автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Металлозамещенные эфиры органоортофосфорной кислоты как загустители антифрикционных смазок

Введение.

Глава I. Состав, структура, свойства и применение гелей (обзор литературы).

1.1 Состав гелей и их применение.

1.2 Структура и свойства гелей.

1.3 Цель и задачи исследования.

Глава II. Объекты и методы исследования.

2.1 Дисперсная фаза смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

2.2 Дисперсионная среда смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

2.3 Присадки и добавки в смазках на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

2.4 Методика получения смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

2.5 Методы исследования смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

Глава III. Влияние состава смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты на показатели ее физико-химических и эксплуатационных свойств.

1.1 Связь состава дисперсной фазы смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты с их свойствами.

1.1.1 Физико-химические свойства.

1.1.2 Эксплуатационные свойства.

1.2 Влияние состава дисперсионной среды смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты на их свойства.

1.2.1 Физико-химические» свойства.

1.2.2 Эксплуатационные свойства.

1.2.3 Свойства смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты на смесях нефтяного масла с синтетическими жидкостями.

Глава IV. Возможности улучшения эксплуатационных свойств смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты с помощью добавок.

4.1 Ингибиторы коррозии для улучшения защитных и антикоррозионных свойств смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

4.2 Влияние добавок на триботехнические свойства смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты.

4.3 Свойства смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты при совместном содержании в ней добавок и ингибиторов коррозии.

Глава V. Смазка на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты в ряду смазочных материалов с антифрикционными добавками' и её использование на железнодорожном транспорте.

5.1 Место смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты в ряду смазочных материалов (по данным литературы и исследований автора).

5.2 Разработка и эффективность применения смазки на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты для пары трения колесо-рельс.

ВЫВОДЫ:.

Роль смазочных материалов в обеспечении надежности и долговечности машин и механизмов весьма велика. Мировая выработка пластичных смазок на данный момент составляет около 1,2 млн. тонн в год. Причем, при стабилизированном объеме выработки увеличивается количество узлов трения, смазываемых пластичными смазками. Расширение сферы применения пластичных смазок объясняется существенным улучшением уровня их качества, который определяется изменениями в структуре производства. Ужесточение условий их работы -расширение температурного интервала, нагрузок, скоростей и агрессивные рабочие среды требуют поиска путей улучшения свойств смазочных материалов.

На структурообразование и реологические характеристики пластичных смазок существенное влияние оказывают природа, состав и свойства их дисперсионной среды. Волокна разных загустителей имеют присущую только им форму и величину, т.е. внешний вид; существует тесная связь между дисперсностью элементов структуры пластичных смазок и их реологическими характеристиками. Предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность и другие свойства пластичных смазок определяются дисперсностью, анизометричностью кристаллов, образующих структурный каркас, а также числом контактов и энергией связи между его элементами и взаимодействием элементов структуры пластичных смазок с их дисперсионной средой.

Поверхностно-активные вещества - как вводимые в состав пластичных смазок специально, так и образующиеся в процессе их приготовления - значительно сказываются на формировании структуры и свойств пластичных смазок, и эта зависимость имеет экстремальный характер, что необходимо знать и учитывать при разработке новых составов пластичных смазок. 4

Эксплуатационные характеристики пластичных смазок можно существенно улучшить за счет введения в их состав функциональных присадок, наполнителей и других добавок. Однако при этом необходимо учитывать заметное влияние этих компонентов на реологические характеристики пластичных смазок. Это влияние при определенных условиях может быть отрицательным или положительным. Основные требования к таким специально предназначенным для пластичных смазок добавкам сводится к максимальному проявлению своих функциональных свойств и минимальному отрицательному воздействию на основные характеристики смазок.

Однако их применение различных модификаторов структуры, добавок и наполнителей ведет к увеличению стоимости смазок, поэтому актуальной становится проблема поиска и применения принципиально новых материалов, которые при минимальной себестоимости обеспечивали высокий уровень эксплуатационных свойств.

