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Schmiermittel und Verfahren zu seiner Herstellung
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Monocarbonsäuretriebe-oder Instrumenten-Öl ist hinreichend bekannt und mannigfach beschrieben. Engt'man den Schmiermittelbereich auf Hochleistungsöle ein, so bildet eine vorgegebene bifunktionelle Verbindung nur noch mit wenigen ausgewählten monofunktionellen Komponenten Diester von optimalen Schmiermitteleigenschaften. So erfordert bekanntlich ein leistungsfähiges Schmiermittel einen hohen Viskositätsindex, niedrige Viskositäten bei tiefen Temperaturen, einen hohen Flammpunkt, jedoch geringe Verdampfungsverluste bei Betriebstemperaturen, eine hinreichende Scher-, Oxydations- und ThermoStabilität neben weiteren andern Prädikaten.
Derartige Eigenschaften besitzen relativ langkettige Diester mit einer gezielten Verzweigung.
Stark verzweigte Komponenten liefern mangelhafte Viskositätseigenschaftenunddamit keine sonderlich leistungsfähigen Schmiermittel, während völlig lineare und unverzweigte Diester sich bei hervorragenden VI-Werten allein infolge zu hoher Stockpunkte für eine Anwendung als Schmiermittel unter normalen Bedingungen verbeten. Neben solcherlei strukturellen Voraussetzungen ist die Herstellung leistungsfähiger Schmierstoffe in eminente Weise von der technischen Zugänglichkeit und Wirtschaftlichkeit der ausgewählten Esterstoffe abhängig.
Im Rahmen der Acetonchemie (s. K. Schmitt, Chemische Industrie, Nr. 4 [1966J, 8. 1 bis 7) ist 2,2, 4- - (2, 4. 4) -Trimethyladipinsäure (durch Kondensation von Aceton zu Isophoron, Hydrierung zum Trimethylcyclohexanol und nachfolgender Salpetersäureoxydation) nunmehr in technischem Umfang zugänglich. Durch Umsetzung von Trimethyladipinsäure, vorzugsweise mit geradkettigen Monoalkoholen, erhält man Diester, die sich durch ihre Leistungsfähigkeit als Schmiermittel und Weichmacher auszeichnen und als Motoren-, Lager-, Getriebe- oder Instrumenten-Öl unmittelbar, sowie in Form von Zusätzen zu Mineralölkomponenten ausserdem als Mehrbereichsmotorenöle geeignet sind.
Die Daten der Ester waren bisher unbekannt und sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Tabelle 3 :
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<tb>
<tb> (Gemisch-Ester)
<tb> Trimethyladipinsäureester, <SEP> hergestellt
<tb> durch <SEP> Umsetzung <SEP> von <SEP> Trimethyladipinsäure
<tb> mit <SEP> Monoalkoholgemischen
<tb> Zusammensetzung <SEP> Visko <SEP> - <SEP> Stock- <SEP> Flamm- <SEP>
<tb> der <SEP> Mischung <SEP> sitäts- <SEP> punkt <SEP> punkt <SEP>
<tb> Alkoholkomponente <SEP> % <SEP> VI*) <SEP> index <SEP> C <SEP> C <SEP>
<tb> n-Butanol <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP>
<tb> n-Hexanol <SEP> 21, <SEP> 5 <SEP> (108)
<tb> n-Octanol <SEP> 33, <SEP> 0 <SEP> (138) <SEP> 157 <SEP> -65 <SEP> 210
<tb> n-Decanol <SEP> 44, <SEP> 0 <SEP> (145)
<SEP>
<tb> n-Dodecanol <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> (154) <SEP>
<tb> n-Hexanol <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> (108)
<tb> n-Octanol <SEP> 45, <SEP> 0 <SEP> (138)
<tb> n-Decanol <SEP> 53, <SEP> 0 <SEP> (145) <SEP> 167 <SEP> -63 <SEP> 225
<tb> n-Dodecanol <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> (154) <SEP>
<tb> n-Octanol <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> (138)
<tb> n-Decanol <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> (115) <SEP> 175-60 <SEP> 220
<tb> n-Nonanol <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> (175)
<tb> n-Decanol <SEP> 50, <SEP> 0 <SEP> (145) <SEP> 167-58 <SEP> 229
<tb> n <SEP> -Octanol <SEP> 33, <SEP> 3 <SEP> eI38) <SEP>
<tb> n-Decanol <SEP> 33, <SEP> 3 <SEP> (145) <SEP> 178-40 <SEP> 223
<tb> n-Dodecanol <SEP> 33, <SEP> 3 <SEP> (154)
<tb>
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Erfindungsgemäss werden sowohl wegen der erzielbaren Eigenschaften als auch aus verfahrensmässi- gen und wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise technisch und natürlich anfallende Monoalkoholgemi- sche oder aber gezielte Abmischungen in den Eigenschaften und in der Struktur ähnlicher oder verschie- dener Monoalkohole mit Trimethyladipinsäure zur Veresterung gebracht und als Schmiermittel sowie als
Weichmacher verwendet. Zur Gewinnung von Estergemischen mit guten Viskositätsindices, hohen
Flammpunkten und besonders tiefen Stockpunkten gemäss Tabelle 3 ist es zweckmässig, in einer Vorre- aktion Trimethyladipinsäure mit einem Unterschuss des Monoalkoholgemisches zunächst vorwiegend zum Halbester umzusetzen und nachfolgend unter Zugabe des restlichen Alkoholgemisches die vollständige Veresterung zum Gemischtester auszuführen.
Führt man dagegen die Veresterung in einem
Schritt mit der vorgesehenen Gesamtmenge aller Reaktionspartner aus, so weist das resultierende Ester- gemisch weitgehende Ähnlichkeit mit einer physikalischen Mischung etwa entsprechender Zusammen- setzung von reinen Trimethyladipinsäureestern auf, mit Stockpunkten gemäss Tabelle 2.
Die Trimethyladipinsäureester-und Estergemische zeichnen sich neben den belegten Prädikaten durch hohe Verseifungsresistenz, durch hervorragende Oxydations- und Thermostabilität sowie durch
Verträglichkeit gegenüber Mineralölen und vielen andern Stoffen aus.
Die thermische Stabilität einiger Trimethyladipinsäureester im Vergleich zu Diestern ähnlicher
Kettenlänge ist in Tabelle 4 dargestellt.
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Tabelle 4 :
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<tb>
<tb> Thermostabilität <SEP> einiger <SEP> Ester <SEP> nach <SEP> 6 <SEP> 1/2 <SEP> h
<tb> bei <SEP> 3500 <SEP> am <SEP> Rückflusskühler <SEP> ohne <SEP> Schutzgas
<tb> C <SEP> - <SEP> Säurezahl <SEP>
<tb> Ketten- <SEP> (mg <SEP> KOH/g
<tb> Ester <SEP> länge <SEP> Sub.)
<tb> Azelainsäure-di <SEP> (2-äthylhexyl) <SEP> ester <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> Sebazinsäure-di <SEP> (2-äthylhexyl) <SEP> ester <SEP> 26 <SEP> 18
<tb> Decandicarbonsäure-di <SEP> (2-äthylhexyl) <SEP> ester <SEP> 28 <SEP> 14
<tb> Undecandicarbonsäure-di <SEP> (2-äthylhexyl) <SEP> ester <SEP> 29 <SEP> 3
<tb> Dodecamethylendiol-di <SEP> (2-äthylhexoat) <SEP> 28 <SEP> 32
<tb> Tridecamethylendiol-di <SEP> (2-äthylhexoat) <SEP> 29 <SEP> 4
<tb> Trimethyladipinsäure-di <SEP> (n-octyl)- <SEP>
<tb> ester <SEP> 25 <SEP> 4
<tb> Trimethyladipinsäure-di <SEP> (n-nonyl)
- <SEP>
<tb> ester <SEP> 27 <SEP> 3
<tb> Trimethyladipinsäure-di <SEP> (n-decyl)ester <SEP> 29 <SEP> 4
<tb>
Die Säurezahlen von physikalischen Gemischen sowie Gemischtestern der Trimethyladipinsäuren liegen ebenfalls unter 5.
Von besonderem Vorteil ist ferner die der Rohesterbildung nachgeschaltete Aufarbeitungsmethode zur Herstellung völlig säurefreier Ester. Bekanntlich weisen die anfallenden Rohester, häufig genug auch Esterdestillate aus neutralen Rohestern, eine messbare Säurezahl auf, die aus zahlreichen Gründen unerwünscht ist. In der Literatur sind zwar Methoden zur Entfernung saurer Anteile aus Estern beschrieben, doch sind diese Methoden mitunter aufwendig oder auf speziell gelagerte Fälle zugeschnitten. Die nachstehend beschriebene Methode erlaubt eine vollständige Entfernung saurer Anteile, führt zu einer Aufhellung der Produkte und zeichnet sich durch einfache und wirtschaftliche Arbeitsweise aus.
Nach nahezu vollständiger Veresterung und Abdestillation des Schleppmittels bzw. der im Überschuss angewendeten Veresterungskomponente weist der Rohester hinreichend oft noch einen Gehalt an sauren Anteilen auf. Die ermittelten Säurezahlen liegen im allgemeinen in einem Bereich von 0 bis 10 (mg KOH/g Substanz), insbesondere bei sterisch gehinderten Estern, wie im vorliegenden Fall der Tri-
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dann in die Charge einzutragen.
Nach der Neutralisation, dem Absaugen oder Abzentrifugieren der magnesiumsauren Esterverbindungen wird der Rohester fraktioniert. Im allgemeinen sind die anfallenden Fraktionen neutral, mitunter weisen aber hochsiedende Esterdestillate noch Säurezahlen von 0 bis 1 auf und werden in den Fällen, wo eine Säurezahl von 0 absolut erforderlich ist, erneut mit einer nunmehr geringen und wieder bere-
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chenbaren Menge an MgO + HO, zweckmässigerweise nur bei Raumtemperatur, behandelt. Vom Niederschlag befreit, kann der Ester unmittelbar verwendet werden. Der Glührückstand derart behandelter Ester liegt bei 0,001 und weniger Gewichtsprozent MgO. Der Zusatz von auf MgO bezogenen molaren Mengen Wasser beschleunigt den Neutralisationsprozess, vor allem bei Raumtemperatur.
Wasserfreies MgO ist bei Raumtemperatur wenig, bei erhöhten Temperaturen dagegen vollauf wirksam.
Die Vorteile dieser Aufarbeitungsmethode sind :
1. Ein einfacher, wirksamer und universell anwendbarer Prozess.
2. Das Ausbleiben von Schäumen und Emulsionen.
3. Kein Abwasserproblem.
4. Der magnesiumsaure, feindisperse Esterschlamm ist zur Herstellung von Waschdispersionen für Pflegemittel sowie Korrosionsschütz hervorragend geeignet. Der feindisperse, noch Esterschlamm enthaltende Magnesium-Fettsäuremonoester-Niederschlag kann schliesslich zusammen mit Lithiumseifen unter Zusatz von Esterölen zu leistungsfähigen Schmierfetten verarbeitet werden, die den mineralischen Schmierfetten deutlich überlegen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schmiermittel auf Basis von 2,2, 4- (2, 4, 4)-Trimethyladipinsäurediestern, dadurch ge- kennzeichnet, dass als Monoalkoholkomponente ausschliesslich Homologengemische im Bereich
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- Cl4net, dass 2, 2, 4- (2, 4, 4) -Trimethyladipinsäure zunächst mit einer auf den Halbester berechneten Men- ge Alkohol umgesetzt und nachfolgend unter Zugabe des restlichen Alkoholgemisches die vollständige Veresterung zum Gemischtester durchgeführt wird.