Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров

Приведены результаты исследования антифрикционной эффективности ряда адамантансодержащих сложных диэфиров с различной длиной углеводородных радикалов в базовом синтетическом масле на основе эфиров пентаэритрита. Антифрикционные свойства молекул диэфиров объяснены реализацией в зоне фрикционного конт...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2001
Hauptverfasser:	Пилявский, В.С., Хильчевский, А.И., Петренко, А.Е., Головко, Л.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України 2001
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3945
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров / В.С. Пилявский, А.И. Хильчевский, А.Е. Петренко, Л.В. Головко // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 9-10. — С. 103-106. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-3945
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-39452025-02-23T19:17:39Z Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров Антифрикційні властивості адамантанвмісних складних диефірів Antifriction performances of adamantane-containing Diesters Пилявский, В.С. Хильчевский, А.И. Петренко, А.Е. Головко, Л.В. Приведены результаты исследования антифрикционной эффективности ряда адамантансодержащих сложных диэфиров с различной длиной углеводородных радикалов в базовом синтетическом масле на основе эфиров пентаэритрита. Антифрикционные свойства молекул диэфиров объяснены реализацией в зоне фрикционного контакта режима граничной смазки. Работа выполнена по проекту НТЦУ № 1310. Наведено результати досліджень антифрикційної ефективності низки адамантанвмісних складних диефірів з різною довжиною вуглеводневих радикалів у базовій синтетичній оливі на основі ефірів пентаеритриту. Антифрикційні властивості молекул диефірів пояснено реалізацією в зоні фрикційного контакту режиму граничного мастила. Робота виконана за проектом НТЦУ № 1310. Results of research of antifriction efficiency of lines adamantine-containing diesters with various lengths of hydrocarbonic radicals in base synthetic oil on the basis of pentaeritritol esters have been presented. Antifriction properties of diester molecules have been explained by realization a mode of boundary greasing in a zone of friction contact. The results of the works under the project STCU N 1310 have been presented in the article. 2001 Article Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров / В.С. Пилявский, А.И. Хильчевский, А.Е. Петренко, Л.В. Головко // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 9-10. — С. 103-106. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3945 621. 892 ru application/pdf Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Приведены результаты исследования антифрикционной эффективности ряда адамантансодержащих сложных диэфиров с различной длиной углеводородных радикалов в базовом синтетическом масле на основе эфиров пентаэритрита. Антифрикционные свойства молекул диэфиров объяснены реализацией в зоне фрикционного контакта режима граничной смазки. Работа выполнена по проекту НТЦУ № 1310.
format	Article
author	Пилявский, В.С. Хильчевский, А.И. Петренко, А.Е. Головко, Л.В.
spellingShingle	Пилявский, В.С. Хильчевский, А.И. Петренко, А.Е. Головко, Л.В. Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
author_facet	Пилявский, В.С. Хильчевский, А.И. Петренко, А.Е. Головко, Л.В.
author_sort	Пилявский, В.С.
