автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему:Технология маслорастворимых комплексов сульфонатов лантаноидов и Mg как ингибиторов коррозии и модификаторов трения

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Причины и условия коррозии черных металлов в автомобильном транспорте.

1.2. Маслорастворимые ингибиторы коррозии.

1.2.1. Ингибиторы донорного действия.

1.2.2. Ингибиторы коррозии акцепторного действия.

1.2.3. Экранирующие ингибиторы коррозии.

1.2.4. Маслорастворимые ингибированные составы.

1.3. Ингибиторы коррозии и присадки к маслам на основе. редкоземельных элементов.

1.3.1. Ингибиторы коррозии на основе РЗЭ.

1.3.2. Модификаторы трения на основе РЗЭ.

1.4. Задачи исследования.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Исходные соединения.

2.2. Методики испытаний.

2.2.1. Методики антикоррозионных испытаний.

2.2.2. Методики трибологических испытаний.

2.3. Синтез комплексных сульфонатов лантаноидов при. использовании в качестве промотора спиртов.

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ

АЛКИЛБЕНЗОЛСУЛЬФОНАТОВ ЛАНТАНОИДОВ (ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ).

3.1. Синтез комплексных алкилбензолсульфонатов лантаноидов.

3.1.1. Синтез сульфонатов лантаноидов с использованием спиртов в качестве промоторов.

3.1.2.Синтез сульфонатов лантаноидов с использованием кислотных промоторов.

3.1.2.1. Щавелевая кислота в качестве промотора синтеза сульфонатов лантаноидов.

3.1.2.2. Перфорированные кислоты в качестве промотора синтеза сульфонатов лантаноидов.

3.2. ИК- спектры синтезированных комплексов на основе сульфонатов лантаноидов.

ГЛАВА 4 . ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ МОДИФИКАЦИИ ДЕТОНАЦИОННЫХ НАНОАЛМАЗОВ КОМПЛЕКСНЫМИ СУЛЬФОНАТАМИ МЕТАЛЛОВ.

4.1. Общая характеристика ультрадисперсных алмазов.

4.2. Способы введения УДА и ГАШ в масло.

4.3. Модификация наноалмазов химически осажденной медыо.

ГЛАВА 5. ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЕ ДЕЙСТВИЕ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ СУЛЬФОНАТОВ ЛАНТАНОИДОВ.

5.1. Противокоррозионное действие комбинированных сульфоиатов лантаноидов при погружении в раствор электролита.

5.2. Противокоррозионное действие комбинированных сульфонатов лантаноидов при погружении по данным поляризационных измерений.

ГЛАВА 6. ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ КОМПОЗИЦИЙ

IIA ОСНОВЕ СУЛЬФОНАТОВ ЛАНТАНОИДОВ.

6.1. Определение нагрузки задира по схеме «Вал-втулка».

6.2. Определение коэффициента трения но схеме «Кольцо-кольцо».

ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ СУЛЬФОНАТОВ ЛАНТАНОИДОВ.

Одним из направлений повышения надежности автомобиля- это снижение трудозатрат на техническое обслуживание, текущие и капитальные ремонты, а также уменьшение общего износа металлоизделий за счет сокращения потерь на трение и коррозию. Для автомобильного транспорта характерно использование агрессивных условий, когда изделия эксплуатируются при одновременном воздействии агрессивной среды и больших механических нагрузок, т.е. факторов, способствующих коррозии и износу. Вследствие коррозии теряется большое количество металла, на восполнение которого в автомобилестроении расходуется до 50% ежегодно производимого металла.

Постоянное повышение требований экономичности и экологичности определяет практический интерес автомобильной индустрии к поисковым исследованиям в области создания различных присадок к маслам, повышающих ресурс и долговечность двигателей. Результаты экспериментальных исследований показали высокую эффективность применения в виде добавок к автомобильным маслам фторполимерных и наноразмерных материалов, образующих в процессе эксплуатации противоизносные, антифрикционные покрытия для улучшения различных эксплуатационных параметров.

Использование сульфонатов металлов в качестве присадок к моторным маслам и ингибиторов коррозии известно уже более 50 лет, но до сих пор они привлекают внимание химиков-синтетиков. Особый интерес в плане синтеза сульфонатов представляют редкоземельные элементы [5,6]. Все это делает актуальным исследование по разработке методов синтеза и применению в качестве маслорастворимых ингибиторов коррозии и присадок триботехнического назначения комплексных сульфонатов редкоземельных элементов, способов модифицирования с их помощью детонационных наноалмазов.

