DE1282829B

DE1282829B - Waessrige Schmieroelmischungen

Info

Publication number: DE1282829B
Application number: DES97661A
Authority: DE
Inventors: Hans Friedrich Waldmann
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1964-06-18
Filing date: 1965-06-18
Publication date: 1968-11-14
Also published as: NL6507854A; BE665657A; US3280029A; AT276604B; GB1083293A; FR1496057A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

ClOm

Deutsche KL: 23 c-1/01

Nummer: 1282 829

Aktenzeichen: P 12 82 829.4-43 (S 97661)

Anmeldetag: 18. Juni 1965

Auslegetag: 14. November 1968

Die Dampfphasenkorrosion oder das Rosten von Metallteilen bildet häufig ein wesentliches Problem bei Maschinen oder Vorrichtungen, die Wasser enthalten. Eine derartige Korrosion tritt meist an den Metalloberflächen auf, die Dampfräume umschließen, und sie bildet eine besondere Schwierigkeit in Vorrichtungen, bei denen Wasser-in-Öl-Emulsionen verwendet werden, z. B. hydraulische Medien als Arbeitsmittel zur Übertragung von mechanischer Energie. Wenngleich Wasser-in-Öl-Emulsionen heutzutage als Schmiermittel und Arbeitsmedieri verbreitet verwendet werden, bildet dieses Problem der Dampfphasenkorrosion tatsächlich ein wesentliches Hindernis für ihre noch verbreitetere Verwendung, insbesondere als ^; Arbeitsmittel für Kraftübertragung u. dgl.

Infolge der schärferen Anforderungen der modernen ' Technik wird dem Problem der Ermüdung von Metallkomponenten, die wiederholten Beanspruchungen unterworfen sind, zunehmende Aufmerksamkeit gewidmet. Eine derartige Metallermüdung stellt auch so eine besondere Schwierigkeit bei Einrichtungen dar, die Wasser-in-Öl-Emulsionen als Arbeitsmittel verwenden. Die Metallkomponenten in derartigen Einrichtungen neigen häufig zu frühzeitigen Ermüdungsfehlern. Infolge der Ermüdungserscheinungen von Lagern beträgt beispielsweise die nutzbare Lebensdauer von Getriebepumpen, die Wasser-in-Öl-Emulsionen verwenden, häufig nur etwa ein Fünftel derjenigen von Getiiebepumpen, die mit anderen Arten von Arbeitsmedien arbeiten.

Diese Nachteile werden beseitigt, wenn man wäßrigen Schmierölmischungen bzw. Wasser-in-Öl-Emulsionen ein Antikorrosionsmittel der allgemeinen Formel -■-,-■

Wäßrige Schmierölmischungen

R' — N(X — O)_nB.

zusetzt, worin R. ein Alkylrest, R' ein Alkylrest oder Wasserstoff sind, R + R' zusammengenommen 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, X ein C₂_₄-Alkylenrest ist und ή 1 oder 2 beträgt. R, R' und X können gerad- oder verzweigtkettig öder primär, sekundär oder tertiär sein. Die Gesamtsumme der Kohlenstoffatome darf den Wert 10 nicht überschreiten.

Die Verbindungen werden als Monoalkyl- oder ■ Dialkylaminomonoalkanole oder Alkoxymonoalkanole bezeichnet. Beispielsweise kommen in Betracht: Monomethylaminoäthanol, Dimethylaminoäthanol, Monoäthylaminoäthanol, Monoäthylaminoäthoxyäthanol, Diäthylaminoäthanol, Diäthylaminoäthoxyäthanol, Diisopropylaminoäthanol, Dibutylamino-Anmelder:

Mobil Oil Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. E. Wiegand und Dipl.-Ing. W. Niemann,

Patentanwälte,

8000 München 15, Nußbaumstr. 10

Als Erfinder benannt:
Hans Friedrich Waldmann,
Glassboro, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Juni 1964 (376 249)

äthanol, Dibutylaminoäthoxyäthanol, n-Butylaminoäthanol, Dimethylamine-2-propanol, Diisopropyl· amino-2-propanoI, n-Butylamino-2-propanol, Isobutylamino - 2 - propanol, Dimethylamine - 2 - butanol und Dimethylamino-1-butanol.

Als Ölbasis werden mineralische oder synthetische Öle verwendet. ^M

Die beanspruchten wäßrigen Schmierölmischungeti werden als Metallbearbeitungsfiüssigkeiten, OfenkettenJ schmiermittel oder als hydraulische Flüssigkeiten verwendet.

Im Fall von Wasser-in-Öl-Emulsionen liegt der Wasseranteil im Bereich von 10 bis 70 Gewichtsprozent der Emulsion.

Dampfphasenantirosttest

Dieser Test mißt die Wirksamkeit von verschiedenen Aminoverbindungen als Dampfphasenrostinhibitoren in Schmiermitteln. Bei dem Prüfverfahren wird ein Weithals-Glaskolben von hoher Form und etwa 450 g Fassungsvermögen zur Hälfte mit dem zu prüfenden Medium gefüllt. Eine sandgestrahlte und mit Lösungsmittel gereinigte Prüftafel aus Stahl wird auf der Innenseite eines Zinndeckels mit einem Magnet angebracht, und der Deckel wird dann locker auf den Glaskolben aufgeschraubt, um ein »Atmen« zu

809 637/883

gestatten. Der Kolben wird dann über Nacht bis zu dem Spiegel des Mediums in ein bei 80⁰C gehaltenes Wasserbad getaucht und über Tag herausgenommen und 8 Stunden bei Raumtemperatur abgestellt. Das Dampfphasenantirostverhalten des Mediums wird bestimmt durch Messung des Prozentsatzes der Prüftafeloberfläche, die nach verschiedenen Einwirkungszeiten gerostet ist. Je geringer der Prozentsatz der verrosteten Oberfläche, desto wirksamer ist der Inhibitor.

Die Ergebnisse, die mit einer Wasser-in-Öl-Emulsion nach 7tägigem Unterwerfen unter die Testbedingungen erhalten wurden, sind in der Tabelle I angegeben, während die Testergebnisse, die nach Prüfzeiten von 27, 38 und 70 Tagen erhalten wurden, in der Tabelle II aufgeführt sind.

Bei dem in den nachstehenden Prüfungen verwendeten Isopropylaminoäthanol handelt es sich, sofern nichts anderes angegeben ist, um ein technisches Handelsprodukt, das 60% Isopropylaminoäthanol enthält.

Tabelle I

Dampfphasenantirosttest
(* erläuternde Vergleichsversuche)

Ver such Nr.	Inhibitor	Ge wichts prozent	Verrostete Tafel- oberfläche nach 7 Tagen %
IC¹)			100
2	Isopropylaminoäthanol	0,1	5
3	Morpholin *	0,1	45
4	Diäthylhydroxylamin *	0,1	45
5	Monoäthanolamin *	0,1	50
6	Isopropylaminoäthanol	-0,04	-9 —
7	Diäthylhydroxylamin *	0,04	80
8	Butylamin *	0,02	40
9	Isopropylamin *	0,02	90
10	Isopropylaminoäthanol	0,2	0
11	Monoäthanolamin *	0,2	45

*) Handelstechnisches hydraulisches Medium mit einem Gehalt von 52 Gewichtsprozent eines naphthenischen Öls mit einer SUV von 100 bei 38°C und 40 Gewichtsprozent Wasser.

Tabelle II

Dampfphasenantirosttest (* erläuternde Vergleichsversuche)

Versuch
Nr.

Inhibitor

Gewichtsprozent Verrostete Tafeloberfläche, %, nach
27 Tagen I 38 Tagen I 70 Tagen

U¹)
2
3
4

Isopropylaminoäthanol Isopropylaminoäthanol Butylamin *
Butylamin *

0,2 0,3 0,1 0,2

70

60

*) In dem in Tabelle I beschriebenen handelstechnischen hydraulischen Medium.

Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß Wasser-in-Öl-Emulsionen, die die erfindungsgemäßen Alkylaminoalkanole enthielten (Versuche 2, 6 und 10), ausgezeichnete Dampfphasenantirosteigenschaften besaßen, wie das aus dem tiefen Prozentsatz der Tafelverrostung hervorgeht. Im Gegensatz hierzu zeigten in den Vergleichsversuchen die gleichen Wasser-in-Öl-Emulsionen, die jedoch einen bekannten Dampfphasenrostinhibitor enthielten, nämlich Morpholin (Versuch 3) und Monoäthanolamin (Versuch 5), das strukturell den erfindungsgemäßen Inhibitoren ähnlich ist, schlechte Antirosteigenschaften.

Weiterhin ist aus der Tabelle II zu ersehen, daß Emulsionen, welche die erfindungsgemäßen Dampfphasenrostinhibitoren enthielten (Versuche 1 und 2), langdauernde Antirosteigenschaften zeigten; dies geht aus dem Fehlen irgendeiner Zunahme der Tafeloberflächenverrostung mit zunehmenden Prüfzeiten hervor. In den Vergleichsversuchen zeigten die gleichen Emulsionen, die jedoch Butylamin enthielten (Versuche 3 und 4), eine drastisch zunehmende Verrostung, wenn die Prüfzeit von 27 auf 70 Tage ausgedehnt wurde.

Die Vorteile der Verwendung der erfindungsgemäßen Alkylaminoalkanole für Wasser-in-Öl-Emulsionen werden durch die in der nachstehenden Tabelle III aufgeführten Ergebnisse gezeigt, wo die Emulsionen gemäß der Erfindung mit ähnlichen Emulsionen, die gewisse vergleichbare Dialkanolamine enthielten, verglichen sind. Bei diesem besonderen Test wurde die Prüftafel kontinuierlich Temperaturen von 116° C über Zeiten von 1, 2 und 7 Tagen ausgesetzt.

Tabelle III

Dampfphasenantirosttest (*erläuternde Vergleichsversuche)

Versuch	Inhibitor	kein	Gewichts-	nach	Verrostete Tafeloberfläche, in %, ständigem Aussetzen bei 116° C	über
Nr.		Diisopropylaminoäthanol	JJlU/iiViiL	ITag		7 Tage
IC¹)	Butylaminoäthanol	,	95
2	Diäthylaminoäthoxyäthanol	0,3	2		2
3	Dibutylaminoäthanol	0,3	4		4
4	Methylaminodiäthanol*	0,3	30		30
5	Äthylaminodiäthanol*	0,3	35		40
6	Isopropylaminodiäthanol*	0,3	90		—
7	Butylaminodiäthanol*	0,3	90		—
8	0,3	90		—
9	0,3	95		—
2 Tage

2
4
30
40
—
—
—
- ' —

*) In dem in Tabelle I beschriebenen handelstechnischen hydraulischen Medium.

Aus der Tabelle III ist ersichtlich, daß die Emulsionen gemäß der Erfindung, welche die erfindungsgemäß vorgesehenen Alkylaminomonoalkanole enthielten (Versuche 2 bis 5), überlegene und langdauernde Antirosteigenschaften zeigten, während die Emulsionen, welche die zum. Vergleich dienenden Dialkanolverbindungen enthielten (Versuche 6 bis 9), schlechte Antirosteigenschaften zeigten; die den letzgenannten Emulsionen ausgesetzten Prüftafeln waren nach nur einem Tag der Einwirkung stark verrostet.

Vickers-Pumpentest

Um die Antiverschleißeigenschaften und die Mediumlebensdauer der Wasser-in-Öl-Emulsionen zusätzlich zu ihren Dampfphasenantirosteigenschaften zu bestimmen, wurden die Emulsionen einem Vickers-Pumpentest unterworfen.

Der Vickers-Pumpentest, der einen anerkannten Test für die Bestimmung der Eigenschaften derartiger Emulsionen darstellt, wird durchgeführt, indem man die zu prüfende Emulsion in einer Vickers-Flügelradpumpe, Modell V-111-ElO (betrieben bei 7,571 je Minute) zirkuliert. Bei dieser Pumpe handelt es sich um eine hydraulische Flügelradpumpe mit positiver Verdrängung. Der Rotor hat zwölf Stahlflügel in Kontakt mit einem Stahlring und dreht sich bei etwa

ίο 1200 U/min. Die zwölf Flügel und der Ring werden vor und nach dem Test gewogen, und die Gewichtsdifferenz zwischen vorher und nachher wird als Gesamtverschleiß angegeben. Die Antirosteigenschaften der geprüften Medien wurden durch Anklammern der Stahlresttafel auf der Innenseite der Messinglippe des Vickers-Pumpenreservoirs bestimmt.

Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle IV angegeben.

Tabelle IV

Wirkung von Dampfphaseninhibitoren in Vickers-Pumpentests bei 70,3 kg/cm², 8O⁰C und 7,57 l/min

(*erläuternde Vergleichsversuche)

Versuch Nr.	Inhibitor	kein	Gewichts prozent	Betriebsstunden	Verrostete Oberfläche %	Gesamtverschleiß mg
U¹)			71	100	32
			238	—	57
			406	—	72
			574	—	89
			741	—	104
	Isopropylaminoäthanol		1006	—	281
2		0,2	69	1	37
			222	1	57
			391	1	66
			557	1	76
			724	1	86
			988	1	96
			1064	1	102
			1130	2	104
			1235	40	111
			1303	100	122
			1446	100	132
			1616	100	147
	Butylamin*		1782	100	161
3		0,05	6	8	—
			264	15	96
			438	20	180
			695	70	346
	Butylamin*		1080	100(^a)	468
4		0,07	260	3	96
			340	20	164
	Isopropylamin*		980	100(²)	200
5		0,1	122	0	118
	+ Hexylamin		288	0	152
		0,1	551	5	182
			724	60	200
		1365	100(^a)	235

>) Handelstechnisches hydraulisches Medium, beschrieben in Tabelle I.
*) Behälter stark verrostet.

Aus der Tabelle IV ist ersichtlich, daß die Emulsion 65 raten und eine verlängerte Emulsionslebensdauer be-(Versuch 2), welche die erfindungsgemäße Alkylamino- saß. Im Gegensatz hierzu ist aus den Vergleichsmonoalkanol -Verbindung enthielt, überlegene Dampf- versuchen 3 bis 5 ersichtlich, daß nach etwa 1000 Prüfphasenantirosteigenschaften sowie geringe Verschleiß- stunden Emulsionen, welche Butylamin oder Iso-

propylamin- und Hexylamingemische enthielten, ihren nutzbaren Dampfphasenrostschutz vollständig verloren, so daß nicht nur die Testtafel stark verrostet, sondern auch der Behälter der Pumpe verrostet war. Weiterhin ist ersichtlich, daß die Emulsionen der Vergleichsversuche 3 bis 5 wesentlich schlechtere Antiverschleißeigenschaften besaßen, was durch ihre hohen Gesamtverschleißwerte angezeigt wird. So hatten beispielsweise nach etwa 1000 Stunden die Emulsionen der Vergleichsversuche 3 und 4 Gesamtverschleißwerte von 468 bzw. 200 mg, verglichen mit 102 mg Gesamtverschleiß bei der Emulsion gemäß Versuch 2.

Vierkugel-Ermüdungstest

Wie vorstehend angegeben, sind die schlechten Antiermüdungseigenschaften von Waser-in-ÖI-Hydraulikmedien ein Haupthindernis für deren breitere Anwendung. Demgegenüber liegt ein besonderer Vorteil der Wasser-in-Öl-Emulsionen gemäß der Erfindung in ihrer verbesserten Antiermüdungslebensdauer. Dies wird durch den Vierkugel-Ermüdungstest gezeigt.

Bei diesem Test wird drei unteren Stahlkugeln gestattet, sich frei in einem umschließenden Laufring zu drehen, getrieben durch eine vierte Stahlkugel, die fest in der Einspanneinrichtung der Spindel des Vierkugel-Ermüdungsprüfgeräts gehalten ist. Die angewandte Last beträgt 133,5 kg und die Geschwindigkeit beträgt 5200 U/min. Der Versuch wird beendet, wenn eine der Kugeln ein Ermüdungsloch zeigt, was durch übermäßiges Geräusch und Vibration angezeigt wird. Diese Vibration betätigt einen Vibrationsschalter in dem elektrischen Stromkreis des Antriebsmotors, welcher das Prüfgerät abschaltet.

