DE2124943A1 - Säurebeständige Schmiermittelzu sammensetzung - Google Patents
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Description
DEN
Case 380 - Comm» 5119o01
AGIP SoPoAc
Horn / Italien
Horn / Italien
Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung
Die Erfindung betrifft säurebeständige Schmiermittelzusammensetzungen,
die sich für die Verwendung in Schiffsmotoren eignen.
Es ist bekannt, daß die Schmierung im offenen Kreislauf
der Zylinder von langsam laufenden (niedertourigen) Zwei-Takt-Schiffsmotoren
seit vielen Jahren auf der Verwendung von "säurebeständigen Ölen" beruht, die dadurch charakterisiert
sind, daß sie eine sehr große Menge an Zusätzenjbeispielsweise
in der Größenordnung von 25 Gewo-% oder mehr,
enthalten. Der Grund dafür, warum diese öle verwendet werden,
hängt mit dem zugeführten Treibstoff zusammen. Um die Betriebskosten
zu senken, werden diese Motoren mit einem schweren Treibstoff mit einem hohen prozentualen Schwefelgehalt
betrieben. Es ist klar, daß unter diesen Bedingungen die sauren Verbrennungsprodukte, hauptsächlich Schwefelsäure,
neutralisiert werden müssen, so daß sie keine Zeit haben, das Metall des Zylindergehäuseß, mit den sie in Berührung
109850/1627
kommen, zu korrodieren.,
Obwohl die lieutralisationsfunktion offensichtlich die
Hauptfunktion dieser Öle ist, ist" es wesentlich, sich zu vergegenwärtigen, daß das öl gleichzeitig als Schmiermittel
und Detergens v/irken muß, da man nicht erlauben kann?
daß sich der Motorschlamm und die Produkte des thermischen Abbaus des Brennstoffes und des Schmiermittels selbst anreichern
bzw, anhäufen und sich an den Stellen festsetzen, an denen die freie Bewegung der mechanischen Teile aufrechterhalten
werden muß.
Die kritischere Zone von diesem Standpunkt aus betrachtet sind die Kolbenringnuten,an denen es als Folge der Anwesenheit von Firnissen und Teerprodukten, aus der Zersetzung
möglich ist, daß der Kolbenring entweder vollständig oder auch nur teilweise sich festfrißt» In diesem Falle kann
der Kolbenring seine Abdichtfunktion nicht ausführen und infolgedessen wird er durch mechanische Belastungen mehr
beanspruchte
Es ist bekannt9 daß ein bei vielen üblichen säurebeständigen
ölen infolge ihres hohen Anteils an Additiven häufig auftretender Nachteil der ist, daß sich große Mengen an Rückständen
bilden, die aus den Additiven selbst entstehen« Die
Menge und der physikalische Zustand dieser .Rückstände kann den Lauf des Motors beeinflussen, da die Einlaß-, Spül« und
Auslaßventile sich mit hartem Material zustopfen können (verstopft werden können), das schwierig zu entfernen isto
Die Härte und das Festhaften (tendency) der ölrückstände in Verbindung mit den physikalischen Eigenschaften des Brennstoffes
kann zu einem Abrieb und Verschleiß an dem Kolbenmantels an dem Kolbenring und an dem Zylindergehäuse führen*.
Seit kurzem sind durch Verwendung spezieller Rohöle schwere Brennstoffe bzw. Treibstoffe mit einem ziemlich niedrigen
109850/1627
Schwefelgehalt (von bis zu maximal 1 %) erhältliche Diese
Treibstoffe sind mit den Schmierölen, die eine hohe Gesamtbasenzahl
aufweisen.^ unverträglich, da sie unter bestimmten
Bedingungen der Motorbelastung zu Verschleiß und zum Festfressen führenο Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß ein
säurebeständiges öl eine geeignete Kombination von Komponenten umfassen solltes von denen Jede für eine bestimmte
Funktion vorgesehen ist und die Funktionen der anderen Komponenten nicht stört ο sie sogar, falls möglich^ verbesserto
Was die Detergensfunktion anbetrifft ^ so ähneln die Zusätze
(Additive) von säurebeständigen ölen für Schiffsmotoren
sehr denjenigen für solche mit einer kleineren Zylinderkapazität . Die Neutralisationsfunktion ist im allgemeinen, das
Ergebnis von Galcium- oder Magnesiumsalζen organischer Säuren
oder schwacher anorganischer Säuren«
Es ist bekannt j zur Herstellung von komplexen und ausge'wogenen
Additiven für säurebeständige öle über-basische Calciumsulfonate natürlichen oder synthetischen Ursprungs (Alkarylsulfonate)
zu verwenden,, die Galcium als feine Dispersion von Calciumcarbamat enthaltene Die erhaltene Dispersion ist
so- daß das Produkt in dem öl gründlich gelöst zu sein scheint
und es ist auch offensichtlich in den meisten bekannten organischen Lösungsmitteln lösliche Herstellungsverfahren für
solche Dispersionen sind bekannt und sie umfassen entweder die Verwendung von Calciumderivaten von Phenolen und Sulfophenolkomplexen,
die ihrerseits ebenfalls Korrosionsschutzmittel sind und die? wenn sie in ein geeignetes Salz überführt werden,
auch als Detergentien und Dispergiermittel wirken»
Ziel der Erfindung ist es, eine säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung für die Schmierung der Zylinder von langsam
laufenden (niedertourigen) Zwei-Takt-Schiffsmotoren in einem
offenen Kreislauf in der Weise herzustellen, daß die Detergens-, Neutralisations- und Schmiereigenschaften geeignet abgestimmt
sind und die agglomerierten Rückstände genügend gut entfernbar
109850/1627
land spröde sind. Die Schmiermittelzusammensetzungen, die
den Gegenstand der Erfindung darstellen und die später an Hand von Beisnielen, auf welche die Erfindung Jedoch nicht
beschränkt ist5 erläutert werden,, weisen Mengenanteile an
ihren Komponenten auf, die innerhalb sehr breiter Bereiche •variieren je nach dem Anwendungsgebiet9 auf dem die fraglichen
Schmiermittel verwendet werden* Im allgemeinen enthalten
die Zusammensetzungen:
1c) eine organische Säure, ihre Ester und Salze,
2c) ein neutralisierendes Detergensv
3«) ein aschefreies Dispergiermittel und Betergens, 4„) ein Schmieröl mineralischen oder synthetischen Ursprungsβ
Unter organischen Säuren sind die gesättigen oder ungesättigten organischen Monocarbonsäuren mit 10 bis 30 Kettenkohlenstoff
atomen und die organischen Oxysäuren mit 10 bis 50 Kettenkohlenstoffatomen zu verstehen* Die davon abgeleiteten
Ester umfassen die Äthyl- Propyl-, Isopropyl-, Butyl-?
Amyl-, Oleyl-, Stearyl-, Palraityl-, (Mono-, Di- und ü?ri~)~
glycerin-, (Mono- und Di~)äthylenglykolester„
Unter neutralisierenden Detergentien sind die Sulfonate und
die Sulfophenate zu verstehen,, die neben ihrer neutralisierenden
Wirkung auch eine Detergenswirkung ausüben o Im
allgemeinen werden neutrale oder überbasische (overbasic) Calciumsulfonates -phenate und -sulfophenate verwendet, die
auf dem Markt leicht erhältlich sincL· Diese Produkte werden in einer solchen Menge verwendet, da/3 eine hohe neutralisierende
Wirkung gleichzeitig mit der Antioxydations- und
Antikorrosionsfunktion sichergestellt ist» Das Molekulargewicht der Alkarylsulfonate, die zur Lieferung von Calciumderivaten
besser geeignet sind und wirksam zur Stabilisierung einer sehr hohen Uberalkalinität beitragen können^ liegt
innerhalb des Bereiches von etwa
109850/1627
Die wirksamsten Sulfophenole für die erfindungsgemäße Verwendung sind dadurch gekennzeichnet, daß sie in dem Molekül
zwei aromatische Kerne auf v/eisen, die durch ein oder zwei Schwefelatome miteinander verbunden sind und welche die
allgemeine Forniel haben
OH
R~ 4 -
^y
Während der Schwefel die Korrosionsschutzeigenschaften des Sulfophenols verbessert, kann die Länge der Seitenkette
die Löslichkeit der Produkte selbst beeinflussen» Bei den Phenolen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, kann
es sich um die einfachsten der Formel R-CgH^-OH, um solche Phenole, die verschiedene Substituenten in dem Kern aufweisens
oder um solche Phenole handeln, die zwei oder mehr Kerne aufweisen und in denen die Substituentenketten durch
beispielsweise Kohlenwasserstoffbrücken miteinander verbunden sindο Wegen der gewachsenen Anforderungen an die meisten
modernen Schiffsdieselmotoren ist es zweckmäßig, in einigen Fällen auch auf Additive zurückzugreifen, die neben den
Detergenseigenschaften auch Dispergiereigenschaften aufweisen und dies insbesondere in Schmiermitteln, in denen
das verwendete Neutralisations- und Detergensmittel ein solches vom Typ mit einer sehr hohen Geeamtbasenzahl (TBN)
ist ο Zu diesem Zweck werden geeignete Detergentien und Dispergiermittel
des gleichen Typs verwendet, wie sie für kleinere Motoren verwendet werden, deren Detergenswirkung
sich nahezu synergistisch an diejenigen der obigen Sulfonate, Phenate und Sulfophenate addiert. Bei diesen dispergierenden
Detergentien kann es sich um zwei Typen handeln, von denen einer des polymeren Typs die folgende allgemeine
Formel hat:
109850/1627
R RR R R
C-CH0-C-CH0-C-CH0-C-CH0-C-CH0-XXYXX
in der X eine oleophile Gruppe5 Y eine polare Gruppe und
R einen Alkylrest oder ein Wasserstoffatom bedeuten»
Diese Polymerisate können aus einer großen Anzahl von Monomeren erhalten werden, welche eine Struktur für die
Gewährleistung der Löslichkeit in dem Öl liefern können«, beispielsweise die Ester von Acryl- und Methacrylsäuren Ί
die Ester von ungesättigten Polycarbonsäuren (Maleate?
Fumarate j Itaconate)»die Vinyl- und Allylestero Auch für
die polaren Gruppen Y besteht eine große Wahlmöglichkeit
beispielsweise unter folgenden:
\ - (O - R)„ -OH-O JR
- c
- R - N ^O - (R - 0)„ - ROH
ι η
C ^R-OH
O?s
CO - CH2 - NH - ROH /
'CH2 - CH2
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Der andere Detergens- und Dispergiermitteltyp umfaßt die Alkenyl~W-substituierten Succinimide mit einer langen Kette
oder die damit verwandten Produkte und er entspricht der folgenden allgemeinen Formel
CH5 ^O
R - GH * C - GH2 - CH - C^
Die Alkeny!bernsteinsäure wird durch !Condensation eines
Olefinpolymerisats, im allgemeinen eines Polyisobutene
mit einem Molekulargewicht innerhalb des Bereiches von 800 bis 1200, mit Maleinsäureanhydrid erhalten. Die Aufeinanderfolge-,
nach der die verschiedenen Komponenten oder Bestandteile addiert werden, hat gewöhnlich eine geringe
Bedeutung und sie hängt ab von den Eigenschaften und von den operativen Möglichkeiten der 'verfügbaren Anlageo Bs
muß besondere Sorgfalt auf die Verwendung von Säuresubstanssen
mit Sulfonates, und überbasischen Sulfophenaten verwendet
werden, da der darin enthaltene Calciumanteil in Form von Salzen schwacher organischer Säuren oder von
Kohlensäure verschoben werden kann und an die addierte Säure gebunden sein kann unter Bildung einer neuen Verbindung;,
die sich nicht immer in einem Zustand der zufriedenstellenden Löslichkeit oder Dispersion befindet*, Als allgemeine
Regel gilt jedoch, daß im Falle der Verwendung von freien organischen Säuren und falls ihre Neutralisation erforderlich
wird,- diese Operation in etwa 1/4· des gesamten Mineralöls durchgeführt wird durch Zugabe der erforderlichen
Menge an Calciumoxid zusammen mit der sauren Substanz durch starkes Rühren mittels eines T'urbinenrührers unter Zugabe
der erforderlichen Menge can Wasser, Das Produkt wird auf
eine Temperatur innerhalb des Bereiches von 70 bis 110°C er-
1098B0/ 1627
hitzt und gerührt für eine Zeit lang, die erforderlich ist, um das zugesetzte Wasser zu entfernen und die Umsetzung
zu vervollständigen«
zu vervollständigen«
Zu dem so erhaltenen Produkt werden die anderen Komponenten zugegeben, nachdem die Temperatur auf die Werte gebracht
worden ist% die üblicherweise für einfache Ifiechoperationen angewendet wird.
worden ist% die üblicherweise für einfache Ifiechoperationen angewendet wird.
Die folgenden Beispiele sollen einige erfindungsgemäße Zusammensetzungen
erläuternj ohne sie Jedoch darauf zu beschränken
o
Beispiel
Λ
überbasisches Calciumsulfonat von SuIfοnpetroleum-
säuren (mittleres Molekulargewicht etwa 4-70? Gehalt
an aktivem Anteil 50 his 55 %i Gesamtbasenzahl TBH *
270 mg KOH/g der Probe) 20 Gew*-
Äthyloleat technischer Qualität 4- "
Polymerisatdispergiermittel auf Polyalkenylsuccinimidbasis
(Molekulargewicht etwa 1000)
technischer Qualität 2 "
technischer Qualität 2 "
Mineralöl (Viskositätsindex V.I0 = etwa 90,
Engler-Viskosität (EaV0) bei 50°C «17-18) 74- ir
Engler-Viskosität (EaV0) bei 50°C «17-18) 74- ir
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaft en ι
Aussehen klar
Farbe braun
•P.B.BT. (mg KOH/g) 55,57
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überbasisches Calciumsulfophenat (TBN etwa 260
mg KOH/g) technischer Qualität 18
Bariumstearat 5 n
synthetisches neutrales Calciumsulfonat mit
einem Molekulargewicht von 5°O 3 "
Dispergiermittel-Detergens auf Basis von PoIyalkenylsuccinimid
technischer Qualität 2 M
Mineralöl (V.l. = 70, S0V050 - 20) 72 H
Das Produkt hatte die folgenden Eigenschaften:
Aussehen opalisierend
Farbe dunkelbraun
E.VOI-0 20,5
V9I, 65
Beis-piel 3
Synthetisches überbasisches Calciumsulfonat mit einem Molekulargewicht von etwa 550 und
einer Ί?ΟΒ.Ν. - 300 mg KOH/g 22 Gew.-%
Stearylpalmitat · 6 "
handelsübliches Dispergiermittel-Detergens
auf Basis von Polyalkenylacrylaraid mit einem
Molekulargewicht von 2000 - 3OOO 2 "
MinjjieralÖl (E-V^50 «19} V»I. « 90) 70 "
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaften:
Aussehen opalisierend
Farbe dunkelbraun
EoV050 20,5
VoIc 80
T.BoNo 65
109850/1627
handelsübliches überbasisches Calciumsulfonat mit einem Molekulargewicht von etwa 480, hergestellt
aus synthetischen Sulfonsäuren, T.B0Hf0
etwa 300 mg KOH/g 22 Gewo-%
leopropyllaurat 7 "
handelsübliches neutrales Calciumsulfonat*.
Molekulargewicht etwa 420 2 "
handelsübliches polymers» aschefreies Dispergiermittel
auf Basis von Polyalkenylacrylamid, Molekulargewicht 2000 - 3000 1 "
Mineralöl^. E^V050 = 18, V0I. = 90 68 "
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaftens
., Aussehen ,. ' klar
Farbe dunkelbraun
X E0V050 - . 2095
V.l. 85
T0BoN. 65
handelsübliches überbasisches Calciumsulfophenat
mit einem aktiven Anteil von etwa 55 %% T0B0NO
250 mg KOH/g 18 Gew.-%
handelsübliches Calciumoleat 5 "
Mineralöl mit einem mittleren V0I0, E0V050 · 18,5 77 "
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaften;
Aussehen klar
Farbe . dunkelbraun
V.I» 70
T.BoNc 45
109850/1627
handelsübliches überbasisches Calciumsulfophenat,
hergestellt aus Erdöl (Petroleum) mit einem
mittleren Molekulargewicht von 4?0, T0B0If0 « 300
mg KOH/g 20 Gewo-#
Amylhydroxystearat 6 "
neutrales Bariumsulfophenat, abgeleitet aus
handelsüblichem Nonylphenol 3 M
handelsübliches Dispergiermittel auf Basis von
Polyalkenylsuccinimid mit einem mittleren VOI0 1 "
Mineralöl (E.V.^= 17; V.l. « 85 bis 90) 70 «
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaften:
Aussehen klar
Farbe dunkelbraun
E0V050 17
V0I0 80
OJoBoH, 60
handelsübliches neutrales CaIciumsulfophenat,
bestehend aus zwei Molekülen Honylphenol, die durch eine Schwefelbrücke zwischen den Kernen
miteinander verbunden sind und neutralisiert
durch Calcium, T.B.N. * 14-0 mg KOH/g 5 Gew.-%
handelsübliches überbasisches Calciumsulfophenat der gleichen Struktur wie oben, das jedoch CaCO3.
als feine Dispersion enthielt+ T.BoN. » 250 5
mg KOB/g 20 n
handelsübliches Oleyloleat 7 tt
handelsübliches aschefreies Detergens und Dis~
pergiermittel auf Basis von Polyalkenylsuccinimid 1 n
Mineralöl mit mittlerem V.Io 67 "
Das Produkt hatte die folgenden Eigenschaften:
109850/1627
Aussehen klar
Farbe dunkelbraun
EoV050 18
V0Io . 70
T.B.N, 60
handelsübliches überbasisches Calciumsulfophenat,
hergestellt aus Erdöl (Petroleum), mittleres
Molekulargewicht 4-70» T0B0No « 250 mg KOH/g 25 Gewo-%
Dispergiermittel auf Basis von Polyalkenylsuccinimid
3
Mineralöl mit einem mittleren V0I0 67 "
Handelsübliches Calciuaoleat 5 "
Das Produkt hatte die folgenden hauptsächlichen Eigenschaften?
Aussehen klar
Farbe dunkelbraun
EoVc50 19,5
VoIo 80
ToBoN0 mg KOH/g 63
Zur Bestimmung der Eigenschaften der säurebeständigen öle bei
der Verwendung in Schiffsmotoren müssen lange und schwierige Tests durchgeführt werden, die hauptsächlich mit an Bord von
Schiffen installierten Motoren oder, in günstigeren Fällen, in thermoelektrischen Anlagen durchgeführt werden. Unglücklicherweise
sind bekanntlich diese großen Motoren während des gewöhnlichen Laufs einer erheblichen Anzahl von variierenden
Bedingungen ausgesetzt, welche die Interpretation der Testergebnisse schwierig machen. Weitere Schwierigkeiten hängen
mit logistischen und wirtschaftlichen Gründen zusammen0 Deshalb
ist es gewöhnlich nicht möglich, eine erste Bewertung direkt an dem Motor durchzuführen, sondern es werden Laborapparaturen
verwendet, die sich zur Simulierung der möglichen
109850/1627
Bedingungen bei der praktischen Verwendung eignen. Erst nach einer langen und sorgfältigen Beurteilung in dem
Labor wurden die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen für Tests mit auf Tankern installierten Motoren verwendet,
wobei Gruppen von zwei bis drei Zylindern des gleichen Motors verwendet wurden um die gleichzeitige Durchführung
von mehreren Tests zu ermöglichen»
Nach etwa einjährigen Tests, wobei während der Tests die Motoren
fast ständig liefen (etwa 7500 Stunden Laufzeit) wurden
die Motoren während der normalen Wartung einer Inspektion unterzogene Die mit den erfindungsgemäßen Schmiermitteln
erhaltenen Ergebnisse waren sehr zufriedenstellend, was aus der folgenden Tabelle hervorgeht.
Verschleiß am Kolbenmantel (Kolbenhemd) 0,05 mm/1000 Std<
Kolbenringe (Bruch) 10 %
Hängen bzw» Kleben der Kolbenringe ohne praktischen
Wert
Auslaßventile Zusetzung 10 %9
im Mittel 5 %
Spülventile Zusetzung 10 %%
im Mittel 5 %
Patentansprüche:
109850/162 7
Claims (1)
- Patentansprüche1 ο Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet§ daß sie enthälta) mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der organischen ■ Säuren, ihrer Ester und Erdalkalimetallsalze,b) mindestens eine dispergierende neutralisierende Verbindung aus der Klasse der neutralen oder überbasischen Erdalkalimetallsulf onates -phenate und -sulfophenate undc) ein synthetisches oder mineralisches Schmieröl,2ο Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1j dadurch gekennzeichnet,, daß sie auch ein aschefreies Betergens und Bispergiermittel enthält-.3 ο Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 23 dadurch gekennzeichnet j daß sie als organische Säure eine Säure aus der Elasss der gesättigten und ungesättigten organischen Säuren und der aliphatischen Oxymonocarbonsäuren mit 10 bis 30 Kettenkohlenstoffatomen sowie ihrer Ester und ihrer Erdalkalimetallsalze enthält„"4-« Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als neutrales oder überbasisches Sulfonat ein Sulfonat aus dergleichen Klasse der Alkylarylsulfonate mit einem Molekulargewicht von etwa 500 enthält95o Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet8 daß das neutrale oder überbasische Sulfophenat im Molekül zwei aromatische Kerne enthält9 die durch ein oder zwei Schwefelatome miteinander verbunden sind und das die allgemeine Formel hat109850/1627_ R.in der R und R* gleiche oder verschiedene A3.kylrest mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen. M ein Erdalkalimetall und η eine ganze Zahl zwischen"* und 10 bedeuteno6, Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 und/oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß sie als neutrales oder überbasisches Phenat ein Phenat des Typs (R - CgH^, - O)M aufweist und das entweder andere Substituenten in dem Kern enthalten kann oder von einem Typ mit mehreren Kernen mit Seitenketten ist, die durch aus Kohlenwasser stoff gruppen bestehende Brücken miteinander verbunden sind.7 ο Säurebeständige Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als aschefreies "Detergens und Dispergiermittel ein solches vom polymeren Typ enthält, das die allgemeine Formel hatR R - C - CH0 -C-X Xin der X eine oleophile Gruppe aus der Gruppe der Carbonsäuregruppen mit einem Alkylrest mit 4 bis 40 Kettenkohlenstoffatomen und Y eine polare Gruppe aus der folgenden Gruppe bedeuten
R R - CH2 R CH I • I C-CI
fI0-C -Ο
ιT X X (0 - R)n - OH- R)109850/1627^O - H - H ^O -(R- O)n - ROHE - OH VV CO - 0HpXR - NH - ROH " ψ8- Säurebeständige Schmierraittelzusamnensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet„ daß sie zu 2 bis Λ3 % aus der Komponente a), zu 2 bis 40 % aus der Komponente b) s. zu 0P01 bis 10 % aus der Komponente c) und zum Rest aus synthetischem oder mineralischem Schmieröl bestehte1 09850/ 1627ORJQINAU INSPECTSD
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