книги / Присадки к смазочным маслам (вопросы синтеза, исследования и применения присадок к маслам, топливам и полимерным материалам)
..pdfДля реакции применялся свежеперегнанный хлоропрен н изобутилен чистотой 97—98%. Расход триэтилалюминия соот ветствовал 1% на растворитель, а соотношение триэтилалю миния и четыреххлористого титана 1:4 и 1:2.
В табл. 1 приведены условия и результаты некоторых опытов сополимеризации изобутилена с хлоропреном.
Исследования показали, что при низких температурах (от —10 до —50°С) не проиходит сополимеризации изобути лена с хлоропреном. В этом случае образуется полиизобу тилен. Указанное подтверждается отсутствием в полимерах хлора (определение по методу Степанова), а также резуль татами инфракрасного спектрального анализа.
Положительные результаты сополимеризации были полу чены при более высоких температурах—0°С и выше. В этих условиях получаются сополимеры с молекулярным весом 2000—6000. Более высокое содержание хлора в сополимере (2,7%) достигается при температуре—7°С. При этом катали затор добавлялся к растворителю—изооктану—при темпера туре 20°С, а мономеры подавались в реактор при 0°С, после чего температура снижалась до—7°С; при этой температуре производилось дополнительное перемешивание реакционной смеси.
I Строение полученного в присутствии катализатора Циг лера—Натта сополимера изобутилена с хлоропреном было определено при помощи инфракрасной спектроскопии. .
Мы полагаем, что сополимер изобутилена с хлоропреном содержит двойные связи и имеет следующее строение:
—СН2-С Н -С Н 2-С Н 2-СН=СС1-СН2—СН2-С Н -С Н 2
При сравнении спектра сополимера изобутилена с хло ропреном (рис. 1) со спектром полиизобутилена (рис. 2), полученного в присутствии металлоорганического катализа тора, в области полос поглощения от 2000 см~1ао 700см~1у можно видеть, что спектры полностью совпадают за исклю чением полосы 1650 см~х слабой интенсивности, которую можно отнести к колебаниям связи С=С.
При рассмотрении спектра сополимера в области 2800— 3350 см~1 (рис. 3) видно, что в этой области присутствуют только полосы колебаний групп—СН2—и СН3—.
Полоса, характеризующая валентные колебания -СН2 груп пы, должна проявлятся в области 3000—31С0 см~*, однако в спектре сополимера она в этой области отсутствует. Таким образом, можно заключить, что в полимере таких групп нет, а двойная связь имеется в цепи полимера.
Ш
Наличие хлора в сополимере было обнаружено в области -частот 650—700 см~1. Определение по методу Степанова и элементарный анализ сополимера показали наличие в нем 2,7% хлора. Кроме того, двойная связь в сополимере слу жит доказательством того, что здесь имеет место реакция сополимеризации изобутилена с хлоропреном в присутствии катализатора Циглера—Натта.
Рис. 1. |
Рис. 2. |
|
На рис. 3 и 4 приведены графики |
спекторов в |
области |
полос поглощения 3100—2800 см -1 для |
полученных |
в при |
сутствии катализатора Циглера—Натта полиизобутилена и сополимера изобутилена с хлоропреном. На основании спект ров в этой области было выяснено количество—СН2— и —СН3 групп в полимерах.
В спектре указанного сополимера, как и в спектре полиизобутилена, интенсивности полос колебаний групп —СН2— и —СН3 равны и на одну группу—СН3 приходится^ две группы—СН2—. В данном случае мы видим подтверж дение структуры основной цепи полимеров и сополимеров, полученных в присутствии металлоорганического катализа тора. Структура эта характеризуется меньшей разветвлен ностью молекул по сравнению с молекулами соответствующих полимеров и сополимеров, полученных в присутствии га лоидных катализаторов [2, 3].
С целью получения многофункциональной присадки со полимер изобутилена с хлоропреном, имеющий молекуляр ный вес 2000, обрабатывался 10% пятисернистого фосфора
112
при температуре 120—150°С в растворе ксилола (200%). Полученный продукт имел молекулярный вес вдвое боль ший по сравнению с молекулярным весом исходного сопо лимера и содержал в своем составе 2,7% хлора, 6,5—7% серы и 1,5—2% фосфора.
