DE2656079C2 - Verwendung von Estergemischen als Schmiermittel - Google Patents
Verwendung von Estergemischen als SchmiermittelInfo
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Description
und 24 bis 10 Mol eines Triols dtr allgemeinen Formel
CH2OH
CH2OH
R-C-CH2OH
CH2OH
worin R jeweils eine Methyl- oder Äthylgruppe bedeutet, und
(b) eines Gemisches aus 2,5 bis 18 Mol gesättigter aliphatischer Monocarbonsäuren mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen
im Molekül und 1 Mol derartiger Carbonsäure mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül
hergestellt worden sind, als Bestandteil von Schmiermitteln.
2. Verwendung von Estergemischen, die durch Veresterung
(a) eines Alkoholgemisches aus 1 Mol eines Diols der allgemeinen Formel
CH>OH
R-C-CH3
R-C-CH3
CH2OH
und 2,5 bis 10 MoI eines Triols der allgemeinen Formel
CH2OH
CH2OH
R-C-CH2OH
CH2OH
worin R jeweils eine Methyl- oder Alkylgruppe bedeutet und
(b) eines Gemisches aus 2,5 bis 18 Mol gesättigter aliphatischer Monocarbonsäuren mit verzweigter Kohlenstoffkette
und 8 bis 10 Kohlenstoffatomen im Molekül und 1 Mol gesättigter aliphatischer Monocarbonsäuren
mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül hergestellt worden sind, nach Anspruch 1 als
Bestandteil von Schmiermitteln.
3. Verwendung von Estergemischen nach den Ansprüchen 1 und 2 als Bestandteil von Mehrbereichsschmierölen.
Aus der DE-OS 24 32 680 ist die Herstellung von Polyestern und deren Verwendung in Schmierölen bekannt.
Die Polyester werden erhalten durch katalytische Umsetzung eines Gemischs von 1 Mol bifunktionellen und
2,5—10 Mol trifunktionellen Polyolen mit einem Gemisch von 4—19 Mol linearen C6—Ce-Monocarbonsäuren
und 1 Mol linearen C12—Cig-Monocarbonsäuren. Diese Estergemische zusammen mit Mineralölen zeigen
jedoch bei Verwendung als Schmieröle, insbesondere für Automobile, kein ganz zufriedenstellendes Viskositäts-
K verhalten.
«f! 65 Aufgabe der Erfindung ist nun die Verwendung spezieller Estergemische als Schmiermittel-Bestandteile, die
||: einen verbesserten Viskositätsindex des Schmiermittels ergeben.
ΓΪ Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen charakterisierten Estergemische gelöst.
!'■' Besonders empfehlenswert ist die Verwendung der Ester nach der Erfindung zum Aufbau von Mehrbe-
reichschmierölen, da die Vorteile, die in diesen Fällen mit Zusätzen zu erreichen sind, bei den erfindungsgemäß
verwendeten Estern aufgrund ihrer besonderen Theologischen Eigenschaften weit stärker in Erscheinung treten
als bei den bisher verwendeten Zusätzen. Um die besonderen Anforderungen zu erfüllen, die bei Schmierölen für
Verbrennungsmotoren innerhalb eines Bereiches von — 18°C bis etwa 1000C an die Viskosität zu stellen sind,
werden bekanntlich Fraktionen von Mineralölen mit entsprechenden Zusätzen zu Verbesserung des Viskositätsindex
zusammengestellt Hierbei muß man oft zurückgreifen auf Mineralölfraktionen, die sich durch niedrige
Viskoskät auszeichnen und daher verhältnismäßig leicht flüchtig sind, so daß ihr Viskositätsanstieg bei tiefen
Temperaturen derart ist, daß die Viskosität des gesamten Ansatzes innerhalb des gewünschten Bereichs bleibt
Gerade in derartigen Fällen bewähren sich die erfindungsgemäß verwendeten Spezialestef am testen, umsomehr
als sie aufgrund ihres Viskositätsindex, der höher ist als derjenige der bekannten Polyester, die Verwendung
vor· sveniger flüchtigen Mineralölfraktionen ermöglichen und/oder eine Verringerung des prozentualen
Anteils des Zusatzes zur Verbesserung des Viskositätsindex erlauben. Auch in Kombination mit anderen
Komponenten in etwa gleichen Anteiler, wird mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ester die Neigung der Viskositäts-Temperatur-Kurve
des betreffenden Schmiermittels wesentlich verbessert Die Estergemische können nicht
nur im Gemisch mit Mineralölen sondern auch allein verwendet werden, wobei ihre besonderen Eigenschaften,
wie Wärmestabilität Oxidationsbeständigkeit Schmierkraft sowie ihr hoher Viskositätsindex auch zur Geltung
kommen.
Beispiele für typische im Gemisch vorhandene Einzelester sind diejenigen, in denen der Polyolanteil das
2,2-Di(hydroxymethyl)-propan-(neopentylg]ykol)(»NPG«) oder das l,l,1-Tri(hydroxymethyl)-propan-(trimethylolpropan)
(»TMP«) ist während als Säurvanteil Reste von Capron-, Pelargon und/oder Caprinsäure für die eine
Gruppe und Laurin-, Myristin-, Palmitin- und/oder Stearinsäure für die andere Gruppe vorhanden sind. Säuren
natürlicher Herkunft oder geradkettigen Säuren synthetischer Herkunft sind hierbei gleich gut geeignet. Im
Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften kann man bei der einen Gruppe auch verzweigtkettige Ce-, C9- oder
Cio-Säuren einführen, 2. B. diejenigen, die man aus der Oxosynthese erhält.
Die Ester können in bekannter Weise durch Umsetzung der Säuren mit den Polyolen, gegebenenfalls in
Anwesenheit eines Lösungsmittels wie Benzol oder Toluol, erhalten werden. Hierbei können Veresterungskatalysatoren
wie Benzolsulfonsäuren, p-Toluolsulfonsäure oder Methansulfonsäure zur Erhöhung der Umsetzungsgeschwindigkeit verwendet werden. Die Reaktionstemperaturen können in einem Bereich von 80 bis 260° C
liegen, wobei die Umsetzung vorzugsweise in einer Atmosphäre von Inertgas durchgeführt wird.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung, wobei 2,2-Di-(hydroxymethyl)-propan-(neopentylglykol)
als »NPG« und 1,1,1 -Tri-(hydroxyinethyl)-propan-(trimethylolpropan) als
»TMP« bezeichnet sind.
Beispiel 1 (Produkt A)
0,415 Mol TMP, 0,085 Mol NPG, 1,019 Mol Pelargonsäure, 0,283 Mol .Dodecansäure, 0,085 Mol Palmitinsäure
und 0,028 Mol Stearinsäure wurden ohne Lösungsmittel in Stickstoffatmosphäre umgesetzt, wobei Methansulfonsäure
als Katalysator zugesetzt wurde.
Nach der Umsetzung wurde das Gemisch in Stickstoffatmosphäre abgestreift und das Produkt dann mit
Aluminiumoxid behandelt. Die Säurezahl betrug dann 0,3 mg KOH je Gramm und die Viskosität bei 99°C
5,18mm2/s.
Beispiel 2(Produkt B)
Die Umsetzung wurde mit 0,562 Mol TMP, 0,187 Mol NPG, 0,371 Mol Dodecansäure und 1.691 Mol eines
handelsüblichen Gemisches von Säuren mit einem mittleren Molekulargewicht von 154 (vorwiegend Cg- und 4:5
Cio-Säuren) durchgeführt.
Die Säurezahl des Endproduktes war 0,2 mg KOH je Gramm und seine Viskosität bei 99° C 4,34 mnr/s.
Beispiel 3(ProduktC)
Es wurden umgesetzt: 0,4 Mol TMP, 0,05 Mol NPG, 0,975 Mol Pelargonsäure, 0,195 Mol Myristinsäure und
0,13 Mol Palmitinsäure.
Das Endprodukt hatte bei 99° C eine Viskosität von 5,56 mm2/s.
Beispiel 4(Produkt D)
Es wurden umgesetzt: 0,72 Mol TMP, 0,28 Mol NPG, 1,534 Mol Octylsäure, 1,023 Pelargonsäure und 0,163 Mol
Myristinsäure.
Das Produkt hatte bei 99° C eine Viskosität von 3.99 mm2/s.
Beispiel 5(Produkt E)
Es wurden umgesetzt: 0,4 MoITMP. 0.1 Mol NPG. 1,12 Mol eines handelsüblichen Gemisches aus Säuren mit
einem mittleren Molekulargewicht von 154 (vorwiegend Ce- und C|0-Säuren). 0,14 Mol Dodecansäure und 0,14
Mol Myristinsäure. b5
Das Produkt hatte bei 99°C eine Viskosität von 4,68 mm2/s.
Weiterhin wurden zu Vergleichszwecken Ester untersucht, die durch Umsetzen von TMP mit folgenden
Monocarbonsäuren im Verhältnis 1 : 3 gebildet wurden:
Octylsäure (Produkt H),
Pelargonsäure (Produkt I), Decansäure (Produkt L)
sowie auch mit einem Gemisch aus Cr bis Ci 2-Säuren (Produkt M).
Die folgende Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Eigenschaften der gemäß diesen Beispielen erhaltenen
Endprodukte.
Produkt
Viskosität
bei-18°C
mm2/s
Viskosität
bei38°C
mm2/s
Viskosität
bei 99° C
mm2/s
bei 99° C
mm2/s
Viskositätsindex
Säurezahl, mg KOH je g
| A | 598 | 25,21 | 5,18 | 153 | 0,32 |
| B | 417 | 19,72 | 4,34 | 143 | 0,20 |
| C | 670 | 27,60 | 5,56 | 157 | 0,20 |
| D | 346 | 17,46 | 3,99 | 141 | 0.20 |
| E | 488 | 21,90 | 4,68 | 147 | 0,20 |
| Vergleich | |||||
| H | 414 | 18,38 | 4,03 | 131 | |
| I | 568 | 23,17 | 4,78 | 141 | |
| L | 700 | 26,93 | 5,34 | 148 | |
| M | 481 | 20,53 | 4,37 | 136 |
Die Eigenschaften der Produkte H und I wurden der Literatur entnommen, während diejenigen der Produkte
L und M an im Laboratorium hergestellten Vergleichsstoffen ermittelt wurden. Die Werte für die Viskosität bei
-18° C, die zu niedrig sind, um mit dem Cold-Crank-Simulator direkt gemessen zu werden, wurden errechnet
aus folgender Formel:
Wx=-
(log T2-IOg T1)
(IQgT2-IOgTx)+ W2,
worin Wx definiert ist durch das Verhältnis: W, = log log (n+0,6), wobei Vx die Viskosität in mm2/s bei der
absoluten Temperatur Tx bedeutet. WJ und W2 sind entsprechend definiert.
Die obige Formel, aus der die Viskosität Vx bei der Temperatur Tx leicht zu berechnen ist, wenn die Viskositäten
v\ und V2 bei den entsprechenden Temperaturen Ti und T2 bekannt sind oder nach ASTM- oder aus der
Walther-Gleichung abgeleitet wurden, gestattet eine genauere Berechnung, wobei der Fehler vermieden wird,
der bei graphischen Bestimmungsmethoden unvermeidlich ist.
Die Konstante 0,6 entspricht der in ASTM angegebenen Konstante für Viskositäten von
> 1,15 ramVs.
Zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen den üblichen bekannten Produkten und den nach der Erfindung
verwendeten dienen die Kurven von F i g. 1 und 2.
In F i g. 1 ist das Verhältnis der Viskosität bei 99°C zu den Viskositätsindices dargestellt Bekanntlich steigen in
der TMP-Reihe die Indices mit steigender Viskosität Betrachtet man nun die untere Kurve für die bekannten
Produkte H bis L, so zeigt sich, daß der Trend der Eigenschaften, wie erwartet, vollständig regelmäßig ist ohne
Rücksicht auf die Art der entweder allein oder als Gemisch verwendeten Säuren.
Die obere Kurve zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Produkte ebenfalls eine überraschende Regelmäßigkeit
in ihren Eigenschaften aufweisen, als ob sie eine eigene Esterklasse darstellen würden.
Ihre Viskositäts-Indices sind bei gleicher Viskosität bei 99°C stets höher als diejenigen der bekannten Ester.
Um den Vergleich zu verdeutlichen wurde in F i g. 2 jeweils das Verhältnis der Viskosität bei - 18°C zu der
Viskosität bei 99° C als Funktion der Viskosität bei 99° C aufgetragen.
Auch in diesem Fall zeigen sich sofort die überlegenen Eigenschaften der Ester A, B, C, D und E, umsemehr als
diese Ester, wenn ihre Viskosität bei 99°C die gleiche ist bei - 18°C eine niedrigere Viskosität haben, bzw. wenn
ihre Viskosität bei -18" C die gleiche ist bei 99° C eine höhere Viskosität haben.
Die Vorzüge der erfindungsgemäß verwendeten synthetischen Produkte zeigen sich auf gleiche Weise bei den
Schmiermitteln. Zum Nachweis dieser Tatsache sei auf Tabelle 2 verwiesen, in der die Eigenschaften von drei
Mehrbereichsölen aufgeführt sind:
Öl P — hergestellt aus dem Ester B und einem Mineralöl mit hohem Viskositätsindex, handelsübliches
Polymer V.I.I. zur Verbesserung der Viskosität und verschiedenen handelsüblichen Zusätzen.
öl Q enthält die gleichen Zusätze und das gleiche V.U.-Polymere, jedoch keine synthetischen Grundstoffe. Zur
Verbesserung seiner Theologischen Eigenschaften wurde ihm daher ein hoher Prozentsatz an flüssigem Mineralöl
mit hohem Index zugesetzt Trotzdem aber erhöhte sich die Viskosität bei —18° C von 2900mm2/s auf
3700 mm2/s, obgleich die Viskosität bei 99° C etwas niedriger war.
Öl S: wie öl P, jedoch mit üblichem Ester M.
Vergleicht man öl Q und öl S, so zeigt sich, daß die Viskositäten bei -18° C um 500 mPa · s differieren,
während der Unterschied zwischen dem öl P und dem öl Q 800 mPa · s betrug.
| Öl P | Öl Q | Öl S | |
| Neutrales Lösungsmittel 125 | _ | 47,7 | |
| Neutrales Lösungsmittel 500 | 44 | 36,0 | 44 |
| V.l.l.-Polymer,(%) | 8 | 8,3 | 8 |
| EsterB,(%) | 40 | — | — |
| Ester M, (%) | — | — | 40 |
| Verschiedene Zusätze, (%) | 8 | 8 | 8 |
| Viskosität bei 99°C, (mm2/s) | 18,24 | 17,90 | 18,30 |
| Viskosität bei -18° C (CCS) m Pa ■ s | 2900 | 3700 | 3200 |
| Hierzu 1 | Blatt Zeichnungen |
Claims (1)
1. Verwendung von Estergemischen, die durch Veresterung
(a) eines Alkoholgemisches aus 1 Mol eines Diols der allgemeinen Formel
CH2OH
R-C—CH3
CH2OH
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