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Fachgebiet
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen bestimmte öllösliche
Magnesiumadditive und die Verwendung solcher Magnesiumadditive in
Schmierölformulierungen zur Verbesserung der Antiverschleißeigenschaften
der Formulierungen.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Die
nächste Generation von Personenkraftwagen-Motoröl-
und leistungsstarkes Diesel-Motoröl-Kategorien erfordern
entsprechende Antiverschleißeigenschaften, jedoch mit niedrigeren
Konzentrationen an Phosphor und Schwefel in den Formulierungen,
um die Verunreinigung von stringenteren Verschmutzungskontrollvorrichtungen
herabzusetzen. Es ist wohlbekannt, dass Schwefel- und Phosphor-enthaltende
Additive einem fertigen Öl Antiverschleißeigenschaften
verleihen und auch den Wirkungsgrad von Verschmutzungskontrollvorrichtungen
vergiften oder anderweitig herabsetzen können.
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Zinkdialkyldithiophosphate
("Zn DDPs") werden bereits seit vielen Jahren in Schmierölen
verwendet. Zn DDPs besitzen auch gute Antiverschleißeigenschaften
und werden verwendet, um Nocken-Verschleißtests, wie den
Seq IVA und TU3-Verschleißtest, zu bestehen. Viele Patentschriften
behandeln die Herstellung und Verwendung von Zn DDPs einschließlich
US-Patentschriften 4,904,401 ;
4,957,649 ;
6,114,288 , die alle hier durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit mit eingeschlossen sind.
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Schwefel
enthaltende Antiverschleißmittel sind auch wohlbekannt
und umfassen Dihydrocarbylpolysulfide; sulfurierte Olefine; sulfurierte
Fettsäureester sowohl natürlichen als auch synthetischen
Ursprungs; Trithione; sulfurierte Thienylderivate; sulfurierte Terpene;
sulfurierte Polyene; sulfurierte Diels-Alder-Addukte etc. Spezielle
Beispiele umfassen unter anderem sulfuriertes Isobutylen, sulfuriertes
Diisobutylen, sulfuriertes Triisobutylen, Dicyclohexylpolysulfid,
Diphenylpolysulfid, Dibenzylpolysulfid, Dinonylpolysulfid und Gemische von
Di- tert.-butylpolysulfiden, wie Gemische von Di-tert.-butyltrisulfid,
Di-tert.-butyltetrasulfid und Di-tert.-butylpentasulfid. Von den
vorgenannten werden sulfurierte Olefine bei vielen Anwendungen verwendet.
Verfahren zur Herstellung sulfurierter Olefine sind in den
US-Patentschriften Nrn. 2,995,569 ;
3,673,090 ;
3,703,504 ;
3,703,505 ;
3,796,661 und
3,873,454 beschrieben. Ebenfalls geeignet
sind die sulfurierten Olefinderivate, die in der
US-Patentschrift Nr. 4,654,156 beschrieben
sind. Weitere Schwefel enthaltende Antiverschleißmittel sind
in den
US-Patentschriften Nm.
4,857,214 ,
5,242,613 und
6,096,691 beschrieben.
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Es
bedarf eines Schmiermitteladditivs, das ausgezeichnete Antiverschleißeigenschaften
bereitstellt und mit Verschmutzungskontrollvorrichtungen, die für
Kraftfahrzeug- und Dieselmotoren verwendet werden, kompatibler ist.
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Hinsichtlich
des Vorgenannten stellen die hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen
eine geschmierte Oberfläche, ein Verfahren zur Herabsetzung
des Verschleißes zwischen beweglichen Teilen und Schmiermittel
und Schmiermitteladditivkonzentrate bereit, die ein Verschleißreduktionsmittel
enthalten. Die geschmierte Oberfläche enthält
ein Trägeröl von Schmierviskosität und
eine Menge von mindestens einer Kohlenwasserstoff-löslichen
Magnesiumverbindung, die wirksam ist, um die Reduktion des Oberflächenverschleißes
zu gewährleisten, die größer ist als
eine Reduktion des Oberflächenverschleißes für
eine Schmiermittelzusammensetzung, der die Magnesiumverbindung fehlt.
Die Schmiermittelzusammensetzung enthält nicht mehr als
etwa 0,05 Gew.-% Phosphor, und ihr fehlen im Wesentlichen Calcium-Detergenzien.
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Fahrzeug
mit beweglichen Teilen bereitgestellt, wobei das Fahrzeug ein Schmiermittel
zum Schmieren der beweglichen Teile enthält. Das Schmiermittel
ist ein Öl von Schmierviskosität mit einer Menge
an Antiverschleißmittel darin, die eine Menge von mindestens
einer kohlenwasserstofflöslichen Magnesiumverbindung bereitstellt,
die wirksam ist eine Reduktion des Oberflächenverschleißes
der beweglichen Teile zu gewährleisten, die größer
ist als die Reduktion des Oberflächenverschleißes
der beweglichen Teile für eine Schmiermittelzusammensetzung,
der die Magnesiumverbindung fehlt. Die Schmiermittelzusammensetzung
enthält nicht mehr als etwa 0,05 Gew.-% Phosphor, und ihr
fehlen im Wesentlichen Calcium-Detergenzien.
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Bei
wieder einer anderen Ausführungsform wird eine vollständig
formulierte Schmiermittelzusammensetzung bereitgestellt, die eine
Trägerölkomponente von Schmierviskosität
und eine Menge an Antiverschleißmittel einschließt,
die eine Menge von mindestens einer kohlenwasserstofflöslichen
Magnesiumverbindung bereitstellt, die wirksam ist, eine Verschleißreduktion
zu gewährleisten, die größer ist als
das Ausmaß an Verschleißreduktion für
eine Schmiermittelzusammensetzung, der die Magnesiumverbindung fehlt.
Die Schmiermittelzusammensetzung enthält nicht mehr als
etwa 500 ppm Phosphor und ihr fehlen im Wesentlichen Calcium-Detergenzien.
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Eine
weitere Ausführungsform der Offenbarung stellt ein Schmiermitteladditivkonzentrat
zur Bereitstellung verbesserter Antiverschleißeigenschaften
für eine Schmiermittelzusammensetzung bereit. Dem Konzentrat
fehlen im Wesentlichen Calciumverbindungen, und es weist ein Hydrocarbyl-Trägerfluid
und eine Menge von mindestens einer kohlenwasserstofflöslichen
Magnesiumverbindung auf, die ausreicht, um einer Schmiermittelzusammensetzung,
die das Konzentrat enthält, etwa 120 bis etwa 2000 ppm
Magnesium bereitzustellen.
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Wie
vorstehend in Kürze ausgeführt, stellen die Ausführungsformen
der Offenbarung ein Antiverschleißadditiv bereit, das eine
kohlenwasserstofflösliche Magnesiumverbindung einschließt,
die die Antiverschleißleistung einer Schmiermittelzusammensetzung
wesentlich verbessern kann und dadurch eine Herabsetzung in der
Menge an Phosphor- und Schwefel-Antiverschleißadditiven
ermöglicht, die für eine gleichwertige Antiverschleißleistung
erforderlich sind. Das Additiv kann mit einem ölähnlichen
Fluid gemischt werden, das auf eine Oberfläche aufgebracht
wird, um den Oberflächenverschleiß herabzusetzen.
Bei anderen Anwendungen kann das Additiv in einer vollständig
formulierten Schmiermittelzusammensetzung bereitgestellt werden.
Das Additiv ist besonders darauf ausgerichtet, die derzeitig vorgeschlagenen
GF-4-Standards für Personenkraftwagen-Motoröle
und die PC-10-Standards für leistungsstarke Diesel-Motoröle
zu erfüllen.
