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 введения в моторные, трансмиссионные, индустриальные масла и пластичные смазки.
Из уровня техники известна противоизносная присадка ПАФ-4, представляющая собой диизобутилизооктилдитиофосфат молибдена.
Данная присадка уступает заявляемому решению по влиянию на противоизносные свойства смазочных масел в связи с отсутствием в ее составе компонента, усиливающего противоизносные свойства, а также в связи с малой длиной изобутильных и изооктильных радикалов.
Также из уровня техники известна композиция к топливам на основе маслорастворимого диалкилдитиофосфата молибдена, дибутилфталата и оксиэтилированного нонилфенола, содержащая формалин при следующем соотношении компонентов, мас. %: диалкилдитиофосфат молибдена - 40-45, дибутилфталат - 35-45, оксиэтилированный нонилфенол - 14-17, формалин - 1-3 (RU №2122568, МПК C10L 1/18 (1995.01), C10L 1/26 (1995.01), опубл. 27.11.1998).
Недостатком указанной композиция является то, что ее применение в смазочных маслах мало эффективно в связи с разрушением присадки при длительной эксплуатации.
Наиболее близкой по составу к заявляемому решению является противоизносная композиция к смазочным маслам, содержащая в качестве диалкилдитиофосфата молибдена диалкилдитиофосфат молибдена с алкильными радикалами, содержащими 12 и более атомов углерода в сочетании с диэфиром малеиновой кислоты с алкильными радикалами, содержащими 12 и более атомов углерода, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %: диалкилдитиофосфат молибдена - 40-80, диэфир малеиновой кислоты - 20-60 (RU №2627771, МПК С10М 137/10 (2006.01), С10М 141/10 (2006.01), C10N 30/06 (2006.01), опубл. 11.08.2017).
Недостатками данной композиции являются более низкие, чем у заявляемого решения, противоизносные свойства и устойчивость диалкилдитиофосфатов молибдена к гидролизу.
Общим недостатком противоизносных присадок на основе диалкилдитиофосфатов металлов является возможность их гидролиза при взаимодействии с водой, содержащейся в смазочных материалах. Образующиеся при этом диалкилдитиофосфорные кислоты в присутствии воды имеют низкую растворимость в углеводородных основах смазочных масел и выпадают в осадок или отделяются на масляных фильтрах. Это приводит к снижению содержания присадки в смазочных материалах и к снижению их противоизносных свойств в процессе эксплуатации или хранения. Диэфиры малеиновой кислоты при введении в смазочное масло вместе с диалкилдитиофосфатами металлов, усиливают действие последних. Кроме того, диэфиры малеиновой кислоты образуют комплексное соединение с диалкилдитиофосфатом молибдена за счет карбонильных групп. Это приводит к некоторому увеличению устойчивости присадки к химическим и термическим воздействиям. Однако диэфиры малеиновой кислоты являются кислородсодержащими соединениями. В связи с этим они в большей степени повышают устойчивость диалкилдитиофосфатов щелочноземельных металлов, и в меньшей степени диалкилдитиофосфатов металлов, образующих устойчивые комплексы с серусодержащими соединениями. К таким металлам относятся цинк и молибден (III).
Была поставлена задача создания противоизносной композиции к смазочным маслам, позволяющей повысить противоизносные свойства смазочных масел, а также устойчивость диалкилдитиофосфата молибдена к гидролизу.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении противоизносных свойств смазочных масел и повышении устойчивости диалкилдитиофосфата молибдена к гидролизу.
Указанный технический результат достигается за счет того, что противоизносная композиция к смазочным маслам на основе маслорастворимого диалкилдитиофосфата молибдена (III) с алкильными радикалами, содержащими 12 и более атомов углерода, согласно изобретению, содержит диэфир дитиофталевой кислоты с алифатическими спиртами, содержащими 12 и более атомов углерода, при этом исходные компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
диалкилдитиофосфат молибдена - 50-80;
диэфир дитиофталевой кислоты - 20-50.
n
2n+1
В формуле (1) R - алкильные радикалы состава CH, где n≥12.
3+
Согласно полученным авторами экспериментальным данным, диэфиры тиофталевой кислоты с алифатическими спиртами, содержащими 12 и более атомов углерода, в большей степени усиливают противоизносные свойства диалкилдитиофосфатов металлов, чем аналогичные диэфиры малеиновой кислоты. Кроме того, за счет образования донорно-акцепторных связей между атомами серы и ионом Мо, эфиры дитиофтаталевой кислоты образуют более прочные комплексы с диалкилдитиофосфатами молибдена (III) и повышают устойчивость последних к гидролизу.
Использование композиций, содержащих менее 50 мас. % диалкилдитиофосфата молибдена и более 50 мас. % диэфира дитиофталевой кислоты, нецелесообразно вследствие отсутствия усиления совместного действия при значительном избытке диэфира.
Использование композиций, содержащих более 80 мас. % диалкилдитиофосфата молибдена и менее 20 мас. % диэфира дитиофталевой кислоты нецелесообразно вследствие резкого ослабления эффекта от введения диэфира при его малом содержании.
