Результат интеллектуальной деятельности: КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКАЯ СМАЗКА ДЛЯ ГЛУБОКОГО ВАКУУМА

Изобретение относится к области кремнийорганических смазочных композиций, в частности к смазочным композициям, которые могут применяться для соединения, уплотнения и герметизации стеклянных и металлических элементов различного технологического и лабораторного оборудования, работающего в условиях глубокого вакуума и в контакте с агрессивными средами.

Известна углеводородная вакуумная смазка на основе трансформаторного масла, загущенная атактическим полипропиленом мол. м. 20000÷40000, которая применяется в высоковакуумных системах в качестве смазки стационарных уплотнений, узлов, кранов, шлифов и обеспечения глубокого вакуума. (А.с. СССР №1165708, МПК С10М 143/04, 1983 г.).

Недостатком известной смазки является низкая стойкость к химически агрессивным средам.

В научной литературе описана пластичная смазка ВНИИ НП-298 предназначенная для смазывания и уплотнения стеклянных и металлических подвижных соединений вакуумной техники. Смазка представляет собой полиметилсилоксановую жидкость ПМС-400, загущенную силикагелем БС. Ее применяют в вакуумных установках для термохимической обработки в агрессивных средах. Смазка работоспособна в вакууме до 10 мкПа. (В.В. Синицын, Пластичные смазки в СССР. - М.: Химия, 1984. - 192 с.).

К ее недостаткам можно отнести относительно высокую испаряемость смазки из-за использования в качестве дисперсионной среды маловязкой жидкости ПМС-400.

Известна пластичная смазка на основе высоковязких от 5000 до 200000 сСт при 25°С полидиметилсилоксановых, полиметилфенилсилоксановых жидкостей и их смесей, в которой в качестве загустителя предлагается использовать силикагель не модифицированный и модифицированный различными соединениями, тонкоизмельченный кварц, диатомовую землю, тальк, карбонат кальция, оксид цинка, оксид титана и др. в концентрации 0,1-30% масс., кроме этого в составе смазки также предлагается использовать силиконовый эластомер до 60% масс. и продукты реакции органо-алкенил-полисилоксанового соединения с полиорганогидридсилоксаном в присутствии катализатора - тонкоизмельченной платины или ее соединений, соединений палладия, родия и их смеси. Изобретение направлено на улучшение коллоидной стабильности защитных пластичных смазок и защитных покрытий (Патент США US 6015777, МПК С10М 169/00; С10М 169/02, 2000).

В качестве недостатка можно отметить, что изобретение разрабатывалось исключительно для защитных покрытий и не тестировалось в качестве высоковакуумной смазки. Кроме того, необходима стадия получения эластомера с содержанием сшитых фрагментов реакцией гидросилилирования, которая осуществляется с использованием в качестве катализатора соединений дорогих благородных металлов.

В 2017 году запатентована уплотнительная пластичная смазка для использования при повышенных температурах 300°С и выше. Смазка содержит 50-80% масс. базового масла - кремнийорганическая жидкость, синтетическое масло, полиэфир, 5-30% масс. загустителя - диоксид кремния, нитрид бора, политетрафторэтилен, 5-10% масс. силиконового масла -полидиметилсилоксан, полиметилфенилсилоксан, полиэтилсилоксан с высокой вязкостью, 1-3% масс. антиоксиданта - дифенилдигидроксисилан и 5-20% масс. смазывающего наполнителя - нитрид бора, политетрафторэтилен, графит. Смазка представляет собой композицию черного цвета и обладает превосходными антиоксидантными свойствами, структурной и химической стабильностью и хорошими смазывающими свойствами. Приготовленный продукт не имеет явных точек плавления, растрескивания в условиях высоких температур, отделения масла, отверждения и т.п. (Патент КНР CN 107384528, МПК С10М 169/00, 2017 г.).

К недостаткам смазки можно отнести наличие в ее составе графита, который в случае попадания в реакционный объем, например при работе в лабораторном оборудовании, может привести к нежелательному окрашиванию компонентов. Кроме того, описанная смазка предлагается исключительно для использования в узлах трения механического оборудования для обеспечения точности его работы при повышенных скоростях вращения и предотвращения задиров.

