Высокотемпературные цепные масла на сложных эфирах

Синтетические сложные эфиры используются в различных смазочных материалах уже более 60 лет. Их использование хорошо известно, например, в авиационных турбинных маслах, маслах для воздушных компрессоров, маслах для высокотемпературных цепей, маслах для 2-тактных и гоночных двигателей или даже в гидравлических маслах со сверхнизкими температурами.

1. Традиционное использование синтетических сложных эфиров

Использование синтетических сложных эфиров хорошо известно в ряде конкретных применений, где давно используются их высокая термическая стабильность, превосходная чистота, естественная смазывающая способность и полярность.

1.1 Полярные агенты

Одно из наиболее традиционных применений сложных эфиров - как полярная добавка к неполярным углеводородам, таким как полиальфаолефины. В таких базовых жидкостях диэфиры, в частности, используются в качестве:

- агенты набухания уплотнения для уменьшения усадки уплотнения

- диспергирующие агенты в жидкостях;

- вспомогательные вещества, повышающие растворимость в вязких неполярных средах.

1.2 Авиационные газовые турбины

В авиационных или наземных газовых турбинах сложные эфиры неополиола использовались в течение десятилетий из-за их способности выдерживать температуры до 220 ° C в массе с отличным контролем отложений на горячих металлических деталях (до 375 ° C), либо в жидкой, либо в паровой фазе. Кроме того, также требуются отличные характеристики при низких температурах (температура застывания обычно ниже -54 ° C), которые также обеспечивают сложные эфиры неополиола.

1.3 Воздушные компрессоры

В ряде объемных воздушных компрессоров камеры сжатия смазываются (поршневые, лопастные и винтовые компрессоры), подвергая масло повышенным температурам, обычно до 230 ° C. Сложные эфиры, особенно диэфиры (фталаты), используются из-за их низкой летучести, обеспечения более чистого воздуха и их низкой склонности к коксованию, что защищает оборудование от возможных повреждений, что защищает оборудование от возможного самовоспламенения углеродистых отложений или проблем с заеданием клапана, ведущих к возможным взрывам.

1.4 Высокотемпературные цепи

Низкая летучесть сложных эфиров, наряду с их высокой устойчивостью к термоокислению и низкими свойствами образования отложений, уже давно используются в высокотемпературных цепных маслах для минимизации образования липких и углеродистых остатков и сохранения смазывающей способности с течением времени. Кроме того, высокие температуры вспышки, обеспечиваемые синтетическими сложными эфирами (до 325 ° C), придают таким продуктам дополнительные характеристики безопасности. В таких составах, в частности, использовались сложные диэфиры и триэфиры (тримеллитаты).

1.6 Холодильные компрессоры

Это основной рынок сбыта сложных эфиров неополиола. Переход на хладагенты, не разрушающие озоновый слой (ГФУ), вызвал потребность в высокополярных смазочных материалах, демонстрирующих хорошую смешиваемость и химическую совместимость с ГФУ. Эфиры неополиола также демонстрируют хорошие свойства текучести на холоде, высокую термическую стабильность и отличную смазывающую способность.

2. Отношения между структурой и свойствами

2.1 Полярность

Химическая функция сложного эфира показывает постоянный диполь из-за электроотрицательности кислорода (рис. 1). Эта внутренняя полярность имеет ряд последствий и придает определенные свойства, представляющие интерес с точки зрения смазки:

Рис.1

Постоянные диполи притягиваются друг к другу за счет электростатических сил. Такие межмолекулярные силы примерно в 100 раз слабее ковалентных связей и в 5 раз слабее водородных связей. Они имеют большую внутреннюю когезию по сравнению с чистыми углеводородами, что приводит к более низкой летучести и скорости испарения (сложный неополиоловый эфир 4 мм2 / с при 100 ° C может показывать летучесть NOACK - 1 час при 250 ° C примерно 7%) и, следовательно, выше точки воспламенения. Синтетические эфиры могут иметь температуру вспышки до 310 ° C при ISO VG 46. Кроме того, длинные линейные углеродные цепи в сложноэфирных структурах дополнительно снижают летучесть.

Отрицательно заряженный кислород из-за химической функции сложного эфира будет связываться с положительно заряженными участками металлических поверхностей. В смешанном или граничном режиме смазки сложные эфиры будут прилипать к поверхности и в некоторой степени обеспечивать защиту от трения и износа благодаря своему естественному сродству с металлическими поверхностями.

В результате сложные эфиры можно рассматривать как модификаторы трения (или «смазывающие вещества»), способные снижать коэффициенты трения и износ в условиях умеренных нагрузок. Длинные линейные углеродные цепи улучшают противоизносные свойства и улучшают трение.

Сосуществование полярных центров с неполярными углеводородными цепями придает сложным эфирам амфифильные свойства: они проявляют диспергирующие и моющие свойства. В результате сложные эфиры действительно способствуют минимизации образования отложений и лаков на поверхностях и помогают удерживать продукты окисления во взвешенном состоянии. Кроме того, сложные эфиры также помогают растворять плохо растворимые добавки в неполярных базовых жидкостях с помощью аналогичных механизмов.

Сложные эфиры (особенно диэфиры) являются очень хорошими пластификаторами. Их полярность заставляет их взаимодействовать с рядом полимеров. Измерение анилиновой точки (ASTM D611), первоначально использовавшейся в качестве индикатора ароматичности масел, также может дать оценку потенциального воздействия сложных эфиров на полимеры.

Обычно анилиновая точка около 10 ° C, что намного ниже, чем у любого углеводорода, включая нафтеновые или ароматические углеводороды. Как следствие, сложные эфиры могут использоваться в качестве агентов набухания уплотнения, особенно в неполярных средах, где эластомерные уплотнения могут давать усадку.

3 Термоокислительная стабильность сложных эфиров

3.1 Термическая стабильность

При повышенных температурах сложные эфиры подвергаются термическому разложению, в котором кислород не играет никакой роли.

С этой точки зрения химическая функция сложного эфира может рассматриваться как слабое место, поскольку она может подвергаться β-элиминированию, что приводит к образованию алкенов и кислот (рис. 2). Такая реакция, вероятно, становится значительной при температурах от 275 ° C до 315 ° C. Однако такие металлы, как железо или медь, будут иметь сильный каталитический эффект и резко снизят температуры, при которых происходит эта реакция, примерно до 200 ° C

Рис. 2

Использование неопентильных структур (рис. 6), в которых водород отсутствует β -положении кислорода, подавляет любую возможность-элиминирования и значительно улучшает, де-факто, термическую стабильность сложных эфиров. Такие структуры называются сложными эфирами неополиола.

3.2 Окислительная стабильность

Первым этапом общепринятых механизмов окисления является поглощение кислородом атома водорода, в результате чего образуется свободный радикал. Ожидается, что группы –CH2- спиртовых цепей обладают высокой реакционной способностью, однако они защищены стерическим препятствием со стороны кислотных цепей на эфирах неополиола. В результате –CH2- группы кислотных цепей становятся основными центрами атаки кислорода.

В кислотной цепи атомы водорода проявляют различную реакционную способность по отношению к кислороду в зависимости от своего положения. Наиболее вероятно окисление атомов водорода, связанных с третичными и вторичными атомами углерода, т.е. группами –CH- и CH2-. Это напрямую связано с термодинамической стабильностью образующегося свободного радикала. Следовательно, если количество атомов водорода –CH3- увеличивается по сравнению с числом атомов водорода –CH2- и –CH-, кинетика реакций окисления замедлится, а устойчивость к окислению повысится. Прямым следствием этого является: чем короче кислотные цепи, тем более устойчива структура к окислению (меньше –CH2-); чем более разветвлены кислотные цепи, тем более устойчива структура против окисления (больше –CH3-, дополнительная защита от стерических препятствий).

Реакции окисления, как и реакции термического разложения, сильно катализируются переходными металлами (в частности, железом).

3.3 Коксуемость

Какой бы ни была их структура, сложные эфиры (как и любые другие соединения) в конечном итоге начинают разлагаться при повышенных температурах.

Для применений со сверхвысокими температурами (например, масла для цепей печей) необходимо поднять вопрос о том, что происходит, когда масло практически «горит»:

масло может полимеризоваться, становиться вязким и образовывать шлам и нерастворимые твердые частицы;

может образовывать кокс (твердые углеродистые отложения на поверхности);

масло также может разлагаться и распадаться на легкие летучие фракции.

Сложные эфиры показывают выделение газа в процессе окисления (CO2, H2 и CO), и некоторые структуры будут отдавать предпочтение таким путям разложения, которые сохраняют чистоту при работе по сравнению с механизмами полимеризации и коксования. Считается, что именно такие химические реакции разложения будут благоприятствовать сильно разветвленным структурам.

Чистота - это не только вопрос устойчивости к окислению: она также связана со способностью масла чисто разлагаться.

Сложные эфиры неополиола с высокой степенью разветвления будут сильно сопротивляться повышенным температурам и в конечном итоге будут чисто разлагаться, оставляя мало или совсем не оставляя остатков. Например, полностью разветвленный сложный эфир неополиола начинает проявлять начальные признаки разложения примерно при 210 ° C.

Масла для цепей

Износ цепи чаще всего происходит из-за неправильной или недостаточной смазки шарниров (рис.3).

Рис. 3

Важно подбирать тип масла и вязкость с учетом температурных условий работы цепи, скорости, а также способов подачи масла и других дополнительных факторов, как например, запыленность оборудования или повышенная влажность в помещении.

Во всех цепных маслах, работающих при высоких температурах до +250℃, Setral использует в составе сложные эфиры и присадки. Преимущества сложных эфиров по сравнению с другими типами масел были подробно расписаны в предыдущих абзацах.

Setral в своей линейке предлагает широкий ассортимент высокотемпературных цепных масел (рис.4).

                     Рис.4

FLUID-setral-SHT 260 MT – универсальное цепное масло. Для смазки цепей и тросов до

+ 250 ° C.

Типичные области применения: транспортеры, приводные и управляющие цепи в сушилках, термоусадочных печах, паровых системах горячего водоснабжения, окрасочных линиях, печатных машинах, конвейерах и т. д. во всех отраслях промышленности.

Техническая служба setral всегда готова найти решение для ваших условий.