DE1444852B - Schmiermittel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf synthetische Schmier- ten, welche Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen

mittel auf Esterbasis, die eine Kombination von haben müssen.

Schmiereigenschaften haben, welche sie außergewöhn- Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Klasse lieh gut als Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen von Estern, die hohe Viskositätsindizes, gute Visgeeignet machen. 5 kositätseigenschaften sowohl bei hohen als auch bei

Mit der Entwicklung von Flugzeugmotoren, die niedrigen Temperaturen, niedrige Fließpunkte und

mit Spitzenleistung in extrem großen Höhen arbeiten, andere Eigenschaften haben, die sie als Schmiermittel

hat sich die Notwendigkeit ergeben, Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen wertvoll machen. Die

mit einer Kombination von Eigenschaften zu ent- neuen Ester gemäß der Erfindung sind gemischte

wickeln, welche die üblichen Schmiermittel nicht be- ίο Ester von Trimethyloläthan, die Molekulargewichte

sitzen. Um für Düsenflugzeugmaschinen geeignet zu in dem Bereich von etwa 390 bis etwa 460 haben,

sein, muß ein Schmiermittel einen hohen Viskositäts- Diese Ester sind die Produkte der Veresterung von

index haben. Auf diese Weise wird eine ausreichende Trimethyloläthan mit einer Mischung von gerad-

Schmierung über einen weiten Temperaturbereich kettigen Alkansäuren, die etwa 2 Mol Säure mit

gewährleistet. Das Schmiermittel muß gute Oxy- 15 einer Kettenlänge von 4 bis 6 Kohlenstoffatomen

dationsstabilität und gute thermische Stabilität be- und etwa 1 Mol Säure mit einer Kettenlänge von

sitzen, damit es seine brauchbaren Eigenschaften auch von 7 bis 10 Kohlenstoffatomen je Mol Trimethylol-

nach Betrieb während einer längeren Dauer bei hohen äthan enthält. Um ein Produkt mit einem Molekular-

Temperaturen behält. Es muß ferner einen niedrigen gewicht in dem gewünschten Bereich zu erzielen, ist

Fließpunkt haben, so daß es bei niedrigen Tempera- 20 es notwendig, das Trimethyloläthan mit einer Mi-

turen wirken kann, und einen hohen Flammpunkt schung von Säuren zu verestern, die eine mittlere

aufweisen, um eine Feuersgefahr während des Be- Kettenlänge von etwa 5,6 bis 7,0 Kohlenstoffatomen hat.

triebs bei hoher Temperatur zu vermeiden. Ein solches Wenn sein Molekulargewicht unter etwa 390 liegt,

Schmiermittel muß auch sehr strenge Viskositäts- hat der gemischte Ester gewöhnlich keine, zufrieden-

anforderungen erfüllen. Bei der hohen Temperatur, 25 stellenden Hochtemperatureigenschaften; wenn sein

bei welcher die Maschine arbeitet, muß das Schmier- Molekulargewicht über etwa 460 liegt, neigt der Ester

mittel genügend viskos sein, um die Reibung zwischen dazu, bei niedrigen Temperaturen zu viskos zu sein

den sich bewegenden Teilen der Maschine auf ein oder einen Fließpunkt über demjenigen zu haben,

Minimum herabzusetzen, Es ist gefunden worden, daß der für Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen

ein Schmiermittel, das in dieser Hinsicht zufrieden- 30 vorgeschrieben ist.

