Введение к работе
Актуальность работы. Современный уровень развития техники, в первую очередь транспорта, предъявляет достаточно жесткие требования к смазочным материалам, важнейшим из которых является повышение смазывающей способности масел, т.е. уменьшение трения и износа трущихся металлических поверхностей. Особое значение имеет снижение потерь мощности на трение, поскольку это приводит к значительной экономии топлив. Повышение эффективности действия смазочных материалов достигается введением в их состав добавок (присадок) различного функционального назначения. Среди присадок, влияющих на процессы трения и износа, наиболее эффективными и широко распространенными являются серосодержащие соединения молибдена, например, диалкилдитиофосфаты и диалкилдитиокарбаматы молибдена. Следует отметить, что синтез этих соединений достаточно сложен, он требует анаэробных условий, плохо воспроизводим, а, главное, в качестве исходных реагентов включает токсичные вещества - низшие амины, пентасульфид фосфора и сероуглерод. Новые возможности синтеза трибологически активных серосодержащих соединений молибдена открываются в результате развития работ в области нанохимии и нанотехнологии. Ранее в ИНХС РАН был предложен способ получения наночастиц трисульфида молибдена, которые были растворимы в углеводородных средах и проявляли высокую антифрикционную активность. Однако, этот метод являлся мало перспективным в практическом отношении, поскольку он был основан на синтезе наночастиц в обращенных микроэмульсиях и включал использование коррозионно-активного и токсичного сероводорода в качестве источника серы. Таким образом, разработка относительно простого и эффективного метода синтеза наночастиц трисульфида молибдена, определение их свойств и изучение их активности в процессах трения и износа является актуальным и перспективным направлением.
Цель работы - исследовать закономерности формирования наночастиц трисульфида молибдена, полученных методом термосольволиза серосодержащих соединений молибдена, изучить их физико-химические свойства и определить активность в процессах трения и износа.
Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:
- синтезировать бис(тетраалкиламмоний)тетратиомолибдаты, как прекурсоры
образования наночастиц трисульфида молибдена;
- исследовать полученные соединения спектральными и термическими методами;
определелить потенциальную трибологическую активность
бис(тетраалкиламмоний)тетратиомолибдатов;
- изучить модельную реакцию разложения прекурсоров с использованием Фурье ИК-
спектр оскопии;
синтезировать наночастицы M0S3 методом термосольволиза соединений-прекурсоров;
- определить размеры и распределение по размерам нано-МоБз, а также их
растворимость в различных органических средах;
- изучить активность наночастиц M0S3 в процессах трения и износа.
Научная новизна работы. Впервые синтезированы серосодержащие соединения молибдена: бис(метилтриоктиламмоний)тетратиомолибдат, бис(метилтриалкил(С8-Сю)аммоний)-тетра-тиомолибдат и бис(диметилдиоктадециламмоний)тетратиомолибдат в качестве прекурсоров наноразмерных частиц трисульфида молибдена. Полученные соединения охарактеризованы методами оптической спектроскопии и термогравиметрически, определен ряд их термической стабильности. Изучена модельная реакция термического разложения соединений-прекурсоров, определен состав образующихся продуктов.
Впервые методом термосольволиза тетратиомолибдатов тетраалкиламмония синтезированы и выделены наночастицы M0S3. Обработкой поверхности наночастиц соединениями-модификаторами получены композиции, растворимые в неполярных углеводородных средах, в том числе в минеральных смазочных маслах. Определены размеры и распределение по размерам наночастиц трисульфида молибдена, полученных на основе прекурсоров различного строения. Установлена зависимость свойств частиц от природы прекурсоров-тетратиомолибдатов. Показана высокая антифрикционная активность поверхностно-модифицированных наночастиц трисульфида молибдена. Методами АСМ и СЭМ установлено наличие атомов молибдена на поверхности металла в результате трибоконтакта в присутствии смазочных масел, содержащих в качестве добавки соединения молибдена.
Практическая значимость работы. Разработан достаточно простой и эффективный метод получения наночастиц трисульфида молибдена, которые образуют растворимую и устойчивую дисперсию в минеральных смазочных маслах благодаря модификации их поверхности. В качестве модификатора поверхности наночастиц использовано производное сукцинимида, которое также применяют в качестве моюще-диспергирующей присадки к маслам. Высокая антифрикционная активность полученных композиций позволяет предложить их в качестве модификаторов трения в состав пакета присадок к смазочным маслам автомобильного транспорта.
Личный вклад автора состоял в самостоятельном проведении синтеза серосодержащих комплексов молибдена и последующем получении из них наночастиц трисульфида
молибдена, а также изучении трибологических свойства с использованием различных машин трения, активном участии в обсуждении полученных результатов, в подготовке статей и докладов по материалам работы, выступлениях на научных конференция.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на IX и X конференциях молодых ученых по нефтехимии (Звенигород, 2008, 2010); на XVIII и XIX Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (2007, 2011); на Конференции "Химия материалов, наноструктуры и нанотехнологии" (Москва, 2007); на Европейской конференции "Scientific problems of machines operation and maintenance" (Krakov, 2010), на 3rd European Conference on Tribology (Vienna, 2011), на Международной научно-технической конференция «Поликомтриб-2011» (Гомель, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 статьи и тезисы 6 докладов, представленных на российских и международных конференциях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 151 странице, содержит 28 рисунков, 14 таблиц, 2 схемы, список цитируемой литературы из 257 наименований.