Композицию приготавливали следующим образом.
Диалкилдитиофосфат молибдена получали путем взаимодействия гексадеканола-1 с пентасульфидом фосфора в мольном соотношении 4:1 с последующей нейтрализацией получившихся диалкилдитиофосфорных кислот оксидом молибдена трехвалентного.
Диэфир дитиофталевой кислоты получали взаимодействием фталевого ангидрида с гексадеканолом-1 в мольном соотношении 1:2 при катализе безводной ортофосфорной кислотой и последующем взаимодействии получившегося диэфира фталевой кислоты с пентасульфидом фосфора при мольном соотношении 5:2.
Пример 1. Готовят композицию смешиванием 50% мас. дигексадецилдитиофосфата молибдена и 50% мас. дигексадецилового эфира тиофталевой кислоты, предварительно растворенными в масле И-20А в концентрации 50% мас. Приготовленную смесь вводят в масло И-20А в количестве 4% мас., что соответствует 2% мас. композиции.
Пример 2. Готовят композицию смешиванием 65% мас. дигексадецилдитиофосфата молибдена и 35% мас. дигексадецилового эфира тиофталевой кислоты, предварительно растворенными в масле И-20А в концентрации 50% мас. Приготовленную смесь вводят в масло И-20А в количестве 4% мас., что соответствует 2% мас. композиции.
Пример 3. Готовят композицию смешиванием 80% мас. дигексадецилдитиофосфата молибдена и 20% мас. дигексадецилового эфира тиофталевой кислоты, предварительно растворенными в масле И-20А в концентрации 50% мас. Приготовленную смесь вводят в масло И-20А в количестве 4% мас., что соответствует 2% мас. композиции.
Для сравнения использовали композицию - прототип (пример 4), содержащую дигексадецилдитиофосфат молибдена и дигексадециловый эфир малеиновой кислоты.
Пример 4. Готовят композицию смешиванием 65% мас. дигексадецилдитиофосфата молибдена и 35% мас. дигексадецилового эфира малеиновой кислоты, предварительно растворенными в масле И-20А в концентрации 50% мас. Приготовленную смесь вводят в масло И-20А в количестве 4% мас., что соответствует 2% мас. композиции.
a
Трибологические характеристики полученных растворов вариантов композиции сравнивают путем измерения коэффициентов трения при различных значениях контактного давления в модельном узле трения при смазывании данными растворами. В таблице приведены результаты испытаний узла трения «ролик - колодка», моделирующего подшипник коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Диаметр ролика 90 мм, материал - сталь ШХ-15, исходная шероховатость поверхности R=0,18. Колодка изготовлена из фрагмента вкладыша подшипника тракторного двигателя. Результаты испытаний композиций приведены в таблице 1.
Композиция 1 незначительно превосходит композицию 4 по антифрикционным и противоизносным свойствам.
Композиция 2 имеет более высокие антифрикционные свойства, чем композиции 1, 3 и 4. Максимальный эффект достигается при использовании композиции 2. Композиции 1 и 3 незначительно превосходят композицию 4 по антифрикционным свойствам.
Композиция 3, несмотря на большее массовое содержание дигексадецилдитиофосфата молибдена, уступает композиции 2 по антифрикционным и противоизносным свойствам вследствие достижения предельной величины эффекта от введения в смазочное масло диалкилдитиофосфатов металлов в количестве около 1,5 мас. %.
Композиция 4, содержащая диоктиловый эфир малеиновой кислоты, существенно уступает по антифрикционным и противоизносным свойствам композиции 2, несмотря на равное содержание дигексадецилдитиофосфата молибдена.
Минимальный эффект проявляется при введении смазочное масло около 0,3-0,4 мас. % диалкилдитиофосфата молибдена.
-1
Устойчивость противоизносной композиции к гидролизу сравнивали путем измерения снижения концентрации дигексадецилдитиофосфата молибдена при воздействии воды. Для этого готовили композиции 5 и 6 следующим образом: в композиции 2 и 4 соответственно, содержащие равные количества дигексадецилдитиофосфата молибдена, вводили дистиллированную воду в количестве 5% от массы композиций, перемешивали и выдерживали при температуре 90…95°C в течение 6 часов, перемешивали и вновь выдерживали при температуре 90…95°C в течение 6 часов. После этого композиции охлаждали и отделяли водную часть на центрифуге при скорости вращения 7000 мин в течение 15 минут. В очищенных композициях измеряли содержание диалкилдитиофосфатов на инфракрасном спектрометре-интерферометре FTIR Q-410 Alpha по методике ASTM Е 2412-04 в условных единицах абсорбции. Параллельно измеряли содержание диалкилдитиофосфатов в исходных композициях. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Как видно из представленных в таблице 2 результатов, противоизносная присадка в композиции 2 значительно более устойчива, чем в композиции 4.
Полученная композиция улучшает противоизносные свойства и гидролитическую стабильность смазочных масел и может найти применение для введения в трансмиссионные, гидравлические и другие индустриальные масла, а также, в пластичные смазки.