title	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
title_short	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
title_full	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
title_fullStr	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
title_full_unstemmed	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
title_sort	антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров
publisher	Інститут бiоорганiчної хiмiї та нафтохiмiї НАН України
publishDate	2001
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/3945
citation_txt	Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров / В.С. Пилявский, А.И. Хильчевский, А.Е. Петренко, Л.В. Головко // Катализ и нефтехимия. — 2001. — № 9-10. — С. 103-106. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT pilâvskijvs antifrikcionnyesvojstvaadamantansoderžaŝihsložnyhdiéfirov AT hilʹčevskijai antifrikcionnyesvojstvaadamantansoderžaŝihsložnyhdiéfirov AT petrenkoae antifrikcionnyesvojstvaadamantansoderžaŝihsložnyhdiéfirov AT golovkolv antifrikcionnyesvojstvaadamantansoderžaŝihsložnyhdiéfirov AT pilâvskijvs antifrikcíjnívlastivostíadamantanvmísnihskladnihdiefírív AT hilʹčevskijai antifrikcíjnívlastivostíadamantanvmísnihskladnihdiefírív AT petrenkoae antifrikcíjnívlastivostíadamantanvmísnihskladnihdiefírív AT golovkolv antifrikcíjnívlastivostíadamantanvmísnihskladnihdiefírív AT pilâvskijvs antifrictionperformancesofadamantanecontainingdiesters AT hilʹčevskijai antifrictionperformancesofadamantanecontainingdiesters AT petrenkoae antifrictionperformancesofadamantanecontainingdiesters AT golovkolv antifrictionperformancesofadamantanecontainingdiesters
first_indexed	2025-11-24T15:56:18Z
last_indexed	2025-11-24T15:56:18Z
_version_	1849687831991025664
fulltext	Катализ и нефтехимия, 2001, №9-10 103 УДК 621. 892 © 2001 Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров В.С. Пилявский, А.И. Хильчевский, А.Е. Петренко, Л.В. Головко Институт биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины, Украина, 02094 Киев, ул. Мурманская,1; факс: (044) 573-25-52 Приведены результаты исследования антифрикционной эффективности ряда адамантансодержащих сложных диэфиров с различной длиной углеводородных радикалов в базовом синтетическом масле на основе эфиров пентаэритрита. Антифрикционные свойства молекул диэфиров объяснены реали- зацией в зоне фрикционного контакта режима граничной смазки. Работа выполнена по проекту НТЦУ № 1310. В современных высокофорсированных автомо- бильных двигателях из-за повышения термических нагрузок условия работы моторных масел значитель- но ужесточились. Температура масла в картере таких двигателей достигает 120 °С, на поверхности шатун- ных подшипников и стенках цилиндров превышает 150 °С, а температура поршневых канавок равняется более 300 °С [1]. Наиболее массовые минеральные моторные масла при таких температурах интенсивно окисляются и срок их замены недопустимо низок. Кардинальным направлением повышения термиче- ской стабильности моторных масел является приме- нение синтетических масел на основе эфиров пента- эритрита, полиальфаолефинов, кремнийорганических жидкостей [2]. Важнейшей проблемой при эксплуатации мотор- ных масел в условиях повышенных температур явля- ется обеспечение необходимых антифрикционных и противоизносных свойств масла на протяжении всего срока его эксплуатации. При реализации в зоне фрик- ционного контакта температур, превышающих 150 °С, традиционные антифрикционные и противоизносные присадки интенсивно десорбируются с металлических поверхностей с последующим выгоранием в надпорш- невом пространстве двигателя, подвергаются термоде- струкции или расходуются в результате химического взаимодействия с поверхностями трения. В результате таких необратимых процессов уменьшается концен- трация активных компонентов в масле, ухудшаются его смазочные свойства и масло требует замены. Качественный скачок в повышении ресурса экс- плуатации моторных масел может быть достигнут лишь в результате разработки присадок, обеспечи- вающих смазочное действие по нетрадиционным ме- ханизмам при минимальном необратимом расходова- нии их в зоне фрикционного контакта. Адамантансодержащие соединения, обладающие исключительно высокой термической и антиокисли- тельной стабильностью, при их хорошей растворимо- сти в минеральных и синтетических маслах представ- ляют особый интерес в аспекте обозначенной пробле- мы. В литературе [3] известны примеры использования адамантансодержащих диэфиров в качестве турбин- ных высокотемпературных масел, а также добавок к синтетическим моторным маслам. Антифрикционные свойства и механизм действия их не исследованы. Эти соединения не содержат реакционноспособных функ- циональных групп, вступающих в химические реакции с поверхностью металлов. Можно предположить, что вследствие повышенной электронной плотности на кислороде карбонильных групп молекулы адамантан- содержащих диэфиров могут адсорбироваться на по- верхности металлов с образованием тонких пленок планарной ориентации. Такие слои должны обладать повышенной адгезией и термической устойчивостью по сравнению со слоями нормальной ориентации, формируемыми при адсорбции на поверхности метал- лов классическими антифрикционными присадками с выраженными дипольными свойствами типа жирных кислот и спиртов. В тоже время наличие у адамантан- содержащих диэфиров гибких углеводородных цепей, ориентирующихся при адсорбции по направлению к жидкой фазе масла, обеспечивает способность таких слоев уменьшать сопротивление сдвигу в процессе трения. В данной работе исследованы антифрикционные свойства ряда сложных диэфиров диоксиметиладаман- тана и карбоновых кислот следующей структурной формулы: A d C H 2 - O - C - O C H 2 - O - C - O R R R = C 5H11, C11H23 , C17H35. Экспериментальная часть Синтез адамантансодержащих сложных диэфи- ров. Адамантансодержащие сложные эфиры(VIII) бы- ли получены алкоголизом хлорангидридов соответст- 104 Катализ и нефтехимия, 2001, №9-10 вующих жирных кислот действием 1,3-диоксиметил- 5,7-диметиладамантана, который синтезировали мно- гостадийным методом из дешевого и доступного аце- нафтена, выделяемого из соответствующей фракции каменноугольной смолы. Общая схема получения целевых продуктов приве- дена ниже: H2, Ni AlCl3 I II Br Br AlCl3 Br2 HCOOH oleum III IV COOH COOH CH3OH COOCH3 COOCH3 V VI CH2OH CH2OH LiAlH4 CH2OCOR CH2OCOR RCOCl VII VIII R = C5H11; C11H23; C17H35 Синтез осуществлялся по описанным в литературе методикам, но в ряде случаев они с целью упрощения и удешевления были модифицированы. В частности, при бромировании 1,3-диметиладамантана(III) ис- пользовали бром квалификации “ч” без предвари- тельной очистки и высушивания в количестве, на 40 % меньшем, чем рекомендует методика [4]; на стадии карбоксилирования (превращение IV в V) в отличие от методики [5] применяли дешевую 85%-ю муравь- иную кислоту в 13%-м олеуме. Выбор последней ста- дии – алкоголиз хлорангидридов жирных кислот дио- лом (VII) – определялся тем, что все побочные про- дукты реакции или улетучивались либо отмывались водой, а конечный продукт не нуждался в дополни- тельной очистке. Методика трибологических испытаний. Триболо- гические испытания антифрикционных свойств ада- мантансодержащих диэфиров проводили на четырех- шариковой машине трения при следующих условиях. Схема контакта: 3 нижних неподвижных шарика – верхний вращающийся шарик; материал: шарикопод- шипниковая сталь ШХ15, шероховатость поверхностей шариков менее 0,1 мкм. Нагрузка при испытаниях со- ставляла 200 Н, частота вращения верхнего шарика – 1800 мин -1, продолжительность испытаний – 60 мин. Объем испытываемой смазочной композиции – 10 см3. Начальная температура масла при каждом испытании –20 °С, в процессе испытаний масляная ванна самопро- извольно разогревалась за счет тепловыделения при трении до средней объемной температуры 60–80 °С. Критериями оценки смазочных свойств исследуе- мых соединений являлись значение и динамика изме- нения коэффициента трения, а также средний диаметр пятен износа нижних шариков и характер поверхности трения после испытаний. Коэффициент трения рассчи- тывали по величине момента трения непрерывно реги- стрируемого с помощью тензодатчиков. В качестве эталонного базового масла использовали синтетическое масло HATCOL 5068 (производства фирмы HATCO, США), представляющее собой фрак- цию перегонки продукта этерификации пентаэритрита смесью кислот средней молекулярной массы. По дан- ным ЯМР и жидкостной хроматографии, средняя мо- лекулярная масса базового масла HATCOL 5068 равна 696, а брутто-формула – соответственно C41H76O8 . Результаты и их обсуждение На рис.1 приведены величины коэффициентов тре- ния при испытаниях базового масла и базового масла с добавлением мас. долей 1 % адамантансодержащих