DE3534442A1 - Schmieroelzusammensetzung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schmierölzusammensetzung
mit verbesserten, die Reibung verminderten Eigenschaften,
sowie auf ein Verfahren zur Verminderung der Reibung in einem
Verbrennungsmotor. Im besonderen ist die Erfindung auf eine
Schmierölzusammensetzung gerichtet, die ausgewählte Hydroxyamidverbindungen
als reibungsvermindernde Zusätze enthält, sowie
auf ein Verfahren zur Verminderung der Reibung in einem Verbrennungsmotor
unter Verwendung eines Schmieröls, das diese
Hydroxyamidverbindungen enthält.
Es sind in den letzten Jahren erhebliche Anstrengungen gemacht
worde, die Wirtschaftlichkeit von Benzinmotoren zu erhöhen, wobei
es sich bei Benzin um ein Produkt handelt, das, wie andere Energieformen,
relativ teuer geworden ist. Einige der bekannten
Vorschläge, die Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf den Benzinverbrauch
zu verbessern, sind mechanischer Natur oder betreffen
konstruktive Maßnahmen, wie die Herstellung kleinerer Autos und
Motoren. Da es bekannt ist, daß eine hohe Reibung wesentlich zu
den Energieverlusten beiträgt, geht ein anderer Vorschlag dahin,
die Wirtschaftlichkeit der Motoren hinsichtlich des Benzinverbrauchs
durch die Verminderung der Reibung zu verbessern.
Die Hauptanstrengungen zur Verminderung der Reibung in Verbrennungsmotoren
sind auf die Schmieröle gerichtet, die in diesen
Motoren eingesetzt werden. Ein Vorschlag besteht darin, synthetische
Esterausgangsschmieröle einzusetzen, die im allgemeinen
teuer sind. Ein weiterer Vorschlag liegt darin, Zusätze zu verwenden,
um die reibungsmindernden Eigenschaften des Schmieröls zu
verbessern. Unter den die Reibung vermindernden Zusätze, die bereits
verwendet worden sind, ist eine Anzahl von Molybdenverbindungen
einschließlich unlöslichen Molybdensulfiden und verschiedenen
Organomolybdenkomplexen, wie z. B. Molybdenaminkomplexen,
die in der US-PS 41 64 473 beschrieben sind, Molybden,
die in der US-PS 41 92 753, der
US-PS 42 01 683 sowie der US-PS 42 48 720 offenbart sind, Molybdenoxazolinkomplexen,
die Gegenstand der US-PS 41 76 074 sind
und Molybdenlactonaxazolinkomplexen,entsprechend der Beschreibung
in der US-PS 41 76 073.
Andere Gruppen von die Reibung vermindernden Zusätzen, die in
Schmierölen verwendet worden sind, sind Carboxylsäurreester. Diese
Verbindungen umfassen die Ester der Fettsäuredimere und Glykole,
entsprechend der Beschreibung in der US-PS 41 05 571, die Ester
der Monocarboxylsäuren und Glycerin, entsprechend der Offenbarung
der US-PS 43 04 678, die Ester der Dimersäuren und einwertigen
Alkohol, wie dies in der US-PS 41 76 486 beschrieben ist,
die Ester von Glycerin und Monocarboxylfettsäuren, entsprechend
der Beschreibung in der GB-PS 20 38 355 und der GB-PS 20 38 356,
sowie die Ester der Monocarboxylfettsäuren und mehrwertigen
Alkoholen nach der US-PS 39 33 659.
Andere, die Reibung vermindernde Zusätze, die in Schmiermittelzusammensetzungen
eingesetzt werden, umfassen stickstoffenthaltende
Produkte von phosphosulforisierten Estern, die in der US-PS
42 98 484 beschrieben sind und Borsäuresalze oder Boratester von
Hydroxyalkylimidazolinen, entsprechend der Beschreibung in der
US-PS 42 98 486.
Obwohl die verschiedenen Vorschläge und Zusäzte im allgemeinen zu
einer gewissen Verminderung der Motorreibung und dementsprechend
zu einem verbesserten Wirkungsgrad hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs
geführt haben, besteht nach wie vor ein Bedürfnis
für weitere Zusätze und Zusammensetzungen, die zur notwendigen
und gewünschten Reibungsverminderung führen und außerdem wirtschaftlich
und leicht verfügbar sind, sowie, was am wichtigsten
ist, mit den üblichen ungemischten Ausgangsschmierstoffen,
sowie den vielen herkömmlichen Zusätzen, die in Schmierölzusammensetzungen
eingestzt werden, verträglich sind. Hierin
ist im wesentlichen die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe zu sehen.
