Научная статья на тему 'Новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к смазочно-охлаждающим жидкостям'

Новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к смазочно-охлаждающим жидкостям Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
306
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА / ПРИСАДКИ / СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ / ЭМУЛЬСОЛ / ПРОИЗВОДНЫЕ АМИНОУКСУСНОЙ И АМИНОБУТАНОВОЙ КИСЛОТ / SURFACE-ACOUSTIC / WAVE / ADDITIVE / LUBRICOOLANT EMULSION / AMINOACETIC AND AMINOBUTANE ACIDS DERIVATIVES

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Солоненко Людмила Александровна, Тлехусеж Марина Александровна, Сороцкая Людмила Назаровна, Бадовская Лариса Авксентьевна

Описаны новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к СОЖ. Полученные СОЖ экономичны вследствие малых концентраций добавленных присадок, а также вследствие снижения концентрации эмульсола.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Солоненко Людмила Александровна, Тлехусеж Марина Александровна, Сороцкая Людмила Назаровна, Бадовская Лариса Авксентьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

NEW SURFACE-ACOUSTIC WAVES OBTAINED ON THE BASSIS OF AMINOACETIC AND AMINOBUTANE ACIDS AND THEIR APPLICATION AS ADDITIVE TO LUBRICOOLANT

There were described new surface-acoustic waves in this work, which were obtained on the basis of derivatives of aminoacetic and aminobutane acids and which were applied as additive to lubricoolants. This lubricoolants are efficient due to small concentrations of added substances and also due to reducing of emulsion concentration.

Текст научной работы на тему «Новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к смазочно-охлаждающим жидкостям»

УДК 547.787.2.07;621.9.02.079

НОВЫЕ ПАВ НА ОСНОВЕ ПРОИЗВОДНЫХ АМИНОУКСУСНОИ И АМИНОБУТАНОВОЙ КИСЛОТ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ ПРИСАДОК К СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИМ ЖИДКОСТЯМ

© 2012 г. Л.А. Солоненко, М.А. Тлехусеж, Л.Н. Сороцкая, Л.А. Бадовская

Кубанский государственный технологический университет

Kuban State Techological University

Описаны новые ПАВ на основе производных аминоуксусной и аминобутановой кислот и их использование в качестве присадок к СОЖ. Полученные СОЖ экономичны вследствие малых концентраций добавленных присадок, а также вследствие снижения концентрации эмульсола.

Ключевые слова: поверхностно-активные вещества; присадки; производные аминоуксусной и аминобутановой кислот.

смазочно-охлаждающие жидкости; эмульсол;

There were described new surface-acoustic waves in this work, which were obtained on the basis of derivatives of aminoacetic and aminobutane acids and which were applied as additive to lubricoolants. This lubri-coolants are efficient due to small concentrations of added substances and also due to reducing of emulsion concentration.

Keywords: surface-acoustic; wave; additive; lubricoolant emulsion; aminoacetic and aminobutane acids derivatives.

В предлагаемой статье изучена поверхностная активность растворов производных аминоуксусной и аминобутановой кислот, содержащих фенильные и фурильные фрагменты, и возможность их применения в качестве новых присадок к СОЖ.

Исследованные вещества 1, 2 получены нами ранее [1, 2]. Их синтез представлен на схеме 1.

Соединение 1 получено кислотным гидролизом Фурфурилиден-5(4Н)-оксазолона (азлактона) 4 с последующей нейтрализацией 2-Ы-бензол-2-фурфури-лиденаминоуксусной кислоты 3 щелочью (схема 1). Процесс проводили при мольном соотношении фур-фурилиден-5(4Н)-оксазолон: концентрированная хлороводородная кислота, равном 1:20, при комнатной температуре либо при кипячении до полного расхода исходного азлактона.

В ходе реакции происходит раскрытие оксазоло-нового цикла и образуется 2-Ы-бензоил-2-фурфури-лиденаминоуксусная кислота 3, которая представляет

собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в большинстве органических растворителей, но ограниченно растворимые в воде. Структура кислоты 3 доказана с помощью ИК- и ЯМР :Н спектроскопии.

При смешивании спиртовых растворов кислоты 3 и щелочи №ОН в соотношении 1:1 при комнатной температуре образуется соль 2-Ы-бензоил-2-фурфури-лиденаминоуксусной кислоты, которая представляет собой бесцветное вещество, хорошо растворимое в воде и не растворимое в органических растворителях. Температура плавления 219 - 220 °С (разл.). В ИК-спектрах соли 2-Ы-бензоил-2-фурфурилиденамино-уксусной кислоты 1 полосы поглощения валентных колебаний уС=О находятся в области 1620 - 1635 см-1, кратной связи V с=с - в области 1600 - 1610 см-1. В высокочастотной области спектра имеются несколько широких полос поглощения средней интенсивности в диапазоне 3150-3400 см-1, что соответствует колебаниям аминному, карбоксильному и фурановому фрагментам.

Sj^i

O NaO

HO

HN

Ph

-Ph PhNCO

HO O

H

Ph—N )

H

Ph

Ph

Схема 1

O

В спектрах ЯМР :Н соединения 1 присутствуют все сигналы атомов водорода, имеющихся в молекулах группировок атомов. Ы-Бензил-3-(1-бензил-3-фенилуреидо)-4-гидроксиамид бутановой кислоты 2 синтезирован реакцией Ы-бензил-3-бензиламино-4-гидрокси-Ы-бензилбутанамида 5 с фенилизоцианатом в ацетоне без нагрева реакционной смеси с выходом 90 %.

Вещество 2 представляет собой бесцветное кристаллическое соединение (Т пл. 148 - 149 °С), хорошо растворимое в обычных органических растворителях и ограниченно растворимое в воде. Индивидуальность продукта реакции доказана с помощью тонкослойной хроматографии, а его структура подтверждена спектральными методами.

В ИК-спектре мочевины 2 полоса Амид I (уС=О) находится в области 1640 см-1. Она расщепляется в дублет, что связано с накладыванием на колебание амидной группы широкого интенсивного колебания уС=О, принадлежащего фрагменту мочевины и проявляющегося при этой же частоте. По сравнению с исходным гидроксиаминоамидом 5 в спектре мочевины 2 появляется вторая полоса Амид II в области 1560 см-1, соответствующая мочевины. Полосу при 3280 см-1 можно отнести к перекрывающимся валентным колебаниям гидроксильной и ЫН амидной групп, а поглощение в области 3400 см-1, очевидно, относится к уЫН мочевины. Колебаниям бензольных колец соответствуют сигналы в интервале 1590 - 1600 см-1. Спектр ПМР содержит мультиплет в области 7,12 - 7,22 м.д., соответствующий по интегральной интенсивности пятнадцати ароматическим протонам.

Известно, что наличие в молекулах нескольких функциональных групп (аминной, амидной, гидро-ксильной, фенильной, фурильной и др.) обусловливает соединениям высокую поверхностную активность за счет синергизма их действия. При этом понижается поверхностное натяжение о в жидкостях, межфазное натяжение между не смачивающимися жидкостями и угол касания между жидкой и твердой фазой.

Поверхностное натяжение о является одним из основных параметров, определяющих диспергируе-мость системы. Чем ниже о, тем мельче капли эмульсии при определенном перемешивании, тем стабильнее система.

Установлено [3], что молекулы, содержащие полярные и неполярные группы, дают значения о, соответствующие неполярной части молекулы. Так, все

алифатические кислоты, эфиры, спирты, кетоны, альдегиды и амины имеют практически те же значения о, что и парафины. Это объясняется наличием полярной группы в водной фазе. Иные результаты показывают соли карбоновых кислот и алкилсульфаты. Вследствие их хорошей растворимости в воде часть алифатического радикала может быть втянута в водную фазу, и работа адсорбции солей возрастает в меньшей степени, чем у кислот и спиртов.

