Антидетонационные присадки представляют собой композиции, включающие собственно антидетонаторы, выносители и другие соединения, улучшающие их товарные и эксплуатационные свойства.
В качестве наиболее эффективных антидетонаторов уже более семидесяти лет используются соединения свинца. Наиболее распространенный антидетонатор— тетраэтилсвинец (ТЭС), бесцветная, прозрачная, сильно токсичная жидкость с высокой плотностью (1,6524 г/см3). ТЭС хорошо растворяется в бензине, спирте, ацетоне и некоторых других растворителях. Кипит при температуре около 200°С с разложением. Пары ТЭС в малой концентрации имеют сладковатый запах, при больших концентрациях паров ТЭС запах становится неприятным и труднопереносимым.
Другим достаточно широко распространенным свинцовым антидетонатором является тетраметилсвинец (ТМС). Это тоже жидкость с неприятным запахом, кипящая при 110°С. Плотность ТМС— 1,995 г/см3. Благодаря относительно невысокой температуре кипения, соответствующей примерно температуре выкипания 50% (об.) бензина, ТМС равномернее, чем ТЭС, распределяется по фракциям бензина и по цилиндрам карбюраторного двигателя. ТМС более термически стабилен, чем ТЭС: при 744°С ТЭС в течение 5,6 мс разлагается на 65%, а ТМС — только на 8%. Такое различие по термической стабильности обеспечивает большую эффективность ТМС по сравнению с ТЭС в двигателях с более высокой степенью сжатия и при использовании в высокоароматизированных бензинах [1].
Общими недостатками ТЭС и ТМС являются чрезвычайно высокая ядовитость самих антидетонаторов и продуктов их сгорания, приводящая к загрязнению окружающей среды и отрицательно влияющая на работу дожигателей отработавших газов (ОГ), которые устанавливаются на автомобилях для уменьшения содержания в ОГ токсичных соединений. Поэтому применение ТЭС и ТМС уменьшается и ведется интенсивный поиск других эффективных антидетонаторов.
Исследованные в качестве антидетонаторов вещества можно разделить на две группы: металлоорганические и органические соединения.
Среди металлоорганических соединений кроме ТЭС и ТМС наиболее эффективными оказались соединения, содержащие марганец и железо.
Весьма широко исследованы и испытаны, а также применялись в разное время в качестве антидетонаторов циклопентадиенилтрикарбонилмарганец (ЦТМ), метилциклопентадиенилтрикарбонилмарганец (МЦТМ), дициклопентадиенилжелезо (ДЦПДЖ) и его алкильные производные, пентакарбонилжелезо (ПКЖ) и др. По антидетонационной эффективности марганцевые антидетонаторы аналогичны, а содержащие железо лишь несколько уступают свинцовым.
ЦТМ представляет собой летучее кристаллическое вещество желтого цвета (температура плавления 77°С). Стабилен на воздухе, хорошо растворяется в органических растворителях и не растворим в воде.
МЦТМ — прозрачная маловязкая жидкость светло-янтарного цвета с травянистым запахом, температурой кипения 233°С, плотностью 1,388 г/см3 и температурой застывания 1,5°С, хорошо растворим в бензине и практически не растворим в воде (0,007% мае. при 25°С).
ДЦПДЖ (ферроцен) — твердое кристаллическое вещество оранжевого цвета с температурами плавления 173°С, возгонки 100°С, разложения 474°С.
ПКЖ— жидкость бледно-желтого цвета с температурой кипения 102,5°С и температурой застывания минус 2ГС, не растворимая в воде.
ФК (ферроценилдиметилкарбинол) — мелкокристаллический желтый порошок с температурой плавления 59,5°С.
Особенностью применения в бензинах металлоорганических антидетонаторов является отложение окислов соответствующих металлов на стенках камеры сгорания и на электродах свечей зажигания. Эти отложения вызывают повышенный износ цилиндров и поршневых колец и перебои в работе свечей зажигания.
Поэтому металлоорганические антидетонаторы, как правило, применяются в композиции с выносителями — веществами, преобразующими тугоплавкие оксиды металлов в летучие соединения.
В качестве выносителей широко используются алкилгалогениды: этилбромид (т.кип. 34,4°С), дибромэтан (т.кип. 131,7"С), дихлорэтан (т.кип. 83,5°С), монохлорнафталин (т.кип. 25ГС). В композициях марганцевых и железных антидетонаторов используются некоторые фосфорные и сернистые соединения. Однако следует отметить, что для этих антидетонаторов пока еще не найдены достаточно эффективные выносители, что и сдерживает их широкое применение.
Ввиду чрезвычайной токсичности свинцовых антидетонаторов, выявленных существенных недостатков и.высокой стоимости марганцевых и железных антидетонаторов в последние годы ведется усиленный поиск органических антидетонаторов, не содержащих металла.
К таким антидетонаторам в первую очередь относятся органические амины: метиланилин, ксилидин, экстралин (смесь 7% анилина, 88% метиланилина и 5% ксилидина). Последний добавлялся в конце 40-х годов к этилированным авиационным бензинам в количестве до 2% объемн.
При добавлении ароматических аминов к смеси первичных эталонов (70% изооктана и 30% н-гептана) в количестве 2% объемн. октановое число возрастает на 5—7 пунктов (ММ) и на 8—9 пунктов (ИМ).
При добавлении этих антидетонаторов к бензину с октановым числом 86 (ИМ) в количестве 2% объемн. октановое число увеличивается на 4—5 (ММ) и 5—6 (ИМ) пунктов, а при введении в количестве 5% объемн. увеличение октанового числа составляет соответственно 7—8 и 9—11 пунктов [2].