Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. Вып. 12

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ

УДК 665.761

КОЛЛОИДНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПЛАСТИЧНЫХ СМАЗОК

НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ БАЗОВЫХ МАСЕЛ

С ОРГАНИЧЕСКИМИ ЗАГУСТИТЕЛЯМИ

Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН,

119991, г. Москва, Ленинский пр., д. 29

E-mail: lyadov@ips.ac.ru

Поступила в Редакцию 1 октября 2019 г.

После доработки 11 октября 2019 г.

Принята к публикации 11 октября 2019 г.

Коллоидная стабильность пластичных смазок — один из важнейших физико-химических показателей,

который характеризует их работоспособность, оказывает влияние на механопрочностные и трибо-

логические свойства. В результате комплексного исследования коллоидной стабильности пластичных

смазок на основе синтетических базовых масел с органическими загустителями показано, что она в

заметной степени зависит от целого ряда факторов, таких как природа базового масла и загусти-

теля, наличие наполнителей, условия синтеза и др. Комбинация этих факторов позволяет получать

пластичные смазки с требуемыми показателями коллоидной стабильности.

Ключевые слова: пластичные смазки; сложные эфиры; ПАОМ; органический загуститель; коллоидная

стабильность; наполнитель

DOI: 10.1134/S0044461819120090

Эксплуатация современных машин и механизмов,

синтетических базовых масел IV и V групп (поли-

включающих разнообразные узлы трения и обеспе-

альфаолефины, сложные эфиры, производные наф-

чивающих функционирование промышленных пред-

талина и дициклопентадиена и др.) с улучшенными

приятий и транспорта, невозможна без применения

физико-химическими и эксплуатационными свой-

смазочных материалов и специальных жидкостей,

ствами по сравнению с маслами природного проис-

использование которых позволяет значительно уве-

хождения, которые стали широко применяться при

личить срок их службы, повысить надежность и без-

создании композиций смазочных материалов [3, 4].

опасность, а также снизить операционные затраты на

Важное значение синтетические смазочные матери-

эксплуатацию [1, 2]. По мере развития и усложнения

алы имеют при эксплуатации технических средств

механизмов требования, предъявляемые к использу-

в экстремальных условиях при высоких нагрузках,

емым маслам и пластичным смазкам, становятся все

скоростях и сверхнизких температурах в условиях

более жесткими, что зачастую не позволяет приме-

Арктики и Крайнего Севера. Пластичные смазки,

нять традиционные смазочные материалы, вырабаты-

вырабатываемые на основе синтетических базовых

ваемые на основе компонентов нефтяного, животного

масел различной природы, находят широкое примене-

или растительного происхождения. В последнее деся-

ние в узлах трения различного назначения, при этом

тилетие достигнуты значительные успехи в синтезе

в качестве загустителей в последнее время использу-

1584

Коллоидная стабильность пластичных смазок на основе синтетических базовых масел с органическими загустителями

1585

ются органические соединения различного состава и

Цель настоящей работы — установление законо-

(или) строения (ди- и олигомочевины, производные

мерностей, влияющих на коллоидную стабильность

целлюлозы и др.) [5-7]. Отказ от использования за-

пластичных смазок на основе синтетических базовых

густителей на основе неорганических солей высших

масел и органического загустителя (димочевины), а

жирных карбоновых кислот позволяет создавать ком-

также разработка способов улучшения коллоидной

позиции смазок, полностью подвергающиеся био-

стабильности.

логической деструкции в природных условиях, что

делает их применение экологически безопасным [8].

Экспериментальная часть

В ряде работ [9, 10] было показано, что пластич-

ные смазки, получаемые на основе синтетических ба-

Для приготовления пластичных смазок использо-

зовых масел и органических загустителей, не всегда

вали два синтетических базовых масла: ДОСт (слож-

обладают требуемыми физико-химическими характе-

ный эфир себациновой кислоты и 2-этилгексанола,

ристиками, что может ограничивать области их при-

вязкость при 100°С 3.1 сСт) и ПАОМ-10 (полиаль-

менения. Особенно это касается такого показателя,

фаолефиновое масло, вязкость при 100°С 10.1 сСт).

как коллоидная стабильность, который характеризует

Пластичные смазки получали путем синтеза загусти-

работоспособность смазки, так как частичное или

теля in situ в базовом масле, для этого компоненты

полное выделение масла делает ее непригодной для

загустителя [диизоцианат, амины и (или) спирт] в

эксплуатации. Коллоидная стабильность смазок опре-

необходимом соотношении вводили в предварительно

деляется, с одной стороны, свойствами дисперсион-

нагретое до 90°C масло при интенсивном перемеши-

ной среды (базового масла), а с другой — спецификой

вании. При этом наблюдали повышение вязкости ре-

и особенностями строения структурного каркаса,

акционной массы и формирование пластичной смазки.

