DD282470A5 - LUBRICANT FORMULATION WITH IMPROVED TRIBOLOGICAL PROPERTIES IN THE MIXING AREA - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schmieroelformulierung mit verbesserten tribologischen Eigenschaften im Mischreibungsgebiet, die fuer den Einsatz insbesondere zur Herstellung von Motorenoelen, Getriebeoelen und Industrieoelen geeignet ist. Der Effekt der Reibungs- und Verschleiszsenkung wird durch den Zusatz von Alkylaminomethylenphosphonsaeureestern erreicht, die als Friction Modifier einem Grundoel bzw. zu einem vollformulierten OEl zugegeben werden.{Schmieroelformulierung; tribologische Eigenschaften; Friction Modifier; Mischreibung; Reibungssenkung; Verschleiszsenkung; Phosphonsaeureester; Motorenoel; Getriebeoel; Industrieoel}The invention relates to a lubricating oil formulation with improved tribological properties in mixed friction region, which is suitable for use in particular for the production of motor oils, gear oils and industrial oils. The effect of friction and wear reduction is achieved by the addition of Alkylaminomethylenphosphonsaeureestern which are added as Friction Modifier a Grundoel or to a fully formulated OEl. {Lubricating oil formulation; tribological properties; Friction modifier; Mixed friction; Friction reduction; Verschleiszsenkung; phosphonic; Motor oil; Getriebeoel; Industrieoel}
Description
Es ist bekannt, daß auch verschiedene Phosphorverbindungen insbesondere phosphorus ai.ische Verbindungen als Friction Modifier in Schmierölformulierungen geeignet sind (z. B. OE 2 200661). Verschiedene Phosphorsäureester wurden als Reibungsminc -rer in DE 2912866, US 4228020, US 3702324, GB 2017748 geschützt. Der Nachteil der beschriebenen Verbindungeuliegt in der aufwendigen Herstellung und in der nicht ausreichenden Verbesserung des Verschleißschutzverhaltens, Phosphonsä'ureester, die gleichfalls Stickstoff im Molekül enthalten (wie z. B. das Tetraoctyl(dimethylamino)methylendiphosphonat entsprechend US 3696036), besitzen zi tar AW-Eigenschaften, aber eine reibungssenkende Wirkung im Sinne der Friction Modifier ist nicht bekannt geworden. Schließlich werden a-Phosphonolaurylsäuredmide als reib- und verschleißmindernde Bestandteile von Schmierölformulierungen beschrieben (vgl. US 4 525289). Ihre positive Wirkung ist jedoch an eine bestimmte Zusammensetzung des Additivpaketes gebunden ucd somit von Nachteil bei der Bereitung von Schmierr'formulierungen mit teilweise vorgegebenen Bestandteilen.It is known that various phosphorus compounds, in particular phosphorus compounds, are also suitable as friction modifiers in lubricating oil formulations (for example OE 2 200661). Various phosphoric acid esters have been disclosed as friction mincers in DE 2912866, US 4228020, US 3702324, GB 2017748. The disadvantage of the compounds described lies in the costly production and in the inadequate improvement in the wear protection behavior, phosphonic acid esters which likewise contain nitrogen in the molecule (such as, for example, the tetraoctyl (dimethylamino) methylene diphosphonate corresponding to US 3696036) have zi tar AW- Properties, but a friction-reducing effect in the sense of the Friction Modifier has not become known. Finally, α-phosphonolaurylmides are described as friction and wear-reducing constituents of lubricating oil formulations (compare US Pat. No. 4,525,289). However, their positive effect is bound to a specific composition of the additive package and thus disadvantageous in the preparation of Schmierr'formulierungen with partially predetermined ingredients.
Ziel der "/tindu.gTarget of "/tindu.g
Ziel der Erfindung ist es, eine Schmierölformuliorung mit verbesserten tribologischen Eigenschaften bereitzustellen, die vor allem unter milden Mischreibungsbedingungen zur Senkung des Energiebedarfs und Verlängerung der Lebensdauer von geschmierten Reibpaarungen führt. Die für die Herstellung der Schmierölformul :rung einzusetzenden Friction Modifier sollen leicht herstellbar und im Grundöl löslich sein. Ihre Zugabe zum Additivpaket darf keine unerwünschten Nebenwirkungen in der Schmierölformulierung zeigen, die zu größeren Veränderungen in ihrer Zusammensetzung zwingt.The aim of the invention is to provide a Schmierölformuliorung with improved tribological properties, which leads, especially under mild mixed friction conditions to reduce energy consumption and extend the life of lubricated friction pairings. The friction modifiers to be used for the preparation of the lubricating oil formulation should be easy to prepare and be soluble in the base oil. Their addition to the additive package must not show any undesirable side effects in the lubricating oil formulation that forces them to make major changes in their composition.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schmierölformulierung zu entwickeln, die bei geschmierten Reibpaarungen bereits im Gebiet der milden Mischreibung reibungs- und verschleißmindernd wirkt.The object of the invention is to develop a lubricating oil formulation which already has a friction and wear-reducing effect in lubricated friction pairings in the field of mild mixed friction.
Erfindungsgnmäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zu an sich bekannten Schmierölformulierungen, bestehend aus einen oder mehreren Griir.dölen mit oder ohne Additivpaket, zusätzlich ein Alkylamino-bis-methylenphosphonsäureester der allgemeinen Formel 1 oder ein Dialkylaminomethylenphosphonsäureester der allgemeinen Forme! 2 in einer Konzentration zwischen 0,01 Ma.-%bis 10 Ma.-% als Friction Modifier zugegeben wird.Erfindungsgnmäß the object is achieved in that to be known per se lubricating oil formulations consisting of one or more Griir.dölen with or without additive package, additionally an alkylamino-bis-methylenephosphonic the general formula 1 or a Dialkylaminomethylenphosphonsäureester the general forms! 2 is added in a concentration between 0.01% by mass to 10% by mass as a friction modifier.
$ M $ M
Dabei ist R1 ein Alkylrest mit geraden oder verzweigten aliphatischen Ketten mit 8-20 C-Atomen, R2 ein aliphatischer Aikylrest mit 1-10 C-Atomen. Weiterhin stellt R3 einen Alkylrest mit geraden oder verzeigten aliphatischen Ketten mit 8-20 C-Atomen, R4 einen Alkylrest mit geraden oder verzweigten aliphatischen Ketten mit 1-20 C-Atomen und R5 einen aliphatischen Alkylrest mit 1-10 C-Atomen dar.Here, R 1 is an alkyl radical having straight or branched aliphatic chains having 8-20 C atoms, R 2 is an aliphatic Aikylrest having 1-10 C atoms. Furthermore, R 3 is an alkyl radical having straight or branched aliphatic chains having 8-20 C atoms, R 4 is an alkyl radical having straight or branched aliphatic chains having 1-20 C atoms and R 5 is an aliphatic alkyl radical having 1-10 C atoms represents.
Die Anwesenheit des nach Formel 1 bzw. Formel 2 vorgeschlagenen Phosphonsäureesters in der Schmierölformulierung führt durch die Bildung einer Adsorptionsschicht bzw. Chemisorptionsschicht an der Oberfläche der Reibelemenie bereits im milden Mischreibungsgebiet zu einer Senkung der reibungsbedingten Energieverluste. Mit zunehmender Belastung, die mit einer Vergrößerung des Anteiles der Festkörperreibung im Gebiet der Mischreibung verbunden ist, setzt eine Reaktionsschichtenbildung ein, in deren Folge auch die Grenzbelastbqrkeit der Reibpaarung bedeutend erhöht wird. Es ist nun charakteristisch für die erfindungsgemäße Schmierölformulierurig, daß die so gebildeten Schichten sehr fest an den Gleitpartnern haften und (ieshalb ihro Selbstrc^enerierung nur im geringen Umfang notwendig ist. Im Ergebnis dessen kommt es auch zu einer Senkung des Verschleißes bei Einsatz der vorgeschlagenen Schmierölformulierungen. Die Schmierölformulie; ung mit verbesserten trir. ologischen Eigenschaften kann neben dem Grundöl und den nach Formel 1 bzw. Formel 2 charakterisiertem Reibminderer η Dch Einzeladditives oder Additivpakete enthalten, die andere Schmierstoffeigenschaften, wie Alterungsstabilität, Oetergier- und Disper |ierverhalten, Korrosionsschutz, Fließeigenschaften u.a., verbessern. Die Art des Grundöles und die Formulierung des Additivpaketes hängen vom Einsatzzweck des Schmieröles ab.The presence of the phosphonic acid ester proposed in Formula 1 or Formula 2 in the lubricating oil formulation leads to a reduction of the friction-induced energy losses even in the mild mixed friction region due to the formation of an adsorption layer or chemisorption layer on the surface of the friction element. With increasing load, which is associated with an increase in the proportion of solid friction in the field of mixed friction, sets a reaction layer formation, as a result, the Grenzbelastbqrkeit the friction pairing is significantly increased. It is now characteristic of the lubricating oil formulation according to the invention that the layers formed in this way adhere very firmly to the sliding partners and therefore only to a limited extent is necessary, as a result of which the wear is reduced when the proposed lubricating oil formulations are used In addition to the base oil and the friction reducer η Dch characterized by formula 1 or formula 2, the lubricating oil formulation with improved trirological properties may contain individual additives or additive packages containing other lubricant properties such as aging stability, oxygenation and dispersion behavior, corrosion protection, flow properties The nature of the base oil and the formulation of the additive package depend on the intended use of the lubricating oil.
