DE69636806T2

DE69636806T2 - Funktionelle Flüssigkeiten enthaltend borierte überbasische Sulfonate für die Verbesserung der Getriebeleistung

Info

Publication number: DE69636806T2
Application number: DE69636806T
Authority: DE
Inventors: John V. North Olmsted Stoffa; Richard E. Mentor Gapinski
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-10-26
Also published as: CA2188362C; JPH09165592A; CA2188362A1; EP0770669B1; EP0770669A2; DE69636806D1; AU6582096A; US5635459A; AU713806B2; EP0770669A3

Description

Diese Erfindung betrifft funktionelle Fluidzusammensetzungen mit verbesserten Niedertemperatur- und Antiverschleißeigenschaften.
Funktionelles Fluid ist ein Begriff, der eine Reihe von Fluiden umfaßt, einschließlich ohne Beschränkung hierauf Traktorfluide, Automatikgetriebefluide und Getriebefluide, Hydraulikfluide, Servolenkungsfluide, Fluide, die die Komponenten für die Kraftübertragung betreffen und Fluide, welche die Fähigkeit haben, in einer Reihe verschiedener Funktionen zu wirken. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß innerhalb jeder dieser Fluide, wie z. B. Automatikgetriebefluide, eine Vielzahl verschiedener Typen von Fluiden existieren, da verschiedene Getriebe unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen, was zu einem Bedarf nach Fluiden mit deutlich unterschiedlichen funktionellen Merkmalen geführt hat. Ein Typ eines funktionellen Fluids ist im allgemeinen bekannt als ein Traktorfluid, welches in Verbindung mit verschiedenen Arten an Traktorenausstattung verwendet werden kann, um den Betrieb des Getriebes, der Zahnräder, der Lager, der Hydraulik, der Servolenkung, des Zapfwellenantriebs und der in Öl eingebetteten Bremsen des Traktors zu ermöglichen.
Die Komponenten, die in einem funktionellen Fluid, wie z. B. einem Traktorfluid, eingeschlossen sind, müssen sorgfältig ausgewählt sein, so daß die fertige, sich hieraus ergebende Fluidzusammensetzung all die notwendigen Eigenschaften bereitstellen wird, die erforderlich sind, und eine Vielzahl von verschiedenen Testarten besteht. Im allgemeinem muß ein Traktorfluid als ein Schmiermittel, als ein Kraftübertragungsmittel und als ein Wärmeübertragungsmittel wirken.
Traktorfluide haben eine Reihe von wichtigen spezifischen Eigenschaften, die deren Fähigkeit, in einer Traktorausstattung zu arbeiten, sicherstellen. Diese Eigenschaften umfassen die Fähigkeit, gute Reibungseigenschaften bereitzustellen, um daß Rattern von Naßbremsen von in Öl eingebetteten Bremsen zu verhindern, während gleichzeitig die Fähigkeit verliehen wird, Naßbremsen in Gang zu setzen und eine Kupplungswirkung im Zapfwellenantrieb (PTO) bereitzustellen. Ein Traktorfluid muß genügend Antiverschleiß- und Extremdruckeigenschaften verleihen sowie die Fähigkeit der Wassertoleranz/der Filtrierbarkeit.
Da die Hersteller neue Standards setzen für funktionelle Fluide, insbesondere indem sie hohe Leistungen für die Verschleiß- und Extremdruckeigenschaften fordern, während sie gleichzeitig dünneres Öl verwenden für verbesserte Niedertemperaturleistungseigenschaften, sehen sich die Fluidformulierungen neuen Herausforderungen ausgesetzt.
Die Extremdruck-(EP-)Eigenschaften von Traktorfluiden werden demonstriert durch die Fähigkeit des Fluids sowohl einen Spiralkegelradtest als auch einen Test mit geradverzahntem Kegelrad zu bestehen. Das Traktorfluid muß den Naßbremsenrattertest bestehen und auch eine geeignete Naßbremsenkapazität bereitstellen, wenn es mit in Öl eingetauchten Scheibenbremsen, die aus einer Bronze-Graphit-Zusammensetzung und Asbest zusammengesetzt sind, verwendet wird. Das Traktorfluid muß die Fähigkeit aufzeigen, die Reibung aufrecht zu erhalten bei Lastschalt- und Wen degetriebekupplungen, wie z. B. bei denjenigen Kupplungen, die Graphit- und Bronzekupplungen umfassen.
Das US-Patent 5,062,975 offenbart ein Traktorfluid umfassend ein Basisöl mit einem Additivpaket, welches darin eingemischt ist. Das Additivpaket umfaßt (1) ein mit Calcium überalkalisiertes Sulfonat, (2) ein EP/Antiverschleißmittel, welches ein Zinksalz von Dialkylphosphordithiosäure ist, (3) ein boriertes Epoxid und (4) ein Carbonsäure-Lösungsverbesserer.
Das US-Patent 5,284,591 offenbart Komponenten (1) bis (4), wie in dem Absatz unmittelbar hierüber vorgetragen wurde, zusätzlich zu (5), einem geschwefelten Olefin.
Das US-Patent 4,792,410 offenbart ein Handgetriebefluid umfassend

(a) ein boriertes, überalkalisiertes Alkali- oder Erdalkalimetallsalz, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Sulfonaten, Phenaten, Oxylaten, Carboxylaten und Gemischen davon,
(b) einen Reibungsmodifizierer, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Fettsäurephosphiten, Fettsäureamiden, borierten Fettsäureepoxiden, Fettsäureaminen, Glycerolestern und deren borierten Derivaten, borierten alkoxylierten Fettsäureaminen, geschwefelten Olefinen und Gemischen davon, und
(c) ein Öl mit schmierender Viskosität, wobei solche Schmiermittel exzellente statische und dynamische Reibungseigenschaften aufweisen. Die Schmiermittelfluide sind insbesondere geeignet zur Reduzierung einer Doppelsperre und eines Zusammenstoßens bei einer manuellen Getriebeverstellung.

Das US-Patent 4,410,438 offenbart eine Zusammensetzung aus Schmiermittel und Flüssigkraftstoff, welche borierte Epoxide umfaßt, für die angegeben wird, daß sie in Fluiden, wie z. B. in Wärmeaustauschfluiden, in Transmissionsfluiden und in Hydraulikfluiden, nützlich sind.
Das US-Patent 3,933,659 offenbart ein funktionelles Fluid für Schmierölzusammensetzungen, welches zusammengesetzt ist aus einer größeren Menge eines Öles mit schmierender Viskosität und einer wirksamen Menge eines Additivs. Das Additiv umfaßt wirksame Anteile eines alkalischen Bernsteinsäureimids, eines Gruppe-II-Metallsalzes einer Dihydrocarbyldithiophosphorsäure, eines basischen, geschwefelten Erdalkalimetallalkylphenats und einer Komponente, die ein Fettsäureester, ein Fettsäureamid oder ein Fettsäureamin oder Gemische davon ist. Das Patent gibt an, daß die Schmiermittelzusammensetzungen geeignet sind als funktionelle Fluide in Systemen, die eine Fluidkopplung, ein Hydraulikfluid und/oder eine Schmierung von sich relativ bewegenden Teilen erfordern. Die Schmiermittelzusammensetzungen werden als besonders geeignet als das funktionelle Fluid in Automatikgetrieben und insbesondere in den Automatikgetrieben von Passagierfahrzeugen angegeben.
Das US-Patent 3,953,347 offenbart geschwefelte Zusammensetzungen, die hergestellt werden, indem man bei etwa 100°C bis 250°C Schwefel mit einem Gemisch umsetzt, welches (A) 100 Gewichtsteile von wenigstens einem Fettsäureester, (B) etwa 0–50 Gewichtsteile von wenigstens einer Fettsäure und (c) etwa 25–400 Gewichtsteile von wenigstens einem aliphatischen Olefin, welches etwa 8–36 Kohlenstoffatome enthält, umfaßt.
Das US-Patent 4,116,877 offenbart ein mit Elastomeren kompatibles Dichtungsquelladditiv. Das Additiv kann verwendet werden in Verbindung mit Automatikgetriebefluiden, Lastschaltgetriebefluiden und Hydrolenkungsfluiden. Das Fluid ist ein mineralisches schmierendes Basisöl, welches einen öllöslichen Bis(hydrocarbyl)phosphitester und ein öllösliches mit Hydrocarbyl substituiertes Phenol umfaßt, wobei ein spezifisches Gewichtsverhältnis aufrecht erhalten wird im Hinblick auf das Phosphit und das Phenol. Das Patent gibt an, daß die Aufnahme dieser bestimmten Additiwerbindungen in den bestimmten offenbarten Verhältnissen dem Fluid eine verbesserte Verträglichkeit mit Elastomeren verleiht.
Das US-Patent 3,929,650 für King et al., erteilt am 30. Dezember 1975, offenbart borierte, überalkalisierte Alkalimetallcarbonate von Alkali- oder Erdalkalimetallsulfonaten. Das US-Patent 3,480,584 für Hellmuth et al., erteilt am 25. November 1969, offenbart überalkalisierte mit Borverbindungen versetzte Produkte.
Die veröffentlichte europäische Patentanmeldung 113,199, veröffentlicht am 11. Juli 1984, offenbart ein Traktorhydraulikfluid, welches Oleylphosphit in einem Antireibungs-Hydraulikfluid für einen Traktor umfaßt sowie Thioethyloctadecenylsuccinat enthaltende Traktorhydraulikfluide.
Das britische Patent 1,452,513 mit Datum vom 13. Oktober 1976 offenbart Schmiermittelzusammensetzungen, welche eine Fettsäure und ein Fettsäureamid umfassen, in einem Naßbremsensystem für Traktoren, für welches herausgefunden wurde, daß es dazu geeignet ist, die Geräuschmenge über einen breiten Temperaturbereich zu verringern.
Das britische Patent 1,440,261 offenbart eine Zusammensetzung zur Verringerung des Geräusches bei Naßbremsensystemen von Traktoren. Das Fluid war zusammengesetzt aus einem Schmieröl und einem Detergenz oder einem Dispergiermittel, das mit Stearinsäure vermischt war. Für die Zusammensetzung wird angegeben, daß sie auch Alkylenpolyamindispergiermittel, Calcium- und Bariumsulfonate und -phenate, Antiverschleiß-Antioxidantien und Ölsäure umfaßt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein funktionelles Fluid bereit, insbesondere aber nicht ausschließlich in Form eines Traktorfluids. Das Fluid umfaßt vorzugsweise

(1) eine große Menge eines Schmieröls, wobei das funktionelle Fluid von diesem Öl bei 100°C wenigstens eine kinematische Viskosität von 4 cSt aufweist und bei –40°C eine Brookfield-Viskosität von weniger als 20.000 cP. Ebenfalls enthalten in diesem Fluid ist ein Additivpaket, welches die Getriebe-Antiverschleißleistungsfähigkeit des Fluids verbessert. Das Öl umfaßt geeigneterweise bis zu etwa 97 Gew.-% des Fluids. Das Additivpaket, welches vorzugsweise bis zu 12 Gew.-% des funktionellen Fluids auf einer ölfreien Basis umfassen mag, weist als Hauptkomponenten auf:
(2) einen Alkali- oder Erdalkalimetallsalzkomplex mit einer TBN von bis zu 800 auf ölfreier Basis, wobei dieser Komplex ausgewählt ist unter:
(a) einem borierten Metallsalzkomplex,
(b) einem Gemisch von borierten und nicht-borierten Metallsalzkomplexen,
(3) ein EP/Antiverschleißmittel umfassend Zinksalze von Dialkylphosphordithiosäure oder ein Gemisch von Zinksalzen von Dialkylphosphordithiosäure und Zinksalzen von Carbonsäu ren, wie z. B. 2-Ethylhexansäure, behandelt mit Triphenylphosphit oder einem Olefin, um den Schwefel zu reduzieren, und
(4) ein boriertes Epoxid.

Das Additivpaket umfaßt vorzugsweise ein Calciumsalz und ein Gemisch von Zinksalzen. Das Zinksalzgemisch umfaßt geeigneterweise Zinksalze von Dialkyldithiophosphat und Carbonsäuren, bei denen Zink in einer Menge im Überschuß im Vergleich dazu vorliegt, was notwendig wäre, um die vorliegende Säure zu neutralisieren.
Das Additivpaket umfaßt wahlweise weiterhin einen Carbonsäure-Lösungsverbesserer, vorzugsweise in der Form eines Aminreaktionsprodukts eines Acylierungsmittels enthaltend einen Substituenten auf Basis von substituiertem Hydrocarbyl mit 12 bis 500 Kohlenstoffatomen, und/oder eine geschwefelte Zusammensetzung in der Form eines gemeinsam geschwefelten Gemisches von zwei oder mehreren Reaktanten, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus wenigstens einem Fettsäurester eines Alkohols mit mehreren Hydroxylgruppen, wenigstens einem Olefin und wenigstens einer Fettsäure besteht. Die spezifischen Anteile und Bereiche im Hinblick auf die Additive und die obigen fünf Komponenten werden unten beschrieben. Da das Additiv in einer Anzahl von verschiedenen Sorten von Fluiden verwendet werden kann, können diese Anteile variieren und können auch in gewisser Weise infolge von anderen Bestandteilen in dem Additiv variieren.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß obwohl eine gewisse Flexibilität im Hinblick auf die Mengen von jeder der vorliegenden Komponenten und die genaue Definition von jeder der Komponenten, wie sie oben allgemein beschrieben wurden, besteht, ein geeignetes funktionelles Fluid üblicherweise nicht erhalten werden kann, wenn die Anteilsgrenzen vollkommen ignoriert werden oder wenn andere Komponenten zufällig anstelle dieser Zutaten substituiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich geworden: ein funktionelles Fluid bereitzustellen, das eine breite Verschiedenheit an unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften besitzt, insbesondere wenn es als Traktorfluid verwendet wird,
ein funktionelles Fluid bereitzustellen, das in der Lage ist, eine breite Vielzahl von unterschiedlichen Tests im Hinblick auf die Eigenschaften, wie z. B. die EP/Antiverschleiß-Eigenschaften, die Wassertoleranz, die Bremskapazität und das Rattern und die Filtrierbarkeit, zu bestehen,
gleichzeitig eine verbesserte Leistungsfähigkeit in den Bereichen der verbesserten Niedertemperaturtluidit/-Filtrierbarkeit, der EP/Antiverschleißleistungsfähigkeit, der reibungsverbessernden Eigenschaften, der Unterdrückung des Naßbremsenratterns und der Kapazität im Hinblick auf die auslösende Hydraulik, das Getriebe, die Servolenkung und das Bremsen bereitzustellen, ohne daß die Leistungsfähigkeit in anderen Bereichen beeinträchtigt wird,
die Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die EP/Antiverschleißleistungsfähigkeit zu erhöhen, ohne einen unerwünschten Effekt bei Korrosionstest und im Hinblick auf die Übertragungsleistungsfähigkeit zu haben,
eine verbesserte Wassertoleranz bereitzustellen, indem man oberflächenaktive Mittel aufnimmt, während die EP-Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird,
ein funktionelles Fluid bereitzustellen, das in der Lage ist, eine breite Vielzahl unterschiedlicher Tests im Hinblick auf die Eigenschaften, wie z. B. die Reibungseigenschaften, die Niedertemperaturfluidität, die Dichtungsquelleigenschaften, die Antischaumeigenschaften, die Antioxidationseigenschaften und den EP-Schutz bereitzustellen, wie durch die Untersuchungen mit dem Spiralkegelrad und dem geradeverzahnten Kegelrad gezeigt wurde,
eine ausreichende Servolenkungsleistungsfähigkeit bereitzustellen, während gleichzeitig eine ausreichende Kraftübertragungsleistungsfähigkeit bereitgestellt wird, wie mit dem Turbo-Hydra-Matik-Oxidationstest (ein Test der General Motors Corp.) gezeigt wurde,
ein Fluid bereitzustellen, welches ausreichende Aufrechterhaltung der Reibung bereitstellt für Lastschalt- und Wendegetriebekupplungen und welches eine Korrosionshemmung bereitstellt, insbesondere im Hinblick auf die Korrosion von gelben Metallen (d.h. Kupfer, Messing, Bronze), während gleichzeitig eine verbesserte EP-Leistungsfähigkeit, gute Reibungseigenschaften für die Unterdrückung des Naßbremsenratterns und gleichzeitig eine Naßbremsenkapazitäts- und eine Zapfwellenantriebskupplungsleistungsfähigkeit bereitgestellt wird, und
ein funktionelles Fluid bereitzustellen, welches seine wesentlichen Komponenten so umfaßt, daß das Fluid gleichzeitig eine Vielzahl von wünschenswerten Eigenschaften liefert.
Verschiedene bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung werden unten im Wege einer nicht-einschränkenden Beschreibung beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann in Form des Fertigprodukts eines funktionellen Fluids hergestellt und verkauft werden, welches in verschiedenen mechanischen Vorrichtungen, wie z. B. Traktoren, aufgenommen werden kann. Allerdings wird die Erfindung im allgemeinen in der Form eines Konzentrats produziert, welches dann in einem Kohlenwasserstofföl unter Ausbildung des fertigen Fluids wesentlich verdünnt wird. Das Konzentrat selbst wird aus verschiedenen Komponenten hergestellt, welche selbst häufig in einem Öl einer bestimmten Sorte, d.h. in einem Verdünnungs- oder „dil"-Öl, enthalten sind. Dies sollte im Hinblick auf die prozentualen Anteile bezogen auf das Gewicht der Komponenten, die in dem funktionellen Fluid enthalten sind, im Gedächtnis behalten werden. Die Gewichtsteile, die im Hinblick auf die Mengen jeder der Komponenten, die in dem funktionellen Fluid vorliegen, genannt werden, sind die Gewichtsanteile des aktiven chemischen Stoffes und nicht die Komponente, wie sie in Kombination mit deren „dil"-Öl zugegeben werden mag.
Die fünf Komponenten des bevorzugten Additivpakets für die Verwendung bei dem vorliegenden funktionellen Fluid sind: (1) Calciumsalz, (2) Antiverschleißmittel in der Form eines Gruppe-II-Metall-Dithiophosphatsalzes, (3) boriertes Epoxid, (4) Carbonsäure-Lösungsverbesserer, (5) geschwefelte Zusammensetzung. Jede dieser fünf Komponenten sowie andere Komponenten, die vorzugsweise in dem funktionellen Fluid der Erfindung vorliegen, werden nun ausführlich beschrieben werden. Es sollte hervor gehoben werden, daß keine dieser Komponenten selbst per se neuartige Verbindungen sind. Allerdings stellt das Vorliegen dieser Verbindungen in Kombination mit jeder anderen ein neuartiges funktionelles Fluid bereit, welches verbesserte Eigenschaften verleiht, die vorher nicht erreichbar waren. Die Komponenten verleihen dem funktionellen Fluid mit einem Basis öl, wie oben beschrieben, verbesserte Antiverschleißeigenschaften, wie es mit dem Spiralkegelradtest bestimmt wird.
Eine Reihe verschiedener Arten von Metallsalzen wurden offenbart und es wurde für sie angegeben, daß sie aufgrund ihrer Detergenz- oder Dispergiermitteleigenschaften und ihrer Fähigkeit, unerwünschte Säurekörper, die während des Betriebs der Maschine oder der Vorrichtung, in der das Schmiermittel aufgenommen ist, gebildet werden, zu neutralisieren, besonders wertvoll sind. Solche Metallsalze liegen im allgemeinen in der Form von überalkalisierten und/oder neutralen Komplexen mit aliphatischen Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Anhydriden, Estern, Amiden, Imiden oder Salzen mit hohem Molekulargewicht vor. Diese überalkalisierten Komplexe können als Additive in Schmierölen, Benzin oder anderen organischen Materialien verwendet werden.
Überalkalisierte Komplexe werden allgemein offenbart in dem US-Patent 3,714,042, welches durch Querverweis zum Zwecke der Offenbarung von Calciumsalzen und Calciumsalzkomplexen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, hierin eingeschlossen ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß Calciumsalze und Calciumsalzkomplexe die gewünschten Eigenschaften des bevorzugten funktionellen Fluids der vorliegenden Erfindung bereitstellen, obwohl eine Reihe von anderen Metallsalz- und Metallsalzkomplexarten üblicherweise auf dem Gebiet verwendet werden. Darüber hinaus wurde jetzt herausgefunden, daß es vorteilhaft ist, überalkalisierte und/oder neutrale Calciumkomplexe in der Form von überalkalisierten und/oder neutralen Calciumsulfonaten, überalkalisierten und/oder neutralen Calciumsulfonatcarboxylaten und überalkalisierten Calciumcarboxylaten aufzunehmen.
Ein Gemisch von überalkalisierten, carbonierten Calciumkomplexen, welches in Verbindung mit dem funktionellen Fluid der vorliegenden Erfindung nützlich ist, kann gebildet werden, indem man eine öllösliche Sulfonsäure (z. B. Sulfonsäuren von der Sorte, die Petroleumsulfonate, sulfonierte Alkylbenzene etc. umfassen) alleine oder in Kombination mit einem Calciumalkylphenat, einem Gemisch von niederen Alkoholen und einem Überschuß an Kalk carboniert. Die öllösliche Sulfonsäure oder das Gemisch von Säuren und Calciumalkylphenat werden durch die Verwendung von Kalk überalkalisiert.An diesem Punkt wurde ein überalkalisierter, carbonierter Calciumkomplex ausgebildet. Ein solcher Komplex kann in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Allerdings kann es gewünscht sein, die Lösung, die mit Kalk überalkalisiert wurde, zu nehmen und dann diese zu stabilisieren, indem man den Komplex mit einem mit Polyisobuten substituierten Bernsteinsäureanhydrid nachbehandelt. Der überalkalisierte Calciumkomplex, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in Verbindung mit anderen ähnlichen Verbindungen, z. B. umfassend Calciumsulfonate, die mit Calciumphenaten kombiniert wurden, verwendet werden. Diese Komponente der Erfindung enthält wahrscheinlich ein Gemisch von neutralen und überalkalisierten Salzkomplexen.
Die Verwendung des Begriffs „Komplex" bezeichnet basische Metallsalze, die Metall in einer Menge eines Überschusses im Vergleich zu derjenigen Menge, die in einem neutralen oder normalen Metallsalz vorliegt, enthalten. Das „Metallverhältnis", das einen Komplex charakterisiert, ist daher das Verhältnis der Gesamtäquivalente an Metall zu den Äquivalenten von Metall in der Form eines neutralen oder normalen Metalls. Die „Basenzahl" des Komplexes ist die Anzahl an Milligramm von KOH, zu der ein Gramm des Komplexes äquivalent ist, wie durch Titration zu bestimmen ist.
Die „Basenzahl" des Calciumkomplexes, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, variiert über einen Bereich von bis zu 800 TBN. Da ein solcher Komplex in einem Verdünnungsöl vorliegt, ist die Basenzahl des Calciumkomplexes vorzugsweise in dem Bereich von 200 bis 400 und besonders bevorzugt 300.
Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt der Metallsalzkomplex wahlweise etwas Calciummetallsalzkomplex. Allerdings können auch andere Metallsalzkomplexe vorliegen, und es können Calciumsalze vorliegen, die nicht „überalkalisiert" sind.
Ein geeigneter Calciumkomplex für die Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Zu 950 Gramm einer Lösung eines basischen, carbonierten Calciumsalzes einer alkylierten Benzensulfonsäure (durchschnittliches Molekulargewicht 385) in Mineralöl (Basenzahl etwa 300, Calcium-12,0% und Schwefel-1,4%) werden 50 Gramm mit Polyisobuten (Molekulargewicht 1.000) substituiertes Bernsteinsäureanhydrid für die Nachbehandlung (mit einer Seifenzahl von 100) bei 25°C zugegeben. Das Gemisch wird für 0,65 Stunden bei 55°C–57°C und dann bei 152°C–153°C für 0,5 Stunden gerührt und bei 150°C filtriert. Das Filtrat hat eine Basenzahl von etwa 300 und enthält 53% Mineralöl.
Ein weiteres geeignetes überalkalisiertes Calciumsalzgemisch kann hergestellt werden, wie es unten für ein überalkalisiertes Calciumsulfonat und mit Formaldehyd gekoppeltes Phenolprodukt beschrieben ist. Hierbei werden 1.000 Gewichtsteile von 240 Calciumsulfonsäure für die Konversion, 316 Gewichtsteilen Verdünnungsöl und 52,6 Gewichtsteilen von mit Calcium alkalisiertem, mit Formaldehyd gekoppeltem Phenol (Ölgehalt etwa 65%) bei 60°C (140°F) gemischt, dann werden 1,7 Gewichtsteile Calciumchlorid in Wasser zugegeben. 176 Gewichtsteile Methanol und 88,4 Gewichtsteile eines 2-zu-1-Gemisches von Butyl/Amyl-Alkoholen wird zugegeben. Die Temperatur wird auf 46–52°C (115–125°F) eingestellt und anschließend folgen die Additive Kalk und CO₂. Die Überalkalisierung wird fortgesetzt bis der gewünschte Bereich erreicht wird. Die Überalkalisierung auf einer ölfreien Basis kann in einem Bereich liegen, der so hoch ist wie 600–800 TBN.
Borierte Salzkomplexe werden ausführlich in dem US-Patent 4,792,410 beschrieben, welches hierin durch Querverweis darauf eingeschlossen ist. Als ein primärer Bestandteil, um die Leistungsfähigkeit in Bezug auf den Getriebeverschleiß bei der Anwendung eines funktionellen Fluids zu verbessern, wird ein boriertes, überalkalisiertes Sulfonat zu dem Fluid mit etwa einem Gewichtsanteil in dem Bereich von 0,5–8 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des fertigen Fluids zugegeben. Der bevorzugte Bereich ist 1–3 Gew.-%. Der Metallsalzkomplex, der in dem funktionellen Fluid enthalten ist, kann auch einen nicht-borierten Salzkomplex mit dem Gewichtsprozentanteil des Metallsalzgemisches, wie oben für das borierte Material angegeben wurde, enthalten.
Die Metallsalzkomplexe sind Sulfonatsalze, die im wesentlichen einen oleophilen Charakter aufweisen und die aus organischen Materialien gebildet werden. Organische Sulfonate sind gut bekannte Materialien auf dem Gebiet der Schmiermittel und Detergentien. Die Sulfonatverbindung sollte im Durchschnitt von 10 bis 40 Kohlenstoffatome enthalten, vorzugsweise von 12 bis 36 Kohlenstoffatome und vorzugsweise von 14 bis 32 Kohlenstoffatome im Durchschnitt. Gleichsam haben die Phenate und Carboxylate im wesentlichen oleophilen Charakter.
Obwohl die vorliegende Erfindung es zuläßt, daß die Kohlenstoffatome entweder aromatisch sind oder in einer paraffinischen Konfiguration vorliegen, ist es hochgradig bevorzugt, daß alkylierte Aromaten eingesetzt werden. Obwohl Materialien auf Naphtalenbasis verwendet werden können, ist der Aromat der Wahl die Benzengruppe.
Die am meisten bevorzugte Zusammensetzung ist daher ein monosulfoniertes alkyliertes Benzen. Typischerweise werden alkylierte Benzenfraktionen aus Quellen aus Destillationsböden und über synthetische Wege erhalten und sind mono- oder dialkyliert. Es wird angeommen, daß bei der vorliegenden Erfindung die dialkylierten, aromatischen Sulfonate gegenüber den monoalkylierten Sulfonaten in den Gesamteigenschaften überlegen sind.
Es ist gewünscht, daß ein Gemisch von alkylierten Aromaten (Benzen) verwendet wird, um das alkylierte Salz (Benzensulfonat) bei der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Die Gemische, bei denen ein wesentlicher Anteil der Zusammensetzung Polymere von Propylen als die Quelle für die Alkylgruppen enthält, fördert die Löslichkeit des Salzes in dem Fluid. Die Verwendung von monofunktionalen (z. B. monosulfonierten) Materialien verhindert die Quervernetzung der Moleküle einhergehend mit weniger Ausfällung des Salzes aus dem Schmiermittel.
Es ist ebenfalls gewünscht, daß das Salz „überalkalisiert" ist. Mit Überalkalisieren ist gemeint, daß ein stöchiometrischer Überschuß des Metalls gegenüber der Menge vorliegt, die erforderlich ist, um die öllösliche Sulfonsäure zu neutralisieren. Das überschüssige Metall beim Überalkalisieren hat den Effekt der Neutralisierung von Säuren, die sich in dem Schmiermittel ausbilden können. Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß das überalkalisierte Salz den dynamischen Reibungskoeffizienten erhöht. Typischerweise liegt das überschüssige Metall gegenüber der Menge, die erforderlich ist, um die Sulfonsäure zu neutralisieren, in einem Überschuß von 10:1 bis 30:1 vor, vorzugsweise in einem Überschuß von 11:1 zu 18:1 auf einer Äquivalentbasis.
Die Alkalimetallboratdispersion kann hergestellt werden nach den folgenden Stufen: Ein geeignetes Reaktionsgefäß wird mit dem mit Alkalimetallcarbonat überalkalisierten Metallsulfonat in dem oleophilen Reaktionsmedium (typischerweise das Kohlenwasserstoffmedium, das eingesetzt wird, um das überalkalisierte Metallsulfonat herzustellen) beladen. Dann wir die Borsäure in das Reaktionsgefäß geladen und der Inhalt wird heftig gerührt.
Die Umsetzung wird über einen Zeitraum von 0,5 bis 7 Stunden fortgesetzt, üblicherweise von 1 bis 3 Stunden bei einer Reaktionstemperatur von 20°C bis 200°C, vorzugsweise von 20°C bis 150°C und besonders bevorzugt von 40°C bis 125°C. Am Ende des Reaktionszeitraumes wird die Temperatur auf 100°C bis 250°C erhöht, vorzugsweise auf 100°C bis 150°C, um aus dem Medium jeden verbleibenden Alkohol und jedes verbleibende Wasser abzudampfen. Dieses Abdampfen kann bei Atmosphärendruck oder bei verringertem Druck von 93 KPa bis 1 KPa durchgeführt werden.
Die Menge an boriertem, überalkalisiertem Sulfonat, die in dem oleophilen Schmieröl vorliegt, kann im Bereich von 0,1 bis 65 Gew.-% variieren, abhängig davon, ob eine Konzentrierung oder ein fertiges Schmiermittel gewünscht ist. Im allgemeinen variiert für Konzentrate der Boratgehalt von 20 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise von 35 bis 45 Gew.-%. Für Schmiermittel variiert die Menge an Borat im allgemeinen von 0,1 bis 15 Gew.-% und vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%.
Die Boratdispersionen sind geeigneterweise Erdalkali- und Alkalimetallborate. Die bevorzugten Metalle sind Calcium, Magnesium und Barium.
Ein bevorzugtes, mit Bor versetztes Produkt, das hier nützlich ist, kann erhalten werden nach einem Verfahren zum Erhalten eines borierten Produkts mit hohem Carbonatgehalt, bei dem man:

(a) ein überalkalisiertes Sulfonat und jedes benötigte inerte flüssige Medium vermischt,
(b) das Gemisch (a) mit einem Borierungsmittel bei einer Temperatur boriert, die niedriger ist als eine Temperatur, bei der eine wesentliche Schaumbildung auftritt,
(c) die Temperatur des Gemisches (b) auf die Temperatur erhöht, die über dem Siedepunkt von Wasser innerhalb des Gemisches (b) liegt,
(d) im wesentlichen das gesamte Wasser von dem Reaktionsgemisch trennt und
(e) das Produkt (d) als boriertes Produkt mit hohem Carbonatgehalt zurückgewinnt.

Ein Verfahren zum Erhalten eines überalkalisierten borierten Produkts mit hohem Carbonatgehalt, welches wenigstens 5 Gew.-% Kohlenstoffdioxid enthält, wobei das Produkt erhalten wird, indem man:

(a) eine überalkalisierte Komponente und jedes benötigte inerte flüssige Medium vermischt,
(b) die Komponente (a) in der Gegenwart eines Borierungsmittels bis zu einem Borgehalt von wenigstens 3 Gew.-% des Produkts umsetzt,
(c) den Wassergehalt des Produkts (b) auf weniger als 3 Gew.-% reduziert und
(d) das überalkalisierte borierte Produkt mit hohem Carbonatgehalt zurückgewinnt.

Die Produkte der obigen Verfahren sowie ein überalkalisiertes boriertes Produkt mit einem mittleren Partikeldurchmesser von weniger als 9 Mikrometern wird außerdem wie folgt beschrieben:
Das EP/Antiverschleißmittel, welches in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt in der Form eines Zinkdithiophosphates vor. Obwohl es eine äußerst große Zahl von verschiedenen Arten an Antiverschleißmitteln, die in Verbindung mit solchen funktionellen Fluiden verwendet werden können, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß das Antiverschleißmittel vom Typ Zinkdithiophosphat in Verbindung mit den anderen Komponenten besonders gut zusammenarbeitet, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Besonders geeignete Zinkdithiophosphat-Antiverschleißmittel sind offenbart in dem US-Patent 4,263,150, welches hierin für die Zwecke der Offenbarung der bevorzugten Zinkdithiophosphate durch Querverweis eingeschlossen ist.
Es wurde herausgefunden, daß die Salze von Dialkylphosphordithiosäuren, die mit Phosphiten und/oder Olefinen behandelt werden, in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung besonders gut funktionieren. Etwas genauer liefert die Behandlung solcher Salze oder von deren Säurevorstu fen mit Triarylphosphit und insbesondere mit Triphenylphosphit Ergebnisse, die in Verbindung mit dem funktionellen Fluid und insbesondere mit dem Traktorfluid der vorliegenden Erfindung besonders gut wirken. Indem man diese Zinksalze oder deren Säurevorstufen mit Triarylphosphitverbindungen behandelt, haben die behandelten Zinksalze eine verringerte Neigung die Metallteile, mit denen sie verwendet werden, zu färben und zu korrodieren. Insbesondere ist es für solche behandelten Zinksalze oder Säurevorstufen viel unwahrscheinlicher, daß sie Kupferteile färben oder korrodieren.
Die Salze von Dialkylphosphordithiosäuren sind bekannt dafür, daß sie im Hinblick auf ihre Antiverschleißeigenschaften nützlich sind, wenn sie in Schmiermittelzusammensetzungen verwendet werden. Allerdings haben die Antiverschleißmittel, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, auf irgendeine Weise die Schwefelaktivität solcher Zinksalze entfernt. Ein Mittel zur Entfernung der Schwefelaktivität umfaßt die Behandlung des Salzes oder der Säurevorstufen mit Phosphiten. Z. B. können die Antiverschleißmittel, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Triphenylphosphit wird mit Zinkdialkylphosphordithioat oder einem Gemisch aus Zinksalz einer Dialkylphosphordithiosäure und einer Carbonsäure erwärmt. Die Dialkylphosphordithiosäure, die bei der Herstellung des Zinksalzes verwendet wird, wird selbst hergestellt durch Umsetzung von wenigstens einem Alkohol mit Phosphorpentasulfid, welches einen stöchiometrischen Überschuß an Schwefel enthält.
Die Zinkdithiophosphatkomponente der vorliegenden Erfindung wird in einer Menge zugegeben, die ausreicht, um die Antiverschleißeigenschaften des Fluids zu verbessern und liegt, wenn sie in einem Traktorfluid verwendet wird, in einer Menge von 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor.
Eine bevorzugte Ausführungsform von EP/Antiverschleißmitteln schließt basische Zinksalze ein, d.h. Salze, bei denen Zink in einem stöchiometrischen Überschuß vorliegt gegenüber derjenigen Menge, die benötigt wird, um die in der EP/Antiverschleißkomponente vorliegenden Säuren zu neutralisieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt das Zink bezogen auf die Mole an Zinkoxid pro Mol an Säurematerial in einem Überschuß von 33% vor.
Ein geeignetes EP/Antiverschleißmittel umfaßt die Ausbildung einer Phosphordithiosäure, indem man 2-Ethylhexanol mit Phosphorpentasulfid umsetzt, um die Dialkylphosphordithiosäure zu bilden, die Zugabe einer spezifischen Menge an Zinkoxid zu dieser Säure und von 2-Ethylhexansäure und dann die Zugabe eines C₁₈-C₁₈-α-Olefingemisches und das Erwärmen des Gemisches auf 116–127°C (240–260°F) über drei Stunden. Das Zink liegt in dem Gemisch in einem Überschuß von 30–40% als Zinkoxid vor. Das Gewichtsverhältnis von 2-Ethylhexanol zu 2-Ethylhexansäure, welches eingesetzt wird, beträgt etwa 50:1, kann jedoch in dem Bereich von 1:1 liegen und kann zwischen den zwei gegebenen Bereichen liegen. Die Zinkkomponente wird in dem funktionellen Fluid in einer Konzentration von 0,5–10 Gew.-% eingeschlossen, wobei der bevorzugte Bereich 1–3 Gew.-% ist.
Verschiedene Bor enthaltendende Verbindungen sind bekannt dafür, daß sie in Verbindung mit funktionellen Fluiden nützlich sind. Es wurde nun herausgefunden, daß borierte Epoxide insbesondere in Verbindung mit den anderen hierin beschriebenen Komponenten gut wirken, um ein funktionelles Fluid mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen. Solche borierten Epoxide werden erhalten, indem man ein Epoxid der allgemeinen Strukturformel:
wobei R, R¹, R² und R³ Wasserstoff sind oder eine C_8-30-Hydrocarbylgruppe, wobei wenigstens eines hiervon Hydrocarbyl ist, umsetzt mit Borsäure, Boroxid oder einem Alkylborat der Formel (RO)_xB(OH)_y, wobei x 1 bis 3 ist und y 0 bis 2 ist, wobei deren Summe 3 beträgt, oder mit Boroxid, wobei R eine Alkylgruppe ist, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält. Solche borierten Epoxidverbindungen sind offenbart in dem US-Patent 4,410,438, welches hierin für Zwecke der Offenbarung der borierten Epoxidkomponente, die in Verbindung mit dem vorliegenden funktionellen Fluid verwendet wird, durch Querverweis eingeschlossen ist.
Ein bevorzugtes boriertes Epoxid wird erhalten als das Ergebnis der Umsetzung von Borsäure mit 1,2-Epoxidgemisch, wobei das Epoxid etwa 16 Kohlenstoffatome enthält.
Es ist möglich, ein boriertes Epoxid herzustellen, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, indem man 1,2-Epoxidhexadecan in Verbindung mit Borsäure einschließt. Dieses Gemisch wird auf etwa 180°C in der Gegenwart von Wasser und Toluol erhitzt. Die Reaktion kann in der Gegenwart eines Verdünnungsöls durchgeführt werden. Das resultierende Produkt ist eine borierte Epoxidverbindung, die in Verbindung mit dem funktionellen Fluid der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
Das borierte Epoxid liegt in einer Menge vor, die ausreichend ist, um dem Fluid eine Fähigkeit zu verleihen, die auf ein Fluid bezogenen Tests zu bestehen, und liegt im Falle eines Traktorfluids in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des funktionellen Fluids vor.
Eine andere optionale Komponente des vorliegenden funktionellen Fluids ist ein Carbonsäure-Lösungsverbesserer. Diese Komponente ist in der Lage, mit anderen Komponenten in einer solchen Weise zu interagieren, daß eine Mikroemulsion von Wasserpartikeln bereitgestellt wird, um so eine verbesserte Wassertoleranz und Filtrierbarkeit zu liefern. Die Carbonsäure-Lösungsverbesserer-Komponente liegt in einer ausreichenden Menge vor, um diese Eigenschaften zu verleihen, d.h. verbesserte Wassertoleranz und Filtrierbarkeit, und für ein Traktorfluid beträgt sie 0,1 bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids. Die bevorzugten Beispiele solcher Carbonsäure-Lösungsverbesserer sind offenbart in dem US-Patent 4,435,297, welches für Zwecke der Of fenbarung von Carbonsäure-Lösungsverbesserern, die in Verbindung mit dem vorliegenden funktionellen Fluid geeignet sind, durch Querverweis darauf eingeschlossen ist.
Die Carbonsäure-Lösungsverbesserer, die in Verbindung mit dem vorliegenden funktionellen Fluid verwendet werden, sind Stickstoff enthaltende phosphorfreie Carbonsäurederivate. Diese Derivate werden hergestellt, indem man ein Acylierungsmittel mit einem tertiären Alkanolmonoamin umsetzt. Es wurde nun herausgefunden, daß bestimmte Lösungsverbesserungsmittel besonders gut in Verbindung mit funktionellen Fluiden und insbesondere mit denjenigen funktionellen Fluiden, die als Traktorfluide geeignet sind, wirken. Der am meisten bevorzugte Carbonsäure-Lösungsverbesserer, der von dem Erfinder gefunden wurde, ist das Produkt einer Umsetzung von Polybutylen-Bernsteinsäureanhydrid mit N,N-Diethylethanolamin in einem molaren Verhältnis von 1:2. Das resultierende Produkt ist überwiegend ein Estersalz und enthält kleine Mengen an Diester. Weiterhin kann das Produkt kleine Mengen an freiem, nicht umgesetztem Polybutylen und Spurenanteile an Maleinanhydrid, welches mit N,N-Diethylamin reagiert hat, enthalten.
Der Carbonsäure-Lösungsverbesserer, der am meisten bevorzugt in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Stickstoff enthaltendes, phosphorfreies Carbonsäurederivat, welches erhalten wird durch die Umsetzung von einer oder mehreren der reagierenden Komponenten von (A) einem Carbonsäureacylierungsmittel mit (B) einem tertiären Alkanolmonoamin bei einer Temperatur in dem Bereich von 30°C bis zu der Zerfallstemperatur. Das Acylierungsmittel hat wenigstens einen Hydrocarbyl-Substituenten, der 20 bis 500 Kohlenstoffatome enthält, und das Monoamin (B) weist eine Hydroxylgruppe auf und insgesamt bis zu 40 Kohlenstoffatome.
Das Basisöl von schmierender Viskosität umfaßt natürliche und synthetische Öle mit 80–98 Gew.-% des funktionellen Fluids. Die natürlichen Öle umfassen tierische, pflanzliche und mineralische Schmieröle. Das wesentliche Kriterium des Basisöls ist, daß es Viskositätseigenschaften aufweist, die für das funktionelle Fluid eine funktionelle Leistungsfähigkeit bei niedriger Temperatur sicherstellen. Die Viskositätsgrenzen für das Fluid, in welchem das Basisöl eine Hauptkomponente umfaßt, werden bestimmt durch eine Fluidzusammensetzung mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C von wenigstens 4 cSt und mit einem Brookfield-Viskositätsmaximum bei –40°C von 20.000 cP. Ein Beispiel eines Basisöls, das diese Parameter erreicht, ist ein Öl mit nominell 7 cSt (kinematische Viskosität bei 100°C), welches hergestellt wurde aus einem Gemisch von 65% Sun Tulsa 65–70 N-Öl und 35% Sun Tulsa 160 N-Öl.
Eine bevorzugte Schmiermittelbasis für die Verwendung hierin ist das oben angegebene Mineralölgemisch. Der Begriff „Mineralöl" wird hier in seiner üblichen Definition verwendet. Die synthetischen Schmieröle, die hier geeignet sind, umfassen Kohlenwasserstofföle und mit Halogen substituierte Kohlenwasserstofföle, wie z. B. polymerisierte und co-polymerisierte Olefine (z. B. Polybutylene, Polypropylene, Propylenisobutylen-Copolymere, chlorierte Polybutylene, etc.), Poly(1-hexene), Poly(1-octene), Poly(1-decene) etc. und Gemische davon, Alkylbenzen (z. B. Dodecylbenzene, Tetradecylbenzene, Dinonylbenzene, Di-(2-ethylhexyl)-benzene etc.), Polyphenyle (z. B. Biphenyle, Terphenyle, alkylierte Polyphenyle etc.), aklylierte Diphenylether und alkylierte Diphenylsulfide und die Derivate, Analoga und Homologen davon und dergleichen.
Alkylenoxidpolymere und Copolymere und Derivate davon, bei denen die terminalen Hydroxylgruppen durch Veresterung, Veretherung etc. modifiziert wurden, konstituieren eine andere Klasse von bekannten synthetischen Schmierölen, die verwendet werden können. Diese werden beispielhaft angegeben durch die Öle, die hergestellt werden durch die Polymerisierung von Ethylenoxid oder Propylenoxid, Dialkyl- und Arylether dieser Polyoxyalkylenpolymere (z. B. Methylpolyisopropylenglykolether mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1.000, Diphenylether von Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 500 bis 1.000, Diphenylether von Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht von 1.000–1.500 etc.) oder Mono- und Polycarbonsäureester davon, z. B. die Essigsäureester, die gemischten C₃-C₈-Fettsäureester oder der C₁₃-Oxosäurediester von Tetraethylenglykol.
Eine weitere geeignete Klasse von synthetischen Schmierölen, die verwendet werden können, umfaßt die Ester von Dicarbonsäuren (z. B. Phthalsäure, Bernsteinsäure, Alkylbernsteinsäuren, Alkenylbernsteinsäuren, Maleinsäure, Azelainsäure, Suberinsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Adipinsäure, Linolsäuredimer, Malonsäure, Alkylmalonsäuren, Alkenylmalonsäuren etc.) mit einer Reihe von Alkoholen (z. B. Butylalkohol, Hexylalkohol, Dodecylalkohol, 2-Ethylhexylalkohol, Ethylenglykol, Diethylenglykolmonoether, Propylenglykol etc.). Die spezifischen Beispiele dieser Ester umfassen Dibutyladipat, Di(2-ethylhexyl)sebacat, Di-n-hexylfumarat, Dioctylsebacat, Diisooctylazelat, Diisodecylazelat, Dioctylphthalat, Didecylphthalat, Dieicosylsebacat, den 2-Ethylhexyldiester von Linolsäuredimer und den komplexen Ester, der gebildet wird durch die Umsetzung eines Mols von Sebacinsäure mit zwei Mol Tetraethylenglykol und zwei Mol 2-Ethylhexansäure, und dergleichen.
Die Ester, die als synthetische Öle geeignet sind, umfassen außerdem diejenigen, die hergestellt werden aus C₅-C₁₂-Monocarbonsäuren und Polyolen und Polyolethern, wie z. B. Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Dipentaerythritol, Tripentaerythritol etc.
Öle auf Silikonbasis, wie z. B. die Polyalkyl-, Polyaryl-, Polyalkoxy- oder Polyaryloxy-Silanöle und Silikatöle, stellen eine weitere geeignete Klasse von synthetischen Schmiermitteln dar (z. B. Tetraethylsilikat, Tetraisopropylsilikat, Tetra-(2-ethylhexyl)silikat, Tetra-(4-methylhexyl)silikat, Tetra-(p-tert-butylphenyl)silikat, Hexyl(4-methyl-2-pentoxy)-disiloxan, Poly(methyl)siloxane, Poly(methlyphenyl)-siloxane etc.). Weitere synthetische Schmieröle umfassen flüssige Ester von Phosphor enthaltenden Säuren (z. B. Tricresylphosphat, Trioctylphosphat, Diethylester von Decanphosphonsäure etc.), polymere Tetrahydrofurane und dergleichen.
Die Polyolefinoligomere werden typischerweise gebildet durch Polymerisierungsreaktionen mit Alpha-Olefinen. Es können auch nicht-Alpha-Olefine oligomerisiert werden, um ein synthetisches Öl im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu bilden, allerdings gebietet die Reaktivität und Verfügbarkeit von Alpha-Olefinen bei niedrigen Kosten deren Auswahl als die Quelle des Oligomers.
Die synthetischen Schmieröle mit Polyolefinoligomer, die bei der vorliegenden Erfindung von Interesse sind, umfassen Kohlenwasserstofföle und Halogen-substituierte Kohlenwasserstofföle, wie z. B. diejenigen, die erhalten werden als die polymerisierten und copolymerisierten Olefine, z. B. Oligomere, und umfassen die Polybutylene, Polypropylene, Propylen-Isobutylen-Copolymere, chlo rierte Polybutylene, Poly(1-hexene), Poly(1-octene), Poly(1-decene), ähnliche Materialien und Gemische davon.
Typischerweise wird das Oligomer erhalten aus einem Monomer, welches 6 bis 18 Kohlenstoffatome enthält, vorzugsweise 8 Kohlenstoffatome bis 12 Kohlenstoffatome, am meisten bevorzugt ist das Monomer, das für die Bildung des Oligomers verwendet wird, Decen und vorzugsweise 1-Decen. Die Bezeichnung „Alpha-Olefin" ist ein Trivialname und die IUPAC-Bezeichnung einer 1-en-Verbindung soll so verstanden werden, daß sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung die gleiche Bedeutung hat.
Obwohl es nicht wesentlich ist, daß das Oligomer aus einem Alpha-Olefin gebildet wird, ist dieses wünschenswert. Der Grund für die Bildung des Oligomers aus einem Alpha-Olefin ist derjenige, daß die Verzweigung natürlicherweise an den Stellen auftreten wird, an denen die Olefinmonomere verbunden werden, und jede zusätzliche Verzweigung im Rückrat des Olefins kann zu einer zu hohen Viskosität des fertigen Öls führen. Es ist auch gewünscht, daß das aus dem Alpha-Olefin gebildete Polymer hydriert ist. Die Hydrierung wird in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren durchgeführt. Durch die Hydrierung wird der polymerfreie radikale Angriff auf die allylischen Kohlenstoffatome, die nach der Polymerisierung verbleiben, minimiert.
Das Molekulargewicht des Oligomers liegt im Durchschnitt typischerweise bei von 250 bis 1.400, geeigneterweise von 280 bis 1.200, vorzugsweise von 300 bis 1.100 und am meisten bevorzugt von 340 bis 520. Die Auswahl des Molekulargewichts des Oligomers hängt weitestgehend davon ab, ob ein Viskositätsverbesserer in der Formulierung eingeschlossen ist. D.h., das Polyolefinoligomer kann entweder einen Verdickungs- oder einen Verdünnungseffekt erfordern, um sicherzustellen, daß die geeigneten Schmiermittelviskositäten unter extrem heißen und kalten Bedingungen aufrecht erhalten ableiben.
Ein weiteres wünschenswertes synthetisches Schmiermittel ist eine alkylierte aromatische Verbindung. Die alykylierten aromatischen Verbindungen sind insbesondere vorteilhaft bei der Verbesserung der Flußeigenschaften bei niedriger Temperatur. Im Hinblick auf die alkylierten Aromaten kann auf die Besprechung der Erdalkalimetallsalze oben verwiesen werden. Die alkylierten Aromaten sind die gleichen Basismaterialien, die verwendet werden, um das aromatische Sulfonat herzustellen.
Die alkylierte aromatische Verbindung kann erhalten werden in einem Gemisch mit dem Sulfonat aufgrund einer unvollständigen Sulfonierung des alkylierten Aromaten. Selbstverständlich kann die alkylierte aromatische Verbindung unmittelbar erhalten werden. Vorzugsweise ist der aromatische Kern der alkylierten aromatischen Verbindung Benzen. Ein besonders geeignetes synthetisches Schmiermittel ist ein Gemisch des Alpha-Olefin-Oligomers und der alkylierten aromatischen Verbindung. Typischerweise liegt eine Mischung des Oligomers mit der alkylierten aromatischen Verbindung in einem Gewichtsverhältnis von 8:1 bis 1:8 vor.
Zusätzlich zu den oben aufgeführten Komponenten, nämlich denjenigen, die das Basisöl mit den gegebenen Parametern für die Viskosität, das borierte Metallsalz oder ein Gemisch von borierten Metallsalzen mit einem nicht-borierten Metallsalz, das EP-Antiverschleißmittel und das borierte Epoxid sind, können mehrere andere Komponenten in dem Additivpaket eingeschlossen werden und in dem funktionellen Fluid, wenn das Additivpaket mit dem geeigneten Basisöl gemischt wird.
Der Einschluß von Carbonsäure-Lösungsverbesserern in dem Additivpaket und in dem funktionellen Fluid ermöglicht die Wechselwirkung dieser Komponente mit Wasser, um Mikroemulsionen in den Formulierungen auszubilden, um so eine verbesserte Wassertoleranz und Filtrierbarkeit bereitzustellen.
Die Carbonsäure-Lössungsverbesserer-Komponente liegt in ausreichenden Mengen vor, um diese Eigenschaften, d.h. verbesserte Wassertoleranz und Filtrierbarkeit, bereitzustellen und liegt für ein Traktorfluid mit 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor. Die bevorzugten Beispiele solcher Carbonsäure-Lösungsverbesserer sind offenbart in den US-Patenten mit den Nummern 4,435,297 und 5,372,738, welche für Zwecke der Offenbarung von Carbonsäure-Lösungsverbesserern, die in Verbindung mit vorliegenden funktionellen Fluid geeignet sind, durch Querverweise hierin eingeschlossen sind.
Die Carbonsäure-Lösungsverbesserer, die in Verbindung mit dem vorliegenden funktionellen Fluid verwendet werden, sind Stickstoff enthaltende Carbonsäurederivate. Diese Derivate werden hergestellt, indem man ein Acylierungsmittel mit einem tertiären Alkanolmonoamin umsetzt. Es wurde nun herausgefunden, daß bestimmte Lösungsverbesserungsmittel in Verbindung mit funktionellen Fluiden besonders gut wirken und insbesondere mit denjenigen funktionellen Fluiden, die als Traktorfluide geeignet sind. Der am meisten bevorzugte Carbonsäure-Lösungsverbesserer, der von den Erfindern gefunden wurde, ist das Produkt einer Umsetzung von Polybutylenbernsteinsäureanhydrid mit N,N-Diethylethanolamin in einem molaren Verhältnis von 1:2. Das resultierende Produkt ist überwiegend ein Estersalz und enthält kleine Mengen an Diester. Weiterhin kann das Produkt kleine Mengen an freiem, nicht-umgesetztem Polybutylen und Spurenanteile von Maleinanhydrid, welches mit N,N-Diethylethanolamin reagiert hat, enthalten.
Der Carbonsäure-Lösungsverbesserer, der am meisten bevorzugt in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Stickstoff enthaltendes Carbonsäurederivat, welches erhalten wird durch die Umsetzung von einer oder mehreren der Reaktionskomponenten von (A) einem Carbonsäure-Acylierungsmittel mit (B) einem tertiären Alkanolmonoamin bei einer Temperatur in dem Bereich von 30°C bis zu der Zerfallstemperatur. Das Acylierungsmittel hat wenigstens einen Hydrocarbyl-Substituenten, der 20 bis 500 Kohlenstoffatome enthält, und das Monoamin (B) weist eine Hydroxylgruppe und insgesamt bis zu 40 Kohlenstoffatome auf.
Zusätzlich umfaßt das vorliegende funktionelle Fluid/Additivpaket vorzugsweise ein Viskositätsverbesserungsmittel und ein Antischaummittel. Die Art und Menge jeder Komponente wird in Abhängigkeit von Faktoren, wie z. B. der Betriebstemperatur, der gewünschten Viskosität und der Stärke der Bewegung, der das Fluid unterworfen ist, und der Stärke an Schaumbildung, die gestattet ist, eingestellt. Da ein funktionelles Fluid wahrscheinlich in einer Vorrichtung über einen breiten Temperaturbereich verwendet wird, ist der Einschluß von Viskositätsverbesserungsmitteln hoch wünschenswert, um bei der Regulierung der Viskosität des Fluids zu helfen. Der Viskositätsverbesserer liegt im allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 8 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor. Da das Fluid im allgemeinen einer beachtlichen mechanischen Bewegung und beachtlichem Druck ausgesetzt ist, ist weiterhin der Einschluß eines Antischaummittels hoch wünschenswert, um die Schaumbildung, welche beim mechanischen Betrieb der Vorrichtung, in Verbindung mit welcher das Fluid verwendet wird, zu Problemen führen könnte, zu verringern und/oder auszuschließen. Das Antischaummittel liegt im allgemeinen in einer Menge von 0,005 bis 0,08 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor.
Einige geeignete Viskositätsindexverbesserer umfassen die gut bekannten Polymethacrylatverbindungen, hydrierte Styren-Butydien-Viskositätsverbesserer und Styren-Malan-Copoylmere. Ein geeignetes Antischaummittel umfaßt eine Kombination von etwa 90 Gew.-% Petroleum und etwa 10 Gew.-% eines Silikonmittels (DC 200, VIS 30.000, cSt bei 25°C). Das funktionelle Fluid der vorliegenden Erfindung kann in der Form von verschiedenen spezifischen Typen von funktionellen Fluiden vorliegen, wie z. B. Hydraulik-/Getriebefluiden, Bremsfluiden, Servolenkungsfluiden und Traktorfluiden, wobei die genaue Zusammensetzung von diesen leicht variieren kann. Die genaue Zusammensetzung von solchen Fluiden kann vom Fachmann durch Lesen der vorliegenden Offenbarung und unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Fluids, die durch die offenbarten Komponenten und die Mengenbereiche beeinflußt werden, formuliert werden. Um die vorliegende Erfindung in der Form eines Fertigprodukts bereitzustellen, ist es notwendig, die essentiellen Komponenten in einem Basisöl von schmierender Viskosität einzuschließen. Die Komponenten in der Form von aktiven chemischen Stoffen liegen in dem Kohlenwasserstofföl in einer Menge in dem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des funktionellen Fluids der Erfindung vor. Demnach liegt das Basisöl in der Menge in dem Bereich von 81,5% bis 99,5% bezogen auf das Gesamtgewicht des funktionellen Fluids vor.
Die essentiellen Komponenten der vorliegenden Erfindung könnten alleine oder in Kombination mit anderen Komponenten in einem Konzentrat vorliegen. Das Konzentrat könnte von 1 Gew.-% bis 99 Gew.-% des aktiven chemischen Stoffes enthalten, wobei der Rest des Konzentrats von einem Kohlenwasserstofföl umfaßt wäre.
Wenn man ein Traktorfluid formuliert, liegt das Basisöl mit schmierender Viskosität im allgemeinen in einer Menge in dem Bereich von 81,5 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% vor. Die individuellen wesentlichen Komponenten des Traktorfluids liegen in den folgenden Mengen vor: das Calciumsalz liegt in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 5,5 Gew.-% vor. Das EP/Antiverschleißmittel liegt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% vor, das borierte Epoxid liegt in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% vor und der Carbonsäure-Lösungsverbesserer liegt in der Menge von 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% vor, wobei all die Anteile auf Gewichtsteilen des aktiven chemischen Stoffes in dem Traktorfluid als ganzem basieren.
Eine weitere optionale Komponente des vorliegenden funktionellen Fluids ist eine geschwefelte Zusammensetzung. Diese Komponente ist in der Lage als ein Co-Lösungsmittel zu wirken, welches die Zugabe von Viskositätsverbesserern zu einer Zusammensetzung eines funktionellen Fluids ermöglicht ohne den Zusatz an Verdünnungsöl, d.h. die Konzentratverträglichkeit des Viskositätsverbesserers wird verbessert. Die Komponente der geschwefelten Zusammensetzung liegt in einer ausreichenden Menge vor, um die Verträglichkeit zu verbessern, und dies ist für ein Traktorfluid etwa 0,5% bezogen auf das Gewicht des Fluids.
Eine geeignete geschwefelte Zusammensetzung für die Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung wird nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Zu einem Gemisch von 100 Teilen Sojabohnenöl, 5,4 Teilen Tallölsäure und 45,3 Teilen eines C_16-18-Alpha-Olefins werden bei 136°C unter Stickstoff über 30 Minuten unter Rühren 17,7 Teile Schwefel zugegeben. Es tritt eine exotherme Reaktion auf, welche dazu führt, daß die Temperatur auf 185°C ansteigt. Der Inhalt wird auf 160°C–175°C für drei Stunden erwärmt, auf 90°C gekühlt und filtriert, um das gewünschte Produkt zu liefern, welches 10,0 Schwefel enthält.
Die geschwefelte Zusammensetzung umfaßt ein co-geschwefeltes Gemisch von zwei oder mehr Reaktanten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus wenigstens einem Fettsäureester eines Alkohols mit mehreren Hydroxylgruppen, wenigstens einem Olefin und wenigstens einer Fettsäure.
Die Fettsäure, die mit dem Alkohol mit mehreren Hydroxylgruppen umgesetzt wird, kann durch die Hydrolyse von natürlich vorkommendem pflanzlichen oder tierischen Fett oder Öl erhalten werden. Diese Säuren enthalten üblicherweise von 8 bis 22 Kohlenstoffatome und umfassen beispielsweise Caprylsäure, Capronsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure etc.. Säuren, die 16 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten, sind bevorzugt, und besonders bevorzugt sind diejenigen, die 16 bis 18 Kohlenstoffatome enthalten. Weiterhin bevorzugt sind Fettsäuren, die eine olefinische Ungesättigtheit aufweisen.
Die geeigneten Alkohole mit mehreren Hydroxylgruppen werden von 2 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen, vorzugsweise von 2 bis 5 Kohlenstoffatome, und von 2 bis 8 Hydroxylgruppen, vorzugsweise 2 bis 4 Hydroxylgruppen, am meisten bevorzugt 3 Hydroxylgruppen. Die Beispiele für geeignete Alkohole mit mehreren Hydroxylgruppen umfassen Ethylenglykol, Propylenglykol, Trimethylenglykol, Neopentylenglykol, Glycerol, Pentaerythritol etc.. Ethylenglykol und Glycerol sind bevorzugt, besonders bevorzugt ist Glycerol. Alkohole mit mehreren Hydroxylgruppen, die Alkoxygruppen enthalten, insbesondere Ethoxygruppen oder Propoxygruppen sind zu berücksichtigen.
Eine Fettsäure kann als ein Teil des Co-Schwefelungsgemisches verwendet werden und kann wenigstens eine der oben beschriebenen Fettsäuren sein. Normalerweise ist das eine ungesättigte Fettsäure, wie z. B. Öl- oder Linolsäure, und kann ein Gemisch von Säuren sein, wie z. B. das jenige, das erhalten wird aus Tallöl oder durch die Hydrolyse von Erdnußöl, Sojabohnenöl oder dergleichen.
Das eingesetzte Olefin ist vorzugsweise ein aliphatisches Olefin. D.h., es ist im wesentlichen frei von aromatischen Gruppen, wie z. B. Phenylgruppen, Naphthylgruppen und dergleichen. Das Olefin wird normalerweise von 4 bis 40 Kohlenstoffatome enthalten, vorzugsweise von 8 bis 36 Kohlenstoffatome. Terminale Olefine oder Alpha-Olefine sind bevorzugt, insbesondere diejenigen, die von 12 bis 20 Kohlenstoffatomen aufweisen. Olefine, die interne Doppelbindungen aufweisen, sind ebenfalls geeignet. Gemische dieser Olefine sind im Handel erhältlich, und solche Gemische sind für die Verwendung bei dieser Erfindung zu berücksichtigen.
Das co-geschwefelte Gemisch wird hergestellt, indem man das Gemisch von geeigneten Reaktanten mit einer Schwefelquelle umsetzt. Das Gemisch, das geschwefelt werden soll, enthält wenigstens zwei oder mehr der folgenden Reaktanten: Von 10 bis 90 Gewichtsteile, häufiger von 35 bis 675 Gewichtsteile, von wenigstens einem Fettsäureester eines Alkohols mit mehreren Hydroxylgruppen, von 0,1 bis 15 Gewichtsteile, häufiger von 1 bis 5 Gewichtsteile, von wenigstens einer Fettsäure und 10 bis 90 Gewichtsteile, häufiger von 15 bis 60 Gewichtsteile, noch häufiger von 25 bis 35 Gewichtsteile, von wenigstens einem Olefin.
Die Schwefelungsreaktion wird im allgemeinen bei einer erhöhten Temperatur bewirkt, oft bei 50° bis 350°C, bevorzugter bei einer Temperatur von 100°C bis 210°C. Die Reaktion wird unter wirksamem Bewegen bewirkt und oft in einer inerten Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff. Falls eines der Reaktionsmittel bei der Reaktionstemperatur nennenswert flüchtig ist, kann das Reaktionsgefäß versiegelt werden und unter Druck gehalten werden. Obwohl es im allgemeinen nicht erforderlich ist, kann die Reaktion in der Gegenwart eines inerten Lösungsmittels, wie z. B. einem Alkohol, Ether, Ester, aliphatischem Kohlenwasserstoff, halogeniertem aromatischem Kohlenwasserstoff etc., welches in dem für die Reaktion eingesetzten Temperaturbereich flüssig ist, bewirkt werden.
Die Schwefelungsmittel, die bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen elementaren Schwefel, Schwefelwasserstoff, Schwefelhalogen, Natriumsulfid und ein Gemisch von Schwefelwasserstoff und Schwefel oder Schwefeldioxid etc.. Vorzugsweise ist das Schwefelungsmittel elementarer Schwefel. Es ist oft vorteilhaft, das Schwefelungsmittel portionsweise zu dem Gemisch der anderen Reagenzien zuzugeben. Wenn als ein Schwefelungsmittel elementarer Schwefel verwendet wird, ist die Reaktion in manchen Fällen exotherm, was ausgenutzt werden kann, um einen die Kosten begrenzenden Vorteil zu haben, da keine oder wenigstens verringerte Erwärmung von außen erforderlich ist. Die Menge an Schwefel oder Schwefelungsmittel, die zu dem Reaktionsgemisch zugegeben wird, kann über einen breiten Bereich variiert werden, obwohl die Menge, die in dem Reaktionsgemisch eingeschlossen ist, eine Menge sein sollte, die ausreichend ist, um ein geschwefeltes Produkt zu liefern, welches die gewünschte Menge an Schwefel enthält.
Üblicherweise wird die Menge an Schwefel oder Schwefelungsmittel, die bei der Herstellung der geschwefelten Komponente dieser Erfindung eingesetzt wird, auf der Grundlage der olefinischen Ungesättigtheit des Gemisches berechnet. Ein mono-olefinischer Reaktant, wie z. B. ein Alpha-Olefin oder Ölsäure, enthält z. B. ein Mol olefinische Bindungen pro Mol Reaktant. Ein polyolefinisches Material enthält zwei oder mehr Mol an olefinischen Bindungen. Z. B. enthält 1,4-Hexadien 2 Mol olefinische Bindungen. Im allgemeinen können pro Mol olefinische Bindungen von 0,05 bis 6 Mol Schwefel, vorliegend als elementarer Schwefel oder als in einem anderen Schwefelungsmittel vorliegender Schwefel, eingesetzt werden. Häufiger werden von 0,5 bis 3 Mol Schwefel pro Mol olefinische Bindungen eingesetzt.
Dementsprechend hängt der Schwefelgehalt von jeder gegebenen geschwefelten Zusammensetzung, die bei der Erfindung geeignet ist, von der Menge an Schwefel, der in dem Schwefelungsgemisch vorliegt, und von der Natur und der Menge der Reaktanten, die in dem Gemisch, wel ches die fünfte essentielle Komponente umfaßt, vorliegen, ab. Zusammensetzungen, die von 2 bis 40 Gew.-% Schwefel enthalten, sind üblich, und bevorzugt sind diejenigen, die von 5 bis 25 Gew.-% Schwefel enthalten.
Die geschwefelten Olefinzusammensetzungen für die Verwendung in Schmiermittel und funktionellem Fluid sind offenbart in den US-Patenten 4,119,549, 4,119,550, 4,191,659 und 4,344,854, welche für Zwecke der im Hinblick auf diese Erfindung sachdienlichen Offenbarung hierin durch Querverweis eingeschlossen sind. Eine bevorzugte geschwefelte Komponente für den Einschluß bei dieser Erfindung ist geschwefeltes 2-Buten, welches in Übereinstimmung mit den Verfahren in den oben zitierten Patenten hergestellt wurde. Typischerweise wird ein Olefin, wie z. B. 2-Buten, mit 1.000 Gewichtsteilen bei 171–177°C (340–350°F) umgesetzt mit 486 Teilen Schwefel und 304 Teilen H₂S und 1,5 Teilen n-Butylamin, um ein Buten-Polysulfid auszubilden.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Komponenten umfaßt das vorliegende funktionelle Fluid vorzugsweise ein Viskositätsverbesserungsmittel und ein Antischaummittel. Die Art und Menge von jeder Komponente wird in Abhängigkeit von den Faktoren, wie z. B. der Betriebstemperatur, der gewünschten Viskosität und der Stärke der Bewegung, der das Fluid unterworfen ist, und der Stärke an Schaumbildung, die gestattet ist, eingestellt. Da es für ein funktionelles Fluid wahrscheinlich ist, daß es in einer Vorrichtung über einen breiten Temperaturbereich eingesetzt wird, ist der Einschluß des Viskositätsverbesserungsmittels hoch wünschenswert, um bei der Regulierung der Viskosität des Fluids zu helfen. Der Viskositätsverbesserer liegt im allgemeinen in einer Menge von 0,5 bis 8 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor. Da das Fluid im allgemeinen einer beachtlichen mechanischen Bewegung und beachtlichem Druck ausgesetzt wird, ist weiterhin der Einschluß eines Antischaummittels hoch wünschenswert, um die Schaumbildung, die bei dem mechanischen Betrieb der Vorrichtung, in Verbindung mit der das Fluid verwendet wird, zu Problemen führen könnte, zu verringern und/oder auszuschließen. Das Antischaummittel liegt im allgemeinen in einer Menge von 0,005 bis 0,08 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Fluids vor.
Einige geeignete Viskositätsindexverbesserer umfassen die gut bekannten Polymethacrylatverbindungen, hydrierte Styren-Butadien-Viskositätsverbesserer und Styren-Maleinanhydrid-Copolymere. Ein geeignetes Antischaummitel umfaßt eine Kombination von etwa 90 Gew.-% Petroleum und etwa 10 Gew.-% eines Silikonmittels (DC 200, VIS 30.000 cSt bei 25°C).
Das funktionelle Fluid der vorliegenden Erfindung kann in der Form von verschiedenen spezifischen Typen von funktionellen Fluiden vorliegen, wie z. B. als Hydraulik-/Getriebefluide, Bremsfluide, Servolenkungsfluide und Traktorfluide, wobei die genaue Zusammensetzung von diesen leicht variieren kann. Die genaue Zusammensetzung von solchen Fluiden kann vom Fachmann durch Lesen der vorliegenden Offenbarung und unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Fluids, die durch die offenbarten Komponenten und Mengenbereiche beeinflußt werden, formuliert werden. Um die vorliegende Erfindung in der Form eines Fertigprodukts bereitzustellen, ist es erforderlich, fünf wesentliche Komponenten in einem Basisöl von schmierender Viskosität einzuschließen. Die Komponenten in der Form von aktiven chemischen Stoffen liegen in dem Basisöl von schmierender Viskosität in einer Menge in dem Bereich von 2,2 Gew.-% bis 17,0 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des funktionellen Fluids der Erfindung vor. Demnach liegt das Basisöl in der Menge in dem Bereich von 83% bis 97,8% bezogen auf das Gesamtgewicht des funktionellen Fluids vor.
Wenn man ein Traktorfluid formuliert, liegt das Basisöl mit schmierender Viskosität im allgemeinen in einer Menge in dem Bereich von 83,0 Gew.-% bis 97,8 Gew.-% vor. Die individuellen essentiellen Komponenten des Traktorfluids liegen in den folgenden Mengen vor: Das Calciumsalz liegt in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 5,5 Gew.-% vor, das EP/Antiverschleißmittel liegt in einer Menge von 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% vor, das borierte Epoxid liegt in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% vor, der Carbonsäure-Lösungsverbesserer liegt in der Menge von 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% vor und die geschwefelte Zusammensetzung liegt in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% vor, wobei alle Anteile auf Gewichtsteilen des aktiven chemischen Stoffes in dem Traktorfluid als ganzem basieren.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Calciumsalz in einer Menge von 0,5–1,5 Gew.-% auf einer ölfreien Basis vor oder mit 2–4 Gew.-% mit dessen Verdünnungsöl. Das Calciumsalz ist ein 1:1-Gemisch bezogen auf das Gewicht von boriertem und nicht-boriertem, mit Calcium überalkalisiertem Sulfonat. Das EP/Antiverschleißmittel liegt in einer Menge von etwa 1,7 Gew.-% vor. Das borierte Epoxid liegt in einer Menge von etwa 0,4 Gew.-% vor. Der Carbonsäure-Lösungsverbesserer liegt in einer Menge von 0,25 Gew.-% vor. Die geschwefelte Zusammensetzung liegt, falls sie vorliegt, in einer Menge von etwa 0,25 Gew.-% des aktiven chemischen Stoffes bezogen auf das Gewicht des Traktorfluids als ganzem vor.
Das Calciumsalz hat darin eingemischt basierend auf dem Gewicht des Calciumsalzes, falls es bei dem Überalkalisierungsverfahren verwendet wird, etwa 5 Gew.-% eines mit Formaldeyhd gekoppelten Phenols, welches bei der Stufe der Überalkalisierung eingeschlossen wird. Das Calciumsalz kann weiterhin basierend auf dem Gewicht des Calciumsalzes, welches in dem funktionellen Fluid verwendet wird, 0,5 bis 2 Gew.-% einer/eines mit Polyisobuten mit 1.000 Mn substituierten Bernsteinsäure oder Bernsteinsäureanhydrids enthalten.
Beispiel 1
Eine Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird, wie unten aufgeführt, hergestellt und wird in einem Spiralkegelradtest eingesetzt, um den Zahnradverschleiß zu bestimmen.

(a) Etwa 92–93 Gew.-% umfassend 65% 70 N- und 35% 160 N-Öle,
(b) 1,5-Gew.-% eines 1:1-Gemischs von boriertem/nicht-boriertem mit Calcium überalkalisiertem Sulfonat, welches mit etwa 0,5 Gew.-% (basierend auf dem Gewicht des Calciumsalzes) mit Polyisobuten substituiertem Bernsteinsäureanhydrid behandelt wurde, und welches etwa 0,75 Gew.-% mit Formaldehyd gekoppeltes Phenol (basierend auf dem Gewicht des Calciumsalzes) enthält,
(c) 2,6 Gew.-% Maleinanhydrid-Styren-Copolymer, verestert mit einem Gemisch von C_12-18-Alkoholen, C_8-10-Alkoholen und C₄-Alkohol, wobei die verbleibende Azidität mit Aminopropylmorpholin neutralisiert wird, (d) 1,7 Gew.-% EP/Antiverschleißmittel,
(e) 0,4 Gew.-% boriertes Epoxid und
(f) 0,25 Gew.-% Carbonsäure-Lösungsverbesserer.

Die obige Formulierung hat eine kinematische Viskosität bei 100°C von 7,14 cSt. Die Formulierung produziert, wenn sie in einem Spiralkegelradtest von John Deere laufen gelassen wird, beachtlich verbesserte Ergebnisse gegenüber der gleichen Formulierung, bei der lediglich nicht boriertes Calciumsalz verwendet wurde. Der Spiralkegelradtest ist identifiziert als JDQ95. Dieser Test kann über das Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, USA bestellt werden.
Beispiel 2
Die Liste unten gibt die Bereiche der Komponenten an, die verwendet werden können, um Zusammensetzungen zu formulieren, die von dieser Erfindung umfaßt sind:

a) 75 Gew.-% oder mehr eines Basisöls. Das Basisöl und die darin eingeschlossenen Additive ergeben ein funktionelles Fluid mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C von größer als 4 cSt und einer Brookfield-Viskosität bei –40°C von weniger als 20.000 cPs.
b) 0,5–5,5 Gew.-% boriertes überalkalisiertes Calciumsalz oder ein Gemisch von borierten und nicht-borierten überalkalisierten Calciumsalzen. Falls ein Gemisch vorliegt, beträgt das Verhältnis von boriert zu nicht-boriert 0,1:3 bis 1:0,05. Die Calciumsalze können basierend auf dem Gewicht des Calciumsalzes etwa 0,5–1,5 Gew.-% mit Formaldehyd gekoppeltes Phenol und/oder etwa 2–5 Gew.-% mit Polybuten mit 1.000 Mn substituierte(s) Bernsteinsäureanhydrid oder Bernsteinsäure enthalten. Die bevorzugte Gesamtbasenzahl liegt in dem Bereich von 600, es können jedoch auch Werte von bis zu 800 eingesetzt werden. Das Gewichtsverhältnis von Salz zu H₃BO₃ ist vorzugsweise 9:1, jedoch können auch andere Proportionen verwendet werden.
c) 0,5–5 Gew.-% EP/Antiverschleißmittel. Das bevorzugte Antiverschleißmittel ist ein alkalisches Zinkdialkyldithiophosphat im Gemisch mit einem Zinksalz einer Alkylcarbonsäure, bei der das Zink in etwa einem Überschuß von einem Drittel derjenigen Menge vorliegt, die benötigt wird, um die Säuregruppen zu neutralisieren basierend auf Zinkoxidäquivalenten. Das EP/Antiverschleißmittel wurde mit einem Triarylphosphit oder mit einem C_16-18-α-Olefin behandelt, um Schwefel zu reduzieren.
d) 0,1–1,5 Gew.-% boriertes Epoxid. Das bevorzugte borierte Epoxid ist ein epoxidiertes C₁₆-α-Olefin. Andere Epoxide und Gemische davon können verwendet werden.
e) 0,1–2 Gew.-% eines Carbonsäure-Lösungsverbsserers. Der bevorzugte Lösungsverbesserer ist ein Estersalz-Reaktionsprodukt eines Acylierungsmittels, welches eine Hydrocarbylgruppe mit 12–500 Kohlenstoffatomen enthält, mit einem tertiären Amin.
f) 0,5–5 Gew.-% eines geschwefelten Materials, wobei das geschwefelte Material geschwefelte Olefine, geschwefelte Fettsäuren und geschwefelte Fettsäureester von Alkoholen mit mehreren Hydroxylgruppen und Gemische davon sind. Die bevorzugte Komponente ist geschwefeltes Isobuten.
g) 0,5–8 Gew.-% eines Viskositätsmodifizierers. Der bevorzugte Viskositätsmodifizierer ist ein Maleinanhydrid-Styren-Copolymer, welches mit aliphatischen Alkoholen verestert ist und bei dem verbleibende Azidität mit Aminopropylmorpholin neutralisiert ist.

Claims

Funktionelle Fluidzusammensetzung mit verbesserten Niedertemperatur- und Antiverschleißeigenschaften, wobei die Zusammensetzung folgendes umfaßt: A. eine große Menge eines Öls mit schmierender Viskosität, B. eine geringe Menge eines Additivpakets, wobei das Paket folgendes umfaßt: (1) einen Alkali- oder Erdalkalimetallsalzkomplex mit einer TBN von bis zu 800 auf ölfreier Basis, wobei der Komplex ausgewählt ist unter (a) einem borierten Metallsalzkomplex, (b) einem Gemisch aus borierten und nicht borierten Metallsalzkomplexen, (2) ein EP/Antiverschleißmittel in Form eines Zinksalzes, ausgewählt unter (a) Zinksalzen von Dialkylphosphordithiosäure und (b) einem Gemisch von Zinksalzen von Dialkylphosphordithiosäure und Zinksalzen von Carbonsäuren und (3) ein boriertes Epoxid, wobei die Zusammensetzung bei 100°C eine kinematische Viskosität von wenigstens etwa 4 cSt und bei –40°C ein Brookfield-Viskositätsmaximum von 20.000 cP hat.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Borgehalt des borierten Metallsalzes 1–10 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht des Salzes, beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Zinksalze die Salze von bis-(2-Ethylhexyl)-dithiophosphat und 2-Ethylhexansäure sind.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zinksalze mit Triarylphosphit oder einem Olefin behandelt wurden, um Schwefel zu entfernen.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung weiterhin einen Carbonsäure-Lösungsverbesserer in der Form eines Estersalz-Reaktionsprodukts eines Acylierungsmittels, enthaltend einen Substituenten auf Basis von substituiertem Hydrocarbyl mit etwa 12 bis etwa 500 Kohlenstoffatomen, und ein tertiäres Alkanolmonoamin umfaßt.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der Carbonsäure-Lösungsverbesserer als das Reaktionsprodukt von Polybutenylbernsteinsäureanhydrid mit N,N-Diethylethanolamin erhalten wird.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung weiterhin eine geschwefelte Verbindung umfaßt, die ausgewählt ist unter (a) geschwefelten Olefinen, (b) geschwefelten Fettsäuren, (c) geschwefelten Fettsäureestern von Polyalkoholen und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung weiterhin einen Viskositätsmodifizierer umfaßt, der ausgewählt ist unter (A) Polymethacrylaten, (B) Polyolefinen, (C) Maleinsäureanhydrid-Styrol-Copolymeren und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das EP/Antiverschleißmittel (2) in der Form eines Gemischs von Zinksalzen von Dialkylphosphordithiosäure und Alkylcarbonsäure, die mit Triarylphosphit oder einem Olefin behandelt wurden, um freien Schwefel zu reduzieren, vorliegt und die weiterhin folgendes umfaßt: (4) einen Carbonsäure-Lösungsverbesserer in Form eines Estersalz-Reaktionsprodukts eines Acylierungsmittels, enthaltend einen Substituenten auf Basis von substituiertem Hydrocarbyl mit 12 bis 500 Kohlenstoffatomen, und ein tertiäres Alkanolmonoamin und (5) eine geschwefelte Verbindung, wobei die geschwefelte Verbindung unter den folgenden ausgewählt ist (a) geschwefelten Olefinen, (b) geschwefelten Fettsäuren, (c) geschwefelten Fettsäureestern von Polyalkoholen und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei der Carbonsäure-Lösungsverbesserer das Reaktionsprodukt von Polybutenylbernsteinsäureanhydrid mit N,N-Diethylethanolamin ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei die geschwefelte Verbindung geschwefeltes Isobuten ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Borgehalt des borierten Metallsalzes 1–10 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht des Salzes, beträgt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Zinksalze ein Gemisch aus den Zinksalzen von bis-(2-Ethylhexyl)-dithiophosphat und 2-Ethylhexansäure sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Zusammensetzung weiterhin einen Viskositätsmodifizierer umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: (A) Polymethacrylaten, (B) Polyolefinen und (C) Maleinsäureanhydrid-Styrol-Copolymeren.