ПЛАСТИЧНАЯ СМАЗКА НА СИНТЕТИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2023 года по МПК C10M169/02 C10M107/50 C10M119/24 C10N30/06 

Изобретение относится к составам синтетических смазочных материалов, содержащих в своем составе силиконовое и полиальфаолефиное масло и уреатный загуститель, обладающие улучшенными противоизносными свойствами и содержащие меньшее количество компонентов, чем у известных аналогов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для обеспечения работы узлов трения.

Силиконовые пластичные смазки, получаемые введением в кремнийорганические жидкости различных загустителей, имеют широкий спектр применения, так как обладают рядом свойств, которые отсутствуют у других типов смазочных материалов, например, устойчивость к смыванию водой (холодной или горячей), исключительная химическая стойкость, низкая испаряемость, совместимость с металлами, пластиками и эластомерами.

При создании смазочных композиций в качестве дисперсионной среды нередко используют смеси кремнийорганических жидкостей с другими синтетическими базовыми маслами IV и V групп. Дополнительное введение синтетических масел в состав смазочных композиций позволяет улучшить их физико-химические и эксплуатационные свойства. Например, было показано, что введении в состав силиконовой смазочной композиции углеводородного или сложноэфирного компонента позволяет значительно улучшить противоизносные свойства получаемых смазочных материалов (Г.Ф. Павелко, Е.Г. Бордубанова, Т.А. Займовская, Г.Н. Бондаренко, А.С. Лядов, О.П. Паренаго «Аномальная зависимость противоизносных свойств от состава смеси углеводородных масел с полиорганосилоксанами» // Трение и износ.2018. Т. 39. №3. С. 299-304 (патент RU 2673482 С1, МПК С10М 107/50, С10М 161/00, С10М 169/00, C10N 30/00, C10N 20/02, опубл. 21.11.2018).

Известна пластичная смазка, содержащая базовое масло, состоящее из смеси гидродепарафинированного масла и полиальфаолефинового масла и полиэтилсилоксановой жидкости, взятых в массовом соотношении 1,0-1,2:2,0-2,5, причем полиальфаолефиновое масло взято в массовом соотношении 3,0-3,2:0,9-1,5 к полиэтилсилоксановой жидкости. В качестве загустителя используется литиевое мыло, получаемое в результате взаимодействия жирной карбоновой кислоты и гидроксида лития. Смазка также содержит функциональные присадки антиокислитель и ингибитор коррозии и дибутилфталат. В качестве антикоррозионной присадки используют 1,2,3-бензотриазол, а в качестве антиокислительной присадки - агидодол-1, взятые в массовом соотношении 2,5-3:1-1,5 (патент RU 2764435 С1, МПК С10М 169/00, С10М 117/02, С10М 129/28, С10М 125/00, С10М 101/00, С10М 107/10, C10N 2030/08, C10N 2040/04, опубл. 17.01.2022). Соотношение компонентов в смазке следующее, % масс: литиевое мыло высших жирных кислот 19-25 присадки 2-4 дибутилфталат 4-7 базовое масло остальное. Недостатком известной смазки является использование в ее составе мыльного загустителя, что ухудшает трибологические, физико-химические и эксплуатационные свойства смазки.

Бурное развитие технологий и техники, появление высокопроизводительных станков и агрегатов резко повысили требования, предъявляемые к смазкам. В середине прошлого века были созданы смазки, получаемые загущением базовых масел органическими загустителями на основе димочевин или тетрамочевин, так называемые уреатные смазки. Такие смазки выгодно отличаются, например, от мыльных смазок, улучшенными физико-химическими, трибологическими и эксплуатационными свойствами.

Однако получение уреатных пластичных смазок, загущением полиорганосилоксанов в чистом виде ди- и олигомочевинами не представляется возможным, что требует обязательного введения дополнительного углеводородного компонента в состав дисперсионной среды пластичной смазки.

Таким образом, создание и практическое применение смазок, получаемых загущением дисперсионной среды, содержащей полиорганосилоксаны, уреатными загустителями является актуальной задачей современного смазочного материаловедения.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по первому варианту и взятой за прототип является универсальная пластичная смазка на синтетической основе (Патент RU 2769692, МПК: С10М 119/00, С10М 119/24, С10М 169/02, опубл. 05.04.2022), в которой дисперсионная среда состоит из смеси олигометилэтилсилоксановой жидкости и ди-2-этилгексилового эфира себациновой кислоты в соотношении от 50:50 до 60:40. В качестве комплексного загустителя в состав смазки вводят димочевину (10,0-21,0), получаемую взаимодействием анилина, додециламина и 2,4-толуилендиизоцианата, гидрофобный модифицированный аэросил (3,0-7,0) и церезин 75 (3,0-5,0). Такой состав пластичной смазки позволяет повысить ее структурно-механические свойства, улучшить коллоидную стабильность и смазывающие свойства, а также расширить температурный интервал работоспособности.

Смазку по прототипу получают путем смешения исходных компонентов.

Одним из недостатков прототипа является получение пластичной смазки с недостаточно высокими противоизносными свойствами. Так, лучший образец пластичной смазки по прототипу характеризуется диаметром пятна износа при нагрузке 196 Н (60 мин) равным 0,84 мм, что не всегда удовлетворяет требованиям, которые предъявляются к смазочным материалам, используемым в современных узлах трения, и как, следствие, снижает длительность интервала замены пластичной смазки, что, в свою очередь приводит к росту как частоты самих операций по замене смазки в процессе работы узлов трения, так и экономических и эксплуатационных затрат, связанных с такими операциями.

Также прототип содержит в своем составе комплексный загуститель, для получения которого используется пять исходных компонентов, что также требует дополнительных операций и затрат в процессе получения смазки.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по второму варианту является консистентная (пластичная) смазка, которая содержит: от 32,5 до 94,9% масс. базового масла, которое может быть выбрано из полиальфаолефинов, от 1 до 7,5% масс. ионной жидкости или смеси из нескольких ионных жидкостей, выбранных из группы, состоящей из: тригексил(тетрадецил)фосфоний-бис(трифторметилсульфонил)имида, N-этил-3-метилпиридиний-нонафторбутансульфоната, бутил-метилпирролидиний-бис(трифторметилсульфонил)имида, 1-этил-3-метилимидазолий-бис(трифторметилсульфонил)имида, 1-этил-3-метилимидазолийэтилсульфата, 1-(2-метоксиэтил)-1-метилпиридиний-бис(трифторметилсульфонил)имида, от 4 до 50% масс.загустителя, выбранного из группы, состоящей из мочевинного загустителя (полимочевины или димочевины), являющегося продуктом реакции диизоцианата, преимущественно 2,4-диизоцианатотолуола, 2,6-диизоцианатотолуола, 4,4'-диизоцианатодифенилметана, которые могут применяться отдельно или в комбинации, с амином общей формулы R'₂N-R, причем R представляет собой арильный, алкильный или алкиленовый остаток с от 2 до 22 атомами углерода и остаток R' является одинаковым или различным и представляет водород, алкильный, алкиленовый или арильный остаток, или выбран из металлических мыл, мыл комплексов металла, от 0,1 до 10% масс. обычных присадок отдельно или в комбинации, выбранных из группы, состоящей из антикоррозийных средств, защитных средств против окисления, защитных средств от износа, средств, уменьшающих трение, защитных средств от воздействия металлов, УФ-стабилизаторов, неорганических или органических твердых смазочных материалов, выбранных из полиимида, политетрафторэтилена (ПТФЭ), графита, оксидов металлов, нитрида бора, дисульфида молибдена и фосфата, (см., патент RU 2480516 С2, МПК: С10М 169/06, С10М 133/38, С10М 115/08, С10М 117/00, С10М 137/04, опубл. 27.04.2013).

В качестве противоизносной присадки в смазке по прототипу могут применять фосфорсодержащие и серосодержащие соединения, например, диалкилдитиофосфат цинка, сложный эфир борной кислоты.

Также из указанного патента известен способ получения пластичной смазки, согласно которому смешивают 77% масс. смеси из сложного эфира базового масла, 10% масс. ионной жидкости, 8% масс. поли- или димочевины как загустителя, а также 5% масс. антикоррозионного средства, антиокислителя и защитного средства от износа в качестве присадок. Ионные жидкости вводят в базовое масло после получения in situ загустителя и гомогенизируют с помощью гомогенизаторов высокого давления, трехвальцового пресса или других пригодных способов.

Недостатками известной смазки является многокомпонентный состав, использование дорогостоящих ионных жидкостей, а также наличие зольных присадок.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке оптимального состава пластичной смазки с улучшенными противоизносными свойствами с сохранением физико-химических свойств получаемых смазок не ниже уровня известных пластичных смазок простым и экономичным способом.

