецелесообразно вследствие резкого ослабления эффекта от введения ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля при его малом содержании. Использование композиций, содержащих менее 60% масс. три(бензилфенил)фосфоротионата и более 40% масс. ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля нецелесообразно вследствие снижения эффекта от введения ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля при превышении оптимального соотношения.
Для определения оптимального соотношения три(бензилфенил)фосфоротионата и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля готовили четыре композиции.
Пример 13. Готовят композицию растворением в масле И-20А три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 0,22% масс., что соответствует соотношению компонентов в противоизносной композиции 90% и 10% соответсвенно.
Пример 14. Готовят композицию растворением в масле И-20А три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 0,5% масс., что соответствует соотношению компонентов в противоизносной композиции 80% и 20% соответсвенно.
Пример 15. Готовят композицию растворением в масле И-20А три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 0,86% масс., что соответствует соотношению компонентов в противоизносной композиции 70% и 30% соответсвенно.
Пример 16. Готовят композицию растворением в масле И-20А три(бензилфенил)фосфоротионата в концентрации 2% масс. и ди(бензилфенилового) эфира этиленгликоля в концентрации 1,33% масс., что соответствует соотношению компонентов в противоизносной композиции 60% и 40% соответсвенно.
2
-1
a
Трибологические характеристики полученных растворов вариантов композиции в масле И-20А сравнивают путем измерения на машине трения ИИ 5018 коэффициентов трения при трех значениях нагрузки в модельном узле трения скольжения «ролик-колодка» при смазывании данными растворами. Условия испытаний: диаметр ролика 90 мм, ширина площадки 1,7 мм, длина площади 18,6 мм, площадь контакта 31,6 мм, материал ролика и колодки - сталь 15, исходная шероховатость поверхности R=0,1, скорость вращения ролика 200 мин, сила прижатия 200, 500 и 1000 Н, контактное давление 31,6 МПа, начальная температура образцов 25°C. Результаты испытаний композиций приведены в таблице 3.
Таким образом, введение три(бензилфенил)фосфоротионата в смазочные материалы, как не содержащие присадок (пример - масло И-20А), так и содержащие противоизносные и противозадирные присадки (пример - масло Лукойл ТМ-5 SAE 75W90), приводит к улучшению противоизносных свойств смазочных масел. Введение в смазочные материалы композиции, содержащей три(бензилфенил)фосфоротионат и ди(бензилфениловый) эфир этиленгликоля, приводит к более значительному улучшению антифрикционных и противоизносных свойств и может найти применение в составе моторных, трансмиссионных, индустриальных масел и пластичных смазок.