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Die
hier beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren sind besonders
zur Verminderung der Verunreinigung von Verschmutzungskontrollvorrichtungen
an Motorfahrzeugen geeignet, oder bei der Alternative sind die Zusammensetzungen
zur Verbesserung der Leistung von Antiverschleißmitteln
in Schmiermittelformulierungen geeignet. Weitere Merkmale und Vorteile
der hier beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren werden unter
Verweis auf die folgende ausführliche Beschreibung offensichtlich,
die zur beispielhaften Erläuterung der Aspekte der offenbarten
Ausführungsformen gedacht ist, ohne dass eine Einschränkung der
hier beschriebenen Ausführungsformen beabsichtigt ist.
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Es
ist selbstverständlich, dass sowohl die vorgenannte allgemeine
Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung
nur beispielhaft und erläuternd sind und zur Bereitstellung
weiterer Erläuterungen der offenbarten und beanspruchten
Ausführungsformen beabsichtigt sind.
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Ausführliche Beschreibung
der Ausführungsformen
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Bei
einer Ausführungsform wird eine Magnesiumverbindung präsentiert,
die als eine Komponente in Schmierölzusammensetzungen geeignet
ist. Die Magnesiumverbindung umfasst eine kohlenwasserstofflösliche
Magnesiumverbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Magnesiumsulfonaten, Magnesiumphenaten, Magnesiumsalicylaten
und Gemischen davon besteht.
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Der
Begriff "kohlenwasserstofflöslich" bedeutet, dass die Verbindung
im Wesentlichen in einem Kohlenwasserstoffmaterial suspendiert oder
gelöst wird, wie durch Reaktion oder Komplexierung einer
Magnesiumverbindung mit einem Kohlenwasserstoffmaterial. Wie hier
verwendet bedeutet "Kohlenwasserstoff" eine aus einer großen
Anzahl von Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und/oder Sauerstoff
in verschiedenen Kombinationen enthalten.
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Der
Begriff "Hydrocarbyl" bezieht sich auf eine Gruppe mit einem direkt
an dem Rest des Moleküls gebundenen Kohlenstoffatom und
mit überwiegend Kohlenwasserstoffcharakter. Beispiele für
Hydrocarbylgruppen umfassen:
- (i) Kohlenwasserstoffsubstituenten,
d. h. aliphatische (z. B. Alkyl oder Alkenyl), alicyclische (z.
B. Cycloalkyl, Cycloalkenyl) Substituenten und aromatisch-, aliphatisch-
und alicyclisch-substituierte aromatische Substituenten sowie cyclische
Substituenten, wobei der Ring durch einen anderen Teil des Moleküls
(z. B. zwei Substituenten bilden zusammen einen alicyclischen Rest)
komplettiert wird;
- (ii) substituierte Kohlenwasserstoffsubstituenten, d. h. Substituenten,
die Nicht-Kohlenwasserstoffgruppen enthalten, die im Zusammenhang
mit der Beschreibung hierin, die überwiegend Kohlenwasserstoffsubstituenten
nicht ändern (z. B. Halogen (insbesondere Chlor und Fluor),
Hydroxy, Alkoxy, Mercapto, Alkylmercapto, Nitro, Nitroso und Sulfoxy);
- (iii) Heterosubstituenten, d. h. Substituenten, die, obgleich
sie einen überwiegend Kohlenwasserstoffcharakter aufweisen,
im Zusammenhang dieser Beschreibung, in einem Ring oder in einer
Kette, die anderweitig aus Kohlenstoffatomen besteht, etwas anderes
als Kohlenstoff enthalten. Heteroatome umfassen Schwefel, Sauerstoff,
Stickstoff und schließen Substituenten ein, wie Pyridyl,
Furyl, Thienyl und Imidazolyl. Im Allgemeinen sind nicht mehr als
zwei, typischerweise nicht mehr als ein Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituent
auf jeweils zehn Kohlenstoffatome in der Hydrocarbylgruppe vorhanden;
typischerweise sind keine Nicht-Kohlenwasserstoffsubstituenten in
der Hydrocarbylgruppe vorhanden.
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Die
Magnesiumverbindung ist wünschenswerterweise ein basisches
oder überbasisches Magnesiumsalz, das einen Überschuss
des Magnesiumkations enthält. Im Allgemeinen besitzen die
basischen oder überbasischen Salze Metallverhältnisse
von bis zu etwa 40 und insbesondere besitzen sie ein Metallverhältnis
von etwa 2 bis etwa 30 oder 40.
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Ein
allgemein eingesetztes Verfahren zur Herstellung der basischen (oder überbasischen)
Magnesiumsalze umfasst das Erwärmen einer Mineralöllösung
einer Säure mit einem stöchiometrischen Überschuss eines
Metall-Neutralisierungsmittels, z. B. ein Metalloxid, -hydroxid,
-carbonat, -bicarbonat, -sulfid etc. bei Temperaturen oberhalb von
etwa 50°C. Zusätzlich können verschiedene
Beschleuniger bei dem überbasierenden Verfahren zur Unterstützung
der Einarbeitung des großen Metallüberschusses
verwendet werden. Diese Beschleuniger umfassen solche Verbindungen,
wie die phenolischen Substanzen, z. B. Phenol, Naphthol, Alkylphenol,
Thiophenol, sulfuriertes Alkylphenol, und die verschiedenen Kondensationsprodukte
von Formaldehyd mit einer phenolischen Substanz; Alkohole, wie Methanol,
2-Propanol, Octylalkohol, Cellosolvecarbitol, Ethylen, Glykol, Stearylalkohol
und Cyclohexylalkohol; Amine, wie Anilin, Phenylendiamin, Phenothiazin,
Phenyl-beta-naphthylamin und Dodecylamin etc.
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Die
saure organische Verbindung, von der sich das Magnesiumsalz ableitet,
kann mindestens eine Schwefelsäure, Carbonsäure,
Phosphorsäure oder Phenol oder Gemische davon sein. Die
Schwefelsäuren können Sulfonsäuren, Thiosulfonsäuren,
Sulfinsäuren, Sulfensäuren, Teilester von Schwefelsäuren,
schwefeligen Säuren und Thioschwefelsäuren sein.
Sulfonsäuren sind zur Verwendung bei der Herstellung der
kohlenwasserstofflöslichen Magnesiumverbindungen besonders
wünschenswert.
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Die
Sulfonsäuren, die bei der Herstellung von Komponente (B)
geeignet sind, umfassen diejenigen, die durch die Formeln RxT(SO3H)y (I)und R1(SO3H)y (II)dargestellt
sind.
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In
diesen Formeln ist R1 ein aliphatischer
oder aliphatisch-substituierter cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff
oder im Wesentlichen eine Kohlenwasserstoffgruppe, die frei von
acetylenischer Ungesättigtheit ist und bis zu etwa 60 Kohlenstoffatome
enthält. Wenn R1 aliphatisch ist,
enthält es im Allgemeinen mindestens etwa 15 Kohlenstoffatome;
wenn es eine aliphatisch-substituierte cycloaliphatische Gruppe
ist, enthalten die aliphatischen Substituenten im Allgemeinen insgesamt
mindestens etwa 12 Kohlenstoffatome. Beispiele für R1 sind Alkyl-, Alkenyl- und Alkoxyalkylreste
und aliphatisch-substituierte cycloaliphatische Gruppen, wobei die aliphatischen
Substituenten Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Carboxyalkyl
und dergleichen sind. Im Allgemeinen leitet sich der cycloaliphatische
Kern von einem Cycloalkan oder einem Cycloalken ab, wie Cyclopentan,
Cyclohexan, Cyclohexen oder Cyclopenten. Spezielle Beispiele für
R1 sind Cetylcyclohexyl, Laurylcyclohexyl,
Cetyloxyethyl, Octadecenyl und Gruppen, die sich von Erdöl,
gesättigtem und ungesättigtem Paraffinwachs und
Olefinpolymeren ableiten, einschließlich von polymerisierten
Monoolefinen und Diolefinen, die etwa 2–8 Kohlenstoffatome
pro olefinischer Monomereinheit enthalten. R1 kann
auch andere Substituenten enthalten, wie Phenyl, Cycloalkyl, Hydroxy,
Mercapto, Halogen, Nitro, Amino, Nitroso, Niederalkoxy, Niederalkylmercapto,
Carboxy, Carbalkoxy, Oxo oder Thio, oder Unterbrechungsgruppen,
wie -NH-, -O- oder -S-, solange der im Wesentlichen Kohlenwasserstoffcharakter
davon nicht zerstört wird.
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R
in Formel I ist im Allgemeinen ein Kohlenwasserstoff oder im Wesentlichen
eine Kohlenwasserstoffgruppe, die frei ist von acetylenischer Ungesättigtheit
und etwa 4 bis etwa 60 aliphatische Kohlenstoffatome enthält,
beispielsweise eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, wie Alkyl-
oder Alkenyl. Die Verbindung kann allerdings auch Substituenten
oder Unterbrechungsgruppen enthalten, wie diejenigen, die vorstehend aufgezählt
sind, mit der Maßgabe, dass im Wesentlichen der Kohlenwasserstoffcharakter
davon beibehalten wird. Im Allgemeinen machen alle Nicht-Kohlenwasserstoffatome,
die in R1 oder R vorhanden sind, nicht mehr als
10% des Gesamtgewichts davon aus.
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In
den obigen Formeln ist T ein cyclischer Kern, der sich von einem
aromatischen Kohlenwasserstoff ableiten kann, wie Benzol, Naphthalin,
Anthracen oder Biphenyl, oder von einer heterocyclischen Verbindung, wie
Pyridin, Indol oder Isoindol. Üblicherweise ist T ein aromatischer
Kohlenwasserstoffkern, insbesondere ein Benzol- oder Naphthalinkern.
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Die
Tiefzahl x in den obigen Formeln ist mindestens 1 und im Allgemeinen
1–3. Die Tiefzahlen r und y besitzen einen durchschnittlichen
Wert von etwa 1–2 pro Molekül und sind im Allgemeinen
1.
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Die
Sulfonsäuren sind im Allgemeinen Erdölsulfonsäuren
oder synthetisch hergestellte Alkarylsulfonsäuren. Unter
den Erdölsulfonsäuren sind die am meisten geeigneten
Produkte diejenigen, die durch die Sulfonierung von geeigneten Erdölfraktionen
mit anschließender Entfernung von Säureschlamm
und Reinigung hergestellt werden. Synthetische Alkarylsulfonsäuren
werden im Allgemeinen aus alkylierten Benzolen hergestellt, wie
die Friedel-Crafts-Reaktionsprodukte von Benzol und Polymeren, wie
Tetrapropylen. Das Folgende sind spezielle Beispiele für
Sulfonsäuren, die bei der Herstellung von kohlenwasserstofflöslichen
Magnesiumverbindungen, die hier beschrieben sind, geeignet sind.
Solche Sulfonsäuren schließen Mahagoni-Sulfonsäuren,
Brightstock-Sulfonsäuren, Petrolatum-Sulfonsäuren,
Mono- und Polywachs-substituierte Naphthalinsulfonsäuren,
Cetylchlorbenzolsulfonsäuren, Cetylphenolsulfonsäuren,
Cetylphenoldisulfidsulfonsäuren, Cetoxycaprylbenzolsulfonsäuren,
Dicetylthianthrensulfonsäuren, Dilauryl-beta-naphtholsulfonsäuren,
Dicaprylnitronaphthalinsulfonsäuren, gesättigte
Paraffinwachssulfonsäuren, ungesättigte Paraffinwachssulfonsäuren,
Hydroxy-substituierte Paraffinwachssulfonsäuren, Tetraisobutylensulfonsäuren,
Tetraamylensulfonsäuren, Chlor-substituierte Paraffinwachssulfonsäuren,
Nitroso-substituierte Paraffin wachssulfonsäuren, Erdöl-Naphthalinsulfonsäuren,
Cetylcyclopentylsulfonsäuren, Laurylcyclohexylsulfonsäuren,
Mono- und Polywachs-substituierte Cyclohexylsulfonsäuren,
Dodecylbenzolsulfonsäuren, "dimere Alkylat"-Sulfonsäuren
und dergleichen ein, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
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Alkyl-substituierte
Benzolsulfonsäuren, wobei die Alkylgruppe mindestens 8
Kohlenstoffatome enthält, einschließlich von Dodecylbenzol-"Boden"-Sulfonsäuren
sind besonders geeignet. Letztere sind Säuren, die sich
von Benzol ableiten, das mit Propylentetrameren oder Isobutentrimeren
zum Einbringen von 1, 2, 3 oder mehreren verzweigten C12-Substituenten
an dem Benzolring alkyliert wurde. Dodecylbenzol-Bodensätze hauptsächlich
Gemische von Mono- und Didodecylbenzolen, sind als Nebenprodukte
aus der Herstellung von Haushaltsdetergenzien erhältlich.
Gleichwertige Produkte, die aus Alkylierungs-Bodensätzen
erhalten werden, die während der Herstellung von linearen
Alkylsulfonaten (LAS) gebildet werden, sind ebenfalls bei der Herstellung
der hier beschriebenen Sulfonate geeignet.
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Geeignete
Carboxylsäuren, woraus die kohlenwasserstofflöslichen
Magnesiumverbindungen hergestellt werden können, umfassen
aliphatische, cycloaliphatische und aromatische mono- und polybasische
Carboxylsäuren, die frei von acetylenischer Ungesättigtheit
sind, einschließlich Naphthensäuren, Alkyl- oder
Alkenyl-substituierte Cyclopentansäuren, Alkyl- oder Alkenyl-substituierte
Cyclohexansäuren und Alkyl- oder Alkenyl-substituierte
aromatische Carboxylsäuren. Die aliphatischen Säuren
enthalten im Allgemeinen etwa 8 bis etwa 50 und wünschenswerterweise
etwa 12 bis etwa 25 Kohlenstoffatome. Die cycloaliphatischen und
aliphatischen Carboxylsäuren sind besonders geeignet, und
sie können gesättigt oder ungesättigt
sein. Spezielle Beispiele umfassen 2-Ethylhexansäure, Linolensäure,
Propylen-tetramersubstituierte Maleinsäure, Behensäure,
Isostearinsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure,
Palmitoleinsäure, Linolsäure, Laurinsäure, Ölsäure,
Ricinolsäure, Undecylsäure, Dioctylcyclopentancarboxylsäure,
Myristinsäure, Dilauryldecahydronaphthalincarboxylsäure,
Stearyloctahydroindencarboxylsäure, Palmitinsäure,
Alkyl- und Alkenylsuccinsäuren, Säuren, die durch Oxidation
von Erdöl oder von Kohlenwasserstoffwachsen gebildet werden,
und im Handel erhältliche Gemische von zwei oder mehreren
Carboxylsäuren, wie Tallöl-Säuren, Kolophoniumsäuren
und dergleichen.
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Die
kohlenwasserstofflösliche Magnesiumverbindung kann auch
aus Phenolen hergestellt werden; d. h. Verbindungen, die eine Hydroxygruppe
direkt gebunden an einen aromatischen Ring enthalten. Der Begriff "Phenol",
wie hier verwendet, umfasst Verbindungen mit mehr als einer Hydroxygruppe,
die an einen aromatischen Ring gebunden ist, wie Catechol, Resorcin
und Hydrochinon. Er umfasst auch Alkylphenole, wie Cresole und Ethylphenole
und Alkenylphenole. Phenole, die mindestens einen Alkylsubstituenten
enthalten, der etwa 3–100 und insbesondere etwa 6–50
Kohlenstoffatome enthält, wie Heptylphenol, Octylphenol,
Dodecylphenol, Tetrapropen-alkyliertes Phenol, Octadecylphenol und
Polybutenylphenole, sind besonders geeignet. Phenole, die mehr als
einen Alkylsubstituenten enthalten, können ebenfalls verwendet
werden, jedoch sind die Monoalkylphenole aufgrund ihrer Verfügbarkeit
und Leichtigkeit der Herstellung stärker geeignet.
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Ebenfalls
geeignet sind Kondensationsprodukte der oben beschriebenen Phenole
mit mindestens einem niederen Aldehyd oder Keton, wobei der Begriff
"nieder" Aldehyde und Ketone bezeichnet, die nicht mehr als 7 Kohlenstoffatome
enthalten. Geeignete Aldehyde umfassen Formaldehyd, Acetaldehyd,
Propionaldehyd, Butyraldehyde, die Valeraldehyde und Benzaldehyd.
Ebenfalls geeignet sind Aldehyd-ergebende Reagenzien, wie Paraformaldehyd,
Trioxan, Methylol, Methylformcel und Paraldehyd.
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Die
Menge an kohlenwasserstofflöslicher Magnesiumverbindung,
die in den Schmiermitteln der beispielhaften Ausführungsformen
eingeschlossen ist, kann auch variiert werden, und geeignete Mengen
in einer bestimmten Schmierölzusammensetzung können
unschwer durch einen Fachmann bestimmt werden. Die Menge der in
einem Schmiermittel, das hier beschrieben ist, enthaltenen Magnesiumverbindung
kann von etwa 0,15 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% oder mehr variieren.
Die Menge in der Ölzusammensetzung eingeschlossenen Magnesiumverbindung
ist eine Menge, die ausreicht, um die gewünschten verschleißhemmenden
Eigenschaften bereitzustellen.
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Bei
der Herstellung von Schmierölformulierungen ist es allgemeine
Praxis, die Additive in der Form von 1 bis 99 Gew.-% Wirkstoffkonzentrate
in Kohlenwasserstofföl einzubringen, z. B. mineralisches
Schmieröl oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel.
In der Regel können diese Konzentrate mit 0,05 bis 10 Gewichtsteilen Schmieröl
pro Gewichtsteil des Additivpakets beim Bilden fertiger Schmiermittel
zugesetzt werden, z. B. Kurbelgehäuse- Motoröle.
Der Zweck von Konzentraten besteht natürlich darin, die
Handhabung der verschiedenen Materialien weniger schwer und unangenehm
zu machen sowie Lösung oder Dispersion in der Endmischung
zu erleichtern.
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Schmiermittelzusammensetzungen,
die mit der vorstehend beschriebenen kohlenwasserstofflöslichen Magnesiumverbindung
hergestellt sind, sind bei einer breiten Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten
geeignet. Für Verbrennungsmotoren und Otto-Motoren ist
es erwünscht, dass die Schmiermittelzusammensetzungen die
veröffentlichten GF-4- oder API-CI-4-Standards erfüllen
oder sie übersteigen. Schmierölzusammensetzungen
gemäß den vorgenannten GF-4- oder API-CI-4-Standards
umfassen ein Trägeröl und ein Öl-Additiv-Paket
zur Bereitstellung eines vollständig formulierten Schmiermittels.
Das Trägeröl für Schmiermittel gemäß der
Offenbarung ist ein Öl von Schmierviskosität,
ausgewählt aus natürlichen Schmierölen,
synthetischen Schmierölen und Gemischen davon. Solche Trägeröle
umfassen diejenigen, die herkömmlicherweise als Kurbelgehäuseschmieröle
für Otto-Motoren und Verbrennungsmotoren eingesetzt werden,
wie Pkw- und Lkw-Motoren, Schiffsmotoren und Eisenbahndieselmotoren
und dergleichen.
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Natürliche Öle
umfassen tierische Öle und pflanzliche Öle (z.
B. Kastoröl, Specköl), flüssige Petroleumöle
und hydroraffinierte, Lösungsmittel behandelte oder Säure
behandelte mineralische Schmieröle des paraffinischen,
naphthenischen und des gemischten paraffinisch-naphthenischen Typs. Öle
von Schmierviskosität, die sich von Kohle oder Schiefer
ableiten, sind ebenfalls geeignete Trägeröle.
Die synthetischen Schmieröle, die bei den beispielhaften
Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden, umfassen
eines aus einer Anzahl von allgemein eingesetzten synthetischen
Kohlenwasserstoffölen, die Polyalphaolefine, alkylierte Aromaten,
Alkylenoxidpolymere, Interpolymere, Copolymere und Derivate davon,
wobei die terminalen Hydroxylgruppen durch Veresterung, Veretherung
etc. modifiziert worden sind, Ester von Dicarboxylsäuren
und Silicium-basierte Öle umfassen, jedoch nicht darauf
beschränkt sind.
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Vollständig
formulierte Schmiermittel enthalten herkömmlicherweise
ein Additivpaket, das hier als Dispergiermittel/Inhibitorpaket oder
DI-Paket bezeichnet wird, das die Merkmale liefert, die in den Formulierungen erforderlich
sind. Geeignete DI-Pakete sind beispielsweise in den
US-Patentschriften Nrn. 5,204,012 und
6,034,040 beispielsweise
beschrieben. Unter den Typen von Additiven, die in dem Additivpaket
eingeschlossen sind, können Dispergiermittel, Reibungsmodifizierer,
Dichtungsquellmittel, Antioxidantien, Schauminhibitoren, Lubrizitätsmittel,
Rostschutzmittel, Korrosionshemmer, Demulgatoren, Viskositätsindexverbesserer
und dergleichen sein. Mehrere von diesen Komponenten sind den Fachleuten
wohl bekannt und werden im Allgemeinen in herkömmlichen
Mengen mit den hier beschriebenen Additiven und Zusammensetzungen
verwendet.
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Dispergiermittel
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Eine
weitere Komponente von Schmiermittelzusammensetzungen ist mindestens
ein Dispergiermittel, das sich von einer Polyalkylenverbindung ableitet.
Die Polyalkylenverbindung kann ein Zahlenmittel des Molekulargewichts
im Bereich von etwa 400 bis etwa 5000 oder mehr aufweisen. Dispergiermittel,
die verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht
beschränkt auf, polare Amin-, Alkohol-, Amid- oder Ester-Gruppierungen,
die an die Polymer-Hauptkette gebunden sind, oft über eine
Verbrückungsgruppe. Die Dispergiermittel können
aus Mannich-Dispergiermitteln gewählt sein, wie beispielsweise
in den
US-Patentschriften Nrn. 3,697,574 und
3,736,357 beschrieben; aschefreie
Succinimid-Dispergiermittel, wie in den
US-Patentschriften Nrn. 4,234,435 und
4,636,322 beschrieben; Amin-Dispergiermittel,
wie in den
US-Patentschriften
Nrn. 3,219,666 ,
3,565,804 und
5,633,326 beschrieben; Koch-Dispergiermittel,
wie in den
US-Patentschriften
Nrn. 5,936,041 ,
5,643,859 und
5,627,259 beschrieben und
Polyalkylensuccinimid-Dispergiermittel, wie in den
US-Patentschriften Nrn. 5,851,965 ;
5,853,434 und
5,792,729 beschrieben.
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Ein
besonders geeignetes Dispergiermittel ist ein Polyalkylensuccinimid-Dispergiermittel,
das sich von einer Polyisobuten(PIB)-Verbindung ableitet. Das Dispergiermittel
kann ein Gemisch von Dispergiermitteln mit Zahlenmitteln der Molekulargewichte
im Bereich von etwa 800 bis etwa 3000 und reaktiven PIB-Gehalten
von etwa 50 bis etwa 60% sein. Die Gesamtmenge an Dispergiermittel
in der Schmiermittelzusammensetzung kann von etwa 1 bis 10 Gew.-%
des Gesamtgewichts der Schmiermittelzusammensetzung reichen.
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Reibungsmodifizierer
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Ein öllöslicher
Reibungsmodifizierer kann in die hier beschriebenen Schmierölzusammensetzungen eingearbeitet
sein. Der Reibungsmodifizierer kann aus Stickstoff enthaltenden,
stickstofffreien und/oder aminfreien Reibungsmodifizierern gewählt
werden. Typischerweise kann der Reibungsmodifizierer in einer Menge im
Bereich von etwa 0,02 bis 2,0 Gew.-% der Schmierölzusammensetzung
verwendet werden. Wünschenswerterweise von etwa 0,05 bis
1,0, mehr erwünscht von 0,1 bis 0,5 Gew.-% des Reibungsmodifizierers
wird verwendet.
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Beispiele
für solche Stickstoff enthaltenden Reibungsmodifizierer,
die verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht
beschränkt auf, Imidazoline, Amide, Amine, Succinimide,
alkoxylierte Amine, alkoxylierte Etheramine, Aminoxide, Amidoamine,
Nitrile, Betaine, quaternäre Amine, Imine, Aminsalze, Aminoguanidin,
Alkanolamide und dergleichen.
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Solche
Reibungsmodifizierer können Hydrocarbylgruppen enthalten,
die aus geradkettigen, verzweigten oder aromatischen Hydrocarbylgruppen
oder aus Gemischen davon ausgewählt sein können
und gesättigt oder ungesättigt sein können.
Hydrocarbylgruppen bestehen überwiegend aus Kohlenstoff
und Wasserstoff, können allerdings ein oder mehrere Heteroatome,
wie Schwefel oder Sauerstoff, enthalten. Geeignete Hydrocarbylgruppen
reichen von 12 bis 25 Kohlenstoffatomen und können gesättigt
oder ungesättigt sein. Stärker wünschenswert
sind diejenigen mit linearen Hydrocarbylgruppen.
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Beispielhafte
Reibungsmodifizierer umfassen Amide von Polyaminen. Solche Verbindungen
können Hydrocarbylgruppen aufweisen, die linear, entweder
gesättigt oder ungesättigt oder ein Gemisch davon
sind, und nicht mehr als etwa 12 bis etwa 25 Kohlenstoffatome enthalten.
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Weitere
beispielhafte Reibungsmodifizierer umfassen alkoxylierte Amine und
alkoxylierte Etheramine, wie alkoxylierte Amine, die etwa zwei Mol
Alkylenoxid pro Mol Stickstoff umfassen, die am stärksten
bevorzugt sind. Solche Verbindungen können Hydrocarbylgruppen
aufweisen, die linear, entweder gesättigt, ungesättigt oder
ein Gemisch davon sind. Sie enthalten nicht mehr als etwa 12 bis
etwa 25 Kohlenstoffatome und können ein oder mehrere Heteroatome
in der Hydrocarbylkette enthalten. Ethoxylierte Amine und ethoxylierte
Etheramine sind besonders geeignete Stickstoff enthaltende Reibungsmodifizierer.
Die Amine und Amide können als solche oder in der Form
eines Addukts oder Reaktionsprodukts mit einer Borverbindung, wie
Boroxid, Borhalogenid, Metaborat, Borsäure oder ein Mono-,
Di- oder Trialkylborat, verwendet werden.
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Die
aschefreien organischen Polysulfid-Verbindungen, die als Reibungsmodifizierer
verwendet werden können, umfassen organische Verbindungen,
die durch die folgenden Formeln dargestellt sind, wie Sulfide von Ölen
oder Fetten oder Polyolefinen, wobei eine Schwefelatomgruppe mit
zwei oder mehreren Schwefelatomen, die benachbart und miteinander
verbunden sind, in einer Molekülstruktur vorhanden ist.
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In
den obigen Formeln bezeichnen R2 und R3 unabhängig eine geradkettige verzweigte
alicyclische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe, wobei eine
gerade Kette, eine verzweigte Kette, eine alicyclische Einheit und
eine aromatische Einheit selektiv in einer beliebigen kombinierten
Weise enthalten sein können. Eine ungesättigte
Bindung kann enthalten sein, jedoch ist eine gesättigte
Kohlenwasserstoffgruppe wünschenswert. Unter ihnen sind
die Alkylgruppe, Arylgruppe, Alkylarylgruppe, Benzylgruppe und Alkylbenzylgruppe
besonders erwünscht.
-
R3 und R4 bezeichnen
unabhängig eine geradkettige, verzweigte, alicyclische
oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe, die zwei Bindungsstellen
aufweist und in der eine geradkettige, eine verzweigte, eine alicyclische
Einheit und eine aromatische Einheit selektiv auf jede beliebige
kombinierte Weise vorhanden sein kann. Eine ungesättigte
Bindung kann enthalten sein, jedoch ist eine gesättigte
Kohlenwasserstoffgruppe wünschenswert. Unter ihnen ist
eine Alkylengruppe besonders wünschenswert.
-
R6 und R7 bezeichnen
unabhängig eine geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffgruppe.
Die Tiefzahlen "x" und "y" bezeichnen unabhängig eine ganze
Zahl von zwei oder mehr.
-
Speziell
beispielsweise können hier sulfuriertes Walratöl,
sulfuriertes Pinenöl, sulfuriertes Sojaöl, sulfuriertes
Polyolefin, Dialkyldisulfid, Dialkylpolysulfid, Dibenzyldisulfid,
Ditertiär-butyldisulfid, Polyolefinpolysulfid, Thiadiazoltypverbindung,
wie Bisalkylpolysulfanylthiadiazol und sulfuriertes Phenol erwähnt
werden. Unter diesen Verbindungen sind Dialkylpolysulfid-, Dibenzyldisulfid-
und Thiadiazol-Verbindung besonders bevorzugt. Besonders erwünscht
ist Bisalkylpolysulfanylthiadiazol.
-
Als
das Schmiermitteladditiv kann eine Metall enthaltende Verbindung,
wie Ca-Phenat mit einer Polysulfidbindung verwendet werden. Da jedoch
diese Verbindung einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist, kann
die Verwendung einer solchen Verbindung nicht immer zweckmäßig
sein. Im Gegenteil kann die obige organische Polysulfidverbindung
eine aschefreie Verbindung, die keine Metalle enthält,
sein und bei Verwendung in Kombination mit anderen Reibungsmodifizierern
ausgezeichnete Leistung bei der Beibehaltung eines niedrigen Reibungskoeffizienten
für eine lange Zeit aufweisen.
-
Die
obige aschefreie organische Polysulfidverbindung (hier kurz als
"Polysulfidverbindung" bezeichnet) wird in einer Menge von 0,01
bis 0,4 Gew.-%, typischerweise von 0,1–0,3 Gew.-% und wünschenswerterweise
von 0,2–0,3 Gew.-% zugesetzt, wenn als Schwefel (S) berechnet,
relativ zu der Gesamtmenge der Schmiermittelzusammensetzung. Wenn
die zugegebene Menge geringer ist als 0,01 Gew.-%, ist es schwierig, die
beabsichtigte Wirkung zu erzielen, wohingegen, wenn sie mehr als
0,4 Gew.-% beträgt, die Gefahr besteht, dass korrosiver
Verschleiß zunimmt.
-
Organische,
aschefreie (metallfreie), stickstofffreie Reibungsmodifizierer,
die in den hier offenbarten Schmierölzusammensetzungen
verwendet werden können, sind im Allgemeinen bekannt und
umfassen Ester, die durch Umsetzung von Carboxylsäuren
und Anhydriden mit Alkanolen oder Glykolen gebildet werden, wobei
Fettsäuren besonders geeignete Carboxylsäuren
sind. Weitere geeignete Reibungsmodifizierer umfassen im Allgemeinen
eine polare Endgruppe (z. B. Carboxyl oder Hydroxyl), die kovalent
an eine oleophile Kohlenwasserstoffkette gebunden ist. Ester von
Carboxylsäuren und Anhydriden mit Alkanolen sind in der
US-Patentschrift Nr. 4,702,850 beschrieben.
Ein besonders wünschenswerter Reibungsmodifizierer zur
Verwendung in Kombination mit der Magnesiumverbindung ist ein Ester,
wie Glycerinmonooleat (GMO).
-
Der
vorstehend beschriebene Reibungsmodifizierer ist in den hier offenbarten
Schmierölzusammensetzungen in einer Menge eingeschlossen,
die wirksam ist, um es der Zusammensetzung zu erlauben, zuverlässig
einen HFRR-Test (high frequency reciprocating rig wear) in Kombination
mit der Magnesiumverbindung zu bestehen. Beispielsweise kann der
Reibungsmodifizierer der Magnesium enthaltenden Schmierölzusammensetzung
in einer Menge zugesetzt werden, die ausreicht, um eine durchschnittliche
HFRR-Verschleißnarbe von weniger als etwa 100 μm2 zu erhalten. Typischerweise, um die gewünschte
Wirkung bereitzustellen, kann der Reibungsmodifizierer in einer
Menge von etwa 0,25 Gew.-% bis etwa 2,0 Gew.-% (AI), bezogen auf das
Gesamtgewicht der Schmierölzusammensetzung, zugesetzt werden.
-
Antiverschleißmittel
-
Metalldihydrocarbyldithiophosphat-Antiverschleißmittel
können der Schmierölzusammensetzung nach den beispielhaften
Ausführungsformen in Kombination mit der Magnesiumverbindung
zugesetzt werden. Solche Verschleißmittel umfassen Dihydrocarbyldithiophosphatmetallsalze,
wobei das Metall ein Alkali- oder Erdalkalimetall oder Aluminium,
Blei, Zinn, Molybdän, Mangan, Nickel, Kupfer, Titan oder
Zink sein kann. Die Zinksalze werden in Schmierölen am
häufigsten verwendet.
-
Dihydrocarbyldithiophosphatmetallsalze
können gemäß bekannten Techniken hergestellt
werden, indem zuerst eine Dihydrocarbyldithiophosphorsäure
(DDPA), in der Regel durch Umsetzung von einem oder mehreren Alkoholen
oder einem Phenol mit P2S5,
gebildet und anschließend das gebildete DDPA mit einer
Metallverbindung neutralisiert wird. Beispielsweise kann eine Dithiophosphorsäure
durch Umsetzung von Gemischen von primären und sekundären
Alkoholen hergestellt werden. Alternativ können mehrere
Dithiophosphorsäuren hergestellt werden, wobei die Hydrocarbylgruppen
an einem dem Charakter nach vollkommen sekundär sind und
die Hydrocarbylgruppen an dem anderen dem Charakter nach vollkommen
primär sind. Um das Salz herzustellen, kann jede basische
oder neutrale Metallverbindung verwendet werden, jedoch sind die
Oxide, Hydroxide und Carbonate besonders üblich verwendet.
Handelsübliche Additive enthalten häufig einen Überschuss
an Metall aufgrund der Verwendung eines Überschusses der
basischen Metallverbindung bei der Neutralisationsreaktion.
-
Die
Zinkdihydrocarbyldithiophosphate (ZDDP), die typischerweise verwendet
werden, sind öllösliche Salze von Dihydrocarbyldithiophosphorsäuren
und können durch die folgende Formel dargestellt werden:
wobei R
8 und
R
9 die gleichen oder verschiedene Hydrocarbylreste
sein können, die 1 bis 18, typischerweise 2 bis 12 Kohlenstoffatome
enthalten und Reste, wie Alkyl, Alkenyl, Aryl, Arylalkyl, Alkaryl
und cycloaliphatische Reste einschließen. Besonders erwünscht
als R
8- und R
9-Gruppen
sind Alkylgruppen von 2 bis 8 Kohlenstoffatomen. Somit können
die Reste beispielsweise Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl,
sec-Butyl, Amyl, n-Hexyl, i-Hexyl, n-Octyl, Decyl, Dodecyl, Octadecyl,
2-Ethylhexyl, Phenyl, Butylphenyl, Cyclohexyl, Methylcyclopentyl,
Propenyl, Butenyl sein. Um Öllöslichkeit zu erhalten,
beträgt die Gesamtanzahl von Kohlenstoffatomen (d. h. R
8 und R
9) in der
Dithiophosphorsäure im Allgemeinen etwa 5 oder mehr. Das
Zinkdihydrocarbyldithiophosphat kann darum Zinkdialkyldithiophosphate
einschließen.
-
Um
die Menge an in die Schmierölzusammensetzung durch ZDDP
eingebrachtem Phosphor auf nicht mehr als 0,1 Gew.-% (1 000 ppm)
Phosphor zu begrenzen, sollte das ZDDP wünschenswerterweise
den Schmierölzusammensetzungen in Mengen von nicht größer
als etwa 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierölzusammensetzung,
zugesetzt werden. In Kombination mit dem Magnesium enthaltenden
Detergenz und der Menge an Phosphor aus ZDDP in dem Schmieröl
ist es wünschenswert, nicht mehr als etwa 500 ppm und stärker
erwünscht von etwa 250 bis etwa 500 ppm Phosphor zuzusetzen,
um die besten Verschleiß-Ritz-Ergebnisse bereitzustellen.
-
Weitere
Additive, wie die folgenden können ebenfalls in den hier
offenbarten Schmierölzusammensetzungen zugesetzt werden.
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Viskositätsmodifizierer
-
Viskositätsmodifizierer
(VM) fungieren, um einem Schmieröl eine Funktionsfähigkeit
bei Hoch- und Niedertemperatur zu verleihen. Die verwendeten VM
können diese einzige Funktion besitzen oder können multifunktionell
sein.
-
Multifunktionelle
Viskositätsmodifizierer, die auch als Dispergiermittel
fungieren, sind ebenfalls bekannt. Geeignete Viskositätsmodifizierer
sind Polyisobutylen, Copolymere von Ethylen und Propylen und höheren
Alphaolefinen, Polymethacrylate, Polyalkylmethacrylate, Methacrylatcopolymere,
Copolymere einer ungesättigten Dicarboxylsäure
und einer Vinylver bindung, Interpolymere von Styrol und Acrylestern
und teilweise hydrierte Copolymere von Styrol/Isopren, Styrol/Butadien
und Isopren/Butadien sowie die teilweise hydrierten Homopolymere
von Butadien und Isopren und Isopren/Divinylbenzol.
-
Oxidationsinhibitoren
-
Oxidationsinhibitoren
und Antioxidantien setzen die Neigung von Trägermaterialien
zur Verschlechterung des Betriebs herab, wobei die Verschlechterung
durch die Oxidationsprodukte wie Schlamm- und lackartige Abscheidungen
auf den Metalloberflächen und durch Viskositätszunahme
nachgewiesen werden können. Solche Oxidationsinhibitoren
umfassen sterisch gehinderte Phenole, Erdalkalimetallsalze von Alkylphenolthioestern
mit C
5- bis C
12-Alkylseitenketten,
Calciumnonylphenolsulfid, aschefreie öllösliche
Phenate und sulfurierte Phenate, phosphorsulfurierte oder sulfurierte
Kohlenwasserstoffe, Phosphorester, Metallthiocarbamate und öllösliche
Kupferverbindungen, wie in der
US-Patentschrift
Nr. 4,867,890 beschrieben.
-
Rostinhibitoren
-
Rostinhibitoren,
die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus nichtionischen
Polyoxyalkylenpolyolen und Ester davon, Polyoxyalkylenphenolen und
anionischen Alkylsulfonsäuren, können verwendet werden.
-
Korrosionsinhibitoren
-
Kupfer-
und Blei-tragende Korrosionsinhibitoren können verwendet
werden, allerdings sind sie typischerweise nicht bei den offenbarten
Ausführungsformen erforderlich. Typischerweise sind solche
Verbindungen die Thiadiazolpolysulfide, die 5 bis 50 Kohlenstoffatome
enthalten, ihre Derivate und Polymere davon. Typisch sind Derivate
von 1,3,4-Thiadiazolen, wie diejenigen, die in den
US-Patentschriften Nrn. 2,719,125 ;
2,719,126 und
3,087,932 beschrieben sind. Weitere
vergleichbare Materialien sind in den
US-Patentschriften Nrn.
3,821,236 ;
3,904,537 ;
4,097,387 ;
4,107,059 ;
4,136,043 ;
4,188,299 und
4,193,882 beschrieben. Weitere Additive
sind die Thio- und Polythiosulfenamide von Thiadiazolen, wie diejenigen,
die in der
UK-Patentbeschreibung
Nr. 1,560,830 beschrieben sind. Benzotriazolderivate fallen
ebenfalls in diese Klasse von Additiven. Wenn diese Verbindungen
in der Schmierzusammensetzung eingeschlossen sind, sind sie typischerweise
in einer Menge vorhanden, die 0,2 Gew.-% Wirkstoff nicht übersteigt.
-
Demulgiermittel
-
Eine
kleine Menge an Demulgierkomponente kann verwendet werden. Eine
geeignete Demulgierkomponente ist in
EP
330 552 beschrieben. Die Demulgierkomponente kann durch
Umsetzung eines Alkylenoxids mit einem durch Umsetzung eines Bisepoxids
mit einem mehrwertigen Alkohol erhaltenen Addukt hergestellt werden.
Die Demulgierkomponente kann bei einer Konzentration verwendet werden,
die 0,1 Masse-% Wirkstoff nicht übersteigt. Eine Behandlungsquote
von 0,001 bis 0,05 Masse-% Wirkstoff ist zweckmäßig.
-
Pour-Point-Erniedriger
-
Pour-Point-Erniedriger,
die anderweitig als Schmierölfließverbesserer
bekannt sind, setzen die minimale Temperatur herab, bei der das
Fluid fließt oder gegossen werden kann. Solche Additive
sind wohl bekannt. Typische von diesen Additiven, die die Niedertemperaturfluidität
des Fluids verbessern, sind C8- bis C18-Dialkylfumarat/Vinylacetat-Copolymere,
Polyalkylmethacrylate und dergleichen.
-
Antischaummittel
-
Die
Schaumkontrolle kann durch viele Verbindungen bereitgestellt werden,
einschließlich eines Antischaummittels des Polysiloxantyps,
beispielsweise Silikonöl oder Polydimethylsiloxan.
-
Einige
der oben erwähnten Additive können eine Vielzahl
von Wirkungen bereitstellen; somit kann beispielsweise ein einziges
Additiv als ein Dispergier-Oxidations-Hemmer wirken. Dieser Ansatz
ist wohl bekannt und erfordert keine weitere Ausarbeitung.
-
Die
einzelnen Additive können in ein Trägermaterial
auf jedem zweckmäßigen Weg eingearbeitet werden.
Somit kann jede der Komponenten direkt dem Trägermaterial
oder der Trägerölmischung durch sein Dispergieren
oder Auflösen in dem Trägermaterial oder der Ausgangsölmischung
bei dem gewünschten Konzentrationsniveau zugesetzt werden.
Ein solches Mischen kann bei Umgebungstemperatur oder bei erhöhter
Temperatur erfolgen.
-
Die
Magnesiumverbindungsadditive können der Schmierölzusammensetzung
direkt zugegeben werden. Bei einer Ausführungsform werden
sie allerdings mit einem im Wesentlichen inerten normalerweise flüssigen
organischen Verdünnungsmittel, wie Mineralöl,
synthetisches Öl, Naphtha, alkyliertes (z. B. C10-C13-Alkyl)-Benzol,
Toluol oder Xylol unter Bildung eines Additivkonzentrats verdünnt.
Diese Konzentrate enthalten im Allgemeinen etwa 1 bis etwa 100 Gew.-%,
und bei einer Ausführungsform etwa 10 bis etwa 90 Gew.-%
der Magnesiumverbindung.
-
Trägeröle,
die zur Verwendung bei der Formulierung der Zusammensetzungen, Additive
und Konzentrate, die hier beschrieben sind, geeignet sind, können
aus jedem der synthetischen oder natürlichen Öle
oder Gemische davon gewählt werden. Die synthetischen Trägeröle
umfassen Alkylester von Dicarboxylsäuren, Polyglykolen
und Alkoholen, Polyalphaolefine, einschließlich von Polybutenen,
Alkylbenzolen, organische Ester von Phosphorsäuren und
Polysilikonöle. Natürliche Trägeröle
umfassen mineralische Schmieröle, die hinsichtlich ihrer
Herkunft breit variieren können, z. B. ob sie paraffinisch,
naphthenisch oder gemischt paraffinisch-naphthenisch sind. Das Trägeröl
besitzt typischerweise eine Viskosität von etwa 2,5 bis
etwa 15 cSt und wünschenswerterweise von etwa 2,5 bis etwa
11 cSt bei 100°C.
-
Demnach
kann das verwendete Trägeröl, das verwendet werden
kann, aus einem der Trägeröle in den Gruppen I–V,
wie in den American Petroleum Institut (API) Base Oil Interchangeability
Guidelines ausgeführt, gewählt werden. Solche
Trägerölgruppen sind wie folgt:
| Trägerölgruppe1 | Schwefel
(Gew.-%) | | Gesättigte (Gew.-%) | Viskositätsindex |
| Gruppe
I | > 0,03 | und/oder | < 90 | 80
bis 120 |
| Gruppe
II | < 0,03 | und | > 90 | 80
bis 120 |
| Gruppe
III | < 0,03 | und | > 90 | > 120 |
| Gruppe
IV | alle Polyalphaolefine
(PAOs) | | |
| Gruppe
V | alle anderen,
die nicht in den Gruppen I–IV eingeschlossen sind | | |
- 1Die Gruppen I–III
sind Mineralöl-Trägermaterialien.
-
Die
bei der Formulierung der hier beschriebenen Zusammensetzungen verwendeten
Additive können dem Trägeröl einzeln
oder in verschiedenen Unterkombinationen beigemischt werden. Es
ist allerdings erwünscht, alle sämtlichen Komponenten
gleichzeitig unter Verwendung eines Additivkonzentrats (d. h. Additive plus
ein Verdünnungsmittel, wie ein Kohlenwasserstofflösungsmittel)
zu mischen. Die Verwendung eines Additivkonzentrats hat den Vorteil
der gegenseitigen Kompatibilität, die von der Kombination
von Bestandteilen verlangt wird, wenn sie in Form eines Additivkonzentrats
vorliegen. Auch vermindert die Verwendung eines Konzentrats die
Mischzeit und verringert die Möglichkeit von Mischfehlern.
-
Die
Ausführungsformen stellen ein Schmieröl für
Verbrennungsmotoren bereit, wobei die Konzentration der zugesetzten
kohlenwasserstofflöslichen Magnesiumverbindung relativ
niedrig ist, wobei etwa 120 bis etwa 2000 Teile auf eine Million
(ppm) Magnesium bezüglich elementarem Magnesium in dem Öl
bereitgestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist die
Magnesiumverbindung in den Schmierölzusammensetzungen in
einer Menge, die ausreicht, um etwa 250 bis etwa 1500 ppm Magnesium
bereitzustellen, und bei einer weiteren Ausführungsform
von etwa 450 bis etwa 1000 ppm Magnesiummetall vorhanden.
-
Das
folgende Beispiel ist zum Zwecke der beispielhaften Erläuterung
der Aspekte der Ausführungsformen angegeben und soll die
Ausführungsformen keineswegs einschränken.
-
Beispiel
-
Zwölf
vollständig formulierte Schmiermittelzusammensetzungen
wurden hergestellt, und die Verschleißeigenschaften der
Zusammensetzungen wurden unter Verwendung einer hochfrequenten Pendelbewegungstestanordnung
(HFRR) verglichen. In dem HFRR-Test wird eine Stahlkugel gegen eine
Stahlscheibe, die in Öl eingetaucht ist, mit einer Geschwindigkeit
von 20 Hz auf einem Weg von 1 mm hin- und herbewegt. Eine 7 N (ca.
1,0 GPa) Last wird zwischen der Kugel und der Scheibe angebracht,
und die Tests werden bei 120°C eine Stunde lang durchgeführt.
Nach der Testung wurde eine oberflächliche Spur der Verschleißnarbe auf
der HFRR-Scheibe unter Verwendung eines Micro Analyzer 2000, der
von Precision Devices, Inc., Middleton, Wisconsin, erhältlich
ist, gemessen. Die Querschnittsfläche der Verschleißnarbe
wird von dem Analysator bei 700 g Belastung und 120°C angegeben.
Die Standardabweichung für die Verschleißnarbenmessungen sind
ebenfalls in der Tabelle aufgeführt. Die Schmiermittelzusammensetzungen
enthielten jeweils ein herkömmliches DI-Paket, das etwa
9 Gew.-% der Schmiermittelzusammensetzung bereitstellt. Das DI-Paket
enthielt herkömmliche Mengen an Detergenzien, Dispergiermitteln,
Antiverschleißadditiven, Reibungsmodifizierem, Antischaummitteln
und Antioxidantien. Die Formulierungen enthielten auch kleine Mengen
oder kein ZDDP und 0,35 oder kein Glycerinmonooleat-Reibungsmodifizierer.
Die Proben 1–4 enthielten kein ZDPP und enthielten entweder
Calcium- oder Magnesium-Detergenzien. Die Proben 5–8 enthielten
0,05 Gew.-% ZDDP und entweder Calcium- oder Magnesium-Detergenzien.
Die Proben 9–12 enthielten 0,025 Gew.-% ZDDP und entweder
Calcium- oder Magnesiumdetergenzien. Die Formulierungen und Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle angegeben.
-
-
Wie
durch die vorgenannten Ergebnisse erläutert, erzeugten
die mit einem Magnesium enthaltenden Detergenz und ZDDP-formulierten
Proben 6, 8, 10 und 12 geringere Verschleißnarben im Vergleich
zu den Proben 5, 7, 9 und 11, die mit Calcium enthaltenden Detergenzien
und ZDDP formuliert waren. Die geringsten Verschleißnarben
wurden von Schmiermitteln erzeugt, die 0,025 Gew.-% ZDDP (Proben
9–12) enthielten, im Vergleich zu Schmiermitteln, die 0,05
Gew.-% ZDDP (Proben 5–8) enthielten.
-
Insbesondere
erzeugten die Proben 1 und 3 geringere Verschleißnarben
als die Proben 2 und 4, was angab, dass Calcium enthaltende Detergenzien
Verschleiß besser als Magnesium enthaltende Detergenzien in
Abwesenheit von ZDDP verhindern. Der Vergleich der Verschleißergebnisse
für die Proben 3 und 4 mit den Ergebnissen für
die Proben 1 und 2 zeigte, dass die Zugabe eines oberflächenaktiven
Reibungsmodifizierers die Antiverschleißeigenschaften sowohl
von Calcium- als auch Magnesium-Detergenzien beeinträchtigte.
Allerdings sind Reibungsmodifizierer notwendig, um die Kraftstoff-Wirkungsgradeigenschaften
von Ölen zu verbessern und sind typischerweise in vollständig
formulierten Ölen eingeschlossen.
-
Überraschenderweise
erzeugten die Proben 6 bzw. 8 geringere Verschleißnarben
als die Proben 5 bzw. 7, obwohl das Magnesium enthaltende Detergenz
in den Proben 6 und 8 vorhanden war. Im Vergleich zu den Proben
5 bis 8 erzeugten die Proben 9 bis 12, die weniger ZDDP enthielten,
noch weniger Verschleißnarben. Außerdem verhinderte
die Gegenwart von Glycerinmonooleat-Reibungsmodifizierer in Probe
12 zusammen mit dem Magnesium enthaltenden Detergenz den Verschleiß besser
als Probe 11, die mit Calcium enthaltendem Detergenz formuliert
war.
-
Es
wird erwartet, dass Formulierungen, die etwa 120 bis etwa 2000 ppm
Magnesiumverbindung in der Form einer kohlenwasserstofflöslichen
Magnesiumverbindung enthalten, eine Herabsetzung in herkömmlichen
Phosphor- und Schwefel-Antiverschleißmitteln ermöglichen,
wodurch die Leistung von einer Verschmutzungskontrollausrüstung
an Fahrzeugen verbessert wird, während eine gleichwertige
oder verbesserte Antiverschleißleistung oder ein Vorteil
erzielt wird.
-
An
zahlreichen Stellen überall in dieser Beschreibung wurde
auf eine Nummer von US-Patentschriften verwiesen. Alle derartigen
zitierten Dokumente sind ausdrücklich vollständig
in dieser Offenbarung mit eingeschlossen, als ob sie hier vollständig
ausgeführt worden wären.
-
Die
vorgenannten Ausführungsformen unterliegen beträchtlichen
Schwankungen in der praktischen Ausführung. Demnach sollen
die Ausführungsformen nicht auf die speziellen beispielhaften
Ausführungen, die hier vorstehend angegeben sind, beschränkt
sein. Stattdessen liegen die vorgenannten Ausführungsformen im
Wesen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche,
die Äquivalente davon, die gesetzmäßig
verfügbar sind, einschließen.
-
Die
Patentinhaber beabsichtigen nicht eine offenbarte Ausführungsform
der Öffentlichkeit frei zugänglich zu machen,
und in dem Ausmaß wie offenbarte Modifikationen oder Änderungen
nicht buchstabengemäß in den Schutzumfang der
Ansprüche fallen, werden sie als Teil davon unter der Lehre
von den Äquivalenten betrachtet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
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