DE102020102162A1

DE102020102162A1 - TCD-Ester für Niedertemperatur-Schmierstoffanwendungen

Info

Publication number: DE102020102162A1
Application number: DE102020102162.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Kubitschke; Horst Lange; Christoph Balzarek; Joachim Reimer; Gina Prüß
Original assignee: OQ Chemicals GmbH
Current assignee: OQ Chemicals GmbH
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-07-29
Also published as: WO2021152001A1; JP7416963B2; TW202128607A; CN114945656A; EP4097197B1; US20230063112A1; US11795410B2; EP4097197A1; KR20220130789A; EP4097197C0; JP2023512949A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Estern des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols (TCD-M) oder des -dimethanols (TCD-DM) mit aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Niedertemperaturschmiermittelzusammensetzungen dieser Ester.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Estern des Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanols (TCD-M) oder des -dimethanols (TCD-DM) mit aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung Niedertemperaturschmiermittelzusammensetzungen umfassend diese Ester.
Die moderne Kälteerzeugung basiert zu großen Teilen auf den Einsatz mechanischer Kältemittelverdichter, in denen in einem ersten Verfahrensschritt verschiedenste Kältemittel verdichtet oder komprimiert werden. Über die Komprimierung wird üblicherweise ein Phasenübergang des Kältemittels von gasförmig zu flüssig induziert und die dabei auftretende Wärme wird an die Umgebung abgeführt. Das flüssige Kältemittel wird in einem zweiten Schritt an den Ort der Kühlung überführt und hier verdampft, wobei die für die Verdampfung nötige Energie dann diesem Ort entzogen wird. Als Kältemittel können je nach Geräteumfeld und gewünschter Kühlleistung Substanzen mit großen spezifischen Verdampfungsenthalpien wie beispielsweise Diethylether, Ammoniak, Kohlendioxid, niedere Alkane oder halogenierte Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden, wobei insbesondere letztere aufgrund ihrer klimaschädigenden Wirkung berechtigterweise immer mehr in den Hintergrund treten.
Zum Schutz der mechanischen Teile bei Niedertemperatur-Anwendungen, wie beispielsweise Kälteanlagen, müssen Schmiermittel eingesetzt werden, welche einen „reibungslosen“ und wartungsarmen Betrieb garantieren können. Als Schmiermittel werden dabei die unterschiedlichsten Substanzen eingesetzt. Beispielsweise Schmiermittel auf Basis von Mineralöl oder aber auch Ester, wie Dicarbonsäurediester und Pentaerythrittetraester.
Alternativen finden sich in der Klasse der natürlichen Ester, wie beispielsweise Rapsölester. Ester zeichnen sich durch gute Schmiereigenschaften aus und sind, im Gegensatz zu mineralölbasierten Produkten, in der Regel besser biologisch abbaubar. Nicht verfügbar sind bislang Esteröle, welche neben ausreichenden Schmiereigenschaften als solchen auch verbesserte sekundäre Eigenschaften, wie beispielsweise einen großen Temperatur-Arbeitsbereich, gleichmäßige rheologische Eigenschaften, ausreichend hohe Viskositäten und verbesserte chemische Stabilitäten, aufweisen.
In der Patentliteratur werden die verschiedensten Ansätze für Schmieröle in Niedertemperatur-Anwendungen wie beispielsweise Kälteanlagen diskutiert.
So offenbart beispielsweise die DE 44 37 007 A1 biologisch abbaubare Oligoester unter anderem zur Verwendung als Schmierstoffe mit einer kinematischen Viskosität von 50 bis 50 000 mm²/s bei 40° C, wobei die Ester aus einem tricyclischen Diol mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer gesättigten, geradkettigen oder verzweigten Dicarbonsäure mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen und einem aliphatischen Alkohol mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen hergestellt werden.
In einem weiteren Patentdokument, der EP 2 342 312 B1 , wird die Verwendung einer Schmiermittelgrundmischung, umfassend wenigstens einen Ester, erhalten durch Verestern von 2-Propylheptansäure mit wenigstens einem 2,2-substituierten 1,3-Propandiol und/oder wenigstens einem Dimer, Trimer oder Polymer davon und/oder wenigstens einer alkoxylierten Spezies des 2,2-substituierten 1,3-Propandiols oder des Dimers, Trimers oder Polymers davon offenbart, wobei das Schmiermittel für Verbrennungsmotoren und Turbinenmotoren geeignet ist.
Des Weiteren offenbart die EP 0 406 479 B1 die Verwendung eines Schmierstoffs für Kompressoren, die ein chlorfreies Fluorkohlenwasserstoff-Kältemittel verwenden, welcher als Hauptbestandteil einen Ester oder Ester enthält, welche erhalten worden sind, indem man (a) Neopentylglykol mit (b) einer Mischung aus mindestens einer geradkettigen, einwertigen, gesättigten Fettsäure, welche 5 bis 10 Kohlenstoffatome enthält, und mindestens einer verzweigtkettigen, gesättigten Fettsäure, welche 7 bis 9 Kohlenstoffatome enthält, reagieren lässt, wobei der Anteil der verzweigten, einwertigen, gesättigten Fettsäure nicht weniger als 50 Mol-% der Gesamtmenge an verwendeter einwertiger, gesättigter Fettsäure beträgt.
Trotz der schon bekannten Verwendungen von Substanzen als Schmiermittel bei tiefen Temperaturen, besteht weiterhin ein gesteigertes Interesse an weiteren Substanzklassen, welche in der Lage sind, in Niedertemperatur-Anwendungen als Schmiermittel zu fungieren. Des Weiteren besteht ein Interesse an Niedertemperatur-Schmiermittelzusammensetzungen, welche neben einer ausreichenden Schmiermittelwirkung auch einen breiteren Temperatur-Arbeitsbereich mit gleichbleibenden rheologischen Eigenschaften aufweisen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neue Verwendung für Ester bereitzustellen, welche die Nachteile der bisher bekannten Substanzen, zumindest in Teilen, überwindet und einen verlässlichen Einsatz über einen weiten Temperaturbereich mit gleichbleibenden Schmierstoff-Eigenschaften erlaubt.
Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung der erfindungsgemäßen Ester als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Des Weiteren wird eine Niedertemperatur-Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verwendung und der Zusammensetzung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Sie können beliebig kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Estern des Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanols oder -dimethanols mit aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass sich oben angegebene Gruppe an TCD Mono- und Di-Estern insbesondere für den Einsatz als Schmiermittel in Anwendungen eignen, welche auch bei tieferen Temperaturen betrieben werden. Insbesondere weisen die Ester über einen weiten Temperaturbereich, und insbesondere auch bei sehr niedrigen Temperaturen, besonders geeignete rheologische und thermische Eigenschaften auf. Die Ester zeigen einen besonders niedrigen Erstarrungspunkt und als Funktion der Temperatur eine nur geringe Änderung der Viskosität. Des Weiteren können die erfindungsgemäßen, einsetzbaren Ester eine insgesamt ausreichend hohe Viskosität bereitstellen, so dass auch in schwierigen Umgebungsbedingungen in hohen und niedrigen Temperaturbereichen, nicht mit einem Abreißen des Schmiermittelfilms zu rechnen ist. Diese Viskositätseigenschaften können dazu beitragen, den Wartungsaufwand von Kältekompressoren oder generell mechanischen Motoren oder Getrieben zu verringern und die Langlebigkeit der mechanischen Bauteile zu erhöhen. Als weiteren Vorteil lässt sich anführen, dass die erfindungsgemäßen Schmiermittel chemisch sehr stabil sind.
Die erfindungsgemäße Gruppe an Estern kann als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen verwendet werden. Schmierstoffe, auch Schmiermittel genannt, werden zur Schmierung eingesetzt und dienen der Verringerung der Reibung und des Verschleißes zwischen mechanisch sich bewegenden Teilen. Die sich bewegenden Teile sind vorliegend mechanische Komponenten eines Motors oder Getriebes oder ähnlicher sich bewegender mechanischer Aufbauten. Zu den Niedertemperatur-Anwendungen gehören beispielsweise Kälteanlagen oder Kältemaschinen, welche mittels eines Verdichters Wärmeenergie von einer kälteren, weiter zu kühlenden Stelle in eine wärmere Umgebung transportiert. Der Zweck einer Kälteanlage ist somit die Kühlung eines bestimmten Anlagenbereiches auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur. Die Anwendungen sind in den Fällen Niedertemperatur-Anwendungen, in denen die für die Anwendung nötigen geschmierten mechanischen Teile dazu ausgelegt sind, zumindest zeitweise, bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 0°C, bevorzugt kleiner als -20°C und des Weiteren bevorzugt auf -40°C betrieben zu werden.
Die erfindungsgemäße Verwendung von Estern kann auf Estern des Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanols oder aber des Octahydro-4,7-methano-1 H-indenedimethanols mit aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren basieren. Als Alkoholkomponenten der erfindungsgemäßen Ester kann also Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanol (TCD M) nach der folgenden Strukturformel
oder aber dessen entsprechendes Dialkohol-Derivat Octahydro-4,7-methano-1H-indendimethanol (TCD DM)
eingesetzt werden. Die Abkürzung TCD steht für TriCycloDecan. Entsprechend des zur Veresterung eingesetzten TCD-Grundgerüstes können sich demzufolge Mono-Ester im Falle des TCD M oder aber auch die Di-Ester im Falle des Einsatzes von TCD DM ausbilden. Durch die fehlende spezifische Angabe der Position der Alkoholgruppen im TCD DM ist zudem verdeutlicht, dass für das TCD DM Grundgerüst unterschiedliche Strukturisomere existieren können.
Die erfindungsgemäßen Ester ergeben sich aus oben genannten Alkoholen als Grundgerüst und aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren, welche mit einer oder, falls vorhanden, mit beiden Alkoholgruppe des Grundgerüstes eine Esterverbindung (R'-CO-OR) ausgebildet haben. Es können sich demzufolge folgende Estergrundstrukturen zur erfindungsgemäßen Verwendung eignen:
oder
Die aliphatischen Reste R und R' der Monocarbonsäuren können inklusive des C-Atoms der Carbonsäuregruppe 2 bis 18 C-Atome in der Alkylkette aufweisen und können beispielsweise ausgesucht sein aus der Gruppe Ethan-, Propan-, Butan-, Pentan-, Hexan-, Heptan- und deren homologen Vertretern bis hin zum Octadecan. Es können dementsprechend die Carbonsäurevertreter dieser homologen Reihe zur Veresterung eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß einsetzbaren Carbonsäuren können verzweigt oder unverzweigt sein. Nicht erfindungsgemäße Carbonsäuren sind insbesondere die Polycarbonsäuren mit mehr als einer Carbonsäuregruppe, die cyclischen sowie aromatische oder ungesättigte Alken- oder Alkin-Carbonsäuren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Verwendung können die Monocarbonsäuren aus der Gruppe bestehend aus geradkettigen oder verzweigten C2 bis C9 Monocarbonsäuren oder Mischungen daraus ausgesucht sein. Insbesondere die TCD-Ester mit kürzeren aliphatischen Ketten der entsprechend kürzerkettigen Monocarbonsäuren können für Schmiermittelanwendungen besonders geeignet sein. Die Ester aus diesen Carbonsäuren können insbesondere einen niedrigen Erstarrungspunkt, sowie eine über einen weiten Temperaturbereich hinreichende Viskosität aufweisen. Zur Beschreibung des Erstarrungspunktes wird des Weiteren in dieser Anmeldung der Pourpoint herangezogen, welcher diejenige Temperatur angibt, an welcher die Schmiermittel gerade noch fließfähig sind, also kurz vor dem Erstarren der Ester. Der Erstarrungspunkt dieser Ester kann insbesondere niedriger als -35°C, bevorzugt niedriger als -50°C und des Weiteren bevorzugt niedriger als -70 °C liegen. Die besonders bevorzugten Viskositätseigenschaften können beispielsweise darin bestehen, dass diese Gruppe an Estern einen bevorzugten Viskositätsindex aufweist. So kann der Viskositätsindex dieser Gruppe an Estern bevorzugt größer als 40, des Weiteren bevorzugt größer als 50 und weiterhin bevorzugt größer als 70 betragen. Diese Gruppe an Estern zeichnet sich zudem dadurch aus, dass die guten Schmiereigenschaften sowohl bei hohen wie auch bis zu sehr tiefen Temperaturen hin erhalten bleiben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verwendung können die Monocarbonsäuren aus der Gruppe der geradkettigen Monocarbonsäuren ausgesucht sein. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Ester aus geradkettigen Monocarbonsäuren besonders niedrigere Erstarrungspunkte aufweisen können. Die Erstarrungspunkte dieser Ester können insbesondere deutlich tiefer liegen als die Erstarrungspunkte von Estern, welche aus verzweigten Monocarbonsäuren erhalten wurden. Des Weiteren können diese Ester auch verbesserte Viskositätseigenschaften aufweisen. So kann beispielsweise der Viskositätsindex von Estern dieser Monocarbonsäuren deutlich höher liegen als der Viskositätsindex von Estern, welche aus verzweigten Monocarbonsäuren erhalten wurden.
Innerhalb eines bevorzugten Aspektes der Verwendung können die Monocarbonsäuren aus der Gruppe der Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl ausgesucht sein. Insbesondere die Erstarrungspunkte von Estern mit Monocarbonsäuren, welche in der aliphatischen Kette eine ungerade C Anzahl aufweisen, können besonders geeignete Schmiermitteleigenschaften aufweisen. So kann beispielsweise der Erstarrungspunkt dieser Ester deutlich tiefer liegen als der Erstarrungspunkt von Estern aus Monocarbonsäuren mit einer aliphatischen Kette mit gerader C Anzahl.
Im Rahmen eines bevorzugten Aspektes der Verwendung können die Monocarbonsäuren aus der Gruppe der C5 bis C9 Monocarbonsäuren ausgesucht sein. Die Gruppe der Ester aus TCD und Monocarbonsäuren mit einer mittleren C-Anzahl kann dazu beitragen, dass das Schmiermittel erst bei besonders tiefen Temperaturen erstarrt. Zudem können diese Ester einen besonders geeigneten Viskositätsindex aufweisen, wobei der Viskositätsindex dieser Verbindungen bevorzugt größer als 70 sein kann. Diese physikalischen und rheologischen Eigenschaften können dazu beitragen, dass verbesserte Schmiereigenschaften bei tieferen Temperaturen erhalten werden.
In einer weiterhin bevorzugten Charakteristik der Verwendung können die Monocarbonsäuren aus der Gruppe der geradkettigen, C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl ausgesucht sein. Gerade die aliphatischen Monocarbonsäuren mit einer Kohlenstoffkette mit 5, 7 oder 9 Kohlenstoffatomen können als Esterkomponente zu TCD zu besonders geeigneten Schmiermitteln führen. Diese Monocarbonsäuren können entweder mit dem TCD Mono-Alkohol oder aber auch dem Diol zu Estern mit besonders niedrigen Erstarrungspunkten führen. Diese Ester können des Weiteren auch eine geeignete Dichte mit Werten von oberhalb 1 g/cm³ aufweisen. Weiterhin können diese Ester aus Monocarbonsäuren mit einer mittleren C-Anzahl einen besonders geeigneten, hohen Viskositätsindex aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verwendung können die Ester Ester des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols sein. Gerade im Bereich der Schmiermittel für Kälteanlagen oder anderen Tieftemperatur-Anwendungen haben sich die Ester des TCDs mit nur einer Alkoholgruppe als besonders geeignet herausgestellt. Diese Ester können besonders niedrigere Erstarrungspunkte von kleiner als - 70 °C aufweisen. Des Weiteren können diese Ester ein besonders geeignetes Viskositätsprofil zeigen, wobei der Viskositätsindex dieser Ester im Bereich von größer oder gleich 100 liegen kann. Diese Eigenschaften können dazu führen, dass Kälteanlagen, Motoren, Getriebe oder Turbinen besonders wartungsarm und langlebig auch bei Minustemperaturen betrieben werden können.
Innerhalb einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Verwendung können die Ester Ester geradkettiger C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl sein. Insbesondere die Monoester des TCD mit geradkettigen Monocarbonsäuren mit mittlerer C-Anzahl können zu besonders geeigneten Schmiermitteln führen. Diese Gruppe an Estern kann insbesondere sehr tiefe Erstarrungspunkte und einen hohen Viskositätsindex aufweisen. Des Weiteren weisen diese Ester eine besonders geeignete, niedrige Grundviskosität auf, welche insbesondere dazu führt, dass auch bei sehr niedrigen Temperaturen die absolute Viskosität der Ester nicht zu hoch wird. Es wird auch bei sehr kalten Temperaturen ein ausreichend niedrigviskoser Schmiermittelfilm ausgebildet, welcher mechanische Teile sehr gut vor Verschleiß schützen kann.
Weiterhin erfindungsgemäß sind Niedertemperatur-Schmiermittelzusammensetzungen umfassend zu größer oder gleich 70 Gew.-% und kleiner oder gleich 100 Gew.-% Ester des Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanols oder -dimethanols mit aliphatischen, geradkettigen oder verzweigten C2 bis C9 Monocarbonsäuren oder Mischungen dieser Monocarbonsäuren. Ebenfalls erfindungsgemäß sind Niedertemperatur-Schmiermittelzusammensetzungen, welche die erfindungsgemäß verwendbaren Ester zu einem hohen Gewichtsanteil aufweisen. Diese Schmiermittelzusammensetzungen können über einen weiten Temperaturbereich angewandt werden, weisen eine geeignete Viskosität auf und erstarren erst bei sehr tiefen Temperaturen. Neben diesem großen Temperatur-Anwendungsbereich zeigen diese Schmiermittel insbesondere bei tiefen Temperaturen geeignete viskose Eigenschaften, so dass die mechanischen Teile von Kälteanlagen auch bei einem dauerhaften Einsatz bei sehr tiefen Temperaturen sehr effizient vor Verschleiß geschützt werden können. Die Schmiermittelzusammensetzungen sind zudem chemisch äußerst stabil, so dass sich auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen nur ein geringes Maß an einem chemischen Abbau des Schmiermittels einstellt. Für die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Schmiermittelzusammensetzungen wird explizit auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung der Schmiermittel-Ester verwiesen. Neben den erfindungsgemäß verwendbaren Estern können die Schmiermittelzusammensetzungen zudem noch weitere, dem Fachmann bekannte Additive aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Schmiermittelzusammensetzung können die Ester Ester des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols mit aliphatischen, geradkettigen C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl oder Mischungen dieser sein. Schmiermittelzusammensetzungen aus Monoestern des TCDs mit oben angegebener Gruppe an Monocarbonsäuren können besonders geeignete Schmiermitteleigenschaften für Kälteanwendungen aufweisen. Schmiermittel mit diesen Estern können besonders geeignete viskose und chemische Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise einen sehr niedrigen Erstarrungspunkt und eine geeignete Viskosität auch bei tiefen Temperaturen. Diese Schmiermittelzusammensetzungen können demzufolge in einem weiten Temperaturbereich betrieben werden und führen zu verbesserten Standzeiten von Kältemaschinen. Die Schmiermittelzusammensetzungen können bevorzugt zu größer oder gleich 85 Gewichtsprozent, des Weiteren zu größer oder gleich 95 Gewichtsprozent aus den erfindungsgemäß verwendbaren Estern bestehen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren und der zugehörigen Beispiele. Es zeigt die:

1 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Erstarrungspunktes von TCD M-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren;
2 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Viskositätsindex von TCD M-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren;
3 ein Diagramm zur Abhängigkeit der kinematischen Viskosität von TCD M-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren;
4 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Erstarrungspunktes von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren;
5 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Viskositätsindex von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren;
6 ein Diagramm zur Abhängigkeit der kinematischen Viskosität von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der Monocarbonsäuren.

Die 1 zeigt die Abhängigkeit des Erstarrungspunktes (Pour Point) in °C von TCD M-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Die Messung des Erstarrungspunktes erfolgte nach ASTM D 5950 / D 5985. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die Erstarrungspunkte der erfindungsgemäßen Mono-Ester von unter -60°C erreicht werden können. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit verzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit unverzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette niedrigere Erstarrungspunkte liefern. Dies wird auch durch einen Vergleich der Werte für nC5-TCD M-Estern und 2 MB sowie 3 MB bestätigt. Im Vergleich zu den Estern aus Carbonsäuren mit geradzahliger C-Anzahl weisen für die Mono-Ester die Ester mit ungeradzahligen C-Anzahlen in der Alkylkette niedrigere Erstarrungspunkte auf.
Die 2 zeigt die Abhängigkeit des Viskositätsindex von TCD M-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Der Viskositätsindex ergibt sich aus ASTM D 2270. Es lässt sich deutlich erkennen, dass der Viskositätsindex der erfindungsgemäßen Mono-Ester über 40 liegt. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit unverzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit verzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette niedrigere Viskositätsindices liefern. Im Vergleich zu den Estern aus Carbonsäuren mit geradzahliger C-Anzahl weisen für die Mono-Ester die Ester mit ungeradzahligen C-Anzahlen in der Alkylkette höhere Viskositätsindices auf.
Die 3 zeigt die Abhängigkeit der kinematischen Viskosität bei 20°C von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Die kinematische Viskosität bei unterschiedlichen Temperaturen wurde nach ASTM D 445 erhalten. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die kinematische Viskosität der erfindungsgemäßen Mono-Ester über ca. 10 mm²/s liegt. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit unverzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit verzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette höhere kinematische Viskositäten liefern. Der Anstieg der kinematischen Viskosität ist zudem größer als der Anstieg der Viskosität für die n-Alkyl-Ester. Für den Datenpunkt mit einer C-Anzahl von 5 wurden 2 unterschiedliche Stereoisomere vermessen (TCD DM-2MB-Ester und TCD DM-3MB-Ester mit MB Methylbuttersäure).
Die 4 zeigt die Abhängigkeit des Erstarrungspunktes (Pour Point) in °C von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die Erstarrungspunkte der erfindungsgemäßen Di-Ester von unter -40°C erreicht werden können. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit verzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit unverzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette niedrigere Erstarrungspunkte liefern (beispielsweise C4). Im Vergleich zu den Estern aus Carbonsäuren mit geradzahliger C-Anzahl weisen für die Di-Ester die Ester mit ungeradzahligen C-Anzahlen in der Alkylkette niedrigere Erstarrungspunkte auf.
Die 5 zeigt die Abhängigkeit des Viskositätsindex von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Es lässt sich deutlich erkennen, dass der Viskositätsindex der erfindungsgemäßen Di-Ester über 20 liegt. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit unverzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit verzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette niedrigere Viskositätsindices liefern. Im Vergleich zu den Estern aus Carbonsäuren mit geradzahliger C-Anzahl weisen für die Di-Ester die Ester mit ungeradzahligen C-Anzahlen in der Alkylkette höhere Viskositätsindices auf.
Die 6 zeigt die Abhängigkeit der kinematischen Viskosität bei 20°C von TCD DM-Estern als Funktion der C-Anzahl in den Alkylketten der zur Esterbildung verwendeten Monocarbonsäuren. Die Ergebnisse für Ester mit verzweigter (Dreiecke) oder geradkettiger (Kreise) Alkylkette sind unterschiedlich dargestellt. Es lässt sich deutlich erkennen, dass die kinematische Viskosität der erfindungsgemäßen Di-Ester über ca. 50 mm²/s liegt. Des Weiteren lässt sich erkennen, dass im Vergleich zu den Estern mit unverzweigter Alkylkette Ester aus Monocarbonsäuren mit verzweigter Alkylkette mit gleicher C-Anzahl in der Alkylkette niedrigere kinematische Viskositäten liefern. Der Anstieg der kinematischen Viskosität der i-Alkyl-Ester ist größer als der Anstieg der Viskosität für die n-Alkyl-Ester. Für den Datenpunkt mit einer C-Anzahl von 5 wurden 2 unterschiedliche Stereoisomere vermessen (TCD DM-2MB-Ester und TCD DM-3MB-Ester mit MB Methylbuttersäure).
Darstellung der Ester
Die Ester wurden wie folgt hergestellt:

1. Veresterung von Alkohol und Säure mit einem 10%igen molaren Säureüberschuss bis zum Erreichen des theoretischen Wasserabzugs. Es wurde Titanisopropoxid als Katalysator (0,45 mmol auf 1 mol Diol) eingesetzt. In der Reaktion wurde Toluol (40 Gew.-% bezogen auf TCD Alkohol) als Wasserschlepper eingesetzt. Zum Erreichen höherer Temperaturen in der Veresterung kann auf die Zugabe von Toluol verzichtet werden.
2. Main-Strip zum Entfernen überschüssiger Säure am Vakuum;
3. Steam-Strip mit Aktivkohle zum Zersetzen des Katalysators und zur Entfärbung mit anschließender Trocknung;
4. Ggf. Neutralisation mit NaOH zur Reduzierung der Säurezahl und anschließende Trocknung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4437007 A1 [0006]
EP 2342312 B1 [0007]
EP 0406479 B1 [0008]

Claims

Verwendung von Estern des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols oder - dimethanols mit aliphatischen C2 bis C18 Monocarbonsäuren als Schmiermittel in Niedertemperatur-Anwendungen.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Monocarbonsäuren ausgesucht sind aus der Gruppe bestehend aus geradkettigen oder verzweigten C2 bis C9 Monocarbonsäuren oder Mischungen daraus.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Monocarbonsäuren ausgesucht sind aus der Gruppe der geradkettigen Monocarbonsäuren.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Monocarbonsäuren ausgesucht sind aus der Gruppe der Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Monocarbonsäuren ausgesucht sind aus der Gruppe der C5 bis C9 Monocarbonsäuren.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Monocarbonsäuren ausgesucht sind aus der Gruppe der geradkettigen, C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ester Ester des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols sind.
Verwendung nach Anspruch 7, wobei Ester Ester aus geradkettigen C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl sind.
Niedertemperatur-Schmiermittelzusammensetzungen umfassend zu größer oder gleich 70 Gew.-% und kleiner oder gleich 100 Gew.-% Ester des Octahydro-4,7-methano-1 H-indene-5-methanols oder -dimethanols mit aliphatischen, geradkettigen oder verzweigten C2 bis C9 Monocarbonsäuren oder Mischungen dieser Monocarbonsäuren.
Schmiermittelzusammensetzungen nach Anspruch 9, wobei die Ester Ester des Octahydro-4,7-methano-1H-indene-5-methanols mit aliphatischen, geradkettigen C5 bis C9 Monocarbonsäuren mit ungerader C-Anzahl oder Mischungen dieser sind.