ОСНОВА СИНТЕТИЧЕСКОГО СМАЗОЧНОГО МАСЛА Российский патент 2009 года по МПК C10M105/38 

Изобретение относится к составам базового синтетического масла, а именно к основе синтетического смазочного масла, содержащей смесь сложных эфиров пентаэритрита (ПЭ) и ди-триметилолпропана (ди-ТМП) на основе смеси валериановой (C₅) и капроновой (С₆) кислот, и может быть использовано для получения авиационных сложноэфирных масел.

В мировой практике базовое синтетическое масло готовят на основе продукта этерификации пентаэритрита смесью индивидуальных монокарбоновых кислот С₅-С₁₀, взятых в различных массовых долях [Yaffe Roberta Pat 4216100 US, aug, 5, 1980]. Недостатком заявленного способа получения основы синтетического масла является использование дорогих и труднодоступных монокарбоновых кислот с нечетным числом углеродных атомов: энантовой (С₇) - до 30% и пеларгоновой (C₉) - до 20%.

Сложные эфиры пентаэритрита на основе низших монокарбоновых кислот (валериановой и капроновой), несмотря на низкую температуру застывания, не рассматриваются как потенциальные базовые синтетические масла вследствие низкой вязкости при 100°С (около 4 мм²/с), недостаточно высокого индекса вязкости (примерно 120) и неудовлетворительных смазочных свойств [М.М.Куковицкий, Р.Н.Хайруллина, Т.А.Исмагилов, ТА. Иванова. // НТИС «Нефтепереработка и нефтехимия». - 1986. - №11. - C.18-20].

С другой стороны, известны сложные эфиры ди-триметилолпропана (ди-ТМП) и низших монокарбоновых кислот, обладающие высокой термической, термоокислительной и гидролитической стабильностью, хорошими смазочными свойствами и низкой температурой застывания. Наличие в молекуле спирта простой эфирной связи обеспечивает пологую вязкостно-температурную зависимость получаемых сложных эфиров (высокий индекс вязкости). Вместе с тем сложные эфиры ди-ТМП и низших монокарбоновых кислот (масляной, С₄, и валериановой, C₅) характеризуются сравнительно высокой вязкостью при 100°С и чрезмерно высокой вязкостью в области низких температур (таблица 1) [Virgil W. Gash, Pat 3681440 US, aug. 1, 1972]. Вследствие указанных недостатков они не могут быть использованы в качестве основы синтетического смазочного масла для авиационных ГТД.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является основа синтетических смазочных масел (например 36/1, Б3-В, Л3-240) - «Эфир-2», предназначенных для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в широком интервале температур в различных режимах трения при высоких нагрузках. Для получения «Эфира-2» применялись сложные эфиры пентаэритрита и фракции синтетических жирных кислот СЖК (С₅-C₉) [Куковицкий М.М. и др. // Нефтеперарботка и нефтехимия. - 1978. - №9. - С.8-9]. Фракцию СЖК (С₅-С₉) в нашей стране получали окислением нефтяных парафинов. Фракция имела примерно следующий состав кислот (% мас.): масляная (3,8), валериановая (15,4), капроновая (28,6), энантовая (24,1), каприловая (15,8), пеларгоновая (8,7), каприновая (3,0), ундекановая (0,6). [Куковицкий М.М: автореф. дис. на соскание ученой степени к.т.н.: Свердловск: Уральский филиал АН СССР, Ин-т химии. - 1968. - С.19.]

В 2002 г. по экологическим причинам производство СЖК (C₅-C₉) было остановлено, вследствие этого сложноэфирные масла на указанной основе отечественного производства в настоящее время не вырабатывают.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение сырьевой базы для получения основы синтетического смазочного масла, не уступающего по основным физико-химическим показателям «Эфиру-2», на основе сложных эфиров пентаэритрита и ди-триметилолпропана и доступных низкомолекулярных монокарбоновых кислот.

Поставленная задача достигается тем, что основа синтетического смазочного масла, представляющая собой смесь продуктов этерификации многоатомных спиртов, включающая продукт этерификации пентаэритрита смесью монокарбоновых кислот, согласно изобретению качестве продукта этерификации содержит продукт этерификации пентаэритрита смесью валериановой и капроновой кислот, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3, и дополнительно содержит продукт этерификации ди-триметилолпропана смесью валериановой и капроновой кислот в том же мольном соотношении при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукт этерификации пентаэритрита смесью   валериановой и капроновой кислот 33-50 продукт этерификации ди-триметилолпропана   смесью валериановой и капроновой кислот остальное до 100%

Предлагаемый состав основы синтетического смазочного масла позволяет получить основу путем смешения сложных эфиров пентаэритрита и смеси валериановой и капроновой кислот, и сложных эфиров ди-триметилолпропана с теми же кислотами, которая соответствует основным физико-химическим требованиям, предъявляемым к основе сложноэфирного масла Б-3В («Эфир-2»), а по отдельным показателям превосходит его, используя доступное и недорогое сырье, и может быть использована для получения авиационных сложноэфирных масел.

Все сложные эфиры, использованные для получения основы синтетического смазочного масла, получают по известной технологии. В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой, ловушкой Дина-Старка и обратным холодильником, загружают расчетное количество неопентилполиолов и монокарбоновых кислот. Монокарбоновые кислоты используют с 20%-ным избытком. Реакцию проводят без катализатора в течение 12 ч при температуре 180°С. Удаление реакционной воды осуществляют с помощью азеотропного агента - о-ксилола. После окончания реакции о-ксилол и избыток кислот отгоняют под вакуумом. Удаление остатков кислот производят с помощью анионита АВ-17-8 чс при температуре (60-80)°С в течение 6 ч. Количество анионита составляет (5-10) % от массы продукта (в зависимости от кислотного числа продукта после вакуумной отгонки). Выход очищенных продуктов составляет в среднем 97% от расчетного значения.

Свойства синтезированных эфиров ПЭ и ди-ТМП на основе смеси кислот С₅ и С₆, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3, используемых в качестве исходных компонентов для приготовления базового синтетического авиационного масла, приведены в таблице 2.

Образцы синтезированных эфиров смешивают в различных массовых соотношениях и выдерживают в течение 1 ч при температуре 60°С при постоянном перемешивании.

Примеры приготовления смесей сложных эфиров ПЭ и ди-ТМП на основе кислот С₅ и С₆, взятых в различных мольных соотношениях, для получения основы синтетического смазочного масла.

Пример 1. Образцы продуктов этерификации 1 и 2 смешивают в массовом соотношении 50:50 (1:1)и выдерживают в течение 1 ч при температуре 60°С при постоянном перемешивании. Свойства полученной смеси, приведенные в таблице 3, соответствуют требованиям, предъявляемым к «Эфиру-2» (прототип).

Пример 2. Образцы продуктов этерификации 3 и 4 смешивают в массовом соотношении 67:33 (2:1) в тех же условиях, что и в примере 1. Смесь не соответствует требованиям на «Эфир-2» (прототип) по значению вязкости при +100°С.

Пример 3. Образцы продуктов этерификации 3 и 4 смешивают в массовом соотношении 50:50 (1:1) аналогично примеру 1. Смесь соответствует всем требованиям на «Эфир-2» (прототип) и значительно превышает их по уровню низкотемпературной вязкости.

Пример 4. Образцы продуктов этерификации 3 и 4 смешивают в массовом соотношении 33:67 (1:2) в условиях, аналогичных примеру 1. Смесь характеризуется более высокими значениями вязкости во всем изученном температурном интервале, чем смесь, полученная в примере 3, но не выходит за пределы требований на «Эфир-2» (прототип).

Таким образом, заявляется основа синтетического смазочного масла, которая соответствует или превосходит требования, предъявляемые к основе сложноэфирного масла Б-3В - « Эфиру-2».

Таблица 1 Кислота Кинематическая вязкость сложного эфира ди-ТМП, мм²/с, при температуре, °С 100 40 Минус 40 Масляная 5,76 34,60 20966 Валериановая 5,62 30,70 11366

Таблица 2 Образец Многоатомный спирт Соотношение кислот, моли (валериановая: капроновая) Вязкость кинематическая, мм²/с, при температуре, °С Индекс вязкости Температура застывания, °С +100 +40 - 40 1 ПЭ 1: 1 4,05 18,32 4942,9 212 <-60 2 Ди-ТМП 1: 1 6,19 34,50 20843.7 130 <-60 3 ПЭ 1:3 4,12 18,54 4484.7 125 <-60 4 Ди-ТМП 1:3 6,06 31,93 13589,7 139 <-60 Таблица 3 Пример Соотношение продуктов этерификации, мас.% Вязкость кинематическая, мм²/с, при температуре, °С Индекс вязкости Температура застывания, °С +100 +40 - 40 1 50:50 4,99 25,04 7151,6 127 <-60 2* 67: 33 4,53 22,08 6128,7 120 <-60 3 50:50 4,95 23,12 7024,6 144 <-60 4 33:67 5,30 26,44 8959,2 138 <-60 «Эфир-2» - прототип >4,85 Не норм. <10600 Не норм. <-60 * - пример вне заявленной области

Использование: для получения авиационных сложноэфирных масел. Сущность: основа синтетического смазочного масла содержит 33-50% мас. продукта этерификации пентаэритрита смесью валериановой и капроновой кислот, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3, и остальное до 100% мас. продукта этерификации ди-триметилолпропана смесью валериановой и капроновой кислот, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3. Технический результат - улучшение низкотемпературных свойств масла и использование доступного и недорогого сырья. 3 табл.

Основа синтетического смазочного масла, представляющая собой смесь продуктов этерификации сложных спиртов, включающая продукт этерификации пентаэритрита смесью монокарбоновых кислот, отличающаяся тем, что в качестве продукта этерификации содержит продукт этерификации пентаэритрита смесью валериановой и капроновой кислот, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3 соответственно, и дополнительно содержит продукт этерификации ди-триметилолпропана смесью валериановой и капроновой кислот, взятых в мольном соотношении от 1:1 до 1:3 соответственно, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
продукт этерификации пентаэритрита   смесью валериановой и капроновой кислот 33-50 продукт этерификации ди-триметилолпропана   смесью валериановой и капроновой кислот остальное до 100