СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 1997 года по МПК C10M169/04 C10M169/04 C10M101/02 C10M159/02 C10N30/06 

Изобретение относится к смазочным материалам на нефтяной основе и может быть использовано в метизной промышленности при изготовлении бортовой латунированной проволоки, широко применяемой при производстве шин.

Известна смазочная композиция, включающая базовое масло и присадку, в качестве которой используют раствор уксуснокислой меди с концентрацией 10 г/л в дибутиловом эфире фталевой кислоты, при следующем соотношении компонентов, мас.

Присадка 0,5 2,0
Базовое масло Остальное
(cм. авт. св. СССР N 1723102, кл, С 10 М 129/72).

Недостатком известной композиции является то, что образующаяся на поверхности бортовой латунированной проволоки пленка не обеспечивает достаточную антикоррозионную защиту проволоки и адгезию проволоки к резине в процессе изготовления шин за счет образования кислых продуктов разложения уксусно-кислой меди и дибутилового эфира в процессе вулканизации, протекающей с участием резиновой смеси, вулканизаторов, и компонентов присадки. При этом продукты коррозии замедляют диффузию меди к поверхности раздела латунь-резина, в результате чего замедляется образование сульфида меди Cu₂S как носителя донорно-акцепторных связей и снижается прочность химических связей Ka-Sy-Сu, что приводит к ухудшению адгезии между бортовой латунированной проволокой и резиной в процессе изготовления шин.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является смазочная композиция на основе нефтяного масла с добавлением присадки - бензальортоаминофенола при следующем соотношении компонентов, мас.

Бензальортоаминофенол 0,05 0,25
Нефтяное масло Остальное
(cм. авт.св. СССР N 810779, кл.С 10 М 1/32).

Недостатком известной композиции при нанесении ее на бортовую латунированную проволоку является наличие в составе композиции бензальортоаминофенола, который препятствует повышению коррозионной стойкости проволоки и адгезии ее к резине за счет особенностей строения молекулы бензальортоаминофенола. Молекула представляет собой объемную структуру, включающую два непосредственно не связанных друг с другом кольца, не лежащие в одной плоскости и несколько полярных группировок ОН^-, -CH=N.

Бензольные кольца и указанные функциональные группировки несут на себе разноименные частичные заряды σ⁺ и σ^-. Закрепление молекул на поверхности одновременно за счет всех полярных группировок невозможно из-за стерического фактора, а закрепление за счет одной какой-либо группировки приводит к тому, что заряды остальных полярных группировок остаются нескомпенсированными в пространстве. Компенсирование их может происходить либо за счет специфического присоединения к ним новых молекул бензальортоаминофенола, что приводит к увеличению толщины и жесткости покрытия, либо за счет присоединения молекул воды или других группировок при образовании водородных связей. Все указанные причины приводят к снижению коррозионной стойкости проволоки и адгезии ее к резине при производстве шин.

В основу изобретения положена задача разработать такой состав смазочной композиции для покрытия бортовой латунированной проволоки, который одновременно с высокими антикоррозионными свойствами обеспечил бы высокую адгезию проволоки к резине при использовании проволоки для производства шин.

Поставленная задача решается тем, что известная смазочная композиция, содержащая нефтяное масло и присадку, согласно изобретению, в качестве присадки содержит кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга при следующем соотношении компонентов, мас.

Кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга 5 7
Нефтяное масло 93 95
Заявляемый компонент кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга получается в процессе переработки нефтепродуктов. Тяжелые нефтяные остатки, полученные в процессах разделения продуктов термического крекинга мазута (остаток термического крекинга мазута) и термического крекинга гудрона) остаток термического крекинга гудрона), поступает в качестве сырья на коксование с целью получения нефтяного кокса, газа и светлых нефтепродуктов, в частности бензина, керосина. Выходящая из коксовых печей смесь продуктов содержит нефтяной кокс углеводороды различного состава и молекулярного веса. Продукты коксования охлаждают, отделяют газообразные вещества, а жидкую часть подвергают ректификации с целью выделения бензина, керосина. Не успевшие полностью прококсоваться тяжелые углеводороды исходных остатков термического крекинга остаются растворенными в газойлевых фракциях, из которых снова выделить эти остатки и определить их содержание в газойлях не представляется возможным, так как он состоит не из одного вещества, а представляет собой сложный набор углеводородов разных классов. Этот единый неделимый продукт является отходом производства и по ходу процесса прокачивается насосами в сливную емкость-хранилище.

Кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга представляет собой вязкую жидкость следующего состава, мас.

Высокомолекулярные предельные углеводороды нормального и изостроения - 16,2 28,2
Высокомолекулярные ароматические углеводороды 32,0 41,8
Высокомолекулярные нафтеновые углеводороды 18,0 25,4
Нафтеновые кислоты с молекулярной массой 250 400 2,0 4,0
Продукты уплотнения, смолистые вещества, асфальтены, нефтяной кокс 12,4 20,0
Температура застывания не выше минус 50^oC.

Температура вспышки, определяемая в открытом тигле не ниже 80^oC
Вязкость условная при 50^oC 1,1 1,5 градусов
Cодержание механических примесей не более 2,0 мас.

Cодержание воды следы мас.

Известно использование отхода производства нефтяного кокса на основе крекинг остатка легкого коксового и каталитического газойлей в качестве пленкообразователя в композиции для защиты свежеуложенного бетона (см. патент РФ N 1278343, кл. С 04 В 41/63).

В заявляемой смазочной композиции кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга также, как и в известном техническом решении проявляет свойство пленкообразователя. Однако, наравне с известным техническим свойством, заявляемый компонент в смазочной композиции проявляет новое техническое свойство промотора адгезия и ингибитора коррозии. При этом комплексное действие компонентов заявляемой смеси обеспечивает не только хорошую защиту поверхности бортовой латунированной проволоки от коррозии, но и высокую прочность адгезионной связи проволоки с резиной при производстве шин.

Смазочная композиция обеспечивает повышенную антикоррозионную защиту поверхности бортовой латунированной проволоки за счет присутствия в кубовом остатке, полученном при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга продуктов, обладающих высокими гидрофобными свойствами: высокомолекулярные углеводороды предельного и ароматического ряда, продукты поликонденсации, нефтяной кокс. Кроме того, ароматические соединения, входящие в состав кубового остатка, тормозят процесс окисления нефтяных масел за счет прерывания цепного окислительного процесса и превращения перекисных соединений в стабильные продукты. В результате комплексного действия компонентов, входящих в композицию, на поверхности бортовой латунированной проволоки образуется сплошная пленка, защищающая от атмосферной коррозии, устойчивая против действия продуктов окисления масел.

Наряду с этим, заявляемая смазочная композиция создает высокую прочность адгезионной связи проволоки с резиной в процессе вулканизации при изготовлении шин за счет того, что большие размеры молекул соединений, входящих в состав кубового остатка, полученного при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга, способствуют увеличению поверхности действия дисперсионных сил при закреплении углеводородных группа с сосредоточенным на них положительным зарядом. Наличие локально сконцентрированной электронной плотности на атомах кислорода в карбоксильных группах, а также наличие p-связей приводит как к специфическому, так и к неспецифическому взаимодействию смазочной композиции с поверхностью бортовой латунированной проволоки, а также с резиновой массой при вулканизации, что в целом приводит к полимолекулярной адсорбции и высокой прочности адгезионной связи.

Кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга в количестве 5 7 мас. распределяется в нефтяном масле равномерно, расслоения смазочной композиции не наблюдается.

Нанесение смазочной композиции на поверхность бортовой латунированной проволоки обеспечивает повышенную антикоррозионную защиту ее поверхности за счет образования масляной пленки, обладающей гидрофобными свойствами. Высокие гидрофобные свойства обусловлены присутствием как в нефтяном масле, так и в кубовом остатке, полученном при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга нафтеновых углеводородов предельного и ароматического ряда и усиливаются наличием продуктов поликонденсации и нефтяного кокса в кубовом остатке.

Кроме того, ароматические соединения, входящие в состав смазочной композиции, тормозят процесс окисления нефтяных масел за счет прерывания цепного окислительного процесса и превращения перекисных соединений в стабильные продукты. Таким образом, в результате действия компонентов заявляемой смазочной композиции происходит защита поверхности бортовой латунированной проволоки от воздействия продуктов окисления масел и от атмосферной коррозии.

Наличие нафтеновых углеводородов, смолистых веществ, асфальтенов, нефтяного кокса приводит к упрочнению молекулярного каркаса смазочной композиции, что способствует сохранению целостности масляной пленки при намотке, транспортировке и хранении проволоки.

Наряду с этим, большие размеры молекул соединений, входящих в состав отхода, способствуют увеличению поверхности действия дисперсионных сил при закреплении углеводородных групп с сосредоточенным на них положительным зарядом.

Большие размеры молекул, наличие p-связей и локально сконцентрированной электронной плотности на атомах кислорода в карбоксильных группах способствуют увеличению поверхности действия дисперсионных сил, что приводит как к специфическому, так и к неспецифическому взаимодействию смазочной композиции с поверхностью бортовой латунированной проволоки и с резиновой массой в процессе вулканизации.

Все выше указанные особенности в целом обеспечивают высокое качество резинотехнических изделий.

На основании выше приведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемая cмазочная композиция не следует явным образом из известного уровня техники, а, следовательно, соответствует условию "изобретательского уровня".

Пример конкретного выполнения.

Для приготовления заявляемой смазочной композиции используют нефтяное масло марок: индустриальное 20 А, индустриальное 50, индустриальное 40. В емкости смешивают нефтяное масло с кубовым остатком, полученным при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга при комнатной температуре и при интенсивном перемешивании. После его смазочная композиция готова к применению. Нанесение смазочной композиции на бортовую латунированную проволоку производят путем протягивания проволоки через ванну со смазочной композицией, установленную перед намоткой проволоки в катушки.

Для обоснования преимуществ заявляемой смазочной композиции по сравнению с прототипом и определения количественного содержания компонентов в композиции было приготовлено шесть составов: N 1-3 с заявляемым значениями содержания компонентов; N 4-5 с содержанием компонентов, выходящим за заявляемые пределы; N 6 по прототипу.

Составы композиции приведены в табл.1.

Для сравнительной оценки технологических свойств заявляемой смазочной композиции и композиции, взятой за прототип, проведены испытания по наиболее важным показателям:
степень защиты поверхности бортовой латунированной проволоки от коррозии;
адгезия покрытия к поверхности бортовой латунированной проволоки;
Определение адгезии между проволокой и резиной путем выдергивания проволоки из резинового блока (по Н методу).

Испытания известной и заявляемой композиции для покрытия проволоки проводили после нанесения ее на стальную латунированную проволоку диаметром 1,0 мм типов IA и IЛА для бортовых колец шин по ТИ 176-МГ.ПР.13-60-91. Сырьем для изготовления латунированной проволоки служит катанка стальная ⊘ 5,5 - 6,5 мм с массовой долей углерода 0,62 0,67% марганца 0,40 0,70% поставляемая по ТУ 14-15-113-82. Волочение катанки на заготовку производят на волочильных станах UDZSA 2590/7 (7/550). Латунное покрытие на поверхность проволоки наносится гальванотермическим методом. Химический состав латунного покрытия: Массовая доля меди (67 ± 6) Масса латунного покрытия 0,8 1,7 г/кг для проволоки типа IЛА и 0,8 2,5 г/кг для проволоки типа IA.

Коррозионную стойкость проволоки после покрытия заявляемой смазочной композицией и композицией-прототипом оценивали по значениям площади коррозионных разрушений через 40 суток (по ГОСТ 9.054-75). При этом измеряли суммарную площадь всех очагов коррозии на поверхности каждого образца по отношению к общей площади поверхности, после чего рассчитывали степень защиты от коррозии (С) по формуле:

где А₁ площадь коррозии образца под составами (1 5);
А площадь коррозии образца под смазочной композицией-прототипом (6).

Прочность адгезионной связи бортовой латунированной проволоки с резиной (по Н-методу) проверяли на образцах, завулканизированных в резиновый блок сечением 12,5 12,5 мм с использованием резиновой смеси типа 2Э-1155. Режим вулканизации: температура (142 ± 4^oC, давление не менее 2,5 н/мм² 0,25 кгс/мм²), время 45 мин. Испытание образцов проводят через сутки после вулканизации. Испытания проводят путем выдергивания проволоки из резинового блока на разрывной машине (точность измерения 0,5%) со скоростью нагружения активного захвата (100 ± 10) мм/мин. За результат испытания прочности адгезионной связи бортовой латунированной проволоки с резиной применяют среднее арифметическое значение 4 измерений.

Целостность масляной пленки на поверхности проволоки определяли на электронном микроскопе BS 673 методом реплик при увеличении х 10500.

Исследование микрорельефа поверхности проволоки, покрытой смазочной композицией-прототипом, показывает, что слой смазки на проволоке имеет разную толщину. Имеются участки поверхности, на которых смазка отсутствует полностью, в то время как покрытие заявляемой смазочной композицией отличается равнотолщинностью и сплошностью.

Результаты испытаний приведены в табл.2.

Анализ результатов, приведенных в табл.2, показывает, что использование заявляемой композиции (составы 1 3) для покрытия поверхности бортовой латунированной проволоки по сравнению с прототипом (состав N 6) способствует:
возрастанию степени защиты поверхности бортовой латунированной проволоки от коррозии на 32,71 35,45%
повышению в 1,54 1,46 раза адгезии бортовой латунированной проволоки к резине при использовании проволоки в процессе изготовления шин.

Использование состава N 4 смазочной композиции нецелесообразно, так как он не обеспечивает антикоррозионной защиты поверхности бортовой латунированной проволоки. Использование состава N 5 смазочной композиции также нецелесообразно ввиду того, что он, хотя и обеспечивает достаточно высокую степень защиты от коррозии, тем не менее имеет низкие адгезионные свойства.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемая смазочная композиция работоспособна и устраняет недостатки, имеющие место в решении-прототипе, что подтверждается примерами конкретного выполнения. Соответственно заявляемая смазочная композиция может быть применена при изготовлении бортовой латунированной проволоки для повышения коррозионной стойкости и адгезионной прочности металла с резиной при производстве шин, а следовательно, соответствует условию "промышленной применимости".

Изобретение относится к смазочным материалам и может быть использовано в метизной промышленности для покрытия бортовой латунированной проволоки в процессе ее изготовления. Смазочная композиция защищает поверхность бортовой латунированной проволоки от действия атмосферной коррозии и обеспечивает при этом высокую адгезию проволоки к резине при использовании проволоки для изготовления шин. Это достигается тем, что смазочная композиция, содержащая нефтяное мало и присадку, в качестве присадки содержит кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга при следующем соотношении компонентов, мас.%: кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга 5 - 7; нефтяное масло 93 - 95. 2 табл.

Смазочная композиция, содержащая нефтяное масло и присадку, отличающаяся тем, что в качестве присадки она содержит кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга, при следующем соотношении компонентов, мас.

Кубовый остаток, полученный при ректификации жидкой фракции, выделенной при охлаждении продуктов коксования тяжелых нефтяных остатков термического крекинга 5-7
Нефтяное масло Остальное9