Смазочный материал - SU378025A3

Описание

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

Реферат

Формула

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.