Маркирующие присадки (красители) для смазочных материалов

Введение
Впервые процесс получения синтетических углеводородных смазочных масел был разработан великим русским химиком А. М. Бутлеровым в начале 70-х годов прошлого столетия.
А. М. Бутлеров показал, что газообразные и легкие жидкие непредельные углеводороды под действием различных катализаторов образуют сложные молекулы углеводородов, которые могут быть составной частью смазочных масел.
Красителями называют интенсивно окрашенные органические соединения, способные придавать однородную, ровную и устойчивую окраску различным материалам.
Красители (маркирующие присадки) применяют для смазочных материалов в следующих целях:
- сбыт и обнаружение контрафактного продукта;
- идентификация отдельных продуктов;
- обнаружение утечек.
Целью моей работы является изучение различных типов маркирующих присадок (красителей), которые находят свое применение в смазочных материалах.
Общая характеристика присадок (красителей)
Большинство красителей - олеофильные пигменты, твердые вещества, которые вводят в различные смазочные материалы (масла).
По химическому составу присадки к смазочным материалам представляют собой производные различных органических соединений — алкилфенолов, аминов, дитиофосфорных, дитиокарбаминовых, салициловых кислот и ряда других веществ.
Присадки состоят из молекул одной или нескольких полярных и одной или нескольких неполярных групп.
Полярные группы обусловливают адсорбцию молекул поверхностно-активных присадок на границе между маслом и металлом.
По группе активной (полярной) составляющей присадки подразделяют на серо-, фосфор-, кислород-, хлор-, азот- и борсодержащие.[7].
Неполярные группы (алкильные радикалы, нафтеновые или ароматические кольца и их сочетания) определяют растворимость присадок в маслах.
Многие базовые присадки являются техническими продуктами, представляющими собой раствор активного компонента в масле или другом растворителе. В таком виде под различными условными названиями и индексами выпускаются производные мочевины, сульфонаты, сукцинимиды, эфиры фосфорной кислоты и другие присадки.
А.М. Бутлеров (1868) впервые связывает явление цветности с присутствием ненасыщенных групп в молекуле. О. Витте (1876) назвал эти группы «хромофорами», а соединения, в состав которых они входят – «хромогенами».
К хромофорам отнесли азогруппу -N=N-; нитрогруппу NO2; карбонильную группу ; нитрозогруппу – N=О; этенил
ǀ ǀ
- С=С-; хиноидную группировку .
Химическая классификация основана на сходстве технического строения или общности способов получения и свойств синтетических красителей[6].
1.Азокрасители. Молекула азокрасителя имеет одну или несколько азогрупп (-N=N-). По числу азогрупп они делятся на моно-, ди- и полиазокрасители. Они составляют самую многочисленную группу красителей.
2. Ариламиновые . К ним относятся красители – производные анилина.
3.Сернистые красители. Они представляют собой высокомолекулярные продукты взаимодействия с серой различных органических соединений.
4. Индигоидные красители. В этот класс объединены индиго, тиоиндиго(содержащий серу) и их производные.
5. Антрахиноновые красители. Эту группу составляют окси- и аминопроизводные антрахинона.
Согласно технической классификации красители делят по растворимости и по способу окрашивания материала.
В маслах используют следующие типы красителей:
- малорастворимые анилиновые;
- фталоцианины;
- производные антрохинона;
- азосоединения[4].
Малорастворимые анилиновые красители
Анилин (иногда называемый анилиновым маслом) — один из наиболее широко применяемых в технике полупродуктов. Он имеет большое значение в производстве более сложных промежуточных продуктов, красителей, химических добавок к полимерам, фармацевтических препаратов, пестицидов и др.
  Открытие Зининым реакции получения анилина из нитробензола явилось основой развития анилинокрасочной промышленности. Более 60 лет анилин использовался практически полностью для нужд анилинокрасочной промышленности. Синтетические красители даже получили общее название — анилиновых.
  В настоящее время в международном справочнике «Color Index» содержится 163 красителя, получаемых из анилина, и еще больше — из производных анилина.[3].
В последние годы для нужд промышленности синтетических красителей используется ~3 % производимого анилина.
  Красители, получаемые с использованием анилина, можно условно разделить на три группы (рис.1):
красители, получаемые из анилина;
красители, в состав которых, кроме анилина, входят другие соединения
красители на основе промежуточных продуктов, полученных из анилина.
Рис. 1. Классификация анилиновых красителей
Полидиазиновые красители – анилиновый черный и пигмент глубоко-черный.
Индулины – красители синего цвета, которые получают взаимодействием n-аминоазобензола с анилином и его гидрохлоридом при 150-200 °С

