DE1444878C3 - Use of an oil-soluble copolymer as a mineral oil additive - Google Patents
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Description
CH2 = C(RO-COOCnH2nNR2R3 CH 2 = C (RO-COOC n H 2n NR 2 R 3
enthält, worin R1 Wasserstoff oder einen Methylrest, η 2 oder 3, und R2 und R3 jeweils niedere Alkylreste oder zusammen die Restecontains where R 1 is hydrogen or a methyl radical, η 2 or 3, and R 2 and R 3 are each lower alkyl radicals or together the radicals
CrL, CH2 CH2 CH2 ,CrL, CH 2 CH 2 CH 2 ,
Bekannt ist die Herstellung von Schmierölen mit verbesserten Eigenschaften durch Zusatz eines Mischpolymeren einer polymerisierbaren heterozyklischen basischen Stickstoffverbindung wie Vinylalkylpyridin und einer gegebenenfalls substituierten Acrylsäure bzw. einem Acrylsäureester. Demgegenüber hat die Erfindung sich die Aufgabe gestellt, ein Zusatzmittel zu Mineralöl zu finden, das den Fließpunkt in wachsartigen ölen herabsetzt, ferner die Dispergierung von im Verlauf des Gebrauchs auftretenden Verschmutzungen fördert und zur Verbesserung des Viskositätsindex beiträgt.The production of lubricating oils with improved properties by adding a copolymer is known a polymerizable heterocyclic basic nitrogen compound such as vinyl alkyl pyridine and an optionally substituted acrylic acid or an acrylic acid ester. In contrast, has the invention set itself the task of finding an additive to mineral oil that has the pour point in waxy oils, furthermore the dispersion of occurring in the course of use Promotes dirt and contributes to improving the viscosity index.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines aus 5 bis 30 Gewichtsprozent N-Vinyl-2-pyrrolidin und mehreren Acrylsäure- oder Methacrylsäureestern bestehenden öllöslichen Mischpolymerisats, dessen Estergruppen zum Teil eine Methyl-,The invention relates to the use of one from 5 to 30 percent by weight of N-vinyl-2-pyrrolidine and several acrylic or methacrylic acid esters consisting of an oil-soluble copolymer, whose ester groups are partly a methyl,
*> CH2-CH2-O-CH2-CH2-,*> CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -,
die mit dem Stickstoffatom einen Ring bilden, bedeuten, als Mineralölzusatz. Vorzugsweise enthält der Alkylteil der höheren Acrylsäure- bzw. Methacryl-which form a ring with the nitrogen atom mean, as a mineral oil additive. Preferably contains the Alkyl part of the higher acrylic acid or methacrylic
2S säureester in dem Mischpolymerisat bis zu 18 Kohlenstoffatome.
R2 und R3 sind gewöhnlich Methyloder Äthyl-, können aber auch Propyl- oder Butylgruppen
sein.
Die Verwendung eines Mischpolymerisats gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß es bei verhaltmsmäßig
hohen Betriebstemperaturen auch gegen Oxydation beständig und mit anderen Zusätzen verträglich
ist. Da es jedoch eine Reihe von Aufgaben in dem Mineralöl erfüllt, kann die Anzahl der sonst übliehen
Zusätze, z. B. zur Verbesserung des Viskositätsindex oder Herabsetzung des Fließpunktes, vermindert
werden. 2 S acid esters in the copolymer up to 18 carbon atoms. R 2 and R 3 are usually methyl or ethyl, but can also be propyl or butyl groups.
The use of a copolymer according to the invention has the advantage that it is also resistant to oxidation at relatively high operating temperatures and is compatible with other additives. However, since it fulfills a number of functions in the mineral oil, the number of otherwise usual additives, e.g. B. to improve the viscosity index or lower the pour point.
