Влияние воды, свободных кислот, щелочей и неомыленных жиров на консистенцию смазок

При омылении мыл в производственных условиях почти всегда вводится избыток щелочи или остается некоторое количество неомыленных жиров и жирных кислот. Стандарты на смазки допускают для многих из них до 0,1—0,3% и больше свободных щелочей или небольшое количество несвязанных жирных кислот .

Свободные жиры увеличивают макроволокнистость смазок, но согласно данным И. П. Лукашевич мало влияют на их механические свойства. Наблюдается лишь тенденция к разжижению и снижению температуры каплепадения.

В отличие от жиров свободные жирные кислоты и щелочи оказывают весьма существенное воздействие на механические свойства смазок (фиг. 112). С увеличением щелочности смазки температура каплепадения растет. В зависимости от реакции у натровых смазок она может смещаться на 30—50°. Температура каплепадения одной исследованной нами нейтральной цинковой смазки равнялась 69°, а при увеличении рН до 9,5 она возросла до 91. У кальциевых смазок зависимость температуры каплепадения от реакции менее выражена, чем у натровых, алюминиевых и цинковых смазок. Возможно, что это объясняется содержанием в них свободной воды.

Повышение количества щелочи вначале снижает пенетрацию, но значительный ее избыток несколько разжижает смазки.

Фиг. 112. Влияние свободных жирных кислот и щелочей на пенетрацию и температуру каплепадения 15%-ной натровой смазки (по данным И. П.Лукашевич ).

С увеличением содержания свободных жирных кислот пенетрация смазок растет; у кальциевых и натровых смазок в зависимости от реакции она может варьировать на 100—120 единиц.

Е. Е. Сегалова и П. А. Ребиндер показали, что предельное напряжение сдвига смазок является функцией содержания в них свободных жирных кислот. Максимального значения оно достигает при оптимальных, сравнительно высоких, количествах кислоты (фиг. 113).

Влияние щелочей на механические свойства смазок объясняется их коагулирующим действием на мыла. Прямые опыты показывают, что в присутствии значительного количества щелочи склонность смазок к синерезису растет, что говорит об их способности увеличивать компактность структуры. Небольшой избыток щелочи способствует агрегированию частиц мыла, в связи с чем растет средний объем структуры и соответственно увеличивается сопротивление деформации. При дальнейшем росте концентрации увеличивается компактность структуры и смазка частично разжижается.

Влияние органических кислот связано с их пептизирующим действием. Согласно П. А. Ребиндеру , малые концентрации жирных кислот и других поверхностно активных веществ резко повышают прочность структуры вследствие увеличения

числа элементов структуры в единице объема системы. При повышении концентрации прочность структуры понижается, так как блокировка возможных мест сцепления частиц вследствие адсорбции поверхностно активных веществ начинает преобладать над увеличением числа элементов структуры. Это представление хорошо объясняет зависимость прочности структуры стеарата кальция в вазелиновом масле от концентрации олеиновой кислоты, представленная на фиг. 113. В последнее время влияние свободных жирных кислот на размер частиц мыла доказано исследованиями смазок под электронным микроскопом (фиг. 114).

В кальциевых и некоторых других смазках вода является обязательным компонентом системы. В различных стадиях технологического процесса (омыление и др.) она также присутствует в натровых и алюминиевых смазках и часто остается, по крайней мере в малых количествах, во всех готовых мыльных смазках1

Подобно поверхностно активным веществам типа жирных кислот вода влияет на структуру смазки, но в соответствии с ее высокой полярностью это действие более значительно. Д. С. Беликов-ский отчетливо показал, что присутствие воды определяет характер кристаллизации мыл, а следовательно, и структуру смазки. В присутствии воды натровые мыла в маслах кристаллизуются в форме пластинок, а в безводной смазке они образуют нити. Влияние воды на кристаллы кальциевых смазок видно на фиг. 114. Оптимальная структура этих смазок формируется при содержании 1,8% воды, что практически совпадает с концентрацией воды в солидолах.

Действие воды на структуру смазок связано с рядом факторов. Она входит в состав сферических и нитеобразных мицелл мыла , смещает температуру фазовых превращений мыл , стабилизирует мицеллы мыл от слипания и уменьшает сцепление молекул мыл, экранируя их полярные группы . В целом эти эффекты определяют сильное пептизирующее действие воды.

Наиболее консистентные смазки образуются при оптимальном содержании воды. Увеличение и уменьшение количества воды по отношению к оптимуму вызывает разжижение смазок (табл. 55). Величина оптимума довольно сильно варьирует у смазок различных оснований и зависит от содержания в них других полярных соединений. Если у солидолов он близок к 2%, то у натровых смазок он составляет десятые и даже сотые доли процента.

Другие полярные вещества, содержащиеся в смазках (нефтяные смолы, глицерин и т. п.), действуют аналогично воде и свободным жирным кислотам, но по абсолютной величине их влияние на реологические свойства смазок несколько меньше, чем влияние кислот.