DE69002145T2 - Succinimidderivate, und Verfahren zu ihrer Herstellung. - Google Patents
Succinimidderivate, und Verfahren zu ihrer Herstellung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft modifizierte Succinimide, Verfahren zu deren Herstellung und Zusammensetzungen, umfassend die Succinimide, insbesondere betrifft sie Succinimide, die mit Isocyanaten modifiziert wurden.
- Kolbenlack- und Schlammbildung sind Probleme, die beim Betrieb von Verbrennungsmaschinen auftreten. Die Ansammlung von Schlamm in begrenzten Teilen des Motors kann den Wirkungsgrad des Motors nachteilig beeinflussen. Zur Überwindung der Schlammakkumulation wurden üblicherweise Dispersantadditive dem Motorenschmieröl beigefügt.
- Es ist bekannt, stickstoffhaltige Verbindungen als Dispersantadditive in Schmierölen zu verwenden. Zum Beispiel offenbart die US 3 573 205 die Verwendung von Polyisobutenylsuccinimiden von Alkylenpolyaminen, die mit Diisocyanat modifiziert sind, als Schmieröldispersantadditive. Die Diisocyanate werden als Vernetzungsmittel zur Einführung von Harnstoffunktionalitäten verwendet und liefern relativ hochmolekulare Verbindungen. Es wurde gefunden, dar Schmieröldispersantadditive, die sich von Polyisobutenylsuccinimiden ableiten und die mit Diisocyanaten vernetzt wurden, unter Verwendung von Polyoxyalkylenaminen, anstelle oder sowohl als auch, von Polyaminen hergestellt werden können.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schmieröldispersantadditivs bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt:
- Schritt (1) Umsetzung von Verbindung (A), wobei Verbindung (A) eine Kohlenwasserstoff-substituierte oder substituierte Kohlenwasserstoff-substituierte Bernsteinsäure oder deren Anhydrid oder Ester ist, mit Verbindung (B) der Formel (I)
- H&sub2;N (CHR¹CHR²O)n CHR³CHR&sup4;NH&sub2; (I)
- in der einer der Reste R¹ und R² ein Wasserstoffatom bedeutet und der andere ein Wasserstoffatom oder eine Niederalkylgruppe darstellt und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und einer der Reste R³ und R&sup4; ein Wasserstoffatom darstellt und der andere Rest ein Wasserstoffatom oder eine Niederalkylgruppe darstellt und jede der -(CHR¹CHR²O)Einheiten unabhängig voneinander definiert ist, zu Produkt (C) und
- Schritt (2) Umsetzung von Produkt (C) mit einem Diisocyanat (D) der Formel (II)
- OCN-R&sup5;-NCO (II)
- in der R&sup5; eine zweiwertige organische Gruppe darstellt.
- Verbindung (A) kann ein Kohlenwasserstoff-substituiertes oder substituiertes Kohlenwasserstoff-substituiertes Bernsteinsäureanhydrid oder Derivat davon sein, wobei das Anhydrid gekennzeichnet ist durch die Formel (III)
- in der R&sup6; eine Kohlenwasserstoffgruppe (gegebenenfalls substituiert mit Halogen) zum Beispiel eine Alkyl- oder Alkenylgruppe, vorzugsweise abgeleitet von einem Olefin, zum Beispiel einem Polyolefin, abgeleitet von einem C&sub2; - C&sub8;- Olefin, vorzugsweise einem C&sub4; - C&sub8;-Olefin ist und vorzugsweise ein Polyisobuten ist. Der Substituent R&sup6; kann in geeigneter Weise ein zahlenmittleres Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis etwa 3000, vorzugsweise von etwa 1000 bis etwa 1500 aufweisen. R&sup6; kann auch eine Bernsteinsäureanhydrid-substituierte Kohlenwasserstoffgruppe oder ein Derivat davon sein. Verbindung (A) würde in diesem Fall zwei Bernsteinsäureanhydridgruppen oder Derivate davon enthalten. Verbindung (A) kann in geeigneter Weise die entsprechende Säure oder das Esterderivat eines beliebigen wie vorstehend definierten Bernsteinsäureanhydrids sein. Verbindung (A) kann ein Gemisch von einer beliebigen der vorstehend definierten Verbindungen umfassen. Zum Beispiel kann Verbindung (A) ein Gemisch aus Polyisobutenyl-substituierten Bernsteinsäureanhydriden (PIBSA's) umfassen.