. В зависимости от условий получаются красители различных оттенков: от красновато-синего до зеленовато-синего.
Нигрозины (красители черного цвета) получают нагреванием анилина, гидрохлорида анилина и нитробензола с чугунной стружкой при 170-180 °С. Химизм такого получения сложен и до конца не изучен. [2]
Анилиновые красители – это органические соединения, образующиеся при окислении анилина или его солей, обладают бактерицидным, а некоторые – канцерогенным действием.
Работа с порошком или концентратом анилинового красителя потребует большого внимания и аккуратности, так как, несмотря на всю безопасность, анилин имеет долю ядовитых веществ в своем составе.
Таким образом, во время работы понадобиться соблюдать следующие несложные меры предосторожности:
•    Всегда надевать резиновые перчатки и не допускать попадания краски на открытый участок кожи.
•    Емкость с краской должна быть хорошо закрыта.
•    Если для работы используется порошковый анилиновый краситель лучше работать в респираторе.
•    После завершения работы посуду, где готовился раствор, лучше выбросить.
Жирорастворимое красящее вещество отлично подходит для придания различных цветов топливным материалам. Их молекулы, как правило, неполярные или незначительно полярные, поэтому они не подвергаются ионизации. Краситель нерастворим в воде.
Применяют анилин и для повышения антидетонационности топлива (автомобильного, ракетного, авиационного). Октановое число бензина при однопроцентном содержании анилина повышается на 3 единицы и более. Но в чистом виде вещество стараются не использовать, так как при длительном хранении понижается качество бензина с анилином, а также токсичность его газов. Чаще используются производные вещества. В ряде западных государств существуют ограничения на применение анилина в составе топлива.
3. Фталоцианины
Класс фталоцианинов обладает необходимыми для трибологически активных присадок особенностями: возможностью структурообразования в объёме и на границе раздела фаз; способностью к термодеструкции (при соответствующей контактной температуре в узлах трения) с образованием смазочных плёнок.
Химическая и трибологическая активность Pcs как компонентов смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) определяется их молекулярной структурой.[2].
Нерастворимые в базовой основе СОТС производные Pc образуют суспензии, которые по механизму действия можно отнести к твёрдым смазочным материалам (ТСМ).
Слоистая кристаллическая структура частиц фталоцианинов обусловливает анизометрию их механических свойств, при этом может происходить послойный сдвиг молекулярных плоскостей Pcs в кристаллитах под действием внешней нагрузки.
Производные H2Pc зарекомендовали себя в качестве эффективных ТСМ в узлах трения подшипников при температурах до 900°С. Они стабильны при контакте с влагой и воздухом, обладают высокой термической и радиационной стойкостью, хорошей несущей способностью.
Склонность Pcs к физической адсорбции наряду со способностью образовывать хемосорбционные слои на контактных поверхностях, определяют их высокую трибологическую активность.
Фталоцианины широко применяют в качестве присадок к пластичным смазкам (ПС). Механизм действия макрогетероциклических (МГЦ) присадок обусловлен формированием на границе раздела фаз различно ориентированных упорядоченных слоёв их молекул
Суспензии МГЦ присадок в минеральном масле обеспечивают двукратный рост предельной нагрузки задира. Таким образом,Введение

в состав различных смазочных материалов функциональных фталоцианиновых присадок приводит к формированию на поверхности узлов трения оптимального смазочного слоя, особенно эффективного в условиях высоких сдвиговых напряжений и ограниченного доступа смазочной среды в контактную область.
Фталоцианин Cu получают нагреванием фталевого ангидрида, мочевины, CuCl и катализатора (NH4)2MoO4 или As2O5 в трихлорбензоле или нитробензоле при 200 °C либо сплавлением смеси этих реагентов при 180–190 °C в присутствии борной кислоты.
С наиболее высоким выходом фталоцианин Cu синтезируют взаимодействием фталодинитрила с CuCl в присутствии NaCl при 260–300 °C в среде тех же растворителей (при сплавлении такой смеси наряду с фталоцианином Cu образуется монохлорфталоцианин Cu[5].
При нагревании фталодинитрила при 150 °C в высококипящих спиртах (гексиловом, амиловом) в присутствии их алкоголятов Na с последующим деметаллированием образующегося комплекса получают не содержащий атом металла фталоцианин, пригодный для синтеза др