DE1644966B2 - Verwendung von 2,2,4-(2,4,4-)Trimethyladipinsäurediestern als Schmiermittel - Google Patents
Verwendung von 2,2,4-(2,4,4-)Trimethyladipinsäurediestern als SchmiermittelInfo
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Description
bonsäure=c|335SJkä5! °^er 010^VhSSSJiSSfS bestimmter Kettenlänge und Struktur als Schmiermittel,
insbesondere als Motoren-, Jet-, Lager-, Getriebe- oder Instrumenten-Öl, ist hinreichend bekannt und mannigfach beschrieben. Engt man den Schmiermittelbereich
auf Hochleistungsöle ein, so bildet eine vorgegebene bifunktionelle Verbindung nur noch mit wenigen
ausgewählten tnonofunktionellen Komponenten Diester von optimalen Schmiermitteleigenschaften. So
erfordert bekanntlich ein leistungsfähiges Schmiermittel einen hohen Viskositätsindex, niedrige Viskositäten bei
tiefen Temperaturen, einen hohen Flammpunkt, jedoch geringe Verdampfungsverluste bei Betriebstemperaturen, eine hinreichende Scher-, Oxidations- und Thermo-Stabilität neben weiteren anderen Prädikaten,
Derartige Eigenschaften besitzen relativ langkettige Diester mit einer geziehen Verzweigung. Stark
verzweigte Komponenten liefern mangelhafte Viskositätseigenschaften und damit keine sonderlich leistungs
fähigen Schmiermittel, wWvend völlig lineare und
unverzweigte Diester sich bei hervormgenden Vl-Werten allein infolge zu hoher Stockpunkte für efae
Anwendung als Schmiermittel unter normalen Bedingungen verbieten. Neben solcherlei strukturellen
Voraussetzungen ist die Herstellung leistungsfähiger Schmierstoffe m eminenter Weise von der technischen
Zugänglichkeit und Wirtschaftlichkeit der ausgewählten Esterstoffe abhängig.
Gemäß DE-PS 9 33 650 sind Schmiermittel auf Basis
von aliphatischen Dicarbonsäuren bekannt, die in der Kohlenwasserstoffkette zwischen den Carboxylgruppen durch eine oder mehrere Alkylgruppen substituiert
sein können. Geeignete Säuren sind z.B. Mono- und
Dimethyladipinsäure. Die DE-PS 944626 betrifft ähnliche Schmiermittel, als Säuren werden beispielsweise Adipinsäure oder Methyladipinsäure eingesetzt
Im Rahmen der Acetonchemie (s. ?/C Schmitt,
Chemische Industrie, Nr. 4, S. 1-7, 1966) ist
2^,4-(2,4,4-)Trimethyladipmsäure (durch Kondensation
von Aceton zu Isophoron, Hydrierung zum Trimethylcyclohexanoi und nachfolgender Säipetersäureoxydation) nunmehr in technischem Umfang zugänglich.
Durch Umsetzung von Trimethyladipinsäure, vorzugs
weise mit geradkettigen Monoalkoholen, erhält man
Diester, die sich durch ihre Leistungsfähigkeit als
Schmiermittel und Weichmacher auszeichnen und als Motoren-, Lager-, Getriebe- oder Instrumenten-Öl
unmittelbar, sowie in Form von Zusätzen zu Mineralöl
komponenten außerdem als Mehrbereichsmotorenöle
geeignet sind.
Überraschend wurde gefunden, daß Schmiermittel, die aus Trimethyladipinsäurediestem, deren Monoalkoholkomponente aus Gemischen homologer Alkohole
mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen bestehen, nicht nur geeignete, gute schmiertechnische Prädikate in bezug
auf Viskositätsindex, Kälteviskositätseigenschaften und Flammpunkt zeigen, sondern sich insbesondere durch
erhöhte Thermostabilität, deutlich verbesserte Oxida
tionsstabilität und gegenüber unsubstituierten Dicar
bonsäuren entscheidend höhere Hydrolysebeständigkeit und Verseifungsre&istenz auszeichnen.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von 2,2,4-{2,4,4-)TrimethyIadipinsäurediestern, deren
Monoalkoholkomponente ausschließlich aus Gemischen homologer Alkohole mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen besteht, als Schmiermittel.
Die Daten der Ester waren bisher unbekannt und sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 | C-Ketten- | Viskos.- | Stockpunkt | Flammpunkt | Viskosität | in cSt | +99" |
Trimethyladipinsäureester | länge | index | "C | 0C | -40° | +38· | |
Alkonolkomponente | 2,15 | ||||||
21 | 108 | -66 | 175 | 300 | 745 | 235 | |
2,2,4-(2,4,4)Trirnethyladipinsäure | 25 | 138 | -76 | 216 | 820 | 11,0 | 2,8 |
n-Hexanol | 25 | 79 | -60 | 207 | 2100 | 12,0 | 3,0 |
n-Octanol | 25 | 97 | -58 | 204 | 2200 | 12,8 | 3,4 |
2'Afhylhexäfiöl | 27 | 175 | -63 | 227 | 550 | 11,8 | 4,5 |
i-Octanol (Oxo-S.) | 27 | 129 | -50 | 209 | 6500 | 22,5 | 3,9 |
n-Nonanol | 27 | 103 | -45 | 209 | 6000 | 19,5 | 3.45 |
Trimethylhexanol | 29 | 145 | -54 | 233 | 2000 | 14.6 | |
i-Nonanol | |||||||
n-Decanol | |||||||
Fortsetzung
C-Ketten-I5nge
Viskos,-iJ
Stockpunkt Flammpunkt Viskosität in cSt
"C *C -40° +38°
+99°
2^,4-(2,4f4)Trimethyladipinsäi»re
j-Decanol (Oxo-S.) 29 128
n-Undecano| 31 172
n-Dodecanol 33 154
n-Tridecanol 35 160
j-TridecanoI (Oxo-S.) 35 100
n-Tetradecanol 37 163
48 | 228 |
29 | 240 |
22 | 248 |
2 | 252 |
35 | 236 |
9 | 256 |
5000
20,7 | 4,25 |
17,2 | 4,2 |
21,0 | 4,6 |
25,5 | 5,6 |
45,0 | 6,4 |
275 | 6,1 |
Erwartungsgemäß und aus Tabelle 1 ersichtlich weist der Di-n-nopylester sehr gute Schmiermitteleigenschaften auf. Da n-Nonanol in großtechnischen Mengen nicht
zugänglich ist, andererseits die Trimethyladipinsäurediester großtechnKjch zugänglicher Alkohole keine dem
Di-n-nonyiester adäquaten Schmiermitteieigenschaften
aufweisen, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die
großtechnisch zugänglichen Alkohole derart zu formulieren, daß ihre Trimethyladipinsäureester Schmiermittel mit brauchbaren Eigenschaften ergeben.
Nach allgemein vorherrschenden.Vorstellungen, die
auch experimentell belegbar sind, werden normalerweise mit steigender Anzahl von Mischungskomponenten
mit naturgemäß unterschiedlichen Eigenschaften die hervorstechenden Qualitäten einzelner Komponenten
immer stärker nivelliert, derart, daß eine solche
Arbeitsweise in ihrer Wirkung einem Verschnitt gleichkommt
Es zeigte sich überraschenderweise, daß man durch
physikalische Mischungen von Triir.ethyladipinsäuire
estern verschiedener Kettenlänge Schmiermittel erhält,
die wesentlich höhere Viskositätsindices aufweisen als nach rechnerischer Abschätzung erwartet werden
konnte, deren Stockpunkte allerdings nivelliert wurden.
Ester |
Zusammensetzung
der Mischung % VI«) |
(108)
(138) (154) |
Trimethyladipinsäure |
(108)
(138) (145) (154) |
|
di(n-butyl)ester
di(n-hexyf)ester di(n-octyl)ester di(n-decyi)ester di(n-dodecyl)ester |
0,5
33,0 44,0 1,0 |
(138)1 (145) J |
di(n-hexyl)ester
di(n'octyl)ester di(n-decyl)ester di(n-dodecyl)ester |
1,0
45,0 53.0 1.0 |
(175) 1 (145) J |
di(n-octyl)ester
di(n*decyl)ester |
50,0
50,0 |
(138)1
(145) (154) |
di(n-nonyl)ester
di(n-decyl)ester |
50,0
50,0 |
|
di(n-octyl)ester
di(n-decyl)ester di(n-dodecyl)ester |
SSS | |
Viskosität- Stockpunkt Flammindex punkt
163
172
178
173
180
-55 207
-53
-54
-53
-28
221
215
225
220
*) <* Vf der reinen Einzelester gemäß Tabelle
der Veresterung von Trimethyladipinsäure mit Monoal- als mittels physikalischer Mischungen von reinen
koholgemischen Estergemische mit praktisch gleich Trimethyladipinsäureestern zu erzielen sind. Aus den
guten Viskositätsindices, jedoch höheren Flammpunk- Beispielen gemäß Tabelle 3 ist ersichtlich, daß man
durch Veresterung von Alkoholgemischen mit Trimethyladipinsäure
Gemischdiester erhält, die ihren Eigenschaften und ihrem Verhalten nach dem groBtechnisch
nicht zugänglichen Di-n-nonylester praktisch adäquat sind.
Diese experimentellen Ergebnisse sind insofern von Bedeutung, als nach dieser Arbeitsweise nunmehr hochwertige Trimethyladipinsäure-Esterschmiermittel aus Alkoholen hergestellt werden können, die for sich allein (s. Tabelle 1) bezüglich ihrer Schmiermitteleigenschaften weniger leistungsfähig sind.
Diese experimentellen Ergebnisse sind insofern von Bedeutung, als nach dieser Arbeitsweise nunmehr hochwertige Trimethyladipinsäure-Esterschmiermittel aus Alkoholen hergestellt werden können, die for sich allein (s. Tabelle 1) bezüglich ihrer Schmiermitteleigenschaften weniger leistungsfähig sind.
Tabelle 3
(Gemisch-Ester)
Trimethyladipinsäureester, hergestellt durch Umsetzung von Trimethyladipinsäure mit
Monoalkoholgemischen
Zusammensetzung der Mischung Viskosität- Stockindex punkt % VI«) "C
Flammpunkt
n-Butanot
n-Hexanol
n-Octanol
n-Decanol
n-Dodecanol
n-Hexanol
n-Octanol
n-Decanol
n-Decanol
n-Octanol
n-Decanol
n-Nonanol
n-Decanol
n-Octanol
n-Decanol
n-Dodecanol
0,5 21.5 33,0 44,0
1,0
1,0 45,0 53,0
1,0
50,0 50,0
50,0 50,0
333
333
(108) (138) (145) (154)
(108) (138) (145) (154)
(138) (115)
(175) (145)
(138) (145) (154)
137
-65 210
167
175
167
178
-63
-60
-58
-40
225
220
229
223
·) - Vl der reinen Einzelester gemäß Tabelle
Erfindungsgemäß werden sowohl wegen der erzielbaren Eigenschaften als auch aus verfahrensmäßigen und
wirtschaftlichen Gründen vorzugsweise technisch und natürlich anfallende Monoalkoholgemische oder aber
gezielt« Abmischungen in den Eigenschaften und in der
Struktur ähnlicher oder verschiedener Monoalkohole mit Trimethyladipinsäure zur Veresterung gebracht und
als Schmiermittel sowie als Weichmacher verwendet. Zur Gewinnung von Sstergemischen mit guten Viskositätsindices, hohen Flammpunkten und besonders tiefen
Stockpunkten gemäß Tabelle 3 ist es zweckmäßig, in einer Vorreaktion Trimethyladipinsäure mit einem
Unterschuß des Monoalkoholgemisches zunächst vorwiegend zum Halbester umzusetzen und nachfolgend
unter Zugabe des restlichen Alkoholgemisches die vollständige Veresterung zum Gemischtester auszuführen. Führt man dagegen die Veresterung in einem
Schritt mit der vorgesehenen Gesamtmenge aller t>o
Reaktionspartner aus, so weist das resultierende Estergefflisch weitgehende Ähnlichkeil mit einer physikalischen Mischung etwa entsprechender Zusammensetzung von reinen Trimethyladipinsäureestern auf, mit
Stockpunkten gemäß Tabelle 2. b5
Die Trimethyladipinsäureester- und Estergemische zeichnen sich neben den belegten Prädikaten durch
hohe Verseifungsrcs'stenz, durch hervorragende Oxy
dations- und Thermostabilität sowie durch Verträglichkeit gegenüber Mineralölen und vielen anderen Stoffen
aus. Die Thermostabilität erreicht dabei die Werte der außerordentlich schwierig zugänglichen Untrecandicarbonsäure, d.h. deren Diester, wobei außerdem zu
bemerken ist, daß Undecandicarbonsäureester schlechte Hydrolyseresistenz zeigen.
Die thermische Stabilität einiger Trimethyladipinsäureester im Vergleich zu Diestern ähnlicher Kettenlänge
ist in Tabelle 4 aargestellt
350° am Rückflußkühler ohne Schutzgas
C-Ketten- Säurezahl
länge (mg KOH/
g Sub.)
hexyl)ester
hexyl)ester
di(2-äthylhexyl)ester
25 25
26 18
28 14
f-'ortset/ung
C-Ketlenlänge
Säurezahl
(mg KOH/
g Sub.)
(mg KOH/
g Sub.)
Undecandicarbonsäurc- 29 3
di(2-äthylhexyl)ester
Dodecamethylendiol- 28 32
di(2-äthylhexoat)
Tridecamethylendiol- 29 4
di(2-äthylhexoat)
Trimethyladipinsäure- 25 4
di(n-octyl)ester
Trimethyladipinsäure- 27 3
di(n-nonyl)ester
Trimethyladipinsäure- 29 4
di(n-decyl)ester
Die Säurezahlen von physikalischen Gemischen sowie Gemischtestern der Trimethyladipinsäuren liegen ebenfalls
unter 5.
Hydrolyseresistenz einiger Ester, bestimmt durch Änderung der Säurezahl nach Erhitzen gleicher Mengen
Ester und Wasser in 20 Stunden bei 180° C im Autoklaven
Ester | Änderung der |
Säurezahl | |
(mgKOH/gSub.) | |
Trimethyladipinsäure-n-octyl- | 2,54 |
n-decyl-Ester | |
Trimethyladipinsäure-Ester aus | 3,80 |
Alfol® 10, einem handelsüblichen | |
Gemisch aus n-Cio· und n-Cir | |
Alkoholen | |
Trimethyladipinsäure-n-decyl- | 3,12 |
n-dodecyl-Ester | |
Adipinsäure-di-isodecylester | 76,5 |
Decandicarbonsäu re-di-2-äthyl- | 51,75 |
hexylester | |
Sebazinsäure-di-2-äthylhexylester | 65,3 |
Azelainsäure-di-isodecylester | 63,7 |
Die Werte zeigen die überlegene Hydrolyseresistenz der erfindungsgemäßen Trimethyladipinsäurediester.
Von besonderem Vorteil ist ferner die der Rohesterbildung nachgeschaltete Aufarbeitungsmethode zur
Herstellung völlig säurefreier Ester. Bekanntlich weisen die anfallenden Rohester, häufig genug auch Esterdestillate
aus neutralen Rohestern, eine meßbare Säurezahl auf, die aus zahlreichen Gründen unerwünscht ist In der
Literatur sind zwar Methoden zur Entfernung saurer Anteile aus Estern beschrieben, doch sind diese
Methoden mitunter aufwendig oder auf speziell gelagerte Fälle zugeschnitten. Die nachstehend beschriebene
Methode erlaubt eine vollständige Entfernung saurer Anteile, führt zu einer Aufhellung der
Produkte und zeichnet sich durch einfache und wirtschaflliche Arbeitsweise aus.
Nach nahezu vollständiger Veresterung und Abdestillation des Schleppmittels bzw. der im Überschuß
angewandten Veresterungskomponente weist der Rohester hinreichend oft noch einen Gehalt an sauren
Anteilen auf. Die ermittelten Säurezahlen liegen im allgemeinen in einem Bereich von 0-10(mgKOH/g
Substanz), insbesondere bei sterisch gehinderten Estern, wie im vorliegenden Fall beim Trimethyladipinsäureester.
Setzt man nun einem solchen Rohester eine seiner Säurezahl adäquate Menge an MgO sowie molare
Mengen Wasser zur Bildung von Mg(OH)) zu und etwärmt unter Rühren 5 bis 20 Minuten bei 80 bis 9O0C,
so findet eine vollständige Neutralisation der sauren Esteranteile statt, wie sich nach dem Absaugen oder
Abzentrifugieren des Magnesiumniederschlags analytisch belegen iäot. Eine gleiche "wirkung erzieh man in
0,5 bis 2 Stunden bei 2O0C. Die anzuwendenden
Temperaturen liegen also im Bereich von 20°C- 100°C.
Einzige Voraussetzung bei dieser Behandlung ist die Gewährleistung einer guten Dispergierung des MgO
bzw. Mg(OH); mit dem Ester, und zwar im Hinblick auf die Neutralisation wie auch bezüglich der späteren
Verwendung der magnesiumsauren Esterverbindungen. So empfiehlt es sich zum Beispiel, eine kleine Menge des
Rohesters rc.i der für die Gesamtcharge berechneten
Menge MgO und H2O über einen Schnellrührer oder ein
Walzsystem feindispers zu verteilen und dann in die Charge einzutragen.
Nach der Neutralisation, dem Absaugen oder Abzentrifugieren der magnesiumsauren Esterverbindungen
wird der Rohester fraktioniert. Im allgemeinen sind die anfallenden Fraktionen neutral, mitunter weisen
aber hochsiedende Esterdestillate noch Säurezahlen von 0 bis 1 auf und werden in den Fällen, wo eine
Säurezahl von 0 absolut erforderlich ist, erneut mit einer nunmehr geringen und wieder berechenbaren Menge an
MgO + H2O, zweckmäßigerweise nur bei Raumtemperatur, behandelt. Vom Niederschlag befreit, kann der
Ester unmittelbar verwendet werden. Der Glührückstand derart behandelter Ester liegt bei 0,001 und
weniger Gewichtsprozent MgO. Der Zusatz von auf MgO bezogenen molaren Mengen Wasser beschleunigt
den Neutralisationsprozeß, vor allem bei Raumtemperatur. Wasserfreies MgO ist bei Raumtemperatur wenig,
bei erhöhten Temperaturen dagegen vollauf wirksam.
Die Vorteile dieser Aufarbeitungsmethode sind:
1. Ein einfacher, wirksamer und universell anwendbarer
Prozeß.
2. Das Ausbleiben von Schäumen und Emulsionen.
3. Kein Abwasserproblem.
4. Der magnesiumsaure, feindisperse Esterschlamm ist zur Herstellung von Wachsdispersionen für
Pflegemittel sowie Korrosionsschutz hervorragend geeignet. Der feindisperse, noch Esterschlamm
enthaltende Magnesium-Fettsäuremonoester-Niederschiag kann schließlich zusammen mit
Lithiumseifen unter Zusatz von Esterölen zu leistungsfähigen Schmierfetten verarbeitet werden,
die den mineralischen Schmierfetten deutlich überlegen sind.
Claims (3)
- Patentansprüche;L Verwendung von 2£4-(2,4,4-)TrtmethyIadipinsäurediestern, deren Monoalkoholkomponente ausschließlich aus Geroischen homologer Alkohole mit 4 bis 14 Kohlenstoffatomen besteht, als Schmiermittel-
- 2. Verwendung von 2£4-(2,4,4-)Trimethy!adipinsäurediestern, die hergestellt worden sind durch Umsetzung von 2A4-{2,4,4-)TrimethyIadipinsäure zunächst mit einer auf den Halbester berechneten Menge Alkohol und nachfolgender Zugabe des restlichen Alkoholgemisches bis zur vollständigen Veresterung zu den Gemischtesten! nach Anspruch 1, als Schmiermittel.
- 3. Verwendung von 2A4-(2,4,4-)TrimethyIadipinsäurediestern, die durch Behandlung des Rohesters mit einer seiner Säurezahl adäquaten Menge an MgO, gegebenenfalls unter Zusatz von auf MgO bezogenen äquimolaren Mengen Wasser bei Raumtemperatur oder bei 20 bis 100°C bis zur vollständigen Neutralisation aufgearbeitet worden sind, nach dea Ansprüchen 1 und 2, als Schmiermittel.
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---|---|---|---|
DE1644966A DE1644966C3 (de) | 1967-06-15 | 1967-06-15 | Verwendung von 2,2,4-(2,4,4-)Trimethyladipinsäurediestern als Schmiermittel |
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FR1568607D FR1568607A (de) | 1967-06-15 | 1968-06-12 | |
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1644966A DE1644966C3 (de) | 1967-06-15 | 1967-06-15 | Verwendung von 2,2,4-(2,4,4-)Trimethyladipinsäurediestern als Schmiermittel |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1644966A1 DE1644966A1 (de) | 1971-04-29 |
DE1644966B2 true DE1644966B2 (de) | 1981-04-09 |
DE1644966C3 DE1644966C3 (de) | 1981-12-17 |
Family
ID=25754105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1644966A Expired DE1644966C3 (de) | 1967-06-15 | 1967-06-15 | Verwendung von 2,2,4-(2,4,4-)Trimethyladipinsäurediestern als Schmiermittel |
Country Status (6)
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