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Zusatz zu mineralischen Schmierölen für Maschinenanlagen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schmierung. Insbesondere bezieht sie sich auf die Schmierung von Maschinen, die Atomstrahlungen ausgesetzt sind.
Bei Maschinen, die der Strahlung von Atomreaktoren oder Atomwaffen ausgesetzt sind, treten neue und ungewöhnliche Probleme hinsichtlich der Schmierung auf. Diese Strahlung bewirkt eine physikalische
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stark, dass das Schmiermittel gewöhnlich für seinen Zweck nicht mehr geeignet ist.
Es ist offensichtlich, dass wegen der vorerwähnten Schäden am Schmieröl beträchtliche Betriebsprobleme auftreten. Beispielsweise sind für Atomkraftanlagen Pumpen, Kompressoren, Turbinen u. dgL erforderlich, die alle, wenigstens bis zu einem gewissen Ausmass, der Strahlung ausgesetzt sind. Ein Schmierverfahren, welches die zerstörenden Auswirkungen der Strahlung unwirksam macht, ist ein grundlegendes Erfordernis. Natürlich wird auch eine Abschirmung in einem gewissen Ausmass wirksam sein, jedoch werden immer noch Streustrahlungen von ausreichender Intensität vorhanden sein. Desgleichen ist es im Falle eines Atomkrieges möglich, dass Maschinen, wie z. B. Militärfahrzeuge und Geschtttze, der Strahlung ausgesetzt werden.
Falls hiebei die Auswirkungen der Strahlung nicht überwacht werden, besteht die Gefahr, dass die Betriebsanlagen unbrauchbar oder zumindest beträchtlich in ihrer Lehttmg beeinträchtigt werden.
Es wurde nun gefunden, dass die schädlichen Auswirkungen der Strahlung auf Schmieröle auf einfache und wirtschaftliche Weise hintangehalten werden können, indem man ein öllösliches, alkyliertes Styrol-Homopolymerisat mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 20000 und etwa 100000, vorzugweise ein Nonyl-alkyliertes Styrol-Homopolymerisat mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 50000 und 100000 und einem Gehalt an Alkylgruppen von durchschnittlich 1 bis 3 pro Styrolgruppe, oder ein Nonyl-alkyliertes Styrol-Homopolymerisat mit einem Molekulargewicht von etwa 75000 und einem Gehalt von durchschnittlich einer Alkylgruppe pro Styrolgruppe, als Zusatzin Mengen von etwa 0, 2 bis etwa
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gen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind, verwendet,
um eine Erhöhung der Viskosität des Schmier- öles unter dem Einfluss atomarer Strahlung im wesentlichen zu verhindern.
Durch die Verwendung des Zusatzes gemäss vorliegender Erfindung wird die Zersetzung von Schmiermitteln, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind, verzögert und werden Schmierversager bei Betriebsanlagen, die in Gegenwart von Strahlung arbeiten, vermindert.
Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung und aus der Zeichnung hervor, die das graphische Verhältnis zwischen der Dosierung der Strahlung und der prozentmässigen Schwankung der kinematischen Viskosität eines Mineral-Schmieröles, eines typischen Schmiermittels mit dem Zusatz gemäss vorliegender Erfindung und von Isopropyldiphenyl zeigt.
In der vorliegenden Beschreibung wird die Menge der vom Schmiermittel absorbierten Strahlung in
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Gramm beschossener Substanz niederschlägt. Die Einheiten werden verwendet, um die Menge der absorbierten Strahlung bei Beschuss mit jedweden Teilchen, z. B. Elektronen, Neutronen. Gammastrahlen und Betastrahlen zu messen.
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Die zur Schmierung von Maschinenanlagen, welche der Atomstrahlung ausgesetzt sind, in Betracht gezogenen Mineral-Schmieröle sind alle Petroleum-Kohlenwasserstoff-Fraktionen, die gewöhnlich für
Schmierzwecke verwendet werden. Demnach kommen in Frage Getriebeöle. Motoröle, Pumpenöle, Turbinenl) 1e u. dgl. Diese Öle können Petroleumfraktionen sein, die einer oder mehreren der bei Schmier- ölprodukten angewendeten Behandlungen, wie etwa Entwachsung, Lösungsmittelextraktion, Säureextrak- tion und schwacher Hydrierung, unterworfen wurden. Die Schmieröle haben je nach ihrem Verwendungs- zweck eine kinematische Viskosität, die sich in einem Bereich zwischen etwa 32 und etwa 600 Centistok, gemessen bei 38 C, bewegt.
