DE1079771B

DE1079771B - Schmierung von Maschinen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind

Info

Publication number: DE1079771B
Application number: DES58023A
Authority: DE
Inventors: Edward George Barry
Original assignee: Socony Mobil Oil Co Inc
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1957-05-03
Filing date: 1958-04-26
Publication date: 1960-04-14
Also published as: DE1057714B; FR1209089A; US2982730A; GB894204A; FR1195534A; GB846798A

Description

Die Erfindung· bezieht sich auf die Schmierung- von Maschinen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind.

Es sind neue und ungewöhnliche Probleme bei der Schmierung von Maschinen bzw. Maschinenteilen in Betracht zu ziehen, die einer Strahlung· ausgesetzt sind, welche von einem Atomreaktor oder von Atomwaffen ausgesandt wird.

Eine solche Strahlung verursacht eine physikalische und chemische Schädigung des Schmieröls infolge von z. B. einem Neutronen- und y-Strahlenbombardement, z. B. einem Neutronen- und y-Strahlenbombardement ergeben. Eine der bemerkenswertesten Umwandlungen, die in. dem öl stattfinden, ist die Erhöhung seiner Viskosität. Tatsächlich wird diese Viskoeitätserhöhung so· auffallend, daß das Schmiermittel für den beabsichtigten Zweck gewöhnlich nicht länger geeignet ist.

Atomkraftanlagen erfordern z. B. Pumpen, Kompressoren, Turbinen od. dgl., welche wenigstens in einem gewissen Ausmaß der Strahlung ausgesetzt sind. Es ist daher ein Verfahren zur Schmierung, welche den schädlichen Wirkungen der Strahlung Widerstand leistet, eine Notwendigkeit. Eine Abschirmung kann bis zu einem gewissen Umfang wirksam sein, aber es können trotzdem Streustrahlungen in genügender Intensität vorhanden sein, um die geschilderten Probleme aufzuwerfen. Ferner können im Falle eines Atomkrieges Maschinen, wie militärische Fahrzeuge und Geschütze, der Strahlung ausgesetzt sein. Wenn die Wirkung der Strahlung bei der Schmierung solcher Maschinen nicht berücksichtigt wird, besteht die Gefahr, daß diese Maschinen unbeweglich werden oder wenigstens eine verschlechterte Arbeitsfähigkeit haben.

Es ist nun gefunden worden, daß die schädlichen Wirkungen der Strahlung in einfacher und wirtschaftlicher Weise verzögert werden können. Es ist festgestellt worden, daß Maschinen in Gegenwart von Strahlung mit verzögertem Ausfall der Schmierwirkung betrieben werden können, wenn man für die Schmierung der sich relativ zueinander bewegenden Flächen ein Schmiermittel verwendet, das ein Mineralschmieröl umfaßt, welches gewisse benzolringhaltige Polymere enthält.

Gemäß der Erfindung wird daher. ein Mineral-Schmieröl, das eine geringe Menge eines' öllöslichen benzolringhaltigen Polymeren enthält, zum Schmieren von Maschinen bzw. Maschinenteilen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind, verwendet, wobei die Menge : an öllöslichem benzolringhaltigem Polymeren ausreicht, um eine Viskositätserhöhung unter dem Einfluß von Atomstrahlen im wesentlichen zu verhindern. Es sind Schmieröle bekannt, die durch Umsetzung einer aromatischen Verbindung mit einem Konden-Schmierung von Maschinen,

die einer Atomstrahlung

ausgesetzt sind

Anmelder:

Socony Mobil Oil Company, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann,
Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. Mai 1957

Edward George Barry, Woodbury, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

sationsprodukt höherer ungesättigter Kohlenwasserstoffe, z. B. Olefine oder polymerisierter Olefine bzw. ihrer Derivate, mit Schwefelhalogeniden, vorzugsweise Schwefelmonochlorid, hergestellte Produkte enthalten. Die Zusatzstoffe in diesen Schmierölen sollen das Kleben des Auspuffventils bei Verbrennungsmaschinen sowie die Korrosion der Lagerlegierungen vermindern und die Reinhaltung des Motors verbessern.

