Синтетические углеводородные масла
Изучение свойств индивидуальных высокомолекулярных метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов показало, что наиболее желательными компонентами смазочных масел в отношении их вязкостно-температурных свойств следует считать:
1) изопарафиновые углеводороды с длинной разветвленной цепью в центре молекулы углеводорода;
2) малоциклические нафтеновые и ароматические углеводороды с длинными мало разветвленными алкильными цепями.
Эти углеводороды обладают сравнительно высоким индексом вязкости и низкими температурами застывания.
Развитие синтеза органических веществ, которые могут быть использованы в качестве смазочных материалов, связано с именем А.М. Бутлерова.
Действием серной кислоты, флористого водорода и других катализаторов на олефины А.М. Бутлеров в 1873 г. впервые получил синтетические масла. В дальнейшем исследовательские работы по синтезу смазочных масел и по промышленному оформлению таких синтезов были направлены на изучение реакций полимеризации газообразных и жидких олефинов и алкилирование их в присутствии различных катализаторов.
Скорость полимеризации олефинов находится в обратной зависимости от величины их молекулы. Пропен легче полимеризуется, чем н-октен, а последний легче, чем н-октадецен.
Изучение химического строения исходных для полимеризации чистых синтетических олефинов и реакций их полимеризации показало, что полимеры с высоким индексом вязкости получаются из олефинов с прямой цепью и двойной связью в а-положении. Олефины, имеющие двойную связь в центре молекулы, дают масла с более низким индексом вязкости. Масла, полученные полимеризацией олефинов с более длинной углеродной цепью, имеют более высокий индекс вязкости.
С введением боковых цепей или, как ранее было показано, циклов в молекулу углеводорода индексы вязкости ухудшаются пропорционально степени алкилирования или циклизации. Чем больше форма молекулы приближается к сферической, тем ниже индекс вязкости углеводорода.
Метановые углеводороды с прямой цепью имеют более высокую температуру плавления, чем разветвленные углеводороды такого же молекулярного веса. Так, температуры плавления триаконтана, 2,6,10,15,19,23-гексаметилтетракозана и 5,7,9,12,14,16-гексаэтилоктадекана, соответственно +66, -35 и -51С. Введение циклоалкильных, циклогексильных и фенильных групп в углеводородную цепь также вызывает понижение температуры застывания.
Из изложенного следует, что структурные требования в отношении индекса вязкости диаметрально противоположны требованиям в отношении низких температур застывания.
Следовательно, при синтезе высококачественных смазочных масел эти противоположные требования должны соответствующим образом балансироваться. Кроме того, должны учитываться и те требования, которые предъявляются к стабильности масел при окислении.
Наметкин и Руденко установили, что при полимеризации олефинов в присутствии хлористого алюминия наряду с реакциями полимеризации идут реакции гидрополимеризации и дегидрополимеризации с образованием полимеров предельного и непредельного характера.
Наиболее пригодными для низкотемпературной полимеризации являются олефины с четырьмя и пятью углеродными атомами и преимущественно изостроения.
Получению синтетических масел из различного промышленного сырья посвящены многочисленные работы советских и зарубежных исследователей. Жердевой, Гухман и Андреевой получены синтетические масла из олефинов крекинга парафина и дистиллятов смешанного основания. Наиболее благоприятными вязкостно-температурными свойствами обладают синтетические масла из олефинов крекинга парафина. Жередва и Возжинская детально изучали низкотемпературные свойства синтетических масел в зависимости от индекса вязкости. Лучшими вязкостно-температурными свойствами, обладают синтетические масла, имеющие индекс вязкости более 100.
Качественные преимущества синтетических масел перед маслами нефтяного происхождения послужили основанием для развития производства новых смазочных материалов, для удовлетворения требований новой техники.
Промышленное производство синтетических масел в 40-х годах нашего столетия было организовано в Германии, когда спрос на смазочные масла превысил возможности производства их из нефти, а требования к качеству смазочных масел настолько повысились, что получаемые из нефти лучшие масла в ряде случаев уже не удовлетворяли предъявляемым к ним требованиям.
Исходным сырьем в основном во всех работах при получении синтетических масел были низшие олефиновые углеводороды (этилен, пропен, бутены), получаемые при крекинге парафина, и отдельные фракции олефинов, получаемых по Фипперу-Троппу из водяного газа. Методы получения масел — полимеризация в присутствии серной кислоты, фтористого водорода, хлористого алюминия. В большей части исследований применялось давление. Изучались также и возможности получения масел путем алкилирования ароматических углеводородов и конденсации хлорированных углеводородов.
Получение синтетических масел полимеризацией этилена и его гомологов в присутствии хлористого алюминия, получение масел из олефинов крекинга парафина путем полимеризации их в присутствии хлористого алюминия, а также получение масел алкилированием ароматических углеводородов различными олефинами в присутствии хлористого алюминия осуществлены в промышленных условиях.
Производство синтетических масел в Германии в 1942 г. составляло примерно 50% общего объема выработки всех смазочных материалов.
Способ полимеризации этилена, из всех перечисленных методов, дает наиболее качественные углеводородные смазочные масла, и этот способ имел в Германии наибольшее развитие. При изложении различных производств синтетических масел этот способ описывается наиболее подробно.