Целью настоящей работы является разработка экологически безопасных и экономичных методов синтеза маслорастворимых комплексных сульфонатов РЗЭ. Определение условий модификации детонационных наноалмазов комплексными сульфонатами лантаноидов для получения устойчивых дисперсий в маслах. Оценка возможности применения маслорастворимых комплексных сульфонатов РЗЭ и модифицированных детонационных наноалмазов в качестве экологически безопасных ингибиторов коррозии и модификаторов трения.

Новизна и научное значение работы заключается в том, что в результате проведенных исследований предложен удобный метод получения комбинированных сульфонатов металлов в среде триглицеридов с одновременной переэтерификацией алканоламинами. Получен новый класс комбинированных ингибиторов коррозии и присадок к маслам на основе сульфонатов лантаноидов и продуктов переэтерификации природных триглицеридов. Установлено применимость разработанного метода синтеза комбинированных сульфонатов РЗЭ для олеофильной модификации детонационных наноалмазов (УДА) с целью получения устойчивых суспензий УДА в маслах.

Практическое значение работы состоит в том, что полученные комплексные сульфонаты La-Mg обладают высокой противокоррозионной активностью и высокими противозадирными и антифрикционными свойствами. На основании результатов испытаний противокоррозионного действия комбинированных сульфонатов La-Mg предложены составы для защиты от коррозии для скрытых полостей и днища автомобилей (ТУ 025-001-277705071-2004). Установлено, что модифицированные деитонационные на-ноалмазы являются эффективными модификаторами трения. Композиции, включающие системы La-Mg с детонационными наноалмазами и ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ) предложены в качестве присадок к маслам и для обработки цилиндро-поршневой группы двухтактных моторов. Предложена технологическая схема получения эффективных ингибиторов коррозии на основе сульфонатов лантаноидов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 123 страницы состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения полученных результатов, результатов противокоррозионных и трибологических испытаний, приложений и выводов. Список литературы включает 206 публикаций, диссертация содержит 36 таблицы и 15 рисунков.

Общие выводы

1. Разработан удобный метод получения комплексных сульфонатов лантаноидов в среде триглицеридов с одновременной переэтерификацией алканоламинами.

2. Определены оптимальные соотношения реагентов и температурный режим, обеспечивающий полное растворение оксидов лантаноидов для получения высокоэффективных ингибиторов коррозии и присадок к маслам.

3. Показано, что при использовании в качестве промоторов спиртов, необходимым условием взаимодействия оксидов РЗЭ с АБСК является обязательное добавление оксида Mg, Са или Zn.

4. Установлено примененимость темплатного метода синтеза комбинированных сульфонатов РЗЭ для олеофильной модификации детонационных наноалмазов (УДА) с целью получения устойчивых суспензий УДА в маслах.

5. Установлено, что в отличие от графитоалмазной шихты, НА образуют (в области изученных концентраций НА) устойчивые до года суспензии. Необходимым условием является использование в качестве исходных - водные суспензии НА (но не высушенных порошков) и их введение в реакционную массу совместно с алканоламинами.

6. Установлено, что лучшими антикоррозионными свойствами в исследованных условиях обладали системы La-Mg, полученные при использовании в качестве промоторов сорбита или триэтиленгликоля с минимально возможным количеством воды.

7. Показано, что полученные ингибиторы коррозии на основе сульфонатов РЗЭ являются эффективными ингибиторами смешанного действия, влияющие на катодный и анодный процессы окисления железа.

8. Установлено, что по нагрузке задира лучшими являются системы La-Mg, по коэффициенту трения - композиции включающие системы La-Mg с детонационными наноалмазами и перфторированными соединениями: ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ).

9. Предложена технологическая схема получения эффективных ингибиторов коррозии на основе сульфонатов лантаноидов.

1. Гуреев А. А., Шехтер Ю. Н. Средства защиты автомобилей от коррозии. -М.: Транспорт, 1983. 208 с.

2. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд. АН СССР, 1960. 372 с.

3. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970. 448 с.

4. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов.- Л.: Химия, 1973. 264 с.