Предложена вакуумная пластичная смазка для высоких и низких температур состоящая из 84-93% масс. кремнийорганической жидкости (полидиметилсилоксана, полидиэтилсилоксана, полиметилалкилсилоксана) вязкостью от 50 до 80000 мм²/с при 25°С. В качестве загустителя предлагается использовать модифицированный аэросил в концентрации 3-15% масс. Смазка также содержит 0,5-7,0% масс. ПАВ (неопентилгликоль, пентаэритрит, этиленгликоль и др.) и 0,05-2% добавки - антиокислитель (фенольного, аминного типа или серосодержащее соединение), ингибитор коррозии (бензтриазол или нафтенат цинка), адгезив (полиизобутилен, полипропилен или силиконовый синтетический каучук). В качестве добавки, повышающей термическую стабильность смазки, предложено использовать нанопорошки оксидов титана, церия, железа или алюминия (Патент КНР CN 103710080 МПК С10М 113/16; С10М 169/00, 2014 г.). Указанное изобретение выбрано в качестве прототипа.

К недостаткам данной смазки можно отнести отсутствие в ее составе компонентов улучшающих смазывающие свойства.

Известна пластичная смазка High Vacuum Grease фирмы Dow Corning (США) (http://atf.ru/production/dow corning/ kompaundy 3569/high vacuum grease/), неплавящаяся плотная силиконовая смазка на основе полидиметилсилоксановой жидкости, загущенной силикагелем. Отличается хорошей герметизирующей способностью для сосудов, работающих под давлением и вакуумом. Может использоваться в оборудовании химических производств (пробковых кранов, предохранительных клапанов, керамических шаровых кранов, подшипников расходомеров, оборудования для очистки воды, прокладок из синтетического каучука и уплотнительных колец оптических приборов). Смазка работоспособна при температурах -40÷200°С в условиях повышенного давления и вакуума до 10^-6 мм рт.ст (10^-6 торр), имеет пенетрацию неперемешанной смазки от 175 до 210 единиц и пенетрацию перемешанной смазки (60 циклов) - 260 единиц.

К сожалению, в открытых источниках приводятся только прикладные характеристики смазки, и отсутствуют сведения о составе и ее компонентах.

Задача изобретения - разработать кремнийорганическую смазочную композицию для уплотнения оборудования химических производств и лабораторных исследований, работающего в условиях глубокого вакуума, стойкой к агрессивным средам и с улучшенными смазывающими свойствами.

Известно (Патент США US 2016152903, C10G 69/12; С10М 105/04, 2016), что разветвленные соединения способствует улучшению реологических и смазывающих свойств в органических смазках. Исходя из этого, а также на основании анализа патентной документации, научной литературы и проведения исследований в качестве кремнийорганической для уплотнения и герметизации стеклянных и металлических элементов оборудования, работающего под вакуумом и в контакте с агрессивными средами для решения поставленной задачи предложена кремнийорганическая смазка для глубокого вакуума, в которой в качестве дисперсионной среды используют смесь полидиметилсилоксановых жидкостей линейного строения с вязкостью от 8000 до 12000 мм²/с при температуре 20°С и разветвленного строения с вязкостью от 7000 до 15000 мм²/с при температуре 20°С, взятыми в количестве 80-90% масс. и 2-8% масс. соответственно, а в качестве дисперсной фазы используют модифицированный диоксид кремния АМ-1-300 в количестве 8-15% масс., при этом пенетрация смазки составляет 160-260 единиц, смазка обеспечивает герметичность разъемных соединений для получения вакуума до 10^-7 мм.рт.ст.

Полидиметилсилоксановая жидкость разветвленного строения легко получается методом простого гидролиза соответствующих мономеров, прекрасно совмещается с линейной полидиметилсилоксановой жидкостью, что обеспечивает высокую стабильность смазки, как при хранении, так и в процессе применения. Предлагаемая смазка повышает эксплуатационные свойства оборудования и позволяет обеспечить герметичность разъемных соединений для получения более глубокого вакуума до 10^-7 мм.рт.ст.