Es wurde nun herausgefunden, daß Schmierölzusammensetzungen,
die ausgewählte Hydroxyaminverbindungen als Zusätze aufweisen,
verbesserte, die Reibung vermindernde Eigenschaften zeigen.
Im einzelnen handelt es sich bei der Erfindung um eine Schmierölzusammensetzung
mit verbesserten, die Reibung vermindernden
Eigenschaften, die als Hauptbestandteil einen ungemischten Ausgangsschmierstoff
enthält, sowie von etwa 0,01 bis etwa 2,0
Gew.-% einer Hydroxyamidverbindung der Formel:
wobei R das Kohlenwasserstoffradikale oder Skelett einer Dimercarboxylsäure
ist, mit einer Gesamtzahl von etwa 24 bis etwa
90 Kohlenstoffatomen mit etwa 9 bis etwa 42 Kohlenstoffatomen
zwischen den Carboxylsäuregruppen, während Z a) eine hydroxysubstituierte
Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen
oder b) eine Oxyalkylgruppe der Formel
wobei A und B jeweils Alkyl mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen
und m eine ganze zahl von 1 bis 50 darstellt, x 0 oder 1, y
1 oder 2 und n 1 oder 2 ist.
Andererseits umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Verminderung
der Reibung in einem Verbrennungsmotor, indem man in den Motor
eine Schmierölzusammensetzung verwendet, die eine die Reibung
wirkungsvoll vermindernde Menge der ausgewählten Hydroxyamidzusammensetzung
enthält, entsprechend der Erläuterung.
Damit bezieht sich die Erfindung auf eine Schmierölzusammensetzung
mit einem Gehalt eines Zusatzes einer ausgewählten
Hydroxyamidverbindung zur Erzielung verbesserter, die Reibung
vermindernder Eigenschaften, sowie ein Verfahren zur Verminderung
der Reibung in einem Verbrennungsmotor, indem man eine Schmierölzusammensetzung
verwendet, die als Zusatz die ausgewählte
Hydroxyamidverbindung enthält.
Der erfindungsgemäß verwendete, die Reibung vermindernde Zusatz
ist eine öllösliche Hydroxyamidverbindung mit der Formel
wobei R das Kohlenwasserstoffradikale, Rückgrat oder Skelett
einer Dimercarboxylsäure, Z eine hydroxysubstituierte Alkylgruppe
oder eine Oxyalkylengruppe und x, y sowie n ganze Zahlen,
wie dies nachfolgend noch definiert wird, darstellen.
Die Dimercarboxylsäure, die zur Herstellung der Hydroxyamidverbindung
gemäß der Erfindung eingesetzt wird, ist ein Dimeres
einer aliphatischen gesättigten oder ungesättigten Carboxylsäure,
wobei die Dimersäure insgesamt etwa 24 bis etwa 90
Kohlenstoffatome aufweist und von etwa 42 Kohlenstoffatome
zwischen den Carboxylsäuregruppen trägt. Vorzugsweise
umfaßt die Dimersäure insgesamt etwa 24 bis etwa 60 Kohlenstoffatome
und etwa 12 bis etwa 42 Kohlenstoffatome zwischen den
Carboxylsäuregruppen und in noch stärkerem Maße bevorzugt,
insgesamt etwa 24 bis etwa 44 Kohlenstoffatome und etwa 16
bis etwa 22 Kohlenstoffatome zwischen den Carboxylsäuregruppen.
Der Dimersäurekohlenwasserstoffrückstand oder die Skelettgruppe,
dargestellt in der Hydroxyamidverbindung (I) kann auch eine
freie Carboxylgruppe aufweisen, d. h., sie muß nicht vollständig
amidiert sein.
Die Z-Gruppe, die sich in der Hydroxyamidverbindung (I) wiederfindet,
kann a) eine hydroxysubstituierte Alkylgruppe mit etwa
1 bis etwa 20, vorzugsweise 1 bis 10, und noch stärker bevorzugt,
2 bis 6 Kohlenstoffatomen sein, oder b) eine Oxyalkylengruppe
der Formel
wobei A und B jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen
sind und m eine ganze Zahl von 1 bis 50 darstellt. Vorzugsweise
ist die Oxyalkylengruppe A und/oder B Wasserstoff und m beträgt
1 bis 40. Die bevorzugte Z-Gruppe in der Hydroxyamidverbindung
(I) ist die hydroxysubstituierte Alkylgruppe. In der besagten
hydroxysubstituierten Alkylgruppe kann mehr als eine Hydroxygruppe
anwesend sein und im besonderen 1 bis 4 Hydroxygruppen,
wobei 1 bis 2 Hydroxygruppen bevorzugt sind und am stärksten
bevorzugt eine Hydroxygruppe anwesend ist.
