CC BY
22
УДК 665.76
В. Ф. Строганов, Л. К. Жариков, В. А. Солдатова, И. В. Строганов
ИС^ЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЦЕТОНАНИЛА Н В КАЧЕСТВЕ АНТИОКСИДАНТА ПЛАСТИЧЕСКИХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: Ацетонанил Н, олигомеры, антиоксиданты, стабильность смазочных материалов.
Изучена возможность применения олигомеров Ацетонанила Н в качестве добавки к автомобильным пластическим смазкам. Показано влияние степени полимеризации 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина на стабильность смазочных материалов. Обоснован выбор олигомерного антиоксиданта.
Key words: Acetonanil Н, oligomers, antioxidants, stability of lubricants.
The possibility of using Acetonanil Н oligomers as an additive to automobiles plastic lubricants studied. The influence of the degree ofpolymerization of 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline on the stability of lubricants. The choice of oli-gomeric antioxidant justified.
Введение
Известно, что спектр использования смазочных веществ и материалов весьма широк. В наиболее сложных условиях эксплуатации оборудования, машин они подвергаются воздействию высоких температур, каталитических сред и пр., что обуславливает потерю их качественных характеристик и функциональных свойств. Для предотвращения или снижения процессов окисления, с целью увеличения срока службы в смазочные масла вводят антиоксиданты различного строения. Традиционно для этих целей используют амины и высокомолекулярные фенолы, например, алкилированный фенил-альфа-нафтиламин, ^алкил-№-фенил замещенный п-фенилендиамин (ПФДА), и др. Содержание антиок-сидантов в материале для различных веществ колеблется, в среднем, в пределах 0,1-3% [1,2]. Также как весьма эффективный и недорогой антиоксидант применяется Ацетонанил Н, являющийся продуктом взаимодействия ацетона и анилина в присутствии солянокислого катализатора [3,4], который относится к классу полимеризованных алкил-замещенных хинолинов(С12Н15№)п, и имеет структурную фому-лу:
ш
к в
LL '
2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин.
Этот продукт также используется в качестве противостарителя в резино-технических изделиях, к которым предъявляются повышенные требования по устойчивости к водным средам и атмосферным осадкам. Интерес представляет и его применение в качестве антирадного вещества, повышающего стойкость пластиков, резин, топлив и смазок к действию ионизирующих излучений.
В более поздней работе [5] отмечено, что продукт олигомеризации: димерные, тримерные, тетра-мерные производные тетрагидрохинолина признаны пригодными в качестве стабилизаторов органиче-
ских материалов при термическом, и/или окислительном, или индуцированном светом воздействиях, препятствующих их разложению.
В связи с изложенным было целесообразно исследовать возможность использования олигомерных продуктов ацетонанилина Н в качестве добавок к автомобильным пластическим смазкам, в том числе рассмотреть влияние степени их олигомеризации на стабильность масел и смазок, что и явилось целью данной работы.
Экспериментальная часть
и обсуждение результатов
Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 981-75 «Масла нефтяные. Метод определения стабильности против окисления», изменяя количество Ацетонанила Н в испытуемом масле. Для проведения эксперимента применяли: пластинки из меди марки Мок (Си 99,5 %) по ГОСТ 859 квадратные со сторонами (60±1)мм; шкурку шлифовальную по ГОСТ 6456; чашки фарфоровые по ГОСТ 9147; термостат с автоматической регулировкой температуры нагрева до 180оС (способный поддерживать температуру с точностью нагрева 2оС); шкаф сушильный лабораторный СИБ4-2 с горизонтальной циркуляцией, с температурой нагрева до 300оС с автоматической регулировкой температуры и погрешностью не более 2оС. В качестве реактива использовали этиловый спирт, ректификованный по ГОСТ 18300, высший сорт; гидроокись калия по ГОСТ 24369, ч.д.а., раствор 0,05 моль/дм3; соляную кислоту по ГОСТ 3118, х.ч..
Пластинки зачищали шлифовальной шкуркой, промывали нефрасом и протирали фильтровальной бумагой, смоченной спиртом. С поверхности испытуемой смазки шпателем снимали и удаляли верхний слой. Далее из нескольких мест отбирали по 5-6 проб, которые собирали в фарфоровую чашку и перемешивали. Шпателем смазку вмазывали в кюветы. Пластинки со смазкой помещали в горизонтальном направлении в стеклянные чашки. Чашки закрывали крышкой и помещали на 10 часов в термостат, нагретый до 120°С, в котором во время испытания температура поддерживалась постоянной.
Предварительно в действующем производстве были отобраны четыре олигомерных образца 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина разной степени полимеризации. Состав образцов представлен в табл. 1.
леншо, определяли кислотное число методом титрования 0,05 моль/дм3 раствором гидроокиси калия.
Стабильность против окисления (кислотное число) смазки (Х), мг КОН на 1 г смазки, вычисляли по формуле
где К1 - массовая доля свободных кислот после окисления смазки, мг КОН на 1 г; К2 - массовая доля свободных кислот до окисления смазки, мг КОН на 1 г.
За результат испытания принимали среднеарифметическое двух определений.
Влияние на стабильность против окисления оли-гомерных образцов, введенных в состав консистентной смазки при указанных количествах, сравнивали с составами, содержащими присадку Аги-дол-1. Данные проведенных исследований представлены в табл. 2 и на рис. 1.
Таблица 2 - Результаты исследований стабильности против окисления олигомерных образцов Ацетонанила Н при различных концентрациях
Образец Олиго- КЧ по- Осадок
мер Аце- сле после
тонила окисле- окисле-
Н, % ния мг ния, %
масс. КОН / 1г смеси масс.
2,6-ди-трет- 0,25 0,092 0,006
бутил-4- 0,5 0,063 -
метилфенол 1,0 0,042 -
(присадка Аги- 2,0 0,100 0,009
дол-1)
Образец (пре- 0,25 0,100 0,007
имущественное 0,5 0,071 -
содержание мо- 1,0 0,052 -
номеров) 2,0 0,110 0,01
Образец (пре- 0,25 0,080 0,005
имущественное 0,5 0,047 -
содержание ди- 1,0 0,042 -
меров) 2,0 0,102 0,009
Образец (пре- 0,25 0,100 0,005
имущественное 0,5 0,060 -
содержание 1,0 0,070 -
тримеров) 2,0 0,120 0,009
Как видно (табл. 2) оптимальное содержание 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина в смазке составляет 0,5-1 масс. %. При этих концентрациях не наблюдается образование осадка.
Установлено (рис.1), что первый и третий оли-гомерные образцы 2,2,4-триметил-1,2-
дигидрохинолина практически при всех концентрациях в смазке показывают более низкие результаты по сравнению со смазкой Агидол 1. Второй олиго-мерный образец, состоящий преимущественно из димеров, обладает лучшими свойствами
Таблица 1 - Состав олигомерных образцов Аце-тонанила Н
№ Содержание олигомеров в образце 2,2,4-
об- триметил-1,2-дигидрохинолина, масс. %
раз- мономе- димера тримера тетрамера
ца ра и др.
1 93,5 6,5 следы следы
2 4,5 75,3 19,2 1,0
3 следы 4,3 70,2 5,5
Из олигомерных образцов и полиалкилен-гликоля в массовом соотношении 1:1 приготовили 500 мл рабочего раствора.
В нагретый до 100°С полиалкиленгликоль медленно добавляли определенное количество олиго-мерного 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина приблизительно в течение 2-3 минут, обеспечивая его диспергирование по всему объему. Полученную таким образом смесь, дополнительно перемешивали еще 30 минут при 100°С. Консистентную смазку готовили, используя вышеупомянутый рабочий раствор и базовое масло для изготовления трансмиссионных масел (средняя фракция после отгонки тяжелых фракций) Ярославского НПЗ в разных соотношениях. Как известно, базовые компоненты масел характеризуются стабильными свойствами, например высокой приемистостью к присадкам, обеспечивая эффективность их действия, а также хорошими смазочными свойствами в обычных эксплуатационных условиях в широком диапазоне рабочих температур при условии выбора подходящей вязкости [4].