В настоящей работе приводятся результаты исследования поверхностной активности соединений 1 и 2, содержащих различные по природе функциональные группы, а также изучена возможность их использования в качестве присадок к СОЖ. Оптимальную концентрацию веществ 1 и 2, используемых в качестве присадок, подбирали по значению поверхностного натяжения о. Результаты исследований приведены в табл. 1.

Из полученных данных следует, что растворы присадок имеют меньшее значение о при концентрации растворов 0,01 - 0,015 %. Значения рН присадок в разбавленных растворах увеличивается до рН=11. Это можно объяснить полным гидролизом соли 1 по устойчивому аниону и ограниченной растворимостью в воде присадки 2. С увеличением концентрации присадок 1 и 2 значение рН понижается до 8 [4,5].

Вещества 1 и 2 были использованы в качестве присадок при приготовлении водных смазочно-охлаждающих технологических систем (СОТС). Базой для приготовления водорастворимых эмульсий, используемых при металлообработке, является эмульсол марки ЭГТ в количестве 3 - 5 %. Ранее нами было установлено [6], что минимальное поверхностное натяжение в подобных системах достигается при концентрации эмульсола 1,2 %.

Можно предположить, что использование присадок к СОТС в пределах до 0,01 % практически не оказывает влияния на себестоимость СОТС.

При выборе смазочных материалов для обработки металлов определяющую роль играет не только их стоимость, но и эмульгирующие, смазывающие, охлаждающие и другие действия СОТС, в основе которых лежит явление адсорбции. Для жидких эмульсий адсорбция определяется по изменению поверхностного натяжения о в зависимости от концентрации эмуль-сола и ПАВ. Оптимальную концентрацию присадок в эмульсиях определяли по значению поверхностного натяжения о.

Таблица 1

Поверхностная активность и рН растворов присадок 1 и 2 при Т = 25° С

Свойства присадок Концентрация растворов исследуемых веществ ю, %

0,01 0,015 0,02 0,03 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3

о, Н/м2 1 48,2 49,9 51,2 52,4 55,4 57,5 58,2 59,3 60,1

2 48,9 50,5 52,1 54,3 57,9 58,5 60,1 61,4 61,7

pH 1 11,0 10,8 10,4 9,8 8,93 8,78 8,67 8,58 8,04

2 11,3 11,1 10,7 10,1 9,4 9,1 8,8 8,7 8,5

В результате проведенных исследований установлена оптимальная концентрация присадок 1 и 2, равная 0,012 %, при которой поверхностное натяжение минимально, что видно из графика (рисунок).

0 0,010 0,015 0,020 0,030 0,040 0,050 0,100 0,150 Концентрация С, ю, %

Влияние концентрации присадок 1 и 2 в составе СОЖ на поверхностное натяжение

В работе исследованы пять смазочно-охлажда-ющих жидкостей различного состава. Эмульсии готовили на дистиллированной воде, чтобы избежать воз-

можных обменных реакций между солями жесткости воды и компонентами эмульсии, сопровождающихся образованием осадков.

В качестве контроля использованы растворы эмульсола ЭГТ без присадок: с концентрацией 3 % (СОЖ 1) и 1,2 % (СОЖ 2). Эталоном для сравнения явился раствор, содержащий 1,2 % эмульсола ЭГТ и 0,024 % сукцината натрия (СОЖ 3) [6].

Исследуемые СОЖ 4 и СОЖ 5 представляют собой 1,2 % раствор эмульсола ЭГТ с добавкой 0,012 % присадки 1 и 2 соответственно.

Физико-химические свойства смазочно-охлажда-ющих жидкостей приведены в табл. 2.