Es sind ferner Schmieröle bekannt, die einen Zusatz von 2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol und eines nicht harzartigen Kondensationsproduktes von 1 Mol p-Tetramethylbutylphenol, 4 Mol N-Dimethylanilin und 4 Mol Formaldehyd oder' ähnlichen Kondensationsproduktes zum Zwecke der Stabilisierung gegen oxydative Verschlechterung enthalten. ■

Es sind ferner Schmieröle bekannt, die verschiedene Polymerisate, wie z.B. ein Polymerisat, das durch die Polymerisation eines p-Alkylstyrols mit3 bis 20Kohlenstoffatomen in der Alkylseitenkette hergestellt ist, oder verschiedene Mischpolymerisate enthalten, z. B. ein Mischpolymerisat aus Alcoylmaleat und einem Vinylester.

Es sind' schließlich verschiedene synthetische Öle bekannt, die als hydraulische Flüssigkeiten, Schmieröle usw'. verwendet werden sollen und sich durch ungewöhnlich hohe Viskositätsindexe auszeichnen. Diese Flüssigkeiten können aus einem aliphatischen Ester mit einem Gehalt an einem aromatisch-olefini sehen

909 770/389

Mischpolymerisat bestehen,. das ein cyclisches Monoolefin enthält.

Es war jedoch nicht vorauszusehen, daß durch die Verwendung einer geringen Menge eines öllösliche benzolringhaltige Polymere enthaltenden Mineral-Schmieröls eine Schmierung von Maschinen od. dgl., die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind, mit gutem Erfolg ausgeführt werden kann und dabei keine wesentliche Herabsetzung- der Schmierwirkung, die sonst bei den üblichen mineralölhaltigen Schmiermitteln in starkem Umfang auftritt, erfolgt.

In der Zeichnung ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Strahlendosierung und der prozentualen Änderung der kinematischen Viskosität eines Grundschmieröls, eines typischen Schmiermittels, das gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangen soll, und von Isopropyldiphenyl gegeben.

In dem vorliegenden Zusammenhang wird die Strahlungsmenge, die von einem Schmiermittel absorbiert wird, in »Rad« oder »Megarad« (lOOOOOO Rad) gemessen. Ein »Rad« ist diejenige Strahlungsmenge, die 100 Erg/g bombardierter Substanz absetzt. Die Einheiten werden dazu benutzt, um das Strahlungsquantum zu messen, das bei Bombardierung mit irgend- welchen Teilchen, d. h. Elektronen, Neutronen, y-Strahlen und ^-Strahlen, absorbiert wird.

Die für die Schmierung von Maschinen, welche Atomstrahlen ausgesetzt sind, in Frage kommenden Mineralschmieröle können aus Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktionen bestehen, die gewöhnlich zum Schmieren benutzt werden. Es kommen insbesondere Getriebeöle, Motoröle, Pumpenöle, Turbinenöle od. dgl. in Betracht. Diese Öle können aus Petroleumfraktionen bestehen, die einer oder mehreren der üblichen, bei der Schmierölherstellung angewendeten Behandlungen, wie Entparaffinieren, Lösungsmittelextraktion, Säureextraktion und milde Hydrierung, unterworfen worden sind. Das Schmieröl hat in Abhängigkeit von seiner Anwendung eine kinematische Viskosität, die in den Bereich zwischen etwa 32 und etwa 600 cSt, gemessen bei 38° C, fällt. Das Schmiermittel kann auch andere Stoffe enthalten, die ihm spezifische Eigenschaften zu erteilen vermögen, wie Hochdruckzusatzmittel (E.P.-Mittel), Antirostzusatzstoffe, Antioxydationsmittel usw.