- Verbindung (B) ist eine Verbindung der Formel (I)
- H&sub2;N (CHR¹CHR²O)n CHR³CHR&sup4;NH&sub2; (I)
- in der einer der Reste R¹ und R² ein Wasserstoffatom bedeutet und der andere ein Wasserstoffatom oder Niederalkyl, vorzugsweise C&sub2; - C&sub6;-Alkyl, bevorzugter Methyl, bedeutet und n eine ganze Zahl von 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 7, bevorzugter 2 bis 7, darstellt, einer der Reste R³ und R&sup4; ein Wasserstoffatom bedeutet und der andere ein Wasserstoffatom oder Niederalkyl, vorzugsweise C&sub2; - C&sub6;-Alkyl, bevorzugter Methyl, bedeutet.
- Das in Schritt (1) hergestellte Produkt (C), umfaßt ein Succinimid. Es ist nicht erforderlich, Produkt (C) vor der Umsetzung mit (D) zu isolieren. Schritt (1) wird vorzugsweise unter Reaktionsbedingungen ausgeführt, so daß das Produkt (C) von Schritt (1) einen bedeutenden Teil eines Monosuccinimids umfaßt; somit wird das Produkt (C), da die Verbindung (B) ein Diamin darstellt, vorzugsweise einen Anteil an primären Aminogruppen umfassen. Die primären Aminogruppen im Produkt (C) sind erforderlich, so daß das Produkt (C) mit dem Diisocyanat (D) in Schritt (2) vernetzt werden kann. Das Produkt (C) wird vorzugsweise mindestens eine primäre Aminogruppe pro 2 Moleküle der im Schritt (1) umgesetzten Bernsteinsäure oder deren Anhydrid oder deren Ester umfassen.
- Im Schritt (2) wird das Succinimid mit einem organischen Diisocyanat (D) umgesetzt. Geeignete organische Diisocyanate können durch die Formel (II) wiedergegeben werden
- OCN-R&sup5;-NCO (II)
- in der R&sup5; eine Gruppe ausgewählt aus Alkylen-, Aralkylen-, Cycloalkylen-, Arylen-, Alkarylen-, Alkenylen- und Alkinylengruppen bedeutet, wobei wenn R&sup5; eine Alkylengruppe darstellt, ist sie vorzugsweise eine C&sub2;-C&sub1;&sub8;-, bevorzugter eine C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Alkylengruppe. Ein Beispiel für ein geeignetes Diisocyanat der Formel (II) ist Diisocyanathexan (DIH) (worin R&sup5; = -(CH&sub2;)&sub6;- ist). Andere geeignete Diisocyanate sind 2,4-Toluoldiisocyanat und MDI (Methylendiphenylendiisocyanat).
- Das Verhältnis der Molzahlen der zugegebenen Bernsteinsäuregruppen (Anhydrid, Säure oder Ester), zur Molzahl der zugegebenen Verbindung (B), sollte im Bereich von 5:1 bis 0,5:1, vorzugsweise 2:1 bis 1:1 zum Beispiel 1,5:1 bis 1,1:1, sein. Es ist bevorzugt, daß die Succingruppen in einem leicht molaren Überschuß zur Verbindung (B) zugegeben werden, da ein Überschuß an Amin im Endprodukt einen nachteiligen Effekt auf die Motordichtungen ausübt.
- Wenn Verbindung (A) eine Succingruppe umfaßt, ist die Molzahl an zugegebenen Succingruppen äquivalent der Molzahl der zugegebenen Verbindung (A).
- Das Verhältnis der Molzahl der zugegebenen Verbindung (B) zur Molzahl der zugegebenen Verbindung (D) liegt vorzugsweise im Bereich von 20:1 bis 0,5:1, bevorzugter im Bereich von 10:1 bis 0,75:1, zum Beispiel 4:1 bis 1:1.
- Ein Diisocyanatüberschuß kann durch Zugabe eines primären Amins nach Schritt (2) vernichtet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein wie vorstehend definiertes Verfahren bereitgestellt, das weiterhin die Zugabe eines primären Amins RNH&sub2; umfaßt, worin zum Beispiel R = C&sub2; - C&sub6;-Alkyl ist.
- Schritte (1) und (2) werden vorzugsweise in einem hochsiedenden inerten Lösungsmittel, geeigneterweise in einem hochsiedenden Kohlenwasserstofflösungsmittel ausgeführt. Im Hinblick auf die beabsichtigte Anwendung des Produkts ist das bevorzugte hochsiedende Lösungsmittel ein Schmieröl. Natürliche oder synthetische Schmieröle können verwendet werden. Geeignete Schmieröle schließen solventneutrale (SN) Öle ein.
- Die Reaktion wird bei erhöhter Temperatur ausgeführt, geeigneterweise im Bereich von 40 bis 220ºC, vorzugsweise von 50 bis 200ºC. Der wie vorstehend definierte Schritt (1) wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 100- 220ºC, bevorzugter 140-200ºC, ausgeführt. Der wie vorstehend definierte Schritt (2) wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 40-200ºC, bevorzugter 60-120ºC, ausgeführt.
- Die Reaktion der primären Aminogruppen des Succinimids von Produkt (C) mit den Isocyanatgruppen von Diisocyanat (D) liefert Harnstoffbindungen.
- Gemaß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindung der Formel (IV) bereitgestellt
- Q&sub2;R&sup5; (IV)
- worin Q eine Gruppe der Formel (V) darstellt
- in der R¹, R², R³, R&sup4; und n wie vorstehend in Formel (I) definiert sind, R&sup5; wie in Formel (II) definiert ist, R&sup6; eine Kohlenwasserstoff- oder substituierte Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, jede Gruppe Q gleich oder verschieden ist und jede der Einheiten -(CHR¹CHR²O)- unabhängig voneinander definiert ist.
- Verbindungen der Formel (IV) und Produkte des wie vorstehend definierten Verfahrens können als Schmieröladditive verwendet werden, insbesondere als Dispersantadditive und Viskositätsindexverbesserer. Ein Fortschritt bei der Verwendung der Verbindungen der Formel (IV) und Produkten des wie vorstehend definierten Verfahrens, das anstelle von auf Polyaminen basierenden Verbindungen auf Polyoxyalkylenamine zurückgreift, besteht darin, daß die Lösungen von jenen, die auf Polyaminen basieren, bei erhöhten Temperaturen weniger stabil sindals Lösungen von Verbindungen der Formel (IV) oder des Produkts des wie vorstehend definierten Verfahrens.
- In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Schmierölmittel, umfassend einen Hauptteil eines Schmieröls und einen geringeren Teil eines gemaß vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellten Produkts oder einer Verbindung der Formel (IV) bereit.
- Das Schmierölmittel enthält 1 bis 20 Gew./Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 10 Gew./Gew.-%, bevorzugter 5 bis 7 Gew./Gew.-% des Produkts oder der Verbindung der Formel (IV).
- Schmieröle, die in den Mitteln der Erfindung verwendbar sind, können natürliche oder synthetische Schmieröle sein.
- Das vorstehend definierte Schmierölmittel kann zusätzlich übliche Additive zum Beispiel eines oder mehrere von Antiverschleißadditiven, Antioxydantien, Antirostadditiven und Viskositätsindexverbesserern umfassen. Es ist ein Fortschritt der vorliegenden Erfindung, daß die durch das erf indungsgemäße Verfahren hergestellten Additive auch Viskositätsindex-verbessernde Eigenschaften aufweisen. Folglich können zumindest einige der VI-Verbesserungsadditive, die in Schmierölmitteln üblicherweise verwendet werden können, fortgelassen werden.
- Die Erfindung wird nun im weiteren mit Hinweis auf die nachstehenden Beispiele erläutert.
- Zu einer 50 %-igen Succinimidlösung (hergestellt durch Umsetzung eines Polyisobutenbernsteinsäureanhydrids mit einem durchschnittlichen Mn von 1800 und Tetraethylenpentamin (TEPA)) in SN 150-Grundöl bei 80ºC wurde unter Rühren DIH (in einem l:1-Molverhältnis zu den Succinimidgruppen) tropfenweise über 15 Minuten zugegeben. Die Reaktion wurde für 1,5 Stunden unter Rühren fortgesetzt.
- Das Produkt wurde in zusätzlichem SN 150-Öl gelöst, ausreichend, um einen 6,5 %-igen Anteil des aktiven Bestandteils (als aktiver Bestandteil wird alles das definiert, das im Reaktionsgemisch kein SN 150-Öl ist) herzustellen, und dessen viskosimetrisches Verhalten wird untersucht. Die viskosimetrischen Ergebnisse sind in Tabelle I angeführt.
- Polyisobutylenbernsteinsäureanhydrid (PIBSA), (abgeleitet von einem 40:60 molarem Gemisch von Polyisobutylenbernsteinsäureanhydriden mit einem Mn von 1000 und Mn 2400, 840 g) und "Jeffamine 148" (1,2-Bis(aminoethoxy)ethan, von Texaco Chemicals, 53,4 g) wurden bei 180ºC für 4 Stunden erhitzt und die letzte Stunde wurde unter vermindertem Druck bei 10 mm Hg ausgeführt.
- Zu einer 50 %-igen Lösung des Produkts aus Schritt (1) in SN 150-Grundöl bei 60ºC wurde unter Rühren Diisocyanathexan (DIH, 1 Mol der Isocyanatgruppen pro Mol Succinimidgruppe) tropfenweise über 10 Minuten zugegeben. Die Reaktion wurde für 5 Stunden fortgesetzt.
- Das Produkt aus Schritt (2) wurde in zusätzlichem SN 150-Öl gelöst, ausreichend, um einen 7,3 %-igen Anteil der aktiven Komponenten herzustellen und dessen viskosimetrisches Verhalten wurde untersucht. Die viskosimetrischen Ergebnisse sind in Tabelle I angeführt.
- Das Verfahren von Beispiel 1 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß im Schritt (2) die Reaktion bei 180ºC ausgeführt wurde und 2 Mol Isocyanatgruppen zu 1 Mol Succinimidgruppen verwendet wurden.
- Das Verfahren von Beispiel 1 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß im Schritt (2) die Reaktion bei 100ºc für 2 Stunden ausgeführt wurde und 1,5 Mol der Isocyanatgruppen zu einem Mol der Succinimidgruppen verwendet wurden.
- Das Verfahren von Beispiel 3 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß das Produkt von Schritt (2) mit Hexylamin behandelt wurde, um überschüssiges Isocyanat zu zerstören.
- Das Verfahren von Beispiel 3 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß im Schritt (2) 1 Mol der Isocyanatgruppen zu 1 Mol der Succinimidgruppen verwendet wurde.
- Das Verfahren von Beispiel 3 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß im Schritt (2) 0,75 Mol der Isocyanatgruppen zu 1 Mol der Succinimidgruppen verwendet wurden.
- Das Verfahren von Beispiel 1 Schritt (1) wurde ausgeführt mit der Ausnahme, daß das PIBSA (420 g) mit "Jeffamine D230" (von Texaco Chemicals, 41,5 g) umgesetzt wurde.
- Das Verfahren von Beispiel 3 Schritt (2) wurde nachvollzogen unter Verwendung des Succinimids von Schritt (1) wie vorstehend.
- Das Verfahren von Beispiel 6 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß das Succinimid von Beispiel 7 Schritt (1) verwendet wurde und Schritt (2) bei 120ºC für 5 Stunden ausgeführt wurde.
- Das Verfahren von Beispiel 1 Schritt (1) wurde ausgeführt mit der Ausnahme, dar das PIBSA (420 g) mit "Jeffamine D400" (von Texaco Chemicals, 72,2 g) umgesetzt wurde.
- Das Verfahren von Beispiel 3 Schritt (2) wurde nachvollzogen unter Verwendung des Succinimids von Schritt (1) wie vorstehend.
- Das Verfahren von Beispiel 5 wurde nachvollzogen mit der Ausnahme, daß das Succinimid von Beispiel 9 Schritt (1) verwendet wurde und die Umsetzung für 6 Stunden ausgeführt wurde.
- Jeffamine D230 ist ein Gemisch von Verbindungen der Formel (I) H&sub2;N [CH&sub2;CH(CH&sub3;)O]n CH&sub2;CH (CH&sub3;)NH&sub2; worin n = 3, 4 und 5 ist. Jeffamine D400 ist ein Gemisch von Verbindungen derselben Formel wie D230 mit der Abweichung, daß n = 6 und 7 ist.
- Tabelle I erläutert die viskosimetrischen Ergebnisse der vorstehenden Beispiele. Einige Beispiele ergeben zwei Konzentrationsgrade und einige Beispiele wurden nach Lagerung bei 100ºc für ausgewiesene Zeiträume geprüft. Tabelle I aktive Bestandteile Konz. Gew./Gew.-% Viskosität bei ausgewiesenen Temperaturen Beispiel Tage bei 100ºC Vergleichsbeispiel
- Die Dispersants wurden mit einem dünnschichtchromatografischen Verfahren geprüft, das das Dopen von Lösungen der Dispersants in Öl mit dem verwendeten Öl einschließt. Die Ergebnisse sind als Wert ausgedrückt, der erhalten wird durch Multiplizieren der prozentualen Schlierenlänge durch den prozentualen Anteil des Materials, das vom Ursprung bewegt wurde. Je höher der Wert, desto besser das Dispersant.
- Material von Beispiel 3 Schritt (2) 6100
- Material von Beispiel 7 Schritt (2) 5355
- Material von Beispiel 9 Schritt (2) 3634
- Material vom Vergleichsbeispiel 926
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines
Schmieröldispersantadditivs, wobei das Verfahren umfaßt:
Schritt (1), Umsetzen von Verbindung (A), wobei
Verbindung (A) eine Kohlenwasserstoff-substituierte oder
eine substituierte Kohlenwasserstoff-substituierte
Bernsteinsäure oder ein Anhydrid oder einen Ester davon bedeutet, mit
Verbindung (B) der Formel (I)
H&sub2;N (CHR¹CHR²O)n CHR³CHR&sup4;NH&sub2;
in der einer der Reste R¹ und R² ein Wasserstoffatom
bedeutet und der andere ein Wasserstoffatom oder eine
Niederalkylgruppe darstellt und n eine ganze Zahl von 1 bis
10 ist und einer der Reste R³ und R&sup4; ein Wasserstoffatom
bedeutet und der andere Rest ein Wasserstoffatom oder eine
Niederalkylgruppe darstellt, wobei jede der
-(CHR¹CHR²O)Einheiten unabhängig voneinander definiert ist, zu Produkt
(C) und
Schritt (2), Umsetzen von Produkt (C) mit einem
Diisocyanat (D) der Formel (II)
OCN-R&sup5;-NCO (II)
in der R&sup5; eine zweiwertige organische Gruppe
darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verbindung (A)
eine Verbindung der Formel (III) ist:
in der R&sup6; eine Alkyl- oder Alkenylgruppe oder
substituierte Alkyl- oder Alkenylgruppe mit einem
zahlenmittleren
Molekulargewicht im Bereich von etwa 500 bis etwa 3000
bedeutet.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei
Verbindung (B) eine Verbindung der Formel (I) ist, in der n
eine ganze Zahl von 2 bis 7 darstellt, R¹ und R³ jeweils
Wasserstoffatome bedeuten und R² und R&sup4; jeweils Methyl sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
das Molverhältnis der zugegebenen Succingruppen zur
zugegebenen Verbindung (B) im Bereich von 5:1 bis 0,5:1 liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Molverhältnis
der zugegebenen Succingruppen zur zugegebenen Verbindung (B)
im Bereich von 1,5:1 bis 1,1:1 liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
das Molverhältnis der Verbindung (B) zur Verbindung (D) im
Bereich von 20:1 bis 0,5:1 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Molverhältnis
der primären Aminogruppen im Produkt (C) zur umgesetzten
Verbindung (B), größer als 0,5:1 ist.
8. Verbindung der Formel (IV)
Q&sub2;R&sup5; (IV)
worin Q eine Gruppe der Formel (V) bedeutet
in denen R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und n wie in Anspruch 1
definiert sind und R&sup6; eine Kohlenwasserstoff- oder
substituierte Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, jede Gruppe Q
gleich oder verschieden ist und jede der Einheiten
-(CHR¹CHR²O)- unabhängig voneinander definiert ist.
9. Verbindung nach Anspruch 8, wobei R&sup6; eine Alkyl-
oder Alkenylgruppe mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht
im Bereich von etwa 500 bis etwa 3000 ist.
10. Verbindung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei
n eine ganze Zahl von 2 bis 7, R¹ und R³ jeweils
Wasserstoffatome sind und R² und R&sup4; jeweils Methylgruppen bedeuten.
11. Schmierölmittel, umfassend einen Hauptteil eines
Schmieröls und einen geringeren Teil eines Produkts nach
einem der Ansprüche 1 bis 7.
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