stellend ist, eine Viskosität von wenigstens 11,0 Centi- Beispiele der neuen Ester gemäß der Erfindung stokes bei 38° C und wenigstens 3,0 Centistokes bei sind Trimethyloläthandivaleriatmonopelargonat, Tri-99°C hat. Gleichzeitig muß bei den niederen Tem- methyloläthandicaproatmonocaprylat und Trimethyperaturen, die in großen Höhen angetroffen werden, loläthandibutyratmonopelargonat.
die Viskosität niedrig genug sein, um ein Fließen 35 Die neuen gemischten Ester gemäß der Erfindung des flüssigen Schmiermittels durch das Umlaufsystem können nach üblichen Veresterungsverfahren hergeder Maschine zu gestatten und um eine Bewegung stellt werden. Beispielsweise kann Trimethyloläthan der geschmierten Flächen ohne unzulässige Kraft- bei Raumtemperatur mit den Säuren gemischt werden, anforderungen zu ermöglichen. Das Schmiermittel und die Mischung kann erhitzt werden, bis die Versoll daher eine Viskosität bei —54° C von nicht mehr 40 esterung im wesentlichen vollendet ist. Gegebenenais etwa 13 000 Centistokes haben. Es soll auch einen falls kann Trimethyloläthan mit einer der Säuren Fließpunkt unter —59° C haben. Um zu verhindern, verestert werden, und der gebildete Teilester kann daß der Ölverbrauch infolge Flüchtigkeit einen über- dann weiter mit der anderen Säure oder den anderen mäßig hohen Betrag erreicht und um gegen Feuers- Säuren umgesetzt werden. Die Gesamtmenge an ver- und Explosionsgefahr geschützt zu sein, soll das 45 wendeten Säuren ist gewöhnlich im Überschuß über Schmiermittel einen Flammpunkt über etwa 204° C diejenige vorhanden, welche erforderlich ist, um die haben. Menge von in der Reaktionsmischung vorhandenem

Die Mineralschmieröle erfüllen nicht die Anforde- Trimethyloläthan zu verestern. Äquivalente Mengen rungen, die an Schmiermittel für Düsenflugzeug- von Trimethyloläthan und den Säuren oder ein Übermaschinen gestellt werden. Diejenigen Mineralöle, 50 schuß von Trimethyloläthan können jedoch auch die zufriedenstellende Viskositäten bei niedriger Tem- zur Anwendung gelangen. Die Reaktion kann in peratur besitzen, haben im allgemeinen Flammpunkte, Abwesenheit eines Veresterungskatalysators oder in die gefährlich niedrig liegen, und Viskositäten bei Gegenwart eines der üblichen Veresterungskatalyhoher Temperatur, die unzureichend sind, um die satoren, wie p-Toluolsulfonsäure oder Schwefelsäure, geforderte Schmierfähigkeit zu gewährleisten. Die- 55 ausgeführt werden. Ein flüchtiges organisches Löjenigen Mineralöle nun, welche zufriedenstellende sungsmittel, wie Benzol, Toluol oder Xylol, kann Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen haben, sind der Reaktionsmischung zugesetzt werden, um die zu viskos für die Verwendung bei niedrigen Tempera- Entfernung des während der Veresterung gebildeten türen. Der Zusatz der üblichen Schmiermittelzusatz- Wassers zu unterstützen. Die Temperatur, bei welcher stoffe überwindet im allgemeinen nicht die Nachteile 60 die Veresterung ausgeführt wird, liegt vorzugsweise der Mineralöle als Schmiermittel für Düsenflugzeug- unter der Destillationstemperatur der umzusetzenden maschinen. Säuren. Allgemein wird eine Temperatur zwischen

Es sind bereits Ester, die aus einer großen Anzahl 130 und 180° C angewendet. Die Länge der Reak-

von einwertigen oder zweiwertigen Alkoholen und tionszeit ist von den anderen gewählten Bedingungen

Monocarbon-oder Dicarbonsäuren hergestellt wurden, 65 abhängig; die Reaktion wird im allgemeinen fort-

als Schmiermittel vorgeschlagen worden, aber keiner gesetzt, bis das Produkt nach Entfernung von Lö-

dieser Ester besitzt die Kombination von Hochtem- sungsmittel und nicht umgesetzter Säure eine Säure-

peratur- und Niedertemperaturviskositätseigenschaf- zahl unter 0,5 hat.

Das Rohprodukt der Veresterung kann durch übliche Arbeitsweisen gereinigt werden. Beispielsweise kann nicht umgesetzte Säure durch Waschen mit verdünnter Alkalilösung entfernt werden; flüchtige Verunreinigungen können durch Destillation und gewisse andere Verunreinigungen durch Behandlung mit Aktivkohle entfernt werden.

Die folgende Arbeitsweise, die für die Herstellung und Reinigung von Trimethyloläthandivaleriatmonopelargonat verwendet wurde, ist typisch für die Arbeitsweisen, die bei der Herstellung der neuen gemischten Ester nach der Erfindung Anwendung finden können.

Eine Mischung von 240,8 g Trimethyloläthan, 490,3 g Valerian säure, 379,8 g Pelargonsäure, 22,1 g Aktivkohle und 110,5 g Xylol wurde auf 175°C in 2 Stunden erhitzt und während 21,5 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Die Reaktionsmischung wurde mit Kohlendioxyd besprüht oder durchgespült, um das Xylol zu entfernen, auf 100⁰C abgekühlt und filtriert. Der Rohester wurde mit dem gleichen Volumen an Petroläther verdünnt. Die sich ergebende Rohesterlösung wurde mit genügend 5%iger Natriumhydroxydlösung gewaschen, um die nicht umgesetzte Säure zu neutralisieren, und dann mit 12°/₀iger Natriumchloridlösung bis zur Neutralität gewaschen. Nach Zusatz von etwa 2 Gewichtsprozent Aktivkohle wurde die Lösung auf etwa 40° C bei etwa 20 mm absolutem Druck und dann auf 160 bis 180°C bei 2 mm absolutem Druck erhitzt, um das Wasser, Petroläther und irgendwelche anderen vorhandenen niedrigsiedenden Stoffe zu entfernen. Der Rückstand wurde auf 100⁰C gekühlt und filtriert. Das nach dieser Arbeitsweise hergestellte Trimethyloläthandivaleriatpelargonat hatte die folgenden Eigenschaften:

Säurezahl 0,028

Hydroxylgehalt 0,11 °/₀

Verseifungszahl 389,9

Flammpunkt 232°C

Brennpunkt 25O⁰C

Fließpunkt -66⁰C

Viskosität (Centistokes)

bei99°C 3,15

38°C 12,98

-54⁰C 11000

Viskositätsindex 119,6

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Andere gemischte Ester von Trimethyloläthan, die ebenso wie das Divalerianmonopelargonat die Kombination von für Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen erforderlichen Eigenschaften" zeigen, sind ebenfalls nach der beschriebenen Arbeitsweise hergestellt worden. Mehrere dieser Ester und ihre Eigenschaften sind in der Tabelle I angegeben.

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Tabelle I
Gemischte Ester von Trimethyloläthan

	fiTT s~* L_ η	Flamm	Brenn	Fließ	99° C	Viskosität	-54° C	Viskositäts
Ester	ÜH-Oenalt	punkt	punkt	punkt	2,0	(Centistokes)	11900	index
	°/o '	°c	0C	0C	3,4	38°C	13 000	103
A	0,22	215,4	227,5	-68,9	3,0	12,2	9000	130
B	0,02	243,6	260	-66,7	3,0	14,2	9700	114
C	0,02	220	244,8	-67,8	3,0	11,6	7500	118
D	0,07	238	251	-65,6	11,8		124
E	0,02	228	239	—71,1	11,0

A stellt Dibutyratmonopelargonat dar.
B stellt Divaleriatmonoheptanoat dar.
C stellt Divaleriatmonocaprylat dar.

Die Flammpunkte, Brennpunkte, Fließpunkte und Viskositäten wurden nach ASTM-Testverfahren bestimmt. Der Viskositätsindex, der ein Maß der Änderung der Viskosität mit der Temperatur ist, wurde nach der Arbeitsweise von Dean und Davis (Chem. & Met. Eng. 36, S. 618 [1929]) bestimmt.

Zu Vergleichszwecken sind in Tabelle II die physikalischen Eigenschaften von mehreren Trimethylol-D stellt Dicaproatmonoheptanoat dar.
E stellt Dicaproatmonopelargonat dar.

äthanestern angegeben, die nicht in den Rahmen der Erfindung fallen. Es ist aus den Werten in der Tabelle II ersichtlich, daß, während jeder dieser Ester gewisse der Anforderungen erfüllt, die in der Government Specification MIL-L-7808 angegeben sind,

keiner von ihnen sämtliche Anforderungen erfüllt und keiner daher für die Verwendung bei Düsenflugzeugmaschinen geeignet sein würde.

Tabelle II
Vergleichsester von Trimethyloläthan

Ester

Flamm	Brenn	Fließ	-54° C	Viskosität	99° C
punkt	punkt	punkt	8700	(Centistokes)	2,9
°C	°C	°C	fest	38°C	4,5
222,8	250	-67,8	fest	11,0
279,5	—	1,7	fest	21,0	—
238	251	-10,6	6500	—	2,5
—	—	6,7	7400	—	2,7
220	233,8	-70	13 000	9,7	3,0
216,5	242	-68,9	(maximal)	10,3	(minin
204	—	-59,5	11,0
			(minimal)

Tricaproat

Tripelargonat

Divaleriatmonolaurat .,
Dibutyratmonolaurat .,
Divaleriatmonocaproat
Dicaproatmonovaleriat
MIL-L-7808

Claims (5)

Jeder der hier beschriebenen neuen gemischten Ester von Trimethyloläthan oder Kombinationen von zwei oder mehreren dieser Ester können unmittelbar als Schmiermittel verwendet werden, oder die Ester können mit anderen Materialien, z. B. mit Mineralöl, oder mit anderen Estern, die als alkoholische Komponente einen mehrwertigen Alkohol enthalten, gemischt werden, um Schmiermittel mit besonderen Eigenschaften zu erhalten. Es kann vorteilhaft sein, diesen Estern gewisse der bekannten Schmiermittelzusatzstoffe zuzusetzen, beispielsweise können Antioxydationsmittel, wie Phenyl-a-naphthylamin, 2,2'-Dipyridylamin, Phenothiazin oder Mischungen dieser Antioxydationsmittel in den Schmiermittelzusammensetzungen vorhanden sein. Die verwendete Menge ist von dem oder den verwendeten besonderen Estern, von der Wahl des Antioxydationsmittels und von dem Zweck abhängig, für den das Schmiermittel verwendet werden soll. Im allgemeinen werden ungefähr 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Antioxydationsmittel verwendet. Viskositätsindexverbesserer, Fließpunktserniedriger, Reinigungsmittel und Korrosionsinhibitoren können diesen Zusammensetzungen ebenfalls einverleibt werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Die synthetischen Schmiermittel gemäß der Erfindung können mit irgendeiner der üblicherweise zur Schmierfettherstellung verwendeten Seifen gemischt werden, um feste oder halbfeste Schmiermittel zu bilden. In jedem Fall ist die Wahl der Zusatzstoffe und die Menge des verwendeten Zusatzstoffes von einer Anzahl von Faktoren, einschließlich der Wahl des Esters und der Anwendung, für welche die Schmierzusammensetzung bestimmt ist, abhängig. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Schmiermittel gemäß der Erfindung die neuen gemischten Ester von Trimethyloläthan in größerer Menge als Grundlage und ein oder mehrere der vorgenannten Zusatzstoffe in geringerer Menge enthalten. Während die Schmiermittel gemäß der Erfindung besonders als Schmiermittel für Düsenflugzeugmaschinen brauchbar sind, ist ersichtlich, daß sie auch als Hochtemperatur- oder Hochdruckschmiermittel für andere Anlagen, wie z. B. Pumpen, Getriebe, Zahnradgehäuse, Ventile, Transmissionsbänder usw., verwendet werden können, in welchen das Schmiermittel zwischen sich relativ zueinander bewegende Flächen zwischengeschaltet ist. ■ Patentansprüche:

1. Schmiermittel, bestehend aus einem ein ίο Molekulargewicht im Bereich von 390 bis 460 aufweisenden gemischten Ester von Trimethyloläthan und geradkettigen Alkansäuren, in welchem im Mittel etwa zwei Hydroxylgruppen mit einer geradkettigen Alkansäure einer Kettenlänge von 4 bis 6 Kohlenstoffatomen und im Mittel etwa eine Hydroxylgruppe mit einer geradkettigen Alkansäure einer Kettenlänge von 7 bis 10 Kohlenstoffatomen verestert sind, sowie gegebenenfalls aus Mineralölen, gegebenenfalls aus üblichen, Schmierfett bildenden Seifen und gegebenenfalls aus Antioxydantien, Korrosionsinhibitoren, Viskositätsindex verbesserern, Fließpunkterniedrigern und/ oder Reinigungsmittel als üblichen Zusatzstoffen.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen gemischten Ester enthält, bei welchem im Mittel etwa zwei Hydroxylgruppen mit Valeriansäure verestert sind.

3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als gemischten Ester Trimethyloläthandivaleriatmonopelargonat oder Trimethyloläthandivaleriatmonoheptanoat enthält.

4. Schmiermittelzusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein aus Phenyl-a-naphthylamin, 2,2'-Dipyridylamin, Phenothiazin oder aus Mischungen dieser Verbindungen bestehendes Antioxydationsmittel enthält.

5. Schmiermittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Antioxydationsmittel enthält.