Studio dell’equilibrio liquido-vapore per Zinco Dialchil Ditiofosfati (ZDDP)

Abstract

Il presente lavoro di tirocinio si colloca nell’ambito della chimica industriale e riguarda lo studio dell’equilibrio liquido-vapore di sistemi contenenti Zinco Dialchil Ditiofosfati (ZDDP), additivi utilizzati come agenti antiusura e antiossidanti nei lubrificanti per motori a combustione interna. L’attività è stata svolta presso lo stabilimento Infineum Italia S.r.l. di Vado Ligure. Gli ZDDP formano ad alte temperature un film protettivo di politiofosfato vetroso che riduce l’usura della superficie metallica del motore. Tuttavia, al termine della sintesi industriale, il prodotto contiene residui volatili che devono essere rimossi per garantirgli stabilità, sicurezza e qualità, in particolare acqua e alcoli. Lo studio dell’equilibrio è essenziale per comprendere la variazione della pressione di vapore del sistema in funzione di temperatura e concentrazione di soluti volatili. Il lavoro è stato preceduto da un approfondimento teorico su sintesi, meccanismo d’azione degli ZDDP e principi termodinamici degli equilibri liquido-vapore, con riferimento alle leggi di Raoult e Dalton. Dal punto di vista sperimentale, il campione di ZDDP grezzo è stato inizialmente sottoposto a distillazione sottovuoto per ridurre il contenuto di acqua e metilisobutilcarbinolo. Il grado di secchezza è stato verificato mediante titolazione Karl Fischer coulometrica e misura del flash point con metodo Pensky-Martens a vaso chiuso. Successivamente sono state effettuate misure di equilibrio liquido-vapore su campioni contenenti quantità controllate di acqua e MIBC, singolarmente e in miscela. I risultati hanno mostrato un aumento della pressione di vapore con la temperatura e con la concentrazione delle componenti volatili, nonché una significativa diminuzione del flash point all’aumentare del contenuto di MIBC. Sono state riscontrate alcune anomalie sperimentali magari dovute all’aspirazione dei soluti durante la realizzazione del vuoto o proprio alla perdita di vuoto.

This internship project is set within the field of industrial chemistry and focuses on the study of the liquid–vapor equilibrium of systems containing Zinc Dialkyl Dithiophosphates (ZDDPs), additives used as anti-wear and antioxidant agents in lubricants for internal combustion engines. The activity was carried out at the Infineum Italia S.r.l. plant in Vado Ligure. At high temperatures, ZDDPs form a protective glassy polythiophosphate film that reduces wear on engine metal surfaces. However, at the end of the industrial synthesis process, the product contains volatile residues that must be removed to ensure stability, safety, and quality, particularly water and alcohols. The study of equilibrium is therefore essential to understand how the vapor pressure of the system varies as a function of temperature and the concentration of volatile solutes. The work was preceded by a theoretical study on the synthesis and mechanism of action of ZDDPs, as well as on the thermodynamic principles of liquid–vapor equilibria, with reference to Raoult’s and Dalton’s laws. From an experimental point of view, the crude ZDDP sample was initially subjected to vacuum distillation to reduce the content of water and methyl isobutyl carbinol. The degree of dryness was verified by coulometric Karl Fischer titration and by measuring the flash point using the Pensky–Martens closed-cup method. Subsequently, liquid–vapor equilibrium measurements were carried out on samples containing controlled amounts of water and MIBC, both individually and in combination. The results showed an increase in vapor pressure with increasing temperature and volatile component concentration, as well as a significant decrease in flash point with increasing MIBC content. Some experimental anomalies were observed, possibly due to solute aspiration during vacuum application or to vacuum leakage.