Je langer die Zeit bis zum Auftreten eines Fehlers ist, desto besser sind die Antiermüdungseigenschaften des geprüften Mediums. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle V angegeben.

Tabelle V
Vierkugel-Ermüdungstest

unter Verwendung einer technischen Scherung Modell-D-2 Zoll-Getriebepumpe erhalten wurden.

Die Getriebepumpe wurde bis zum Ausfall unter 105,5 kg/cm² Druck mit 1200 U/min bei 66° C be-

trieben. Der Ausfall wurde durch eine Überlastungseinrichtung festgestellt, wenn die Stromstärke eine vorher festgelegte Höhe überschritt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VI angegeben; es ist ersichtlich, daß die Zugabe von Isopropylamino-

LO äthanol die Zeit bis zum Ausfall von 165 Stunden (Versuch 1) auf 279 Stunden (Versuch 2) verlängerte.

Tabelle VI
Getriebepumpentest

Versuch	Zusammensetzung	Stunden bis zum
Nr.		Aussetzen
1	hydraulisches Medium^¹)	165
2	hydraulisches Medium
	-f- 0,2%Isopropylamino-
	äthanol	279
3	hydraulisches Medium
	+ 0,6%ISOp*opylamino-
	äthanol	203

Versuch Nr. .	hydraulisches Mediumi¹) hydraulisches Medium + 0,3 % Isopropylamino- äthanol	Stunden bis zum Abschalten
1 2	19,9 50,0

*) Handelstechnisches hydraulisches Medium mit einem Gehalt von etwa 52% naphthenischem Öl von 100 SUV (38⁰Q und 40% Wasser.

*) Technische Wasser-in-öl-Emulsion mit einem Gehalt von etwa 52% naphthenischem Öl von IQOSUV (33° C) und 40% Wasser.

Die Alkylaminomonoalkanolverbindungen gemäß der Erfindung können in Form von verhältnismäßig reinen Verbindungen oder als Gemische von verschiedenen Alkylaminomonoalkanolen verwendet werden.

Die Menge an Alkylalkanolaminen,, die in den Schmiermittelzusammensetzungen verwendet werden sollte, wird sich in Abhängigkeit von Faktoren wie der Natur des Schmiermittels, seiner beabsichtigten Verwendung und der Anwesenheit oder Abwesenheit von anderen Additiven ändern. Allgemein sind 0,05 bis 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent zweckmäßig. Die Anwendung größerer Mengen kann in manchen Fällen geeignet sein, je nach wirtschaftlichen Erwägungen.

Die Schmiermittelzusammensetzungen gemäß der Erfindung können auch andere Inhaltsstoffe enthalten, wie sie normalerweise in Verbindung mit derartigen Zusammensetzungen benutzt werden,, einschließlich Antioxydationsmittel, Detergentien, Viskpsitätsindexverbesserer, Inhibitoren, Höchstdruckmjttel, Fließpunktverbesserer, und im Falle von Wasser-in-Öl-Emulsionen, Emulgiermittel, Stabilisieönittel und Antigefriermittel. ;

Aus den vorstehenden Angaben ist ersichtlich, daß die Zugabe von Isopropylaminoäthanol zu dem hydraulischen Medium den Zeitraum bis zum Abschalten von 19,9 auf 50 Stunden erhöhte, was die der Emulsion erteilten wesentlich verbesserten Antiermüdungseigenschaften eindeutig anzeigt.

Getriebepumpentest

Die verbesserten Antiermüdungseigenschaften und die sich ergebende erhöhte Pumpenlebensdauer, die bei Verwendung der Wasser-in-Öl-Emulsionen gemäß der Erfindung erzielt werden, gehen weiterhin aus den Werten hervor, weiche bei Getriebepumpenversuchen

Claims

Patentanspruch: .

Wäßrige Schmierölmischung bzw. "V^asser-in-Öl-Emulsion, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Monoalkänol der !allgemeinen Formel

R-.

R' — N- (X — Q)»H

in der R ein Alkylrest und R' ein Alkylrest oder Wasserstoff sind, R 4-R' zusammengenommen 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, X ein
Alkylentest ist und η 1 oder 2 beträgt.

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