ном при добавлении в количестве 3 и 5% увеличивает вяз кость при 100°С масла АС-6 от 6,8 соответственно до 7,99
190—8 |
113 |
Соотношение мо- |
Раствори |
Катализатор |
Температу |
Выход, % |
|||
триэтилалюсоотношение три- |
|||||||
номеровгнзобути- |
тель—изо |
||||||
лена и хлоропрена, |
октан, |
% на |
миний, % на |
этилалюминня и |
ра реакции, |
на смесь |
|
вес |
смесь |
моно |
.раствори-. |
четыреххлор. |
|
мономеров |
|
|
меров |
тель |
титана, мол. |
|
|
Т а б л и ц а Д
Мол. вес . Содержание хлора, 96]
80:20 |
200 |
1 |
1:4 |
- 5 0 |
81 |
22000 |
0.15 |
80:20 |
200 |
1 |
1:4 |
- 2 0 |
80 |
13400 |
0,20 |
80:20 |
200 |
1 |
1:4 |
—10 |
80 |
10600 |
0.20 |
80:20 |
200 |
1 |
1:4 |
0 /+ 7 |
82 |
2000 |
2,7 |
80:20 |
200 |
1 |
1:2 |
0 |
80 |
5300 |
0,97 |
80:20 |
200 |
1 |
1:1 |
0 |
50 |
6000 |
0,93 |
0:100 |
200 |
1 |
1:4 |
0/+20 |
70 |
нерастворимый |
полимер |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 2 |
|
|
|
Вязкостные |
свойства |
масла |
|
Вязкостные свойства |
масла |
||
Наименование |
Мол. |
|
АС-6 с 3% присадки |
|
АС-6 с 5% присадки |
||||
вязкость, сст |
1соотнош. |
вязкость, сст |
|
|соотношение |
|||||
продукта |
вес |
|
|
индекс |
вязкостей |
|
|
индекс |
|
|
|
при |
при |
при |
при |
вязкостей при |
|||
|
|
вязкости |
при 50 и |
вязкости |
|||||
|
|
50°С |
100°С |
|
100°С |
50°С |
100°С |
|
| 50 и 100°С |
Сополимер изобутилена с хло- |
2000 |
43,87 |
7,99 |
65,6 |
5,49 |
45,84 |
8,5. |
,73,2 |
5,40 |
ропреном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сополимер изобутилена с хло- |
4000 |
44,09 |
8,3 |
75,8 |
5,34 |
50.82 |
9,14 |
85,7 |
5,55 |
ропреном, обработанный пя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тисернистым фосфором |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и 8,5 сст, а индекс вязкости—от 57 до 65,6 и 73,2, то до бавление к этому маслу 3 и 5% сополимера, обработанного пятисернистым фосфором, увеличивает вязкость при 100°С до 8,3 и 9,14 сст, а индекс вязкости до 75,8 и 85,7 (табл. 2).
В результате исследования было выяснено, что обрабо танный пятисернистым фосфором сополимер изобутилена с хлоропреном обладает и другими функциональными свойст вами: при добавлении 3% его к маслу Д-11 он увеличивает термоокислительную стабильность этого масла от 29 до 110
мин, |
моющие свойства улучшает от 5—6 до 1—1,5 балла, |
|
а коэффициент лакообразования снижает до 0,07. |
||
Таким, образом, |
в результате проведенного исследования |
|
нами |
синтезирован |
не описанный в литературе сополимер |
изобутилена с хлоропреном, изучено, его строение и пока зано положительное влияние на вязкостные свойства масел. Сополимер изобутилена с хлоропреном, обработанный пятнсернистым фосфором, обладает хорошей термостабильностыо и моющими свойствами.
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
1. К у л и е в |
А. М., |
С а д ы х о в |
3. А., Л ев ши на |
А. |
М. |
АНХ, |
|
1962, .№ 3. |
А. М., |
С а д ы х о в |
3. А., |
Ле в ш и н а А. |
М., |
Веде - |
|
2. К у л и е в |
|||||||
н е е в а Л. Я. .Уч. зап. Азгосушшерситета |
им. С. М. Ки р о в а ' , |
сер. |
|||||
хим. паук', 2, 1964, 27. |
|
|
|
|
|
|
сферном давлении, но из-за высокой температуры процесса наблюдается коррозия аппаратуры.
Жидкофазный гидролиз хлористых алкилов обычно осу ществляется при температуре 100—200°С и соответствующем давлении. В качестве омыляющих средств при этом реко мендуется едкий натрий и едкий калий в виде водных рас творов различной концентрации. Для создания наилучших условий контакта хлоридов с омыляющими средствами при менялась эмульгатор-олеиновая кислота или водораствори мые соли сульфокислот.
По приведенным литературным данным [6] гидролиз амилхлоридов с целью получения амилового спирта в про мышленных условиях проводится в присутствии олеата нат рия и водного раствора едкого натра. Олеат натрия дей ствует как эмульгатор, кроме того, он может вступать в реакцию с амилхлоридами, образуя амилолеат,.который за тем гидролизуется водным раствором едкого натра. Реакция эта выражена следующими уравнениями:
Na-олеат
а) C6HnCl+NaOH--------- - C5HnOH-fNaCl б) CeHjjCl+Na-олеат------►С5НП олеат+NaCl в) СЬНП олеат+NaOH—►C5HnOH-f Na-олеат
Эмульгатор отделяется от продуктов реакции и вновь ис пользуется при омылении амилхлоридов.
Гидролиз хлорированного парафина проводился нами в условиях, аналогичных гидролизу амилхлоридов. Хлориро ванный парафин нагревали с 10%-ным раствором щелочи при температуре 190—200°С в течение нескольких часов.
В качестве эмульгатора к хлорированному парафину до бавляли 10% олеиновой или стеариновой кислоты. Содер жание спиртов' в полученной смеси определялось количест вом гидроксильной группы.
С целью увеличения выхода полученных жирных спиртов гидролиз хлорированного парафина проводился в различных условиях при изменении соотношения взятых реагентов, температуры и давления.
Продукт гидролиза после промывки водой до нейтраль ной реакции подвергался вакуумной перегонке с отбором фракции 180°—240&С (0,5 мм pm. cm,). Эта фракция по температуре кипения соответствовала жирным спиртам сос тава С20—С24 [2]. Полученная фракция, а также остаток от перегонки были проанализированы. В них определялось со держание гидроксильной группы, хлора и йодное число.
117
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1 |
|
|
Условия гидролиза |
Расход реагентов при |
Выход |
Анализ продуктов гид- |
||||
|
|
Про- |
гидролизе, |
% |
продук |
|
релиза |
|
Наименование продукта |
Темпера |
дол- |
Улл 110 %-нын |
Олеи |
тов гид |
|
|
Йод |
Давле жи- |
ролиза на Содержа Содержа |
|||||||
|
тура, °С |
ние, атм тель- |
водный |
новая |
хлорпа- |
ние ОН, |
ние хло |
ное |
|
|
ность, |
|
кис |
рафин, % |
% |
ра, % |
число |
|
|
я |
|
лота |
|
|
|
|
Продукт |
гидролиза |
хлорпа- |
190—200 |
12—14 |
20 |
100 |
12 0 |
10 |
65,0 |
2,8 |
||
рафина. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продукт, |
гидролиза |
хлорпа- |
220—230 |
14—18 |
18 |
10 0 |
12 0 |
10 |
79,0 |
2,9 |
||
рафина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продукт |
гидролиза |
хлорпа- |
240-250 |
18 -20 |
20 . |
100 |
120 |
, 10 |
79,0 |
2,9 |
||
рафина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фракция |
180—240°С (0,5 мм |
230-240 |
14-18 |
18 |
100 |
120 |
10 |
50,0 |
3,6 |
|||
pm. cm.), |
выделен, из |
продук |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
та гидролиза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Остаток |
после |
удаления |
из 230-240 |
14-18 |
18 |
100 |
120 |
10 |
30,0 |
4,5 |
||
продукта |
гидролиза |
фракции |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
180—240°С (0,5 мм pm. cm.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Фракция |
180—240°С (0,5 мм |
190-200 |
12—14 |
20 |
100 |
120 |
10 |
45,0 |
2,5 |
|||
pm. cm.),..выделен, из продукта |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
.гидролиза. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Остаток после |
удаления |
из |
190-200 |
12-14 |
20 |
100 |
120 |
10 |
23,0 |
2,5 |
||
продукта |
гидролиза |
фракции |
|
|
|
|
|
|
|
|
180—240°С (0,5 мм pm. cm.)]
0,5 |
10 ,0 |
.2,3' 14,5
отст. 11.0
отст. 12,15
отст, 11,7
0,8 10,5
1 1 .2
Условия проведения гидролиза, а также результаты ана лиза полученных продуктов приведены в табл. 1. Из этих данных видно, что содержание гидроксильной группы в продукте гидролиза хлорпарафина, выделенной из него
фракции 180—240°С (0,5 мм pm. cm.), а также |
в отстатке |
от вакуумной перегонки продуктов гидролиза, |
одного по |
рядка. Теоретическое значение содержания гидроксильных групп для спиртов, имеющих состав С20—С24, колеблется в среднем от 4 до 5%.
