Присадки к смазочным материалам. Свойства и применение

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Edited by
Leslie R. Rudnick
Designed Materials Group
Wilmington, Delaware, U.S.A.

Lubricant Additives
Chemistry and Applications
Second Edition

CRC Press is an imprint of the
Taylor & Francis Group, an informa business

Boca Raton   London   New York

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Л. Р. Рудник

ПРисадки  
к смазочным матеРиаЛам 

свойства и применение

Перевод 2-го английского издания  
под редакцией А. М. Данилова

 
 

Санкт-Петербург

2013

Перевод c английского языка 2-го издания
под редакцией А. М. Данилова

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

ББК 34.44я2
УДК 621.89(035)
Р83

 
ISBN 978-5-91884-051-1
ISBN 978-1-4200-5964-9 (англ.)

Рассмотрены все основные виды присадок к смазочным материалам по назначению, свойствам и областям применения. Ключевые свойства присадок, их химический состав и применение описаны исходя из последних научных достижений и перспективных разработок, 
включая жесткие требования к экологии и переработке. Специальные главы посвящены присадкам к ПАВ, ингибиторам коррозии, биоразлагаемым смазочным материалам. Существенно обновлены разделы по присадкам к СОЖ для защиты оборудования и металлических 
поверхностей, а также для стабильности, эффективности и понижения токсичности смазок. 
Применение присадок в компонентах смазочных материалов для пищевой, автомобильной, 
аэрокосмической промышленности и в индустриальных производствах показано на практических примерах. Отдельно приведены полный перечень и описание методов испытаний смазочных материалов различного назначения.
Книга раскрывает будущие тенденции в разработке новых присадок и перспективы развития отрасли. Она содержит полезные ссылки, а также онлайн-ресурсы производителей и поставщиков смазочных материалов и присадок к ним.
Издание предназначено для технологов и инженеров-механиков, решающих вопросы 

производ ства и применения смазочных материалов, их оптимального выбора и взаимозаменяемости. Оно будет полезно дистрибьютерам смазочных материалов, разработчикам смазочных систем, потребителям различных отраслей, исследователям и студентам профильных 
специальностей.

ББК 34.44я2
УДК 621.89(035)

All rights reserved. Authorized translation from English language edition published by CRC Press,
part of Taylor & Francis Group LLC.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни 

было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых 

издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические 

ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений 

и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

Р83
Л. Р. Рудник. Присадки к смазочным материалам. Свойства и применение : пер. 
с англ. яз. 2-го изд. под ред. А. М. Данилова. — СПб. : ЦОП «Профессия», 
2013. — 928 с., ил.

© 2009 by Taylor & Francis Group, LLC
© ЦОП «Профессия», 2013
© Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2013

ISBN 978-1-4200-5964-9 (англ.)
ISBN 978-5-91884-051-1  

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Предисловие к русскому изданию ................................................................................................17
Предисловие ко второму изданию ................................................................................................19
Соавторы ....................................................................................................................................21
Список сокращений .....................................................................................................................23

Часть I. ПриСадки, Предотвращающие образование нагара, оСадка 
и отложений (Стабилизирующие ПриСадки) ..........................................................25