Bei der oben gezeigten Hydroxyamidverbindung (I) stellen
x, y und n ganze Zahlen dar, wobei x 0 oder 1 ist, y 1 oder
2 und n 1 oder 2 darstellt. Vorzugsweise ist x gleich 0,
y gleich 2 und n gleich 2.
Die Hydroxyamidverbindungen gemäß der Erfindung erhält man
allgemein, indem man ein Hydroxyamin, wie ein Alkanolamin mit
einer Säure bei erhöhter Temperatur kondensiert.
Man kann sie auch erhalten durch die Reaktion des Dimersäureamids
mit einer Oxyalkylenverbindung. Eine weitere Beschreibung
der Herstellung der Hydroxyamide findet sich wieder in
Kirk-Othmer, "Encylopedia of Chemical Technology", 2. Ausgabe,
Band 2, 1963, Seiten 66 bis 76.
Die Dimercarboxylsäuren, die zur Herstellung der Hydroxyamide
gemäß der Erfindung eingesetzt und oben beschrieben werden, sind
hinlänglich bekannt und handelsüblich verfügbare Verbindungen.
Darüber hinaus lassen sich Details dieser Verbindungen der US-
PS 31 89 832, der US-PS 34 29 817, der US-PS 32 23 635, der
US-PS 41 05 571 sowie der US-PS 43 88 201 entnehmen. Hinsichtlich
der Dimersäure gemäß der Erfindung ist zu erwähnen, daß die
Reaktionen zur Erzeugung dieser Säuren im besonderen beim
kommerziellen Betrieb im allgemeinen zur Trimerbildung und sogar
zur Tetramerbildung führt, und in manchen Fällen enthält das Produkt
geringe Mengen von nichtragiertem Monomerem oder Monomeren.
Hieraus folgt, daß die handelüblichen verfügbaren Dimersäuren
auch andere Produkte enthalten können, und zwar bis zu 25%
Trimerem. Die Verwendung von Mischungen liegt im Rahmen der
Erfindung und soll durch den Begriff "Dimersäure", wie er hier
verwendet wird, abgedeckt sein.
Die Hydroxyaminverbindungen, die eingesetzt werden, zur Herstellung
der Hydroxyamide gemäß der Erfindung sind ebenfalls
bekannt und handelsüblich verfügbar, wobei sie im all-gemeinen
als Alkanolamine oder Aminoalkohole bezeichnet werden. Die
Hydroxyalkylamine, entsprechend der obigen Beschreibung,
können als Derivate von Ammoniak angesehen werden, wobei
mindestens ein Wasserstoff er-setzt ist durch ein Hydroxyalkylradikal.
Ein kommerzielles Verfahren zur Herstellung
umfaßt die Reaktion von Äthylenoxid oder Propylenoxid mit
Ammoniak. Die alkilierten Amine können, wie oben beschrieben,
hergestellt werden, wobei jedoch auch die oxyalkylierten
Amine direkter hergestellt werden können aus der Reaktion eines
Dimersäureamids, d. h. DA-CONH2, wobei DA das Dimersäurerückgrat
ist mit einer Oxyalkylenverbindung, wie Äthylen- oder
Propylenoxid. Eine weitere Beschreibung der Herstellung
der Hydroxyaminverbindungen des "erfindungsgemäß eingesetzten
Typs findet sich in Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical
Technology", 2. Ausgabe, Band 1, 1963, Seiten 809-831
und Band 2, 1963, Seiten 72-73. Typische Verbindungen dieser
Art umfassen Äthanolamin, Diäthanolamin, Propanolamin sowie
3-Amino-1,1-Propandiol.
Bei der Herstellung der Hydroxyaminverbindungen, die gemäß
der Erfindung verwendet werden, setzt man im allgemeinen ein
oder mehr Mole von Hydroxyamin pro Mol der Dimersäure ein,
in Abhängigkeit von dem Amidierungsgrad der angestrebten Dimercarboxylgruppen.
Im besonderen werden etwa 1 : 1 bis etwa
3 : 1 Mole von Hydroxyamin pro Mol der Dimersäure eingesetzt,
wobei etwa 1 : bis 2 : 1 bevorzugt ist.
Die die Reibung vermindernden Hydroxyaminzusätze gemäß der Erfindung
werden im allgemeinen in Konzentrationen von etwa 0,01
bis etwa 2,0 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 1,0,
und besonders bevorzugt von etwa 0,05 bis etwa 0,5 Gew.-%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierölzusammensetzung,
eingesetzt.
Der ungemischte Ausgangsschmierstoff umfaßt allgemein einen
Hauptbestandteil der Schmierzusammensetzung, d. h. mindestens
50 Gew.-% hiervon und umfaßt flüssige Kohlenwasserstoffe, wie
die mineralischen Schmieröle und synthetische Schmieröle und
Mischungen hiervon. Die synthetischen Schmierstoffe, die eingesetzt
werden können, umfassen Diesteröle, wie z. b. Di-(2-Äthylhexyl)-
Sebacat,- Azelat und -Adipat, komplexe Esteröle, wie
diejenigen, die hergestellt werden aus Dicarboxylsäuren, Glykolen
und entweder einbasischen Säuren oder einwertigen Alkoholen,
Siliconöle, Sulfidester, organische Carbonate und andere in
diesem Sachgebiet bekannte synthetische Öle. Mineralöle sind die
bevorzugten Ausgangsschmierstoffe.
Zur Bildung des endgültig eingesetzten Öls können der erfindungsgemäßen
Ölzusammensetzung andere bekannte Zusätze beigegeben
werden. Diese Zusätze umfassen Dispergierungsmittel, Verschleißminderungsmittel,
Antioxidiermittel, Korrosionsinhibitoren,
Detergentien, Fließpunktverbesserer, Hochdruckzusätze, Viskositätsindexverbesserer
und andere. Diese Zusätze sind typischerweise
z. B. beschrieben in "Lubricant Additives" von C.V Snmalheer
und R. Kennedy Smith, 1967, Seiten 1-11, sowie in der US-PS
41 05 571.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern,
ohne daß damit eine Beschränkung des Rahmens der Erfindung beabsichtigt
ist.
Ein 10W40SE Qualitätsmotoröl wurde hergestellt und enthielt einen
Ausgangsschmierstoff mit etwa 56 Gewichtsteilen von Solvent 150
neutralem und etwa 19 Gew.-% von Solvent 100 neutralem Mineralöl.
Es enthielt außerdem 0,1 Gew.-% einer Hydroxyaminverbindung als
reibungsvermindernder Zusatz, hergestellt durch die Reaktion
einer Dimersäure, die Linolsäure und/oder Oleinsäure (vertrieben
von Emery Industries, Inc. als Empol 1010) enthielt,
und Äthanolamin. Die Zusammensetzung enthielt außerdem andere
Zusätze, die herkömmlicherweise in Motorölen eingesetzt werden,
einschließlich eines Zinkdialkyldihiophosphatantioxidier/
Verschleißverhinderungsmittels,
eines Rostinhibotors, wie z. B.
überbasisches Magnesiumsulfonat, eines Zusatzmittels zur Verhinderung
der Ölschlammabsonderung sowie eines Viskositätsindexverbesserers,
wie z. B. ein Äthylen-Propylencomplymeres.
Die hergestellte Zusammensetzung wurde hinsichtlich ihres Reibungskoeffizienten
untersucht, unter Einsatz eines Untersuchungsverfahrens
mit einer Kugel auf einem Zylinder, wie dies in "Journal
of the American Society of Lubrication Engineers" (ASLE Transaction)
Band 4, Seiten 1-11, 1961 beschrieben ist. Im wesentlichen besteht
die Vorrichtung im Grunde aus einer fest gehaltenen Metallkugel,
die gegen einen rotierenden Zylinder gedrückt wird.
Die Belastung auf die Kugel und die Drehung des Zylinders
können während des Versuchsablaufs oder von einer Versuchsdurchführung
zur anderen verändert werden. Auch die Zeit für eine
vorgegebene Untersuchung ist veränderbar. Im allgemeinen wird
jedoch Stahl auf Stahl eingesetzt bei einer konstanten Belastung,
einer konstanten Umdrehungszahl pro Minute und einer
vorgegebenen Zeit, wobei bei den Versuchen dieser Beispiele
eine Belastung von 4 kg, 0,26 Umdrehungen pro Minute und eine
Zeit von 70 Minuten eingesetzt wurde. Die Vorrichtung und das
Verfahren, wie sie hier zum Einsatz gekommen sind, werden eingehender
in der US-PS 31 29 580 beschrieben.
Die hergestellte Zusammensetzung, die den Hydroxyamidzusatz enthielt
ergab einen Reibungskoeffizient von 0,10. Die gleiche
Zusammensetzung ohne den Zusatz besaß einen wesentliche höheren
Reibungskoeffizienten von 0,28.
Ein weiteres Motoröl der gleichen Art, wie in Beispiel 1
beschrieben, jedoch mit einem unterschiedlichen, die Reibung
vermindernden Zusatz, d. h. 0,1 Gew.-% eines Hydroxyamids,
hergestellt durch die Reaktion einer Dimersäure (wie in Beispiel 1)
1) mit Diäthanolamin wurde hinsichtlich seines Reibungskoeffizienten,
wie in Beispiel 1, untersucht.
Der sich ergebende Reibungskoeffizient lag bei 0,11. Wie in
dem vorangehenden Beispiel, zeigte diese Zusammensetzung die
den ausgewählten, die Reibung vermindernden Hydroxyamidzusatz
gemäß der Erfindung enthielt, einen beachtlich reduzierten
Reibungskoeffeizienten, verglichen mit der gleichen Zusammensetzung
ohne den Zusatz.
Claims (9)
1. Schmierölzusammensetzung mit verbesserten, die Reibung
verminderten Eigenschaften, gekennzeichnet
durch einen Hauptbestandteil an ungemischten Ausgangsschmierstoff
und von etwa 0,01 bis 2,0 Gew.-% einer
Hydroxyamid-Verbindung mit der folgenden Formel:
wobei R das Kohlenwasserstoffradikal der Dimercarboxylsäure
ist, mit einer Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen von etwa
24-etwa 90 mit etwa 9-etwa 42 Kohlenstoffatomen zwischen
den Carboxylsäuregruppen und Z a) eine hydroxysubstituierte
Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen oder
b) eine Oxyalkylengruppe der Formel:
ist, wobei A und B jeweils ein Alkyl von 1 bis 2 Kohlenstoffatomen
oder Wasserstoff ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 50;
x gleich 0 oder 1, y gleich 1 oder 2 und n gleich 2.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dimersäure eine Gesamtzahl
von etwa 24 bis etwa 60 Kohlenstoffatomen besitzt und etwa
12 bis etwa 42 Kohlenstoffatome zwischen den Carboxylsäuregruppen
und daß die hydroxysubstituierte Alkylgruppe etwa
1 bis etwa 4 Hydroxygruppen aufweist.
3. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die hydroxysubstituierte
Alkylgruppe etwa 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome aufweist.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oxyalkylengruppe
A und/oder B Wasserstoff sind und m eine Zahl von 1 bis
40 ist.
5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß etwa 0,01 bis
etwa 1,0 Gew.-% der Hydroxyamidverbindung eingesetzt wird.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dimersäure
eine Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen von etwa 24 bis etwa 44
aufweist und etwa 16 bis etwa 22 Kohlenstoffatomen zwischen den
Carboxylsäuregruppen und die Z-Gruppe in der Hydroxyamidverbindung
eine hydroxysubstituierte Alkylgruppe ist.
7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die hydroxysubstituierte
Alkylgruppe 1 bis 2 Hydroxygruppen und 2 bis 6
Kohlenstoffatome aufweist.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hydroxyamidverbindung
hergestellt ist aus der Kombination einer Dimersäure,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Linolsäure, Oleinsäure,
und Mischungen hieraus und einer Hydroxyamidverbindung, ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus Äthanolamin und Diäthanolamin.
9. Verfahren zur Verminderung der Reibung in einem Verbrennungsmotor,
dadurch gekennzeichnet, daß man
zur Schmierung des Motors eine Schmierölzusammensetzung einsetzt,
die eine Menge eines Zusatzes für eine effektive Reibungsverminderung
enthält, bei welchem es sich um eine Hydroxyamidverbindung
handelt, mit der Formel:
wobei R das Kohlenwasserstoffradikal der Dimercarboxylsäure
ist, mit einer Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen von etwa
24 bis etwa 90 mit etwa 9 bis etwa 42 Kohlenstoffatomen zwischen
den Carboxylsäuregruppen und Z a) eine hydroxysubstituierte
Alkylgruppe mit etwa 1 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen oder
b) eine Oxyalkylengruppe der Formel:
ist, wobei A und B jeweils ein Alkyl von 1 bis 2 Kohlenstoffatomen
oder Wasserstoff ist und m eine ganze Zahl von 1 bis 50;
x gleich O oder 1, y gleich 1 oder 2 und n gleich 2.
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