использование хлорированного лигнина в качестве противозадирной присадки в смазочных композициях для тяжелонагруженных узлов трения

Формула изобретения

Использование хлорированного лигнина в качестве противозадирной присадки в смазочные композиции для снижения износа в тяжелонагруженных узлах трения, например в системах трения колесо - рельс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и конкретно касается уменьшения износа в тяжелонагруженной паре трения колесо-рельс при прохождении поездом криволинейных участков пути.

Наиболее эффективным способом снижение износа колеса подвижного состава и боковой поверхности рельса на криволинейных участках пути является нанесение в зону контакта смазки [1], которая, как правило, представляет собой сложную композицию, содержащую различные присадки, повышающие эффективность действия применяемого базового масла.

Для предотвращения износа используют протвоизносные, а для тежело нагруженных узлов трения - противозадирные присадки, которые по химическому составу относятся к разным классам органических соединений, содержащих в своем составе хлор, серу, фосфор [2]. Действия хлоросодержащих присадок проявляется, главным образом, в условиях задира. При трении хлоросодержащие присадки на поверхности металла образуют пленки хлоридов железа, которые снижают задир. В качестве хлоросодержащих противозадирных присадок используются как индивидуальные хлорорганические соединения (например, гексахлорэтан, октахлорциклопентен, гексахлорциклопентадиен и др.), а также смеси (например, хлорированный парафин, смесь тетра- и пентахлордифенилов и т.п) [3]. Однако, как правило, такие присадки достаточно дороги и относятся к высокотоксичным соединениям.

Известно использование в качестве присадки полимерных хлорсодержащих соединений (например, низкомолекулярного поливинилхлорида) [4]. Эффективность использования хлорсодержащих присадок во многом определяется присутствием в их составе других функциональных групп, которые, вероятно, облегчают адгезию присадки на поверхности металла, что в процессе трения способствует более легкому образованию хлоридов железа. Однако такие соединения, как хлорфенол или хлорнитробензол относятся к высокотоксичным и экологически опасным соединениям.

В данном техническом решении предполагается использование в качестве противозадирной присадки хлорированного лигнина, содержащего 7-20% хлора. Лигнин - природный полимер, является отходом производства целлюлозно-бумажной и гидролизной промышленности [5]. Лигнин легко хлорируется электрохимически, с применением хлорной воды или гипохлоритов [6]. Содержание хлора в полученном хлорлигнине зависит от используемого хлорирующего агента, условий хлорирования и типа используемого лигнина, и может составлять до 30%. По данным многих авторов атомы хлора при хлорировании лигнина вступают как в ароматическое кольцо, так и в алкильные цепи. Хлорированный лигнин находит ограниченное применение. Например, известно [7], что на его основе могут быть получены полисульфидные полимеры, которые также имеют ограниченное применение. Поэтому расширение сфер применения хлорлигнина является важной технической задачей. Известно, что сам лигнин может выступать в качестве антифрикционной компоненты в смазочных композициях для лубрикации рельсов [8]. Использование хлорированного лигнина по новому назначению, предлагаемому в данном техническом решении, позволяет вводить в композиции одновременно противозадирную присадку.

Для введения в смазочные композиции хлорированный лигнин с содержанием хлора 7-20% необходимо подвергнуть тщательному помолу для достижения размера частиц меньше 0,15 мм (просеивание через сито 0,145 мм). При смешении со смазочным маслом (например, отработанным дизельным маслом) в присутствии загустителя (например, низкомолекулярного полиэтилена) образуется достаточно устойчивая консистентная дисперсная система, защитный эффект который был испытан на машине трения МИ-1М [9]. Результаты испытания композиций, содержащих 10% хлорлигнина (с содержанием хлора 7, 14 и 20%), 65% - низкомолекулярного полиэтилена и 25% отработанного дизельного масла представлены в таблице. Испытуемые ролики на машине трения моделируют взаимодействие в системе колесо-рельс. Величина износа определялась путем взвешивания роликов на аналитических весах с точностью до 0,001 г.

Как видно из данных таблицы 1, для эффективной работы присадки не требуется высокое содержание хлора. По-видимому, это связано с тем, что при содержании хлора ~ 14% с поверхностью металла взаимодействуют все доступные атомы хлора, а дальнейшее увеличение содержания хлора нецелесообразно, т.к. оно приводит лишь к незначительному снижению износа.

Литература

1. Карпущенко Н.И. Смазка - единственный способ предупреждения износа // Путь и путевое хозяйство. 2000. № 2. С.15-18.

2. Кулиев А.М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. Л.: Химия. 1985. 312 с.

3. Виноградова И.Э. Противоизносные присадки к маслам. М.: Химия. 1972, 272 с.

4. Пат. ФРГ 807421 (1950).

5. Никитин В.М., Оболенская О.В., Щеголов В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: 1978.

6. Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. 1983, 212 с.

7. Авторское свидетельство СССР № 933669. 1982.

8. Пат. RU 23108013. Воротилкин А.В. и др. Композиция для снижения износа в паре трения колесо-рельс. Опубл. 27.02.2008. Бюл. № 6.

9. Зозуля В.Д. и др. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев. 1990.

Таблица 1
Пример	Содержание хлора в хлорлигнине, %	Продолжительность испытания, ч	Износ роликов, г
Подвижный ролик	Неподвижный ролик
1	7	18	0,063	0,135
2	14	18	0,058	0,136
3	20	18	0,068	0,128
4	без присадки	18	0,352	0,414
5	без смазки	6	1,612	1,784