DE69704853T2

DE69704853T2 - Ölnebel schmiermittel

Info

Publication number: DE69704853T2
Application number: DE69704853T
Authority: DE
Inventors: James Zielinski
Original assignee: Infineum USA LP
Current assignee: Infineum USA LP
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2017-03-15
Also published as: JP3970932B2; CA2247178C; WO1997034970A1; EP0888423B1; US5756430A; DE69704853D1; JP2000507288A; CA2247178A1; EP0888423A1

Description

Diese Erfindung betrifft Ölnebelschmierzusammensetzungen auf Basis synthetischer Esterbasisöle.
Eine Ölnebelschmierzusammensetzung verteilt feine Tröpfchen aus Ölzusammensetzungen in Aerosolform in den Bereichen verschiedener Maschinenelemente, die geschmiert werden sollen.
Ölnebel werden auf vielerlei Weise erzeugt. Ein typisches System verwendet eine Vorrichtung, die aus einem Reservoir besteht, das sich zu einem Venturirohr öffnet. Komprimiertes Gas wird durch das Venturirohr geblasen, Schmierstoff wird durch den so erzeugten Sog aus dem Reservoir gezogen und der Schmierstoff wird mechanisch durch die Turbulenz des Luftstroms in kleine Tröpfchen zerteilt. Stromabwärts trifft die Mischung auf Prallkörper, an denen große Tröpfchen, die mit Schwierigkeit transportiert werden, koaleszieren und in das Reservoir zurückkehren. Viele Ölteilchen bilden ein Aerosol mit Teilchendurchmessern im Bereich von 0,1 bis 20 um.
Die Steuerung der Öltröpfchenteilchengröße ist ein wichtiger Aspekt von Ölnebelschmiersystemen. Wenn die Teilchen zu groß sind, schmieren die Tröpfchen mit Leichtigkeit ein Lager oder eine andere Oberfläche, haben jedoch eine Tendenz, innerhalb der Zuführungspipelines zu kondensieren. Wenn die Teilchengröße zu klein und die Geschwindigkeit zu niedrig ist, findet keine Koaleszenz statt und Streunebel führt zu einem ernsten Problem. Feines Aerosol ist schwierig durch Filterung zu koaleszieren und übermäßiger Streunebel wird erzeugt, was in der Atmosphäre zu einem Raucheffekt führt.
Daher ist Streunebel das problematischte Merkmal von Nebelschmiersystemen. Das geschmierte Maschinenelement ist normalerweise gegenüber der Atmosphäre offen und Nebel, der nicht filtriert wird, entweicht in die Atmosphäre, wo er eine potentielle Gesundheits- und Sicherheitsgefährdung aufgrund der Ablagerung auf Bedienungsgegenständen in der Umgebung und Einatmung bilden kann.
Ölnebelschmiersysteme sind beispielsweise in GB-A-1 099 450 (1966) offenbart, das die Verwendung von Polymeren mit hohem Molekulargewicht zur Kontrolle von Streunebel offenbart. Bevorzugt sind Copolymere von Vinylacetat, Alkylfumaratestern und N-Vinylpyrrolidon mit durchschnittlichen Molekulargewichten (Zahlenmittel) von mindestens 100 000. Polyisobutene mit durchschnittlichen Molekulargewichten (Zahlenmittel) von mindestens 10 000, beispielsweise 44 000, sind auch offenbart. Diese Streunebe: lunterdrückungsadditive werden in Ölnebelschmierzusammensetzungen auf Basis von Erdölmineralölen verwendet.
US-A-3 805 918 (1974), erteilt an Altgelt et al., offenbart auch die Verwendung von Polymeren mit relativ hohem Molekulargewicht zur Unterdrückung der Bildung unerwünschter Streunebel. Insbesondere offenbart diese Druckschrift die Verwendung olefinischer Copolymere mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Viskositätsmittel) von 20 000 oder darüber. Insbesondere offenbart diese Druckschrift in Spalte 7, Zeile 25, dass Polyisobutylen effektiver als Streunebelunterdrückungsmittel ist, wenn es mit höheren Molekulargewichten verwendet wird, das heißt, Molekulargewichten von 50 000 bis 800 000.
GB-A-1 333 882 offenbart synthetische Schmierstoffe, die Diester von C6 und niedrigeren Alkoholen und Dicarbonsäuren mit 16 bis 22 Kohlenstoffatomen und Butenpolymeren mit einem Molekulargewicht von 1200 bis 4500 umfassen.
US-A-4 589 990 (1986), erteilt an Zehler et al., offenbart verbesserte Nebelschmierstoffzusammensetzungen, die bestimmte synthetische Öle auf Esterbasis enthalten, z. B. Polyolester, Trimellitat oder polymere Fettsäureester, zu denen Mengen an Polyisobutylen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 25 000 bis 300 000 gegeben wurden, um die Streunebelcharakteristika des Öls zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass Ölnebelschmierstoffzusammensetzungen auf Basis von Alkylpolycarbonsäureestern als Basisöle ihre Streunebelcharakteristika durch Verwendung bestimmter Mengen an Polyisobutylen mit relativ niedrigem Molekulargewicht erheblich verbessern.
Erfindungsgemäß ist eine zur Nebelschmierung geeignete Schmierstoffzusammensetzung gefunden worden, die verringerte Streunebelcharakteristika zeigt und hergestellt wird durch Kombinieren von und im wesentlichen, bezogen auf das Gewicht, besteht aus
a) 90 bis 95% Basisesteröl, das Alkylester von Polycarbonsäure oder eine Mischung solcher Ester ist, wobei die Alkylgruppen geradkettig oder verzweigt sind und 5 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen und das Öl eine Viskosität von 10 bis 150 mm²/s (cSt) bei 40ºC hat,
b) 3 bis 5% Gesamtmenge von einem oder mehreren (von Polyisobutylen verschiedenen) Additiven für spezielle Zwecke ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rostschutzmitteln, Korrosionsschutzmitteln, Antiverschleißmitteln, Antioxidantien, Demulgatoren, Antischaummitteln und Extremdruckmitteln, und
c) als Streunebelunterdrückungsmittel 1 bis 5% Polyisobutylen mit einem Mn-Molekulargewicht von 400 bis 2500.
Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung ist ein Nebelschmierverfahren, bei dem ein Nebel aus Schmierstoff in Luft unter Druck erzeugt wird und pneumatisch zu einer zu schmierenden Metalloberfläche transportiert wird, zu größeren Tröpfchen koalesziert und auf der Metalloberfläche abgesetzt wird, wobei die obige Zusammensetzung als Schmierstoff verwendet wird.
Geeignete Basisesteröle umfassen im allgemeinen geradkettige oder verzweigte C&sub5;- bis C&sub1;&sub8;-Alkylester von aromatischen oder aliphatischen Polycarbonsäuren, wobei das Öl eine Viskosität von 10 bis 150 mm²/s (cSt) bei 40ºC hat. Bevorzugt sind Ester aromatischer Dicarbonsäuren mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen, aliphatischer Carbonsäuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und cycloaliphatischer Dicarbonsäuren mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen. Geeignete Säuren schließen Phthalsäure, Adipinsäure, Trimellit- und Pyromellitsäure, Maleinsäure, Azelainsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, Linolsäuredimer, Malonsäure, Alkylbernsteinsäure, Alkenylbernsteinsäure und dergleichen ein.
Die bevorzugten Basisesteröle zur erfindungsgemäßen Verwendung sind Mischungen aus verzweigtkettigem Tridecylphthalat und Tridecyladipat, wobei die Mischung so ist, dass etwa 80 bis 85 Gew.-% des Nebelschmierstoffs Ditridecylphthalat und etwa 10 bis 15% Ditridecyladipat und insbesondere etwa 81% Ditridecylphthalat und etwa 15% Ditridecyladipat sind, und eine Viskosität von etwa 68 mm²/s (cSt) bei 40ºC hat.
Die bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzung ist eine, in der die anderen Additive Triphenylphosphorthionat als Antiverschleißmittel, Benzotriazol und alkyliertes Benzotriazol als Rostschutzmittel, Phenothiazin und Dinonyldiphenylamin als Antioxidans und oxyalkyliertes (70% Propylenoxid, 38% Ethylenoxid) Amylphenol als Demulgator umfassen.
Die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendeten Additive für spezielle Zwecke sind in der Technik wohlbekannt und typischerweise sind 0,02 bis 2,0 Gew.-% von jedem Additiv vorhanden, wobei die Gesamtmenge dieser Additive 3 bis 5 Gew.-% beträgt.
Antioxidantien schließen die phenolischen Antioxidantien und Arylamine ein, aber Phenothiazin und Dinonyldiphenylamin sind besonders bevorzugt.
Antiverschleißmittel und Extremdruckmittel schließen sulfurierte Fettsäure oder Fettsäureester, Organopolysulfide, Organophosphorderivate wie Aminphosphate und Dialkylphosphate ein. Triphenylphosphorthionat ist besonders bevorzugt.
Rost- und Korrosionsschutzmittel schließen zweibasige Säuren, Chinoline und Chinone, Ester- und Amidderivate von Alkenylbernsteinsäureanhydriden, Metallalkylsulfonaten und dergleichen ein. Bevorzugt ist Benzotriazol und alkyliertes Benzotriazol und alkylierte Aminomethylenbenzotriazole, wobei das Alkyl C&sub1; bis C&sub2;&sub0; ist.
Typische Demulgatoren schließen alkoxyalkylierte Alkylphenole, einwertige Alkohole, Alkylenglykole und dergleichen ein. Ein bevorzugter Demulgator ist ein oxyalkyliertes (70% Propylenoxid, 30% Ethylenoxid) Amylphenolharz.
Antischaummittel schließen Siliconöle, Acrylate und dergleichen wie Polydimethylsiloxan ein.
Das Streunebelunterdrückungsadditiv der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist Polyisobutylen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht (Zahlenmittel) (Mn) von 400 bis 2500 (gemessen mittels Gelpermeationschromatographie) und kann in Mengen im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% der gesamten Nebelschmierstoffzusammensetzung vorhanden sein. Besonders bevorzugt sind Öle, die 1 Gew.-% Polyisobutylen mit einem Mn von 1300 oder 3 Gew.-% Polyisobutylen mit einem Mn von 950 enthalten.
Der Begriff "Polyisobutylen" wie hier verwendet bezieht sich auf eine Mischung aus Poly-n-butenen und Polyisobutylen, die normalerweise aus der Polymerisation von C&sub4;-Olefinen resultiert und allgemein ein Molekulargewicht von Mn 400 bis Mn.2500 hat.
Ein bevorzugtes Polyisobutylenpolymer zur erfindungsgemäßen Verwendung ist eine Mischung aus Polybutenen und Polyisobutylen, die aus einem C&sub4;-Olefinraffineriestrom hergestellt sind, der etwa 6 Gew.-% bis 50 Gew.-% Isobutylen enthält, wobei der Rest eine Mischung aus Buten, (cis und trans)-2-Buten und weniger al. s 1 Gew.-% Butadien ist. Besonders bevorzugt ist ein Polymer, das aus einem C&sub4;-Strom hergestellt ist, der aus 6 bis 45 Gew.-% Isobutylen, 25 bis 35 Gew.-% gesättigten Butanen und 15 bis 50 Gew.-% 1- und 2-Butenen hergestellt ist. Das Polymer wird durch Lewissäurekatalyse hergestellt.
Die erfindungsgemäßen Öle haben, wenn aus ihnen eine Nebeldispersion von Öltröpfchen in Luft erzeugt wird, wesentlich verringerte Mengen von Submikrometerteilchen, d. h. Tröpfchenteilchen mit weniger als 0,4 um AED und Teilchen im Bereich von 0,4 bis 0,7 um AED. AED ist Aerodynamischer Äquivalenzdurchmesser, definiert als der Durchmesser der Kugel mit Einheitsdichte, die die gleiche stationäre Sinkgeschwindigkeit aufgrund der Schwerkraft hat wie das Teilchen in ruhender Luft.
Die in den nachfolgenden Beispielen verwendeten Tröpfchenteilchengrößemesstechniken wurden veröffentlicht von A. Shamim und C. F. Kettleborough von der Texas AVM University, Department of Mechanical Engineering, College Station, Texas, USA, in einem Artikel mit dem Titel "Aerosol Aspects of Oil Mist Lubrication - Reclassification and Deposition in Bearings" für die Energy Resources Technology Conference and Exhibition, Houston, Texas, USA, Januar 1996.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Alle Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiele

Ein kommerziell erhältliches Nebelschmierbasisöl wurde hergestellt, das aus dem folgenden zusammengesetzt war:
Ditridecylphthalat 81,50%
Ditridecyladipat 14,27%
Triphenylphosphorthionat 2,00%
Dinonyldiphenylamin 1, 60%
Phenothiazin 0,40%
Isononylaminomethylenbenzotriazol 0,15%
Benzotriazol 0,05%
Oxyalkyliertes Aminophenolhatz (70% Propylenoxid, 30% Ethylenoxid) 0,03% 100,00%
Die gemischten Ester haben eine Viskosität von 68 mm²/s (cst) bei 40ºC.
Die erfindungsgemäßen Öle 1 bis 7 wurden hergestellt, indem 95 bis 99% des Basisöls mit unterschiedlichen Mengen Polyisobutylen wie nachfolgend aufgeführt gemischt wurden:
Öl Basisöl, % Polyisobutylen, % und M
Experimentelles Verfahren: Das Basisöl und jedes der 7 Öle der Erfindung wurden hinsichtlich Streunebelcharakteristika und insbesondere Tröpfchenteilchengröße im Submikrometerbereich bewertet. Die Minimierung der Menge dieser sehr kleinen Teilchen ist wichtig, da diese in der Lage sind, in die empfindlicheren Teile der inneren Lunge vorzudringen.
Ein Ölnebelgenerator vom Wirbeltyp 40 BI wurde in allen Tests verwendet. Das Ölventil war vollständig geöffnet und das Luftumgehungsventil war vollständig geschlossen. Das Öl in dem Reservoir wurde auf einer Temperatur von 24ºC gehalten. Das Ölniveau im Generator wurde für alle Tests konstant gehalten. Die Anordnung der Rohre und Leitungen in dem Ölnebelzufuhrsystem wurde in allen Tests identisch gehalten. Die Teilchenmassengrößeverteilungen wurden nach der Erzeugung, vor dem Testlager und nach dem Testlager (Streunebel) gemessen. Ein Trägheitskaskadenimpaktor zusammen mit einer Verdünnungskammer wurde in diesen Tests verwendet. Mit jedem Testaufbau wurden drei Versuche durchgeführt. Es wurden insgesamt 45 Tests durchgeführt, wodurch 450 Datenpunkte erhalten wurden. Es ist gezeigt worden, dass die Ölnebelfiltrationsvorrichtung eine vernachlässigbare Veränderung in der Massengrößeverteilung des Ölnebels verursacht. So wurde die Tröpfchenmassengrößeverteilung des erzeugten Ölnebels gemessen, nachdem der unter Druck stehende Ölnebel durch eine Ölnebelfiltrationsvorrichtung floss. Dies vereinfachte das Probennahmeverfahren. Bei diesen Tests wurde das Testlager (77,5 mm Flankendurchmesser) mit 2400 UpM betrieben. Eine Ölnebelfiltrationsvorrichtung Nr. 501 (Fließgeschwindigkeit 0,09 SCFM (0,0025488 Standard-m³/Min) wurde verwendet, um das Testlager zu schmieren.
Die Streunebelcharakteristika von jedem der oben aufgeführten sieben Öle wurde gemessen, indem ihre Teilchengrößeverteilung mit der des Basisöls verglichen wurde, das kein Polyisobutylen-Streunebelunterdrückungsmittel enthielt. Bei jedem der Ole 1 bis 7 wurde eine wesentliche Verminderung der Teilchen im Bereich von 0,0 bis 0,4 um und 0,4 bis 0,7 um beobachtet, verglichen mit der Teilchengrößenverteilung des Basisöle. Ein Andersen 1 ACFM (Actual Cubic Feet per Minute) (non-viable) Kaskadenimpaktor wurde verwendet, um die Tröpfchenmassengrößenverteilung des Ölnebels zu messen. Wenn eine Vakuumpumpe Aerosol durch den Kaskadenimpaktor saugt, werden die in der Luft befindlichen Teilchen auf verschiedenen Böden des Kaskadenimpaktors gemäß der AED des Teilchens aufgefangen.
Tabelle 1: Relative Anzahl der Teilchen, die in verschiedenen Größenbereichen in dem Streunebel der acht Testöle gefunden wurden. Bei einem Öl ist die Anzahl der Teilchen, die sich in einem bestimmten Größenbereich befindet, als Prozentsatz der Anzahl der Teilchen gezeigt, die sich im AED Größenbereich von 0,4 bis 0,7 um des Basisöls befinden.
Anmerkung: der Aerodynamische Äquivalentdurchmesser (AED) ist der Durchmesser der Kugel mit Einheitsdichte (1 g/cm³), die die gleiche stationäre Sinkgeschwindigkeit aufgrund der Schwerkraft hat wie das Teilchen in ruhender Luft. Bei den getesteten Schmierölen ist der AED ungefähr der gleiche wie der tatsächliche Teilchendurchmesser.

Claims

1. Schmierstoffzusammensetzung, die zur Nebelschmierung geeignet ist und im wesentlichen, bezogen auf das Gewicht, besteht aus

a) 90 bis 95% Basisesteröl, das Alkylester von Polycarbonsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Säuren mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen, aliphatischen Säuren mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und cycloaliphatischen Säuren mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen ist, wobei die Alkylgruppen geradkettige oder verzweigte C&sub5;- bis C&sub1;&sub8;-Alkylgruppen sind und das Esteröl eine Viskosität von 10 bis 150 mm²/s (cSt) bei 40ºC hat,

b) 3 bis 5% Additiv für spezielle Zwecke ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rostschutzmitteln, Korrosionsschutzmitteln, Antiverschleißmitteln, Antischaummitteln, Antioxidantien, Demulgatoren und Extremdruckmitteln, und

c) 1 bis 5% Polyisobutylen mit einem Mn von 400 bis 2500 als Streunebelunterdrückungsmittel.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Polyisobutylen ein Mn von 1300 oder 950 hat.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Polyisobutylen ein Mn von 1300 hat und in einer Menge von etwa 1% vorhanden ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Polyisobutylen ein Mn von 950 hat und in einer Menge von 3% vorhanden ist.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der das Esteröl eine Mischung aus 80 bis 85 Gew.-% verzweigtkettigem Ditridecylphthalat und 10 bis 15% Ditridecyladipat ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei der das Additiv für spezielle Zwecke Phenothiazin, Benzotriazol, oxyalkyliertes Arylphenolharz, Triphenylphosphorthionat, Dinonyldiphenylamin und alkyliertes Benzotriazol umfasst.

7. Schmierverfahren, bei dem ein Schmierstoffnebel in Luft unter Druck erzeugt und pneumatisch zu einer zu schmierenden Metalloberfläche transportiert wird, zu größeren Tröpfchen koalesziert und auf die Metalloberfläche aufgebracht wird, gekennzeichnet durch die Verbesserung, dass als Schmierstoff die Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 verwendet wird.

8. Schmierstoffzusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, die durch Kombinieren der Bestandteile a), b) und c) hergestellt ist.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 6, die durch Kombinieren der Bestandteile a), b) und c) hergestellt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Esteröl eine Mischung aus 80 bis 85 Gew.-% verzweigtkettigem Ditridecylphthalat und 10 bis 15 Gew.-% verzweigtkettigem Ditridecyladipat ist.