Решение поставленной задачи в первом варианте осуществления изобретения достигается тем, что предложена пластичная смазка на синтетической основе, содержащая дисперсионную среду, включающую кремнийорганическую жидкость, и загуститель - димочевину, дисперсионная среда в качестве кремнийорганической жидкости содержит полиэтилсилоксановую жидкость и дополнительно - полиальфаолефиновое масло, а загуститель-димочевина представляет собой продукт, полученный непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана (МДИ), анилина и н-гексадециламина, при следующем соотношении исходных компонентов, % масс:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 полиэтилсилоксановая жидкость остальное.

В качестве компонентов дисперсионной среды используют полиэтилсилоксановую жидкость и полиальфалефиновое масло, так как они хорошо совместимы друг с другом, нетоксичны, обладают высокой термоокислительной и химической стабильностью, а также характеризуются пологой вязкостно-температурной зависимостью.

В качестве загустителя выбрана димочевина, получаемая взаимодействием 4,4'-диизоцианатодифенилметана (МДИ), анилина и н-гексадециламина в дисперсионной среде в процессе получения пластичной смазки.

Выбор такого состава димочевины позволил отказаться от дополнительных компонентов загустителя при сохранении структурно-механических свойств и коллоидной стабильности получаемой смазки на уровне прототипа.

Поставленная задача решается также тем, что предложен способ получения пластичной смазки по первому варианту осуществления изобретения на синтетической основе, содержащей дисперсионную среду, включающую кремнийорганическую жидкость и дополнительно полиальфаолефиное масло, и загуститель-димочевину, получаемую путем смешения исходных компонентов, согласно которому

- сначала смешивают компоненты дисперсионной среды полиэтилсилоксановую жидкость и дополнительно полиальфаолефиновое масло при постоянном перемешивании,

- полученную композицию разделяют в соотношении 1:10,

- к большей части добавляют необходимое количество анилина и н-гексадециламина с получением раствора 1,

- к меньшей части - необходимое количество 4,4'-диизоцианатодифенилметана с получением суспензии 2,

- раствор 1 нагревают до 90°С и в него вводят суспензию 2 при интенсивном перемешивании с формированием консистенции смазки,

- полученную смазку нагревают до 140°С при постоянном перемешивании до формирования однородной структуры, охлаждают до комнатной температуры, гомогенизируют и выделяют пластичную смазку описанную выше и характеризующуюся составом исходных компонентов при следующем их соотношении, % масс:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 полиэтилсилоксановая жидкость остальное.

Решение поставленной задачи во втором варианте осуществления изобретения достигается тем, что предложена пластичная смазка на синтетической основе, содержащая дисперсионную среду, включающую полиальфаолефиновое масло, загуститель-димочевину, полученную непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана с аминами, и противоизносную присадку - серосодержащее соединение в которой дисперсионная среда дополнительно содержит полиэтилсилоксановую жидкость, в качестве аминов при получении загустителя используют анилин и н-гексадециламин, противоизносная присадка является беззольной, и указанное серосодержащее соединение выбрано из ряда метиловый эфир дибутилдитиокарбаминовой кислоты, метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамата, метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамата, при следующем соотношении исходных компонентов, % масс:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 указанная противоизносная присадка 1 полиэтилсилоксановая жидкость остальное.

Поставленная задача решается также тем, что предложен способ получения пластичной смазки по второму варианту осуществления изобретения на синтетической основе, содержащей дисперсионную среду, включающую полиальфаолефиновое масло и полиэтилсилоксановую жидкость, загуститель-димочевину, и противоизносную присадку - серосодержащее соединение, включающий смешение исходных компонентов и получение димочевины непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана с аминами, согласно которому:

- сначала смешивают компоненты дисперсионной среды полиальфаолефиновое масло и дополнительно полиэтилсилоксановую жидкость при постоянном перемешивании;

- полученную композицию разделяют в соотношении 1:10;

- к большей части добавляют необходимое количество анилина и н-гексадециламина и противоизносную присадку, выбранную из ряда на основе метилового эфира дибутилдитиокарбаминовой кислоты, метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамата, или метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамата, с получением раствора 1;

- к меньшей - необходимое количество 4,4'-диизоцианатодифенилметана с получением суспензии 2;

- раствор 1 нагревают до 90°С и вводят суспензию 2 при интенсивном перемешивании с формированием пластичной смазки;

- полученную смазку нагревают до 140°С при постоянном перемешивании до формирования однородной структуры, охлаждают до комнатной температуры, гомогенизируют и выделяют пластичную смазку, характеризующуюся составом исходных компонентов при следующем их соотношении, % масс:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 указанная противоизносная присадка 1 полиэтилсилоксановая жидкость остальное.

Технические результаты, которые могут быть получены от использования предлагаемого изобретения, заключаются в следующем:

- значительное улучшение противоизносных свойств по сравнению с прототипом более чем на 40%;

- достижение и сохранение физико-химических свойств и коллоидной стабильности получаемых смазок на уровне прототипа;

- более простой и экономичный способ получения смазки, в том числе, за счет применения более простого состав загустителя.

Нижеследующие примеры иллюстрируют, но не ограничивают изобретение.

Примеры 1-3

Для получения пластичной смазки используют: полиэтилсилоксановую жидкость ПЭС-5 (ГОСТ 13004-77), полиальфаолефиновое масло ПОАМ-12 (ТУ 0253-014-54409843-2007), анилин (ГОСТ 5819-78), 4,4'-диизоцианатодифенилметан и н-гексадециламин с содержанием основного компонента не менее 98% масс.

Предлагаемую пластичную смазку получают следующим образом: два синтетических базовых масла (полиэтилсилоксановая жидкость и полиальфаолефиновое масло) смешивают в реакторе с мешалкой при постоянном перемешивании, получая дисперсионную среду. То, что смесь базовых масел представляет собой дисперсионную среду, очевидно для специалиста. Затем полученную композицию разделяют в соотношении 1:10, к большей части добавляют необходимое количество анилина и н-гексадециламина с получением раствора 1, к меньшей - необходимое количество 4,4'-диизоцианатодифенилметана с получением суспензии 2. Раствор 1 нагревают до 90°С и при интенсивном перемешивании вводят суспензию 2, при этом наблюдают формирование консистенции пластичной смазки. После этого смазку нагревают до 140°С при перемешивании для формирования однородной структуры с последующим охлаждением в объеме до комнатной температуры. После охлаждения полученную массу гомогенизируют любым доступным способом с получением образцов смазки, которую выделают.

Описанным методом было получено три образца пластичных смазок с разным составом дисперсионной среды №1, №2 и №3 соответственно (табл. 1).

Для этих смазок были определены основные физико-химические свойства, которые представлены в таблице 2.

Пример 4

Дополнительно с целью улучшения противоизносных свойства в состав предложенной смазки вводят беззольную присадку - метиловый эфир дибутилдитиокарбаминовой кислоты на этапе получения раствора 1. Содержание присадки в готовой смазке 1% масс.

Свойства полученной смазки с указанной присадкой представлен в табл. 2.

Пример 5

Дополнительно с целью улучшения противоизносных свойства в состав предложенной смазки вводят беззольную присадку -метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамат на этапе приготовления раствора 1. Содержание присадки в готовой смазке 1% масс.

Свойства полученной смазки с указанной присадкой представлен в табл. 2.

Пример 6

Дополнительно с целью улучшения противоизносных свойства в состав предложенной смазки вводят беззольную присадку - метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамат на этапе приготовления раствора 1. Содержание присадки в готовой смазке 1% масс.

Свойства полученной смазки с указанной присадкой представлен в табл. 2.

Номера получаемых образцов смазок, указанных в табл.1-2, соответствуют номерам примеров.

Выбор беззольных присадок обусловлен их значительной противоизносной эффективностью при отсутствии зольности и пониженном содержании фосфора и серы.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что предложенный состав пластичной смазки обеспечивает достижение физико-химических свойств на уровне не хуже прототипа, а по противоизносным свойствам достигается значительное улучшение. При этом предложенная пластичная смазка имеет более простой состав загустителя. Также дополнительно противоизносные свойства предложенной смазки могут быть улучшены за счет введения беззольной присадки.

Группа изобретений может быть использована при смазке узлов трения. Предложены варианты пластичной смазки на синтетической основе, содержащей дисперсионную среду и загуститель - димочевину. Дисперсионная среда содержит полиэтилсилоксановую жидкость и полиальфаолефиновое масло. Загуститель представляет собой продукт, полученный непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана, анилина и н-гексадециламина. Предложены также варианты способа получения пластичной смазки. Группа изобретений позволяет улучшить противоизносные свойства пластичной смазки при сохранении ее физико-механических характеристик. 4 н.п. ф-лы, 6 пр., 2 табл.

