CA2044036A1 - Detergents for lubricating oils containing a phosphor organic derivative and lubricating compositions containing such detergents - Google Patents
Detergents for lubricating oils containing a phosphor organic derivative and lubricating compositions containing such detergentsInfo
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Abstract
1 Détergent surbasé pour huiles lubrifiantes obtenu par carbonatation d'un mélange renfermant un détergent choisi parmi les sulfonates, naphténates, salicylates, phosphonates et thiophosphonates alcalins ou alcalinoterreux, un oxyde, hydroxyde ou alcoolate alcalin ou alcalinoterreux, un promoteur azoté et/ou oxygéné, au moins 3% poids de phosphore sous forme de dérivé organique non-métallique, un solvant hydrocarboné et éventuellement une huile diluante et de l'eau. Ces détergents renferment 0,5 à 10% et de préférence 1 à 5 poids de phosphore. Ils ont des propriétés antiusure et antioxydantes très améliorées.1 Overbased detergent for lubricating oils obtained by carbonation of a mixture containing a detergent chosen from alkali or alkaline earth sulfonates, naphthenates, salicylates, phosphonates and thiophosphonates, an alkaline or alkaline earth oxide, hydroxide or alcoholate, a nitrogen and / or oxygenated promoter, at least 3% by weight of phosphorus in the form of a non-metallic organic derivative, a hydrocarbon solvent and optionally a diluent oil and water. These detergents contain 0.5 to 10% and preferably 1 to 5 weight of phosphorus. They have very improved antiwear and antioxidant properties.
Description
20~36 SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE
DERIVE ORGANIQUE DU PHOSPHORE ET COMPOSITIONS LUBRIFIANTES
RENFERMANT LESDITS DETERGENTS
. . _ . . .
Cette invention concerne des détergents surbasés pour huiles lubrifiantes renfermant un derivé organique du phosphore.
Les détergents surbasés sont des sels de métaux alcalins ou alcalinoterreux d'acides organiques surbasés par carbonatation avec l'anhydride carbonique. Le terme surbasé
est utilisé pour désigner l'excès de métal alcalin ou alcalinoterreux par rapport à la quantite stoechiométrique nécessaire pour neutrali~er l'acide.
La structure des détergents surbasés est celle d'une dispersion colloïdale dont les micelles renferment le carbonate de métal alcalin ou alcalinoterreux formé lors de la carbonatation. Les micelles sont stabilisées par les sels alcalins ou alcalinoterreux des detergents.
Ces détergents surbasés sont particulierement utiles dans les lubrifiants utilisés dans les moteurs à combustion interne du type "essence" ou "diesel" qu'il s'agisse de moteurs terrestres ou marins.
Grâce à leur effet détergent et dispersant ils empêchent la formation de laques et de vernis sur les pistons, et maintiennent en dispersion les suies issues de la combustion incomplète du carburant.
Une autre fonction importante de ces additifs est la neutralisation des composés acides issus de l'oxydation de l'huile ou de la combustion des produits soufrés apportés par le combustible. Cette fOnction est particulierement appréciee lors de l'utilisation de combustibles riches en soufre comme par exemple les fuels lourds utilis~s dans les moteurs marins. 20 ~ 36 SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE
DEBASED DETERGENTS FOR LUBRICATING OILS CONTAINING A
ORGANIC PHOSPHORUS DERIVATIVE AND LUBRICATING COMPOSITIONS
CONTAINING SAID DETERGENTS
. . _. . .
This invention relates to overbased detergents for oils lubricants containing an organic phosphorus derivative.
Overbased detergents are alkali metal salts or alkaline earth organic acids overbased by carbonation with carbon dioxide. The term overbased is used to denote excess alkali metal or alkaline earth relative to the stoichiometric amount necessary to neutralize the acid.
The structure of overbased detergents is that of a colloidal dispersion of which the micelles contain the alkali or alkaline earth metal carbonate formed during carbonation. Micelles are stabilized by salts alkaline or alkaline earth detergents.
These overbased detergents are particularly useful in lubricants used in internal combustion engines from "petrol" or "diesel" type, whether engines terrestrial or marine.
Thanks to their detergent and dispersing effect they prevent formation of lacquers and varnishes on the pistons, and keep soot from combustion dispersed fuel incomplete.
Another important function of these additives is the neutralization of the acid compounds resulting from the oxidation of oil or the combustion of sulfur products brought in by the fuel. This function is particularly appreciated when using sulfur-rich fuels like for example heavy fuels used in engines sailors.
2~036 Les detergents surbases améliorent en outre la résistance à
l'oxydation des huiles auxquelles ils sont incorporés. Cette fonction est particulièrement importante pour les formulations lubrifiantes soumises à des contraintes thermiques severes, comme par exemple dans les moteurs diesels fortement suralimentes.
Les détergents surbasés sont caracterisés par leur valeur alcaline (VA) exprimée en mg de KOH par gramme de produit.
Elle est déterminée par titration à l'aide d'un acide fort selon la norme ASTM D-2896. Une réserve d'alcalinité
importante se traduit par une VA élevée.
Il est connu par ailleurs d'utiliser dans les lubrifiants des mélanges de détergents surbasés et d'additifs phosphorés ou phosphosoufrés. Ces derniers apportent des propriétes antiusure et antioxydantes. Les plus couramment utilisés sont les sels metalliques de l'acide dithiophosphorique et plus particulièrement le sel de zinc de l'acide dialkyldithiophosphorique.
De nombreuses formulations lubrifiantes comprenant entre autres, des détergents surbasés et les sels métalliques et plus particulièrement le sel de zinc de l'acide dialkyldithiophosphorique, existent. Elles conviennent pour un grand nombre d'applications, concernant par exemple les fluides de transmission (WO 88-08874-A), les lubrifiants pour moteurs terrestres à essence ou pour les moteurs diesel (EP-A
225580, US 4664822, US 4525288, US 4704217), les lubrifiants pour moteurs marins (US 4681694) ou les fluides hydrauliques (US 3899432).
N~anmoins, il s'avère que des interactions négatives peuvent exister entre les détergents surbasés et les dérivés organiques du phosphore, et notamment le sel de zinc de l'acide dialkyldithiophosphorique. La compétition, lors de l'adsorption sur les surfaces métalliques ~ lubrifier, entre les détergents surbasés et les sels de zinc ou des réactions entre ces deux additifs dans le volume du lubrifiant peuvent entrainer une diminution importante des propriétés antioxydantes e~ antiusure.
2~0~
. .
Nous avons trouvé maintenant qu'en effectuant le surbasage des détergents en présence d'un compose organique non-métallique du phosphore, il y a incorporatisn du phosphore dans la micelle, renfermant par ailleurs le carbonate de métal alcalin ou alcalinoterreux. Ainsi les interactions négatives entre les phenates surbasés et les dérivés organiques du phosphore sont ~vitées.
L'invention concerne donc un détergent surbasé pour huiles lubrifiantes obtenu par carbonatation d'un melange renfermant un détergent choisi parmi les sulfonates, naphténates, salicylates, phosphonates et thiophosphonates alcalins ou alcalinoterreux, un dérivé d'un metal alcalin ou alcalinoterreux choisi parmi les oxydes, les hydroxydes ou alcoolates, un promoteur azoté et/ou oxygéné, un solvant hydrocarboné et eventuellement une huile diluante et de l'eau, caractérisé en ce que le mélange renferme au moins 3%
poids de phosphore sous forme de dérivé organique non métallique.
Les détergents surbasés selon l'invention renferment O,S à
10% et de préférence 1 à 5% poids de phosphore. Ils ont des propriétés antiusure et antioxydantes grandement améliorées, tout en conservant des propriétés de détergence, de dispersion et de neutralisation des composés acides, inaltérées.
Le pouvoir antiusure et antioxydant peut être encore amélioré
par l'addition de dithiophosphate de zinc (DTPZ). Dans ce cas, le DTPZ est ef~icace a de très faibles concentrations, ce qui résulte dans une diminution notable du caractere corrosif des formulations.
Les dérivés organiques non-métalliques du phosphore sont choisis parmi les phosphites, phosphoramides, les dérivés des acides phosphoriques, thiophosphoriques, dithiophosphoriques, trithiophosphoriques,tetrathiophos-phoriques et leurs sels organiques.
On utilise plus particulièrement les dérivés phosphosoufrés comme les acides thiophosphoriques ou dithiophosphoriques et leurs sels organiques et de préférence les derives d'acides dithiophosphoriques et leurs sels organiques.
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2~03~
Parmi les dériv~s d'acides dithiophosphoriques on utilise en géneral les acides dihydrocarbyldithio-phosphoriques, de formule genérale ~-0 ~ ~; S
~ P (I) R~O SH
où R et R' identiques ou differents représentent des chaînes alkyles linéaires ou ramifiées en Cl à C20, les cycles aliphatiques ou aromatiques.
Parmi ces dérivés nous pouvons mentionner l'acide diéthyldithiophosphorique, l'acide diisopropyldithiophos-phorique, l'acide dicyclohexyldithiophosphhorique ou l'acide dicrésyldithiophosphorique.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser les composés de formule générale (I) insolubles dans les huiles. Ces composés présentent en plus du pouvoir antioxydant et antiusure, un effet tensioactif. Ainsi ils participent comme cotensioactifs a la stabilisation des micelles.
Les procédés de l'art antérieur ne permettaient d'incorporer dans les détergents surbasés que les dérivés oléosolubles du phosphore. Le procédé de l'invention permet l'incorporation aussi bien de dérivés oléosolubles que de dérivés insolubles dans les huiles. Il est particulierement intéressant de ne pas être limité dans le choix du dérivé du phosphore.
Les acides dihydrocarbyldithiophosphoriques de formule génerale (I) peuvent être préparés par l'action du pentasulfure de phosphore sur un alcool ou phénol de formule générale R-OH ou un mélange d'alcools ou phénols de formule R-OH et R'-OH.
Le rapport molaire du pentasulfure de phosphore a l'alcool ou phénol doit être au moins de 1 pour 4. La réaction peut être réalis~e à une température comprise entre 40 et 200~C, celle-ci dépendant du type d'alcool ou de phénol choisi.
Les méthodes de préparation des acides dialkyldithiophosphoriques sont décrites dans les brsvets americains 30~9850, 3101096, 3293181 et 3489682.
20-~36 . .
Les detergents sont choisis parmi les sulfonates, naphténates, salicylates, phosphonates et thiophosphonates de métal alcalin ou alcalinoterreux. A la place des détergents, le milieu reactionnel peut renfermer les précurseurs. Dans ce cas la neutralisation est réalisée dans le milieu réactionnel avant carbonatation.
Les sulfonates sont obtenus ~ partir d'acides sulfoniques d'origine pétrolière ou synthétique. Les acides sulfoni~les pétroliers sont préparés par sulfonation d'huiles issues de la distillation du pétrole.
Leur structure ne correspond pas à une formule bien définie, mais leur poids moléculaire moyen doit être au moins égal a 300.
Les acides sulfoniques synthétiques sont préparés par alkylation de composés aromatiques comme le benzène, toluène, xyl~ne ou naphtalène avec des coupes oléfiniques puis par sulfonation de l'alkylat obtenu. La structure des chaines alkyles fixées sur le noyau est linéaire ou ramifiée, selon la structure des oléfines utilisées pour l'alkylation. Le nombre d'atomes de carbone par chaine alkyle est supérieur ou égal à 8.
La préparation du sulfonate de métal alcalin ou alcalinoterreux est réalisée par mise en contact de l'acide sulfonique avec un dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux, de préférence un oxyde ou hydroxyde, dans un solvant hydrocarboné, éventuellement en présence d'un alcool.
Les acides alkylsalicyliques sont prépares par alkylation de l'acide salicylique ou par carboxylation sous pression des alkylphénols. La chaine alkyle contient un minimum de 12 atomes de carbone.
Les phosphonates et thiophosphonates sont préparés par action de P205 ou P2S5 sur un polyisobutène, puis neutralisation par un oxyde ou hydroxyde alcalin ou alcalinoterreux. Le poids moleculaire du polyisobut~ne est compris entre 300 et 2000.
Tous ces détergents peuvent etre utilisés en mélange avec des dispersants solubles en milieu hydrocarboné, par exemple du type alkylsuccinimide ou esters d'acides alkylsucciniques de poids moléculaire de 300 et 2500.
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' . . - - - ' ~ ~ ~ ' ~:'~,' ' .''~ ' ' . . ' ' ~ , ' ~ ' 2~036 Parmi les dérives de métal alcalin ou alcalinoterreux on utilise les oxydes, hydroxydes ou alcoolates. Les derivés preférés sont les oxydes et hydroxydes.
Ceux-ci sont ajoutés au milieu réactionnel en excès stoechiometrique par rapport au composé phenolique. L'excès stoechiométrique peut varier entre 5:1 et 30:1.
Le promoteur oxygéné est généralement un alcool aliphatique ou aromatique, un alkoxyalcanol, un glycol ou encore une alcanolamine. On utilise de preférence les alcools aliphatiques en Cl à C20 ou leurs mélanges. Les alcools aliphatiques peuvent être utilisés en mélange avec des glycols, des alkoxyalcanols ou des alcanolamines.
Le rapport molaire du promoteur oxygéné au compose phénolique est généralement compris entre 1 et 30.
L'utilisation d'un promoteur azoté est facultative. Le promoteur azoté est généralement choisi parmi l'ammoniaque, les sels d'ammonium, les amines primaires, secondaires ou tertiaires en C2 à C10 et leurs sels, les polyamines ou alcanolamines ainsi que les composés minéraux nitrés.
Parmi les promoteurs azotés on prefère 1'ammoniaque, le carbonate et le chlorure d'ammonium, l'ethylènediamine, l'éthanolamine ou la diéthanolamine, ainsi que le nitrate de calcium.
Le rapport molaire du promoteur azote au composé phénolique est généralement compris entre 0,05 et 30.
Le solvant hydrocarboné permet une homogéneisation parfaite des différents réactifs ainsi qu'un abaissement de la viscosité, ce qui facilitera ultérieurement la récupération des résidus solides de carbonatation. Le solvant représente en général 10 à 70% en poids du mélange réactionnel. Les solvants utilisés sont les composés aliphatiques ou aromatiques en C6 à C12. Les solvants préférés sont les solvants aromatiques, comme le benzène, toluène, xylène, éthylbenzène et les aromatiques chlor~s. Leur choix est dicté
par les caractéristiques de l'addi~if recueilli, par leur point d'~bullition et par le point d'ébullition des azéotropes qu'ils peuvent former avec les composés oxygénés et l'eau.
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- , :. , , 7 ~40~b La manipulation des détergents surbasés est facilitée par l'addition d'une huile diluante. L'huile représente environ 20 à 50% poids de l'additif obtenu. Celle-ci peut être ajoutée au milieu réactionnel avant la carbonatation ou encore après celle-ci, c'est-à-dire juste avant l'élimination des solvants. Les huiles diluantes utilisées sont de nature paraffinique, du type 100 ou 150 Neutral Solvant on de nature majoritairement naphténique telle que la 100-150 Pale Solvant.
La réaction de carbonatation peut-être réalisée après addition éventuelle d'eau au milieu réactionnel. L'addition d'eau s'avère particulièrement bénéfique lorsque le dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux est un oxyde.
Genéralement la quantité d'eau ajoutée est telle que le rapport molaire eau/oxyde de métal soit de l'ordre de 5. Plus en détail, le procédé d'obtention des détergents surbasés consiste à :
a, neutraliser le détergent par un dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux, en présence d'un promoteur azoté et/ou oxygéné, un solvant hydrocarboné et éventuellement une huile diluante et de l'eau, b, ajouter un dérivé organique non-métallique du phosphore, et mieux un dérivé phosphosoufré, puis carbonater le mélange par l'anhydride carbonique gazeux pendant un temps suffisant pour consommer en partie ou en totalite l'excès de métal alcalin ou alcalinoterre~x, c, éliminer les résiduæ solides ainsi que les solvants.
Une mise en oeuvre préférentielle du procédé consiste à
introduire successivement dans un réacteur équipé d'un agitateur, d'une r~gulation de température, d'un système de chauffage et de mise sous vide :
- 0 a 700 parties poids d'un solvant hydrocarboné, - 100 ~ 400 parties poids d'un détergent ou d'un précurseur de détergent, - un dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux en excès stoechiométrique par rapport au détergent ou son précurseur Cet exces stoechiometrique est compris entre 5:1 et 30:1, - un promoteur oxygén~ dont le rapport molaire au détergent est compris entre 1 et 30, , - ' , , - ' - ~ ~ .
8 20~036 - eventuellement un promoteur azoté dont le rapport molaire au detergent est compris entre 0,05 et 30, - éventuellement une quantité d'eau telle que le rapport molaire eau/oxyde de métal alcalin ou alcalinoterreux soit de l'ordre de 0,5, - une huile diluante en quantité telle que celle-ci représente 20 ~ 50% en poids de l'additif récupére à la fin des opérations, - un des composés organiques du phosphore décrit précédemment.
Dans le cas où l'on utilise un précurseur de détergent et un composé organique phosphoré acide, il est préférable de réaliser la neutralisation du précurseur par l'excès de dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux avant d'introduire le composé organique phosphore acide.
Dans le cas où l'on utilise un pré~urseur de détergent et un sel d'un composé organique du phosphore, il est préférable d'introduire successivement le précurseur, le sel et enfin l'excès de dérivé de métal alcalin ou alcalinoterreux.
La concentration en phosphore du milieu réactionnel doit être supérieure ou égale à 3% poids.
On procède alors à la carbonatation de l'exces stoechiométrique de métal alcalin ou alcalinoterreux à une température comprise entre la température ambiante et la température de reflux du mélange et plus particulièrement à
une température comprise entre la température ambiante et 50C et préférentiellement à une tempéra~ure comprise entre 30 C et 45 C.
Le rapport molaire du gaz carbonique introduit à 1'excès stoechiométrique de métal alcalin ou alcalinoterreux est compris entre 0,6 et 1,2. Le mélange est éventuellement stabilisé par chauffage sous vide ou sous courant d'azote, de façon à éliminer les promoteurs oxygénés.de bas point d'ebullition et l'eau ajout~e, ainsi que l'eau produite par la réaction de carbonatation. Les residus solides sont elimines, en général par centrifugation et/ou filtration à
de de terre à diatomées.
. ~ ~
20~036 Si l'huile diluante n'a pas eté ajoutée avant carbonatation, elle est alors ajoutee avant l'élimination du solvant hydrocar~oné et eventuellement l'alcool. Ces derniers sont éliminés par chauffage sous vide à des températures de l'ordre de 100 à 200C.
Il faut remarquer que l'opération de filtration peut être realisée après récupération du solvant.
Les détergents surbasés selon l'invention sont limpides et stables. La couleur est variable en fonction du détergent utilisé. Les sulfonates surbasés sont par exemple de couleur brun-vert, les salicylates de couleur brun foncé.
Les détergents surbases selon l'invention sont entierement compatihles avec les hydrocarbures.
Ils sont incorporés aux huiles lubrifiantes d'origine naturelle ou synthétique à une concentration comprise entre environ 0,5 et 40~ en poids et de préférence entre 1 et 30%
en poids.
Les compositions lubrifiantes ainsi obtenues peuvent renfermer d'autres additifs, à effet antiusure, dispersant, antioxydant et des polymères améliorant l'indice de viscosité.
Les exemples ci-dessous illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
Dans les exemples la basicité des détergents surbasés est caractérisée par leur valeur alcaline (VA) exprimée en mg KOH/g de produit. La VA est déterminée par titration à l'aide d'un acide fort selon la norme ASTM D-2396.
Sauf indication contraire, tous les pourcentages sont en poids.
EXEMPLB A
Preparation d'acide diméthyldithiophosphorique Dans un réacteur de 1 litre muni d'un système d'agitation, d'une régulation de température, d'un réfri~érant et d'un système d'introduction des réactifs, couplé à un système de neutralisation des gaz acides, on m~t en suspension dans 600ml de tétrachlorure de carbone, 133,45g de pentasulfure de phosphore. La suspension est refroidie à 3C et 153,6g de m~thanol sont additionnés en 30 minutes, en maintenant la temp~rature inf~rieure à 5C.
2~036 On additionne alors en 60 minutes et par portions, un excès d'environ 30% de methanol par rapport à la stoechiométrie de la reaction. Le mélange est alors porté à re~lux jusqu'à ce qu'il devienne parfaitement limpide.
La solution est refroidie et filtrée sur filtre Millipore de 0,22~ m, puis le solvant evaporé.
on récupère 177,6g d'acide diméthyldithiophosphorique à 75,5 de pureté.
EXENPLB B
Préparation d'acide diéthYldithioPhosphorique On procède comme dans l'exemple A, à ceci près qu'on utilise 220,8g d'ethanol anhydre à la place du méthanol. On récupère 211g d'acide diéthyldithiophosphorique à 95% de pureté.
EXEMPLE C
Préparation d'acide diisopropyldithioDhosPhorique On procède comme dans l'exemple A a ceci près qu'on utilise 288g d'alcool isopropylique.
On récupère 243g d'acide diisopropyldithiophosphorique à 80%
de pureté.
EXEMPLE D
Préparation d'acide dicyclohexyldithiophosphorique On procède comme dans l'exemple A à ceci près qu'on utilise 66,7g de P2S5 et 240g de cyclohexanol.
On récupère 209g d'acide dicyclohexyldithiophosphorique à 75%
de pureté.
EXEMPLE E
Préparation d'acide dicrésyldithiophosphorique On procede comme dans l'exemple A à ceci près qu'on utilise 400ml de toluène à la place du tétrachlorure de carbone, 66,7g de P2S5 et 259,2g de para-crésol.
On récupère 401,2g d'acide dicresyldithiophosphorique à 42%
de pureté.
- . .
o ~ ~
ll EXE~PLB 1 : Comparatif Dans un réacteur de 1 litre, équipe d'une régulation de température, d'un réfrigérant, d'un syst~me d'agitation et d'un dispositif de barbotage de gaz, on introduit successivement :
- 520ml de toluène, 131,8g d'acide alkylxylènesulfonigue à
chaine alkyle linéaire en C16-C18, de poids moleculaire 430 et à 96% de matière active, 168g d'huile diluante 100 Neutral solvent, 108,4g de chaux éteinte à 96% de pureté et 80ml de méthanol.
Après neutralisation de l'acide sulfonique par la chaux qui peut éventuellement être réalisée par chauffage à 60C du milieu réactionnel pendant 30 minutes, on introduit 55,2g de gaz carbonique dans le mélange maintenu à une température de 42C.
Après carbonatation, on elimine le méthanol et l'eau produite par la réaction en chauffant le mélange sous vide partiel. Le milieu est clarifié en utilisant 2% poids de Diatomées Clarcel DICS de CECA SA.
Après élimination du solvant, on recupère 407g de produit contenant 12,8% de calcium, de VA = 323.
Le produit est brun, limpide et stable en dilution, dans les huiles minerales ou synthétiques. On n'observe aucun trouble ou aucune d~cantation après plusieurs semaines à 60DC.
EXEMPLB 2 ~comparatif) on opère comme dans 1'exemple 1, mais on introduit 219,2g d'acide alkylarylsulfonique à cha~ne alkyle ramifiée (de l'acide didodécylbenzènesulfonique) dont le poids moléculaire est de 520 et à 70% de matiere active.
La quantité d'huile diluante est de 108g.
Le produit se présente sous la forme d'un liquide brun de VA=298. Il est stable en dilution dans les huiles lubrifiantes.
On opère comme dans l'exemple 1 à ceci près qu'on introduit 40ml de méthanol au lieu de 80ml, et qu'on introduit 24g du produit de l'exemple A apr~s neutralisation de l'acide sulfonique.
On récup~re un sulfonate surbasé de VA = 320, d~nt la teneur en calcium est de 12,8% et dont la teneur en phosphore est de 1,05%. Le produit est stable en dilution dans l'huile.
on opère comme dans l'exemple 3, mais on introduit 48g du produit de l'exemple A. On récupère un sulfonate surbasé de VA = 280, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et en phosphore sont respectivement de 11,8% et de 2,05%.
On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 48g du produit de l'exemple A après neutralisation de l'acide sulfonique. Le produit recueilli à la fin des opérations est stable en dilution dans l'huile. Sa VA = 295 et ses teneurs en calcium et phosphore sont respectivement de 11,4% et de 1,8%.
On opère comme dans l'exemple l à ceci près qu'on introduit 120ml de méthanol au lieu de 80ml, et qu'on introduit 67,5g du produit de l'exemple B après neutralisation de l'acide sulfonique.
On récupère un sulfonate de V~ - 300, stable en dilution dans l'huile et dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 12,~% et 2,45% respectivement.
EXEMPL~ 7 on opère comme dans l'exemple 1 à ceci près qu'on introduit 2g,3g de diéthyldithiophosphate d'ammonium à 95% de pureté
(JANSSEN CHIMICA) juste après l'acide sulfonique. Le reste de la procédure est identique à celle de l'exemple l.
on recueille un produit de VA = 330, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 13%
et 1,2% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 67,5g du produit de l'exemple B apr~s neutralisation de l'acide sulfonique.
20~036 A la fin des opérations, on recueille un produit de VA = 290, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 11,8~ et de 2,2% respectivement.
EXEMP~E g On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 197,3g d'acide sulfonique au lieu de 219,2g. D'autre part, on additionne 44g de diéthyldithiophosphate d'ammonium à 95% de pureté (JANSSEN CHIMICA) juste après l'acide sulfonique. Le reste de la procédure de l'exemple 2 n'est pas modifié.
On récupère un produit de VA = 330, stable en dilution dans l'huile e~ dont les teneurs en ralcium et phosphore sont 12%
et de 1,5% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 1, mais on introduit 48g du produit de l'exemple C après neutralisation de l'acide sulfonique.
on recueille un produit de VA = 326, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 12,6% et 1,5% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 48g du produit de l'exemple C après neutralisation de l'acide sulfonique.
On récupère un produit de VA = 302, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et en phosphore sont de 11,8% et 1,6% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 1, mais on introduit 76g du produit de l'exemple D après neutralisation de l'acide sulfonique.
on recueille un produit de VA = 303, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 11,7% et 1,5% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 76g du produit de l'exemple D apr~s neutralisation de l'acide sulfonique.
14 2 ~ 3 &
On recueille un produit de VA = 295, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 11,5% et 1,5% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 1, mais on introduit 80g du produit de l'exemple E après neutralisation de l'acide sulfonique.
On recueille un produit de VA = 303, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 11,8% et 0,9% respectivement.
On opère comme dans l'exemple 2, mais on introduit 80g du produit de l'exemple E apres neutralisation de l'acide sulfonique, et à ceci près qu'on utilise 113,2g de chaux éteinte au lieu de 108,4g.
On recueille un produit de VA = 280, stable en dilution dans l'huile, dont les teneurs en calcium et phosphore sont de 10,9% et 0,8~ respectivement.
EXENPLB 16 comparatif On opère comme dans l'exemple 1, mais on introduit dans le reacteur 312g d'acide (C14-C18 alkyl) salicylique, 37,5g de chaux éteinte, 150ml de méthanol et 100g d'huile diluante.
Après neutralisation et carbonatation à 42 C par 7,65g de C2 on ra~oute 30g de chaux que l'on carbonate par 10g CO2.
on recueille un additif de couleur brùn foncé stable dans les huiles. Sa teneur en calcium est de 7,6% VA = 205.
on opère comme dans l'exemple 16, mais on introduit 44g de diéthyldithiophosphate d'ammonium (JANSSEN CHIMICA) après neutralisation.
La procédure est ensuite identique à celle de 1'exemple 16.
on recueille un additif de couleur noire, stable en dilution dans l'huile de VA = 210. Sa teneur en phosphore est de 1,5%.
Les performances des nouveaux détergents surbasés renfermant un composé organique du phosphore sont examin~es sur des essais en laboratoire, d'usure, de frottement, d'oxydation et de corrosion.
~ ' ' 2~4036 Les matrices d'essai correspondent à des lubrifiants pour moteurs terrestres d'une part et pour moteur marin d'autre part.
Les produits sont tout d'abord testés dans une formulation lubrifiante de type API-SG pour moteur à essence.
Afin que les performances des différentes formulations soient comparables, on établit des compositions de même niveau de VA
par substitution du detergent surbasé, et de même teneur en phosphore, en soustrayant a la quantité initiale de dithiophosphate de zinc (DTPZ) de la formulation, la quantité
de DTPZ dont la teneur en phosphore correspond à la teneur en phosphore apportée par le composé organique du phosphore renfermé par le détergent surbase.
Les formulations renferment 1,4% de détergent surbasé et leur teneur en phosphore, apporté d'une part par le DTPZ et d'autre part par le compose organique du phosphore du detergent surbasé, est de 1,3%.
EB8AI D'URU~E
(Lubrifiant pour moteurs essence) l.Essai FALEX (selon la norme ASTM 26703 L'essai est réalisé dans les conditions suivantes :
. Rodage : 5 minutes sous 200 lbs (normal load) . 3 heures d'essai sous 540 lbs (normal load) 16 2~4036 A titre d'exemple, le tableau I donne quelques resultats permettant de constater qu'un détergent surbasé renfermant un composé organique du phosphore presente un pouvoir antiusure équivalent ou amélioré par rapport au détergent surbasé de réference decrit à l'exemple 1, ou par rapport à un sulfonate surbasé commercial.
TABLEAU I
PRODUIT TENEUR EN PHOSPHORE (ppm) RESULTAT FALEX
APPORTE PAR
Usure Perte poids (Nb dents) (mg) DTPZ Détergent surbasé
Sulfonate1300 O 16 18,7 commercial Exemple 11300 0 15 17,5 (comparatif) Exemple 6900 340 9 10,5 2. Essai sur machine 4 billes (selon la norme ASTM 2783-71) Les conditions d'essai sont les suivantes :
- vitesse : 1 500 rpm - durée : 1 heure - charge : 60 Kg La cotation est obtenue par détermination du diametre d'empreinte. Ce diam~tre d'empreinte est d'autant plus faible que le pouvoir antlusure de la formulation est importante.
17 2 ~ ~03 ~
Le tableau II donne quelques resultats montrant l'effet bénéfique de l'emploi des détergents surbasés renfermant un composé organique du phosphore sur les performances antiusure du lubrifiant.
TABLEAU II
PRODUIT DE TENEUR EN PHOSPHORE DIAMETRE
L'EXEMPLE (ppm3 APPORTE PAR D'EMPREINTE
(mm) -DTPZ Détergent surbasé
l(comparatif)1300 O 0,72 960 340 0,56 7 1130 170 0,69 1090 210 0,57 12 1090 210 0,57 14 1170 130 0,70 -ES8AI D'OXYDATION
(Lubrifiant pour moteurs essence) Sur les mêmes formules lubrifiantes, un test d'oxydation est réalisé à 165C sous un débit d'air de 1,7 litre/minute pendant une durée de 64 h et en présence d'un catalyseur d'oxydation (ac~tylacétonate de fer). Ce test permet de simuler en partie les conditions auxquelles l'huile peut être soumise dans un moteur ~ essence.
Le tableau III donne les valeurs de la variation de viscosité
des échantillons à l'issue des 64 h du test (augmentation de viscosité dynamique en %). L'augmentation de la viscosité est d'autant plus faible que la résistance du lubrifiant à
l'oxydation est importante.
2~4~03G
Les detergents surbasés contenant un composé organique du phosphore présentent une résistance ~ l'oxydation significativement supérieure ~ celle des détergents surbasés de ref~rence décrits aux exemples 1 et 2.
TABLEAU III
PRODUIT ~E TENEUR EN PHOSPHORE VARIATION DE
L'EXEMPLE (ppm) APPORTE PAR VISCOSITE
(augmentation en ~) DTPZ Détergent surbasé
l(comparatif)1300 0 309 lloO 200 181 11 1090 ~10 112 . . . _. . .
Des essais de corrosion ZF sont réalisés sur les mêmes formulations lubrifiantes. Selon la procédure, une plaque de Fer et une plaque de Cuivre sont plongées pendant 24 heures dans un échantillon renfermant 1% d'eau et maintenu à 95C.
~: :
-2 ~ 3 ~
. .
Le tableau IV donne les résultats de cotation visuelle etmontre l'effet bénéfique du détergent surbasé renfermant un compose organique du phosphore. Les formulations lubrifiantes sont moins agressives vis-~-vis du cuivre, car la teneur en DTPZ est plus faible.
TABLEAU IV
. _ . . _ . . . _ . . . _ PRODUIT COTATION COTATION Cu Fe (ASTM D 130) ____________________________________________________________ Sulfonate commercial sans trace 4A
Exemple l(comparatif) sans trace 4~
Exemple 6 sans trace lA
ESSAI D'USURE
Les détergents surbasés contenant un composé organique du phosphore sont ensuite testes dans une formulation lubrifiante pour moteur marin (huile cylindre).
La basicité de l'huile est de 70mg KOH/g dont seulement 20gKOH/g apportes par le détergent surbasé.
L'essai est réalisé dans les conditions suivantes :
- rodage : 5 minutes sous 300 lbs (Normal load) 2 ~ 036 Base detergents also improve resistance to the oxidation of the oils in which they are incorporated. This function is particularly important for Lubricating formulations subject to constraints severe thermal, such as in engines highly supercharged diesel.
Overbased detergents are characterized by their value alkaline (VA) expressed in mg of KOH per gram of product.
It is determined by titration using a strong acid according to ASTM D-2896. A reserve of alkalinity significant results in a high VA.
It is also known to use in lubricants mixtures of overbased detergents and phosphorous additives or phosphosulfurized. These bring properties antiwear and antioxidants. The most commonly used are metal salts of dithiophosphoric acid and more especially the zinc salt of the acid dialkyldithiophosphoric.
Many lubricant formulations including between others, overbased detergents and metallic salts and more particularly the zinc salt of the acid dialkyldithiophosphoric, exist. They are suitable for a large number of applications, for example concerning transmission fluids (WO 88-08874-A), lubricants for land petrol or diesel engines (EP-A
225580, US 4664822, US 4525288, US 4704217), lubricants for marine engines (US 4681694) or hydraulic fluids (US 3899432).
However, it turns out that negative interactions can exist between overbased detergents and derivatives organic phosphorus, and in particular the zinc salt of dialkyldithiophosphoric acid. The competition, during adsorption on metal surfaces ~ lubricate, between overbased detergents and zinc salts or reactions between these two additives in the volume of the lubricant can cause a significant decrease in properties antioxidants e ~ antiwear.
2 ~ 0 ~
. .
We have now found that by overbasing detergents in the presence of a non-organic compound metallic phosphorus, there is incorporation of phosphorus in the micelle, which also contains carbonate alkali or alkaline earth metal. So the interactions negative between overbased phenates and derivatives organic phosphorus are ~ avoided.
The invention therefore relates to an overbased detergent for oils lubricants obtained by carbonation of a mixture containing a detergent chosen from sulfonates, naphthenates, salicylates, phosphonates and alkali thiophosphonates or alkaline earth, a derivative of an alkali metal or alkaline earth chosen from oxides, hydroxides or alcoholates, a nitrogenous and / or oxygenated promoter, a solvent hydrocarbon and possibly a diluent oil and water, characterized in that the mixture contains at least 3%
weight of phosphorus in the form of an organic derivative not metallic.
The overbased detergents according to the invention contain O, S to 10% and preferably 1 to 5% by weight of phosphorus. They have greatly improved antiwear and antioxidant properties, while retaining detergency properties, dispersion and neutralization of acid compounds, unaltered.
Antiwear and antioxidant power can be further improved by the addition of zinc dithiophosphate (DTPZ). In this case, DTPZ is effective at very low concentrations, which results in a noticeable decrease in character corrosive to formulations.
Non-metallic organic phosphorus derivatives are chosen from phosphites, phosphoramides, derivatives of phosphoric, thiophosphoric, dithiophosphoric acids, trithiophosphoriques, tetrathiophos-phoriques and their salts organic.
More particularly, the phosphosulfur derivatives are used like thiophosphoric or dithiophosphoric acids and their organic salts and preferably acid derivatives dithiophosphoriques and their organic salts.
.
2 ~ 03 ~
Among the derivatives of dithiophosphoric acids used in general dihydrocarbyldithio-phosphoric acids, general formula ~ -0 ~ ~; S
~ P (I) R ~ O SH
where R and R 'identical or different represent chains linear or branched C1 to C20 alkyls, cycles aliphatic or aromatic.
Among these derivatives we can mention the acid diethyldithiophosphoric acid, diisopropyldithiophos-phoric, dicyclohexyldithiophosphhoric acid or acid dicrésyldithiophosphorique.
It is particularly advantageous to use the compounds of general formula (I) insoluble in oils. These compounds have antioxidant and antiwear properties surfactant effect. So they participate as co-surfactants stabilization of the micelles.
The methods of the prior art did not allow incorporating in overbased detergents that the oil-soluble derivatives of phosphorus. The process of the invention allows the incorporation both oil-soluble and insoluble derivatives in oils. It is particularly interesting not to not be limited in the choice of the phosphorus derivative.
Dihydrocarbyldithiophosphoric acids of formula general (I) can be prepared by the action of phosphorus pentasulfide on an alcohol or phenol of formula general R-OH or a mixture of alcohols or phenols of formula R-OH and R'-OH.
The molar ratio of phosphorus pentasulfide to alcohol or phenol must be at least 1 to 4. The reaction can be made ~ e at a temperature between 40 and 200 ~ C, ci depending on the type of alcohol or phenol chosen.
Acid preparation methods dialkyldithiophosphoriques are described in the brsvets Americans 30 ~ 9850, 3101096, 3293181 and 3489682.
20- ~ 36 . .
The detergents are chosen from sulfonates, naphthenates, salicylates, phosphonates and thiophosphonates of alkali or alkaline earth metal. Instead of detergents, the reaction medium may contain the precursors. In this neutralization is carried out in the reaction medium before carbonation.
Sulfonates are obtained from sulfonic acids of petroleum or synthetic origin. Sulfoni acids tankers are prepared by sulfonation of oils from petroleum distillation.
Their structure does not correspond to a well defined formula, but their average molecular weight must be at least equal to 300.
Synthetic sulfonic acids are prepared by alkylation of aromatic compounds such as benzene, toluene, xyl ~ ne or naphthalene with olefinic cuts then by sulfonation of the alkylate obtained. The structure of the chains alkyls attached to the nucleus is linear or branched, depending on the structure of olefins used for alkylation. The number of carbon atoms per alkyl chain is greater or equal to 8.
The preparation of the alkali metal sulfonate or alkaline earth is made by contacting the acid sulfonic with an alkali metal derivative or alkaline earth, preferably an oxide or hydroxide, in a hydrocarbon solvent, optionally in the presence of an alcohol.
The alkylsalicylic acids are prepared by alkylation of salicylic acid or by pressure carboxylation of alkylphenols. The alkyl chain contains a minimum of 12 carbon atoms.
The phosphonates and thiophosphonates are prepared by action of P205 or P2S5 on a polyisobutene, then neutralization by an alkali or alkaline earth oxide or hydroxide. The weight molecular of polyisobut ~ is between 300 and 2000.
All these detergents can be used in mixture with dispersants soluble in a hydrocarbon medium, for example alkylsuccinimide type or esters of alkylsuccinic acids of molecular weight of 300 and 2500.
.
'. . - - - '~ ~ ~' ~: '~,''.''~''. . '' '~,' ~ ' 2 ~ 036 Among the alkali or alkaline earth metal derivatives are uses oxides, hydroxides or alcoholates. Drifts preferred are oxides and hydroxides.
These are added to the excess reaction medium stoichiometric compared to the phenolic compound. Excess stoichiometric can vary between 5: 1 and 30: 1.
The oxygenated promoter is generally an aliphatic alcohol or aromatic, an alkoxyalkanol, a glycol or even a alkanolamine. We prefer to use alcohol aliphatic in C1 to C20 or mixtures thereof. Alcohols aliphatics can be used in admixture with glycols, alkoxyalkanols or alkanolamines.
The molar ratio of the oxygen promoter to the phenolic compound is generally between 1 and 30.
The use of a nitrogenous promoter is optional. The nitrogen promoter is generally chosen from ammonia, ammonium salts, primary, secondary or tertiary in C2 to C10 and their salts, polyamines or alkanolamines as well as nitro mineral compounds.
Among the nitrogenous promoters, ammonia is preferred, carbonate and ammonium chloride, ethylenediamine, ethanolamine or diethanolamine, as well as nitrate of calcium.
The molar ratio of the nitrogen promoter to the phenolic compound is generally between 0.05 and 30.
Hydrocarbon solvent allows perfect homogenization different reagents as well as lowering the viscosity, which will facilitate recovery later solid carbonation residues. The solvent represents generally 10 to 70% by weight of the reaction mixture. The solvents used are aliphatic compounds or aromatics in C6 to C12. The preferred solvents are aromatic solvents, such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene and aromatic chlor ~ s. Their choice is dictated by the characteristics of the addi ~ if collected, by their boiling point and by the boiling point of azeotropes that they can form with oxygenated compounds and water.
.
-,:. ,, 7 ~ 40 ~ b The handling of overbased detergents is facilitated by the addition of a diluting oil. The oil represents approximately 20 to 50% by weight of the additive obtained. This can be added to the reaction medium before carbonation or still after this, that is to say just before elimination solvents. The diluent oils used are of a nature paraffinic, type 100 or 150 Neutral Solvent on nature mostly naphthenic such as 100-150 Pale Solvent.
The carbonation reaction can be carried out after optional addition of water to the reaction medium. The bill of water is particularly beneficial when the derivative of alkali or alkaline earth metal is an oxide.
Generally the amount of water added is such that the water / metal oxide molar ratio is of the order of 5. More in detail, the process for obtaining overbased detergents consists of:
a, neutralize the detergent with an alkali metal derivative or alkaline earth, in the presence of a nitrogenous promoter and / or oxygenated, a hydrocarbon solvent and optionally an oil thinner and water, b, add a non-metallic organic derivative of phosphorus, and better a phosphosulfur derivative, then carbonate the mixture with carbon dioxide gas for a sufficient time to consume part or all of the excess metal alkaline or alkaline earth ~ x, c, remove solid residues and solvents.
A preferred implementation of the method consists in successively introduce into a reactor equipped with a agitator, temperature control, heating and evacuation:
- 0 to 700 parts by weight of a hydrocarbon solvent, - 100 ~ 400 parts by weight of a detergent or a precursor detergent, - an excess of alkali or alkaline earth metal derivative stoichiometric with respect to the detergent or its precursor This stoichiometric excess is between 5: 1 and 30: 1, - an oxygen promoter whose molar ratio to the detergent is between 1 and 30, , - ', , - '- ~ ~.
8 20 ~ 036 - possibly a nitrogenous promoter whose molar ratio detergent is between 0.05 and 30, - possibly a quantity of water such as the ratio molar water / alkali or alkaline earth metal oxide either around 0.5, - a diluting oil in quantity such as this represents 20 ~ 50% by weight of the additive recovered at the end operations, - one of the organic phosphorus compounds described previously.
In the case where a detergent precursor and a acid phosphorus organic compound, it is best to neutralize the precursor by excess derived from alkali or alkaline earth metal before introducing the organic acid phosphorus compound.
In the case where a detergent pre-ursor and a salt of an organic phosphorus compound it is better successively introduce the precursor, the salt and finally excess alkali or alkaline earth metal derivative.
The phosphorus concentration of the reaction medium must be greater than or equal to 3% by weight.
We then proceed to carbonate the excess alkali or alkaline earth metal stoichiometric at a temperature between room temperature and reflux temperature of the mixture and more particularly at a temperature between room temperature and 50C and preferably at a temperature between ~ ure 30 C and 45 C.
The molar ratio of carbon dioxide introduced to excess alkali or alkaline earth metal stoichiometric is between 0.6 and 1.2. The mixture is possibly stabilized by heating under vacuum or under a stream of nitrogen, so as to eliminate low-point oxygen promoters boiling water and added water, as well as the water produced by the carbonation reaction. Solid residues are removed, generally by centrifugation and / or filtration at of diatomaceous earth.
. ~ ~
20 ~ 036 If the diluent oil has not been added before carbonation, it is then added before removing the solvent hydrocar ~ oné and possibly alcohol. These last are removed by vacuum heating at temperatures of around 100 to 200C.
Note that the filtration operation can be performed after recovery of the solvent.
The overbased detergents according to the invention are clear and stable. The color is variable depending on the detergent used. The overbased sulfonates are for example colored brown-green, dark brown salicylates.
The base detergents according to the invention are entirely compatihles with hydrocarbons.
They are incorporated into the original lubricating oils natural or synthetic at a concentration between about 0.5 and 40 ~ by weight and preferably between 1 and 30%
in weight.
The lubricant compositions thus obtained can contain other additives, with antiwear effect, dispersant, antioxidant and polymers improving the index of viscosity.
The examples below illustrate the invention without, however, limit it.
In the examples, the basicity of overbased detergents is characterized by their alkaline value (VA) expressed in mg KOH / g of product. VA is determined by titration using a strong acid according to standard ASTM D-2396.
Unless otherwise indicated, all percentages are in weight.
EXAMPLE A
Preparation of dimethyldithiophosphoric acid In a 1 liter reactor fitted with a stirring system, temperature regulation, a cooler and a reagent introduction system, coupled with a system of neutralization of acid gases, we m ~ t suspended in 600ml of carbon tetrachloride, 133.45g of pentasulfide phosphorus. The suspension is cooled to 3C and 153.6g of m ~ thanol are added in 30 minutes, maintaining the temp ~ rature lower than 5C.