Базовый компонент консистентной смазки содержал приблизительно 10 масс. % литиевого комплексного загустителя и около 90 масс. % парафинового минерального базового масла, смешанного с высоковязким цилиндровым маслом (вязкость при 40°С равна 180 мм2/с согласно стандарту ASTM D445). Кроме того, базовый компонент консистентной смазки содержал противоизносную присадку (диалкилдитиофосфат цинка), противозадирную присадку (сульфированный сложный эфир) и ингибитор коррозии (нафтенат цинка).
Далее базовый компонент консистентной смазки и полученный раствор олигомерного 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина смешивали в необходимом соотношении (таблица 2) в течении 30 минут при температуре 80°С, используя лабораторную лопастную мешалку. Каждую пробу смазки с оли-гомерным образцом исследовали при четырех концентрациях олигомерных образцов в смазке: 0,25; 0,5; 1,0 и 2,0 %. Для каждой пробы смеси проводили измерения в трех параллельных опытах.
После визуального обследования не обнаружено никаких внешних твердых нерастворимых включений. В исходной пробе смазки, подвергнутой окис-
0,25 0,5 1 2
Среднее содержание обращав смазке, % Ш 2,6-ди-трет-бутш1-4-метш1фенол (присадка Агидол-1)
■ Первый олигомерный образец □ Второй олигомерный образец
■ Третий олигомерный образец
Рис. 1 - Зависимость кислотного числа от содержания олигомерного образца Ацетонанила Н в смазке и его состава
Выводы
1. Ацетонанил Н может быть использован как антиоксвдант в качестве присадки к смазочным маслам.
2. Свойства 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина как антиоксиданта зависят от степени его полимеризации.
3. Наилучшие свойства как антиоксидант при использовании в маслах проявил димер 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина.
Литература
1. И.Л. Кнунянц, Е.В. Вонский, А.А. Гусев, Н.М. Жаворонков, Химический энциклопедический словарь. Справочник. Советская энциклопедия, Москва, 1983. 788 с.
2. Л.П. Казакова, С.Э. Крейн, Физико-химические основы производства нефтяных масел. Химия, Москва, 1978. 320 с. '
3. Патент RU № 2065456 G 08 G 73/00 Способ получения полимеризованного 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолина. Авт. Панфилов В.В.; Жариков Л.К.; Чикуров В.В.; 1992 г.
4. Патент RU № 2157387 G 08 G 73/00 Способ получения полимера 1,2-дигидро-2,2,4-триметилхинолина Авт. Жариков Л.К.; Тихонова Г.Г. Трофимов В.Н.; 1998 г.
5. Патент США № 5246606; 2006 г.
© В. Ф. Строганов - д.х.н., профессор, зав. каф. химии и инженерной экологии в строительстве КГАСУ, svfD8@mail.ru; Л. К. Жариков - кандидат технических наук, каф. строительства дорог и инженерной экологии ФГБОУ ВО Московский автомобильно-дорожный государственный университет (МАДИ) Волжский Филиал, lev_zharikov@mail.ru; В. А. Солдатова -кандидат технических наук, доцент, каф. строительства дорог и инженерной экологии ФГБОУ ВО Московский автомобильно-дорожный государственный университет (МАДИ) Волжский Филиал, cva-cbx@mail.ru; И. В. Строганов - к.т.н., доцент каф. промышленной безопасности КНИТУ, tarhankut68@mail.ru.
© V. F. Stroganov - doctor of chemical sciences, professor, head of Department of Chemistry and Ecology of KSUAE, svfD8@mail.ru; L. K. Gharikov- candidate of technical sciences, Department of Road Construction and Engineering Ecology, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) Volzhsky Branch, lev_zharikov@mail.ru; V. A. Soldato-va - candidate of Technical Sciences, associate Professor, department road construction and environmental engineering, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) Volzhsky Branch, cva-cbx@mail.ru; I. V. Stroganov - candidate of technical sciences, docent of Department of Industrial Safety of KNRTU, tarhankut68@mail.ru.
