DE2527524A1 - Schmieroel-dispergiermittel - Google Patents
Schmieroel-dispergiermittelInfo
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Description
DR. BERG DIPL.-ING. STAPF
PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 860245
Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf. 8 München 86, P. O. Box 86 0245
Ihr Zeichen
Your ref.
Your ref.
Unser Zeichen Our ref.
8 MÜNCHEN 80 ^n
Mauerkircherstraße 45 C U. JUNI 1975
An v/a 11 β akt e 26 165
Ethyl Corporation Richmond / U.3.A.
"Schmieröl-Dispergiermittel"
Diese Erfindung betrifft Schmiermittel und im besonderen Schmiermittel für Innenverbrennungsmotoren. Sie betrifft
weiterhin eine verbesserte Zubereitung, die man einem Schmieröl als Dispergierkomponente für verbesserte Antiabrieb-
und Antikorrosionseigenschaften zugibt.
Gase 3994
«· (0811) 98 8272
98 70 43
983310
98 70 43
983310
609852/08 72
Telegramme: BEftGSTAPFPATENT München TELEX: 0524 560 BERG d
-2-
Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100 Hypo-Bank München 389 2623
Postscheck München 653 43
Postscheck München 653 43
Ein großer Prozentsatz der zur Zeit benutzten Automobile werden in der Stadt im "Stop-und-G-o "-Betrieb verwendet,
wobei die Maschinen nicht ihre wirksamsten Arbeitstemperaturen erreichen. Es werden große Mengen an Teiloxidationsprodukten
gebildet und diese erreichen nach Vorbeiströmen an den Kolbenringen das Kurbelgehäuse der Maschine.
Diese Teiloxidationsprodukte reagieren mit dem 01 in dem Kurbelgehäuse und führen zur Bildung von Ablagerungen an
den verschiedenen arbeitenden Teilen der Maschine, was zur Schlamm- und Lackbildung-führt. Weitere Ablagerungen und
organische Säuren führen zu einer Verschlechterung des öls
selbst. Um die Ablagerung dieser Materialien an verschiedenen Maschinenteilen zu vermeiden, ist es notwendig, in
die Schmierölzubereitungen Dispersionsmittel einzubringen, um diese hoch dispergierten polymeren Produkte unter Bedingungen
zu halten, die für die Ablagerung an Metallen ungünstig sind.
Größtenteils sind die verschiedenen Dispergiermittel, die bisher in wirksamer Weise zur Dispergierung der Prekursoren
von Schlamm und Lack verwendet wurden, organische Metallverbindungen wie Calciumalkaryl-sulfonat. Diese Dispergiermittel
neutralisieren ebenso in gewissem Ausmaß die organischen Säuren und helfen so die Korrosion der Maschinenteile
zu vermeiden. Es haben jedoch diese Dispergiermittel den Nachteil, Aschenablagerungen in der Maschine zu
bilden, wobei diese Ablagerungen durch Verschmutzen der
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Zündkerzen und Yentile die liaschinenleistung senken und
zur Frühzündung beitragen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes nicht aschenbildendes Dispergiermittel, das ein Produkt enthält,
das gebildet ist durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 50 - 3000C eines Gemischs von (1) etwa 1 - 20 Gewichtsteilen Schwefel und (2) etwa 100 Gewichtsteilen eines Kondensationsprodukts,
das hergestellt ist durch Umsetzen von (a) etwa einem Molteil eines Alkylphenols mit hohem Molekulargewicht,
worin das Alkyl ein Molekulargewicht von etwa 600 - 3000 hat, (b) etwa 0,1 - 10 Molteilen aliphatischen!
Amin mit 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen und wenigstens einer J^ NH-Gruppe, und (c) etwa 0,1 - 10 Molteilen
aliphatischen! Aldehyd mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen.
Das KoMensationsprodukt eines Phenols, Formaldehyds und eines reaktionsfähigen Amins ist als Mannich-Kondensationsprodukt
bekannt. Die Verwendung von Mannich-Kondensationsprodukten zur Herstellung der vorliegenden Additive ist
bekannt. Sie sind in den US-Patentschriften3368 972 und
3 413 347 beschrieben, wobei in diesen Patentschriften
diese Kondensationsprodukte als Schmiermitteladditive vorgeschlagen
werden.
Die bevorzugten Alkylphenole, die zur Herstellung des Mannich-Produkts verwendet werden, sind die Polyolefin
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substituierten Phenole, die leicht dadurch hergestellt werden können, daß man Phenol mit einem Polyolefin mit
einem Durchschnittsmolekulargewicht von etwa 600 - 3000 unter Verwendung eines B3?,-Phenatkatalysators alkyliert.
Die bevorzugten Polyolefine sind Polymerisate von Cp- bis
CjQ-Olefinen wie Äthylen, Propylen, Buten, Isobuten, Octen-1,
Isoocten, Decen-1 und dergleichen. Die besonders bevorzugten Polyolefin substituierten Phenole sind Polypropylen
und Polybuten substituierte Phenole, bei denen die Polypropylen- oder Polybutensubstituenten ein Durchschnitt
smolekulargewicht von etwa 600 - 3000, insbesondere von 750 - 1500, haben. Ein besonders bevorzugtes Phenol
ist ein Polyisobuten substituiertes Phenol, bei dem die Polyisobutengruppe ein Molekulargewicht von 750 - 1500
hat.
Das aliphatisch^ Amin kann irgendein aliphatisches Amin
sein, das wenigstens eine ^ UH-Gruppe hat, die zum Eintritt
in ein Mannich-Kondensationsprodukt geeignet ist. Vorzugsweise ist das Amin ein aliphatisches Amin mit 1
bis etwa 20 Kohlenstoffatomen wie Methylamin, Dirnethylamin,
Xthylamin, Diäthylamin, n-Propylamin, n-Butylamin,
Isobutylamin, sec-Butylamin, n-Hexylamin, 2-Äthylhexylamin,
Laurylamin, Oleylamin, Stearylamin, Eicosylamin und
dergleichen.
Eine bevorzugte Klasse von Aminen sind die Alkylenpolyamine,
im besonderen Äthylenpolyamine. Diese Amine sind
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eingehend bei Kirk-Othmer "Encyclopedia of Chemical Technology",
Band 5, Seiten 898 - 905 beschrieben. Sie können durch die nachfolgende allgemeine Formel dargestellt werden
H2N 4 CH2-CH2NH >χ H ,
worin X eine ganze Zahl von 1 bis etwa 6 ist. Sie können
einzeln verwendet werden, werden aber vorzugsweise als Gemische verwendet. Ein solches Gemisch wird kommerziell
durch die Union Carbide Chemical Company als "Polyamine H" (Warenzeichen) auf den Markt gebracht. Beispiele für Äthylen-Polyamine
sind Äthylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin,
Tetraäthylenpentamin und dergleichen, sowie ihre Gemische.
Eine weitere bevorzugte Klasse an wertvollen Aminen sind die Ν,Ν-Dialkyl-alkandiamine. Vorzugsweise enthalten die
N-Alkylgruppen 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatome und die zweiwertige
Alkangruppe 2 bis etwa 6 Kohlenstoffatome. Beispiele
derartiger Diamine sind Ν,Ν-Dimethyl-äthylendiamin,
N,N-Diäthyl-1,3-propandiamin, N,N-Dimethyl-1,3-propandiamin,
1T,1I-Diisobutyl-1,6-hexandiamin, N,N-Dimethyl-1 ,6-hexandiamin,
U,U-Di-n-hexyl-1,4-butandiamin, N-Methyl-N-hexyl-1,3-propandiamin
und dergleichen. Von diesen wird N,N-Dimethyl-1,3-propandiamin
besonders bevorzugt.
Der Aldehydreaktionspartner kann irgendein Aldehyd mit
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1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen sein wie Formaldehyd, Acetaldehyd,
Propionaldehyd, Butyraldehyd, Valeraldehyd, Hexaldehyd und dergleichen. Die besonders bevorzugten Aldehydreaktionspartner
sind die aliphatischen Aldehyde mit niederem Molekulargewicht mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen
wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Butyraldehyd, Isobutyraldehyd
und dergleichen. Der besonders bevorzugte Aldehyd ist Formaldehyd, der in seiner monomeren oder polymeren Form wie
Paraformaldehyd verwendet werden kann.
Das Molverhältnis der Reaktionspartner, das zur Herstellung
des Kondensationsprodukts verwendet wird, ist ein Mol
Alkylphenol:0,1 - 10 Mol aliphatisches Amin;0,1 - 10 Mol
aliphatischer Aldehyd. Ein besonders bevorzugtes Verhältnis
ist ein Mol Alkylphenol:0,5 - 5,0 Mol aliphatisches Amin:1,0 - 5,0 Mol aliphatischer Aldehyd.
Das Mannich-Kondensationsprodukt kann durch einfaches Mischen des Alkylphenols, des aliphatischen Amins und des
Aldehyds im geeigneten Verhältnis und durch Erhitzen des G-emischs auf Reaktionstemperatur hergestellt werden. Eine
geeignete Reaktionstemperatur ist etwa 50 - 200°0 und vorzugsweise 75 - 1750C Die Kondensation kann ohne ein Lösungsmittel
oder mit einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Zu geeigneten Lösungsmitteln gehören Kohlenwasserstoffe
mit einem Siedebereich von etwa 70 - 2000C. Zu diesen
gehören sowohl aliphatische als auch aromatische Kohlenwas-
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serstoffe wie Heptane, Octane, Nonane, Benzole, Toluole,
Xylol, Mineralöle und dergleichen. Alkohole wie Isopropanol können ebenso verwendet werden. Wahlweise kann das
Alkylphenol und Amin zuerst auf Reaktionstemperatur erhitzt und dann der Aldehyd auf einmal oder während der
Zeit,in4er die Reaktion abläuft, zugegeben werden. Es können
jedoch auch der Aldehyd und das aliphatische Amin zuerst
gemischt und erhitzt und das Alkylphenol zu diesem Gemisch oder es kann dieses Gemisch zu dem Alkylphenol
zugegeben werden.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Art und Weise in der das Mannich-Kondensationsprodukt hergestellt wird.
In ein Reaktionsgefäß mit Rührwerk, Kühler und Thermometer gibt man 363 Teile Polybuten mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 1100 und 94 Teile Phenol. Während 3
Stunden gibt man 14,2 Teile eines 48$igen B3?,-Xtheratkomplexes
zu, während man die Reaktionstemperatur zwischen 50 und 600G hält. Man rührt dann das Reaktionsgemisch bei
55 - 6O0C weitere 4 1/2 Stunden und überführt es dann in
ein zweites Reaktionsgefäß, das 750 Teile Wasser enthält. Die wäßrige Phase entfernt man und die organische Phase
wäscht man viermal mit 250 Teilen Wasser bei 6O0C, wobei
man die wäßrige Phase nach jeder Wäsche entfernt. Man verdünnt dann das organische Produkt mit etwa 200 Teilen n-
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Hexan und trocknet mit wasserfreiem Natriumsulfat. Man
filtriert dann das Produkt und entfernt das Hexan und andere flüchtige Stoffe mittels Vakuumdestillation, bis das
Produkt "bei 75°C/O,3 Torr zurückbleibt. Man erhält als
Reaktionsprodukt 368,9 Teile Alkylphenol als zähes bernsteinfarbiges öl mit einem Durchschnittsmolekulargewicht
von 810.
In ein getrenntes Eeaktionsgefäß gibt man 267 Teile des oben hergestellten Alkylphenol, 33,6 Teile N,U-Di-methyl-1,3-propandiamin
und 330 Teile Isopropanol. Unter Rühren gibt man 15>8 Teile 95$iges Paraformaldehyd zu. Man nimmt
dann das Reaktionsgemisch 6 1/2 Stunden unter Rückfluß. Danach entfernt man das Lösungsmittel und andere flüchtige
Teile auf eine Temperatur der Reaktionsmasse von 115° C
(etwa 15 Torr). Das Reaktionsprodukt ist eine zähe bernsteinfarbige Flüssigkeit.
In ein Reaktionsgefäß gibt man 933 g Heptan, 495 g Phenol und 3298 g Polybuten (Durchschnittsmolekulargewicht 1000).
Man gibt weitere 315 g Heptan zu und rührt das Gemisch bei 40 - 450C Während 2 Stunden gibt man 147 g BF^-Phenat unter
Rühren bei 40 - 5O0C zu. Man setzt das Rühren 1 Stunde
bei 5O0C fort und gibt dann 972 g Methanol zu. Danach gibt
man 662 g wäßriges Ammoniak zu und erhitzt das Gemisch auf 6O0C. Man stellt das Rühren ein und läßt das Gemisch sich
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_ ο —
trennen. Die wäßrige Bodenschicht zieht man ab. Das verbleibende
Produkt wäscht man mit 972 g Methanol bei 7O0C und läßt sie sich erneut trennen, wonach man wiederum die
Bodenschicht abzieht.
Man stellt die Temperatur des G-emischs auf 3O0C ein und
gibt 365 g N,N-Dimethyl-1,3-propandiamin und 171 g Paraformaldehyd
zu. Man rührt das Gemisch 30 Minuten bei 35 bis 40 C, verringert den Druck des Kessels auf 100 Torr
und destilliert die flüchtigen Bestandteile bei einer Flüssigkeitstemperatur von 1500C ab. Den Rückstand verdünnt
man mit 1313 g aromatischem Lösungsmittel (Hysol 7D)
unter Bildung eines Kondensationsprodukts, das zur Herstellung der sulfurisierten Reaktionsprodukte dieser Erfindung
geeignet ist.
Das sulfurisierte Reaktionsprodukt stellt man dadurch her, daß man elementaren Schwefel dem Mannich-Kondensationsprodukt
zugibt und das Gemisch auf etwa 50 - 30O0C unter
Rühren erhitzt. Das in dieser Reaktion verwendete Kondensationsprodukt muß nicht rein sein. Es kann so wie man es
aus der Kondensationsreaktion erhält, der Sulfurisierungsreaktion unterworfen werden.
Vorzugsweise hat der Schwefel die Form von feinverteiltem Pulver. Die Menge an zugegebenem Schwefel kann in weitem
Bereich variieren. Ein brauchbarer Bereich ist etwa 1 bis
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- ίο -
20 Gewichtsteile Schwefel pro 100 Teile Kondensationsprodukt. Es kann Schwefel im Überschuß verwendet werden und
nicht umgesetzter, nach der SuIfurisierung verbleibender
Schwefel, kann mittels herkömmlicher Verfahren, wie beispielsweise
durch Zentrifugieren oder Filtrieren entfernt werden.
Das nachfolgende Beispiel erläutert die Herstellung der sulfurisierten Reaktionsprodukte.
Man stellt eine Lösung, die 335 g des in Beispiel 2 hergestellten
Kondensationsprodukts mit 165 g SAE-7 Mineralöl her. Zu dieser Lösung gibt man 5 g sublimierten Schwefel
und rührt das Gemisch bei 120 - 125°C 10 Stunden. Das klare viskose Produkt kühlt man, wodurch man ein wirksames
Schmieröl-Dispergiermittel mit verbesserten Antiabrieb- und Antikorrosionseigensehaften erhält.
Das oben beschriebene allgemeine Verfahren kann leicht dazu verwendet werden, eine große Vielzahl von Reaktionsprodukten
dieser Erfindung herzustellen, sofern man irgendeines der vorausgehend beschriebenen Kondensationsprodukte
verwendet und diese mit wechselnden Mengen Schwefel bei verschiedenen !Demperaturen umsetzt.
Es wurden Versuche durchgeführt, um die verbesserten Eigenschaften
der Reaktionsprodukte aufzuzeigen. Bei diesen Ver-
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suchen wurde ein Schmierb'lgemisch verwendet, das 0,5
phenolisches Antioxidationsmittel, 0,5 Gew.# Tetrapropenylbernsteinsäureanhydrid,
0,5 Gew.^ sulfurisiertes synthetisches Keimöl und 0p5 Gew.% Benzotriazol enthielt. Zu einem
Teil dieses Gemischs gab man 5 i° Kondensationsprodukt von Beispiel 2 und zu einem zweiten Teil 5 Gew.$ sulfurisiertes
Reaktionsprodukt von Beispiel 3. Bei jedem Versuch wurde ein sauberes gewogenes Kupfer-Bleilager verwendet.
Die Proben wurden auf 165°C erhitzt und Luft durch die Probe in einer Geschwindigkeit von 48 liter/Stunde 96 Stunden
durchgeblasen. Wach dieser Zeit wurden die Lager entfernt, gereinigt und gewogen. Die Verringerung des lagergewichts
wurde als Kriterium für die Antikorrosionseigenschaften des Additivs verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse
waren»
Additiv Lager-Gewicht sverlust Beispiel 2 416 mg
Beispiel 3 H mg
Diese Ergebnisse zeigen, daß das sulfurisierte Reaktionsprodukt wesentlich die Korrosivität von Schmieröl im Vergleich
zu dem gleichen ölgemisch, das das nicht sulfurisierte Kondensationsprodukt enthält, verringert.
Weitere Untersuchungen wurden durchgeführt, um die Antiabriebeigenschaften
des neuen Additivs aufzuzeigen. Es waren dies 4-Kugel-Abriebuntersuchungen, bei denen die
-12-
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Zentralkugel einer 4-Kugel-Pyramide sich mit einer Geschwindigkeit
von 1800 üpm unter einer Belastung von 50 kg dreht und die Kugeln mit einem SAE-20-Mineralöl
bei 110 C geschmiert werden. Kriterium der Wirksamkeit ist der Durchschnittsdurchmesser der Narben, die sich an
den drei stationären Kugeln bilden. Je geringer der Narben durchmesser, umso wirksamer ist das Antiabriebadditiv.
Ein Öl enthielt 5 Gew.# Additiv von Beispiel 2 und das
andere öl 5 Gew.$ sulfurisiertes Additiv von Beispiel 3.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgezeigt*
Additiv Narbendurchmesser (mm) Beispiel 2 2,75, 2,65 Beispiel 3 2,02, 2,16
Die vorausgehenden Versuche zeigen, daß die Dispergiermittel
der vorliegenden Erfindung sowohl Antikorrosionsals auch Antiabriebeigenschaften aufweisen.
Die Menge Reaktionsprodukt die man dem Schmieröl zugibt, sollte eine geringe aber wirksame Menge sein, d.h. sie
sollte ausreichend sein, um die gewünschte Diskrepanz, Antiabrieb- und Antikorrosionseigenschaften zu öl zu verleihen.
Ein brauchbarer Bereich ist etwa 0,3 bis etwa 10 Gew.^. Bevorzugt werden 1 bis etwa 5 Gew.^.
Andere Additive, die normalerweise Schmieröl zugegeben
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werden, können in die Glformulierung eingebracht werden.
Zu diesen gehören Metallsulfonate wie Calciumalkarylsulfonate
und IvlagnesiumalkaryIsulfonate, Zinkdialkyldithiophoi.phate,
Antioxidationsmittel wie 4,4'-Methylenbis(2,6-di-tert-butylphenol),
Viskositätsindexverbesserer wie Poly-laurylmethacrylate, Polybutene und A'thylen-Propylen-Llischpolymerisate.
In gleicher Weise können Metallphenate wie Barium- oder Zinkalkylphenate oder Metallphenate mit
Schwefelbrücken eingebracht werden. Phosphorsulfurisierte
Kohlenwasserstoffe und ihre Metallsalze können zugegeben werden wie das Reaktionsprodukt von Po^R m^ terpenen oder
Polybutenen und ihre Bariumsalze.
Patentansprüche; -14-
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Claims (1)
- -H-Patentanspruch:Metallfreies Dispergiermittel-Additiv für Schmieröle, dadurch gekennzeichnet, daß es hergestellt ist durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 50 Ms 30O0C von 1 bis 20 Gewichtsteilen elementarem Schwefel und etwa 100 Gewichtsteilen eines Kondensationsprodukts, das hergestellt ist durch Umsetzen von (a) etwa einem Molteil Alkylphenol mit hohem Molekulargewicht, wobei das Alkyl ein Molekulargewicht von etwa 600 - 3000 hat, (b) etwa 0,1 - 10 Molteilen eines Amins, nämlich (1) aliphatischen! Amin mit 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen und wenigstens einer ^ NH-Gruppe, (2) Piperidin und/oder (3) Morpholin und (c) etwa 0,1 - 10 Molteilen eines aliphatischen Aldehyds mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen.\
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