(μ-СТЕАРИНОВАЯ КИСЛОТА) ГЕКСАСТЕАРАТОЛАНТАН (III) ТРИГИДРАТ В КАЧЕСТВЕ ПРОТИВОИЗНОСНОЙ ПРИСАДКИ К МАСЛАМ Российский патент 2002 года по МПК C07F5/00 C10M129/40 

Изобретение относится к области координационных соединений, содержащих элемент III группы Периодической системы Д.И. Менделеева, а именно к новым химическим соединениям редкоземельных элементов - (μ-стеариновая кислота)гексастеаратолантан (III) тригидрат (лантану стеарату тригидрату) общей формулы

где R - С₁₈Н₃₅O₂, R¹ - С₁₇Н₃₅,
и может быть использовано в качестве маслорастворимой присадки в различных узлах трения для транспортной техники, в частности, для автотракторной техники, мелиоративно-строительных машин, для улучшения противоизносных и антифрикционных свойств масел.

Известна присадка к смазочным маслам, включающая 14 мас.% пирофорного железа, 43 мас. % олеиновой кислоты, остальное - масло (См. патент РФ 2112782, МПК С 10 М 125/04).

Однако метод получения данной присадки является достаточно трудоемким.

Известна противоизносная присадка с использованием соединений редкоземельных элементов (См. АС СССР 1373687, МПК С 01 F 17/00, С 10 М 159/18).

Однако она применяется для улучшения противоизносных свойств только консистентных смазок.

Задачей предлагаемого изобретения является создание присадки, позволяющей повысить износостойкость, снизить потери на трение базовых масел, а также расширить ассортимент маслорастворимых присадок.

Поставленная задача решается путем получения нового соединения, строение и свойство которого не описаны в литературе, а именно - лантана стеарата тригидрата общей формулы

где R - С₁₈Н₃₅O₂, R¹ - С₁₇Н₃₅,
обладающего свойством растворяться в масле. Это свойство, обнаруженное авторами во вновь синтезированном ими веществе, позволяет использовать его в качестве противоизносной присадки.

Анализ данных по применению координационных соединений говорит о том, что их противоизносное действие обусловлено их участием в трибохимических реакциях, т.е. они могут реагировать с металлами поверхности трения по схеме
М+М¹А-->MA+M¹,
где М - металл поверхностного слоя;
М¹ - металл-комплексообразователь;
А - органический лиганд.

Вновь образовавшееся координационное соединение МА в конечном итоге и обеспечивает снижение износа основного материала детали.

Изобретение поясняется чертежами, где
На Фиг. 1 приведены графики изменения момента трения при испытании на износ для масла "АУ" (кривая 1) и для масла "АУ" с присадкой лантана стеарата тригидрата (кривая 2).

На Фиг.2 приведен график изменения момента трения при испытании на износ для масла "Р" (кривая 1) и для масла "Р" с присадкой лантана стеарата тригидрата (кривая 2).

На Фиг. 3, 4 приведены диаграммы износа образцов при испытании на масле "АУ" (1), на масле "АУ" с присадкой лантана стеарата тригидрата (2), на масле "Р" (3), на масле "Р" с присадкой лантана стеарата тригидрата (4); на Фиг.3 - для ролика, на Фиг.4. - для колодки.

На Фиг. 5 приведен график изменения температуры при испытании на износ для масла "АУ" (кривая 1) и для масла "АУ" с присадкой (кривая 2).

На Фиг.6 приведено изменение момента трения при испытании на схватывание для масла "АУ" (кривая 1) и для масла "АУ" с присадкой (кривая 2).

На Фиг.7 приведена диаграмма износа деталей аксиально-поршневого насоса для распределителя (1) и для блока (2).

Предлагаемое вещество получают следующим образом. 7,52 г (0,29М) 7-водного трихлорида лантана растворяют в 70 мл дистиллированной воды. 17,24 г (1,2М) стеариновой кислоты растворяют в 50 мл этилового спирта при нагревании на водяной бане (80^oС). 3,4 г (2,0М) гидроксида калия растворяют в 30 мл этилового спирта. Все растворы фильтруют. При сливании растворов сразу выпадает белый осадок. Полученные соли отфильтровывают на воронке Брюхнера и промывают водно-спиртовым раствором (1:1) до отрицательной реакции на ион хлора, высушивают на воздухе до постоянной массы. Выход целевого продукта составляет 75%.

Найдено, %: La - 12,03; C - 65,31; Н - 10,96
Вычислено, %: La - 12,01; C - 65,34; H - 10,89
La₂(C₁₈H₃₅O₂)₆•C₁₈H₃₆•O₂•3H₂O
Полученное вещество является кристаллическим веществом белого цвета. Кристаллогидрат его устойчив до 60^oС. Дегидратация происходит в интервале температур 60^oС-130^oС.

Рентгенографически рассчитаны межплоскостные расстояния и интенсивности рефлексов лантана (III) стеарата 3-водного. Наиболее интенсивные рефлексы; d_n, A: 12,678; 9,668; 6,917.

Строение стеарата лантана подтверждается ИК-спектрами. Так, в спектре стеарата лантана полосы поглощения с максимумами 1550-1520 см^-1 и 1400-1390 см^-1 отнесены к валентным антисимметричным и симметричным колебаниям диссоциированной группы СOO^-, что говорит о замещении водорода карбоксильной группы на металл. О том, что молекула недиссоциированной кислоты входит в состав соединения, свидетельствует полоса поглощения с максимумом 2550 см^-1, отнесенная к валентным колебаниям связанной гидроксильной группы ОН в недиссоциированной карбоксильной группе, и присутствующая как в ИК-спектре кислоты, так и ИК-спектре стеарата La. А также полоса поглощения с максимумом 1740 см^-1, соответствующая валентным колебаниям карбонила СО, которая также присутствует в ИК-спектрах кислоты и стеарата лантана. Можно предположить, что молекула стеариновой кислоты связана с двумя молекулами соли LаR₃ через атомы двух кислородов донорно-акцепторными связями, поскольку атомы кислорода имеют неподеленные электронные пары и выступают в роли донора, а свободные орбитали металла - как акцепторы. Две широкие полосы поглощения с максимумами 3410 см^-1 и 3170 см^-1 отнесены к валентным антисимметричным и симметричным колебаниям группы воды, а полоса поглощения с максимумом 1650 см^-1 - к деформационным колебаниям ОН воды.

Полученный стеарат лантана обладает способностью растворяться в маслах. При температуре 25^oС его растворимость в 100 мл масла составляет 0,8 г. Таким образом, заявляемое вещество может быть использовано в качестве присадки в базовые масла, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
(μ-стеариновая кислота)гексастеаратолантан (III) тригидрат - 0,8
базовое масло - остальное
Эффективность предлагаемой присадки проверена в лабораторных испытаниях на машине трения СМЦ-2. Испытания проводились по схеме "ролик-колодка" при постоянной частоте вращения ролика 300 мин^-1 и нагрузке 200 Н, приложенной к приработанным образцам. Время испытаний 6 часов при скорости скольжения 0,785 м/с. Ролик изготовлен из стали 45, а колодка из серого чугуна С_ч-20. В качестве базовых масел были взяты масло веретенное "АУ" ГОСТ 1642-75 и масло "Р" ГОСТ 38801434-87, используемые в качестве РЖГ (рабочей жидкости гидросистемы).

Триботехнические сравнительные испытания РЖГ проводили по следующим выходным характеристикам: величина момента от сил трения, износ в единицах массы, температура в зоне контакта, нагрузка схватывания.

Как следует из приведенных чертежей, момент трения образцов, испытанных на масле "АУ", уменьшился с 3,4 до 2,9 Нхм (Фиг.1).

Введение в него лантана стеарата тригидрата позволяет снизить момент трения в течение всего периода работы и особенно интенсивно в начале установившегося режима работы. Момент в начале работы составил 3,3 Нхм, а в конце 2,1 Нхм, что на 25% меньше по сравнению с базовым маслом.

Из Фиг.2 видно, что момент трения образцов, испытанных на масле "Р", уменьшился с 4,05 до 3,5 Нхм. Введение лантана стеарата тригидрата снизило момент трения с 4,0 до 2,45 Нхм.

Износ образцов на масле "АУ" для ролика составил 0,0024 г (Фиг.3) и 1,31 г - для колодки (Фиг.4). Износ образцов на масле "Р" для ролика составил 0,0027 г (фиг.3) и 1,45 г - для колодки (Фиг.4).

Введение лантана стеарата тригидрата позволило снизить износ ролика и колодки соответственно до 0,0017 г и 1,18 г в масле "АУ" и 0,0021 г и 1,33 г соответственно для масла "Р" (Фиг.3, 4). По сравнению с базовым маслом износ уменьшился на 10%. Во время испытаний регистрировалась температура масла. Как видно из графика (Фиг.5), присадка позволила снизить температуру образцов с 105 до 65^oС (масло "АУ" - c 110 до 85^oС). На графике (Фиг.6) представлены изменения момента трения при испытании на схватывание. При введении присадки в "АУ" трибосопряжение сохраняет работоспособность до 1700 Н, в масле же до 1200 Н (Фиг.6). Схватывание образцов, работающих на базовом масле, произошло через 27 минут после начала испытания, а работающих на масле с присадкой - через 50,5 минут. Присадка позволила увеличить нагрузку схватывания в 1,65 раз и продлить время работы трибосопряжения в 1,8 раза. Это очень важно в реальных условиях эксплуатации, т.к. при внезапных резких перегрузках пара трения сохранит свою работоспособность в течение достаточно продолжительного периода времени.

Были проведены эксплуатационные испытания присадок в "АУ" в реальном узле трения - в аксиально-поршневом насосе для распределителя и блока. Общая продолжительность испытаний составила 300 часов (фиг.7). Из фиг.7 видно, что износ деталей составил соответственно 2,76 г и 2,51 г - для распределителя и 3,16 г и 2,83 г - для блока соответственно на базовом смазочном материале и смазочном материале с присадкой. Наблюдается улучшение противоизносных свойств на 10% при использовании предлагаемой смазочной присадки по сравнению с базовым смазочным материалом.

Описывается новое соединение (μ-стеариновая кислота)гексастеаратолантан (III) тригидрат формулы (R)₃ La<--O= C(R¹)-(Н)O-->Lа(R)₃•3Н₂О, где R - C₁₈H₃₅O₂, R¹ - С₁₇Н₃₅. Новое соединение может быть использовано в качестве малорастворимой присадки в различных узлах трения для транспортной техники для улучшения противоизносных и антифрикционных свойств масел. 7 ил.

(μ-Стеариновая кислота)гексастеаратолантан (III) тригидрат общей формулы

где R - C₁₈H₃₅O₂, R¹ - С₁₇H₃₅,
в качестве противоизносной присадки к базовым маслам.