сложных диэфиров с различной длиной углеводород- ного радикала. Рис. 1. Величина коэффициента трения в начале (I) и в конце (II) процесса испытаний: 1 – в синтетическом базо- вом масле HATCOL 5068; 2 – в масле с добавкой мас. до- лей диэфиров 1 % при длине углеводородного радикала R = C5H11; 3 – в масле с добавкой мас. долей диэфиров 1 % при длине углеводородного радикала R = C11H23; 4 – в масле с добавкой мас. долей диэфиров 1 % при длине углеводородного радикала R = C17H35 II 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 1 2 3 4 К оэ фф иц ие нт т ре ни я I Катализ и нефтехимия, 2001, №9-10 105 Как следует из полученных результатов, все иссле- дованные диэфиры уменьшают величину коэффици- ента трения. При этом максимальное его снижение отмечается на начальной стадии процесса фрикцион- ного взаимодействия и составляет 40, 36 и 45 % для диэфиров с R = C5H11,C11H23, C17H35 соответственно. В конце процесса испытаний относительная вели- чина снижения трения в средах с добавками присадок по отношению к значению коэффициента трения в базовом масле несколько меньше, чем на начальной стадии процесса, и равнялась 15, 15 и 25 % для приса- док с R = C5H11,C11H23, C17H35. Таким образом, максимальное снижение трения как в начале, так и в конце процесса фрикционного взаи- модействия обеспечивает диэфир с длинными углево- дородными радикалами C17H35. Результаты измерения диаметров пятен износа на стальных шариках после трибоиспытаний в разных средах (рис. 2) показали, что добавление адамантансо- держащих сложных диэфиров в синтетическое базовое масло приводит к увеличению износа. Рис. 2. Влияние адамантансодержащих диэфиров с раз- личной длиной углеводородного радикала R на диаметр пятна износа после трибоиспытаний: 1 – в синтетическом базовом масле HATCOL 5068; 2 – в масле HATCOL 5068 c добавкой мас. долей диэфира 1 % при R = C5H11; 3 – в масле HATCOL 5068 с добавкой мас. долей диэфира 1 % при R = C11H23; 4 – в масле HATCOL 5068 с добавкой мас. долей диэфира 1 % при R = C17H35 Для соединений с длинными углеводородными ра- дикалами C11H23 и C17H35 увеличение диаметра пятна износа незначительное (в пределах 5 %). В случае мо- лекул c коротким радикалом C5H11 увеличение диамет- ра пятна износа по сравнению с чистым маслом на- много больше – около 20 %. При этом отмечаются также существенные различия в состоянии поверхно- стей трения. После испытаний в масле с добавками длинных молекул диэфиров поверхность трения глад- кая, без видимых повреждений и царапин, пятна изно- са имеют четкую округлую форму. Для случая же ис- пытаний в базовом масле с добавкой коротких молекул диэфиров на поверхности трения наблюдаются следы схватывания, задиров и микроцарапины. Пятна износа овальной формы с большей длиной в направлении трения. На основании этих данных можно сделать вы- вод, что диэфиры с короткой длиной углеводородных цепей не обеспечивают экранизацию поверхностей трения при условиях испытаний. На первый взгляд уменьшение величины коэффи- циента трения при добавлении в масло диэфиров с од- новременным увеличением износа можно было бы объяснить эффектом приработки металлических по- верхностей. Однако тот факт, что снижение трения под влиянием присадок имеет место и на начальной стадии испытаний, причем по величине оно больше, чем на конечной стадии (рис. 1), не позволяет принять такое объяснение. В данной ситуации увеличение диаметра пятна износа, скорее, является следствием, а не причи- ной снижения коэффициента трения. В соответствии с фундаментальными представле- ниями теории трения [7] при фрикционном взаимодей- ствии металлов между контактными поверхностями могут реализовываться различные режимы смазки: гидродинамический, граничный и трение твердых фаз. Режим смазки определяется эффективным расстояни- ем между твердыми фазами, которое, в свою очередь, зависит от характеристик смазочной жидкой фазы и от энергосиловых условий на контакте – давления, тем- пературы и времени действия нагрузки. C точки зрения антифрикционного и противоиз- носного действий величина оптимального сближения твердых фаз неодинакова. Наиболее эффективные противоизносные присадки должны создавать на кон- тактной поверхности толстые многослойные пленки толщиной свыше 100 нм [8], препятствующие сближе- нию металлических поверхностей на меньшее рас- стояние. Минимальное значение потерь энергии на трение в связи с немонотонностью зависимости величины тре- ния от сближения (рис. 3) достигается при сближении твердых фаз на расстояние соизмеримое с длиной мо- лекул. Поэтому для максимальной реализации анти- фрикционного действия в режиме граничной смазки присадки должны формировать на поверхности метал- лов тонкие экранирующие монослойные покрытия (1– 10 нм). Однако при таких сближениях возрастает веро- ятность схватывания металлических поверхностей и развития задиров. На практике в большинстве узлов трения преиму- щество отдается противоизносному действию приса- док в ущерб антифрикционному. В двигателях внутреннего сгорания образование на металлических фрикционных поверхностях толстых пленок весьма нежелательный процесс. Коэффициент теплопроводности органических пленок и неорганиче- ских фосфатных, сульфидных и подобных противоза- дирных слоев на два и более порядка меньше, чем у металлов, поэтому такие теплоизолирующие покрытия 0,7 0,9 1,1 1 2 3 4 Д иа ме тр п ят на и зн ос а, м м 106 Катализ и нефтехимия, 2001, №9-10 значительно ухудшают теплоотвод от зоны фрикцион- ного взаимодействия колец с цилиндрами и поршнями. В результате этого масляный слой испытывает допол- нительный перегрев, а значит, ускоряется процесс сра- батываемости масла. Рис. 3. Общий вид зависимости коэффициента трения от сближения твердых тел: 1 – гидродинамический ре- жим, 2 – режим граничной смазки, 3 – трение твердых фаз (по [7]) Поэтому для прецизионных поверхностей трения, у которых шероховатость не превышает 0,1 мкм (так называемые зеркальные поверхности), особенно при эксплуатации их в условиях повышенных температур, на первый план выступает антифрикционное действие. Ведь уменьшение трения в зоне контакта при одно- временном улучшении теплоотвода из-за минимиза- ции расстояния между металлическими поверхностя- ми способствует снижению теплового воздействия на масло и, таким образом, продлению его срока службы. Исследованные адамантансодержащие сложные диэфиры с длиной углеводородных радикалов С11Н23 и выше, обеспечивающие на зеркальных металлических поверхностях режим граничной смазки вследствие формирования тонких экранирующих пленок, могут быть использованы в качестве эффективных модифи- каторов трения. Применение таких компонентов в мо- торных маслах позволит существенно снизить расход топлива и масла при работе двигателей внутреннего сгорания. Литература 1. Кламанн Д., Смазки и родственные продукты, Москва, Химия,1988. 2. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости: Справ. изд-е, Под ред. В.М. Школьникова, Москва, Химия, 1999. 3. Багрий Е.И., Адамантаны: получение, свойства, применение, Москва, Наука, 1989. 4. Stetter H., Wulff C., Chem. Ber.,1960, 93, 1366. 5. Koch H., Franken J., Brennst. Chem., 1961, 42 (3), 90. 6. Baldwin B.A., ASLE Trans., 1985, 28 ( 3), 381. 7. Бакли Д., Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии, Москва, Машино- строение, 1986. 8. Заславский Ю.С., Трибология смазочных мате- риалов, Москва, Химия, 1991. Поступила в редакцию 31 октября 2001 г. Антифрикційні властивості адамантанвмісних складних диефірів В.С. Пилявський, А.І. Хільчевський, А.Є. Петренко, Л.В. Головко Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1; факс: (044)573-25-52 Наведено результати досліджень антифрикційної ефективності низки адамантанвмісних складних ди- ефірів з різною довжиною вуглеводневих радикалів у базовій синтетичній оливі на основі ефірів пента- еритриту. Антифрикційні властивості молекул диефірів пояснено реалізацією в зоні фрикційного кон- такту режиму граничного мастила. Робота виконана за проектом НТЦУ № 1310. Antifriction performances of adamantane-containing diesters V.S. Piljavsky, A.I. Khilchevsky, A.E. Petrenko, L.V. Golovko Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, 1, Murmanska Str., Kyiv, 02094, Ukraine, Fax: (044) 573-25-52 Results of research of antifriction efficiency of lines adamantine-containing diesters with various lengths of hy- drocarbonic radicals in base synthetic oil on the basis of pentaeritritol esters have been presented. Antifriction properties of diester molecules have been explained by realization a mode of boundary greasing in a zone of friction contact. The results of the works under the project STCU N 1310 have been presented in the article.

Антифрикционные свойства адамантансодержащих сложных диэфиров

Institution

Ähnliche Einträge