глава 1. антиоксиданты ...............................................................................................................27
1.1. Введение ...................................................................................................................................................................... 27
1.2. Присадки, содержащие серу ................................................................................................................................. 28
1.3. Присадки, содержащие серу и азот .................................................................................................................... 29
1.4. Присадки, содержащие фосфор .......................................................................................................................... 32
1.5. Присадки, содержащие серу и фосфор ............................................................................................................. 33
1.6. Производные аминов и фенолов ......................................................................................................................... 35
1.6.1. Производные аминов ..................................................................................................................................... 36
1.6.2. Производные фенолов ................................................................................................................................... 41
1.6.3. Амин- и фенолсодержащие соединения .................................................................................................. 42
1.6.4. Многофункциональные производные аминов и фенолов ................................................................ 42
1.7. Медьсодержащие антиоксиданты ...................................................................................................................... 43
1.8. Борсодержащие антиоксиданты ......................................................................................................................... 44
1.9. Различные металлоорганические антиоксиданты........................................................................................ 45
1.10. Механизмы окисления углеводородов и действия антиоксидантов ................................................... 46
1.10.1. Самоокисление смазочных масел ............................................................................................................ 46
1.10.2. Катализ разложения смазочных материалов металлами ................................................................ 48
1.10.3. Высокотемпературное разложение смазочных материалов .......................................................... 49
1.10.4. Влияние состава базового масла на окислительную стабильность ............................................. 50
1.10.5. Ингибирование окисления ........................................................................................................................ 51
1.10.6. Механизмы действия первичных антиоксидантов ........................................................................... 53
1.10.7. Механизмы действия вторичных антиоксидантов ........................................................................... 57
1.10.8. Синергизм антиоксидантов ....................................................................................................................... 58
1.11. Стендовые испытания на окисление ............................................................................................................... 60
1.11.1. Испытание на окисление в тонкой пленке ........................................................................................... 61
1.11.2. Испытание масел на окисление в массе ................................................................................................ 64
1.11.3. Испытание на поглощение кислорода ................................................................................................... 66
1.12. Экспериментальные наблюдения .................................................................................................................... 66
1.13. Зависимость эффективности антиоксидантов от состава базового масла ........................................ 69
1.14. Перспективы применения .................................................................................................................................. 71
1.15. Товарные антиоксиданты .................................................................................................................................... 73
1.16. Товарные деактиваторы металлов.................................................................................................................... 75
Литература ......................................................................................................................................................................... 76

глава 2. дитиофосфаты цинка ......................................................................................................87
2.1. Введение ...................................................................................................................................................................... 87
2.2. Синтез и производство ........................................................................................................................................... 87
2.3. Химические и физические свойства .................................................................................................................. 88

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

2.4. Термическая и гидролитическая стабильность ............................................................................................. 90
2.5. Ингибирование окисления ................................................................................................................................... 93
2.6. Образование противоизносной и противозадирной пленки .................................................................... 96
2.7. Применение ................................................................................................................................................................ 97
Литература .......................................................................................................................................................................100

глава 3. беззольные фосфорсодержащие присадки к смазочным маслам ...................................... 102
3.1. Введение ....................................................................................................................................................................102
3.2. Исторический обзор ..............................................................................................................................................104
3.3. Производство ...........................................................................................................................................................107
3.3.1. Сложные эфиры нейтральных алкил- и арилфосфатов ..................................................................107
3.3.2. Эфиры кислых фосфатов ...........................................................................................................................111
3.3.3. Аминные соли кислых фосфатов и кислых полиэтиленоксифосфатов .....................................112
3.3.4. Эфиры нейтральных фосфитов ................................................................................................................112
3.3.5. Кислые алкил- и арилфосфиты ................................................................................................................113
3.3.6. Диалкилалкилфосфонаты ..........................................................................................................................114
3.4. Механизм действия ...............................................................................................................................................114
3.4.1. Базовый механизм смазывания и износа. Влияние присадок .......................................................116
3.5. Исследования механизма действия фосфорсодержащих присадок и их активности ...................121
3.5.1. Ранние исследования противоизносных и противозадирных присадок ...................................122
3.5.2. Нейтральные алкил- и арилфосфаты .....................................................................................................123
3.5.3. Кислые алкил- и арилфосфаты ................................................................................................................138
3.5.4. Нейтральные алкил- и арилфосфиты ....................................................................................................146
3.5.5. Кислые алкил- и арилфосфиты ................................................................................................................149
3.5.6. Фосфонатные и фосфинатные эфиры ...................................................................................................152
3.5.7.  Краткий обзор предполагаемого механизма противоизносного и противозадирного  
действия присадок на основе фосфора ...................................................................................................154
3.6. Объем рынка фосфорсодержащих присадок и производящие их компании ....................................155
3.7. Токсичность и экологическая безопасность .................................................................................................159
3.8. Перспективы применения ...................................................................................................................................161
3.9. Смазочные масла общего назначения .............................................................................................................162
3.10. Жидкости для гидравлических механизмов ..............................................................................................162
3.11. Автомобильные моторные масла....................................................................................................................163
3.12. Топлива ....................................................................................................................................................................165
3.13. Выводы ....................................................................................................................................................................166
Литература .......................................................................................................................................................................166
Приложение 1. Ранние патенты на фосфорсодержащие соединения .........................................................172
Приложение 2.  Дополнительная литература и ссылки на патенты, касающиеся механизма  
действия и характеристик фосфорсодержащих присадок .................................................174

глава 4. Моющие присадки ........................................................................................................ 177
4.1. Введение ....................................................................................................................................................................177
4.2. Типы моющих присадок .......................................................................................................................................179
4.3. Параметры ................................................................................................................................................................180
4.4. Субстраты моющих присадок ............................................................................................................................182
4.5. Синтез нейтральных и щелочных моющих присадок ...............................................................................187
4.6. Испытания ................................................................................................................................................................196
Литература .......................................................................................................................................................................198

глава 5. диспергирующие присадки ............................................................................................ 200
5.1. Введение ....................................................................................................................................................................200
5.2. Природа отложений и механизмы их образования ....................................................................................201
5.3. Действие диспергирующих присадок .............................................................................................................205

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

5.4. Желательные свойства .........................................................................................................................................205
5.5. Структура ..................................................................................................................................................................206
5.6. Синтез диспергирующих агентов .....................................................................................................................207
5.6.1. Углеводородная группа ...............................................................................................................................208
5.6.2. Связующая группа ........................................................................................................................................210
5.6.3. Полярная группа ............................................................................................................................................213
5.7. Свойства дисперсантов ........................................................................................................................................219
5.7.1. Диспергирующая способность ..................................................................................................................219
5.7.2. Термическая и окислительная стабильность .......................................................................................221
5.7.3. Вязкостные характеристики ......................................................................................................................222
5.7.4. Совместимость с уплотнительными материалами ............................................................................224
5.8. Методы испытания диспергирующих присадок .........................................................................................225
Литература .......................................................................................................................................................................228

Часть II. Пленкообразующие ПриСадки длЯ СнижениЯ трениЯ.......................... 235

глава 6. Подбор и применение твердых смазочных материалов для снижения трения .................... 237
6.1. Введение ....................................................................................................................................................................237
6.2. Свойства твердых смазочных материалов ....................................................................................................240
6.2.1. Графит ................................................................................................................................................................240
6.2.2. Дисульфид молибдена .................................................................................................................................244
6.2.3. Нитрид бора.....................................................................................................................................................246
6.2.4. Политетрафторэтилен .................................................................................................................................247
6.3. Подготовка к применению ..................................................................................................................................248
6.4. Применение ..............................................................................................................................................................252
6.4.1. Защита от износа и задачи смазывания общего назначения ..........................................................252
6.4.2. Смазывание в процессах обработки металлов давлением ..............................................................257
Литература .......................................................................................................................................................................262

глава 7. органические модификаторы трения ............................................................................. 263
7.1. Введение ....................................................................................................................................................................263
7.2. Режимы трения и смазывания ...........................................................................................................................264
7.2.1. Уменьшение трения за счет действия смазки ......................................................................................265
7.3.  Сравнение модификаторов трения с противоизносными и противозадирными  
присадками ................................................................................................................................................................267
7.4. Химизм действия....................................................................................................................................................268
7.4.1. Механизмы действия модификаторов трения ....................................................................................269
7.5. Механизмы действия модификаторов трения других типов .................................................................271
7.5.1. Металлоорганические соединения ..........................................................................................................272
7.5.2. Модификаторы трения механического действия ..............................................................................272
7.6. Факторы, влияющие на способность снижать трение ..............................................................................272
7.7. Современные модификаторы трения ..............................................................................................................273
7.8. Характеристики ......................................................................................................................................................274
7.8.1. Получение данных для построения кривых штрайбека .................................................................275
7.8.2. Зависимость трения от температуры .....................................................................................................277
7.9. Перспективы введения новых спецификаций на моторные масла ......................................................279
7.10. Стендовые испытания антифрикционных присадок ..............................................................................280
Литература .......................................................................................................................................................................281

Часть III. ПротивоизноСнЫе и ПротивозадирнЫе ПриСадки.................................. 283

глава 8. беззольные противоизносные и противозадирные присадки ............................................ 285
8.1. Введение ....................................................................................................................................................................285

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

8.2.  Химический состав, свойства и рабочие характеристики (с классификацией по активным 
элементам) .................................................................................................................................................................288
8.2.1. Серосодержащие присадки ........................................................................................................................288
8.2.2. Фосфорсодержащие присадки ..................................................................................................................295
8.2.3. Серо-фосфорные присадки ........................................................................................................................301
8.2.4. Серо-азотные присадки ...............................................................................................................................304
8.2.5. Фосфор-азотные присадки ........................................................................................................................308
8.2.6. Азотсодержащие присадки .........................................................................................................................310
8.2.7. Присадки, содержащие несколько активных элементов .................................................................312
8.2.8. Галогенсодержащие присадки ...................................................................................................................313
8.2.9. Нетрадиционные противоизносные и противозадирные присадки ............................................315
8.3. Производители присадок ....................................................................................................................................316
8.4. Испытания: спецификации, методы и оборудование ................................................................................317
8.4.1. Спецификации смазочных материалов .................................................................................................317
8.4.2. Спецификации присадок ............................................................................................................................318
8.4.3. Методы испытаний и оборудование .......................................................................................................319
8.5. Перспективы ............................................................................................................................................................325
Благодарности .................................................................................................................................................................328
Литература .......................................................................................................................................................................328

глава 9. носители серы .............................................................................................................. 333
9.1. Введение ....................................................................................................................................................................333
9.2. Исторический обзор ..............................................................................................................................................334
9.2.1. Синтез первых носителей серы и начало их применения (1890–1918) .....................................334
9.2.2. Начало применения в жидкостях для обработки металлов (1920–1930) .................................335
9.2.3. Сульфированные соединения в редукторных маслах и других смазках (1930–1945) .........336
9.2.4. Исследование химии носителей серы и их применение (1930–1949) ........................................336
9.2.5. Итоги последних 50 лет ...............................................................................................................................337
9.3. Химия носителей серы .........................................................................................................................................340
9.3.1. Химическая структура .................................................................................................................................340
9.3.2. Современные процессы промышленного производства ..................................................................343
9.3.3. Другие способы синтеза носителей серы ..............................................................................................346
9.3.4. Сырье .................................................................................................................................................................348
9.4. Свойства и рабочие характеристики ...............................................................................................................348
9.4.1. Химические свойства ...................................................................................................................................348
9.4.2. Физические свойства ...................................................................................................................................353
9.5. Сравнительные характеристики в различных областях применения .................................................355
9.5.1. Обработка металлов .....................................................................................................................................355
9.5.2. Пластичные смазки .......................................................................................................................................357
9.5.3. Индустриальные масла................................................................................................................................359
9.5.4. Синергизм и совместимость с другими присадками ........................................................................361
9.5.5. Экономический эффект ..............................................................................................................................364
9.6. Рыночные факторы................................................................................................................................................364
9.6.1. Производители ...............................................................................................................................................364
9.6.2. Поставщики .....................................................................................................................................................365
9.6.3. Себестоимость и цены .................................................................................................................................365
9.6.4. Государственное регулирование и дифференциация продуктов ..................................................365
9.7. Направления развития .........................................................................................................................................366
9.7.1. Автомобильные смазочные материалы .................................................................................................366
9.7.2. Смазочные материалы промышленного назначения ........................................................................366
9.8. Тенденции .................................................................................................................................................................366
9.8.1. Оборудование и спецификации ...............................................................................................................366
9.9. Среднесрочные перспективы .............................................................................................................................367
9.9.1. Жидкости для обработки металлов ........................................................................................................368
9.9.2. Индустриальные масла................................................................................................................................368
Литература .......................................................................................................................................................................368

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

Часть IV. вЯзкоСтнЫе ПриСадки ..................................................................................... 371

глава 10. вязкостные присадки на основе сополимеров олефинов ................................................ 373
10.1. Введение ..................................................................................................................................................................373
10.2. Классы сополимеров олефинов ......................................................................................................................373
10.3. Синтез сополимеров олефинов .......................................................................................................................374
10.3.1. Полимеризация на катализаторах циглера–Натты .......................................................................374
10.3.2. Полимеризация на металлоорганических катализаторах ............................................................376
10.3.3. Внедрение функциональных групп ......................................................................................................377
10.4. Процессы производства .....................................................................................................................................379
10.4.1. Растворный процесс ...................................................................................................................................379
10.4.2. Суспензионный процесс ...........................................................................................................................381
10.4.3. Заключительные процессы ......................................................................................................................381
10.4.4. Приготовление жидкого концентрата СВП .......................................................................................382
10.5. Свойства и рабочие характеристики сополимерных вязкостных присадок ...................................382
10.5.1.  Влияние соотношения этилена и пропилена на физические свойства твердых  
сополимерных вязкостных присадок ....................................................................................................382
10.5.2. Влияние состава сополимера на реологические свойства в растворе ......................................386
10.5.3. Влияние диена на термоокислительную стабильность .................................................................395
10.5.4. Сравнительное реологическое поведение в моторных маслах ...................................................396
10.5.5. Взаимодействие с депрессорными присадками ...............................................................................399
10.5.6. Данные эксплуатационных испытаний ...............................................................................................404
10.6. Производители, поставщики и прочие вопросы .......................................................................................405
10.6.1. Производители ЭПК и ЭПДК ................................................................................................................405
10.6.2. Поставщики сополимерных вязкостных присадок .........................................................................406
10.6.3. Правила заменимости вязкостных присадок ....................................................................................407
10.6.4. Вопросы безопасности и охраны труда ...............................................................................................410
Литература .......................................................................................................................................................................410

глава 11. Полиметакрилатные вязкостные и депрессорные присадки ............................................ 415
11.1. Исторические сведения .....................................................................................................................................415
11.1.1. Первый синтез полиметакрилата ..........................................................................................................415
11.1.2. Начало применения ....................................................................................................................................415
11.1.3. Начало производства и широкомасштабного применения ..........................................................416
11.1.4. Другие области применения ...................................................................................................................417
11.2. Химия полиметакрилатов .................................................................................................................................418
11.2.1. Общая структура продуктов ...................................................................................................................418
11.2.2. Мономеры ......................................................................................................................................................418
11.2.3. Полимеры.......................................................................................................................................................420
11.2.4. Обзор патентной литературы .................................................................................................................423
11.3. Свойства и рабочие характеристики .............................................................................................................425
11.3.1. Химические свойства .................................................................................................................................425
11.3.2. Физические свойства .................................................................................................................................428
11.4. Производители, поставщики и экономические данные .........................................................................437
11.4.1. Производители и поставщики ................................................................................................................437
11.4.2. Экономические показатели .....................................................................................................................438
11.4.3. Другие стимулы для применения полиметакрилатов....................................................................439
11.5. Перспективы и тенденции ................................................................................................................................440
11.5.1. Текущее состояние и ближайшие перспективы ...............................................................................440
11.5.2. Долгосрочные перспективы ....................................................................................................................442
Литература .......................................................................................................................................................................443

глава 12. депрессорные присадки .............................................................................................. 445
12.1. Введение ..................................................................................................................................................................445
12.2. Течение жидкостей и механизм действия ...................................................................................................445
12.2.1. Бингамовское поведение ..........................................................................................................................446
12.2.2. Рост вязкости ................................................................................................................................................448
12.2.3. Механизм действия депрессорных присадок ....................................................................................448

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Оглавление

12.3. Химический состав ..............................................................................................................................................449
12.4. Испытание ..............................................................................................................................................................451
12.5. Принципы выбора ...............................................................................................................................................453
12.5.1. Дозировка депрессора и инверсия температуры текучести .........................................................453
12.5.2. Влияние других компонентов масла ....................................................................................................455
12.6. Стабильность действия ......................................................................................................................................460
12.7. Применение в смазочных материалах ..........................................................................................................462
12.7.1. Автомобильные моторные масла ...........................................................................................................462
12.7.2. Автомобильные трансмиссионные масла ...........................................................................................462
12.7.3. Индустриальные масла .............................................................................................................................462
12.7.4. Биоразлагаемые жидкости .......................................................................................................................463
Литература .......................................................................................................................................................................463

Часть V. ПриСадки разлиЧного назнаЧениЯ .............................................................. 465

глава 13. когезионные присадки ................................................................................................ 467
13.1. Введение ..................................................................................................................................................................467
13.2. Опытная установка. Методика проведения опытов. Объекты испытаний .....................................470
13.3. Вязкоупругие эффекты при течении липких смазочных материалов ..............................................472
13.4. Теоретическая модель .........................................................................................................................................473
13.5.  Сравнение с теорией результатов эксперимента на 0,025%-ном растворе  
полиизобутилена ...................................................................................................................................................480
13.6. Применение метода открытого сифона для оценки липкости смазочных жидкостей ................486
13.7. Выводы ....................................................................................................................................................................488
Благодарности .................................................................................................................................................................488
Литература .......................................................................................................................................................................488

глава 14. регуляторы набухания уплотнительных материалов ...................................................... 490
14.1. Введение ..................................................................................................................................................................490
14.2. Период с 1935 по 1960 г. ....................................................................................................................................491
14.3. Период с 1961 по 1980 г. ....................................................................................................................................492
14.4. Период с 1981 по 2000 г. ....................................................................................................................................493
14.5. Период с 2001 по 2007 г. ....................................................................................................................................494
14.6. Тенденции и перспективы .................................................................................................................................495
14.7. Жидкости промышленного назначения ......................................................................................................495
14.8. Проблема степени набухания ..........................................................................................................................496
14.9. Экономичность .....................................................................................................................................................497
14.10. Производство ......................................................................................................................................................497
14.11. Выводы ..................................................................................................................................................................498

глава 15. биоцидные присадки к смазочно-охлаждающим жидкостям для обработки металлов ...... 499
15.1. Введение ..................................................................................................................................................................499
15.2. Рост микроорганизмов .......................................................................................................................................500
15.2.1. Бактерии .........................................................................................................................................................500
15.2.2. Грибки..............................................................................................................................................................500
15.2.3. Биопленки .....................................................................................................................................................501
15.3. Факторы, благоприятствующие росту микроорганизмов .....................................................................501
15.4.  Роль организации рабочих мест, способов ведения работ и микробиологического  
мониторинга ............................................................................................................................................................502
15.5. Осложнения и проблемы ..................................................................................................................................503
15.6. Методы оценки микробиологического загрязнения ...............................................................................504
15.7. Варианты обработки ...........................................................................................................................................506
15.7.1. Химические методы ...................................................................................................................................506

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru