DE69309525T2 - Viskositätsindexverbessererzusammensetzung für Schmieröl - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrbereichsschmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich. Hierbei handelt es sich um eine Klasse von Schmiermittel, die wegen ihres weiten Viskositätsbereiches eine Anwendung ermöglichen, wo die Brauchbarkeit und Wirksamkeit des Schmiermittels über einen weiten Temperaturbereich gewährleistet sein muß.
• Die Schmiermittelviskosität wird typischerweise mit Hilfe der SAE-Bezeichnungen (Society of Automotive Engineers) bewertet und angegeben. Diese SAE-Bezeichnungen sind in der Industrie gut definiert. In Abhängigkeit vom Endverwendungszweck gibt es auch andere Standards, die ebenfalls erfüllt werden müssen, einschließlich Vorschriften zu der Verschleißfestigkeit und zur Oxidationsbeständigkeit. Das heißt z.B. für ein Schmiermittel mit weitem Viskositätsbereich, das als Mehrbereichsgetriebeöl eingesetzt werden soll, daß dieses Schmiermittel nicht nur die geeignete Viskosität gewährleisten muß, sondern daß es auch den sog. MACK Standardtest 5GT73 "Transmission Test for Evaluation of Thermally Stable Gear Oil" erfüllen muß. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um einen Test, mit welchem geprüft wird, ob das Schmiermittel eine vorgegebene Anzahl von Wechselbelastungen ("shifts") unter vorgegebenen Bedingungen in einem Getriebe eines MACK-Lastkraftwagens übersteht. Diese Untersuchungen werden von unabhängigen Labors durchgeführt und bilden einen industriellen Standard für bestimmte gewerbliche Anwendungen (insbesondere für Getriebeöle).
• Es gibt viele Anwendungen für Mehrbereichsschmiermittel, die einen weiten Viskositätsbereich aufweisen (müssen). Hierzu gehört das Mehrbereichsgetriebeöl (SAE 80W-140), das als Hydrauliköl in Getriebegehäusen (Hinterradantriebe oder Achsantriebe von Lastkraftwagen oder Getriebe in einem Lastkraftwagen oder Schwerlastfahrzeugen und Schwermaschinen) eingesetzt wird; ferner wird dieses Mehrbereichsöl eingesetzt als Metallbearbeitungsflüssigkeiten und möglicherweise als Motoröle für Spezialanwendungen. Im allgemeinen ermöglicht ein Mehrbereichsschmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich, daß die Ausrüstung unter extrem niedrigen Temperaturen gestartet werden kann und vergleichsweise rasch auf die Nennlast gebracht werden kann, weil das Schmiermittel bei niedrigen Temperaturen niedrige Viskositatseigenschaften aufweist. Weil das Schmiermittel einen weiten Viskositätsbereich aufweist, behält es weiterhin seine Brauchbarkeit und Wirksamkeit sogar auch bei den Betriebstemperaturen und unter Nennlast für die Ausrüstung. Ohne den Einsatz von Mehrbereichsschmiermitteln mit weitem Viskositätsbereich wäre es beispielsweise notwendig, eine Hydraulikpumpe zuerst zu starten und anschließend mehrere Stunden warmlaufen zu lassen, bevor sie auf die Nennlast gebracht werden kann, oder die Ausrüstung muß beständig im Leerlauf betrieben werden, um eine solche Aufwärmphase zu vermeiden. Andererseits besteht unter kalten Witterungsbedingungen die Gefahr, daß sich das Schmiermittel verfestigt oder völlig einfriert und damit nicht zur Verfügung steht, um die Ausrüstung zu schmieren. In einem weiten Bereich einsetzbare Schmiermittel verhindern dieses Einfrieren bei tiefen Temperaturen und gewährleisten dennoch eine adäquate Schmierung bei höheren Betriebstemperaturen.
• Wie leicht einzusehen ist, können Schmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich sehr bedeutsam sein in einem weiten Bereich von tatsächlichen Betriebsbedingungen für zahlreiche Anwendungen. Es ist bekannt, verschiedene Schmiermittel so zu formulieren und zuzubereiten, daß diese Weitbereichsviskositätseigenschaften aufweisen, damit der Temperaturbereich für den Einsatz des Schmiermittels ausgeweitet werden kann. Jedoch sind diese Rezepturen teuer insbesondere für Weitestbereichzusammensetzungen, die unter extremen Bedingungen eingesetzt werden sollen.
• Es ist weiterhin bekannt, daß der Temperaturbereich für den Einsatz von Getriebeölen und Hydraulikölen ausgeweitet werden kann durch Zusatz von polymeren Verdickungsmitteln, den sog. Viskositätsindexverbesserern (VI-Verbesserer) und von Wachskristallmodifizierungsmitteln, den sog. Pourpoint- Erniedrigern (oder "PPD's von pour point depressants) zu relativ nicht viskosen Basisflüssigkeiten, von sowohl Mineralöltypen wie Synthekiköltypen. Zu bekannten handelsüblich zugänglichen polymeren Verdickungsmitteln gehören Polyalkyl-methacrylate und Polyisobutylene (PIB), jeweils mit niedrigem Molekulargewicht, die in Getriebeölen eingesetzt werden; besonders häufig sind hier Polyalkylmethacrylate mit einem Molekulargewicht von 10.000 bis 2.000.000, die in Hydraulikölen mit hohem Viskositätsindex (VI) eingesetzt werden, und eine Vielzahl von Verdickungsmitteln einschließlich Styrol/Isopren-Blockcopolymeren, Olefin-copolymeren und Polyalkyl-methacrylaten für die Anwendung in Mehrbereichsmotorölen. Verschiedene Pourpoint-Erniedriger werden all diesen Ölen zugesetzt, um die Tieftemperaturpumpbarkeit zu verbessern. Alternative Systeme verwenden synthetische Flüssigkeiten, wie etwa Polyalkylolefine (PAO's) und Polyolester, um die viskometrischen Anforderungen der Industrie zu erfüllen; jedoch treten bei Spitzenprodukten Kostensteigerungen von 400 % und mehr auf.
• Wie bereits oben erwähnt, gilt für Getriebesle die Einstufung nach der SAE-Klassifizierung (Society of Automotive Engineers), welche die nutzbare Betriebstemperatur des Öles angibt auf der Basis von Ergebnissen, die nach Prüfungen auf der Basis bestimmter US-Normen (ASTM von American Society for Testing and Materials) erhalten werden. Das Bewertungssystem legt Bereichsgrenzen fest für die Tieftemperatur und für die Hochtemperatur. Beispielsweise muß ein Getriebeöl mit der SAE-Kennzeichnung "140" eine kinematische Viskosität (bestimmt nach der ASTM-Norm D-445) bei 100ºC größer als 24 Centistokes (cst) aufweisen. Um eine SAE-Bewertung von "80W" zu erhalten, muß ein Öl eine Viskosität (bestimmt nach der US-Norm ASTM D-2083) bei minus 26ºC von weniger als 150.000 Centipoise (cP, bzw. mPa.s) aufweisen. Eine Flüssigkeit, welche gleichzeitig beide Grenzwerte erfüllt, erhält die viskometrische Bewertung 80W-140. In gleicher Weise wird eine Flüssigkeit, welche bei 100ºC eine kinematische Viskosität größer als 13,5 Centistokes aufweist und bei minus 40ºC eine Viskosität kleiner als 150.000 Centipoise aufweist mit der Bewertung 75W-90 gekennzeichnet.
• In diesem Bereich der Technik ist festgestellt worden, daß Mineralöle alleine oder in Kombination mit Pourpoint-Erniedrigern diese Anforderungen nicht erfüllen. Viskositätsindexverbesserer sind in Kombination mit Pourpoint-Erniedrigern eingesetzt worden, um diese Anforderungen zu erfüllen; jedoch waren die Ergebnisse aus verschiedenen Gründen nicht adäquat. Das heißt, obwohl Mineralöle hinsichtlich der Kosten Vorteile gegenüber Schmiermitteln auf der Basis von Synthetikölen zeigen, ist der Bereich ihrer Einsatztemperaturen begrenzt und konnte bis heute nicht mit preiswerten Mitteln verbessert werden, um ein qualitativ hochwertiges Schmiermittel bereitzustellen.
• Zur Zeit werden drei Haupttypen von Mehrbereichsgetriebeölsystemen handelsüblich angeboten.
• (1) Sehr leichte (4 bis 6 cSt bei 100ºC) Mineralöle, die mit Pourpoint-Erniedrigern (PPD) behandelt worden, sind, um die 80W-Anforderungen zu erfüllen. Diese Öle werden daraufhin verdickt mit großen Anteilen (30 % oder mehr) an Polyisobutylen-Viskositätsindexverbesserem (PIB VI-Verbesserer) bis zu einer Güte von 140. Das Ergebnis ist ein 80W-140 Getriebeöl.
• Jedoch haben Getriebeöle mit PIB-Viskositätsindexverbesserem als hauptsächlichen Nachteil ein schlechtes Tieftemperaturverhalten. (Polyisobutylene (PIB's) erfüllen kaum die 80W Viskosimetrie-Anforderungen und können nur dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn sehr leichte Öle mit großen Mengen an Polymer behandelt werden und zusätzlich 2 % oder mehr Zusatz-Pourpoint- Erniedriger hinzugefügt werden und/oder eine teure Spitze ("Spikeöl") aus einer synthetischen Flüssigkeit in einem Anteil von 5 % oder mehr zugesetzt wird. Öle mit der SAE-Bewertung 75W-90 können aus Mineralöl und handelsüblichen Polyisobutylenen (PIB's) nicht hergestellt werden, weil die Tieftemperatureigenschaften nicht erzielbar sind.
• (2) Mineralölmischungen mit einer Viskosität bei 100ºC im Bereich von 6 bis 12 Centistoke werden mit Polyalkylmethacrylaten (PMA's) verdickt bis zu einer Güte von 140; Mineralölmischungen mit einer Viskosität bei 100ºC von 3 bis 5 Centistoke werden bis zu einer Güte von 90 verdickt. Diese Mischungen erfüllen die Anforderungen an das Tieftemperaturverhalten, jedoch häufig auf Kosten einer gesteigerten Oxidationsempfindlichkeit. Darüber hinaus weisen die handelsüblich eingesetzten Polyalkyl-methacrylate (PMA's) Molekulargewichte im Bereich von 20.000 bis 50.000 auf, so daß unter Einsatzbedingungen große Viskositätsverluste bis zu 50 % auftreten. Diese Verluste drücken die Flüssigkeit auf der Hochtemperaturseite aus der Bewertung heraus; ferner wird eine geringere Filmfestigkeit und damit ein schlechterer Schutz gegen Verschleiß und Abrieb erhalerhalten. Eine alternative Lösung besteht darin, Polyalkyl-methacrylate mit Spitzen-Molekulargewichten unterhalb 10.000 einzusetzen, welche weniger auf Scherung beansprucht werden. Diese Polyalkyl-methacrylate mit niedrigem Molekulargewicht sind als Verdickungsmittel wesentlich weniger wirksam, und die erforderlichen Zugabemengen sind nahezu doppelt so groß und verursachen Kosten, die für handelsübliche Produkte nicht akzeptabel sind.
• (3) Voll-synthetische Flüssigkeiten, wie etwa Mischungen aus Polyalkylolefinen (PAO's) und/oder Polyolestern. Diese Mischungen weisen den breitesten Bereich von Einsatztemperaturen auf und besitzen darüber hinaus eine gute Oxidationsbeständigkeit. Ihr wesentlicher Nachteil liegt in den hohen Kosten, die drei- bis fünfmal größer sind, als die Kosten von mit Viskositätsindexverbesserern verbesserten Mineralölen. Weiterhin können mit diesen voll-synthetischen Flüssigkeiten gewisse Schwierigkeiten bei der Abdichtung und bei der Verträglichkeit mit Additiven auftreten.
• Zusammengefaßt hat der bekannte Einsatz dieser Viskositätsindexverbesserer (VI-Verbesserer) mit hohem Molekulargewicht bei der Erzeugung von Mehrbereichsschmiermitteln einige ernsthafte Nachteile:
• a) bei mechanischen Scherbeanspruchungen können große dauerhafte Viskositätsverluste auftreten, wenn diese Viskositätsindexverbesserer hohen Schergeschwindigkeiten und/oder hohen Scherbeanspruchungen ausgesetzt werden, wie sie in Schaltgetrieben und Rädergetrieben auftreten;
• b) diese Viskositätsindexverbesserer mit hohem Molekulargewicht müssen "kämpfen", um die Tieftemperatur- Viskositätsanforderungen zu erfüllen, oder sie erfüllen diese Anforderungen überhaupt nicht;
• c) diese Viskositätsindexverbesserer mit hohem Molekulargewicht sind häufig zu teuer, um in handelsüblichen Produkten eingesetzt werden zu können;
• d) diese Viskositätsindexverbesserer mit hohem Molekulargewicht sind oxidationsempfindlich; bei einer Oxidation werden organische Säuren erzeugt, welche Korrosion, Verschleiß und/oder die Bildung von unerwünschten Niederschlägen verursachen können;
• e) diese Viskositätsindexverbesserer mit hohem Molekulargewicht sind empfindlich gegenüber einer zeitweiligen hohen Scherbeanspruchung.
• (Die zeitweilige Abnahme oder der zeitweilige Verlust der dynamischen Scherviskosität ist eine Folge der nicht-newtonschen Viskosimetrieeigenschaften (Strukturviskosität), die mit Lösungen von Polymeren mit hohem Molekulargewicht verbunden sind. Diese werden verursacht durch eine Ausrichtung der Polymerketten im Schubspannungsfeld unter hohen Schergeschwindigkeiten und/oder hohen Scherbeanspruchungen mit der Folge einer Abnahme der Viskosität. Die verminderte Viskosität verringert den Schutz gegen Abrieb und Verschleiß, der mit viskosen Ölen verbunden ist. Demgegenüber behalten Newtonsche Flüssigkeiten ihre Viskosität bei, unabhängig von der Scherbeanspruchung).
• Die Anwendung von Polyalkyl-methacrylaten (PMA's) mit niedrigem Molekulargewicht in leichten Mineralölen hat den Nachteil, daß große Zusatzmengen erforderlich sind, um die geforderten Ergebnisse zu erzielen, so daß hohe Kosten auftreten. In gleicher Weise sind die Kosten hoch, wenn diese Polyalkyl-methacrylate mit niedrigem Molekulargewicht in voll-synthetischen Mischungen eingesetzt werden.
• Ein Vorschlag zur Lösung des Problems der Bereitstellung von Multiviskositätsschmiermitteln wird von Watts et al. in der US-Patentschrift 4,956,122 beschrieben; dort werden bestimmte Kombinationen von Flüssigkeiten und Additiven offenbart, die eingesetzt werden, um Mehrbereichsschmiermittel zu erzeugen, welche gegenüber den bekannten Rezepturen überlegen sind und welche die oben aufgeführten Nachteile der mit polymeren Additiven verdickten Öle überhaupt nicht oder nur in einem ganz erheblich vermindertem Ausmaß aufweisen. Jedoch erfordern diese Flüssigkeiten teure Synthetikölkomponenten (vgl. oben Ziffer "3").
• Mit dem Dokument FR-A-2 212 421 wird eine andere Lösung vorgeschlagen; dort wird eine Schmierölzusammensetzung offenbart, die als Viskositätsindexverbesserer ein Copolymer aus Ethylen und Propylen enthält, das in der bevorzugten Ausführungsform ein mittleres zahlenmäßiges Molekulargewicht von 30.000 bis 80.000 aufweist, und die als Pourpomt-Erniedriger C&sub1;&submin;&sub2;&sub2;-Polyalkyl-methacrylate enthält. Jedoch kann, wie oben dargelegt, die Verwendung von Polymeren von Alykl-methacrylaten einerseits bei einem zu hohen Molekulargewicht zu großen Viskositätsverlusten führen, und andererseits bei einem zu niedrigen Molekulargewicht zu eine nicht ausreichende Verdickungswirkung zur Folge haben.
• Demgegenüber besteht das technische Problem (die Aufgabe) der vorliegenden Erfindung darin, ein Polymersystem bereitzustellen, das Mineralölmischungen zugesetzt werden kann, um Schmiermittel mit weitem Viskositätsbereich der SAE-Güteklassen 80W-140 und 75W-90 bereitzustellen. Dies ermöglicht die Verwendung von relativ preiswerten Mineralölen oder Brightstock-Öl (raffinierte Rückstandsfraktion) anstelle von teuren Polymeren.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Schmiermittel mit weitem Viskositätsbereich bereitzustellen, welche ebenfalls gewährleisten (1) das Kalttemperaturverhalten von Polyalkyl-methacrylaten (PMA's), (2) die Oxidationsbeständigkeit und Scherfestigkeit von Polyisobutylenen (PIB's) und (3) die geringen Kosten von mit Viskositätsindexverbesserern verbesserten Mineralölen, welche auch ohne teure Synthetikzusätze die in der Industrie gestellten Anforderungen erfüllen.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Probleme (Aufgaben) ist ein Viskositätsindexverbesserersystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und/oder ein Mehrbereichsschmiermittel mit diesem Viskositätsindexverbesserersystem nach Anspruch 3. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Mehr im einzelnen werden mit der vorliegenden Erfindung zur Lösung obiger Aufgaben Mehrbereichsschmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich bereitgestellt, die enthalten relativ preiswerte synthetische Kohlenwasserstoffe von hoher Viskosität, Mineralöle von niedriger Viskosität oder synthetisch Kohlenwasserstoffe und wahlweise Ester von niedriger Viskosität. Die so hergestellten Fertigöle weisen eine außerordentlich hohe Stabilität gegenüber permanenten Scherbeanspruchungen und überhaupt keine oder nur eine geringe Empfindlichkeit gegenüber kurzzeitigen Scherbeanspruchungen auf und behalten somit diejenige Viskosität bei, die für den richtigen Schutz gegen Abrieb und Verschleiß erforderlich ist. Die erfindungsgemäßen Öle besitzen eine bessere Beständigkeit gegenüber einer oxidativen Schädigung, als die bekannten Öle. Die unerwartet starke bzw&sub6; hohe Verdickungswirkung, die mit der vorliegenden Erfindung realisiert ist, erlaubt die Herstellung von Mehrbereichsgetriebeölen mit einem breiten Viskositätsbereich, beispielsweise der SAE- Güteklassen 75W-90 und 80W-140. Bislang war es schwierig oder überhaupt nicht möglich, solche Schmiermittel ohne die Anwendung häufig schädlicher Anteile an polymeren Viskositätsindexverbesserern oder teuren synthetischen Additiven herzustellen.
• Mehr im einzelnen wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgaben mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen zu vermischen (a) 85 bis 99,5 Gew.-% Ethylen/Propylen-Copolymer mit sehr niedrigem Molekulargewicht (als Viskositätsindexverbesserer) mit (b) 0,5 bis 15 Gew.-% verestertes Alkenylvinyl-Polymer als Pourpoint-Erniedriger (damit die Komponenten (a) und (b) zusammen 100 Gew.-% ergeben), typischerweise in 100 Teilen Lösemittel, nämlich einem neutralen Paraffinöl als Verdünnungsmittel, um eine neue Klasse von Schmiermittel-Viskositätsindexverbesserer zu erzeugen für die Anwendung mit schwerem Mineralöl (etwa einem Paraffinöl mit einer Viskosität bei 100ºC von 25 bis 50 Centistoke), wie etwa Brightstock-Öl. Wenn eine Schmiermittelmischung mit einem weitem Viskositätsbereich auf Mineralölbasis angestrebt wird, soll das Ethylen/Propylen-Copolymer in dem Fertigprodukt in einem Anteil von wenigstens 2 Gew.-% vorhanden sein, und das als Pourpoint-Erniedriger dienende veresterte Alkenyl-vinyl-Polymer soll in einem Anteil von wenigstens 0,1 Gew.-% vorhanden sein, um zu gewährleisten, daß die angestrebte Wirkung erhalten wird.
• Ethylen/Propylen-copolymere sind Viskositätsindexverbesserer (VI-Verbesserer) mit einer Verdickungswirkung, die derjenigen von anderen Polymeren des vorstehend beschriebenen Typs mit ähnlichem Molekulargewicht überlegen ist. Obwohl Ethylen/Propylen-Copolymere bereits in handelsüblichen Motorölen eingesetzt worden sind, ist das bislang in der Form von Ethylen/Propylen-Copolymeren mit hohem Molekulargewicht von typischerweise 1 Million oder mehr erfolgt (die unter Scherbeanspruchung unbeständig sind). Ethylen/Propylen-Copolymere mit einem niedrigen Molekulargewicht sind generell solche Produkte mit Molekulargewichten von 2.000 bis 80.000 und noch typischer mit Molekulargewichten von 6.000 bis 12.000. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt werden Ethylen/Propylen-Copolymere mit Molekulargewichten im Bereich von 8.500 bis 12.000, die mit wirtschaftlich vertretbaren Zusatzmengen eine ausreichende Verdickungswirkung bei hohen Temperaturen liefern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, daß solche Ethylen/Propylen-Copolymere mit einem Molekulargewicht von angenähert 9.200 eine recht gute Wirkung zeigen; solche Pro- dukte sind handelsüblich zugänglich. Bislang gab es keine gewerbliche Anwendung dieser Ethylen/Propylen-Copolymere mit niedrigem Molekulargewicht in Schmiermittelölen, weil das Kalttemperaturverhalten dieser Copolymere als nicht adäquat angesehen worden ist. Derartige Polymere werden in gewerblichem Umfang hergestellt und sind hauptsächlich in Rezepturen für Dichtungsmittel, Dichtmassen und Kalfaterverbindungen eingesetzt worden. Die vorliegende Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, daß diese Ethylen/Propylen-Copolymere mit niedrigem Molekulargewicht brauchbar sind als Schmieröladditive in Mineralölsystemen.
• Die vorliegende Erfindung beruht weiterhin auf der Erkenntnis, daß die Zugabe eines Pourpoint-Erniedrigers, wie etwa Polyalkyl-methacrylat-Pourpoint-Erniedriger jedoch insbesondere Pourpoint-Erniedriger in Form veresterter Alkenylvinyl- Polymere zu diesen bislang nicht für diesen Zweck eingesetzten Ethyelen/Propylen-Copolymeren mit niedrigem Molekulargewicht (verdünnt in einem hochraffinierten Neutralöl als Lösemittel) ein Viskositätsindexverbesserer-Polymersystem ergibt, das Mehrbereichsgetriebeöle liefert, welche zwingend die SAE-Kalttemperaturanforderungen erfüllen, ohne die Anwendung synthetischer Additive, wobei dennoch eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit gegenüber Scherstabilität erzielt wird. Die Viskosität des Basisöles vor einer Zugabe des erfindungsgemäßen Viskositätsindexverbesserers kann durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Viskositätsindexverbesserersystems zumindest verdoppelt werden, im Vergleich zu Rezepturen auf Polyisobutylen-Basis, so daß die Polymerzugabe angenähert 50 % kleiner ist. Bei dieser kleinen Polymerzugabe die äquivalent ist zu handelsüblichen Rezepturen auf der Basis von Polyalkyl-methacrylaten, wird die Scherstabilität um mehr als 50 % verbessert.
• Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen erläutert.
• Die im Rahmen dieser Unterlagen angegebenen Molekulargewichte sind angenäherte Werte und werden im allgemeinen durch eine Vergleichsmethode erhalten. Das Verfahren zur Bestimmung des Molekulargewichtes beruht (wie häufig in dieser Art Industrie angewendet) auf der Bestimmung des Molekulargewichtes einer Anzahl von "Standardpolymeren" und daraufhin wird das Molekulargewicht der zu prüfenden Substanz geschätzt anhand eines Vergleichs der Auswirkung der zu prüfenden Substanz auf die Viskosität der Prüflösung. Mehr im einzelnen wird die Messung des Molekulargewichtes durchgeführt durch einen Vergleich der relativen Verdikkungswirkung des unbekannten Polymers anhand einer linearen Darstellung der Verdickungswirkung von Polymeren mit bekannten Molekulargewichten (ermittelt mit Hilfe der Dampfphasen- Osmometrie). Sofern beispielsweise die Zugabe einer 5 %-igen Polymerlösung (des zu prüfenden Polymers) zu einer Standard- Polyalkyl-olefin-Flüssigkeit mit einer Viskosität von 4 Centistokes zu einer kinematischen Viskosität von 8 Centistokes führt, und weiterhin bekannt ist, daß unter gleichen Bedingungen die Zugabe eines Polymers mit einem Molekulargewicht von 4.000 zu einer kinematischen Viskosität von 9 Centistokes führt, dann wird angenommen, daß das unbekannte (zu prüfenden) Polymer ein Molekulargewicht von 3.200 hat.
• Somit wird mit der vorliegenden Erfindung ein Viskositätsindexverbesserersystem bereitgestellt, das für die Zugabe zu einer Mineralölbasis bestimmt ist, um ein Mehrbereichsschmiermittel zu erzeugen, das einen weiten Viskositätsbereich aufweist. Dieses Viskositätsindexverbesserersystem ist gekennzeichnet durch einen Gehalt an:
• a) 85 bis 99,5 Gew.-% Viskositätsindexverbesserer, nämlich ein Gemisch aus Ethylen/Propylen-Copolymeren mit einem mittleren viskositätsmäßien Molekulargewicht im Bereich von 9.000 bis 9.200; und
• b) 0,5 bis 15 Gew.-% Pourpoint-Erniedriger, nämlich ein Polyalkylester von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure.
• Vorzugsweise kann dieses Viskositätsindexverbesserersystem enthalten 91 bis 95 Gew.-% Komponente (a) und 5 bis 9 Gew.-% Komponente (b).
• Weiterhin wird mit der vorliegenden Erfindung ein Mehrbereichsschmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich bereitgestellt, das aufweist eine Mineralölbasis und ein Viskositätsindexverbesserersystem aus den vorstehend angegebenen Komponenten (a) und (b). Dieses Mehrbereichsschmiermittel ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 1 bis 95 Gew.-% vorhanden ist (beispielsweise in einem Anteil von 1 bis 25 Gew.-%, weiter bevorzugt in einem Anteil von 1 bis 20 Gew.-%, insbesondere in einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% oder in einem Anteil von 3 bis 10 Gew.-%) vorhanden ist, wobei das Mehrbereichsschmiermittel wenigstens 2 Gew.-% Komponente (a) enthält, (beispielsweise 2,5 bis 3 Gew.-%, insbesondere 4 bis 4,5 Gew.-% oder 25 bis 35 Gew.-% Komponente (a) enthält) und wenigstens 0,1 Gew.-% Komponente (b) enthält, (beispielsweise 0,2 Gew.-% oder insbesondere 0,4 Gew.-% oder 1 bis 5 Gew.-% Komponente (b) enthält).
• Ein Produkt, das von Uniroyal Chemical Company, Inc., unter der Handelsbezeichnung "TRILENE CP-80" vertrieben wird, hat gute Ergebnisse geliefert und ist handelsüblich zu vertretbaren Preisen verfügbar. Dieses Copolymer wird erzeugt mit einer Obergrenze des mittleren viskositätsmäßig bestimmten Molekulargewichtsbereiches von 9.000 bis 9.200 und entspricht der allgemeinen Formel CH&sub2;-CH&sub3;)-(CH&sub2;-CH&sub2;)m-(CH&sub2;- CH&sub2;)n-. Das Verhältnis von "n" zu "m" beträgt im Mittel 43 bis 57. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dieses Ethylen/Propylen-Copolymer mit dem Molekulargewichtsbereich von 9.000 bis 9.200 eingesetzt, um die Verdickungswirkung zu optimieren, während eine gute Scherstabilität erhalten bleibt. Uniroyal erzeugt auch eine Reihe von Copolymeren aus Ethylen und Propylen, welche ein drittes Momomer enthalten, das einen (vollständig gesättigten) überbrückten sechs-gliedrigen Ring aufweist und eine zweite teilweise ungesättigte Gruppe. Diese Produkte werden unter den Handelsbezeichnungen "TRILENE" angeboten und haben die besonderen Bezeichnungen 55, 65, 66, 67 und 68 und weisen mittlere viskositätsmäßig bestimmte Molekulargewichte im Bereich von 5.200 bis 8.000 auf. Bezugnehmend auf den Gesichtspunkt "Viskositätsindexverbesserung" arbeiten auch diese Produkte; sie sind jedoch weniger wirksam und wegen ihrer angenähert 3 bis 100 %-igen Ungesättigtheit sind diese Produkte weniger oxidationsbeständig und können Schwierigkeiten bereiten bei der Erfüllung der Anforderungen zur Oxidationsbeständigkeit im MACK-Getriebe-Test.
• Als zweite Komponente wird ein handelsüblich zugänglicher Pourpoint-Erniedriger verwendet. Ein verestertes Alkenylvinyl-Polymer, das von Nalco Chemical Company unter der Bezeichnung "Nalco 5663" handelsihlich vertrieben wird, hat sich als geeignet erwiesen. Andere Pourpoint-Erniedriger einschließlich einiger Polyalkyl-methacrylat-Typen sind ebenfalls geeignet. Jedoch sind einige nicht so wirksam (wie "Nalco 5663").
• Bei "Nalco 5663" handelt es sich um eine Mischung aus ungefähr 36 % Polyalkyl-acrylat in einem Leichtölträger.
• Das Acrylat-Polymer hat eine Struktur entsprechend nachstehender Formel:
• wobei "N" einen Wert von 9 bis 18 hat, wie in der Analyse angegeben. Das Molekulargewicht (dessen Wert von "M") abhängt, beträgt typischerweise 300.000 bis 500.000. Das Polymer wurde hyrdolisiert, und die daraufhin durchgeführte gaschromatrographische Analyse ergibt nachfolgende Alkoholverteilung:
• Jedoch werden ausgezeichnete Ergebnisse erwartet für Produkte, die 35 bis 40 % Acrylat-Polymer (in einem für die einfache Handhabung geeigneten Träger enthalten, beispielsweise einem paraffinischen Mineralöl "60-200") und das eine Struktur gemäß nachstehender allgemeiner Formel aufweist:
• wobei X hat einen Wert von 0 oder 1;
• N hat einen Wert von 6 bis 20; und
• das Molekulargewicht beträgt 500 bis 5.000.
• Um eine bequeme Handhabung zu ermöglichen und um ein rasches Einmischen in die Mineralölbasis zu gewährleisten, wird vorzugsweise in raffiniertes, niedrigviskoses Mineralöl als Verdünnungsmittel verwendet, um die Mischung fertigzustellen. Als solches Verdünnungsmittel wird besonders bevorzugt das neutrale Paraffinöl "100" eingesetzt. Jedoch kann auch jedes andere gut raffinierte Öl mit diesem Viskositätsbereich eingesetzt werden. Sowohl das unter der Handelsbezeichnung "Exxon 100 bw pour" vertriebene Öl sowie die unter den Handelsbezeichnungen "Sunpar 110" und "neutral 100 Öl" vertriebenen Öle sind mit guten Ergebnissen eingesetzt worden. In Abhängigkeit von den gegebenen Umständen kann weiterhin auch jedes neutrale Paraffinöl "60-200" eingesetzt werden; weiterhin kann als Verdünnungsmittel auch das vorgesehene Basisöl eingesetzt werden.
• Der erfindungsgemäße Viskositätsindexverbesserer kann eingesetzt werden, um Mehrbereichsgetriebeöle aus einer breiten Vielzahl verschiedener Mineralöle bereitzustellen, die von den größeren Erdölraffinerien bereitgestellt werden. Der erfindungsgemäße Viskositätsindexverbesserer ist besonders wirksam in Kombinationen aus raffinierten Ölen wie etwa "150 Brightstock-Öl", das mit "100" oder "200" Neutralölen als Lösemittel vermischt wird, um ein Schmiermittel der SAE- Güteklasse 80W-140 mit sehr breitem Viskositbtsbereich bereitzustellen
• In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei den aktiven Komponenten um Ethylen/Propylen- Copolymere mit niedrigem Molekulargewicht und um Polyalkylacrylat. Die für die Erfindung vorgesehenen Ethylen/Propylen-Copolymere (OCP) werden in einem relativen Anteil von ungefähr 60 bis 99,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Ethylen/Propylen-Copolymer und Alkenyl-vinyl-Polymeren eingesetzt; bei dem Rest handelt es sich um Alkenyl-vinyl- Polymere (beispielsweise um "NALCO 5663"), die bis zu ungefähr 36 % in einem leichten Mineralöl verdünnt sind.
• Diese Mischung wird typischerweise hergestellt in einem Lösemittel wie etwa das oben genannte Öl "Pourpointneutral 100 Oil", oder in irgendeinem anderen Leichtöl, das in das zu behandelnde Mineralöl ohne schädliche Nebenwirkungen eingemischt werden kann. Ein ungefähr 2-facher oder 3-facher Verdünnungsfaktor liefert ein für den handelsüblichen Einsatz wünschenswertes Produkt mit guten Handhabungseigenschaften.
• In Abhängigkeit von der angestrebten Viskosität kann eine 1- bis 3-fache Verdünnung angewandt werden. Typischerweise kann ein 2-fach bis 3-fach verdünnte Mischung (in Neutralöl "100") in einem Anteil von 5 bis 95 Gew.-% zu dem Basisöl hinzugefügt werden. Typischerweise ist eine Zugabe dieser verdünnten Mischung in Anteilen kleiner als 50 Gew.-% vorgesehen, ausgenommen Anwendungen, bei denen extrem kalte Bedingungen zu erwarten sind. Wird die erfindungsgemäß vorgesehen Mischung in Anteilen oberhalb 65 Gew.-% zugesetzt, so machen die Kostenfaktoren eine solche Rezeptur nicht wettbewerbsfähig mit anderen Produkten. Typischerweise erfordern Polymermischungen nach dem Stand der Technik eine Zugabe von 40 Gew.-%, während die vorliegende Erfindung be reits bei einer Zugabe von 10 bis 20 Gew.-% an verdünnter Mischung (die 3 bis 10 Gew.-% aktive Komponenten enthält) gute Resultate liefert. Das heißt, die erfindungsgemäß vorgesehene verdünnte Mischung wird typischerweise in einem Anteil zu dem Basisöl hinzugefügt, der etwa 65 Gew.-% nicht übersteigt. Eine Zugabe von etwa 15 Gew.-% liefert typischerweise ein Schmiermittel der SAE-Güteklasse 80W-140, und eine Zugabe von etwa 10 Gew.-% ist ausreichend für Schmiermittel mit der SAE-Güteklasse 75W-90. Da eine praktische Zielsetzung der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Kosten bei der Bereitstellung eines Schmiermittels mit weitem Viskositätsbereich dadurch zu reduzieren, daß der Anteil an (relativ) preiswertem Mineralöl möglichst hoch angesetzt wird, anstelle von synthetischen Ölen, ist vorzugsweise vorgesehen, solche Rezepturen zu verwenden, deren Anteil an Mineralöl so hoch wie möglich ist, um die in der Industrie geforderten Viskositätsbereiche und Anforderungen an die Abrieb- und Verschleißfestigkeit zu erfüllen.
Beispiele:
• Herstellung des Viskositätsindexverbesserer: Viskositätsindexverbesserer "1" mit niedrigem Molekulargewicht (Kurzbezeichnung: VI-1).
• Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Viskositätsindexverbesserers werden miteinander vermischt:
• (a) 28 Gew.-% Ethylen/Propylen-Copolymere (das von Uniroyal Chemical Company unter der Handelsbezeichnung "TRILENE CP-80" vertriebene Produkt);
• (b) 5 Gew.-% einer 36 %-igen Mischung aus verestertem Alkenyl-vinyl-Polymer (das von Nalco Chemical Company unter der Handelsbezeichnung "Nalco 5663" vertriebene Produkt) in einem Leichtölträger;
• (c) 6 Gew.-% eines die Verschleißfestigkeit verbessernden Additivs, das 1 bis 39 % Phosphor und 20 bis 30 % Schwefel enthält; hierbei handelt es sich um ein, in der einschlägigen Industrie geläufiges Standardprodukt; und
• (d) Rest zur Erzielung von 100 Gew.-% ein als Lösemittel dienendes Neutralöl.
• Diese Mischung wird als erfindungsgemäßer Viskositätsindexverbesserer VI-l bezeichnet und wird zu dem fertigen Getriebeöl hinzugefügt, jedoch nicht der ansonsten übliche "Viskositätsindexverbesserer".
Beispiel 1:
• Zu einer Mischung aus 10 % Brightstock-Öl und 90 % Neutralöl "65" werden 10 % erfindungsgemäßer Viskositätsindexverbesserer VI-1 hinzugefügt. Das so erzeugte Schmiermittel enthält angenähert 2,8 % Ethylen/Propylen-Copolymere (OCP) und 0,2 % Alkenyl-vinyl-Polymere und weist eine SAE-Güteklasse von 75W-90 auf.
Beispiel - 2:
• Zu einer Mischung aus 50 Gew.-% Brightstock-Öl und 50 Gew.-% Neutralöl "100" werden 15 % erfindungsgemäßer Viskositätsverbesserer VI-1 hinzugefügt. Das so erzeugte Schmiermittel enthält angenähert 4,2 % Ethylen/Propylen-Copolymere (OCE) und 0,4 % Alkenyl-vinyl-Polymere und weist eine SAE-Güteklasse von 80W-140 auf.
• Es ist üblich, zu solchen Schmiermitteln ein die Verschleißfestigkeit verbesserndes Additiv ("wear package") hinzufügen, um die Abrieb- und Verschleiß-Eigenschaften zu verbessern. Diese Additive enthalten Dispergiermittel und Antioxidantien. Typischerweise handelt es sich um Zusammensetungen, die einen hohen Gehalt an Schwefelverbindung(en) und einen hohen Gehalt an Phosporverbindung(en) aufweisen (daher auch die gebräuchliche Kurzbezeichnung: "hi sulphur phos"). In USA sind zwei solcher Additive im allgemeinen Gebrauch: das von ETHYL PETROLEUM ADDITIVES vertriebene Produkt "HITEC 375" und das von LUBRIZOL vertriebene Produkt "6043". Der tatsächliche Anteil an diesen Additiven wird ausgewählt entsprechend den Empfehlungen des Herstellers. Schmiermittel mit einer niedrigeren Viskosität benötigen einen höheren Anteil an solchen Additiven (typischerweise 8 bis 9 %), um die Abrieb- und Verschleißeigenschaften zu verbessern, während Schmiermittel mit höherer Viskosität kleinere Anteile erfordern (typischerweise 6 bis 7 %), um die geforderten Eigenschaften bei minimalen Kosten zu gewährleisten.
• Der erfindungsgemäße Viskositätsindexverbesserer hat keine schädlichen Auswirkungen auf die Eigenschaften dieser Additive und kann gemeinsam mit diesen angewandt werden. Das bedeutet, der erfindungsgemäße Viskositätsindexverbesserer kann gemeinsam mit typischen, in der einschlägigen Industrie benutzten Produkten verwendet werden und bewirkt einen echten Fortschritt in diesem Bereich der Technik.
• Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend im einzelnen mit besonderer Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen erläutert worden ist, sind für Fachleute Abänderungen und Modifizierungen im Geist der Erfindung und im Umfang der Patentansprüche möglich. Insbesondere ist zu beachten, daß in diesem Gebiet der Technik beträchtliche Abwandlungen naheliegend sind, insbesondere bezüglich der Trägerlösemittel oder Öle und der Anteile an Komponenten, die verwendet und zugesetzt werden in Abhängigkeit von dem angestrebten Zweck. Die vorliegende Erfindung ist realisiert worden mit dem Ziel, qualitativ hochwertige Mehrbereichsschmiermittel zu wirtschaftlich tragbaren Kosten unter Einsatz einer Basis auf Mineralölen bereitzustellen.

Claims (10)

1. Viskositätsindexverbesserersystem für die Zugabe zu einer Mineralölbasis zur Erzeugung eines Mehrbereichsschmiermittels, das einen weiten Viskositätsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem aufweist:

(a) 85 bis 99,5 Gew.-% Viskositätsindexverbesserer, nämlich ein Gemisch aus Ethylen/Propylen-Copolymeren mit einem mittleren viskositätsmäßigen Molekulargewicht im Bereich von 9000 bis 9200; und

(b) 0,5 bis 15 Gew.-% Pourpoint-Erniedriger, nämlich ein Polyalkylester von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure.

2. Viskositätsindexverbesserersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem enthält:

91 bis 95 Gew.-% Komponente (a) und

5 bis 9 Gew.-% Komponente (b).

3. Mehrbereichsschmiermittel mit einem weiten Viskositätsbereich,

auf einer Mineralölbasis und mit einem Viskositätsindexverbesserersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 1 bis 95 Gew.-% vorhanden ist;

wobei das Mehrbereichsschmiermittel wenigstens

2,0 Gew.-% Komponente (a) und wenigstens

0,1 Gew.-% Komponente (b) enthält.

4. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 1 bis 25 Gew.-% vorhanden ist.

Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 1 bis 20 Gew.-% vorhanden ist.

6. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 1 bis 5 Gew.-% vorhanden ist.

7. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Viskositätsindexverbesserersystem in dieser Mineralölbasis in einem Anteil von 3 bis 10 Gew.-% vorhanden ist.

8. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mehrbereichsschmiermittel enthält 2,5 bis 3 Gew.-% Komponente (a); und 0,2 Gew.-% Komponente (b).

9. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mehrbereichsschmiermittel enthält 4,0 bis 4,5 Gew.-% Komponente (a); und 0,4 Gew.-% Komponente (b).

10. Mehrbereichsschmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Mehrbereichsschmiermittel enthält 25 bis 35 Gew.-% Komponente (a); und 1 bis 5 Gew.-% Komponente (b).