формируемого загустителем.

Затем полученную смесь, как правило, выдерживали

Таблица 1

Состав синтезированных пластичных смазок

Загуститель

№

Состав базового масла, мас%

образца

количество

диизоцианат*

компонент 1

компонент 2

загустителя, мас%

ТДИ

н-Гексиламин

—

Анилин

н-Гексанол

Анилин

ПАОМ-10

МДИ

н-Гексиламин

ТДИ

—

Анилин

н-Гексанол

Анилин

ДОСт

МДИ

н-Гексиламин

ТДИ

16 ДОСт

84 ПАОМ-10

34 ДОСт

66 ПАОМ-10

50 ДОСт

50 ПАОМ-10

66 ДОСт

34 ПАОМ-10

* ТДИ — толуолдиизоцианат, МДИ — 4,4′-дифенилметандиизоцианат.

1586

Лядов А. С. и др.

в течение 30 мин при 140°С при перемешивании и ох-

что формирование пластичных смазок происходит

лаждали до комнатной температуры. Таким образом,

при синтезе загустителей in situ, за исключением

был получен ряд смазок, различающихся базовым

взаимодействия ТДИ с н-гексанолом и анилином.

маслом, составом и количеством загустителя, а также

Использование чистого н-гексиламина или смеси

наличием дополнительных компонентов. Состав син-

н-гексиламина и н-гексанола при синтезе загустителя

тезированных пластичных смазок приведен в табл. 1.

также не приводило к получению смазок с приемле-

С целью улучшения коллоидной стабильности

мыми значениями коллоидной стабильности. Однако

пластичных смазок в их состав вводили коммерчески

дополнительное введение анилина способствовало

доступные активированный уголь марки БAУ-A и

значительному повышению коллоидной стабильно-

микрокристаллическую целлюлозу Flocell 102.

сти. Таким образом, наилучшим загустителем явля-

Коллоидную стабильность смазок (%) опре-

ется димочевина, полученная при взаимодействии

деляли с помощью аппарата типа АКС-20 (БСКБ

ТДИ со смесью н-гексиламина и анилина. Замена

«Нефтехимавтоматика») по стандартной методике в

диизоцианата (ТДИ на МДИ) при формировании за-

соответствии с ГОСТ 7142-74 «Смазки пластичные.

густителя не приводит к существенному изменению

Методы определения коллоидной стабильности»,

коллоидной стабильности пластичных смазок при ис-

согласно которой определяли количество масла, от-

пользовании в качестве базового масла как ПАОМ-10,

прессованного из смазки. Коллоидную стабильность

так и ДОСт.

измеряли при 50°С и массе нагружения 1000 г, если

Известно [6], что условия приготовления сма-

не указано иное.

зок оказывают влияние на их физико-химические и

эксплуатационные свойства. Было изучено влияние

времени и температуры выдержки пластичной смаз-

Обсуждение результатов

ки после формирования загустителя на коллоидную

В табл. 2 представлены значения коллоидной ста-

стабильность. Оказалось, что длительность выдерж-

бильности пластичных смазок, полученных с исполь-

ки не оказывает особого влияния на коллоидную

зованием масел ПОАМ-10 и ДОСт и органических за-

стабильность смазок, изменение которой при увели-

густителей, синтезированных in situ взаимодействием

чении времени от 30 мин до 3 ч изменяется примерно

диизоционатов ТДИ или МДИ с аминами и спиртом, в

на 1-2%. Температура выдержки оказывается более

качестве амина использовали н-гексиламин и анилин,

существенным фактором, увеличение температуры

в качестве спирта — н-гексиламин. Амины и спирт

на 20-40° позволяет улучшить величину коллоидной

были выбраны с одинаковым числом атомов угле-

стабильности примерно на 5-7%.

рода, чтобы исключить влияние размера алкильных

Увеличение массовой доли органического загусти-

групп на коллоидную стабильность. Было найдено,

теля в составе смазок приводит к улучшению колло-

Таблица 2

Влияние природы органического загустителя на коллоидную стабильность пластичных смазок

№ образца

Базовое масло

Загуститель

Коллоидная стабильность, %

ТДИ + н-гексиламин, 20%

39.7

ТДИ + н-гексиламин + анилин, 20%

32.9

ПАОМ-10

ТДИ + н-гексиламин + н-гексанол, 20%

40.5

ТДИ + н-гексанол + анилин, 20%

Жидкая

МДИ + н-гексиламин + анилин, 20%

32.5

ТДИ + н-гексиламин, 20%

27.9

ТДИ + н-гексиламин + анилин, 20%

20.1

ДОСт

ТДИ + н-гексиламин + н-гексанол, 20%

Жидкая

ТДИ + н-гексанол + анилин, 20%

29.1

МДИ + н-гексиламин + анилин, 20%

21.5

1587

Влияние на коллоидную стабильность содержания загустителя (1 — пластичная смазка на основе ПАОМ-10 с

загустителем ТДИ + н-гексиламин + анилин, 2 — ДОСт с загустителем ТДИ + н-гексиламин + анилин) (а); тем-

пературы (1 — пластичная смазка на основе ПАОМ-10 с загустителем ТДИ + н-гексиламин + анилин, 2 — ДОСт

с загустителем ТДИ + н-гексиламин + анилин) (б), соотношения ПАОМ-10/ДОСт (1 — при 20°С, 2 — при 50°С,

загуститель ТДИ + н-гексиламин + анилин) (в).

Таблица 3

Влияние наполнителей на коллоидную стабильность

Смазка

Наполнитель

Количество наполнителя, мас%

Коллоидная стабильность, %

Образец № 2

—

32.9

27.0

БАУ-А

24.3

31.1

Flocell 102

28.5

Образец № 10

—

20.1

15.4

БАУ-А

11.3

18.3

Flocell 102

15.7

1588

Лядов А. С. и др.

идной стабильности, что выражается в уменьшении

чения современных высококачественных смазочных

количества отпрессованного масла из образца пла-

материалов.

стичной смазки. Природа базового масла при этом не

отражается на характере изменения коллоидной ста-

Финансирование работы

бильности при варьировании количества загустителя.

Работа выполнена при финансовой поддержке

Коллоидная стабильность смазки на основе ДОСт

Министерства образования и науки России, соглаше-

практически не зависит от температуры измерения,

ние № 14.607.21.0181 (уникальный идентификатор

в то время как в случае смазки на основе ПАОМ-10

проекта RFMEFI60717X0181).

при увеличении температуры в 4 раза коллоидная ста-

бильность ухудшалась примерно на 10%, что может

негативным образом сказываться на сроках ее экс-

Конфликт интересов

плуатации в условиях повышенной температуры (см.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта инте-

рисунок, б). Очень часто для придания пластичным

ресов, требующего раскрытия в данной статье.

смазкам определенных свойств при их получении

используют смеси базовых масел. На рисунке, в пока-

Информация об авторах

зано влияние увеличения доли базового масла ДОСт

в смеси с ПАОМ-10: с ростом количества ДОСт про-

Лядов Антон Сергеевич, к.х.н., ORCID: https://

исходит улучшение коллоидной стабильности смазки.

orcid.org/0000-0001-9969-7706

Каких-либо синергических эффектов использования

Ярмуш Юлия Михайловна, ORCID: https://

смесевых синтетических базовых масел при получе-

orcid.org/0000-0002-0826-3062

нии пластичных смазок в ходе исследования обнару-

Паренаго Олег Павлович, д.х.н., ORCID: https://

жено не было.

orcid.org/0000-0002-4869-4035

Введение дополнительных компонентов (приса-

док, наполнителей и др.) [11-13] в состав пластичных

Список литературы

смазок позволяет улучшить физико-химические и

эксплуатационные свойства. Изменять коллоидную

[1] Lugt P. M. A review on grease lubrication in rolling

стабильность смазок можно при введении пористых

bearings // Tribol. Transactions. 2009. V. 52. N 4. P. 470-

компонентов, которые способны удерживать часть

480. https://doi.org/10.1080/10402000802687940

[2] Lugt P. M. Modern advancements in lubricating grease

базового масла, что обеспечивает улучшение колло-

technology // Tribol. Int. 2016. V. 97. P. 467-477.

идной стабильности, при этом значительным обра-

https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.01.045

зом могут улучшаться и другие свойства, например

[3] Mortier R. M., Orszulik S. T., Fox M. F. Chemistry

трибологические. В качестве наполнителей были

and technology of lubricants. London: Springer, 2010.

использованы активированный уголь марки БAУ-A

https://doi.org/10.1023/b105569

и микрокристаллическая целлюлоза Flocell 102, мас-

[4] Dresel W., Mang T. Lubricants and Lubrication. Wiley-

совую долю которых варьировали от 1 до 5 мас%

VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2017.