Das Schmiermittel kann auch andere, besondere Eigenschaften verleihende Stoffe enthalten, die etwa E. P.-Mittel, Antirostzusätze, Antioxydantien usw.
Wie bereits vorstehend erwähnt, enthält das für Maschinenanlagen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind, verwendete Schmiermittel eine geringe Menge eines öllöslichen, alkylierten Styrolpolymeren oder Copolymere von Styrol oder alkylsubstituiertem Styrol mit einem oder mehreren olefinischen Kohlenwasserstoffen, wie etwa Butadien, Propylen, Äthylen, Butylen h. dgl Im allgemeinen liegt das Molekulargewicht der Polymere zwischen etwa 20000 und etwa 100000, vorzugsweise zwischen etwa 50000 und etwa 100000. Eine besonders brauchbare Art eines Polymers ist Polystyrol, welches so weit alkyliert wurde, dass es im Durchschnitt wenigstens einen Alkylrest für jede Styroleinheit des Polymers, vorzugsweise durchschnittlich 2 - 3 -Alkylreste pro Styroleinheit, enthält.
Das Polystyrol kann mit jedem herkömmlichen Verfahren zur Alkylierung aromatischer Ringe alkyliert werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Olefinen oder Alkylhalogeniden in Gegenwart von Katalysatoren, wie etwa Friedel- Crafts-Katalysatoren. Gewöhnlich wird die Reaktion in einem geeigneten Lösungsmittel, wie etwa Nitrobenzol. Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Dichloräthyl usw., durchgeführt. Die Alkylgruppen können geradkettig sein, jedoch sind verzweigtkettige vorzuziehen. Gewöhnlich enthält die Alkylgruppe etwa 3 bis etwa 16, vorzugsweise etwa 3 bis etwa 12, Kohlenstoffatome. Als Beispiele hiefür seien erwähnt : Propyl. Isopropyl, Butyl, Isobutyl, AmyL. Diisopropyl. Diisobutyl, Octyl, Decyl, Triisopropyl, Triisobutyl und Tetraisobutyl.
Es Ist eine nur relativ geringe Menge des vorerwähnten Polymeren im Schmiermittel erforderlich, um es in Gegenwart atomarer Strahlung betriebssicher zu machen. Ein Gehalt zwischen etwa 0, 2% und etwa 1, 2go bezogen auf das Gewicht des fertigen Schmiermittels, ist im allgemeinen ausreichend. Vorzugsweise werden etwa 0, 5 Gew. -'10 bis etwa 1 Gel.-% angewendet.
Die Strahlungsbeständigkeit des Schmiermittels wurde bestimmt, indem Proben einem starken Elektronenbeschuss ausgesetzt wurden und der Wechsel der Viskosität bei vergrösserter Dosierung gemessen wurde. Die kinematischen Viskositäten wurden nach dem ASTM-Test D445-53T gemessen. In den folgenden Beispielen werden die Auswirkungen der Strahlung auf ein Schmiermittel dargelegt und wird ein Verfahren zur Verminderung dieser Auswirkungen im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung näher erläutert.
Beispiel l : Das in diesem Beispiel verwendete öl war ein lösungsmittelraffiniertes, neutrales Paraffinöl mit einer Saybolt-Viskosität von 150 Sekunden bei 38 C. Dieses Öl ist ein typisches leichtes Turbinenöl. Drei Anteile dieses Öles wurden einem starken Elektronenstrahl von einem 2 MeV (Millionen Elektronen Volt) Van de Graaff-Accelerator, der so eingestellt wurde, um jedem Öl 2,28 Megarat Strahlung pro Durchgang bei einer Bestrahlungszeit von 9 Sekunden pro Durchgang abzugeben, ausgesetzt. Jeder der molanteile wurde der Strahlung einer verschiedenen Anzahl von Durchgängen, nämlich 30,60 und 100 Durchgängen, ausgesetzt. Demnach wurden die Anteile in einer Gesamtmenge von 68, 5 bzw. 137 bzw. 228 Megarad bestrahlt.
Für jeden molanteil wurde die kinematische Viskosität bei 38 und bei 1000C bestimmt. Die Viskositäten wurden mit denen des ursprünglichen Öles verglichen und die perzentuelle Vergrösserung der Viskosität gegenüber dem Original in jedem Falle berechnet. Die Prozentwert sind in Tabelle I angegeben.
Beispiel 2 : Einem weiterenAnteildes inBeispiell beschriebenenSchmieröles wurden 0, 9Gew.-% eines ein Molekulargewicht von 75000 aufweisenden, mit Nonylen (Triisopropylen) alkylierten und durch- schnittlich eine Nonylgruppe je Styrolgruppe aufweisenden Polystyrols zugesetzt. Drei Anteile dieser Schmiermittelzusammensetzung wurden auf dieselbe Weise wie die in Beispiel 1 beschriebenen drei Muster verschiedenen Strahlungsdosierungen ausgesetzt. Die Viskositäten eines jeden Anteiles wurden mit der nichtbestrahlten Zusammensetzung verglichen und die perzentuelle Vergrösserung (oder Abnahme) der Viskosität gegenüber der nichtbestrahlten Zusammensetzung in jedem einzelnen Fall berechnet. Die erhaltenen Werte sind in der Tabelle I angegeben.
Isopropyldiphenyl ist bekanntlich gegen intensive Strahlung beständig und wird als Kühlmittel in Atomreaktoren verwendet. Demnach stellt das Verhalten dieser Substanz in Gegenwart von Strahlung eine Norm zu Vergleichszwecken dar.
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Beispiel 3 : Zu Vergleichszwecken wurden drei Anteile Isopropylphenyl den verschiedenen Strahlungsdosierungen, genau wie bei Beispiel 1 beschrieben, ausgesetzt. Die kinematische Viskosität bei 380C des ursprünglichen Materials und die des bestrahlten Materials wurde bestimmt.
Die perzen-
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<tb> Beispiel <SEP> keine <SEP> 68, <SEP> 5 <SEP> Megarad <SEP> 137 <SEP> Megarad <SEP> 275 <SEP> Megarad
<tb> Beispiel <SEP> 1 <SEP>
<tb> % <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 38 C <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 5, <SEP> 9 <SEP> + <SEP> 9, <SEP> 2 <SEP> + <SEP> 18 <SEP>
<tb> % <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 1000C <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> + <SEP> 12 <SEP>
<tb> Beispiel <SEP> 2
<tb> % <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 38 C <SEP> O-0, <SEP> 55 <SEP> +1, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 4
<tb> % <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 1000C <SEP> O-3. <SEP> 5-2, <SEP> 9-1, <SEP> 4
<tb> Beispiel <SEP> 3
<tb> Ufo <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 38 C <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 0.
<SEP> 43 <SEP> + <SEP> 2, <SEP> 56 <SEP> + <SEP> 3, <SEP> 2
<tb> % <SEP> KV <SEP> Änderung <SEP> bei <SEP> 1000C <SEP> 0 <SEP> nil <SEP> nil <SEP> + <SEP> 1, <SEP> 4 <SEP>
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Aus den in der Tabelle I zusammengefassten Werten geht deutlich hervor, dass das Schmiermittel nach Beispiel 2 äusserst strahlungsbeständig Ist. Den Kurven in der Zeichnung liegen die Angaben der Tabelle I zugrunde. Sie stellen das graphische Verhältnis zwischen der perzentuellen Vergrösserung oder Verminderung, also der perzentuellen Änderung der kinematischen Viskosität bei 3SOc unter Strahlung und Strahlungsdosierung für ein normales Mineral-Schmieröl (Kurve A), für ein typisches erfindungsge- mässes Schmiermittel (Kurve B) und für Isopropyldiphenyl (Kurve C) dar.
Das Ausgangsöl (Kurve A) unterliegt einer relativ schnellen Erhöhung der Viskosität, wogegen das erfindungsgemässe Schmiermittel (Kurve B) relativ stabil ist. Ein Vergleich des erfindungsgemässen Schmiermittels mit Isopropyldiphenyl ergibt, dass das erfindungsgemässe Schmiermittel hinsichtlich Widerstandsfähigkeit gegen Strahjungg- schäden dem Isopropyldiphenyl gleichwertig oder sogar etwas überlegen ist. Da Isopropyldiphenyl sogar bei der intensiven Strahlung in einem Atomreaktor selbst beständig ist, ist es offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Schmiermittel. ohne durch Strahlung Schaden zu nehmen, für die Schmierung von Maschinenanlagen, die atomarer Strahlung ausgesetzt sind, verwendbar ist.
In vorstehender Beschreibung ist nur eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung beschrieben und es ist selbstverständlich, dass ohne weiteres Abänderungen, getroffen werden können. ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.