DE4138910A1

DE4138910A1 - Verwendung von partiell dehydratisierten ricinusoelen als schmiermittel

Info

Publication number: DE4138910A1
Application number: DE4138910A
Authority: DE
Inventors: Johann Dr Klein; Frank Dr Bongardt; Karl-Heinz Dr Schmid
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-03
Also published as: ES2076789T3; DE59203605D1; US5468405A; EP0618953B1; WO1993011207A1; EP0618953A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von partiell de hydratisierten Ricinusölen als Schmiermittel.

Es ist seit langem bekannt, synthetische Esteröle sowohl als Grundöl als auch als Additiv in Schmiermitteln zu verwenden. Im Vergleich zu den bil ligeren, aber umweltbedenklicheren Mineralölen werden die synthetischen Esteröle meist dann als Grundöl verwendet, wenn ein besseres Viskosi täts-Temperaturverhalten und ein niedriger pour-point verlangt wird. So spielten beispielsweise in der zivilen und militärischen Luftfahrt Flug turbinenöle auf Basis der synthetischen Esteröle aus Adipin-, Azelain und/oder Sebacinsäure mit Alkanolen lange Zeit eine bedeutende Rolle (siehe Ullmann Enzyclopädie der technischen Chemie, Band 20, Seite 457-671, 1984). Aber nicht nur synthetische Esteröle, sondern auch natür liche Ester wie technisches Ricinusöl mit Hydroxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g wurden aufgrund der extrem guten Schmierungseigen schaften bereits als Grundöl für Hochleistungsmotoren wie Rennmotoren ver wendet. Mit zunehmender Steigerung der Motorenleistung werden jedoch auch stets wachsende Anforderungen an die Schmiermittel gestellt, und insbeson dere an die Grundöle der Schmiermittel. So sollen die Schmiermittel nicht nur das Verschleißen beispielsweise der Metallteile reduzieren, sondern auch ermöglichen, daß die Metallteile höheren Drücken ausgesetzt werden können, ohne daß es zu Verschweißungen kommt. Diese letztere Eigenschaft, die auch als extrem pressure Eigenschaft bezeichnet wird, ist bei technischem Ricinusöl jedoch kaum ausgeprägt.

Die synthetischen oder auch die natürlichen Ester werden aus Kostengründen aber nicht nur als Grundöl, sondern auch häufig als Additiv eingesetzt, um das Verschleißen (Anti-wear) oder die Verschweißung (extrem pressure) zu minimieren. In diesen Fällen werden nur geringe Mengen Ester zu bekannten Schmiermitteln, wie Mineralölen zugesetzt. Obgleich die aus dem Stand der Technik bekannten synthetischen oder natürlichen Ester bereits gute Schmierungseigenschaften haben, die das Verschleißen reduzieren, besteht gleichwohl weiterhin ein ausgesprochenes Interesse an neuen Estern, die besser als die aus dem Stand der Technik bekannten Ester das Verschweißen minimieren. Außerdem sollen die Ester möglichst natürlichen Ursprungs so wie leicht zugänglich und biologisch abbaubar sein. Auch sollen die Ester für Ihre Anwendung als Grundöl ein ausgezeichnetes Kälteverhalten haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Ester bereit zu stellen, die diese Anforderung erfüllen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von partiell de hydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen im Bereich von 90 bis 150 mg KOH/g als Schmiermittel.

Die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle kön nen nach bekannten Verfahren durch Dehydratisierung von Ricinusöl mit Hy droxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g in Gegenwart von sauren Katalysatoren wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Säureanhydride, sauer rea gierende Metalloxide oder sauer reagierende hydrogenhaltige Salze wie Na triumhydrogensulfat bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 300°C unter Entfernung von Wasser hergestellt werden. Übersichten zur Dehydratisierung von Ricinusöl sind in "Farbe und Lack" 57, 149 (1951) und "Fette und Seifen", Heft 9, 425 (1943) zu entnehmen. Bevorzugt im Rahmen der Erfin dung werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle gemäß der britischen Patentschrift GB 6 71 368 aus Ricinusöl mittels phosphoriger Säure gewon nen, vorzugsweise in Anwesenheit von 0,1 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von etwa 0,25 bis 0,75 Gew.-% phosphoriger Säure - bezogen auf Ricinusöl - und bei Temperaturen im Bereich von 230 bis 260°C. Die gewünschte Hydroxylzahl von 90 bis 150 mg KOH/g der partiell dehydratisierten Ricinusöle kann zum einen über die Mengen eingesetzter phosphoriger Säure und vor allem über die Reaktionszeit eingestellt werden. Prinzipiell gilt dabei, je länger die Reaktionszeit ist, desto niedriger ist die erhaltene Hydroxylzahl, wobei die Reaktionszeit durch Zugabemengen an phosphoriger Säure des oben angegebenen Mengenbereichs reduziert werden kann. Im allgemeinen führt die Umsetzung mit phosphoriger Säure in den obengenannten Mengen bei Reakti onszeiten von etwa 30 Minuten bis 10 Stunden zu partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen des gewünschten Bereichs. Dabei ist stets zu berücksichtigen, daß es sich bei den Hydroxylzahlen um durchschnitt liche Hydroxylzahlen handelt, die bestimmt wurden nach der DGF-Einheits methode C-V 17a (1953) und deren Einheit mg KOH/g ist.

Bevorzugt im Rahmen der Erfindung werden partiell dehydratisierte Ricinus öle mit Hydroxylzahlen von 100 bis 140, vorzugsweise von 110 bis 130 mg KOH/g. Partiell dehydratisierte Ricinusöle mit Hydroxyzahlen unter 90 zei gen zwar auch Schmierwirkung, aber deutlich schlechtere; so ist das Ver schleißen bei diesen stark dehydratisierten Ricinusölen noch schlechter als bei natürlichen Ricinusölen.

Im Sinne der Erfindung können die partiell dehydratisierten Ricinusöle sowohl als Grundöl als auch als Additiv verwendet werden. Demnach umfaßt der Begriff der "Schmiermittel" im Sinne der Erfindung sowohl Grundöle als auch Additive mit Schmierungseigenschaften. ßei beiden Anwendungsfeldern können die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle mit aus dem Stand bekannten Grundölen wie Mineralölen, synthe tischen Esterölen aus Dicarbonsäuren und Alkanolen oder Di- und Monocar bonsäuren und Alkanolen als auch mit natürlichen Estern wie Triglyceride verwendet werden. Der Anteil der erfindungsgemäß verwendeten partiell de hydratisierten Ricinusölen richtet sich nach der beabsichtigten Wirkung. Als Grundöl werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle vorzugsweise in Mengen von 50 bis 100 Gew.-% - bezogen auf additiviertes Schmiermittel

- verwendet. Bei seiner Anwendung als Additiv liegen die Einsatzmengen an den partiell dehydratisierten Ricinusölen etwa im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% - bezogen auf additiviertes Schmier mittel.

Aufgrund der guten tribologischen Eigenschaften können die partiell dehy dratisierten Ricinusöle alleine oder in Kombination mit bekannten Schmier mitteln in Motorenöl-, Getriebeöl-, Hydraulik- und/oder Kühlschmierflüssig keiten verwendet werden. Besonders bevorzugt werden die partiell dehydrati sierten Ricinusöle alleine als Grundöl in Motorenölflüssigkeiten, vorzugs weise in Rennmotorenölflüssigkeiten verwendet.

Die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle mit den angegebenen Hydroxylbereichen zeigen extrem gute Schmierungseigenschaf ten und vor allen Dingen hervorragende Verschleißkennwerte (extrem pressure-Eigenschaften). Außerdem zeigen die partiell dehydratisierten Ricinusöle ein ausgezeichnetes Viskositäts-/Temperatur-Verhalten, das sich auch in den nach DIM ISO 3016 bestimmten pour-points von etwa -20 bis -40°C widerspiegelt. Weiterhin zeigen die partiell dehydratisierten Ricinus öle eine gute Haftwirkung bei ausreichend hoher Viskosität.

Werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle als Grundöl verwendet, ist es selbstverständlich, daß zur Verbesserung des Schmiercharakters auch Zusatzstoffe wie Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Dispergiermittel, Hochdruckzusätze, Antischaummittel, Metalldesaktivatoren in den üblichen wirksamen Mengen eingesetzt werden können.

Beispiele A) Herstellung von partiell dehydratisierten Ricinusölen Beispiel 1

3 kg handelsübliches Ricinusöl (OHZ ca. 160; VZ ca. 180; JZ ca. 85; SZ ca. 2) wurde in einen Reaktor gefüllt, mit 7,5 g phosphoriger Säure versetzt und unter Vakuum (15 Torr) auf 240°C erwärmt. In Abhängigkeit der Reak tionszeit wurden partiell dehydratisierte Ricinusöle mit folgenden Kenn zahlen erhalten; wobei OHZ die Hydroxylzahl in mg KOH/g, VZ die Versei fungszahl gemäß DIN 53401, JZ die Jodzahl bestimmt nach DGF CV, 11b und SZ die Säurezahl gemäß DIN 53402 bedeutet:

Tabelle I

Beispiel 2

3 kg handelsübliches Ricinusöl wurde analog Beispiel 1 mit 15 g phospho riger Säure bei 240°C umgesetzt. In Abhängigkeit der Reaktionszeit konn ten folgende partiell dehydratisierte Ricinusöle mit den Kennzahlen gemäß Tabelle II erhalten werden.

Tabelle II

Anwendungstechnische Eigenschaften

Mit einer 4-Kugelapparatur nach DIN 51350 wurden die anti-wear-Eigenschaf ten getestet von

I) handelsüblichem Ricinusöl (OH-Zahl ca. 160; Verseifungszahl VZ ca. 180; Jodzahl JZ ca. 85; Säurezahl ca. 2).
II) Partiell dehydratisiertes Ricinusöl gemäß Beispiel 1 mit einer Reak tionszeit von 3 Stunden, das heißt mit einer Hydroxyl OHZ von 120, VZ = 185, JZ = 96, SZ = 2,3.
III) Partiell dehydratisiertes Ricinusöl gemäß Beispiel 2 mit einer Reak tionszeit von 3,5 Stunden, das heißt mit einer OHZ von 79, V = 190, JZ = 114, SZ = 2,0.

In Tabelle 1 sind die anti-wear-Eigenschaften bei 600 und 450 N als auch die extrem-pressure-Eigenschaften zusammengestellt. Es zeigt sich, daß partiell dehydratisiertes Ricinusöl mit einer Hydroxylzahl von 120 eine sehr viel bessere Schmierwirkung als technisches Ricinusöl als auch als partiell dehydratisiertes Ricinusöl mit einer OH-Zahl von 79 aufweist. Zudem sind die Verschweißungen, das heißt die extrem-pressure-Eigenschaf ten von partiell dehydratisiertem Ricinusöl mit einer Hydroxylzahl von 120 mit 1900 N sehr viel höher als bei dem verglichenem technischem Ricinusöl.

Tabelle 1

anti-wear/extrem-pressure Eigenschaft nach DIN 51350

Claims

1. Verwendung von partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxyl zahlen im Bereich von 90 bis 150 mg KOH/g als Schmiermittel.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ricinus öle Hydroxylzahlen von 100 bis 140, vorzugsweise 110 bis 130 mg KOH/g haben.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die partiell dehydratisierten Ricinusöle alleine oder in Kombination mit bekannten Schmiermitteln in Motorenöl-, Getriebeöl-, Hydraulik und/oder Kühlschmierflüssigkeiten verwendet werden.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die partiell dehydratisierten Ricinusöle alleine als Grundöl in Motorenölflüssigkeiten, vorzugsweise in Rennmotorenölflüssigkeiten verwendet werden.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die partiell dehydratisierten Ricinusöle hergestellt worden sind durch Umsetzung von Ricinusöl mit Hydroxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g mit sauren Katalysatoren bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 300°C unter Entfernung von Wasser.