DE2137590A1 - Schmiermittelzubereitung - Google Patents

Description

DIPL.-ING. HANS W. GROEWING DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN

PATENTAIfWiLTE ¹^ I vJ / O \J U

S/W 15-5

Witco Chemical Corporation

2 77 Park Avenue New York, New York Iool7

Schmiermitte!zubereitung

Die Erfindung betrifft Schmiermittelzubereitungen. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit genießbaren Schmiermittelzubereitungen auf der Basis von weißem Mineralöl, die sich besonders für Hochdruckkompressoren eignen₃ welche zur Herstellung von polyolefinischen Filmen eingesetzt werden, die zum Einwickeln von Nahrungsmitteln sowie als Verpackungsmaterial verwendet werden.

Ls ist bekannt, Polybutene in verschiedenen Schmiermittelzubereitungen auf Erdölbasis zu verwenden (vgl, beispielsweise die USA-Patentschrift 3 298 951). Ferner wurde die Verwendung von Fettsäuren, Estern und/oder phenolartigen Antioxidationsmitteln in Schmiermittelzubereitungen auf Mineralölbasis vorgeschlagen (vgl- beispielsweise unter anderem die USA-Patente 3 234 131 und 3 459 66o)o Man findet jedoch in der Literatur keinerlei Hinweis, daß Zubereitungen auf der Basis von Polybuten und weißem Mineralöl, wel-

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ehe kleine Mengen einer Fettsäure oder eines Esters davon sowie ein phenolisches Antioxidationsmittel enthalten, günstige Eigenschaften aufweisen.·

Schmiermittelzubereitungen auf der Basis von weißem Mineralöl, die genießbar sind, sind von Bedeutung in der polyolefinverarbeitenden Industrie, insbesondere zur Herstellung von Polyäthylen-und Polypropylenfilmen, die als Verpackungsmaterialien verwendet werden. Diese Kunststoff- f filme werden unter Verwendung von Kompressoren hergestellt, die eine Polymerisation der monomeren Gase bei sehr hohen Drucken bewirken. In diesen Kompressoren verwendete Schmiermittelzubereitungen müssen genießbar sein, und zwar infolge der Endverwendung der polymeren polyolefinischen Filme als Nahrungsverpackungsmaterialien.

Für Hochdruckkompressoren, die bei Drucken zwischen 14Io und 211o kg/cm (2o.ooo - fo.ooo psi) und darüber arbeiten, sind übliche genießbare Schmiermittel, wie beispielsweise Glyzerin und die polymerisierten Äthylenglykole und kopolymerisierten Äthylenoxide und Propylenoxide, aus einer Vielk zahl von Gründen ungeeignet, und zwar insbesondere dann, wenn Wolframcarbidkolben verwendet werden. Es besteht ein fortwährender Bedarf an ausgezeichneten genießbaren.Schmiermittelzubereitungen 3 die nicht korrosiv sind und zur Verlängerung der Kolbenlebensdauer beitragen und darüberhinaus nicht den jeweiligen harzartigen Kunststoff verschmutzen.

Die Erfindung beruht auf der- Erkenntnis ₃ daß gegenüber den bekannten Schmiermitteln verbesserte Schmiermittelmassen, die genießbar sind, hergestellt werden können₄ welche aus · folgenden Bestandteilen bestehen:

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a) einem weißen Mineralöl mit einem nicht schwefelbaren Rückstand von wenigstens 9-7 % und einer Viskosität von ungefähr 40 bis 500 Saybolt Universal Sekunden bei 38° C (100° F),

b) ungefähr 5 bis 50 Gew.% eines Polybutens mit einem Molekulargewicht von ungefähr 500 bis 15 000,

c) ungefähr o,l bis l,o Gew.% einer Fettsäure, die 8 bis 2 2 Kohlenstoffatome enthält, oder niederen Alkylestern derartiger Fettsäuren, und

d) ungefähr o,ol bis 2,ο Gew.% eines Antioxidationsmittels , das aus einem di- oder trisubstituierten Phenol besteht, wobei die Substituenten niedere Alkyl- oder Alkoxygruppen sein können und wenigstens einer der Substituenten eine tertiäre Alkylgruppe ist.

Die in den erfindungsgemäßen Zubereitungen verwendeten weißen Mineralöle lassen sich durch übliche Raffinierungsmethoden aus Rohmaterialien, beispielsweise paraffinischen, naphthenischen oder gemischten Rohmaterialien, herstellen. Geeignete weiße Mineralöle sind solche, die hinsichtlich der chemischen Reinheit einer guten Qualität entsprechen, beispielsweise solche, die einen nicht schwefelbaren Rückstand (ASTM D-H83-63) von wenigstens 97 % und vorzugsweise in der Größenordnung von 99 bis 100 % besitzen. Die erfindungsgemäß einsetzbaren weißen Öle sollten eine gute Farbe besitzen, wobei es sich im allgemeinen um vollständig raffinierte weiße Mineralöle handeln sollte. Derartige öle besitzen beispielsweise eine wasserhelle Farbe von +30 Saybolt und sind im wesentlichen frei von carbonisierbaren Substanzen, wobei sie eine niedrige Extinktion von

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UV-Licht mit Wellenlängen von 275o, 295o und 3ooo Ängström (ASTM D 2oo8) besitzen. Die Viskosität von weißen Mineralölen, die in den erfindungsgemäßen Schmiermittelzubereitungen verwendet werden können, kann zwischen ungefähr 4o und 5oo Saybolt Universal Sekunden (S.U.S.) bei 38° C (100°F) und vorzugsweise zwischen ungefähr Io5o und 45o S.U.S. bei 38° C (100° FHiegen.

Die in den erfindungsgemäßen Zubereitungen verwendeten Polybutene dienen als die Viskosität aufbauende Mittel so- w wie den Viskositätsindex verbessernde Mittel. Geeignete Polybutene sind Polybutylene, Polyisobutylene und Polyisobutene mit einem Molekulargewicht zwischen ungefähr 5oo und 15 ooo und vorzugsweise zwischen ungefähr 7oo und 3ooo. Die in den erfindungsgemäßen Zubereitungen verwendeten Polybutene sind im allgemeinen bei Umgebungstemperaturen flüssig und sollten mit dem weißen Mineralöl mischbar sein. Die Menge der in den erfindungsgemäßen Zubereitungen eingesetzten Polybutene kann von ungefähr 5 bis 50Gew.%, bezogen auf die gesamte Zubereitung, und vorzugsweise von ungefähr 20 bis 40 Gew.% schwanken.

| Die Fettsäuren oder deren niedere Alky!ester, die als Additive zur Erhöhung der Schmierfähigkeit der erfindungsgemässen Zubereitungen verwendet werden, bestehen aus gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Monocarbonfettsäuren, die 8 bis 22 Kohlenstoffatome enthalten, sowie aus deren niederen Alkylestern, wobei die Alkylgruppen bis zu ungefähr 5 Kohlenstoffatome enthalten. Beispiele für geeignete Fettsäuren sind Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Arachidinsäure, Behensäure, Ölsäure, Linoleinsäure, Linolensäure sowie Eleostearinsäure oder dgl. sowie gemischte Fettsäuren, beispielsweise TaIl=

BAD ORIGINAL

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ölfettsäurerij hydrierte Talgfettsäuren₃ Kokosnußölfettsäuren sowie pflanzliche Fettsäuren, beispielsweise diejenigen Säuren, die aus Baumwollsamen·= und Sojabohnenöl gewonnen werden« Ferner kommen Kolophoniumfettsäuren in Frage» Besonders geeignet als Additive zur Erhöhung der Schmierfähigkeit in den erfindungsgemäßen Massen sind Fettsäurena die ungefähr 16 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten;, beispielsweise Ölsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure. Beispiele für niedere Alkylfettsäureester₉ die sich, für eine Verwendung als die Schmierfähigkeit verbessernde Additive in den erfindungsgemäßen Zubereitungen anbieten, sind Methyl-,Äthyl-, Isopropyl-, η-Butyl-, Isobutyl-, Amyl- oder Isoamylfettsäureester₃ beispielsweise Methyloleat, n-Butylstearat oder dergl.

Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Zubereitungen ' besteht darin₉ daß die Fettsäure oder deren niederer Alkylester in einer Menge von O₃I bis l,o Gew.% und in besonders bevorzugter Weise in Mengen zwischen 0,1 und o,5 Gew.%, bezogen auf die Gesamtzubereitung j verwendet wird, da eine Verwendung von Fettsäuren oder Fettsäureestern in einer Menge, die über die angegebenen Mengenbereiche hinausgeht, eine Zersetzung des Polybutens und ein Zusammenbrechen der Schmiermittelzubereitung sowie einen merklichen Verlust an Schmiervermögen in Hochdruckkompressoren verursachen kann.

Die phenolischen Antioxidationsmittel, die in den erfindungsgemäßen Schmiermittelzubereitungen auf der Basis von weißen Mineralölen verwendet v/erden,¹ bestehen aus di~ und trisubstituierten Phenolen, wobei die Substituenten niedere Alkyl- oder niedere Alkoxygruppen sein können, und wobei wenigstens ein Substituent eine tertiäre Alkylgruppe ist. ULe Alkyl- und Alkoxysubstituenten können jeweils bis zu

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ungefähr Io Kohlenstoffatome und vorzugsweise bis zu ungefähr 5 Kohlenstoffatome enthalten.Beispiele für phenolische Antioxidationsmittel sind 4-Methyl-2,6-di-t-butylphenol, 2 ,4-Dimethyl-6-t-buty!phenol ₉ 2-'t-Butyl-4-methoxyphenol₃ 2-t-Butyl-i+-äthoxyphenol₉ 2,6-ti-t-Butylphenol, 2,4,6-tri-t-Butylphenol oder dgl» Besonders bevorzugt werden die o-tert.~alkyl-substituierten Phenole, wie beispielsweise 4-Methyl-2,6-di-t-butylphenol. Die vorstehend erwähnten Antioxidationsmittel können in Mengen von ungefähr o,ol bis 2,o ^ Gew.%, bezogen auf die gesamte Zubereitung, und vorzugsweise in Mengen bis zu o,i Gew.% eingesetzt werden. Die phenolisehen Antioxidationsmittel verhindern nicht nur eine Zersetzung des Öls bei hohen Temperaturen, sondern verhindern auch das Ansammeln von polymerisieren polyolefinischen Materialien auf den Kompressorringen, sodaß sie ein glattes Fließen des Schmiermittels über die gesamten Metalloberflächen hinweg gewährleisten.

Die erfindungsgemäßen Zubereitungen lassen sich in einfacher Weise nach üblichen Mischmethoden herstellen, wobei keine besondere Reihenfolge der einzelnen Zusätze einzuhalten ist.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht,

Beispiel 1

a) eine Schmiermittelzubereitung wird durch Vermischen der folgenden Komponenten hergestellt;

7 Ii v: 8 M fi / "i 2 k- "■->.

1. weißes Mineralöl, spezifisches Gewicht bei 16° C (60° F) 0,880, Viskosität 345 bis

355 S.U.S. bei 38° S (100° F) 69,6 %

2. Polyisobutylen, Molekulargewicht 875, ■

Viskosität 926 S.U.S. bei 99° C (210° F) 30.0 %

3. Ölsäure 0,3 %

4. Di-t-Butyl-p-cresol 0,1 '%

Diese Zubereitung besitzt eine Viskosität von 12o9 S.U.S. bei 38° C (100° F), eine Saybolt-Farbe von + 30 und ein spezifisches A.P.I.-Gewicht bei 16° C (60° F) (A.P.I, gravity) von 28,3.

b) Zu Vergleichszwecken wird eine Schmiermittelzubereitung hergestellt, die sich nur aus 69,5 Gew.% des Mineralöls von Beispiel la und 3o,5 Gew.% des Polyisobutylen von Beispiel la zusammensetzt.

Die Schmier- sowie die Antiabriebseigenschaften der zwei Schmiermittel werden verglichen und zwar durch Messung des Abriebes auf einem Wolframcarbid-Block _ der durch einen Bronzeschieber verursacht wird, wobei als Schmiermittel die in den Beispielen la und Ib angegebenen Schmiermittelzubereitungen eingesetzt werden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Beispiel la Beispiel Ib Abrieb auf Wolframcarbid-Block, Kratzertiefe in Mikroinches 2 12 Reibungskoeffizient o,o85 o,14o

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Beispiel 2

a) Es wird eine Schmiermittelzubereitung aus 74,4 Gew.% des weißen Mineralöls, von Beispiel la, 25 Gew.% des PoIybutens von Beispiel la, o,5 Gew.% Ölsäure und o,l Gew.% Di-t-Butyl-p-cresol hergestellt.

b) Das Beispiel 2a.wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß Stearinsäure anstelle von ölsäure verwendet v/ird.

c) Das Beispiel 2a wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß 7 3,9 Gew.% Mineralöl und l,o % Methyloleat anstelle der

ölsäure eingesetzt werden.

