Смазочньш материал

ь ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ бсвв Советских Социалистических РеспубликК ПАТЕНТУ Зависимый от патентаявлено 11,Ч,1970 ( 1437 4) М, Кл. С 10 тп 3/1 итет 19.Ч,1969,825996, СШ Комитет по делом вобретениИ и отнрытий при Совете Министров СССРУДК 621.892(088,8 ано 17.1 Ч.1973, Бюллетеньликования описания 21.Л.1973 публ Дата Авторизобретен Иностранец Альберт Мэтью Дурр младший Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма Континенталь Ойл Компани Соединенные Штаты Америки)Заявитель СМАЗОЧ НЬ 1 Й МАТЕРИ А Изобретение относится к составам уИево дородных смазочных материалов, рассчитан. цым, в частп 1 ости, для работы в условиях низких температур;Многие годы в качестве смазочных мате риалов применяют различные нефтяные фрак. ции. В то время как полученные из нефти смазочные материалы являются удовлетвори. тельными в большинстве областей применения, для реактивных двигателей и в арктических условиях эти смазочные материалы являются либо вообще неудовлетворительными, либо мало примецимыми. 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, имеющий хорошие цизкотемпературные свойства, температуру застывания и вослламенеция, представляющий собой остаточный продукт, получаемый в результате алкилирования парафинистого углеводорода с нормальной цепью, содержащего 8 - 18 атомов углерода, ароматическим углеводородом (например, бензолом). Этот остаточный продуктсодержит значительное количество диалкил.оензолов и дифенйлалкацов.С цельо дальнейшего повышений эксплуатаццонцых свойств предлагается применять вкачестве смазочного материала продукт дпс.пропорциоцировация моно-п-алкилбензолов,10 содержащих 6 - 18 атомов углерода в алкильноц цепи, имеющий т. кип. 165 - 300 при дав.лепин 5 лья рт, ст, и средний мол. вес 350 -460,Этот смазочный материал особенно приго 15 ден для смазки машин, например двигателейвнутреннего сгорания, и обладает лучшимисвойствами по сравнению с продуктами алкилировация.Алкильцые группы моно-г-алкилбецзолов20 должны содержать 10 - 15 атомов утлерода,Термит и-алкилбецзолы относится к бензолу, содержащему, по существу, алкильцуюгруппу с нормальной цепью, в которой поменьшей мере 95% алкильцых заместителей25 связаны с бензольцыми кольцами через вторичный углеродный атом соответствующейалкильцой группы.Кроме чистых моно-и-алкилбензолов дляполучения продукта диспропорциоцировация30 могут быть применены смеси упомянутыхМолекулярный вес 95% 30 Бромное число (РМ21) 35 Вяз к ост ь, с ст. - 40 Р ( - 40 С) 100 Р (37,78 С) 40 210 Р (9889 С) Индекс вязкостиТемпературазастыванияР (С) Молекулярный вес 50 55 60 65 моно-и-алкилбензолов и углеводородные соединения, содержащие значительные количества смесей моно-и-алкилбензолов.)л)-алкилбензолы типа вышеописанных имеются в продаже под торговыми марками Налкилен 500 и Налкилен 600, Эти материалы (при указанных в скобках методах испытания) имеют следующие типичные свойства: Пределы кипения, "Р (С),(АБТМО) Бромное,число (АБТМО) Средний молекулярный вес(лхасс-спектрометр)Цвет по СейболтуУдельный вес (20/20)(АЯТМО) 59 о Средний молекулярный вес (масс-спектрометр)Удельный вес (АБТМО) Вязкость по Сейболту, сек (АСТМ О-44) Диспр опор ционирование моно-и-алкилбен эолов осуществляют с применением в качестве катализатора хлористого алюминия. Количество катализатора может колебаться в пределах 0,1 - 100 вес. % в зависимости от исходных моно-и-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 включают материалы, которые при добавлении в катализатор дают выход протона. 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-и-алкилбензолов достигаются при 65 в 1, этот днаназон считается предпочтительным. Наиболее предпочтительной температурой является 100 С, оптимальное количество катализатора для этой температуры составляет 0,75 - 2 вес. %. По окончании реакции реакционную массу фракционируют с целью удаления бензола, парафинов и непрореагировавших моно-иалкилбензолов. Целевым продуктом является диспропорционированный материал, выкипающий в диапазоне температур 165 в 3 С при давлении 5 мм рт, ст., причем нижняя граница кипения предпочтительно составляет 185 С при 5 мм рт. ст. и преимущественно 197 С при том же давлении. Этот материал имеет средний мол. вес 350 - 460,Диспропорционированный продукт, имеющий границу кипения )97 С при 5 мм рт, ст., получаемый при использовании Налкилена 500 при вышеописанных условиях имеет следующие физические свойства: 5000 - 10000Диспропорциониров анный продукт, имею" щий границу кипения 1970 С при 5 мм рт, ст., получаемый при использовании 1-1 алкилена 600 дри вышеописанных условиях, имеет следующие физические свойства: 7600 в 176Смазочные материалы особенно 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, циркуляционных жидкостей и целого ряда других смазочных материалов для низкотемпературных условий, т. е. смазочных материалов, которые обычно называются арктическими маслами.Помимо обычного применения в качестве низкотемпературного смазочного материалаили функциональной жидкости, диспропорционированный продукт применим и в качестве смазочного материала, стойкого к облучению, причем диспропорционированный продукт обладает более высокой стойкостью к облучению, чем обычные минеральные смазочные масла.В качествеиллюстрации 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 М 11.-1-10295 А): Минимальное значение Максимальное значение Кинетическая вязкость, сст:при 210 Р (98,89 С)при - 40 Р ( - 40 С)Температура застыванияР (С)Температура вспышки, Р (С) 5,75 8500- 65 ( - 54)290 (143) ДиалкилбензолыАлкилзамещенные тетралины и инданы 8 - 25Инданы (4 Дифенилалканы (5 Нафталины и алкилзамещенные нафталины (2П р и м е р 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 устройствами для нагрева, регулирования добавки жидкостей и твердых веществ и введения газообразных материалов. Налкилен 600 и А 1 С 1 з непрерывно подают в реакционный сосуд со скоростью соответственно 150-+10 и 8.+4 фунт/мин (67,54,5 и 3,61,8 кг/мин), Хлористый водород подают в реактор со скоростью 4-1 5 СР/мин, Уровень реакционной 64 - 85 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 нрисадки, ингибиторы окисления и коррозии, противовспенивающие агенты и присадки, улучшающие индекс вязкости.Обычно диспропорционированные продукты имеют следующий химический состав (вес, %), показываемый при масс-спектральном анализе:массы в реакторе поддерживают таким образом, что время пребывания ее составляет 1,75-+0,25 час. Сырой продукт удаляют из реактора непрерывно под контролем 61 РС-анализатора, показывающего, что он содержит 5 вес. о/о бензола, 15 вес. /о парафинов, 55 вес, % непрореагировавшего моноалкилбензола и 25 вес, о/о диалкилбензолов, Сырой продукт осаждается, после чего шлам АС 1 з 10 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. Нейтрализованныи продукт за тем разделяют на следующие фракции.Таблица 1 Условия фракционирования Фракции Давление,МЛ рт. ст. Температура Р (С) 20 750 10 12 12- 70 - 225 (21 - 107)- 225 - 290 (107 - 143)290 - 330 (143 - 165)выше 330 (165) БензолПарафиныМоноалкилбензол Диспропорционированный про- дукт 40 448 (231) 74,3 19,1 2,0 2,5 2,1 П р и м е р 2. В примере иллюстрируется испытание на двигателе компаундированного 55 смазочного материала с применением в качестве основного компонента диспропорционированного продукта согласно примеру 1. Компаундированный смазочный материал имеет следующий состав, вес. %:60 Диспропорционированный,продукт 92,16Монсанто 5070 В 2,50Хибейс С2,00Лубризол 1395 0,84 65 Акрилоид 966 2,50 Диспропорционированный продукт затемподвергают дальнейшему фракционированию 30 для удаления 85 1 0 вес. верхнего погонас точкой кипения 450 в 8 Г (232 в 4 С)при 760 лм рт. ст. Осадок удаляют. Получен.ный дистиллят представляет собой заданныйдиспропорционированный продукт, имеющийследующие физические свойства;Вязкость, сст, при температуре:- 40 Р ( - 40 С) 9196100 г (37 78 С) 29,06210 г (98,89 С) 5,02Температура застывания 1. (С) - 75 ( - 59)Температура вспышки, Г (С)Температура воспламенения, Г (С) 500 (260)Продукт имеет следующий химический состав, вес. %:ДиалкилбензолыАлкилированные тетралиныДифенилалканыИ иденыОстальное378025 Таблица 2 Условия реакции Содержание компонентов реакции, г ВремяпродувкиНС 1, мцн Времяосажденияшлама, лшн Процессы Температура, С Монододе- цилбензол А 1 С 1 З Время, мин 1-Додецен 13 - 15 100 1 75 60 10 10 152,0 12,0 З,О АлкилированиеДиспропорционирование 440,0300 60 60- 40 ОР (40 С) 100 Р (37 78 С) 210 Р (98,89 С) Индекс вязкости Температура застывания Р (С) 8500 29,45 5,20117- 65 ( - 54) Таблица 3 Выходы проду ктов реакции в процессах, г220 341,3 86,7 36,9 11,9 Монсанто 5070 В представляет собой низко- температурный диспергирующий агент типа полимерного сукцинимида; Хибейс Свысокоосновной сульфонат,кальция с основным числом 300 (моюще-диспергиру 1 ощая присадка); Лубризол 1395 - дитиофосфат цинка, полученный на основе спиртов, ингибитор и противоизносный агент; Акрилоид 966 комбинированный колвпонент, служаший для улучшенил индекса вязкости и снижения температуры застывания, состоящий из концентрата метакрилатных сополимеров в нейтральном масле селективной очисткиколвпаундированный смазочный материал имеет вязкость 6,5 сст при 210 Р (98,89 С) .Вышеописанный смазочный материал испытан в шестицилиндровом дизельном Ч-образном двигателе (Детройт Дизель б Ч 71). Испытания проводились при стандартных рабочих условиях в течение 267 час. Для сравнения взято высококачественное масло марки ЯАЕ 30, имеющее при 210 Р (98,89 С), вязкость 12,14 сст. Применение более легких или многосортных масел не рекомендуется. Былоустановлено, что масла, имеюшие вязкость значительно меньше 9,6 сст (например, 7,25 сст или ниже) не смазывают этот тип двигателя уже спустя 50 час работы в тяжелых условиях.Моторное масло марки 5 АЕ 30 дало удовлетворительный результат износа поршня и кольца и умеренного нарушения полировки цилиндрических прокладок вблизи выхлопных каналов, 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 предыдушего 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 5 АЕ 30.П р и м е р 3. В примере иллюстрируется получение диспропорционированного продукта в лаборатории при условиях, отличаю- шихся от условий примера 1.В качестве моно-п-алкилбензола используют Налкилен 600, и,диспропорционированный продукт получают в двух порциях, причем обе гор ии получают при 75 С, Порцию А получают с применением 1 вес. % А 1 С 1 з при времени реакции 1 час. Вторую порцию В получают с применением 2 вес. % А 1 С 1 з при 15 времени реакции 1,5 час. В обоих случаях вкачестве промотора используют НС 1. Выход остаточных продуктов в порции А составляет 558 г, а в порции В - 685 г, Остаточный продукт имеет следующие физические свойства: 20 Вязкость, сст, при температуре: Пример 4. В примере дано сравнение ЗО остаточного продукта, аолученного путем диспропорционирования, с остаточным продуктом, полученным путем алкилирования моноалкилбензолов известным способом, В качестве алкилирующего агента используют чистый 35 олефин С, температура реакции 55 - 59 Р(13 - 15 С).Сначала получают монододецилбензол путем алкилирования бензола с 1-додеценом.Полученный монододецилбензол затем ис пользуют для реакции диспропорционирования и для получения дидодецилбензола путем алкилирования.В табл, 2 даны количества исходных продуктов и условия реакции двух процессов.45 В табл. 3 даны выходы продуктов реакциидвух процессов.378025 10 Таблица 5 В табл. 4 приведены физические свойства остаточных продуктов (диалкилбензолов), обработанных отбеливающей глиной. Содержание продуктов в процессах, вес. %Алкили- рования Процессы Диспропор- ционирова- ния физические свойства Алкили- рования 99,4 82,5 0,2 0,4 15 чем алкилированный продукт ( - 60 Г), Повидимому, это обусловлено присутствием в нем тетрагидроцафталинов, типичным для процесса диспропорционирования. ф В патенте США Мо 3173965 показано, что этотпродукт имеет т, заст, - 30 Р ( - 37 С. Применение продукта диспролорционирования моно-п-алкилбензолов, содержащих 6 - 18 атомов углерода в алкильной цепи, имеющего 25 температуру кипения 165 - 300 С при 5 ллюрт. ст. и средний молекулярный вес 350 - 460, в качестве смазочного материала. В табл. 5 приведен химический состав продуктов двух процессов, определенный с помощью масс-спектра.Анализ данных, приведенных:выше, показывает, что диспропорционированцый продукт имеет более низкую точку текучести ( - 80 Г),Составитель Л, ИвановаТехред 3. Тараненко Редактор Т. Девятко Корректор Л. Бадылама Заказ 709/б Изд. Юо 438 Тираж 55 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж.35, Раушская наб., д, 4/5