Полученные жирные спирты былй использованы в ка честве сырья для получения фосфор- и серасодержащих присадок. Реакция взаимодействия продуктов гидролиза с пятисернистым фосфором проводилась в трехгорлой колбе с механической мешалкой и обратным холодильником. К про дукту гидролиза, нагретого до 90°С, порциями подавался пятисернистый фосфор в количестве 25% на взятый продукт гидролиза. После подачи последнего смесь нагревалась при интенсивном перемешивании при температуре 125—130°С в течение 3—4 ч. По истечении данного времени продукт от делялся от непрореагировавшего пятисернистого фосфора и подвергался омылению гидратом окиси бария. Омыление проводилось при температуре 120— 125°С до получения про дукта, имеющего щелочную реакцию.
Реакция взаимодействия жирных спиртов с пятисернис тым фосфором и омыление полученного продукта гидра том окиси бария проводится в растворе веретенного масла (15—20% на продукт гидролиза). Полученная бариевая соль диалкилдитиофосфата после отделения от избытка гидрата окиси бария анализировалась.
Реакция взаимодействия пятисернистого фосфора с жир ными спиртами и омыления полученного продукта гидратом окиси бария протекают по следующим схемам.
2К О Н +РД ------►R° \ p f " S |
|
|
|
R Q / ' Ч |
н |
R ° .\P/ ' S |
+Ва(ОН)2— |
-RO |
/ Г Ч |
* > < ® в % |
|
RCT XSH |
|
RCK x S - B a - s x XRQ |
В табл. 2 приведены результаты физико-химического анализа синтезированных соединений, полученных взаимо действием пятисернистого фосфора с продуктом гидролиза и их бариевых солей.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
||
|
|
|
Содержание, |
% |
Кислотн. |
|||
Наименование |
продукта |
золы |
фосфора |
серы |
число, |
|||
мг |
КОН |
|||||||
|
|
|
||||||
Продукт |
гидролиза, |
обработанный |
|
3.6 |
7,8 |
30,0 |
||
P2S5 |
гидролиза, |
обработанный |
|
|||||
Продукт |
|
2.3 |
|
_ |
||||
PaS5 и Ва(ОН)., |
обработанная |
12 ,0 |
6.0 |
|||||
Фракция |
180—240°С, |
_ |
3.0 |
7,5 |
28,0 |
|||
P2S5 |
|
|
||||||
Фракция 180—240°С (0,5 мм рт.ст.), |
11,9 |
|
5,8 |
|
|
|||
обработанная P2S5 и Ва(ОН)3 |
2,0 |
— |
|
|||||
Таким образом, из продуктов гидролиза |
хлорпарафина |
|||||||
путем |
обработки |
их пятисернистым |
фосфором и гидратом |
окиси бария получается фосфор-, сера- и барийсодержащая присадка! Эта присадка была предварительно исследована на термическую и химическую стабильность.
Термическая стабильность была определена по методу Папок, а химическая по методу ВТИ при температуре 160°С.
Для испытания было взято масло Д-11 |
в смеси с 1,0 и |
||||||
1,5% |
этой присадки (табл. 3). |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3 |
|
|
|
|
|
Термическ. |
Анализ |
масла, окис |
|
|
|
|
|
ленного по методу |
|||
|
Наименование продукта |
стабиль |
ВТИ при температуре |
||||
|
ность по ме |
160°С в |
течение 14 я |
||||
|
|
|
|
тоду |
Папок, |
Осадок, |
Кислотное |
|
|
|
|
|
мин |
число, мг |
|
|
|
|
|
|
|
% |
КОН |
|
|
|
|
|
|
|
|
Масло |
Д-11 |
продукт гидролиза |
|
23 |
0,45 |
1,50 |
|
Масло Д-11 + 1% |
|
|
|
|
|||
хлорпарафина, обработ. P2S5 и |
|
78 |
0.0008 |
0.345 |
|||
Ва(ОН)2 |
|
этого продукта |
|
||||
Масло |
Д-11 + 1,5% |
|
90 |
0.001 |
0.360 |
||
Масло Д-11+1,0% фракц. 180—240°С |
|
|
|
|
|||
(0,5 мм pm. cm.), |
обработ. P2S5 и |
|
75 |
отст. |
0.320 |
||
Ва(ОН)2 |
|
|
|
||||
Масло Д-11-f 1,0% присадки ЛАНИ-317 |
61,0 |
0.0040 |
0.370 |
||||
Масло Д-11- fl % |
присадки ДФ-11 |
60,0 |
0.0040 |
0.658 |
|||
Масло Д-11 + 1 % |
присадки ИНХП-21 |
|
90 |
0,0050 |
0,50 |
||
Для сравнения приведены также результаты |
предвари |
||||||
тельных испытаний антиокислительных присадок |
ИНХП-21, |
||||||
ДФ-11 и ЛАНИ-317. |
что |
полученный диалкилди- |
|||||
Из данных таблицы видно, |
тиофосфат бария, синтезированный на основе жирных спир
120