СМАЗОЧНЬШ МАТЕРИАЛ Советский патент 1973 года по МПК C10M105/06 

1

Изобретение относится к составам угЛейб дородных смазочных материалов, рассчитанным, в частности, для работы в условиях Низких температур;

Многие годы в качестве смазочных материалов применяют различные нефтяные фракции; В то время как полученные из нефти смазочные материалы являются удовлетворительными в большинстве областей применения, для реактивных двигателей и в арктических условиях эти смазочные материалы являются либо вообще неудовлетворительными, либо мало применимыми. С целью разрешения этой проблемы были разработаны синтетические смазочные материалы (например, диэфиры) с улучшенными свойствами, в частности вязкостью и температурой застывания. Диэфиры успешно используются в качестве смазочных материалов для реактивных двигателей, но не пригодны для картеров ввиду их недостаточной стойкости к окислению И тенденции к корродированию медносвинцовых подшипников в результате частичного гидролиза.

Известен смазочный углеводородный материал, имеюш;ий хорошие низкотемпературные свойства, температуру застывания и воспламенения, представляющий собой остаточньш продукт, получаемый в результате алкилирования парафинистого углеводорода с нормаЛьН1ЭЙ цепью, содержащего 8-18 атомойУг лерода, ароматическим углеводородом (на пример, бензолом). Этот остаточный продукт содержит значительное количество диалкилп( бензолов и дифенилалканов.

С целью дальнейшего Повышений эКсг Луатационных свойств предлагается применять в качестве смазочНоГо материала Продукт диснропорционирования моно-я-алкилбензолов, содержащих 6-18 атомов углерода в алкильной цепи, имеющий т. кит. 165-300° при давлении 5 Л1М рт. ст. и средний мол. вес 350- 460.

Этот смазочный материал особенно нригоден для смазки машин, например двигателей

внутреннего сгорания, н обладает лучшими

свойствами по сравнению с продуктами алкилирования.

Алкильные группы моно-я-алкилбензолов должны содержать 10-15 атомов углерода. Тер(мии «я-алкилбензолы относится к бензолу, содержащему, по существу, алкильную групну € нормальной цепью, в которой по меньшей мере 95% алкильных заместителей связаны с бензольными кольцами через вторичный углеродный атом соответствующей алкильной групны.

Кроме чистых моно-п-алкилбензолов для

получения продукта диспропорционирования

могут быть .применены смеси упомянутых

моно-п-алкилбензолов и углеводородные соединения, содержащие значительные количества смесей моно-7г-алкилбензолов.

N-алкилбензолы типа вышеоиисанных имеются в продаже под торговыми марками «Налкилен 500 и «Налкиле 600. Эти матер|Иалы (при указанных в скобках методах испытания) имеют следующие типичные свойства;

Налкилен 500

Пределы кипения, °F (С (ASTMD-447) Бромное число (ASTMD-1158

Средний молекулярный ве (масс-спектрометр)

Цвет по Сейболту

Удельный вес (20/20) (ASTMD-287)

Вязкость по Сейболту, сек (ASTMD-88-44)

Налкилен 600

Пределы кипения, (°С) (ASTMD-447) 5%

95%

Бромное число (РМ № 21

Средний молекулярный вес

(масс-спектрометр) Удельный вес (ASTMD-287) Вязкость по Сейболту, сек

(ASTMD-88-44)

Диспропорционирование моно-л-алкилбензолов осуществляют с нри,менбнием в качестве катализатора хлористого алюминия. Количество катализатора может колебаться в пределах 0,1 -100 вес. % в зависимости от Исходных моио-л-алкилбензолов. Предпочтительное количество катализатора 0,5-5 вес. %.

В некоторых случаях в качестве катализатора вместе с хлористым алюминием лучше использовать протонный донорный промотор. Подходящие промоторы В;ключают материалы, которые при добавлении в катализатор дают выход .протоиа. Предпочтительными промоторами являются хлористый водород и вода. Количество промотора обычно составляет 4 вес. % от веса катализатора.

Процесс диспропорционирования обычно производится при температуре 20-130°С. Поскольку максимальные выходы ди-п-алкилбензолов достигаются при 65-120°, этот диапазон считается предпочтительным. Наиболее предпочтительной температурой является 100°С, оптимальное количество катализатора для этой температуры составляет 0,75-2 вес. %.

По окончаний реакции реакционную массу фракционируют с целью удаления бензола, нарафииов и ненрореагировавших моио-палкилбензолов. Целевым продуктом является

диснропорционироваНпый материал, выкипающий в диапазоне температур 165-300°С при давлении 5 мм рг. ст., прячем ни1жняя граница кипения предпочтительпо составляет 185°С при 5 мм рт. ст. и преимущественно 197°С при

том же давлении. Этот материал имеет средний мол. вес 350-460.