2 ~ 036 We then add in 60 minutes and in portions, an excess about 30% methanol based on the stoichiometry of the reaction. The mixture is then brought to re ~ lux until let it become perfectly clear.
The solution is cooled and filtered on a Millipore filter 0.22 ~ m, then the solvent evaporated.
177.6 g of dimethyldithiophosphoric acid are recovered at 75.5 of purity.
EXENPLB B
Preparation of diethYldithioPhosphoric acid We proceed as in example A, except that we use 220.8 g of anhydrous ethanol in place of methanol. We recover 211g of diethyldithiophosphoric acid at 95% purity.
EXAMPLE C
Preparation of diisopropyldithioDhosPhoric acid We proceed as in example A except that we use 288g of isopropyl alcohol.
243 g of 80% diisopropyldithiophosphoric acid are recovered of purity.
EXAMPLE D
Preparation of dicyclohexyldithiophosphoric acid We proceed as in Example A except that we use 66.7g of P2S5 and 240g of cyclohexanol.
209 g of 75% dicyclohexyldithiophosphoric acid are recovered of purity.
EXAMPLE E
Preparation of dicresyldithiophosphoric acid We proceed as in Example A except that we use 400ml of toluene in place of carbon tetrachloride, 66.7g of P2S5 and 259.2g of para-cresol.
401.2 g of 42% dicresyldithiophosphoric acid are recovered of purity.
-. .
o ~ ~
he EXE ~ PLB 1: Comparison In a 1 liter reactor, equipped with a regulation of temperature, refrigerant, agitation system and of a gas bubbling device, we introduce successively:
- 520ml of toluene, 131.8g of alkylxylenesulfonic acid at linear C16-C18 alkyl chain, molecular weight 430 and 96% active ingredient, 168g of 100 Neutral diluent oil solvent, 108.4 g of slaked lime at 96% purity and 80 ml of methanol.
After neutralization of sulfonic acid by lime which can possibly be carried out by heating to 60C of the reaction medium for 30 minutes, 55.2 g of carbon dioxide in the mixture maintained at a temperature of 42C.
After carbonation, the methanol and the water produced are eliminated by the reaction by heating the mixture under partial vacuum. The medium is clarified using 2% by weight of diatoms Clarcel DICS of CECA SA.
After removal of the solvent, 407 g of product are recovered containing 12.8% calcium, VA = 323.
The product is brown, clear and stable when diluted, in mineral or synthetic oils. No trouble is observed or no designation after several weeks at 60DC.
EXEMPLB 2 ~ comparative) we operate as in example 1, but we introduce 219.2 g alkylarylsulfonic acid with cha ~ ne branched alkyl (of didodecylbenzenesulfonic acid) whose molecular weight is 520 and 70% active matter.
The amount of diluent oil is 108g.
The product is in the form of a brown liquid VA = 298. It is stable when diluted in oils lubricants.
We operate as in Example 1 except that we introduce 40ml of methanol instead of 80ml, and introduce 24g of product of Example A after neutralization of the acid sulfonic.
We recover ~ re an overbased sulfonate of VA = 320, d ~ nt the content calcium is 12.8% and the phosphorus content is 1.05%. The product is stable when diluted in oil.
we operate as in Example 3, but we introduce 48g of product of Example A. An overbased sulfonate of VA = 280, stable when diluted in oil, the contents of which in calcium and phosphorus are respectively 11.8% and 2.05%.
We operate as in Example 2, but we introduce 48g of product of Example A after neutralization of the acid sulfonic. The product collected at the end of operations is stable when diluted in oil. Its VA = 295 and its contents in calcium and phosphorus are respectively 11.4% and 1.8%.
We operate as in example l except that we introduce 120ml of methanol instead of 80ml, and introduce 67.5g of the product of Example B after neutralization of the acid sulfonic.
A sulfonate of V ~ - 300 is recovered, stable when diluted in oil and whose calcium and phosphorus contents are 12, ~% and 2.45% respectively.
EXAMPLE ~ 7 we operate as in Example 1 except that we introduce 2g, 3g of 95% purity ammonium diethyldithiophosphate (JANSSEN CHIMICA) just after sulfonic acid. The rest of the procedure is identical to that of example l.
a product of VA = 330 is collected, stable in dilution in oil, whose calcium and phosphorus contents are 13%
and 1.2% respectively.
We operate as in Example 2, but we introduce 67.5 g of product of Example B after neutralization of the acid sulfonic.
20 ~ 036 At the end of the operations, a product of VA = 290 is collected, stable when diluted in oil, including calcium contents and phosphorus are 11.8 ~ and 2.2% respectively.
EXEMP ~ E g We operate as in Example 2, but we introduce 197.3g sulfonic acid instead of 219.2g. On the other hand, we add 44g of 95% ammonium diethyldithiophosphate purity (JANSSEN CHIMICA) just after sulfonic acid. The remainder of the procedure in Example 2 is not changed.
A product of VA = 330 is recovered, stable in dilution in oil e ~ whose ralcium and phosphorus contents are 12%
and 1.5% respectively.
We operate as in Example 1, but we introduce 48g of product of Example C after neutralization of the acid sulfonic.
a product of VA = 326 is collected, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 12.6% and 1.5% respectively.
We operate as in Example 2, but we introduce 48g of product of Example C after neutralization of the acid sulfonic.
A product of VA = 302 is recovered, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 11.8% and 1.6% respectively.
We operate as in Example 1, but we introduce 76g of product of Example D after neutralization of the acid sulfonic.
a product of VA = 303 is collected, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 11.7% and 1.5% respectively.
We operate as in Example 2, but we introduce 76g of product of Example D after neutralization of the acid sulfonic.
14 2 ~ 3 &
A product of VA = 295 is collected, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 11.5% and 1.5% respectively.
We operate as in Example 1, but we introduce 80g of product of Example E after neutralization of the acid sulfonic.
A product of VA = 303 is collected, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 11.8% and 0.9% respectively.
We operate as in Example 2, but we introduce 80g of product of Example E after neutralization of the acid sulfonic, and except that we use 113.2g of lime off instead of 108.4g.
A product of VA = 280 is collected, stable in dilution in the oil, the calcium and phosphorus contents of which are 10.9% and 0.8 ~ respectively.
EXENPLB 16 comparison We operate as in Example 1, but we introduce in the 312 g (C14-C18 alkyl) salicylic acid reactor, 37.5 g of slaked lime, 150ml of methanol and 100g of diluent oil.
After neutralization and carbonation at 42 C with 7.65 g of C2 we ra ~ oute 30g of lime which we carbonate with 10g CO2.
a stable dark brown additive is collected in the oils. Its calcium content is 7.6% VA = 205.
we operate as in example 16, but we introduce 44g of ammonium diethyldithiophosphate (JANSSEN CHIMICA) after neutralization.
The procedure is then identical to that of Example 16.
a black additive is collected, stable in dilution in VA oil = 210. Its phosphorus content is 1.5%.
The performance of new overbased detergents containing an organic phosphorus compound are examined on laboratory, wear, friction, oxidation and corrosion.
~ '' 2 ~ 4036 The test matrices correspond to lubricants for land engines on the one hand and for marine engines on the other go.
The products are first tested in a formulation API-SG type lubricant for petrol engine.
So that the performances of the different formulations are comparable, we establish compositions of the same level of VA
by substitution of the overbased detergent, and of the same content phosphorus, by subtracting from the initial amount of zinc dithiophosphate (DTPZ) of the formulation, the quantity of DTPZ whose phosphorus content corresponds to the content of phosphorus provided by the organic compound of phosphorus enclosed by the base detergent.