1. Пластичная смазка на синтетической основе, содержащая дисперсионную среду, включающую кремнийорганическую жидкость, и загуститель - димочевину, отличающаяся тем, что дисперсионная среда в качестве кремнийорганической жидкости содержит полиэтилсилоксановую жидкость и дополнительно - полиальфаолефиновое масло, а загуститель - димочевина представляет собой продукт, полученный непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана (МДИ), анилина и н-гексадециламина, при следующем соотношении исходных компонентов, % масс.:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 полиэтилсилоксановая жидкость остальное

2. Способ получения пластичной смазки на синтетической основе, содержащей дисперсионную среду, включающую кремнийорганическую жидкость и дополнительно полиальфаолефиновое масло, и загуститель - димочевину, получаемую путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана (МДИ), анилина и н-гексадециламина, отличающийся тем, что

- сначала смешивают компоненты дисперсионной среды - полиэтилсилоксановую жидкость и дополнительно полиальфаолефиновое масло - при постоянном перемешивании,

- полученную композицию разделяют в соотношении 1:10,

- к большей части добавляют необходимое количество анилина и н-гексадециламина с получением раствора 1,

- к меньшей части - необходимое количество 4,4'-диизоцианатодифенилметана с получением суспензии 2,

- раствор 1 нагревают до 90°С и в него вводят суспензию 2 при интенсивном перемешивании с формированием консистенции смазки,

- полученную смазку нагревают до 140°С при постоянном перемешивании до формирования однородной структуры, охлаждают до комнатной температуры, гомогенизируют и выделяют пластичную смазку по п. 1, характеризующуюся составом исходных компонентов при следующем их соотношении, % масс.:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 полиэтилсилоксановая жидкость остальное

3. Пластичная смазка на синтетической основе, содержащая дисперсионную среду, включающую полиальфаолефиновое масло, загуститель - димочевину, полученную непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана с аминами, и противоизносную присадку, отличающаяся тем, что дисперсионная среда дополнительно содержит полиэтилсилоксановую жидкость, в качестве аминов при получении загустителя используют анилин и н-гексадециламин, противоизносная присадка является беззольной и выбрана из ряда соединений, включающих метиловый эфир дибутилдитиокарбаминовой кислоты, метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамата, метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамата, при следующем соотношении исходных компонентов, % масс.:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 указанная противоизносная присадка 1 полиэтилсилоксановая жидкость остальное

4. Способ получения пластичной смазки на синтетической основе, содержащей дисперсионную среду, включающую полиальфаолефиновое масло, загуститель - димочевину, полученную непосредственно в дисперсионной среде путем взаимодействия 4,4'-диизоцианатодифенилметана с аминами, и противоизносную присадку, отличающийся тем, что дисперсионная среда дополнительно содержит полиэтилсилоксановую жидкость, в качестве аминов при получении загустителя используют анилин и н-гексадециламин, противоизносная присадка является беззольной и выбрана из ряда соединений, включающих метиловый эфир дибутилдитиокарбаминовой кислоты, метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамата, метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамата, при этом

- сначала смешивают компоненты дисперсионной среды: полиальфаолефиновое масло и дополнительно полиэтилсилоксановую жидкость при постоянном перемешивании;

- полученную композицию разделяют в соотношении 1:10;

- к большей части добавляют необходимое количество анилина и н-гексадециламина и противоизносную присадку, выбранную из метилового эфира дибутилдитиокарбаминовой кислоты, метилтриоктиламмоний дигексилдитиокарбамата или метилтридециламмоний дигексилдитиокарбамата, с получением раствора 1;

- к меньшей - необходимое количество 4,4'-диизоцианатодифенилметана с получением суспензии 2;

- раствор 1 нагревают до 90°С и вводят суспензию 2 при интенсивном перемешивании с формированием консистенции пластичной смазки;

- полученную смазку нагревают до 140°С при постоянном перемешивании до формирования однородной структуры, охлаждают до комнатной температуры, гомогенизируют и выделяют пластичную смазку по п. 3, характеризующуюся составом исходных компонентов при следующем их соотношении, % масс.:

4,4'-диизоцианатодифенилметан 8,5 анилин 3,2 н-гексадециламин 8,3 полиальфаолефиновое масло 20,0-30,0 указанная противоизносная присадка 1 полиэтилсилоксановая жидкость остальное