Wie in Beispiel 1 wird der Abrieb auf einem Wolfram-Carbid-Block gemessen, desgleichen der Reibungskoeffizient. Die Werte sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt. Die Ergebnisse zeigen eine erhebliche Besserung des Schmiervermögens im Vergleich zu den Daten von Beispiel Ib.

Tabelle 2

Beispiel 2a Beispiel 2b Beispiel 2(1) Abrieb auf "WoIf-

ramcarbid-Block,

' ~ 2 7 8

Tiefe der Kratzer

in Mikroinches

Reibungskoeffizient 0,08S₁ o,o95 o,13o

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Beispiel 3

Es werden folgende Zubereitungen hergestellt, die bezüglich -Schmiervermögen und Antiabriebseigenschaften ähnliche Eigenschaften besitzen:

a) 60 Gew.% eines weißen Mineralöls mit einem spezifischen Gewicht von o,828 bei 16° C (60° F) und einer Viskosität von 18o S.U.S, bei 38° C (100° F)₉ 38 Gew.% Polybuten mit einem Molekulargewicht von 95o₃ l_so Gew.% einer Mischung aus ölsäure und Stearinsäure in gleichen Mengen sowie I₃O Gew.% 2-t-Butyl-4- thoxyphenol.

b) 80 Gew,% eines weißen Mineralöls mit einem spezifischen Gewicht von o_s875 bei 16° C (60° F) undeiner Viskosität von 200 S.U,S. bei 38° C (100° F), 19,1 Gew.% Polybuten mit einem Molekulargewicht zwischen looo und 15oo, o,8 Gew.% Methyloleat und o,l Gew.% i|-Methyl-2,6-di-t-butylphenol.

Die vorstehend angegebenen Zubereitungen werden als Kompressorschmiermittel in einem Polyolefinkompressor verwendet,

2 der bei Drucken zwischen 211o und 316o kg/cm (3o ooo. bis H5 ooo psi) mit Wolframcarbid-Kolben arbeitet. Vergleiche mit üblichen Mineralöl/.Polybuten-Schmiermitteln zeigen eine erhöhte Kolbenlebensdauer von ungefähr 3o bis 5o %, falls die erfindungsgemäßen Zubereitungen eingesetztwerden,

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Claims (1)

1. - Io -

   Patentansprüche

   1. Schmiermittelzubereitung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus a) einem weißen Mineralöl mit einem nicht sulfonierbaren Rückstand von wenigstens 97 % und einer Viskosität von ungefähr ¹Io bis 5oo Saybo.lt Universal Sekunden bei 38° C (100° F), b) 5 bis 50 Gew. ¹S eines Polybutens mit einem Molekulargewicht zwischen ungefähr 500 und 15 000, c) 0,1 bis 1,0 Gew.% einer Fettsäure mit ungefähr 8 bis 2 2 Kohlenstoffatomen und/oder einem nie-

   " deren Alkylester einer derartigen Fettsäure sowie d) 0,01 bis 2,0 Gew.% eines Antioxidationsmittels, bestehend aus di- und trisubstituierten Phenolen, wobei der Substituent niederes Alkyl oder Alkoxy sein kann und wenigstens ein Substituent eine tertiäre Alkylgruppe ist, besteht.

   2. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 2o bis ^Lio Gew.% der Komponente b) , 0,1 bis 0,5 Gew.% der Komponente c) und 0,01 bis 0,1 Gew.% der Komponente d) vorliegen.

   3. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente a) eine Viskosität von 15o bis H5o S.U.S.

   bei 38° C⁰ClOO⁰F) besitzt.

   U. Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente b) ein Molekulargewicht zwischen 7oo und 3 ooo besitzt.

   5, Zubereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente c) eine Fettsäure mit 16 bis :18 Kohlenstoffatomen ist.

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   6. Zutereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente d) ein o-tert.-alkyl-substituiertes Phenol ist.

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