5. Шехтер Ю. Н., Легезин Н. Е., Муравьева С. А., Мурызева Н. О. Коррозиологические принципы защиты внутренних полостей металлоизделий при помощи ингибиторов коррозии и ингибированных составов //Защита металлов. 1997, т. 33, №3, С. 239 247.

6. Богданова Т. И., Шехтер Ю. Н. Ингибированные нефтяные составы для защиты от коррозии. М.: Химия, 1984. 248 с.

7. Шехтер Ю. Н., Школьников В. М., Богданова Т. И., Милованов В. Д. Рабоче консер-вационные смазочные материалы. - М,: Химия, 1979. 256 с.

8. Шехтер Ю. Н., Крейн С. Э. Поверхностно-активные вещества из нефтяного сырья. -М.: Химия, 1971.488 с.

9. Ребиндер А. Физико-химическая механика дисперсных структур.- М.: изд. АН СССР, 1964.

10. Шехтер Ю. Н., Крейн С. Э., Тетерина Л. Н. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества. М.: Химия, 1978, 304 с.

11. Шехтер Ю. Н., Крейн С. Э., Калашников В. М. Маслорастворимые сульфонаты.- М.: Гостоптехиздат, 1963. 125 с.

12. Шехтер Ю. Н., Ребров И. Ю., Легезин Н. Е., Хазанджиев С. М., Муравьева С. А., Мурызева Н. О., Егоров С. А. Некоторые проблемы ингибирования коррозии // Защита металлов. 1998, т. 34, №6, С. 638 641.

13. Шехтер Ю. Н., Ребров И. 10., Кардаш Н. В., Степуро О. С., Поспелов М. В., Петров А. 10. Ингибиторы коррозии и защитные композиции на основе сульфонатов // Защита металлов. 1990, т. 26, №5 , С. 707 722.

14. Патент РФ 2230058, МПК С07С303/32, С10М135/10. Способ получения сульфонатов / Варшавский О.М., Зайченко Л.П., ХадарцевА.Ч. Опубл. 10.06.2004.

15. Патент РФ 2093509, МПК С07С303/32, С10М125/00. Способ получения высокоосновных сульфонатов магния / Клеверли Д.А., Уордли Р.А., Свитлик Й.М., Марш Д.Ф., Спенсер Д.Р. Опубл. 20.10.1997.

16. Патент РФ 2016054, МПК С10М159/24, C10N30:04. Способ получения детергентно-диспергирующей присадки к моторным маслам / Зерзева И.М., Блох А.Р., Алдохина Т.Ф. Опубл. 15.07.1994.

17. Патент РФ 2051904, МПК С07С309/31, С10М135/10. Композиция сульфокислот для получения присадки к смазочным маслам / Марш Д.Ф., Вернет М.Р.М., Хейми Г.В. Опубл. 10.01.1996.

18. Патент РФ 2152384, МПК С07С303/32, С10М135/10. Композиция сульфонатной присадки с низким щелочным числом к смазочным маслам / Элкок К., Мулин Д., Клевер-лей Д. А., Бовингтон Ч.Г. Опубл. 10.07.2000.

19. Патент РФ 2245899, МПК С10М159/24, С10М129:54, С10М133:16, С10М137:10,

20. С ЮМ 127:06, C10N40:25. Пакет присадок к маслам моторным, масло моторное / Фомин В.Н., Суздальцев Н.И., Типушков Е.В., Тарасов А.В., Катренко Т.П., Школьников В.М., Колесник И.О., Смирнова Ю.В., Пашкова Л.В., Милованова А.И. Опубл. 10.02.2005.

21. Патент US 4,664,822, МПК СЮМ 137/10; С10М 139/00. Metal-containing lubricant compositions / Hunt M.W., Kennedy S. Опубл. 12.05.1987.

22. Патент US 5,534,168, МПК СЮМ 125/00. Preparation of overbased magnesium sulpho-nates / Cleverley J.A., Wardle Robert A., Swietlik; J.M., Marsh J. F., Spencer; J.R. Опубл. 9.07.1996.

23. Патент US 4,129,589, МПК. C07B 013/00; C07C 143/24; C09K 003/00. Over-based magnesium salts of sulphonic acids / Eliades T.I., Muir R.J., Horner J.D. Опубл. 12.12.1978.26.