ВЫВОДЫ:

1. Впервые при получении антифрикционных смазок в качестве загустителей нефтяных и синтетических дисперсионных сред использованы металлозамещенные диалкилфосфаты. Определено влияние состава и концентрации загустителей этого типа на основные свойства смазок полученных на их основе и их отличие от пластичных смазок.

2. Показано, что регулирование свойств смазок на основе металлозамещенных диалкилфосфатов в широких пределах достигается изменением концентрации и соотношения компонентов загустителя.

3. Выявлена высокая загущающая способность металлозамещенных диалкилфосфатов в органических дисперсионных средах, совместимость с ингибиторами коррозии и твердыми добавками при малом влиянии последних на реологические свойства. Железозамещенный диалкилфосфат по сравнению с алюмозамещенным имеет более высокую загущающую способность, а смазки на его основе - лучшие трибологические свойства.

4. Изучена кинетика структурообразования смазок (по показателю предела прочности) на основе железо- и алюмозамещенных диалкилфосфатов и установлено, что формирование их структуры завершается за 24 ч.

5. С увеличением концентрации железо- и алюмозамещенных диалкилфосфатов улучшаются противозадирные свойства, температура каплепадения не изменяется, а защитно-антикоррозионные характеристики ухудшаются. Те же закономерности наблюдаются и при увеличении содержания гелеобразователя в составе железозамещенного загустителя.

6. Присутствие в смазках на основе железозамещенных диалкилфосфатов фосфора и хлора обеспечивает высокий уровень их противоизносных и противозадирных свойств. Традиционно применяемые в смазках антифрикционные добавки слоистого строения дисульфид молибдена и графит оказались малоэффективны. В 2-3 раза повысить противозадирные характеристики позволяет использование фторированных добавок слоистого строения (графита, сажи и кокса). Нагрузка сваривания увеличивается с 2240 до 6680 Н.

7. Адгезионные, защитные и антикоррозионные свойства смазок на основе железозамещенных диалкилфосфатов могут быть улучшены введением в них ингибиторов коррозии анодного (АЯА) и анодного-экранирующего типа (Мифол) в концентрации 1,5-2,0% масс.

8. Совместное введение в смазки на основе железозамещенных диалкилфосфатов ингибиторов коррозии и фторированных слоистых добавок обеспечивает одновременное улучшение защитно-антикоррозионных, противоизносных и противозадирных свойств и практически не изменяет их реологических характеристиках.

9. Разработан и предложен к применению смазочный материал «Гелис» для уменьшения износа пары «колесо-рельс», используемый при эксплуатации железнодорожного подвижного состава. Он содержит железозамещенный загуститель - 5,4% масс., композицию добавок -АЯА и фторированную (60%F) сажу 2 и 0,1% масс, соответственно и масло веретенное АУ (Волгоград).

1.С.А. Балезин, Б.В. Ерофеев, Н.И. Подобаев. Основы физической и коллоидной химии. М., «Просвещение», 1975, стр. 398.

2. C.W. Cumper, А.Е. Alexander. // Trans. Faraday. Soc., 1960 - vol.56 -p.691.

3. C.W. Cumper, A.E. Alexander. // Rev, Pure. Appl. Chem. Austr., 1951 -vol.1 -p.121.

4. C.W. Cumper, A.E. Alexander. // Aust. J. Sci. Research., 1952 - vol.5 -p. 189.

5. B.Biswas, D. A. Haydon.//Kolloid-Z., 1962 -vol.31 - p. 185.

6. B.Biswas, D.A. Haydon. Proc. 3rd Inter. Congress surf. Activity. Cologne -1960

7. P.A. Rehbinder, E.K. Wenstrom. // Kolloid-Z., 1930 - vol.53 - p. 145.

8. П.А. Ребиндер, H.H. Серб-Сербина. // Ж. физ. химии, 1931 - №.2 -с.768.

9. П.А. Ребиндер, А.А. Трапезников. Докл. АН СССР, -1938 с. 185.

10. Н.М. Лубман. // Ж. физ. химии, 1931 - №.2 - с.760.

