DE2156122B2 - Schmierstoffe - Google Patents
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Description
Mi lenlschmierölen, synthetischen Schmierölen
lUS!/oder fetten Ölen sowie Zusatzstoffen, sind da-•h
gekennzeichnet, daß sie a) ein hydriertes, in " nwart von Lithiummetall oder einer üihium-
^hndung insbesondere einer Lithiurnhydrocarbylh'ndung
vorzugsweise sek.-Butyllithium, als Katai inr hergestelltes, eine doppelkegelförmige Strukhstufung
aufweisendes Copolymeres mindestens es konjugierten Diens und mindestens einer vinyle
!.,tischen Verbindung mit einem DurchschnittsarnSuiargewicht
(Zahlenmitlel) von mindestens 5000 I VI Verbesserer sowie gegebenentalls b) weitere
herkömmliche Zusatzstoffe enthalten. Anstelle von «eine doppelkegellörmige StrukturhVtufung
aufweisendes Copolymeres« wird nachgehend die einfache Bezeichnung »Doppelkegel-Conlvmeres«
verwendet; der BegrilT »Doppelkegel-Conolvmere«
bezieht sich dabei sowohl auf »einfache Doppelkegel-Copolymere« als auch aul »mehrlache
Doppelkegel-Copolymere«. «>
Die in den erfindungsgemaßen Schmierstoffen enthaltenen
Doppelkegel-Copolymere erfüllen alle vorgenannten, an VI-Verbesserer gestellten Anforderun-
ge Unter einem erfindungsgemäß verwendbaren »einfachen
Doppelkegel-Copolymeren« ist ein Copolymeres zu verstehen, welches durch Copolymerisation
der in einem Gemisch aus einem konjugierten Dien und einer vinylaromatischen Verbindung enthaltenen
Monomere in einer Kohlenwasserstofflösung in Gegen- ,ü
wart von Lithiummetall oder einer Lithiumverbindung als Katalysator bis zum Einbau von mindestens 80 %des
im Ausgangsgemisch enthaltenen konjugierten Diens in das Copolymere erhalten werden kann
Während der Copolymerisation belinden sich die ;(:
roDolymer-Moleküle in »reaktivem« Zustand, d. h. sie
hesitzen die Befähigung zum Wachstum durch Einbau von Monomermolekülen. Die Copolymensat.onsreaktion
kann dann im gewünschten Augenblick durch Zusabe einer Verbindung abgebrochen werden, welche
mit iedem reaktiven Copolymermolekül reagiert und dieses Molekül gegenüber dem weiteren Einbau von
Monomermolekülen inaktiviert. Beispiele hierfür sind Verbindungen mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom,
wie Wasser, Alkohol, z. B. Methanol, Atha- , nol oder Isopropanol, oder Carbonsäuren z. B. Essigsäure
ferner Verbindungen mit einem aktiven Halogen- wie Chloratom, z. B. Benzylchlond oder Methylchlorid
Verbindungen mit einer Estergruppe sowie Kohlendioxid. Die Copolymerisationsreakt.on kann
auch durch eine Hydrierung wie sie nachstehend beschrieben ist, abgebrochen werden.
Im allgemeinen wird die Copolymer.sat.onsreaktion
dann abgebrochen, wenn mindestens 90% vorzugsweise mindestens 95%, insbesondere mindestens 99 /.
des im Ausgangsgemisch enthaltenen konjugierten Diens mit vorzugsweise mindestens 5 C-Atomen m
das im reaktiven Zustand befindliche Copolymere eingebaut worden sind. Der vor dem Abbruch dei Copolymerisationsreaktion
in das reaktive Polymere eingebaute Anteil der vinylaromatischen Verbindung befragt
im allgemeinen mindestens 85%, vorzugswc.se mindestens 95 % der im Ausgangsgemisch enthaltenen
Menge der vinylaromatischen Verbindungen. Die Copoljmerisationsreaktion
wird insbesondere erst dann ffirochen, wenn im wesentlichen alle ,m Ausgangsgemisch
enthaltenen Monomermolekule in das reaktive Doppelkegel-Copolymere eingebaut wurden.
Da bei der 1 lerstellung eines einfachen Doppelkegel-Copolymeren
die Neigung des konjugierten üiens (Monomer A) zum Einbau in ein Copolymermolekül
die entsprechende Tendenz der vinylaromatischen Verbindung (Monomer B) bei weitem übertrifft, unterscheidet
sich die Zusammensetzung jedes bei der Polymerisation gebildeten Copolymermoleküls stetig von
einer nahezu reinen »Polymer-A-Struktur« bis zu einer
nahezu reinen »Polymer-B-Struktur«. Es können daher in jedem Copolymermolekül drei Bereiche unterschieden
werden, welche stetig und ohne scharfe Trennlinien ineinander übergehen. Einer der beiden äußeren
Bereiche besteht nahezu vollständig aus vom Monomer A abgeleiteten Einheiten und enthält nur geringe
Anteile an vom Monomer B abgeleiteten Einheiten, im mittleren Bereich steigt der relative Anteil der
vom Monomer B abgeleiteten Einheilen stark an und der relative Anteil der vom Monomer A abgeleiteten
Einheiten nimmt stark ab, und der andere äußere Be-) reich besteht nahezu vollständig aus vom Monomer B
abgeleiteten Einheiten und enthält lediglich geringe Anteile an vom Monomer A abgeleiteten Einheiten.