AusführuiigsbeispieleAusführuiigsbeispiele
Die erfindungsgemäße Schmierölformulierung mit verbesserten tribologischen Eigenschaften wird nachstehend anhand von Beispielen näher beschrieben.The lubricating oil formulation according to the invention having improved tribological properties will be described in more detail below by way of examples.
Ein hochraffiniertes Mineralöl mit einer Viskosität von Vi0 = 40mm Vs und unbefriedigenden Reibverhalten im Mischreibungsgebiet wurde mit 1 Ma.-% Alkylamino-bis-methylenphosphonsäureester der FormelA highly refined mineral oil with a viscosity of Vi 0 = 40 mm Vs and unsatisfactory friction behavior in the mixed friction region was treated with 1% by weight of alkylamino-bis-methylenephosphonic acid ester of the formula
C,2H25-N[-CH2-PO(-O-CH2-CH(-C2H6)-C4H9)2]2 C, 2 H 2 5-N [-CH 2 -PO (-O-CH 2 -CH (-C 2 H 6 ) -C 4 H 9) 2 ] 2
versetzt. Bei der Untersuchung der Schmierölformulierung auf der bekannten Alrnen-Wieland-Ölprüfmaschine (s. Tabelle t) kann eine Reibungssenkung gegenüber dem Grundöl nachgewiesen werden. Gleichzeitig steigt das Lasttragnver mögen auf das Doppelte. Die Bruchlast Fg1 beträgt 11 kN gegenüber 5kN beim Grundöl.added. When examining the lubricating oil formulation on the well-known Alnern-Wieland oil testing machine (see Table t), a reduction in friction from the base oil can be demonstrated. At the same time load bearing capacity is doubling. The breaking load Fg 1 is 11 kN compared to 5kN for the base oil.
Tabelle 1: Reibungszahlen μ der Almen-Wieland-Ölprüfmaschine bei stufenweiser LastaufgabeTable 1: Friction coefficients μ of the Almen-Wieland oil testing machine with stepwise load application
Dem Grundöl nach Beispiel 1 wurde 1 Ma.-% der Alkylamino-bis-methylenphosphonsäureester der FormelThe base oil according to Example 1 was 1% by weight of the alkylamino-bis-methylenephosphonic esters of the formula
C,2H26-N[-CHr-PO(-C2H6)2]2 C, 2H 26 -N [-CHr-PO (-C 2 H 6 ) 2 ] 2
zugesetzt. Die Prüfung dieser Schmierölformulierung mittels de,- Almen-Wieland-Ölprüfmaschine ergab die in Tabelle 2 verdeutlichten Senkungen der Reibungszahlen, wobei das Lasttragevermögen hier sogar auf das Dreifache erhöht wurde (Bruchlast: 15 kN).added. The testing of this lubricating oil formulation by means of the Almen-Wieland oil testing machine revealed the reductions in the friction numbers illustrated in Table 2, whereby the load bearing capacity was even increased to three times (breaking load: 15 kN).
Tabelle 2: Reibungszahlen μ der Almen-Wieland-Ölprüfmaschine bei stufenweiser LastaufgabeTable 2: Friction coefficients μ of the Almen-Wieland oil testing machine with stepwise load application
Zur Untersuchung der verschieißmindernden Wirkung der neuen Schmierölformulierung wurde die aus der Literatur bekannte Zylinderapparatur ZA-2 genutzt (Schmierungstechnik, Berlin 15(1984] 6, S.169-173). Diese Prüfeinrichtung ist zur Prüfung von Schmierstoffen bei Gleitreibung unter Mischreibungsbedingungen geeignet. Mit der Zylinder-Kugel-Prüfpaarung wurde mittels der erfindungsgemäßen Schmierölformulierung eine starke Senkung des Verschleißvolumens Vv an dem Reibpartner Kugel gemessen. Dies wird anhand von Tabelle 3 deutlich.The cylindrical lubricant ZA-2 known from the literature (Schmierungstechnik, Berlin 15 (1984) 6, pp.169-173) was used to investigate the antiwear effect of the new lubricant formulation, which is suitable for testing lubricants under sliding friction under mixed friction conditions By means of the lubricating oil formulation according to the invention, the cylinder-ball test pairing was significantly reduced by measuring the wear volume V v on the friction partner ball.
Trbelle 3: Verschleißvolumen Vv des Reibpartners Kugel der Zylinderapparatur ZA-2Trbelle 3: Wear volume V v of the friction partner ball of the cylinder apparatus ZA-2
Belastung in N 10 30 5C) 70 90 110 Load in N 10 30 5C) 70 90 110
Vv Grundöl in 10~3 mm3 V v base oil in 10 ~ 3 mm 3
Vv Grundöl +Zusatz in 1O-3 mm3 V v base oil + additive in 1O -3 mm 3
Verringerung von Vv in %Reduction of V v in%
Einem voll formulierten Mehrbereichsdieselmotorenöl der Viskositätsklasse SAE 15 W 40 wird zur Verbesberunc; seiner tribologischen Eigenschaften im Mischreibungsgebiet 1 Ma.-% Alkylamino-bis-methylenphosphonsäureester der FormelA fully formulated multigrade diesel engine oil of the viscosity class SAE 15 W 40 is used for the verbesberunc; of its tribological properties in the mixed friction region 1% by weight of alkylamino-bis-methylenephosphonic acid ester of the formula
C12H2S-N[-CHr-PO(-O-CHr-CH(-C2HshC4H9)2]2 C 12 H 2 S -N [-CH r -PO (-O-CH r -CH (-C 2 H s hC 4 H 9 ) 2 ] 2
zugegeben. Diese Schmierölformulierung zeigt auf der Almen-Wieland-Ölprüfmaschine eine bedeutende Reduzierung der Reibungsverluste. Unter den Bedingungen einer speziell für die Prüfung von Friction Modifier erarbeiteten Prüfmethodik (kontinuierliche Lastaufgabe bis 7,5kN innerhalb von 7,5 Minuten Versuchszeit und anschließend konstanter Last bei 5kN) stellt sich nach 60-minütiger Versuchszeit bei dem traditionellen Schmieröl eine Reibungszahl von μ = 0,095 ein, während bei der erfindungsgemäßen Schmierölformulierung eine Reibungszahl von μ = 0,083 gemessen wird. Bei der stufenweisen Lasterhöhung auf dieser Apparatur wird über einen weiten Lastbereich (vgl. Fig.1) eine Reibungsminderung beobachtet. Diese kann auch im Langzeitversuch (50 Stunden) auf der Zylinderapparatur ZA-2 nachgewiesen werden, siehe Fig. 2. Hier wurde die i rüfpaarung Zylinder-Stift bei einer Normallast von 50 N das entspricht einer Flächenbelastung von 104MPa und einer Drehzahl von 200min"1 gearbeitet.added. This lubricating oil formulation shows a significant reduction in friction losses on the Almen-Wieland oil testing machine. Under the conditions of a test method developed especially for the testing of friction modifiers (continuous load application up to 7.5kN within 7.5 minutes of trial time and then constant load at 5kN), the friction coefficient μ = after 60 minutes of trial time for the traditional lubricating oil 0.095, while in the lubricating oil formulation according to the invention a coefficient of friction of μ = 0.083 is measured. With the gradual increase in load on this apparatus, a reduction in friction is observed over a wide load range (see FIG. This can also be demonstrated in the long-term test (50 hours) on the cylinder apparatus ZA-2, see FIG. 2. Here, the pairing test cylinder pin at a normal load of 50 N which corresponds to a surface load of 104MPa and a speed of 200min " 1 worked.
Auch das Verschleißverhalten des Motorenöles wird durch die neue Formulierung verbessert, wie die Messungen auf der Zylinderapparatur ZA-2 (Zylinder-Kugol-Prüfpaarung) belegen, (s. Tig. 3). Damit ist die Verbesserung des tribologischen Verhaltens der zu schützenden Schmierölformulierung hinlänglich bewiesen.Also, the wear behavior of the engine oil is improved by the new formulation, as the measurements on the cylinder apparatus ZA-2 (cylinder-Kugol test pairing) prove (see Fig. 3). Thus, the improvement of the tribological behavior of the lubricating oil formulation to be protected has been sufficiently proven.
Einem Einbereichsdieselmotorenöl, das der Viskositätsklasse SAE 10 W entspricht und in seiner Performance der Leistungsklasse CB nahekommt, wurde der ZusatzA single-grade diesel engine oil, which conforms to the SAE 10 W viscosity class and comes close in performance to CB, became the additive
C,2H26-N[-CH2-PO(-CH2-CH(-C2H5>-C4H£I)2]2 C, 2 H 26 -N [-CH 2 -PO (-CH 2 -CH (-C 2 H 5 > -C 4 H £ I ) 2 ] 2
in einer Konzentration von 1 Ma.-% des Friction Modifier zugegeben. Die reibungssenxende Wirkung der neuen Schmierölformulierung wurde auf einen Dieselmotorenleistungsprüfstand nachgewiesen. Geprüft wurde am Motor 4 VD 8,8/ 8,5-1 SRF.in a concentration of 1% by weight of the friction modifier. The friction-enhancing effect of the new lubricating oil formulation was demonstrated on a diesel engine dynamometer. It was tested on the engine 4 VD 8,8 / 8,5-1 SRF.
Im Schleppversuch mit dom betriebswarmen Motor wurde im Ölsumpftemperaturbereich von 7O0C bis 110°C und im Drehzahlbereich von 800min"' bis 3400min"' die durchschnittliche mittlere Verlustleistung Pn, im Vergleich zum Öl ohne den erfindungsgemäßen Zusatz des Friction Modifier gemessen. Die Senkung der Verlustleistung APn, war je nach Drehzahlbereich unterschiedlich (s. Fig.4) und betrug im Durchschnitt 1,4%.In the tow attempt with dom warm engine was in the oil sump temperature range from 7O 0 C to 110 ° C and in the speed range of 800min '' to 3400min '' the average average power loss P n , measured in comparison to the oil without the inventive addition of the friction modifier. The reduction in the power loss AP n , was different depending on the speed range (see Fig.4) and was on average 1.4%.
Um die Wirkung der Reibsenkung auf den Kraftstoffverbrauch des Motors nachzuweisen, wurde unter analogen Versuchsbedingungen der Dieselmotor im gezündeten Zustand betrieben und der Kraftstoffverbrauch bei einer Öi'sumpftemperatur von 9O0C im Drehzahlbereich zwischen 1600min"' und 3000min"' unter Vollastbedingungen gemessen. Die Versuche begannen mit dem herkömmlichen Motorenöl ohne Friction Modifier. Dann wurde nach gründlicher Spülung das nach der erfindungsgemäßen ."ormulierung hergestellte Motorenöl getestet. Die Mittelwerte aus mehreren Verbuchen ergaben in Abhängigkeit von der Drehzahl eine unterschiedlich r/roße Kraftstoffeinsparung Ageo bei Einsatz des erfindungsgemäßen Schmieröles (s. Fig.5). rii" :r.i Mittel etwa 1% beträgt.In order to demonstrate the effect of the friction reduction on the fuel consumption of the engine, the diesel engine was operated in the ignited condition under analogous experimental conditions and the fuel consumption at an oil sump temperature of 9O 0 C in the speed range between 1600min '' and 3000min '' measured under full load conditions. The experiments started with the conventional engine oil without friction modifier. Then, after thorough rinsing, the motor oil produced according to the invention was tested.The average values from several batches, depending on the rotational speed, yielded a different fuel economy Ag eo when using the lubricating oil according to the invention (see FIG. : means about 1%.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018053407A1 (en) | 2016-09-19 | 2018-03-22 | Afton Chemical Corporation | Novel aminobisphosphonate antiwear additives |
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1989
- 1989-04-20 DD DD32781289A patent/DD282470A5/en not_active IP Right Cessation
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