научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОЛИ(МЕТ)АКРИЛАТНЫХ ЗАГУЩАЮЩИХ ПРИСАДОК НА ТЕМПЕРАТУРУ ЗАСТЫВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАСЕЛ Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОЛИ(МЕТ)АКРИЛАТНЫХ ЗАГУЩАЮЩИХ ПРИСАДОК НА ТЕМПЕРАТУРУ ЗАСТЫВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАСЕЛ»

НЕФТЕХИМИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 73-78

УДК 621.892.8:541.64

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОЛИ(МЕТ)АКРИЛАТНЫХ ЗАГУЩАЮЩИХ ПРИСАДОК НА ТЕМПЕРАТУРУ ЗАСТЫВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАСЕЛ

© 2014 г. О. А. Казанцев, С. И. Самодурова, А. П. Сивохин, А. А. Мойкин1, А. С. Меджибовский1

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева 1ООО "Научно-производственное предприятие Квалитет", Москва E-mail: apsivohin@mail.ru Поступила в редакцию 10.09.2013 г.

Исследовано влияние характеристик (молекулярной массы, состава алкильных групп, соотношения акриловых и метакриловых звеньев) и дозировок полиалкил(мет)акрилатных загущающих присадок на температуру застывания различных масляных основ, используемых для производства гидравлических жидкостей. Показано, что эффект повышения температуры застывания при увеличении концентрации присадок может быть нивелирован расширением состава алкильных групп и введением в полимеры звеньев метилметакрилата.

DOI: 10.7868/S0028242114010146

Загущающие присадки широко применяются для регулирования вязкости гидравлических масел во всем интервале условий эксплуатации, в том числе при самых низких температурах [1, 2]. Известно, что лучшими низкотемпературными свойствами из применяемых полимерных загустителей разной природы обладают полимета-криловые присадки [3], в частности, в России производится присадка ПМА "В-2", активной основой которой является полиалкил(мет)акри-лат с алкильными группами С8—С10 (для упрощения здесь и ниже атомы водорода в радикалах не показаны) [4—10]. Одним из известных недостатков таких загущающих присадок является их негативный концентрационный депрессорный эффект — увеличение концентрации полимеров приводит к увеличению индекса вязкости масел, но снижает их температуру застывания [11]. Традиционное применение для моторных масел имеют также депрессорные полиметакриловые присадки (например, марок "¡пйпеиш У-354", ПМА "Д-110", "Максойл-Д" [12]), которые эффективно снижают температуру застывания и проявляют одновременно умеренный загущающий эффект. Активной основой таких присадок являются полиал-килметакрилаты с алкильными группами С12—С18.

Известно, что оптимальный состав алкильных групп полимерных депрессоров на основе полиме-такрилатов зависит от состава масляных основ — для низкозастывающих масел обычно эффективнее полимеры с несколько более короткими боковыми цепочками (С1—С14), для высокозастывающих — с более длинными (С16—С20) [13]. В этой же работе

показано, что введение 20—40 мол. % звеньев ме-тилметакрилата или бутилметакрилата ухудшает депрессорные свойства высших полиалкилмета-крилатов (при использованной концентрации полимера в масле 0.25% мас.). Однако, как сообщается в патенте [14], сочетание 30—65 мол. % звеньев метилметакрилата со звеньями алкилметакрила-тов С8—С15 и С16—С24 может снизить себестоимость депрессорной присадки для масел при сохранении приемлемых технических характеристик.

Таким образом, в промышленности используется несколько вариантов загущающих и депрес-сорных полимерных присадок для масел, получаемых на основе высших эфиров метакриловой кислоты. В последние годы в России снижается выпуск метакрилатов и планируется значительное увеличение выпуска акриловых мономеров, что связано с широким их использованием для получения акриловых дисперсий и суперабсорбентов [15]. Кроме того, стоимость спиртового сырья для производства низших алкил(мет)акри-латов значительно меньше, чем для производства высших алкильных производных. В связи с вышеизложенным, в данной работе было проведено исследование влияния состава алкильных групп, соотношения акриловых и метакриловых звеньев, а также молекулярной массы на депрессор-ные свойства загущающих поли(мет)акриловых сополимеров в различных масляных основах, которые могут применяться для получения гидравлических жидкостей.

с

3.0

2.5

2.0

1.5

1

8000 11000 14000 17000 20000 ММ

Рис. 1. Зависимость концентрации полиалкилмета-крилатов (с, мас. %), необходимой для загущения масла ВМГЗ (1, заданное значение V5o = 10.1 мм2/с) и масла БОТМ (2, заданное значение V4o = 15.2 мм2/с), от молекулярной массы полимеров. К2 = С8-С10 (80%) + С12-С18 (20%) (О), С8-С10 (90%) + С4 (10%) (♦), С8-С10 (Ж),С8-Сю (70%) + + С12-С18 (30%) (■).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для синтеза полимерных (мет)акриловых присадок использовались (мет)акриловые эфиры общей формулы СН2=С(Я1)С(0)0Я2: промышленные мономеры метилметакрилат, бутилакрилат, бутилметакрилат, а также лабораторные образцы фракций алкил(мет)акрилатов, полученных эте-рификацией акриловой или метакриловой кислот высшими жирными спиртами фракций С8-С10 (С8 - 46.2%, С10 - 53.8%), С12-С14 (С12 - 68.4%, С14 - 31.6%) и С12-С18 (С12 - 63.3%, С14 - 17.5%, С16 - 7.3%, С18 - 11.7%) фирмы "Со^шъ". Этери-фикацию проводили по методике [16]. Сополи-меризацию (мет)акриловых эфиров проводили в среде толуола (суммарная начальная концентрация мономеров - 35-75% мас.) в течение 2-6 часов при температуре 70-110°С. Концентрация инициаторов радикальной полимеризации (ди-нитрил азоизомасляной кислоты или пероксид бензоила) варьировалась в пределах 0.3-2.5 мас. % от общей массы мономеров. Конверсия мономеров составляла 92-98%. Ее вычисляли на основе данных по начальному и остаточному содержанию мономеров в реакционных смесях, которое определялось с помощью газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ). ГЖХ-анализ проводили на приборе "Хромос ГХ-1000" с пламенно-ионизационным детектором и колонкой длиной 1.5 м, диаметром 3 мм, заполненной 8Е-30 на хромато-не N-AW DMCS; расход газа-носителя (азота) 20 см3 мин-1; температура испарителя 200-250°С, термостата колонок - 140-200°С. Определение

массовой доли активного вещества присадок проводилось гравиметрическим методом. Условную молекулярную массу полученных полимеров определяли по методу Штаудингера [17, 18], поскольку данный параметр традиционно широко применяется в России для характеристики полимерных загущающих и депрессорных присадок [19].

Для оценки эффективности синтезированных полимеров в качестве депрессорных присадок использовали базовую основу трансформаторного масла (БОТМ, v50 = 7.56 мм2/с, температура застывания Тз = -51°С), маловязкая низкозастывающая минеральная основа гидравлического масла (ВМГЗ, v5o = 4.04 мм2/с, Тз = -45°С), индустриальное масло И-12А (два образца: v50 = 19.87 мм2/с, Тз = = -17 °С и v50 = 11.53 мм2/с, Тз = -29°С) и индустриальное масло И-20А (Тз = -11°С, v50 = = 20.62 мм2/с).

Определение кинематической вязкости масел проводили в соответствии с ГОСТ 33-2000, расчет индекса вязкости загущенных масел - по ГОСТ 25371-97 (при концентрации полимера в масле 1.0% мас.). Температуру застывания нефтепродуктов определяли в соответствии с ГОСТ 20287-91 с использованием прибора " Измеритель низкотемпературных показателей нефтепродуктов SX-800".

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Нами были проведены эксперименты по изучению влияния расширения состава алкильных групп в полиалкилметакрилатах (по сравнению с применяемыми отечественными полиметакрило-выми присадками ПМА "В-2" и ПМА "Д") на вязкостные характеристики и температуру застывания различных масляных основ. Известно, что загущающие свойства усиливаются с ростом молекулярной массы полиалкилметакрилатов. В тоже время стойкость поли(мет)акрилатов к механическим и термическим нагрузкам снижается с увеличением молекулярной массы, в связи с чем для масел разного назначения оптимальные значения молекулярных масс варьируются. Поэтому были получены зависимости загущающих и де-прессорных показателей полимеров от их молекулярной массы и состава.

Для получения гидравлических масел могут использоваться различные углеводородные основы. В частности, применяются такие низкозастываю-щие основы, как ВМГЗ или БОТМ, для которых в качестве загущающих присадок щироко используются полиалкилметакрилаты с алкильными группами С8-С10. На рис. 1 показано, что зависимость концентрации полимеров, необходимой для заданного загущения указанных масляных основ, от их молекулярной массы имеет вид показательной функции (экспоненты) у = ах при 0 < а < 1. Кроме

того, характер кривой 1 показывает, что введение в состав полимерных цепочек, в дополнение к звеньям алкилметакрилатов С8—С10, ограниченного количества звеньев С4 или С12—С18 (10—20 мол. %) не влияет в заметной степени на загущающие свойства присадок — они укладываются в общую зависимость. В случае использования в качестве критерия эффективности индекса вязкости получаемых масел, зависимость загущающей способности полимеров от молекулярной массы меняется на обратную и соответствует экспоненте у = ах при а > 1. Это показано на рис. 2 на примере загущения другой масляной основы — И-20А, которая также может использоваться для производства гидравлических жидкостей (но эксплуатируемых в менее жестких низкотемпературных условиях). При этом зависимость для метакрилатного и акри-латно-метакрилатных сополимера оказалась общей. Следовательно, введение акриловых звеньев (в количестве до 50 мол. %) не оказывает существенного влияния на загущение масла при температурах 40-100 °С.

Картина кардинально меняется при проведении серий экспериментов по оценке влияния состава присадок на их низкотемпературные свойства. Для обеспечения низких температур застывания в моторные масла вводят небольшие концентрации депрессорных полиметакриловых присадок (обычно не более 0.3-1.0 мас. % ). В то же время для обеспечении требуемого уровня вязкости масел как при высоких, так и при резко отрицательных температурах, концентрации поли-метакриловых присадок могут существенно увеличиваться. Для гидравлических масел, в которых применяются более высокомолекулярные поли-метакрилаты, требуемые концентрации полимеров составляют 3-4 мас. %, а для авиационных или используемых в арктических условиях гидравлических масел концентрации загущающих присадок могут еще более возрастать из-за применения полимеров с более низкой молекулярной массой. Поэтому в проведенных в данной работе сериях экспериментов по определению влияния состава загущающих поли(мет)акриловых присадок на температуру застывания масел рассматр

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком