DE2210430A1 - Viskositaetsindexverbessertes schmieroel und seine herstellung - Google Patents
Viskositaetsindexverbessertes schmieroel und seine herstellungInfo
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Description
SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCH/ÜPPIJ N.V.
Den Haag / Niederlande
"Viskositätsindexverbessertes »Schmieröl und seine Herstellung"
Priorität: 5. März 1971, Großbritannien, Nr. 6133/71
Die Erfindung betrifft ein viskositätsindexverbessertes Schmieröl und seine Herstellung.
Es ist bekannt, daß die Viskosität von Schmierölen von der Temperatur abhängt. Das Temperatur-Viskositätsverhältnis eines
Öls kann durch den sogenannten Viskositätsindex (V.l.) ausgedrückt
werden. Eine besonders geeignete Art von Viskositätsindexverbesserungsmitteln
setzt sich aus hydrierten Butadien-Styrol-Copolymeren zusammen, die Random-Gopolymere von Butadien
und Styrol sind und JO bis 4A- Gewichtsprozent von aus
Butadien abgeleiteten und 56 bis 70 Gewichtsprozent von aus
Styrol abgeleiteten Einheiten besitzen und die mindestens bis zur Sättigung von 95 Prozent der olefinischen Doppelbindungen
und von höchstens 5 Prozent der aromatischen Doppelbindungen
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hydriert worden sind.
Im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften eines solchen
hydrierten Butadien-Styrol-Copolymeren und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß zur Lösung der hydrierten Butadien-Styrol-Copolymeren
in den Ölen intensives Vermischen mit Hilfe einer eine genügende Scheraktivität liefernden Ausrüstung erforderlich
ist, ist es von Vorteil, die Grundmischungstechnik zur Herstellung des viskositätsindexverbesserten Schmierölendproduktes
zu verwenden. Auf diese Weise werden Konzentrate von Ülzusammensetzungen hergestellt und diese zur Herstellung von
Schmierölgemischen mit einem gewünschten Gehalt an hydriertem Butadien-Styrol-Copolymer verwendet, indem man das Schmieröl
mit der erforderlichen Menge des Konzentrats verschneidet.
Üblicherweise enthalten solche Konzentrate den höchstmöglichen Gehalt an hydriertem Butadien-Styrol-Copolymer, der auf diese
Weise angewendet v/erden kann, wenn auch die bei Konzentraten mit mehr als 20 bis 25 Gewichtsprozent an hydriertem Butadien-Styrol-Copolymerem
sogar bei etwas erhöhter Temperatur auftretenden Fließprobleme den Höchstgehalt von hydriertem Butadien-Styrol-Copolymer
im Konzentrat in der Praxis begrenzen. Ein weiteres, bei Konzentraten mit einem Gehalt von weniger als
20 Gewichtsprozent an hydriertem Butadien-Styrol-Copolymer, z.B. 10 Gewichtsprozent, auftretendes Handhabungsproblem ergibt
sich aus ihrer Neigung, bei Lagerung in Gelform überzugehen. Wie lange es dauert, bis die Konzentrate Gele bilden,
hängt von der Lagertemperatur ab und kann von 2 Stunden (z.B.
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bei Lagerung bei etwa 500G) bis zu 2 Wochen oder länger (z.B.
bei Lagerung bei etv/a 200G) schranken. Wenn die Gelbildung
eingetreten ist, kann das Konzentrat nicht mehr ohne weiteres aus dem Behälter, wie z.B. aus einem Lagertank, einer Büchse
oder einem Eisenbahntankwagen entfernt v/erden.
Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Es■wurde nämlich gefunden, daß die Gelbildung durch Zumischung
zusätzlicher polymerer Verbindungen zu den Konzentraten verhindert oder zumindestens wesentlich herabgesetzt vier de η kann.
Das erfxndungsgemaße viskositätsindexverbesserte Schmieröl
enthält:
1) ein Schmieröl,
2) ein Random-Copolymeres von Butadien und Styrol mit 30 ^iG
44 Gewichtsprozent an Baueinheiten, die sich von Butadien und 56 bis JO Gewichtsprozent an Baueinheiten, die sich von
Styrol herleiten, das mindestens bis zur Sättigung von 95 Prozent der olefinischen und von höchstens 5 Prozent der
aromatischen Doppelbindungen hydriert worden ist,
2) einen öllösliehen Polyester mit molekularen Baueinheiten,'
die sich von einem Allylester einer ungesättigten Carbonsäure mit einer Oc-Doppelbindung
und einer Alkylkette (-ketten) mit mindestens 7 Kohlenstoffatomen ableiten.
Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Schmieröl ein, das
durch Zumischen eines wie oben definierten Öls zu dem gleichen
oder einem anderen Schmieröl entsteht.
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Dan Random-Copolymere von Butadien und Styrol kann auf Jede
bekannte oder geeignete Weise erhalten werden. So kann es durch Copolymerisierung von Butadien und Styrol in Emulsion
erhalten werden. Vorzugsweise wird die Copolymerisierung jedoch
in Lösung mit Hilfe eines Alkalimetalls oder eines Alkalimetallkohlenwasserstoffes,
insbesondere mit Lithiummetall oder einem Lithiumkohlenwasserstoff, als Katalysator durchgeführt.
Lithiumalkyle, wie Äthyllithium, Propyllithium, Hexyllithium
und insbesondere sekundäres Butyllithium sind geeignet. Das Lösungsmittel für eine solche in Lösung stattfindende Copolymerisierung
kann eine unter den während der Copolymerisierung herrschenden Bedingungen inerte Flüssigkeit sein, z.B.
ein aliphatischer Kohlenwasserstoff wie Pentan, Hexan, Cyclohexan
oder Ilethylcyclohexan, oder ein aromatischer Kohlenwasserstoff,
wie z.B. Benzol, Toluol oder Xylole. Ebenso können Gemische von zwei oder mehreren Kohlenwasserstoffen verwendet
werden. Random-Copolymere von Butadien und Styrol, die- keine großen Blöcke eines oder der beiden Monomeren enthalten, v/erden
gebildet, wenn polare Verbindungen, die den Katalysator nicht inaktivieren und eine Neigung zur Random-Copolymerisierung
hervorrufen, während der Polymerisierung im Reaktionsgemisch vorhanden sind. Beispiele solcher Verbindungen sind
tertiäre Amine und Äther, z.B. Diäthyläther, Dibuthylather,
Anisole und insbesondere Tetrahydrofuran. Die Menge der verwendeten polaren Verbindungen kann innerhalb weiter Grenzen
liegen und kann z.B. von 0,05 bis zu 50 Gewichtsprozent und
insbesondere von 0,1 bis zu 10 Gewichtsprozent des gesamten Lösungsmittels betragen. Die Copolymerisierung kann bei einer
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Temperatur von -2O°C bis zu +800G durchgeführt werden und unter
einem Druck, der mindestens au.sreicht, um die Monomeren '.in-1
das Lösungsmittel in flüssiger Phase zu halten.
Das Molekulargewicht des bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung in hydrierter Form verwendeten Random-Copolymeren
aus Butadien und Styrol kann innerhalb weiter Grenzen liegen; im allgemeinen kann ein Copolymeres mit einem aus dem kinetischen
Verhalten ermittelten Molekulargewicht zwischen 40 000
und 100 000 verwendet werden. Die Hydrierung des Randοm-Copο-lymeren
aus Butadien und Styrol kann mit jedem Katalysator durchgeführt werden, der zu einer mindestens 95prozentigen Absättigung
der olefinischen Doppelbindungen führt und nur einen geringen Einfluß auf die aromatischen Doppelbindungen ausübt.
Beispiele hierfür sind Katalysatoren, die ein Nichtedelmetall der Gruppe VIII des periodischen Systems der Elemente oder
eine Verbindung dieses Metalls enthalten, z.B. Raney-Nickel
oder Nickel auf Kieselgur. Vorzugsweise werden Hydrierungskatalysatoren verwendet, die durch Reaktion eines Aluminiumtrialkyls
(z.B. Aluminiumtriisobutyl) mit einem Nickelsalz einer organischen Säure (z.B. 2-Äthylhexansäure) erhalten worden
sind. Nach Entfernung des Lösungsmittels und/oder anderer flüchtiger Materialien erhält man die hydrierten Butadien-Styrol-Copolymeren
in Form fester gunimiartiger Materialien, die zur Erleichterung ihrer Lösung in öl mit mechanischen Mitteln
zu Krümeln zerkleinert werden können.
Wenn auch die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendeten öllöslichen Polyesteradditive- von Alkylester.i
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oC-olefinisch ungesättigter Poly- oder Dicarbonsäuren, wie z.B.
Malein- oder Fumarsäure, stanmen können, werden vorzugsweise
Polyester verwendet, die sich von den Alkylestern <x.-olef inisch
ungesättigter Monocarbonsäuren, wie z.B. Acrylsäure und insbesondere Methacrylsäure, ableiten. Die Alkylketten der Estergruppen
können jede gewünschte Anzahl von Kohlenstoffatomen über 7 enthalten, im allgemeinen sind jedoch Ester mit 7 bis
zu 2!\ und insbesondere mit 9 bis zu 18 Kohlenstoffatomen in
den Alkylketten geeignet.
Es ist oft von Vorteil, öllösliche Polyester zu verwenden, die sich aus Gemischen der genannten Alkylester σί-olefinisch ungesättigter
Carbonsäuren herleiten, wobei diese Gemische Ester mit verschieden langen Alkylketten enthalten. Insbesondere
können Polyester verwendet werden, die sich von Gemischen von Estern herleiten, die im Durchschnitt 12 bis 15 Kohlenstoffatome
in den Alkylketten enthalten. ■
Die Alkylketten der bezeichneten Ester können gerade oder verzweigt
sein. Ester mit einer geraden Alkylkette können sich von natürlichen Alkoholen herleiten, während solche mit ver- ,
zweigten Alkylketten von synthetischen Alkoholen abstammen können, die z.B. durch eine Reaktion von einem oder mehreren
Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Anwesenheit eines Katalysators, wie z.B. eines aus Kobalt, Kohlenmonoxid
und gegebenenfalls einer Phosphorverbindung bestehenden Komplexkatalysators, synthetisiert werden.
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Die öllöslichen Polyester können außerdem polymere Baueinheiten in ihrer Molekularstruktur enthalten, die sich von anderen Monomeren
als den bezeichneten Alkylestern ac-olefinisch ungesättigter
Carbonsäuren ableiten. Z.B. können solche anderen Monomere Alkylester der genannten Säuren sein, die Alkylketten mit
weniger als 7 Kohlenstoffatomen (z.B. Methylmethacrylat) besitzen,
oder Ester der bezeichneten Säuren mit polaren Gruppen, wie z.B. Hydroxylgruppen (z.B. ß-Hydroxyäthylinethacrylat), oder
mit Aminogruppen (v/ie z.B. Diäthylaminoäthylmethacrylat), wobei
die bezeichneter Säuren vorteilhafterweise Monocarbonsäuren,
wie oben beschrieben, sind.
Die öllöslichen Polyester können außerdem in ihrer Molekularstruktxir
polymere Baueinheiten enthalten, die sich von anderen Estern, z.B. von Vinylestern, wie Vinylacetat herleiten, oder
von anderen Monomertypen, wie z.B. von IT-Vinylpyrrolidon,
^--Vinylpyridin oder 2~Methyl-5-vinylpyridin.
Die öllöslichen Polyester können auf jede gewünschte Art hergestellt
v/erden; z.B. ist Polymer is ierung oder Copolymerisierung
unter den Bedingungen der freien Radikalpolymerisation üblicherweise geeignet. Es ist außerdem möglich, solche Polyester
mittelbar durch Einführung von Alkylketten mit mindestens 7 Kohlenstoffatomen in die Molekularstruktur von bereits
bestehenden Polymeren und Copolymeren herzustellen. Z.B. können Polymere hergestellt werden, die in ihrer Molekularstruktur
sich wiederholende Baueinheiten enthalten, die sich von c(.-oIefinisch ungesättigten Carbonsäuren ableiten.· Die Carboxyl-
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gruppen in diesen Polymeren können dann durch Reaktion mit Alkoholen, die mindestens 7 Kohlenstoffatome in ihren Molekülen
enthalten, verestert werden.
Die Schmieröle, die zur Herstellung erfindungsgemäßer ölzusammensetzungen
verwendet werden können, können synthetische Schmieröle (z.B. Esteröle) oder Mineralschmieröle sein. Da die
erfindungsgemäßen Ölzusammensetzungen in den meisten Fällen
zur Herstellung von Ölen mit hohem Viskositätsindex auf Mineralschmierölbasis verwendet werden, ist es in solchen Fällen
von Vorteil, die Ölzusammensetzung aus Schmierölen herzustellen, die die Mineralschmierölkomponente (oder eine dieser Komponenten)
der gegebenenfalls herzustellenden Schmieröle mit hohem Viskositätsindex darstellt.
Der Gehalt an hydrierter Random-Butadien-Styrol-Copolymer-Komponente
in einer erfindungsgemäßen Ölzusammensetzung kann von 20 bis zu 25 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 5 bis zu
20 Gewichtsprozent dieser Ölzusammensetzung betragen.
Der Gehalt an öllöslicher Polyesterkoraponente in den bezeichneten
Ölzusammensetzungen kann innerhalb weiter Grenzen liegen. Im allgemeinen kann der Gehalt von 0,05 bis zu 1,0 Gewichtsprozent
und insbesondere von 0,1 bis zu 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Ölzusammensetzung, betragen. Solche öllösliche
Polyester können leicht in Mineral- oder synthetischen ölen gelöst werden und sie können in Form von Konzentraten in solchen
Ölen mit Konzentrationen von 30 t>is zu 50 Gewichtsprozent
zugänglich gemacht werden.
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_ 9 —
Erfindungsgemäße Ölzusammensetzungen können durch inniges Vermischen
aller Komponenten, z.B. mit Hilfe von Misehgeräten nit
Scheraktivität hergestellt v/erden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, zunächst ein hydriertes Butadien-Styrol-Copolymeres :nit
Öl in einem solchen Gerät zu vermischen und die so erhaltene Lösung mit einer Lösung eines öllöslichen Polyesters in einem
Schmieröl zu verschneiden.
Wenn gewünscht, können die Ölzusammensetzungeη der vorliegenden
Erfindung außerdem Verbindungen enthalten, die in dem Schraierolendprodukt erforderlich sind-, wie z.B. Detergent-Zusätze
(z.B. Calcium-Erdölsulfonate, Calciumsalze von Alkylsalicylsäuren,
Polyamine mit einer Kohlenwasserstoffkette mit mindestens 50 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Polyisobutenyltetraäthylenpentamin),
Höchstdruckadditive (z.B. Zinkdialkyldithiophosphate) und andere.
Das zur Verwendung in Motoren geeignete Schmierölendprodukt kann aus den erfindungsgemäßen Ölzusammensetzungen durch Zumischen
zu einem Schmieröl hergestellt werden, und wenn erwünscht, durch Zugabe von Additiven, wie sie im vorhergehenden
Absatz genannt worden sind.
Die vorliegende Erfindung kann durch folgendes Beispiel erläutert v/erden :
Beispiel
Ein praktisch von olefinischen Doppelbindungen freies hydrier-
Ein praktisch von olefinischen Doppelbindungen freies hydrier-
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tes Random-Copolyraeres von Butadien und Styrol mit einem Gehalt
von 59 Gewichtsprozent Styrol wurde mit Hilfe eines Mischgerätes bis zu einer Konzentration von 10 Gewichtsprozent
in einem HVI' 60 Öl gelöst.
Die erhaltene Lösung wurde mit einer Lösung von zwei verschiedenen
Polyesteradditiven, nämlich einem Polyalkylmethacrylat mit Alkylketten mit mindestens 9 Kohlenstoffatomen und im
Durchschnitt von 14 Kohlenstoffatomen pro Alkylkette (Additiv
A) und einem Copolymeren von Laurylmethacrylat, Stearylmethacrylat
und ß-Hydroxyäthylmethacrylat in einem Molverhältnis
von 8:2:1,8 (Additiv B) in Schmieröl verschnitten und dadurch drei erfindungsgemäße Ölzusammensetzungen erhalten, die
0,2 und 0,4 Gewichtsprozent des Additivs A, bzw. 0,2 Gewichtsprozent
des Additivs B enthielten.
Die nur das Random-Copolymere von Butadien und Styrol enthaltende
Öllösung und die Ölzusammensetzung mit den Additiven A
und B wurden bei 500C verschieden lang gelagert. Die folgende
Tabelle zeigt, daß alle erfindungsgemäßen Zusammensetzungen nach zv/ei Tagen frei fließend geblieben waren. Die Zusammen- ·
Setzungen mit 0,2 Gewichtsprozent der Additive A und B gingen nach einiger Zeit teilweise in Gelzustand über, wogegen die Zusammensetzung
mit 0,4 Gewichtsprozent des Additivs A auch noch nach 5 Wochen flüssig geblieben war.
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Inspektionsselten nach den Verschneiden |
2 rJ?age | 1 wcehe | 2 l/ochen | 3 '.Jochen |
Lösung des Randora- Copolymeren |
gelförmig | gelföriaig | gelförmig | gelfönnig |
Lösung des Random- Copoly nieren + 0,2 Prozent Additiv A |
frei fließend |
teilvieise gelförmig |
teilv/eise gelförmig |
teilweise gelförmig |
Lösung des Random- Copolyineren + 0,2 Prozent Additiv B |
frei fließend |
teilweise gelforiaig |
teilweise gelförmig |
teilweise gelf örraig |
Lösung des Random- Copolyiaeren + 0,4 Prozent Additiv A |
frei fließend |
frei fließend |
frei fließend |
frei fließend |
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Claims (14)
1. Viskositätsindoxverbessortes Schmieröl, enthaltend
1) ein Schmieröl,
2) ein Random-Copolymeres von Butadien und Styrol mit JO
bis 44 Gewichtsprozent an Baueinheiten, die sich von Butadien
und 56 bis 70 Gewichtsprozent an Baueinheiten,
die sich von Styrol herleiten, das mindestens bis zur Sättigung von 95 Prozent der olefinischen und von höchstens
5 Prozent der aromatischer1 Dopp^jWindungen hydriert
v/orden ist,
3) einen öllöslichen Polyester mit molekularen Baueinheiten,
die sich von einem Alkylester einer ungesättigten Carbonsäure mit einer <X-Doppelbindung und einer Alkylkette
(-ketten) mit mindestens 7 Kohlenstoffatomen ableiten.
2. Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Random-Copolymere aus Butadien und Styrol durch in Lösung erfolgende Copolymerisierung
mit Hilfe eines Alkalimetalls oder eines Alkalimetallkohlenwasserstoffes
als Katalysator erhalten worden ist.
3· Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Random-Copolymere unter Verwendung von sekundärem Butyllithiuin als Katalysator erhalten
worden ist.
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4. Viskositätsverbessertes Schmieröl nach Anspruch 2 oder- 3?
dadurch gekennzeichnet, daß das Randon-Copolymere durch
Copolymerisierung in Anwesenheit einer polaren, den Katalysator
nicht inaktivierenden, die Random-Polymerisatation fördernden Verbindung hergestellt worden ist.
5· Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Random-Gopolymere in Anwesenheit
von Tetrahydrofuran hergestellt worden ist.
6. Viskositätbindu.x.vcix'bessertes Schmieröl nach Anspruch 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem kinetischen Verhalten ermittelte Molekulargewicht des-Random-Copolymeren
40 000 bis 100 000 beträgt.
7.Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das Random-CopοIymere durch
Hydrierung in Anwesenheit eines Hydrierungskatalysators erhalten worden ist, der durch Reaktion von Aluminiumtrialkyl
mit einem Nickelsalz einer organischen Säure hergestellt worden ist.
8. Viskositätsindexverbessertes Schmieröl.nach Anspruch 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Polyester von Alkylestern Λ-olefinisch ungesättigter Monocarbonsäuren ableitet.
9. Viskositätsindexverbessertes Sc.hmieröl nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Polyester von Meth-
209884/1168
acrylsäure ableitet.
10. Viskositätsindexverbessertes Schmierö"l nach Anspruch 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylketten des Polyesters von 9 bis zu 18 Kohlenstoffatome enthalten.
11. Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Polyester von Estergemischen mit durchschnittlich 12 bis 15 Kohlenstoffatomen
in der■Alkylkette ableitet.
12. Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 1 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß es von 5 his zu 20 Gewichtsprozent
an hydriertem Random-Butadien-Styrol-Copolymerem.
enthält.
13. Viskositätsindexverbessertes Schmieröl nach Anspruch 1 bis
12,· dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 bis zu 0,5 Prozent
an öllöslichen Polyestern enthält.
14. Verwendung des viskositätsindexverbesserten Schmieröls nach Anspruch 1 bis I3 als Verschnittkomponente für Motorenschmieröl.
209 884/1186 *
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