The formulations contain 1.4% overbased detergent and their phosphorus content, provided on the one hand by DTPZ and on the other hand by the organic compound of phosphorus from overbased detergent, is 1.3%.
URU ~ E EB8AI
(Lubricant for petrol engines) l. FALEX test (according to ASTM 26703 The test is carried out under the following conditions:
. Running-in: 5 minutes under 200 lbs (normal load) . 3 hours trial under 540 lbs (normal load) 16 2 ~ 4036 As an example, Table I gives some results showing that an overbased detergent containing a organic phosphorus compound has antiwear properties equivalent or improved compared to the overbased detergent of reference described in Example 1, or in relation to a sulfonate commercial overbased.
TABLE I
PHOSPHORUS CONTENT PRODUCT (ppm) FALEX RESULT
PROVIDED BY
Wear Weight loss (No. of teeth) (mg) DTPZ Detergent on the base Sulfonate1300 O 16 18.7 commercial Example 11 300 0 15 17.5 (comparative) Example 6900 340 9 10.5 2. Test on a 4-ball machine (according to ASTM 2783-71) The test conditions are as follows:
- speed: 1,500 rpm - duration: 1 hour - load: 60 Kg The quotation is obtained by determining the diameter imprint. This footprint diameter is even smaller that the anti-wear power of the formulation is important.
17 2 ~ ~ 03 ~
Table II gives some results showing the effect beneficial use of overbased detergents containing a organic phosphorus compound on antiwear performance lubricant.
TABLE II
DIAMETER PHOSPHORUS CONTENT PRODUCT
EXAMPLE (ppm3 PROVIDED BY FOOTPRINT
(mm) -DTPZ Overbased detergent l (comparative) 1300 O 0.72 960 340 0.56 7 1130 170 0.69 1090 210 0.57 12 1090 210 0.57 14 1,170 130 0.70 -(Lubricant for petrol engines) On the same lubricant formulas, an oxidation test is performed at 165C with an air flow of 1.7 liters / minute for a period of 64 h and in the presence of a catalyst oxidation (ac ~ iron tylacetonate). This test allows partially simulate the conditions under which the oil can be submitted in a gasoline engine.
Table III gives the values of the variation in viscosity samples at the end of the 64 hours of the test (increase in dynamic viscosity in%). The increase in viscosity is the lower the resistance of the lubricant to oxidation is important.
2 ~ 4 ~ 03G
Overbased detergents containing an organic compound of phosphorus have resistance to oxidation significantly higher than that of overbased detergents of reference described in Examples 1 and 2.
TABLE III
PRODUCT ~ E PHOSPHORUS CONTENT VARIATION OF
THE EXAMPLE (ppm) PROVIDED BY VISCOSITY
(increase in ~) DTPZ Overbased detergent l (comparative) 1300 0 309 6,980,320,154 lloO 200 181 11 1090 ~ 10 112 . . . _. . .
ZF corrosion tests are carried out on the same lubricant formulations. According to the procedure, a plate of Iron and a copper plate are immersed for 24 hours in a sample containing 1% water and maintained at 95C.
~::
-2 ~ 3 ~
. .
Table IV gives the visual rating results and shows the beneficial effect of the overbased detergent containing a organic compound of phosphorus. Lubricating formulations are less aggressive towards copper, because the content of DTPZ is lower.
TABLE IV
. _. . _. . . _. . . _ PRODUCT QUOTATION Cu QUOTATION
Fe (ASTM D 130) ____________________________________________________________ 4A Traceless Commercial Sulfonate Example l (comparative) without trace 4 ~
Example 6 without trace lA
WEAR TEST
Overbased detergents containing an organic compound of phosphorus are then tested in a formulation lubricant for marine engine (cylinder oil).
The basicity of the oil is 70 mg KOH / g of which only 20gKOH / g provided by the overbased detergent.
The test is carried out under the following conditions:
- running-in: 5 minutes under 300 lbs (Normal load)
- 3 heures d'essai sous 900 lbs (Normal load) Ces conditions sont proches de l'extrême pression.
Le tableau V permet de constater que l'huile cylindre pour moteur marin formulée avec les détergents selon l'invention permet de réduire significativement l'usure.
2~0~
En outre, on observe que ce gain de performance s'accompagne, dans certains cas, d'un gain de stabilité de la formulation.
TABLEAU V
~ .
PRODUIT DE L'EXEMPLE RESULTAT FALEX
Usure Perte de poids (NB de dents) (mg) 1 (comparatif) 183 197 1 ~ 1,5~ de DTPZ 82 92 (dépôt important) , - ' ,, '~' ' - 3 hours of test under 900 lbs (Normal load) These conditions are close to extreme pressure.
Table V shows that the cylinder oil for marine engine formulated with detergents according to the invention significantly reduces wear.
2 ~ 0 ~
In addition, we observe that this performance gain is accompanied, in some cases, a gain in stability of the formulation.
TABLE V
~.
PRODUCT OF THE FALEX EXAMPLE RESULT
Wear Weight loss (NB of teeth) (mg) 1 (comparative) 183 197 1 ~ 1.5 ~ of DTPZ 82 92 (large deposit) , - ',,' ~ ''
Claims (14)
1 - Détergent surbasé,pour huiles lubrifiantes, obtenu par carbonatation d'un mélange renfermant un détergent choisi parmi les sulfonates, naphténates, salicylates, phosphonates et thiophosphonates alcalins ou alcalinoterreux, un dérivé d'un métal alcalin ou alcalinoterreux, choisi parmi les oxydes, hydroxydes ou alcoolates, un promoteur azoté et/ou oxygéné, un solvant hydrocarboné et éventuellement une huile diluante et de l'eau, caractérisé en ce que le mélange renferme au moins 3% de phosphore sous forme de dérivé organique non-métallique. 1 1 - Overbased detergent, for lubricating oils, obtained by carbonation of a mixture containing a detergent chosen from sulfonates, naphthenates, salicylates, alkaline phosphonates and thiophosphonates or alkaline earth, a derivative of an alkali metal or alkaline earth, chosen from oxides, hydroxides or alcoholates, a nitrogenous and / or oxygenated promoter, a solvent hydrocarbon and possibly a diluent oil and water, characterized in that the mixture contains less 3% phosphorus as an organic derivative non-metallic.
phosphosoufré comme les acides thiophosphoriques ou dithiophosphoriques et leurs sels organiques et de préférence les dérivés d'acides dithiophosphoriques et leurs sels organiques. 4 - Detergent according to claim 3 characterized in that the organic phosphorus derivative is a derivative phosphosulfurized like thiophosphoric acids or dithiophosphoriques and their organic salts and preferably derivatives of dithiophosphoric acids and their organic salts.
d'acide dihydrocarbyldithiophosphorique de formule générale (I) où R et R' identiques ou différents représentent des chaînes alkyles linéaires ou ramifiées en C1 à C20, les cycles aliphatiques ou aromatiques. 5 - Detergent according to claim 4 characterized in that the dithiophosphoric acid derivative is a derivative dihydrocarbyldithiophosphoric acid of formula general (I) where R and R 'identical or different represent linear or branched alkyl chains in C1 to C20, the aliphatic or aromatic cycles.
poids d'un détergent selon les revendications 1 à 11. 12- Lubricating composition characterized in that it contains a lubricating oil of natural origin or synthetic and 0.5 to 40% by weight and preferably 1 to 10%
weight of a detergent according to claims 1 to 11.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
CA 2044036 CA2044036A1 (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Detergents for lubricating oils containing a phosphor organic derivative and lubricating compositions containing such detergents |
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Family Applications (1)
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CA 2044036 Abandoned CA2044036A1 (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Detergents for lubricating oils containing a phosphor organic derivative and lubricating compositions containing such detergents |
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- 1991-06-06 CA CA 2044036 patent/CA2044036A1/en not_active Abandoned
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