Диснронорционированный нродукт, имеющий границу кипения 197°С при 5 мм рт. ст., получаемый при использовании «Налкилена

500 нри выщеонисанных условиях имеет следующие физические свойства:

5000-10000

(преимущественно 6000-SOOO) 20,3-30,0

(преимущественно 22,,0) 4,0-4,8

(преимущественно 4,1-4,5) 80-100

(преимущественно 84-93)

от -55 до -90

(преимущественно от -65 до-80) (-48), (-67,78)

преимущественно (-54) (-62) 350-400

(преимущественно 375-385)

Диснропорциопированный нродукт, имеющий границу «ипения 1970°С при 5 мм рт. ст., получаемый при использовании «Налкилена 600 при вышеописапных условиях, имеет следующие физические свойства:

Вязкость, ест.

7600-17600 -40 F (-40 С) (преимущественно 9000-13000)

100 F (37,78 С)

4,5-37,0 (преимущественно 28,0-33 0) 210F (98,89С)

4,4-6,1 (преимущественно 5,0-5,8)

Индекс вяз105-126(преимущественно 103-115) кости

Температура

от -40 до -80 (преимущественно от -60 до -75)

застывания

Т (С)

(-40) (-62) (преимущественно (-51) (-59)

Молекулярный

375-475 (преимущественно 400-460) 0 вес

Смазочные материалы особенпо применимы при низких температурах (от -40 до -70°С).

Физические свойства позволяют использовать их в качестве основного компонента при производстве картерных смазок, смазок для автоматических передач, гидравлических жидкостей, циркуляциоппых жидкостей и целого

ряда друпих смазочных материалов для низкотемпературных условий, т. е. смазочиых материалов, которые обычно называются арктическими маслами. Помимо обычного применения в качестве

низкотемпературного смазочного материала

или функциональной жидкости, диспроиорционированный продукт применим и в качестве смазочного материала, стойкого « облучению, причем диспропорционированпый продукт обладает более высокой стойкостью к облучению, чем обычные минеральные смазочные масла.

В качестве иллюстрации физических свойств арктических масел ниже приведены требования, Предъявляемые к смазочному маслу, применяемому для смазки картеров двигателей внутреннего сгорания при минусовой рабочей температуре (в соответствии с военным техническим условием MIL-1-10295A):

массы в реакторе поддерживают таким образом, что время пребывания ее составляет 1,75±0,25 час. Сырой продукт удаляют из реактора непрерывно под контролем GLPC-аналнзатора, -показывающего, что он содержит 5 вес. % бензола, 15 вес. % парафинов, 55 вес. % непрореагировавшего моноалкилбензола и 25 вес. % диалкилбензолов. Сырой продукт осаждается, после чего шлам А1С1з удаляют. К оставшемуся сырому продукту добавляют два объема 10-15%-ного раствора каустической соды, затем добавляют 4±1 объемов воды для удаления осевшей каустической соды. Нейтрализованный продукт затем разделяют на следующие фракции.

Таблица 1

Хотя все диспропорционированные продукты не отвечают всем требованиям, перечисленным в военном техническом условии, совершенно очевидно, что их свойства близки к этим требованиям. Ввиду этого диспропорционированные продукты без добавок и дополнительной переработки могут быть использованы в качестве арктических смазочных материалов.

В смазочный материал обычно вводят такие добавки, как диспергирующие присадки, ингибиторы окисления и коррозии, противовспенивающие агенты и присадки, улучшающие индекс вязкости.

Обычно диспропорционированные продукты имеют следующий химический состав (вес. %), показываемый при масс-спектральном анализе:

Диалкилбензолы64-85 Алкилзамещенные тетралипы и инданы8-25

Инданы ;4

Дифенилалканы 5 Нафталины и алкилзамещенные нафталины 2

Нример 1. В этом примере показано получение диспропорционированного продукта на заводской установке.

Реакционный сосуд представляет собой реактор-котел с мешалкой емкостью 3000 гал (11340 л), оснащенный устройства ми для нагрева, регулирования добавки жидкостей и твердых веществ и введения газообразных материалов. «Налкилен 600 и А1С1з Hienpeрывно Подают в реакционный сосуд со скоростью соответственно 150+10 и 8±4 фунт/мин (67,5±4,5 и 3,6±1,8 кг./мин). Хлористый водород подают в реактор со скоростью 4±1 SCF/MUH. Уровень реакционной

Диспропорционированный продукт затем подвергают дальнейшему фракционированию для удаления 85±10 вес. % верхнего погона с точкой кипения 450-850°F (232-454°С) при 760 мм рт. ст. Осадок удаляют. Полученный дистиллят представляет собой заданный Диспропорционированный продукт, имеющий следующие физические свойства: Вязкость, ест, при температуре:

-40°F (-40°С)9196

100°F (37,78°С)29,06

210°Р (98,89°С)5,02

Температура застывания Т (°С)-75 (-59) Температура вспышки, °Р (°С)448 (231) Температура воспламенения, °Р (°С) 500 (260) Продукт имеет следующий химический состав, вес. %:

Диалкилбензолы74,3

Алкилированные тетралины19,1

Дифенилалканы2,0

Индены2,5

Остальное2,1

При-мер 2. В примере иллюстрируется испытание на двигателе компаундированного смазочного материала с применением в качестве основного компонента диспропорционированпого продукта согласно примеру 1. Компаундированный смазочный материал имеет следующий состав, вес. % Диспропорционированный

продукт92,16

Монсанто 5070В2,50

Хибейс С-3002,00

Лубризол 13950,84

Акрилоид 9662,50

Монсанто 5070 В представляет собой низкотемпературный диспергирующий агент типа полимерного сукцинимида; Хибейс С-300 - высокоосновной сульфонат -кальция с основным числом 300 (моюще-диснергирующая присадка); Лубризол 1395 - дитиофосфат цинка, полученный на основе спиртов, ингибитор и противоизносный агент; Акрилоид 966 - комбинированный компонент, служащий для улучшения индекса вязкости и снижения температуры застывания, состоящий из концентрата метакрилатных сополимеров в нейтральном масле селективной очистки, .компаундированный смазочный материал имеет вязкость 6,5 ест при 210°F (98,89°С).

Вышеописанный смазочный материал испытан в .шестицилиндровом дизельнол V-образном двигателе (Детройт Дизель 6 V71). Испытания проводились при стандартных рабочих условиях в течение 267 час. Для сравнения взято высококачественное масло марки SAE 30, имеющее при 210°F (98,89°С), вязкость 12,14 ест. Применение более легких или многосортных масел не рекомендуется. Было установлено, что .масла, имеющие вязкость значительно меньше 9,6 ост (например, 7,25 ест или ниже) не смазывают этот тип двигателя уже спустя 50 час работы в тяжелых условиях.

Моторное масло марки SAE 30 дало удовлетворительный результат износа поршня и кольца и умеренного нарушения полиров.ки цилиндрических прокладок вблизи выхлопных ка«алов. Вышеописанное компаундированное смазочное масло, содержащее диспропорционированный продукт, показало аналогичные результаты испытаний. Испытание было прекращено через 140 час для полной разборки и проверки двигателя, поскольку считали из предыдущего опыта, что проводить полное испытание на масле с очень низкой вязкостью невозможно. Как указывалось выше, результаты испытания оказались неожиданно хорошими и, по меньшей мере, эквивалентными с результатами испытания на масле SAE 30.

Пример 3. В примере иллюстрируется получение диспролорционированного продукта в лаборатории при условиях, отличающихся от условий примера 1.

В качестве моно-п-ал.килбензола используют «Налкилен 600, и .диспропорционирован-ный продукт получают в двух порциях, причем обе nopfHH получают при 75°С, Порцию

Таблица 2

А получают с применением I вес. % АЮЬ при времени реакции 1 час. Вторую порцию В получают с применением 2 вес. % AlCls при времени реакции 1,5 час. В обоих случаях в качестве промотора используют ИС1. Выход остаточных продуктов в порции А составляет 558 г, а в порции В - 685 г. Остаточный продукт имеет следующие физические свойства: Вязкость, ест, при температуре:

8500

29,45

5,20

117 ва-65 (-54)

Пример 4. В примере дано сравнение

остаточного продукта, полученного путем диспропорционирования, с остаточным продуктом, полученным .путем алкилирования моноалкилбензолов известным способом, В качестве алкилирующего агента используют чистый

олефин С-12, температура реакции 55-59°F (13-15°С).

Сначала получают монододецилбензол путем алкилирования бензола с 1-додеценом. Полученный монододецилбензол затем нспользуют для реакции диспропорционирования и для получения дидодецилбензола путем алкилирования.

В табл. 2 даны количества исходных продуктов и условия реакции двух процессов.

В табл. 3 даны выходы продуктов реакции

двух процессов.

Таблица 3

В табл. 4 Приведены физические свойства остаточных продуктов (диалкилбензолов), обработанных отбеливающей глиной.

Таблица 4

В патенте США № 3173965 показано, что этот продукт имеет т. заст. -30 F (-37 С).

В табл. 5 приведен химический состав продуктов двух процессов, определенный с помощью масс-спектра.

Анализ данных, приведенных выще, показывает, что диспропорционированпый продукт имеет более низкую точку текучести (-80°F),

Таблица 5

чем алкилированный продукт (-60°F). Повидимому, это обусловлено присутствием в нем тетрагидронафталинов, типичным для процесса диспропорционирования.

Предмет изобретения

Применение продукта диспролорционирования моно-я-алкилбензолов, содержащих 6-18 атомов углерода в алкильной цепи, имеющего теМПер атуру кипения 165-300°С при 5 мм рт. ст. и средний молекулярный вес 350-460, в качестве смазочного материала.