Bei den benzolringhaltigen Polymeren, die in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Schmiermittel in geringer Menge enthalten sind, handelt es sich allgemein um Kettenpolymere, bei denen Benzolringe an mindestens einige der Kohlenstoffatome in der Kette angegliedert sind. Vorzugsweise ist das öllösliche Polymere ein Kohlenwasserstoffpolymeres. Es kann jedoch auch andere Atome als Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, wie z. B. Sauerstoff und Stickstoff. Die Polymeren können öllösliche Polymerisate sein, wie z. B. Polyester, Polyamide und Phenolaldehydkondensationsprodukte von niedrigem Molekulargewicht, obwohl diese hinsichtlich ihrer Fähigkeit, öle gegen Strahlungswirkungen zu stabilisieren, nicht alle notwendigerweise äquivalent sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die in den erfindungsgemäß zu verwendenden Schmiermitteln enthaltenen öllöslichen Polymerisate aus alkylierten Styrolpolymerisaten oder Mischpolymerisaten von Styrol oder alkylsubstituiertem Styrol mit einem oder mehreren olefinischen Kohlenwasserstoffen, wie Butadien, Propylen, Äthylen, Butylen od. dgl., bestehen. Das Molekulargewicht der Polymerisate liegt im allgemeinen zwischen etwa 20 000 und etwa 100 000' und vorzugsweise zwischen etwa 50 000 und etwa 100 000. Eine besonders bevorzugte Art von Polymerisat ist Polystyrol, das so alkyliert worden ist, daß es im Mittel wenigstens ein Alkylradikal je Styrolemheit des Polymerisats und vorzugsweise im Mittel zwei bis drei Alkylradikale je Styroleinheit enthält. Das Polystyrol kann nach irgendeinem der üblichen Verfahren zum Alkylieren aromatischer Ringe alkyliert werden, wie z. B. durch die Verwendung von Olefinen oder von Alkylhalogeniden in Gegenwart von Katalysatoren, wie z. B-. Friedel-Craftsschen Katalysatoren. Die Reaktion wird zweckmäßig in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Nitrobenzol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Äthyldichlorid-usw., ausgeführt. Die Alkylgruppen können geradkettig sein, jedoch wird eine verzweigtkettige Struktur bevorzugt. Im allgemeinen enthält die Alkylgruppe etwa 3 bis etwa 16 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 3 bis 12 Kohlenstoffatome. Beispiele für die Alkylgruppe sind Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Amyl, Diisopropyl, Diisobutyl, Octyl, Decyl, Triisopropyl, Triisobutyl und Tetraisobutyl.

In dem Schmiermittel ist eine verhältnismäßig kleine Menge der vorgenannten Polymeren notwendig, um es in Gegenwart von Atomstrahlung arbeitsfähig zu machen. Im allgemeinen sind etwa O',2 bis etwa 1,2 %, bezogen auf das Gewicht des fertigen Schmiermittels, ausreichend. Vorzugsweise wird eine Menge zwischen etwa 0,5 und etwa 1 Gewichtsprozent benutzt.

Die Stabilität der Schmiermittel gegenüber Strahlung wurde dadurch bestimmt, daß man Proben einem Elektronenbombardement von hoher Energie aussetzte und die Änderung der Viskosität mit steigender Dosierung aufzeichnete. Es wurden dabei kinematische Viskositäten gemäß der ASTM-Vorschrift D 445-53 T gemessen. Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Strahlungswirkung auf ein Schmiermittel und ein Verfahren, um erfindungsgemäß die Wirkung auf ein Minimum herabzusetzen.

Beispiel 1

Das bei diesem Beispiel benutzte öl besteht aus einem lösungsmittelraffinierten paraffinischen neutralen öl mit einer Saybolt-Viskosität von 150 Sekunden bei 38° C. Dies ist ein typisches leichtes Turbinenöl. Drei Teilmengen dieses Öles werden einem Elektronenstrahl hoher Energie von einem 2-Mev-(Millionen Elektrovolt)-Van-de-Graaff-Beschleuniger ausgesetzt, der so eingestellt ist, daß jeder ölmenge eine Bestrahlung von 2,28 Megarad je Durchgang bei einer Bestrahlungszeit von 9 Sekunden je Durchgang gegeben wird. Jede ölmenge wird der Strahlung während einer verschiedenen Anzahl von Durchgängen ausgesetzt, nämlich 30, 60 und 100 Durchgängen. Auf diese Weise werden die Teilmengen einer Gesamtstrahlung von 68,5, 137 bzw. 228 Megarad unterworfen. Die kinematischen Viskositäten bei 38 und bei 99° C werden für jede ölteilmenge bestimmt Die Viskositäten werden mit denjenigen des ursprünglichen Öls verglichen, und die prozentuale Zunahme der Viskosität gegenüber den ursprünglichen Werten wird in jedem Fall berechnet. Diese Prozentsätze sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben,

Beispiel 2

Zu einer anderen Menge des im Beispiel 1 beschriebenen Schmieröls werden 0,9 Gewichtsprozent Polystyrol (Molekulargewicht 75 000) zugesetzt, das mit Nonylen (Triisopropylen) alkyliert ist und im Mittel

eine Nonylgruppe je Styrolgruppe enthält. Drei Teilmengen dieser Schmiermittelmischung werden verschiedenen Strahlungsdosierungen unterworfen, wie dies für die drei Proben im Beispiel 1 beschrieben ist. Die Viskositäten werden für die nicht bestrahlte Mischung und für jede der drei Teilmengen nach Bestrahlung bestimmt. Die Viskositäten jeder Teilmenge werden mit denjenigen der nicht bestrahlten Mischung verglichen, und die prozentuale Änderung (Zunahme oder Abnahme) der Viskosität gegenüber der nicht bestrahlten Mischung wird in jedem Fall berechnet. Die Werte sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.

Isopropyldiphenyl ist als beständig gegenüber intensiver Bestrahlung bekannt und ist als Kühlmittel in Atomreaktoren verwendbar. Demzufolge liefert das Verhalten dieser Substanz bei Bestrahlung eine Norm für Vergleichszwecke.

Beispiel 3

Zu Vergleichszwecken werden drei Teilmengen von Isopropyldiphenyl verschiedenen Strahlungsdosierungen unterworfen, wie dies im Beispiel 1 beschrieben ist. Es werden die kinematischen Viskositäten bei 38° C des ursprünglichen Materials und des bestrahlten Materials bestimmt. Die prozentuale Zunahme der Viskosität gegenüber dem nicht bestrahlten Muster

ίο wird in jedem Fall berechnet. Die Werte sind gleichfalls in der Tabelle angegeben.

Aus den in der Tabelle angegebenen Werten ist ersichtlich, daß das Schmiermittel gemäß Beispiel 2 gegenüber Strahlung stark widerstandsfähig ist. Den Kurven in der Zeichnung liegen die in der Tabelle angegebenen Werte zugrunde. Die Kurven zeigen das Verhältnis zwischen der prozentualen Zunahme oder

	keine	Bestrahlung	68,5 Megarad	137 Megarad	275 Megarad

Beispiel 1	0	+ 5,9	+9,2	+ 18
%> Viskositätsänderung bei 38° C	0	+4,1	+ 6,9	+ 12
⁰Io Viskositätsänderung bei 99° C
Beispiel 2	0	-0,55	+ 1,5	+2,4
°/o Viskositätsänderung bei 38° C	0	-3,5	-2,9	-1,4
°/d Viskositätsänderung bei 99° C
Beispiel 3	0	+0,43	+2,56	+3,2
°/o Viskositätsänderung bei 38° C	0	0	0	+ 1,4
% Viskositätsänderung bei 99° C

Abnahme, d. h. der prozentualen Änderung der kinematischen Viskosität bei 38° C unter Bestrahlung und der S tr ahlungs dosierung für das Grundmineralschmieröl (Kurve A), für ein typisches Schmiermittel, das bei der vorliegenden Erfindung brauchbar ist (Kurve B), und für Isopropyldiphenyl (Kurve C). Es ist ersichtlich, daß das Grundöl (Kurve A) einen Anstieg der Viskosität mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit erfährt, während ein gemäß der Erfindung verwendbares Schmiermittel (Kurve B) verhältnismäßig stabil ist. Das letztgenannte Schmiermittel ist mit Isopropyldiphenyl vergleichbar. Ein Vergleich zeigt, daß ein gemäß der Erfindung verwendbares Schmiermittel in seiner Widerstandsfähigkeit gegen Bestrahlung Isopropyldiphenyl sehr nahe kommt oder noch besser als dieses ist. Da Isopropyldiphenyl sogar der intensiven Strahlung widersteht, die in einem Atomreaktor selbst angetroffen wird, so ist ohne weiteres ersichtlich, daß das inhibierte Schmiermittel, das für diese Erfindung vorgesehen ist, verwendet werden kann, um Atomstrahlung ausgesetzte Maschinen oder Geräte zu schmieren, ohne daß ein Ausfall infolge von Strahlungsschäden auftritt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Mineralschmieröls, das eine geringe Menge eines öllöslichen benzolringhaltigen Polymeren enthält, zum Schmieren von

Maschinen, die einer Atomstrahlung ausgesetzt sind.

2. Verwendung eines Mineralschmieröls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe etwa 0,2 bis 1,2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Schmiermittels, eines öllöslichen Polymeren eines benzolringhaltigen Kohlenwasserstoffes enthält.

3. Verwendung eines Mineralschmieröls nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe etwa 0,5 bis 1 Gewichtsprozent eines alkylierten Polystyrols mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 20 0000 und 100 000 enthält.

4. Verwendung eines Mineralschmieröls nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das alkylierte Polystyrol ein nonylalkyliertes Polystyrol mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 50 000 und etwa 100 000 ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 935 271;
USA.-Patentschriften Nr. 2 569 400, 2 666 044,
707 172, 2 707 173, 2 707 174, 2 707 175, 2 728 751, 756265;

britische Patentschriften Nr. 640 567, 653 950,
710699;
französische Patentschrift Nr. 982 299.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen