МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРИСАДКА К СМАЗОЧНЫМ МАСЛАМ Российский патент 2000 года по МПК C10M135/10 C10M135/10 C10M125/20 C10M159/04 

Изобретение относится к области разработки присадок к смазочным маслам, предназначенных для повышения функциональных свойств смазочных масел.

Наиболее широко используют сульфонаты щелочноземельных металлов, обеспечивающие высокие моющие свойства масел и способствующие нейтрализации серной и оксикислот, образующихся в моторных маслах при сгорании бензина и дизельного топлива. Эти присадки обладают также хорошими антиржавейными свойствами.

Однако сульфонатные присадки не обладают противоизносными и антифрикционными свойствами.

Для повышения противоизносных и антифрикционных свойств смазочных масел применяются антифрикционные присадки, причем наиболее перспективными являются беззольные и малозольные присадки на основе азотсодержащих соединений.

Известна антифрикционная присадка к смазочным маслам, получаемая путем взаимодействия альдегида, алкилфенола и алифатического амина (Патент США N 4396517, кл. C 10 M 133.18, 1991 г.). Однако известная присадка обладает недостаточными антифрикционными свойствами.

Наиболее близкой к предлагаемой присадке по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная присадка к смазочным маслам, содержащая минеральное масло, маслорастворимый сульфонат щелочноземельного металла с алкильным радикалом C₁₆-C₄₀, мочевину и спирт (Патент RU N 2085574, C 10 M 141/08, 1997 г.).

Указанная присадка улучшает противоизносные и антифрикционные свойства нелегированных минеральных масел, но не дает эффекта в современных моторных маслах, а иногда и ухудшает некоторые эксплуатационные свойства высоколегированных масел.

Задачей изобретения является повышение противоизносных свойств многофункциональной присадки к смазочным маслам и придание ей загущающих свойств.

Поставленная задача решается многофункциональной присадкой к смазочным маслам, содержащей нефтяное масло и маслорастворимый сульфонат аммония или щелочноземельного металла, которая согласно изобретения дополнительно содержит не менее 10 мас.% продукта взаимодействия маслорастворимого сульфоната аммония или сульфоната щелочноземельного металла с карбамидом или тиокарбамидом, содержащего в своем составе от 2 до 20 атомов азота на 1 моль сульфоната при содержании маслорастворимого сульфоната аммония или сульфоната щелочноземельного металла в присадке не более 3,5 мас.%, аммония молибденово-кислого в количестве 0-5,0 мас.% и нефтяного масла до 100 мас.%.

Предлагаемую присадку готовят путем интенсивного перемешивания масляного раствора маслорастворимого сульфоната щелочноземельного металла или маслорастворимого сульфоната аммония с водным раствором карбамида или тиокарбамида при температуре 50-60^oC с последующим прогревом реакционной смеси до температуры 100-130^oC.

Пример 1 (по прототипу)
В химический реактор с перемешивающим устройством и обогревом загружают 60 г присадки НСК, содержащей 38% маслорастворимого нейтрального сульфоната кальция с алкильным радикалом C₁₆-C₂₄, и добавляют в реактор при перемешивании 20 г раствора, содержащего 9 мл воды, 2 г глицерина и 9 г карбамида. Нагревают полученную смесь до температуры 50^oC и перемешивают до получения густой сметанообразной массы, после чего добавляют 20 г масла SAE-10 и перемешивают до получения однородного раствора.

Получают 100 г присадки, содержащей 1% кальция и 4,2% азота.

Пример 2
В химический реактор загружают 96 г присадки НСК, аналогично примеру 1, и добавляют в реактор при перемешивании 4,2 г раствора, содержащего 1,8 мл дистиллированной воды и 2,4 г карбамида из расчета: 1 моль карбамида (или 2 атома азота) на 1 моль НСК. Нагревают полученную смесь при перемешивании до получения густой сметанообразной массы, после чего добавляют 201,8 г масла SAE-10 и доводят температуру в реакторе до 130^oC. При этом отгоняется 2 мл воды. Получают 300 г присадки, содержащей 0,53% кальция и 0,37% азота.

Так как при нагревании продукта дополнительно к загруженной выделилось 0,2 мл реакционной воды, можно предположить протекание реакции

с образованием амида угольной кислоты, содержащего радикал

Методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии определяют, что присадка по примеру 2 содержит 87 мас.% нефтяного масла, 10 мас.% продукта взаимодействия сульфоната кальция с карбамидом и 3,0 мас.% нейтрального сульфоната кальция. Полученный продукт взаимодействия содержит 4,6% кальция и 3,6% азота и имеет молекулярную массу (криоскопия) около 1100 единиц.

Пример 3
В химический реактор загружают 144 г присадки НСБ, содержащей 36% маслорастворимого нейтрального сульфоната бария с алькильным радикалом C₂₄-C₃₆, и добавляют в раствор при перемешивании 56,4 г раствора, содержащего 26 мл дистиллированной воды и 30,4 г тиокарбамида из расчета 10 молей тиокарбамида на один моль НСБ или 20 атомов азота на один атом бария. Обрабатывают смесь аналогично примеру 2, после чего добавляют 114,2 г масла SAE-10 и доводят температуру в реакторе до 118^oC.

Получаем 300 г присадки, содержащей 1,83% бария и 3,73% азота.

Методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии определяют, что присадка по примеру 3 содержит 68,8 мас.% нефтяного масла, 31,0 мас.% продукта взаимодействия сульфоната бария с тиокарбамидом и 0,2 мас.% нейтрального сульфоната бария. Полученный продукт взаимодействия содержит 5,9% бария и 11,2% азота и имеет молекулярную массу (криоскопия) около 2250 единиц.

Пример 4
В химический реактор загружают 100 г масляного раствора сульфоната аммония с алкильным радикалом C₂₂-C₂₄, содержащего 40% активного вещества, и добавляют в реактор при перемешивании 19,2 г раствора, содержащего 9,6 мл дистиллированной воды и 9,6 г карбамида из расчета 2 моля карбамида на 1 моль сульфоната аммония.

Обрабатывают смесь аналогично примеру 2, после чего добавляют 186,8 г масла SAE-10 и доводят температуру в реакторе до 120^oC.

Получаем 300 г беззольной присадки, содержащей 1,86% азота.

Методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии определяют, что полученная присадка содержит 82,3 мас.% нефтяного масла, 17,4 мас.% продукта взаимодействия сульфоната аммония с карбамидом и 0,3 мас.% сульфоната аммония. Полученный продукт взаимодействия имеет молекулярную массу (криоскопия) около 650 единиц и содержит 10,7% азота.

Пример 5
В химический реактор загружают 107 г присадки КНД, содержащей 32% маслорастворимого среднещелочного сульфоната кальция, и добавляют в него при перемешивании 18,2 г раствора, содержащего 8,6 мл дистиллированной воды, 9,6 г карбамида. Обрабатывают смесь аналогично примеру 2, после чего добавляют 177,4 г масла SAE-10 и доводят температуру в реакторе до 110^oC.

Получают 300 г присадки, содержащей 1,8% кальция и 1,49% азота.

Методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии определяют, что полученная присадка содержит 83,4 мас.% нефтяного масла, 16,1 мас.% продукта взаимодействия сульфоната кальция с карбамидом и 0,5 мас.% маслорастворимого среднещелочного сульфоната кальция. Полученный продукт взаимодействия имеет молекулярную массу около 1300 единиц и содержит 4,4% кальция и 9,1% азота.

Пример 6
В химический реактор загружают 100 г присадки НСК, содержащей 40% маслорастворимого нейтрального сульфоната кальция с алкильным радикалом C₂₂-C₂₄, и добавляют в него при перемешивании 51,6 г раствора, содержащего 9,6 г карбамида, 27 мл дистиллированной воды и 15 г аммония молибденово-кислого. Нагревают полученную смесь при перемешивании до получения густой сметанообразной массы, после чего добавляют 148,4 г масла SAE-10 и доводят температуру в реакторе до 118^oC. Получают 300 г присадки, содержащей 0,53% кальция, 2,2% азота и 2,4% молибдена.

Методом жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии определили, что полученная присадка содержит 73,4 мас.% нефтяного масла, 26 мас.% продукта взаимодействия сульфоната кальция с карбамидом, 0,6 мас.% нейтрального сульфоната кальция. Полученный продукт взаимодействия имеет молекулярную массу около 1900 единиц и содержит 2,04% кальция, 8,4% азота и 9,3% молибдена.

Полученные многофункциональные присадки испытаны в масле SAE-20 и в моторном масле Mobil Special 15W-40 API SF/CC.

В процессе испытаний определены загущающие свойства присадок, а также противоизносные и антифрикционные свойства по ASTM D4172-82. Испытания присадок проводят по четырехшариковой машине трения фирмы Falex Corporation.

Антифрикционные свойства оценивают по величине установившегося коэффициента трения - f_уст, а противоизносные свойства - по диаметру пятна износа шара, Д_и в мм.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Представленные результаты испытаний показывают, что использование в составе присадки продукта взаимодействия маслорастворимого сульфоната кальция с карбамидом или тиокарбамидом придает присадке вязкостные свойства (добавление 2% присадки повышает индекс вязкости масел на 4-9 единиц и увеличивает вязкость масла при 100^oC на 0,4-1,5 мм²/сек).

Одновременно улучшаются противоизносные и антифрикционные свойства присадки. Лучшими антифрикционными свойствами обладают присадки, содержащие комплексные соединения маслорастворимого сульфоната, полученные на основе тиокарбамида или содержащие аммоний молибденово-кислый. Однако невозможно получить стабильную присадку с содержанием аммония молибденово-кислого в количестве более 5 мас.%.

Использование: в смазочных маслах для повышения функциональных свойств смазочных масел. Присадка содержит не менее 10 мас.% продукта взаимодействия маслорастворимого сульфоната аммония или сульфоната щелочноземельного металла с карбамидом или тиокарбамидом, содержащего в своем составе от 2 до 20 атомов азота на 1 моль маслорастворимого сульфоната, маслорастворимый сульфонат аммония или сульфонат щелочноземельного металла не более 3,5 мас.%, аммоний молибденово-кислый 0-0,5 мас.% и нефтяное масло до 10 мас.%. Технический результат: многофункциональная присадка позволяет улучшить качественные характеристики смазочного масла за счет улучшения вязкостных свойств и повышения его противоизносных и антифрикционных свойств. 1 табл.

Многофункциональная присадка к смазочным маслам, содержащая нефтяное масло и маслорастворимый сульфонат аммония или щелочноземельного металла, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит не менее 10 мас.% продукта взаимодействия маслорастворимого сульфоната аммония или сульфоната щелочноземельного металла с карбамидом или тиокарбамидом, содержащего в своем составе от 2 до 20 атомов азота на 1 моль маслорастворимого сульфоната, при содержании маслорастворимого сульфоната аммония или сульфоната щелочноземельного металла в присадке не более 3,5 мас.%, аммония молибденово-кислого в количестве 0 - 5,0 мас.% и нефтяного масла до 100 мас.%.