Приведенные примеры описывают варианты композиций кремнийорганической смазки для глубокого вакуума по настоящему изобретению. В таблице 1 приведены составы дисперсионной среды, представляющих - смесь полидиметилсилоксановой (ПМС) жидкости с вязкостью - 8000-12000 мм²/с и разветвленной полидиметилсилоксановой (ПМС-Р) жидкости с вязкостью - 7000-15000 мм²/с. В таблице 2 приведены варианты получение смазочной композиции, а также характеристики сырья и готового продукта. Величина пенетрации характеризует реологические и прочностные свойства смазки. Величина диаметра пятна износа характеризует смазывающие свойства композиции.

Пример 1.

Получение смазочной композиции осуществляют в два этапа -получение дисперсионной среды (смеси полидиметилсилоксановой жидкости (ПМС), общей формулы: (CH₃)₃SiO[(CH₃)₂SiO]_nSi(CH₃)₃; и полидиметилсилоксановой жидкости (ПМС-Р) разветвленного строения общей формулы: (CH₃)₃SiO[(CH₃)₂SiO]_n{CH₃Si[OSi(CH₃)₃]О}_mSi(CH₃)₃,

где n=150-200 m=13-17 и получение смазочной композиции.

В емкость, снабженную обогревателем, перемешивающим устройством и термометром загружают - 441 г (98% масс.) полидиметилсилоксановой жидкости (ПМС) с вязкостью 12000 мм²/с и 9 г (2% масс.) полидиметилсилоксановой жидкости разветвленного строения (ПМС-Р) с вязкостью 7000 мм²/с, получают 450 г смеси жидкостей с вязкостью 11900 мм²/с, которая служит основой кремнийорганической смазочной композиции, затем в емкость добавляют 50 г порошка аэросила АМ-1-300. Полученную массу нагревают до температуры 40-60°С и перемешивают в течение 3-4 часов. После чего полученную массу охлаждают до комнатной температуры, выгружают и анализируют по показателям качества.

1. Внешний вид - бесцветная прозрачная мазеобразная пластичная масса.

2. Пенетрация при 20°С не перемешанной смазки, мм/10-175.

3. Пенетрация при 20°С перемешанной смазки (60 двойных ходов), мм/10-240.

4. Испаряемость, % потери веса при 200°С в течение 24 часов - 0,2.

5. Смазывающие свойства - диаметр пятна износа на ЧМТ-1 при 20°С, 1500 мин^-1, 196 Н, мм - 0,9.

Аналогично примеру 1 получены смазочные композиции в примерах 2-9, состав которых приведен в таблице 1.

Предлагаемая смазочная композиция, приведенная в примерах 1-9 не токсична, обладает химической инертностью по отношению к конструкционным материалам, имеет низкую зависимость вязкости от температуры и высокую адгезию к поверхностям контакта, обладает низкой летучестью, исключает необходимость частого смазывания, имеет высокую водостойкость, исключает деформацию пластиковых и резиновых изделий.

Высокая вязкость основы смазки (8000-12000 мм²/с) и малое изменение ее значения с температурой обеспечивает хорошее уплотнение и герметизацию стеклянных и металлических элементов оборудования, работающего в условиях глубокого вакуума до 10^-7 мм. рт.ст. и в контакте с агрессивными средами. Значение пенетрации при 20°С в интервале от 160 до 260 единиц. Смазочная композиция характеризуется хорошими смазывающими свойствами (диаметр пятна износа на ЧМТ-1 при 20°С, 1500 мин^-1, и нагрузке 196 Н не привышал 1,0 мм) высокой стабильностью в диапазоне температур минус 40 плюс 200°С, потерей веса при температуре 200°С в течение 24 часов не более 0,5% масс. с сохранением пластичных свойств смазки.

Из данных таблицы 2 следует, что предлагаемая смазка не уступает по техническим характеристикам американской вакуумной смазке High Vacuum Grease фирмы Dow Corning (США), а по смазывающим свойствам, которые характеризуются значением диаметра пятна износа и имеет более низкое значение, превосходит как смазку High Vacuum Grease, так и смазку, описанную в прототипе (патент CN 103710080, пример 2).