Für das gemäß der Erfindung verwendete Mischpolymerisat ist es wesentlich, daß es ein Gemisch von Acrylsäure- bzw. Methacrylsäureestern enthält, die derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Durchschnitt des gesamten Alkylanteils mindestens 8 Kohlenstoffatome ergibt. Im Durchschnitt soll der Alkylanteil ausreichende Kettenlänge haben, um eine Löslichkeit in dem Mineralöl zu gewährleisten. Wenn das Mischpolymerisat Einheiten eines N-Vinylpyrrolidons in einer Menge zwischen 5 und 30 Gewichtsprozent enthält, besitzt es eine Dispergierwirkung gegenüber Asphaitonen, Gummen, Erdölharzen und Schlammbestandteilen, die sich in ölen bilden. Der bevorzugte Gehalt an N-Vinylpyrrolidon in dem Mischpolymerisat liegt zwischen 6 und 15 °/o, und der günstigste Gehalt zwischen 8 und 12 Gewichtsprozent. For the copolymer used according to the invention it is essential that it contains a mixture of acrylic acid or methacrylic acid esters, the are matched so that the average of the total alkyl portion is at least 8 carbon atoms results. On average, the alkyl moiety should have sufficient chain length to achieve solubility to ensure in the mineral oil. If the copolymer is units of an N-vinylpyrrolidone contains in an amount between 5 and 30 percent by weight, it has a dispersing effect against asphaltones, gums, petroleum resins and sludge components that form in oils. the preferred content of N-vinylpyrrolidone in the copolymer is between 6 and 15%, and the best content between 8 and 12 percent by weight.
Die als brauchbar erkannten N-Vinylpyrrolidone sind N-Vinylpyrrolidone selbst, 3-Methyl-1-vinylpyrrolidon, 4-Methyl-l-vinylpyrrolidon, 5-Methyl-lvinylpyrrolidon, 3-Äthyl-l-vinylpyrrolidon, 3-Butyl-1-vinylpyrrolidon, 3,3-Dimethyl-l-vinylpyrrolidon, 4,5-Dimethyl-l-vinylpyrrolidon, 5,5-Dimethyl-lvinylpyrrolidon, 3,3,5-Trimethyl-l-vinylpyrrolidon, 4-Äthyl-l-vinylpyrrolidon, S-Methyl-S-äthyl-l-vinylpyrrolidon, 3,4,5-Trimethyl-3-äthyl-l-vinylpyrrolidon und andere mit niederen Alkylresten substituierte N-Vinylpyrrolidone. Bekanntlich sind diese Vinylverbindungen durch Umsetzen von Acetylen mit dem entsprechenden Pyrrolidon in Gegenwart einer starken Base als Katalysator zugänglich.The N-vinylpyrrolidones recognized as useful are N-vinylpyrrolidones themselves, 3-methyl-1-vinylpyrrolidone, 4-methyl-l-vinylpyrrolidone, 5-methyl-l-vinylpyrrolidone, 3-ethyl-l-vinylpyrrolidone, 3-butyl-1-vinylpyrrolidone, 3,3-dimethyl-l-vinylpyrrolidone, 4,5-dimethyl-1-vinylpyrrolidone, 5,5-dimethyl-1-vinylpyrrolidone, 3,3,5-trimethyl-l-vinylpyrrolidone, 4-ethyl-l-vinylpyrrolidone, S-methyl-S-ethyl-l-vinylpyrrolidone, 3,4,5-trimethyl-3-ethyl-l-vinylpyrrolidone and others substituted with lower alkyl radicals N-vinyl pyrrolidones. It is known that these vinyl compounds are produced by reacting acetylene with the corresponding pyrrolidone accessible in the presence of a strong base as a catalyst.
Die Vinylpyrrolidone können durch folgende Strukturformel wiedergegeben werden:The vinyl pyrrolidones can be represented by the following structural formula:
R3
R4 —C-R 3
R 4 —C-
R6 —CR 6 -C
Ra R a
-C-R1
C = O-CR 1
C = O
CH = CH2 CH = CH 2
worin die mit R bezeichneten Gruppen niedere Alkylgruppen sind. Die bevorzugten N-Vinylpyrrolidone haben insgesamt nicht mehr als etwa 10 Kohlenstoffatome. wherein the groups denoted by R are lower alkyl groups. The preferred N-vinyl pyrrolidones have no more than about 10 total carbon atoms.
Während die Estereinheiten in der Alkylgruppe bis zu 18 Kohlenstoff atome enthalten können, ist bei Verwendung z. B. als Zusatz zu einem Heizöl ein beträchtlicher Anteil, und zwar bis etwa 50 Gewichtsprozent an Butylacrylat oder -methacrylat zulässig, während der Rest des Mischpolymerisats dann aus einem Mischmonomeren besteht, das Dodecyl-, Myristyl-, Cetyl- oder Stearylgruppen enthält. Zur Herstellung von Mischpolymerisaten mit guter öllöslichkeit kann etwas mehr Hexyl-, Heptyl- oder Octylacrylat oder -methacrylat verwendet werden als an Butylestern und dementsprechend etwas weniger Methyl-, Äthyl- oder Propylacrylat oder -methacrylat. Bei Dodecylacrylat oder -methacrylat als Mischmonomeren sind die Mischpolymerisate gewöhnlich in allen Arten von flüssigen Erdölprodukten löslich. Dies ist auch bei Verwendung höherer Alkylgruppen der Fall.While the ester units in the alkyl group can contain up to 18 carbon atoms, is at Use e.g. B. as an additive to a heating oil a considerable proportion, up to about 50 percent by weight permissible on butyl acrylate or methacrylate, while the rest of the copolymer is then off consists of a mixed monomer which contains dodecyl, myristyl, cetyl or stearyl groups. For the production mixed polymers with good oil solubility can use a little more hexyl, heptyl or octyl acrylate or methacrylate are used than on butyl esters and accordingly somewhat less Methyl, ethyl or propyl acrylate or methacrylate. With dodecyl acrylate or methacrylate as mixed monomers the copolymers are usually soluble in all types of liquid petroleum products. This is also the case when using higher alkyl groups.
Wenn auch bevorzugt Mischpolymerisate, enthaltend Alkylacrylat oder -methacrylate mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, in den Alkylgruppen verwendet werden, so können auch in kleinen Mengenanteilen ähnliche Alkylester mit kleineren oder größeren Alkylgruppen verwendet werden. Das Mischpolymerisat kann also einen kleinen Mengenanteil an Äthyl-, Methyl- oder Propylacrylat oder -methacrylat enthalten, vorausgesetzt, daß das Estergemisch die erforderliche Löslichkeit in den zu behandelnden Mineralölen, und zwar sowohl Heiz- als auch Schmierölen, erzeugt. Der zuverlässige Mengenanteil an solchen niedrigen Alkylgruppen hängt von der Größe und dem Mengenanteil der höheren Alkylsubstituenten und dem Mineralöl ab, in dem das Mischpolymerisat gelöst werden soll.Even if mixed polymers containing alkyl acrylate or methacrylates with 4 to 8 carbon atoms are preferred, are used in the alkyl groups, similar can also be used in small proportions Alkyl esters with smaller or larger alkyl groups can be used. The copolymer can therefore contain a small amount of ethyl, methyl or propyl acrylate or methacrylate, provided that the ester mixture has the required solubility in the mineral oils to be treated, namely both heating and lubricating oils. The reliable proportion of such lower alkyl groups depends on the size and proportion of the higher alkyl substituents and the mineral oil in which the copolymer is to be dissolved.
Im Polymerisat können auch Alkylacrylate oder -methacrylate mit Alkylgruppen von mehr als 18 Kohlenstoffatomen wie Tricosylacrylat oder -methacrylat oder Tetracosylacrylat oder -methacrylat enthalten sein. Diese sind jedoch nicht so leicht zugänglich wie die Cetyl- und/oder Stearylester.Alkyl acrylates or methacrylates with alkyl groups of more than 18 carbon atoms can also be used in the polymer such as tricosyl acrylate or methacrylate or tetracosyl acrylate or methacrylate being. However, these are not as easily accessible as the cetyl and / or stearyl esters.
Es sei ferner erwähnt, daß kleinere Mengenanteile an anderen polymerisierbaren monoäthylenisch ungesättigten Verbindungen im Mischpolymerisat enthalten sein können, vorausgesetzt, daß sie nicht die Verwendbarkeit des Mischpolymerisats etwa durch mangelnde Löslichkeit, beeinträchtigen.It should also be mentioned that smaller proportions of other polymerizable monoethylenically unsaturated Compounds in the copolymer can be included, provided that they do not allow the usability of the copolymer, for example due to a lack of solubility.
Einige typische Mischmonomeren, die in den erfindungsgemäßen Mischpolymerisaten in kleinerer Menge enthalten sein können, sind Dibutylitaconat, Dioctylitaconat, Didodecylitaconat, Dicetylitaconat, Octadecylbutylitaconat, Didodecylfumarat, Vinyllaurat, Vinylstearat, Vinyloctoat, Vinyldodecyläther, Vinyltetradecylthioäther, Vinylbutylthioäther, Butoxyäthylmethacrylat, Dodecyloxyäthylmethacrylat und Dodecylthioäthylmethacrylat.Some typical mixed monomers that are used in the inventive Copolymers may be contained in smaller quantities, are dibutyl itaconate, Dioctyl itaconate, didodecyl itaconate, dicetyl itaconate, octadecyl butyl itaconate, didodecyl fumarate, vinyl laurate, Vinyl stearate, vinyl octoate, vinyl dodecyl ether, vinyl tetradecyl thioether, vinyl butyl thioether, butoxyethyl methacrylate, Dodecyloxyethyl methacrylate and dodecylthioethyl methacrylate.
Die Aminoalkylester verleihen dem Mischpolymerisat basischen Charakter. Sie können zweckmäßig etwa 0,5 bis 10°/» des Mischpolymerisats ausmachen. Die Anwesenheit von Gruppen aus den Aminoalkylestern in dem Mischpolymerisat verbessert die Dispergierwirkung, insbesondere bei hohen Temperaturen, ohne jedoch die Nachteile von Mischpolymerisaten zu zeigen, die nur aus den Aminoalkylacrylaten (oder -methacrylaten) und Alkylacrylaten und/oder -methacrylaten bestehen. Diese letzteren Mischpolymerisate sind mit verschiedenen, üblicherweise in ölen verwendeten Zusätzen nicht verträglich. Insbesondere sind sie nicht mit Erdölsulfonaten verträglich, die als Hochleistungs- undHochtemperaturreinigungs-The aminoalkyl esters give the copolymer a basic character. You can expediently make up about 0.5 to 10% of the copolymer. The presence of groups from the aminoalkyl esters in the copolymer improves the dispersing effect, especially at high temperatures, but without showing the disadvantages of copolymers which consist only of the aminoalkyl acrylates (or methacrylates) and alkyl acrylates and / or methacrylates exist. These latter copolymers are not compatible with various additives commonly used in oils. In particular are they incompatible with petroleum sulfonates, which are used as high-performance and high-temperature cleaning agents
ao mittel wirksam sind. Femer sind sie oxydationsempfindlich. Wenn jedoch die Aminoalkylester in den oben beschriebenen Mischpolymerisaten aus einem N-Vinylpyrrolidon und einem Acrylsäureester enthalten sind, treten diese Nachteile nicht auf. Die Mischpolymerisate aus Acrylsäureester, N-Vinylpyrrolidon und tert.-Aminoalkylacrylat oder -methacrylat besitzen eine sehr gute Dispergierwirkung für Asphaltene.ao medium are effective. They are also sensitive to oxidation. If, however, the aminoalkyl esters in the copolymers described above consist of one Contain N-vinylpyrrolidone and an acrylic acid ester these disadvantages do not arise. The copolymers of acrylic acid ester, N-vinylpyrrolidone and tertiary aminoalkyl acrylate or methacrylate have a very good dispersing effect for asphaltenes.
Die durchschnittliche Länge der Alkylgruppen wird natürlich auf eine Gruppe oder auf Molbasis berechnet. Der Alkylester kann eine einzige Alkylgruppe mit 8 oder mehr Kohlenstoffatomen haben, oder es kann ein Gemisch von Acrylaten und/oder Methacrylaten verwendet werden, vorausgesetzt, daß dieser erforderliche Durchschnitt der Kohlenstoffzahl in dem Alkylrest erreicht wird.The average length of the alkyl groups will of course be on a group or mole basis calculated. The alkyl ester can have a single alkyl group with 8 or more carbon atoms, or a mixture of acrylates and / or methacrylates can be used, provided that this required average carbon number in the alkyl radical is achieved.
Man kann als Initiatoren für die Polymerisation jeden freie Radikale bildenden Initiator — unter Einschluß von peroxydischen und Azokatalysatoren — verwenden. Ein besonders wirksames System besteht aus einem Hydroperoxyd und einem quaternären Ammoniumsalz. Auf das Gewicht des Polymerisationsgemisches bezogen, verwendet man dabei üblicherweise 0,05 bis 5 °/o an Hydroperoxyd. Das Verhältnis von Hydroperoxyd zu quaternärem Ammoniumsalz kann zwischen 100 :1 und 2,5 : 1 liegen und beträgt vorzugsweise 10:1.Any initiator which forms free radicals can be used as initiators for the polymerization - including of peroxidic and azo catalysts - use. A particularly effective system exists from a hydroperoxide and a quaternary ammonium salt. On the weight of the polymerization mixture based, one usually uses 0.05 to 5% of hydroperoxide. The relationship from hydroperoxide to quaternary ammonium salt can be between 100: 1 and 2.5: 1 and is preferably 10: 1.
Ein Gemisch aus 30 Teilen Stearylmethacrylat, 35 Teilen eines Laurylmyristylmethacrylats, 25 Teilen n-Butylmethacrylat, 2 Teilen Dimethylaminoäthylmethacrylat und 8 Teilen N-Vinylpyrrolklin wird mischpolymerisiert. Die Ausbeute an Mischpolymerisat liegt über 90%. Eine 3O°/oige Lösung desselben in Toluol hat eine Viskosität von 412 cSt bei 37,8° C.A mixture of 30 parts of stearyl methacrylate, 35 parts of a lauryl myristyl methacrylate, 25 parts n-butyl methacrylate, 2 parts of dimethylaminoethyl methacrylate and 8 parts of N-vinylpyrrolecline copolymerized. The yield of copolymer is over 90%. A 30% solution of the same in Toluene has a viscosity of 412 cSt at 37.8 ° C.
Dieses Mischpolymerisat wird in ein Leichtöl eingebracht und in einer Menge von 1,5 %> einem mit Lösungsmitteln gereinigten, mittelkontinentalen neutralen 170-S. U. S-Öl einverleibt. Ferner werden 0,65°/» Zinkdialkyldithiophosphatinhibitor und 4,2 Volumenprozent Erdalkalierdölsulfonat (handelsübliches Hochleistungsreinigungsmittel) zugesetzt. Bei einer Coordinating Research Council FL-2-Untersuchung liefert diese Masse einen Wert von 90 + . Ohne Zusatz dieses Mischpolymerisats ergibt das öl mit den anderen Zusätzen den Wert 60.This copolymer is introduced into a light oil and in an amount of 1.5%> a solvent-cleaned, mid-continental neutral 170-S. U. S oil incorporated. Furthermore will 0.65 ° / »zinc dialkyldithiophosphate inhibitor and 4.2 percent by volume of alkaline earth oil sulfonate (commercially available High-performance cleaning agent) added. During a Coordinating Research Council FL-2 study this mass gives a value of 90 +. Without the addition of this copolymer, the result is oil with the other additions the value 60.
Bei einer 36stündigen FL-4-Untersuchung aufDuring a 36 hour FL-4 exam
Korrosion bei hoher Temperatur und Oxydationsbeständigkeit unter SAE-30-Bedingungen wird bei Kupfer-Blei-Lagern folgender Gewichtsverlust beobachtet: Nr. 1 0,05 g; Nr. 6 0,023 g. Der Wert beträgt 95,5.Corrosion at high temperatures and oxidation resistance under SAE-30 conditions are associated with Copper-lead storage observed the following weight loss: No. 1 0.05 g; No. 6 0.023 g. The value is 95.5.
Bei einer Prüfung in einer Einzylinder-Kompressionsverbrennungsmaschine zeigt diese Mischung eine 3°/oige Ausfüllung der oberen Ringnut in 50 Stunden, 4,5% in 75 Stunden und 6,5% in 100 Stunden. Das Öl mit dem gleichen Inhibitor und dem gleichen handelsüblichen Reinigungsmittel, aber mit 1,5% eines Acrylsäureestermischpolymerisats zur Verbesserung des Viskositätsindex an Stelle des obigen Mischpolymerisats ergibt eine Füllung von 8,5 % in 25 Stunden und 15 °/o in 50 Stunden und ferner eine 2%ige Füllung der zweiten Ringnut, worauf die Untersuchung wegen des Festfressens der Ringe nicht fortgesetzt werden konnte.When tested in a single cylinder compression combustion engine This mixture shows a 3% filling of the upper ring groove in 50 hours, 4.5% in 75 hours and 6.5% in 100 hours. The Oil with the same inhibitor and the same commercial detergent but with 1.5% of one Acrylic ester copolymer to improve the viscosity index instead of the above copolymer results in a filling of 8.5% in 25 hours and 15% in 50 hours and also a 2% filling the second ring groove, whereupon the investigation was discontinued because of the seizing of the rings could be.
Die Dispergierwirkung der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate wird in Heizölen bei etwa 0,001 bis 0,1 Gewichtsprozent Zusatz oder mehr an einem oder mehreren der erfindungsgemäßen Mischpolymerisate erzielt. Konzentrationen über 0,1% sind wirksam, aber gewöhnlich unwirtschaftlich, da sie unnötig sind.The dispersing effect of the copolymers according to the invention is about 0.001 in heating oils up to 0.1 percent by weight or more of one or more of the copolymers according to the invention achieved. Concentrations above 0.1% are effective but are usually uneconomical because they are unnecessary.
In Schmierölen beginnt die Dispergierwirkung bereits bei ziemlich kleinen Konzentrationen, doch wird das Mischpolymerisat in der Praxis unter den Verwendungsbedingungen dieser öle gewöhnlich inIn lubricating oils, the dispersing effect begins at fairly low concentrations, however the copolymer is usually in practice under the conditions of use of these oils in
ίο Konzentrationen zwischen 0,1 und 20 Gewichtsprozent verwendet, wobei 0,5 bis 5 % bevorzugt werden. Ein Mischpolymerisat aus Laurylmyristylmethacrylat, Dimethylaminoäthylmethacrylat und N-Vinyl-3,3,5-trimethylpyrrolidon, hergestellt unter Verwendung von Diisopropylbenzolhydroperoxyd und Diisobutylphenoxyäthyldimethylbenzylammoniumchlorid als Initiator, hat ebenfalls gute Dispergiereigenschaften für Asphaltene, fördert die Oxydationsgeschwindigkeit und wirkt als Dispergiermittel für in Heizölenίο Concentrations between 0.1 and 20 percent by weight used, with 0.5 to 5% being preferred. A copolymer of lauryl myristyl methacrylate, Dimethylaminoethyl methacrylate and N-vinyl-3,3,5-trimethylpyrrolidone, made using diisopropylbenzene hydroperoxide and diisobutylphenoxyäthyldimethylbenzylammoniumchlorid as an initiator, also has good dispersing properties for asphaltenes, promotes the rate of oxidation and acts as a dispersant for in heating oils
ao sich bildende Gummen.ao forming gums.
Claims (2)
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