11. Д.Л. Талмуд, С.Д. Суховольская. // Ж. физ. химии, 1931 - №.2 - с.31.

12. И. Лэнгмюр. // Усп. химии, 1939 -№.8 - с.1195.

13. G. Hilberd, A.E. Alexander. Proc. 3rd Inter. Congress surf. Activity. Cologne -1960.

14. A.E. Alexander. // J. Phys. chem, 1962 - vol.66 - p.l854.

15. T. Pearson, A.E. Alexander. // J. Colloid and Interf. Sci., 1968 - vol.27 -p.53.

16. T. Isemura, K. Fukuzuka. Met.Inst. Rez.Osaka Univ., 1936 - vol.13 -p.137.

17. J. Crips. //J. Colloid Sci.,- 1946 vol.1 -p.46.

18. E. Cockbain. //J. Colloid Sci., 1956 - vol.11 -p.575.

19. T.Tachibana, I. Inokuchi Biochim. Biophis. Asta, 1657 - p. 174.

20. T.Tachibana, I. Inokuchi. //Kolloid-Z., 1959 - vol.167 - p. 141.

21. T.Tachibana, I. Inokuchi. //J. Colloid Sci., 1953 - vol.51 - p. 1154.

22. M. Blank. //J. Colloid and Interf. Sci, 1969-vol.29-p.205.

23. D.W. Criddl, A.L. Meader. // J. Appl. Phys, 1955-vol.26 - p.838.

24. А.А. Трапезников. //Коллоидн. Ж., 1950 - №12 - с. 67.

25. А.А. Трапезников. Труды III Всесоюзной конф. по коллоидн. химии, Киев, АН УССР, 1950, стр. 96.

26. А.А. Трапезников. Докл. АН СССР, -1948, стр. 57.

27. А.А. Трапезников. Сб. «Совещание по вязкости жидкости и коллоидных растворов». M.-JL, Изд-во АН СССР, т.1, 1941, стр. 67.

28. Тиле Н., Шахт Е. Процесс упорядочения при образовании ионотропных смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты. Kolloid-Z., 1959. р. 163.

29. Тиле Н., Шахт Е. Капиллярные структуры в ионотропных гелях. Kolloid-Z., 1957.-p.151.

30. Винот В. Образование водорастворимых силикатов смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты при гидролизе диэфиров дикарбоновых кислот. //SPE Resention Eny 1989-vol.3-p. 391-397.

31. Реп, Ринсе, Дорст. Желатинизация вяжущих материалов. Verfkroniek. 1957.-vol. 11 р.277-284.

32. Cost Н.Р., Aircraft Priduction, 22, №2, 57, 1960.

33. Nijenbuis К. Исследование процессов старения водных смазок на основе металлозамещенных эфиров органоортофосфорной кислоты желатина по измерениям их динамических модулей. //Colloid and Polim. Sci. 1981-vol.5 -p.522-533.

34. Кузнецов B.B. Физическая и коллоидная химия. Изд. "Высшая школа", М, 1964. 387 с.

35. Cost Н.Р. Aircraft Priduction, 22, №2, 57, 1960.

36. Ж. Фичини, Н. Ламброзо-Бадер. Основы физической химии. М., «Мир», 1972.

37. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. М., «Химия», 1970.

38. Kunieda Н., Solans С. Формирование гелеобразных эмульсий в системе «неионогенное ПАВ-масло». // Colloid and Polim 1987-vol.2 - p. 225.

39. Нейман Р.Э. Об особенностях теплового расширения студней и растворов высокополимеров. М., 1956. - 731-734.

40. K.Motomura, R.Matmura. // J. Colloid Sci., 1963-vol.l8 -p.245.

41. B.Biswas, D.A. Haydon. // Proc. Roy. Soc., 1963 - p.296.

42. R.Y. Mannheimer, R.S. Schechter. // J. Colloid and Interf. Sci, 1970-vol.32 -p.225.

43. Курбанов Я.М., Ангелопуло O.K. Гель-технология тампонажных растворов. М.: ООО «ИРЦ Газпром», Обз. информ. 2000 80с.

44. Barry H.F., Binkelman J.P., NIGI Spokesman, 30, 1966. №2, p. 45.

45. Devine M.I., Lamcon E.R. Ibid, Sol. Lubric., 16, 1964. №2, p. 17.

46. Кулиев K.H. Гель-технология рабочих жидкостей, применяемых в глубоком и сверхглубоком бурении. Автореф. Дис. докт. техн. наук -М., 1994. -48с.

47. Пат. США Crawford №3.757.864.

48. Глинка H.JI. Общая химия., Ленинград, Химия, 1988. 702с.

49. Филлипова О.Е. Эффекты самоорганизации в полимерных гелях. Автореф. Дис. докт. физико-мат. наук - М., 1999. - 39с.

50. Харакоз А.Е. О пептизирующем и разжижающем действии кислот и щелочей на некоторые гели и тиксотропные студни. АН КиргССР. 1957, вып. 8, 161-168с.

51. F.C. Goodrich, А.К. Chatterjee. // J. Colloid and Interf. Sci., 1970 - vol.34 -p.36.

52. Risdon T.J., Benkelman J.P. NIGI Spokesman, 32, 1968.- №4, p. 115.

53. Lin Y Kuchan В., Weiss R. G. New family of gelatous of organie fluids and the structre of their gels. //J.Amer. Chem. Soc. 1989-vol.l5 - p.5542-5551.

54. Боннер К.Дж. Производство и применение консистентных смазок. Пер. с англ. Под ред. В.В. Синицына М.: Гостоптехиздат, 1958. - 704 с.

55. Великовский Д.С., Поддубный В.Н., Вайншток В.В. и др. Консистентные смазки. М.: Химия, 1966. - 264 с.

56. Синицин В.В. Подбор, применение пластичных смазок. М.: Химия, 74. -416с.

57. Вайншток В.В., Левенто И.Ю. Алюминиевые смазки: состав, свойства, производство и применение. Темат. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1991.- 55с.

58. Виноградов Г.В. Успехи химии. -1951, т. 20, №5- с.533-559.

59. Friberg S. Svensk Kemisk Tidscrift. 1966, A 78, №10 - c.568-582.

60. Дагаев B.A., Лозовая В.И., Маньковская H.K. Нефтепереработка и нефтехимия. Киев: Наукова думка, 1978, вып. 16, с 16-20.

61. Трапезников А.А., Успехи коллоидной химии: Сб. научных трудов. М: Наука, 1973, с 201-211.

62. Ребиндер П.А. Успехи коллоидной химии: Сб. научных трудов. М: Наука, 1973, с 9-29.

63. Shiba S. Bulletin of the Chemical Society of Japan? 1961, v. 34, №6, p. 809811.

64. Трапезников A.A. Коллоидный журнал: Сб. научных трудов. 1961, т. 23, №5 - с.626-631.

65. Гуреев А.А, Нестеров А.В., Фукс И.Г. Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1978, №10 - с. 27-29.

66. Фукс И.Г., Лашхи В.Л., Гар О.Э. Улучшение качества товарных масел смешением нефтяных и синтетических компонентов. Темат. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. - 68 с.

67. Шибряев С.Б., Фукс И.Г., Киташов Ю.Н. Пластичные смазки на смесях нефтяного и синтетических масел М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1991. - 73 с.

68. Вдовиченко П.Н. Исследование и разработка долго действующих литиевых смазок для подшипников качения Дис. канд. техн. наук. М.: МИНХиГП, 1981.- 188 с.

69. Цветков О.Н., Чачина М.А., Школьников В.М., Колесова Г.Е. Эксплуатационые свойства смазочных масел на синтетической углеводородной основе. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989. - 90 с.

70. Ищук Ю.Л. Технология пластичных смазок, Киев, "Наукова думка", 1986.-248 с.

71. Ищук Ю.Л. Состав, структура и свойства пластичных смазок, Киев, "Наукова думка", 1996. 510 с.

72. Шулепов С.Б. Физика углеродграфитовых материалов. М.: "Металлургия", 1972. 135 с.

73. Бреславская Н.Н., Дьячков П.И., Ипполитов Е.Г. Изучение строения ковалентных соединений, образующихся при фторировании графита методом молекулярной механики. Доклады АН СССР, 1992. т.235, №4, с. 751-756.

74. Ке11у В.Т. Physics of graphite, London, New Jersey, Applied Science Publishrs Ltd., 1981.-477 p.

75. Welther W., Van Zee R.J. Carbon molecules, ions and clusters. //Chemical Review, 1989. vol. 89, p. 1713-1747.

76. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. M.: Химия, 1980. - 271 с.

77. Левит P.M., Райкин В.Г. "Углеродные волокна и волокнистые материалы с регулируемыми электрофизическими свойствами и изделия на их основе.", М., 1978. 51 с.

78. Фукс И.Г., "Добавки к пластичным смазкам", М.: Химия, 1982. 271 с.

79. Синицын В.В., Викторова Ю.С., Бердеников А.И., Куценок Ю.Б. Фторированный углерод как антифрикционная добавка к пластичным смазкам. Технология и применение присадок. Тезисы докладов 3-й Всесоюзной Конференции, 1981. Т. 2, №6. с. 164-165.

80. Синицын В.В. и др. "Фторированный углерод как антифрикционная добавка к пластичным смазкам", "Трение и износ", 1981. т.2, №6.- с.56-59.85."Фторзамещенные твердые добавки в пластичных смазках",Тезисы докладов III Всесоюзной конференции. Драгобыч. 1982.

81. Фиалков. В.П. "Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его основе", М.: АспексПресс, 1997. 718 с.

82. Фиалков А.С. "Новое в технологии и оборудовании электроугольного производства", Сб.-М., 1989. 106 с.

83. Исикава Нобуо и др. "Новое в технологии соединений фтора" /Ред. Н. Исикава; Пер. с яп. В.В. Киселевой, 1984. 231 с.

84. Исикава Нобуо и др. "Соединения фтора. Синтез и применение", М., 1990.-176 с.

85. Исикава Нобуо, Кабаяси Есиро "Фтор. Химия и применение", М.: Мир, 1982.-276 с.

86. Юданов Н.Ф., Чернявский Л.И. Модель строения интеркаллированных соединений на основе фторида графита. //Журнал структурной химии, 1987. -т.28,№4, с. 86-95.

87. Фиалков А.С., Полякова Н.В., Жуйкова Т.А. Влияние структуры углеродных волокон на условия фторирования и структуру получаемых монофторидов. //Неорганические материалы, 1981. т. 17, №8, с. 14701473.

88. Suematsu К., Soutome К., Arakawa Т. Fluorinated graphites and process for production thereof. Texas., 1989. p. 77-251.

89. Кобец Л.П., Полякова H.B. Чубарова M.A. и др. Углеродные волокна с фторированной поверхностью. //Физика и химия обработки материалов, 1982. №2, с. 108-115.

90. Watanabe N. Graphite intercalation compounds containing fluorine. In: 16th Bienninal Conference on Carbon, 1985. July 18-22, p. 250-251.

91. Nakajima Т., Kawaguchi M., Watnabe N. Graphite intercalation compound of magnesium fluoride and fluorine. //Carbon, 1982. vol.20, №4, p.287-291.

92. Фиалков A.C., Полякова H.B. Юрковчкий И.Н. и др. Изменение структуры углеродного волокна в процессе его фторирования. //Неорганические материалы. 1979. т. 15, №6, с. 1206-1209.

93. Даниленко A.M., Назаров А. С., Яковлев И.И. Фадеева В.П. Фторированние интеркалированных соединений графита. //Неорганические материалы, 1990. т.26, №4, с.755-759.

94. Watanabe N., Kjama J., Shibuja A., Kitou K. Reaction of fluorine and carbon properties of their compounds //Denke-Kagaku, 1971. vol.37, №5, p. 15-26.

95. Nakajima Т., Ino Т., Watanabe N. Preparation, structure and electrical conductiviti of fluorine-graphite intercalation compaund. // Carbon, 1988. -vol.26, №3,p.397-401.

96. Юрковский И.М. Лескова Л.П. Структурные особенности фторуглерода. //Неорганические материалы, 1986. т. 22, №12, с. 19881991.

97. ЮЗ.Синицын В.В. Викторова Ю.С., Берденников А.И., Куценок Ю.Б. Фторированный углерод как антифрикционная добавка к пластичным смазкам. //Трение и износ, 1981. т. 2, №6, с. 996 - 1000.

98. Watanabe N., Touhara Н. Carbon-fluoride intercalation compounds, graphite fluorides: characteristic and application. // New Materials and new Processes, 1981.- vol.1, p. 62- 69.

99. Nakajima Т., Molinier H., Motoyama H. Structure of fluorinegraphite intercalation compounds. Carbon, 1991. - vol. 29, №3, p.429-437.

100. Watanabe N., Nakaijma Т., Tauchara A. Preparation, stoichiometry and structure of grafite fluoride. // Studies in inorganic chemistry, 1988. vol.8, p. 23-47.

101. Ю7.Гришин H.H., Шибряев С.Б., Прокопьев И.А. и др. Химмотология пластичных смазок, М.: "Нефтегазсервис", 1994. - 147 с.

102. Ю8.Фукс И.Г., Буяновский И.А. Введение в трибологию, М.: Нефть и газ, 1995.-278 с.

103. Ю9.Шибряев С.Б. Изучение влияния поверхностно-активных веществ на формирование структуры и свойства литиевых смазок, Дисс. канд. техн. наук, М.: МИНХиГП им. И.М. Губкина, 1981. - 156 с.

104. Фукс И.Г. Исследование и разработка пластичных смазок с присадками и добавкими. Автореферат дис., докт. техн. наук., М.: МИНХ и ГП им. И.М.Губкина, 1979. - 54 с.

105. Ш.Викторова Ю.С, Синицын В.В. //Химия и технология топлив и масел, 1969, №9, с. 53-54.

106. Брейтуэйт Е.П. Твердые смазочные материалы и антифрикционные покрытия. Пер. с англ. под ред. В.В. Синицына, "Химия", 1967. 179 с.

107. Barri H.F., Binkelman J.P. NLGI Spokesman, 1966, 30, №2, p.45

108. Синицын B.B., Викторова Ю.С., Вакуров П.С. //Химия и технологиятоплив и масел, 1967, №9, с. 51-53.

109. Апакидзе Т.М., Грабилин О.В., Лашхи В.Л. и др. Коллоидная химия поверхностных процессов в маслах, -М.: ЦНИИТЭнефтехим,1996 57 с.

110. Calhoun S.F., Young R.L. and oth. Lubrication Engng., 1965, 21, №3, p.97.117.3елькинд И.Е. Влияние добавок на защитные свойства пластичныхсмазок, Дисс. канд. техн. наук М.: МИНХ и ГП им. И.М. Губкина, 1972. - 155 с.

111. Фукс И.Г., Уварова Э.Н., Вдовиченко П.Н., Киташов Ю.Н. Повышение смазочной способности пластичных смазок композицией присадок и наполнителей. Нефтехимия и нефтепереработка. Киев. Наукова думка, 1981. вып.20, с.23-28

112. Вайншток В.В., Фукс И.Г., Шехтер Ю.Н., Ищук Ю.Л. Состав и свойства пластичных смазок, М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1970. - 214 с.

113. Синицын В.В., Викторова Ю.С. //Химия и технология топлив и масел, 1968, №8, с. 25-27.

114. Шехтер Ю.Н. Исследование механизма действия и разработка ассортимента консервационных и рабоче-консервационных смазочных материалов. Автореферат дис., докт. техн. наук., М.: ВНИИНП, 1973. -69 с.