(табл. 3).

https://doi.org/10.1002/9783527645565

Введение активированного угля и целлюлозы при-

[5] Gschwender L., Snyder C. E., Sharma S. K., Fultz G. W.

водит к улучшению коллоидной стабильности синте-

Multi-purpose, moisture-resistant, high load carrying

зированных смазок, причем в случае использования

polyalphaolefin based grease, MIL-PRF-32014 // Tribol.

активированного угля эффект выражен более явно.

Transactions. 2003. V. 46. N 2. P. 217-222.

https://doi.org/10.1080/10402000308982620

Увеличение количества наполнителя также благопри-

[6] Лядов А. С., Максимова Ю. М., Шахматова А. С.,

ятно влияет на коллоидную стабильность.

Кириллов В. В., Паренаго О. П. Уреатные (по-

лимочевинные) пластичные смазки (обзор) //

Выводы

ЖПХ. 2018. Т. 91. № 6. С. 761-771 [Lyadov A. S.,

Maksimova Yu. M., Shakhmatova A. S., Kirillov V. V.,

В ходе проведенного исследования показано, что

Parenago O. P. Urea (polyurea) greases // Russ. J. Appl.

увеличение содержания загустителя, введение на-

Chem. 2018. V. 91. N 6. P. 885-894.

полнителей, а также длительная термическая обра-

https://doi.org/10.1134/S1070427218060010].

ботка смазок в процессе их получения способствуют

[7] Singh T., Bhan A. K. Synthetic polyurea extreme-

улучшению коллоидной стабильности. Найденные

pressure greases // J. Synthetic Lubrication. 2004. V. 21.

закономерности имеют важное прикладное значение

N 2. P. 151-156.

при оптимизации технологических процессов полу-

https://doi.org/10.1002/jsl.3000210207

1589

[8] Nagendramma P., Kaul S. Development of ecofriendly/

https://doi.org/10.1134/S0044461818110014

biodegradable lubricants: an overview // Renewable

[Lyadov A. S., Maksimova Yu. M., Ilyin S. O.,

and Sustainable Energy Rev. 2012. V. 16. N 1. P. 764-

Gorbacheva S. N., Parenago O. P., Antonov S. V.

774. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.09.002

Specific features of plastic lubricants based on poly-α-

[9] Максимова Ю. М., Шахматова А. С., Лядов А. С.,

olefin oils with ureate thickeners of various structures

Паренаго О. П., Ильин С. О., Пахманова О. А.,

// Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. N 11. P. 1733-

Антонов С. В. Реологические и трибологические

1739. https://doi.org/10.1134/S1070427218011014].

свойства пластичных смазок на основе сложных

[11] Cao Z., Xia Y., Xi X. Nano-montmorillonite-doped

эфиров и уреатных загустителей // Нефтехимия.

lubricating grease exhibiting excellent insulating and

2018. Т. 58. № 6. С. 720-726. https://doi.org/10.1134/

tribological properties // Friction. 2017. V. 5. N 2.

S0028242118060072

[Maksimova Yu. M.,

P. 219-230.

Shakhmatova A. S., Ilyin S. O., Pakhmanova O. A.,

https://doi.org/10.1007/s40544-017-0152-z

Lyadov A. S., Antonov S. V., Parenago O. P.

[12] Zhang P. L., Wang G. G., Zhao Y. J., Wu H., Xia Y. Q.

Rheological and tribological properties of lubricating

Study of conductive and friction properties of grease

greases based on esters and polyurea thickeners //

containing carbon black additive // Advanced Mater.

Petrol. Chem. 2018. V. 58. N 12. P. 1064-1069.

Res. 2015. V. 1120-1121. P. 586-589. https://doi.

https://doi.org/10.1134/S0965544118120071].

org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1120-1121.586

[10] Лядов А. С., Максимова Ю. М., Алексеева О. А.,

[13] Sadeghalvaad M., Dabiri E., Afsharimoghadam P.

Ильин С. О., Паренаго О. П., Антонов С. В.

Lithium lubricating greases containing carbon base

Особенности пластичных смазок на основе поли-

nano-additives: preparation and comprehensive

альфаолефиновых масел с уреатными загустителя-

properties evaluation // SN Appl. Sci. 2019. 1:264.

ми различного строения // ЖПХ. 2018. Т. 91. № 11.

https://doi.org/10.1007/s42452-019-0289-7

С. 1523-1530.