Es ist jedoch bei einfachen Doppelkegel-Copolymeren wichtig, daß die äußeren Bereiche nicht aus einem
s reinen Homopolymer-Block aus entweder vom Monomer
A oder vom Monomer B abgeleiteten Einheiten bestehen, sondern daß in diesen Bereichen jeweils
einige vom Monomer B bzw. A abgeleitete Einheiten vorhanden sind.
;o Es ist bekannt, daß polare Verbindungen, welche vom
Katalysator verschieden sind und diesen nicht inaktivieren (sogenannte »Random-Polymerisaterzeuger«),
eine Tendenz zur Random-Copolymerisation der konjugierten Diene und vinylaromatischen
;is Verbindungen in Gegenwart eines Alkalimetalle oder
einer Alkalimetallverbindung als Katalysator begründen. Da eine Random-Copolymerisation jedoch bei der
Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Doppelkegel-Copolymere vermieden werden soll, darf
40 der Polymerisationsansatz nahezu keine »Random-Polymerisaterzeuger«
enthalten. Es wird vorzugsweise überhaupt auf Random-Polymerisaterzeuger verzichtet.
Es können auch zwei oder mehrere konjugierte 45 Diene und/oder vinylaromatische Verbindungen als
Monomere zur Herstellung von einfachen Doppelkegel-Copolymeren verwendet werden. Es hängt von
der Tendenz des jeweiligen Monomers zum Einbau in das Copolymere unter den bei der Copolymerisation
so herrschenden Bedingungen ab, wie die Einheiten dieses
Monomeren im erhaltenen Copolymermolekül schließlich
verteilt sind.
Unter »mehrfachen Doppelkegel-Copolymeren« sind hier Polymere zu verstehen, die aus zwei oder mehreren
ss aneinander gebundenen einfachen Doppelkegel-Copolymeren
der vorgenanrten Art bestehen. Die mehrfachen Doppelkegel-Copolymere können nach
mehreren Verfahren hergestellt werden. Gemäß einem dieser Verfahren wird ein Gemisch aus einem konju-(Ki
gierten Dien und einer vinylaromatischen Verbindung in einer Kohlenwasserstoffiösung in Gegenwart einer
Lithiumverbindung so lange einer Copolymerisation unterworfen, bis alle oder nahezu alle vorhandenen
Monomere in die wachsenden Polymermolcküle einge-(15
baut wurden, anschließend wird dem in der ersten Stufe
erhaltenen reaktiven, einfachen Doppelkegel-Copolymeren ein Gemisch aus einem konjugierter. Dien und
einer vinylaromatischen Verbindung zugesetzt, dessen
ic'.
Zusammensetzung im Hinblick auf die Art und MoI-verhältnisse
der Monomeren gleich ist jener des in der ersten Stufe eingesetzten Ausgangsgemisches oder
sich von dieser Zusammensetzung unterscheidet; die Polymerisation wird dann fortgesetzt und schließlich
durch Zugabe einer Verbindung, welche die wachsenden Copolymermoleküle gegenüber dem Einbau von
Monomermolekülen inaktiviert, oder, wie erwähnt, durch Hydrierung abgebrochen. Auf diese Weise erhiilt
maij ein Copolymeres, das aus zwei aneinander gebundenen
einfachen Doppelkegel-Copolymeren besteht.
Mehrfach Doppelkegel-Copolymere können auch nach mehreren anderen Methoden erhalten werden,
z. B. durch Verwendung eines Katalysators mehr Mehrfachfunktion bei der Polymerisation von Gemischen
aus einem konjugierten Dien und einer vinylaromatischen Verbindung und Abbrechen der Polymerisation
in der vorstehend beschriebenen Weise. Man kann mehrfache Doppefkegel-Copolymere auch durch »Zusammenkuppeln«
von zwei oder mehreren reaktiven Doppelkegel-Copolymermolekülen herstellen. Das
Zusammenkuppeln wird durch Zugabe einer Verbindung erreicht, die mit zwei oder mehreren reaktiven
einfachen Doppelkegel-Copolymermolekülen reagiert. Beispiele für geeignete Verbindungen dieses Typs sind
Verbindungen mit zwei oder mehreren Estergruppen und Verbindungen mit mindestens zwei aktiven Halogenatomen,
wie Di- oder Trichlormethylbenzol, Tetrachlorkohlenstoff, Dimehtyldichlorsilan, 1,2-Dichlora'than
oder 1,2-Dibromäthan. Ein weiteres Verfahren yo
zur Herstellung von mehrfachen Doppelkegel-Copolymeren besteht darin, daß man zunächst ein einfaches
Doppelkegel-Copolymeres herstellt, welches im Molekül eine reaktive Gruppe enthält, und anschließend
zwei oder mehrere der auf diese Weise erhaltenen Moleküle miteinander verknüpft, z. B. indem man sie
mit einem mindestens zweiwertigen Alkohol verestert. Die reaktive Gruppe des einfachen Copolymeren kann
dabei eine Carboxylgruppe sein, die z. B. dadurch eingerührt wird, daß man die Polymerisation eines einfachen
Doppelkegel-Copolymeren durch Zugabe von Kohlendioxid abbricht.
Nach den vorstehend beschriebenen Methoden können nicht nur lineare, mehrfache Doppelkegel-Copolymere,
sondern auch entsprechende Copolymere mit sternförmiger, gepfropfter oder rechenförmiger
Stuktur hergestellt werden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäß geeigneten hydrierten
Doppelkegel-Copolymeren werden vorzugsweise einfache Doppelkegel-Copolymere verwendet.
Als Katalysatoren zur Herstellung der Doppelkegel-Copolymeren werden bevorzugt Lithiumhydrocarbylverbindungen
eingesetzt. Sehr gut geeignet sind ungesättigte Verbindungen, wie Allyl- oder Methallyllithium,
aromatische Verbindungen, wie Phenyllithium, ToIyI-, XyIyI- oder Naphthyllithium und Alkyllithium
wie Methyl-, Äthyl-, Propyl-, η-Butyl-, Amyl-, Hexyl-, 2-Äthylhexyl- oder n-Hexadecyllithium. Alkyllithium,
insbesondere sek.-Butyllithium, werden bevorzugt. Verbindungen mit Mehrfachfunktion, wie z. B. (>o
Dilithiumkohlenwasserstoff, können ebenfalls als Katalysatoren verwendet werden. Gemische von Lithiumverbindungen,
z. B. Gemische von verschiedenen Lithiumhydrocarbylverbindungen oder Gemische aus
mindestens einer Litniumliydi'ücarbylverbindung und mindestens einer eine OLi-Gruppe enthaltenden Verbindung,
eignen sich ebenfalls als Katalysatoren. Beispiele Tür eine OLi-Gruppe enthaltende Verbindungen
sind Lithiumalkoxyverbindungen, wie Lithiummethylat,
Lithiumäthylat, Lithiumbutylat, Lithium-2-sek.-butyl-2-butylat,
Lithium-2-sek.-butyl-2-propylat, Lithium-2-äthoxy-äthylat oder Lithium-2-(dimethylaminoHithylat.
Es können auch Verbindungen verwendet werden, bei denen die OLi-Gruppe an ein Schwefelatom gebunden ist, z. B. QHi)-S(CH3)I-OLi.
Ebenfalls brauchbar sind Gemische aus einem Alkyllithium
wie sek.-Butyllithium und einer Lithiumulkoxyverbindung, wie Lithium-2-sek.-butyl-2-butylat.
Die Copolymerisation wird in Gegenwart eine;: Kohlenwasserstofflösungsmittels durchgeführt. Als Lösungsmittel
eignen sich sehr gut aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Heptan, Octan,
2-Äthylhexan, Nonan, Dekan, Cyclohcxan oder Methylcyclohexan, und aromatische Kohlenwasserstorfe,
wie Benzol, Toluol, Äthylbenzol, die Xylole, die Diäthylbenzole oder die Propylbenzole. Gemische
von Kohlenwasserstoffen sind ebenfalls als Lösungsmittel geeignet.
Die Copolymerisation kann bei Temperaturen von -50 bis 150"C durchgeführt werden. Es wird vorzugsweise
bei Temperaturen von -20 bis 80 C gearbeitet. Man kann die Polymerisation bei beliebigen Drücken
durchführen. Da es jedoch zweckmäßig ist, die Monomere und das Lösungsmittel im wesentlichen in der
flüssigen Phase zu halten, wird vorzugsweise ein für diesen Zweck ausreichender Druck angewendet.
Der anzuwendende Druck hängt somit von der Temperatur bei der Copolymerisation und von den eingesetzten
Monomerarten und Lösungsmittelkomponenten ab.
Das Molekulargewicht der Doppelkegel-Copolymeren aus einem konjugierten Dien und einer vinylaromatischen
Verbindung, welche nach der Hydrierung als VI-Verbesserer für die erfindungsgemäßen Schmierstoffe
eingesetzt werden, kann innerhalb eines breiten Bereiches liegen. Es beträgt z. B. 5000 bis 500 000,
vorzugsweise 10 000 bis 400 000. Sehr gute Ergebnisse werden mit Copolymeren erzielt, die Molekulargewichte
von 20 000 bis 125 000 aufweisen. Das Molekulargewicht
wird durch das Molverhältnis des Katalysators (z. B. Butyllithium) zu den Monomeren während
der Polymerisation bestimmt. Die Anzahl der von einem bestimmten Monomer abgeleiteten Einheiten
im erhaltenen Polymermolekül entspricht im wesentlichen dem Molverhältnis dieses Monomers zum
Katalysator (unter der Annahme, daß jedes Katalysatormolekül ein Lithiumatom enthält), vorausgesetzt, daß
keine Verunreinigungen (z. B. Sauerstoff, Wasser oder Kohlendioxid) vorhanden sind, welche Nebenreaktionen
mit dem Katalysator bewirken. Wenn einfache Doppelkegel-Copolymere miteinander verknüpft werden,
besitzen die erhaltenen mehrfachen Doppelkegel-Copolymere Molekulargewichte, welche aus dem Molekulargewicht
der einfachen Doppelkegel-Copolymeren und der Anzahl der miteinander verknüpften derartigen
Copolymeren errechnet werden können.
Wenn die Polymerisation beendet ist, und vorzugsweise im wesentlichen alle ursprünglich im Polymerisationsansatz
vorhandenen Monomermoleküle in das Copolymere eingebaut worden sind, wird das erhaltene
reaktive Copolymere zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Zusatzstoffe (Komponente
a) hydriert. Man kann jedoch auch die Copolymerisationsreaktion in der vorstehend beschriebenen
Weise durch Zugabe einer geeigneten Verbindung abbrechen und das Copolymere gegebenenfalls vor der
Hydrierung isolieren. Nach dem Abbruch der Copolymerisationsreaktion
kann das Copolymere in beliebiger Weise isoliert werden, z. B. durch Ausfällen. Zu
diesem Zweck kann man relativ hohe Mengen von Nicht-Lösungsmitteln für das Copolymere zusetzen,
z. B. einen Alkohol, wie Methanol, Äthanol oder Isopropanol. Vorzugsweise wird das - gegebenenfalls
reaktive - Copolymere jedoch nicht isoliert sondern in Gegenwart des Lösungsmittels, in welchem es hergestellt
wurde, hydriert.
Die bevorzugten konjugierten Diene besitzen mindestens 5 C-Atome, da die daraus erhaltenen Copolymere
im allgemeinen eine bessere Öllöslichkeit besitzen. Beispiele für solche konjugierten Diene sind
Piperylen, 2,3-Dimethylbutadien und Isopren. Isopren wird besonders bevorzugt.
Als vinylaromatische Verbindungen können vinyldi- oder vinylpolyaromatische Verbindungen, wie Vinylnaphthalin,
verwendet werden. Bevorzugt werden jedoch die vinylmonoaromatischen Verbindungen, wie
Styrol oder alkylierte bzw. halogenhaltige Styrole. Die Alkylreste der alkylierten Styrole enthalten z. B. 1 bis 20
oder noch mehr C-Atome, vorzugsweise 1 bis 4 C-Atome, und können an das α-C-Atom des Styrols
(wie bei «-Methylstyrol) oder an den aromatischen
Ring (wie bei o-, m- oder p-Methylstyrol, den Äthyl-,
Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl- oder tert.-Butylstyrolen, z. B. p-tert.-Butylstyrol) gebunden sein. Alkylierte
Styrole mit mehr als einem Alkylrest sind ebenfalls sehr gut geeignet. Beispiele dafür sind die Vinylxylole,
die Methyläthylstyrole und die Äthylvinylxylole.
Erfindungsgemäß sehr gut geeignet als Komponente a) sind Doppelkegel-Copolymere, die aus Isopren und
Styrol und/oder p-tert.-Butylstyrol aufgebaut sind.
Das Molverhältnis der konjugierten Diene zu den vinylaromatischen
Verbindungen, welche in die Doppelkegel-Copolymere eingebaut werden sollen und daher
im Polymerisationsansatz vorhanden sein müssen, kann innerhalb eines breiten Bereiches liegen. Es ist
jedoch wichtig, daß das Copolymere nach der Hydrierung im Basisschmierstoff, dem es einverleibt werden
soll, löslich ist. Dadurch wird im allgemeinen der in das Copolymere aufnehmbarc Anteil der vinylaromatischen
Verbindung begrenzt, wobei die Struktur dieser Verbindung eine Rolle spielt. Sehr gut geeignet sind
als Komponente a) Copolymere, bei denen das Verhältnis der Anzahl der Einheiten der vinylaromatischen
Verbindungen zur Anzahl der Einheiten der konjugierten Diene 50 :50 bis 3 :97, vorzugsweise 45 :55
bis 5 :95, beträgt.
Gewünschtenfalls können auch relativ niedrige Anteile von anderen Monomeren, die keine konjugierten
Diene oder vinylaromatischen Verbindungen sind, bei der Copolymerisation in die Doppelkegcl-C'opolymcrcn
eingebaut werden. Beispiele für diese weiteren Monomere sind Vinylpyridine und Acryl- b/.w. Mclhacrylsiiurcalkylcster,
wie Mcthylmcthiurylal, Dodccylmcthacrylat oder Octadccylmethacrylat.
Die Hydrierung des Doppelkegcl-C'opolymcrcn kann in vollständiger Weise vorgenommen werden, d. h., es
können alle olefinisch ungesättigten Bindungen und alle aromatischen Ringe in den gesättigten Zustand
übergeführt werden. Man kann die Hydrierung jedoch auch teilweise vornehmen. Im letzteren lall wird nur
ein Teil beider oder ein Teil einer der beiden vorgenannten
Arten der Ungesättigtheit (d. h. der olefinisch ungesättigten Bindungen bzw. aromatischen
Ringe) in den gesättigten Zustand übergeführt. Es werden vorzugsweise mindestens 50%, insbesondere
mehr als 90%, speziell mehr als 95% der ursprünglich im Doppelkegel-Copolymeren vorhandenen olefinisch
ungesättigten Bindungen hydriert. Ferner werden vorzugsweise weniger als 10%, insbesondere weniger als
5%, der aromatischen Ringe der Hydrierung unterworfen. Hydrierte Copolymere, bei denen im wesentlichen
alle olefinisch ungesättigten Bindungen und
ίο im wesentlichen keiner der aromatischen Ringe bei
der Hydrierung gesättigt wurden, sind erfindungsgemäß als Komponente a) sehr gut verwendbar.
Die Hydrierung kann nach jeder beliebigen Methode unter Verwendung eines beliebigen Katalysators durchgeführt
werden.
Sehr gut geeignete Hydrierungskatalysatoren enthalten Edelmetalle oder Edelmetallverbindungen. Bevorzugt
werden jedoch Katalysatoren, die Eisen, Kobalt oder insbesondere Nickel bzw. eine Verbindung dieser
Metalle enthalten, wie Raney-Nickel und Nickel-auf-Kieselgur.
Besonders bevorzugt werden Hydrierkatalysatoren, welche durch Umsetzung von Metallhydrocarbylverbindungen
mit organischen, mindestens einen über ein Sauerstoffatom an das Mclallatom gebundenen
organischen Rest aufweisenden, Eisen-, Kobaltoder Nickelverbindungen, hergestellt wurden (vgl.
z. B. GB-PS 10 30 306). Am meisten bevorzugt werden dabei Hydrierkatalysatoren, die durch Umsetzung von
AJuminiumtrialkylen, wie Aluminiumtriäthyl und speziell Aluminiumtriisobutyl, mit Nickelsalzen organischer
Säuren, wie Nickeldiisopropylsalicylat, Nickelnaphthenat, Nickel-2-athylcapronat, Nickcl-ditert.-butylbenzoat
oder Nickelsalzen von durch Umsetzung von Q-20-Olefinen mit Kohlenmonoxid und
Wasser in Gegenwart von Säuren als Katalysatoren erhaltenen gesättigten Monocarbonsäuren, oder mit
Nickclenolaten oder -phenolaten, wie Nickelacetylacetonat oder das Nickelsalz von Bulyrylacetophenon,
hergestellt worden sind.
Die Hydrierung des Copolymere!! wird vorteilhaft in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt,
welches sich bei der Reaktion inert verhält, wie gesättigte Kohlenwasserstoffe und deren Gemische. Es ist
besonders vorteilhaft, die Hydrierung in Gegenwart desselben Lösungsmittels durchzurühren, in welchem
die Copolymerisation durchgeführt worden ist.
Die erfindungsgemäßen Schmierstoffe können als Basisschmierstoff ein synthetisches Schmieröl, wie ein
Estcröl, enthalten. Der Basisschmierstoff ist jedoch
so vorzugsweise ein Mincralschmicröl, welches aus einem
Mincralrohöl nach herkömmlichen Verfahren, wie durch Destillation. Extraktion, Entasphalticrung. Entwachsung,
hydrierende Raffination (»Hydrofining«) oder Polymerisation, erhalten wurde.
ss Es werden zweckmäßig aus paraffinbasisehcn Rohölen
erhaltene Mineralschmieröle als Basisöle verwendet, da diese Schmieröle als solche einen relativ
hohen Vl besitzen und daher keine großen Mengen der Doppelkegel-Copolymeren /ur Erzielung eines he-
'«> friedigenden Vl erforderlich sind.
Der Basisschmicrstol'f kann auch fette Öle enthalten.
Die hydrierten Doppclkegcl-Copolymerc können auch Schmierfetten, Destillat- oder Rückstands-Kral't- oder
Brennstoffen oder Rohölen einverleiht werden.
'■s Die Konzentration der hydrierten Doppclkegel-( η
polymere im Schmierstoff k.mn innerhalb eines hielten
Bereiches liegen. Bei Schmierölen eignen suh sein gut
entsprechende Konzentrationen von O.I his ^ (je
/ll'l Mt/l M
wichtsprozent, vorzugsweise von 0,1 bis 9 Gewichtsprozent,
insbesondere von 1 bis 6 Gewichtsprozent.
Man kann die hydrierten Doppelkegel-Copolymere dem Basisschmierstoff als solche einverleiben. Die
Copolymere können jedoch auch in Form von Lösungsmittelkonzentraten, die vorzugsweise eine Konzentration
von 15 bis 50 Gewichtsprozent aufweisen, eingesetzt werden. Als Lösungsmittel können dabei Schmieröle
verwendet werden, wenn die Löslichkeit des Copolymeren zur Herstellung eines Konzentrates ausreicht.
Ebenfalls sehr gut geeignet sind flüchtige Lösungsmittel, die nach dem Vermischen des Copolymerkonzentrates
mit dem Basisschmierstoff abgetrennt werden können.
Die erfindungsgemäßen Schmierstoffe, insbesondere Schmieröle, können, wie erwähnt, weitere herkömmliche
Zusatzstoffe enthalten. Die Schmierstoffe der Erfindung enthalten vorzugsweise einen Oxidationsinhibitor, ζ. B. ein Phenol und/oder ein Detergens, z. B.
ein Calciumerdölsulfonat, ein Calciumalkylsalicylat, ein Polyamin mit einer mindestens 50 C-Atome aufweisenden
KohlenwasserstolTkette, wie Polyisobutenyltetraäthylenpentamin,
oder ein Umsetzungsprodukt eines Polyamins, wie Tetraäthylenpentamin, mit einem Alkylbernsteinsäureanhydrid, dessen Alkylrest mindestens
50 C-Atome aufweist, und/oder einen Höchstdruckzusatz, z. B. ein Zinkdialkyldithiophosphat, und/
oder einen Stockpunkterniedriger, z. B. ein Äthylen/ Vinylacetat-Copolymeres oder insbesondere ein PoIyalkylmethacrylat
mit durchschnittlich 12 bis 15 C-Atomen in den Alkylketten.
Das Beispiel erläutert die Erfindung.
Es werden 12 Doppelkegel-Copolymere hergestellt, indem man Gemische aus Isopren und Styrol und/oder
p-tert.-Butylstyrol und/oder p-Vinyltoluol in einer
Cyclohexanlösung während 7 Stunden bei 40' C in Gegenwart von sek.-Butyllithium als Katalysator polymerisiert.
Die Anteile der Monomere, des Cyclohexane und sek.-Butyllithiums sind aus der Tabelle 1
ersichtlich. Die Copolymerisation wird durch Zugabe eines lOprozentigen molaren Überschusses von
Methanol (in Form einer Lösung in Cyclohexan), bezogen auf die Menge des sck.-Butyllithiums, abgebrochen.
Nach dem Abbruch sind im wesentlichen keine Monomeren mehr vorhanden.
Die in den erhaltenen Lösungen vorliegenden Copolymere
werden dann hydriert, indem man die Lösungen bei 70' C und Drücken von 40 bis 50 Atmosphären
in Gegenwart eines Gemisches aus 2-Äthylcapronat und Aluminiumtriälhyl (Molverhältnis =
1:2) als Katalysator so lange mit Wasserstoff behandelt, bis kein H2 mehr aufgenommen wird. Man erkennt
aus Tabelle 1, daß mehr als 95 % der olefinisch ungesättigten Bindungen verschwunden sind, während
im wesentlichen alle aromatischen Ringe unverändert
ίο blieben. Die Durchschnittsmolekulargewichte (Zahlcnmittel)
sind ebenfalls aus Tabelle 1 ersichtlich.
Die erhaltenen hydrierten Doppelkegel-Copolymere werden dann zusammen mit 0,5 Gewichtsprozent eines
polymeren Stockpunktemiedrigers, d. h. eines PoIyalkylmethacrylats
mit im Durchschnitt 14,3 C-Atomen in den Alkylketten, und 7,5 Gewichtsprozent eines im
Handel erhältlichen Zusatzstoffgemisches aus einem Detergens, einem Oxidationsinhibitor, einem Rostschutzmittel
und einem Mittel zur Verbesserung der Schmierwirkung, in einem Öl mit hohem Viskositätsindex
(HVI-60) gelöst. Die Anteile der hydrierten Doppelkegel-Copolymeren werden dabei so gewählt,
daß in allen Fällen ein Öl vom Typ 10 W/50 erhalten wird. Die kinematische Viskosität (99 C) des eopolymerfreien
Öls beträgt 5,67 cS.
Die Konzentrationen der hydrierten Doppelkegel-Copolymeren im Öl, die kinematische Viskosität der
Öle (Vk) bei 99X und -18 C und die dynamische Viskosität
(V11) bei -18'C (gemäß ASTM-Prüfnorm
yo D 2602) und in einigen Fällen der Vl sind aus Tabelle 11
ersichtlich.
Zur Bestimmung der Schcrbcständigkcit werden die Öle dadurch starken Scherkräften ausgesetzt, indem
man sie jeweils 20mal bei Raumtemperatur, einem
is Druck von 190 Atmosphären und einem Durchsatz
von 250 ml/min durch eine Dieseleinspritzdüse hindurchpreßt. Die bei diesem Test verwendete Dieseleinspritzdüse
ist als »Apparat zur Bestimmung der Scherfestigkeit von Mineralölen« bekannt.
Tabelle 11 zeigt außer den Viskositätseigenschaften der Öle bei 99"C und -18 C vor der Einwirkung der
Scherkräfte, die kinematische Viskosität bei 99"C nach der Einwirkung der Scherkräfte. Man erkennt, daß der
Viskositätsverlust infolge der Scherwirkung niedrig ist,
.JS mit Ausnahme im Falle des das Polymere von Beispiel
E enthaltenden Öls. Bei diesem Copolymcrcn wurde ein sehr hohes Mengenverhältnis Isopren/
Styrol angewendet.
Vor- Molverhiillnis
such
such
Isopren
Styrol
Vinyllohiol
Anteil im Ausn;iii|:s|;i'niiscli
p-lerl.- Isopren Styrol Vinyl- p-terl,-
lUityl- toluol BuIyI-
styrol styrol
(μ)
Cyclohexan
sck.-
Itutyl-
lithium
hydrierter
Anteil der
olefinisch
ungcsiitti^tcn
ΙϋηιΙιιημοη
Anteil der
olefinisch
ungcsiitti^tcn
ΙϋηιΙιιημοη
MoIekuliirpcwkhl
■ 10 '
(111 Mol) (%)
A | 84 | 16 |
B | 75 | 25 |
71 | 29 | |
I) | 60 | 40 |
71.0
61,7
5(i,9
61,7
5(i,9
11.1,7
107,6
107,6
21,7
.11,4
-16..1
47,2
.11,4
-16..1
47,2
1 2,4
S .15
838
94.1
842
770
772
838
94.1
842
770
772
1,0.1
1,14
I „10
1,24
1,05
1 .W
1,14
I „10
1,24
1,05
1 .W
98,4
96,7
99,2
98,5
99 2
96,7
99,2
98,5
99 2
90
82
72
76
117
86
82
72
76
117
86
11
12
Fortsetzung
Versuch
Nr.
Nr.
Molverhältnis
lso- Styrol Vinyl-
Anteil im Ausgangsgemisch
pren
toluol
p-tcrt,-BuIyI-styrol
Isopren Styrol
(S)
Vinylloluol
(g)
p-tert.· Butylstvrol
(g)
Cyclohexan
sek,-
Butyl-
lithium
(m Mol)
hydrierter Anteil der olefinisch ungesättigten
Bindungen
(0A)
MoIekulargewichl • 10"3
G | 88 | Versuch | 12 | 40 | 32 | 8,3 | 99,3 | 20,7 | 53,6 | 37,8 | im | Va | (99 C), cS | V* (-18T), cS | 24,0 | 700 | ,36 | Vl | 98,8 | 88 |
H | 83,4 | 8,3 | 40 | 102 | 15,6 | 72,6 | 850 | ,48 | 97,6 | 96 | ||||||||||
1 | 60 | 46,3 | 705 | ,06 | 97,9 | 112 | ||||||||||||||
J | 60 | Copolymer- | 8 | 46,3 | Vor dem Scherversuch | 14,5 | 840 | ,06 | 98,0 | 94 | ||||||||||
K | 60 | konzentration | 16 | 46,3 | 33,5 | 840 | ,06 | 97,2 | 93 | |||||||||||
L | 84 | Öl, Gewichts | 71 | 710 | ,03 | 99,1 | 101 | |||||||||||||
Tabelle Il | prozent | |||||||||||||||||||
Copolymeres | Nach dem Sehe | |||||||||||||||||||
von | </ ν ' | versuch | ||||||||||||||||||
8 T), P | VA (99 CI, cS | |||||||||||||||||||
2,06
2,2
2,2
2,5
1,55
2,2
2,4
2,47
3,35
3,5
3,42
2,8
17,6
19,1
18,3
19,1
16,9
17,32
18,01
17,36
18,23
17,76
17,59
18,37
180
104
104
79
57,5
61,5
68,5
85
69
62
123
106
123
106
61
18,6
17,5
18,3
19,7
21,0
21,0
20,5
22
19,2
22,5
164
162
15,9 18,4 17,6 18,2 13,3
17,75
17,31 17,47
Claims (7)
1. Schmierstoffe, bestehend aus Mineralschmierölen, synthetischen Schmierölen und/oder fetten
Ölen sowie Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet,
daß sie
a) ein hydriertes, in Gegenwart von Lithiummetall oder einer Lithiumverbindung, insbesondere
einer Lithiumhydrocarbylverbindung, vorzugsweise von sek.-Butyllithium, als Katalysator
hergestelltes, eine doppelkegelförmige Strukturabstufung aufweisendes Copolymeres
mindestens eines konjugierten Diens und mindestens einer vinylaromatischen Verbindung
mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mindestens 50UU als VI-Verbesserer sowie
gegebenenfalls
b) weitere herkömmliche Zusatzstoffe
enthalten.
enthalten.
2. Schmierstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente a) ein Copolymeres,
in welchem das konjugierte Dien mindestens 5 C-Atome aufweist, vorzugsweise Isopren,
enthalten.
3. Schmierstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente a)
ein einfaches Doppelkegel-Copolymeres enthalten, welches durch Copolymerisation der in einem Gemisch
aus einem konjugierten Dien und einer vinylaromatischen Verbindung enthaltenen Monomere
in einer Kohlenwasserstofflösung in Gegenwart eines Alkalimetalls oder einer Alkaiimetallverbindung
als Katalysator bis .'.um Einbau von mindestens 80 Prozent, vorzugsweise mindestens
99 Prozent des im Ausgangsgemisch enthaltenen konjugierten Diens, in das Copolymere hergestellt
worden ist.
4. Schmierstoffe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente a) ein einfaches
Doppelkegel-Copolymeres enthalten, in welches 85 Prozent, vorzugsweise mindestens 95
Prozent der im Ausgangsgemisch enthaltenen vinylaromatischen Verbindung eingebaut worden sind.
5. Schmierstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente
a) ein Copolymeres enthalten, in welchem die vinylaromatische
Verbindung ein alkyliertes oder halogenhaltiges Styrol, vorzugsweise ein Alkylstyrol
mit einem Ci i«-Alkylrest, insbesondere ein Q 4-Alkvlstyrol
ist.
6. Schmierstoffe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente
a) ein Doppelkegel-Copolymeres enthalten, in welchem die Anzahl der von den vinylaromatischen
Verbindungen abgeleiteten Einheiten zu der Anzahl der von den konjugierten Dienen abgeleiteten
Einheiten 50 :50 bis 3 :97, vorzugsweise 45 :55
bis 5 :95, beträgt.
7. Schmierstoffe nach den Ansprüchen ! bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Komponente
a) ein Copolymeres enthalten, in welchem mindestens 50 Prozent, vorzugsweise mehr als 90 Prozent,
der ursprünglich im Doppelkegel-Copolymeren vorhandenen olefinisch ungesättigten Bindungen
in den gesättigten Zustand übergeführt worden sind.
Die Erfindung betrifft Schmierstoffe mit verbesserten
Eigenschaften, insbesondere Schmieröle mit erhöhtem Viskositätsindex (VI) und verbesserter Viskosität bei
niedrigen Temperaturen sowie mit hoher Scherbeständigkeit.
Schmiermittel, die nach herkömmlichen Verfahren aus Mineralölen hergestellt werden, besitzen im allgemeinen
keinen genügend hohen Vl, um die im Falle moderner Kraftfahrzeugmotoren an die Viskosität gestellten
sehr hohen Anforderungen erfüllen zu können. Es wurden daher bereits mehrere Zusatzstoffe vorgeschlagen,
die den VI von Schmiermitteln erhöhen und ihnen einen breiteren Verwendungsbereich aufgrund
ihrer Klassierung in dem auf den Viskositäten bei 99 und - 18 C beruhenden SAE-Schema verleihen.
Diese Zusatzstoffe, welche zumeist polymere Verbindungen darstellen, werden als »VI-Verbesserer« bezeichnet.
Um eine befriedigende Eignung als VI-Verbesserer zu besitzen, muß die betreffende Verbindung nicht nur
den Vl eines frischen Schmiermittels günstig beeinflussen, sondern auch stabil bleiben und die VI-verbessernde
Wirkung während des Einsatzes des Schmiermittels in der jeweiligen Vorrichtung, z. B. einem
Motor, beibehalten. Gute VI-Verbesserer müssen daher scherbeständig sein und eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber hohen Temperaturen, Sauerstoff und Säuren besitzen. Es ist ferner erwünscht, daß ein VI-Verbesserer
den Stockpunkt des Schmiermittels verbessert oder zumindest die Wirkung von Stockpunkterniedrigern
nicht stört.
In der modernen Schmiermittel-Technologie besteht die Tendenz zur Herstellung von Schmiermitteln, die
einen niedrigen Gehalt an aromatischen Verbindungen und einen hohen VI, wie von i00 und darüber, aufweisen.
Hydrierte Random-Styrol/Dien-Copolymere, z. B. hydrierte Random-Slyrol/Butadien-Copolymere, insbesondere
entsprechende, in herkömmlichen Schmierölen lösliche Copolymere mit hohen Styrol/Butadien-Molverhältnissen,
besitzen den Nachteil, daß sie in den Schmiermitteln mit hohem Vl schlecht löslich, häutig
sogar nahezu unlöslich sind. Solche Copolymere können daher nicht zur Verbesserung der Viskositätseigenscharten
dieser Schmiermittel verwendet werden.
Es ist weiterhin aus der US-PS 27 98 853 bekannt, daß man flüssige Polymeröle, welche durch Random-Polymerisation
von Butadien und Styrol sowie anschließende Hydrierung über einem Raney-Nickel-Katalysator
hergestellt worden sind, zur Verbesserung der Viskositätseigenschaften eines paraffinischen
Destillatschmieröls verwenden kann, dessen Viskosilätsindex bei 113 liegt. Die erzielte Verbesserung beträgt
aber nur etwa 19,5 Einheiten, was für die moderne Kraftfahrzeugtechnik nicht ausreichend ist
Außerdem zeigt die praktische Erfahrung, daß eine Er höhung des VI umso schwieriger ist, je höher dei
Ausgangswert des betreffenden Basisschmiermitteli ist. So weist ein HVI-60 Basisöl mit entsprechender
Zusatzstoffen, wie polymere Stockpunkterniedriger Detergentien und Oxidationsinhibitoren, bereits einer
VI von 125 auf. Diesen Wert des Vl noch beträchtlicl
zu erhöhen, bietet in der Praxis große Schwierigkeiten
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß siel diese Aufgabe zufriedenstellend durch Mitverwenduni
von Copolymeren besonderer Struktur lösen läßt welche an sich feste Stoffe darstellen, aber eine holn
Öllöslichkeit aufweisen.
Die erfindungsgemälkn Schmierstoffe, bestehen
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