Для оценки полученных водосмешиваемых СОТС нами определены физико-химические показатели согласно ГОСТ 6243-75, ГОСТ 2789-73, ГОСТ 1005482: рН эмульсии, поверхностное натяжение о, краевой угол 9, работа смачивания, работа адгезии, работа когезии, стабильность (табл. 2) [7]. Все определенные физико-химические показатели согласуются с нормативными. Следует отметить высокую устойчивость исследованных систем как при хранении, так и в работе. Использованные СОЖ сохраняли свою устойчивость в течение года. Присутствие присадок в системах делает их бактерицидно устойчивыми. Плесень при визуальном обследовании не образуется.

Применение новых присадок позволило создать СОЖ, обладающие высокими эмульгирующими свойствами и стабильностью, что объясняется способностью солюбилизировать водную и масляную фазы. Новые присадки хорошо растворимы в воде, благоприятно влияют на гидрофобно-гидрофильный баланс, образуют устойчивые коллоидные системы, стабильные при длительном хранении, не расслаиваются и не выпадают в осадок.

Созданные на базе новых присадок СОЖ проявляют высокую охлаждающую способность и смазывающие свойства, присущие ПАВ с несколькими функциональными группами, что подтверждает синергизм их действия.

Таблица 2

Результаты исследований физико-химических свойств СОЖ

Физико-химические свойства Исследуемые объекты

СОЖ 1 СОЖ 2 СОЖ 3 СОЖ 4 СОЖ 5

рн 8,7 9,15 8,67 9,423 10,52

Кинематическая вязкость v, мм2/с 1,33497 1,26295 1,2847 1,2463 1,23727

Поверхностное натяжение о, Н/м2 46,9 49,04 45,51 31,7 32,7

Краевой угол 0, град (cos 0) 53 (0,6018) 61,5 (0,4772) 64 (0,4384) 38,67 (0,7808) 41,67 (0,747)

Работа смачивания, 10-3 Н/м2 28,23 23,40 20,83 24,75 24,43

Работа адгезии, 10-3 Н/м2 75,124 72,442 68,338 56,45 57,13

Работа когезии, 10-3 Н/м2 23,45 24,52 22,755 15,85 16,35

Стабильность - Растворы стабильны (более 1 года)

Таким образом, разработаны универсальные СОЖ с добавлением новых органических присадок: натриевой соли 2-Ы-бензоил-2-фурфурилиденаминоуксусной кислоты и амида 4-гидроксибутановой кислоты -содержащей мочевинный фрагмент. Полученные СОЖ экономичны за счет малых количеств добавленных присадок и снижения концентрации базового эмульсола с 3,0 до 1,2 %. В результате они превосходят ранее созданные нами СОЖ на основе композиций органических кислот и их солей.

Экспериментальная часть

ИК образцов в виде пасты в вазелиновом масле сняты на спектрофотометре SPECORD-M80. Спектры ЯМР 1Н получены на спектрометре Brucker AMX-400 (400 МГц), растворители CDCl3, (CD3)2O, DMSO-d6.

Исследования кинематической вязкости СОЖ и её компонентов проводили в соответствии с ГОСТ 33-82 на вискозиметре типа ВПЖТ-2 (диаметр капилляра 0,73 мм, постоянная вискозиметра 0,02902 мм2/с2).

Для оценки поверхностной активности исследуемых СОЖ использовали метод и прибор П.А. Ребин-дера [3]. Определение pH раствора осуществляли с помощью прибора «Ионометр универсальный ЭВ -74» и электродов ЭВЛ-1М3 и ЭСЛ-43-07 в соответствии с ГОСТ 6243-75.

Определение смачивающей способности СОЖ по отношению к металлам проводили для растворов СОЖ на двух пластинках из стали марки 14Х17Н2 с предварительно обработанной поверхностью с шероховатостью Ra, равной 0,63 мкм по ГОСТ2789-73, а также на стеклянной пластине с нанесенным на нее равномерным слоем парафина. Краевой угол смачивания 9 определяли на капле жидкости с использованием лупы с шестикратным увеличением и угломера.

Стабильность растворов, приготовленных из эмульсола, оценивали в соответствии со стандартной методикой по ГОСТ 6243-75.

Методика приготовления пяти литров СОЖ 4 с концентрацией эмульсола 1,2 % и присадки 0,012 %

В круглодонную колбу объёмом 2 л, снабженную механической мешалкой, помещают 60 г эмульсола

Поступила в редакцию

ЭГТ (ТУ 38 101149-75), добавляют 150 - 200 см3 дистиллированной воды и тщательно перемешивают до получения равномерной устойчивой эмульсии молочно-белого цвета.

В плоскодонной колбе объёмом 250 см3 растворяют 0,6 г присадки 1 в 150 - 200 см3 дистиллированной воды при перемешивании на магнитной мешалке. Полученный раствор присадки приливают при механическом перемешивании в приготовленную эмульсию, добавляют туда еще 500 - 700 см3 дистиллированной воды. Перемешивание продолжают в течение 10 минут. Готовую эмульсию переносят в сосуд большей емкости и разбавляют дистиллированной водой до пяти литров.

СОЖ 5 готовят аналогично.

Литература

1. Синтез новых 4-(5-арил-2-фурил)метилиден-2-фенил-4,5-дигидро-1,3-оксазолонов (азлактонов) на основе 5-арилфурфуролов / А. Юнеси [и др.] // Тр. КубГТУ. Серия Химия, химическая технология и нефтегазопереработка. Краснодар, 2002. Т. 13, вып. 1. С. 43 - 49.

2. Синтез и пестицидная активность фурфурил-, алкил- и фуроилмочевин и тиомочевин / И.Н. Козловская [и др.] // Химия и технология фурановых соединений : сб. статей / Краснодар. политехи. ин-т. Краснодар, 1990. С. 76 - 84.

3. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Л., 1981. 200 с.

4. Получение новых присадок к СОТС и определение их поверхностной активности / Л.А. Солоненко [и др.] // Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии: материалы II Междунар. конф. Астрахань, 15 - 17 апреля 2008 г. Астрахань, 2008. С. 283 - 284.

5. Тихонов В.А., Солоненко Л.А. Исследование физико-химических свойств новых присадок в составе СОЖ // Машиностроение : межвуз. сб. КубГТУ. Краснодар, 2008. С. 34 - 37.

6. Пат. 2200187 RU МПК С 10 М 173/00; С 10 М 133/06; С 10 N 40/20. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов.

7. Пат. 2333239 RU МПК С 10 М 173/00; С 10 М 133/06; С 10 N 40/20. RU МПК С 10 М 173/00; С 10 М 133/06; С 10 N 40/20. Смазочно-охлаждающая жидкость для механической обработки металлов.

14 февраля 2011 г.

Солоненко Людмила Александровна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Общая химия», Кубанский государственный технологический университет. Тел. 8(861) 2552928. E-mail: [email protected]

Тлехусеж Марина Александровна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Общая химия», Кубанский государственный технологический университет. Тел. 8(861) 2552928. E-mail: [email protected]

Сороцкая Людмила Назаровна - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Общая химия», Кубанский государственный технологический университет.

Бадовская Лариса Авксентьевна - д-р хим. наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор, кафедра «Общая химия», Кубанский государственный технологический университет.

Solonenko Lyudmila Alexandrovna - Candidate of Chemical Science, assistant professor, department «Common

Chemistry», Kuban State Techological University. Ph. 8(861)2-55-29-28. E-mail: [email protected]

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Tlekhusezh Marina Alexandrovna - Candidate of Chemical Science, assistant professor, department «Common

Chemistry», Kuban State Techological University. Ph. 8(861)2-55-29-28. E-mail: [email protected]

Sorotskaya Lyudmila Nazarovna - Candidate of Chemical Science, assistant professor, department «Common

Chemistry», Kuban State Techological University.

Badovskaya Larisa Avksentevna - Doctor of Chemical Science, honoured science worker of Russian Federation, professor, department «Common Chemistry», Kuban State Techological University._

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.