DE956504C - Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem Stockpunkt - Google Patents
Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem StockpunktInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem Stockpunkt Es wurde gefunden, daß man wertvolle Ester mit tiefem Stockpunkt erhalten kann; wenn man Terpanmethylol oder Terpancarbonsäure der Strukturformeln die durch katalytische Wassergasanlagerung aus Terpentinöl und gegebenenfalls durch anschließende Oxydation hergestellt wurden, in an sich bekannter Weise mit geradkettigen oder verzweigten aliphatischen Carbonsäuren oder Alkoholen, die 2 bis 8 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, oder mit verzweigten aliphatischen Carbonsäuren oder Alkoholen, die mehr als 8 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten, verestert. Derartige Ester sind besonders als Uhrwerköle oder zur Schmierung von Eismaschinen und anderen bei tiefen-Temperaturen arbeitenden Maschinen und Vorrichtungen geeignet. Auch als Umlauföle für Turbinen oder zum Einfahren von Verbrennungsmotoren können diese Öle für sich allein oder in Mischungen verwendet werden. Je nach der Kettenlänge des aliphatischen Esterbestandteiles liegt der Flammpunkt der Ester höher oder niedriges, während der Stockpunkt insbesondere bei Verwendung höhermolekularer verzweigter aliphatischer Alkohole oder Carbonsäuren besonders niedrig liegt. Auch die Viskositäten der erfindungsgemäß herstellbaren Ester sind gerade bei niedrigen Temperaturen sehr günstig.
- Das als Ausgangsmaterial verwendete Terpanmethylol bzw. die Terpancarbonsäure wurde durch katalytische Wassergasanlagerung aus Terpentinöl und gegebenenfalls durch anschließende Oxydation der erhaltenen Reaktionsprodukte mit Sauerstoff oder durch Alkalischmelze hergestellt. Verwendet man Terpanmethylol als Esterbestandteil, dann wird die Veresterung mit Fettsäuren durchgeführt, die entweder geradkettig oder verzweigt sein und 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten können, oder aber nur mit verzweigten aliphatischen Carbonsäuren, die mehr als 8 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten. Die erhaltenen Ester besitzen Flammpunkte von 117 bis I53°, Stockpunkte unterhalb von - 6o° sowie hohe Viskositätsindizes und sind niedrigviskos, wenn die verwendeten Carbonsäuren niedermolekular sind. Die Kennzahlen solcher Ester sind z. B. folgende:
Ester- D, 20 n zahl Stock- Flamm- 30 EZ Punkt Punkt V VP VI Essigsäureester des Terpanmethylols ....... o,965 =,4640 264 -66 117 1,44 0,90 + 155 Propionsäureester des Terpanmethylols ...... 0,958 1,4634 248 -68 124 1,43 0,72 + 164 Buttersäureester des Terpanmethylols ....... 0,947 =463I 234 -70 129 1,51 0,95 + I52 Valeriansäureester des Terpanmethylols ....... 0,939 I,46=2 2120 -68 144 1,64 1,05 + 148 Capronsäureester des Terpanmethylols ....... 0,93 I,463= 202 -71 153 1,77 o,87 + 157 (VP = Viskolitätspolhöhe, V I = Viskositätsindex) - Die Ester selbst sind ohne Zersetzung unter vermindertem Druck destillierbar und können auf diese Weise leicht in reiner Form gewonnen werden.
- Monocarbonsäureester wurden im Gegensatz zu Diestern als Schmieröle bei tiefen Temperaturen ihres meist hohen Stockpunktes wegen bisher nicht verwendet. Aus der nachstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die Stockpunkte einer Reihe von unterschiedlich aufgebauten Monoestern mit i2 bis 17 Kohlenstoffatomen im Molekül sämtlich oberhalb von - I5° liegen. Diese Zusammenstellung umfaßt sowohl Ester mit einer hydroaromatischen Alkoholkomponente als auch Ester mit langkettiger Säurekomponente und kurzkettiger Alkoholkomponente. Weiterhin sind auch Ester mit kurzkettiger Säurekomponente und langkettiger Alkoholkomponente bzw. Ester mit gleichlanger Säurekomponente und Alkoholkomponente angegeben.
Ester Formel Stockpunkt Literatur Essigsäurebornylester . . . . . . . . . . . . C H3 C O O CIOH7 Fp. 29' Beilsteins Handbuch d. Chem., Bd. 6, S.79 Essigsäureundecylester . . . . . . . . . . . C H3 C O O C"Hs3 Fp. - 6,8 Bull. Soc. chim. belg., Bd. 36, i927, S. 384 Essigsäuredodecylester . . . ... . .... CH3COOCI,H2s Fp. -I- 1,16 desgl. Laurinsäureäthylestei . . . . . . . . . . . . C" H23 C O O C2 H5 Fp. -1,75 desgl. Undecansäureäthylester . . . . . . . . . . Cio Hei C 0 0 C2 H5 -14,7 desgl. Caprylsäureoctylester . . . . . . . . . . . . C., His C O O C3 H" -15,1 Bull. soc. chim. belg., Bd. 44,1935, S. 576 Capronsäuredodecylester.......... G HIICOOCI2 H25 - 4,6 j. Am. Chem. Soc., Bd.65,1944" S. 16o6 Capronsäureundecylester . . . . . . . . . CSH"COOCIIH23 -10,5 desgl. - ISer aus dem nachstehenden Beispiel i ersichtliche Ester enthält je Molekül 13 Kohlenstoffatome und besitzt einen Stockpunkt von - 66'. Auch die vorstehende Tabelle enthält Ester mit 13 Kohlenstoffatomen je Molekül, und zwar den Essigsäureundecylester (Stockpunkt = - 6,8') und Undecansäureäthylester (Stockpunkt - 14,7'). Im Gegensatz zu diesen verhältnismäßig hochliegenden Stockpunkten wird erfindungsgemäß bei gleicher Molekülgröße ein Stockpunkt von - 66' erreicht. Während die vorbekannten C" Ester nicht für extrem tiefe Temperaturen verwendbar sind und der Fachmann auch nicht erwarten konnte, daß bei dieser Molekülgröße eine noch weitere Herabsetzung des Stockpunktes möglich sein würde, läßt sich erfindungsgemäß ein Ester mit extrem tiefem Stockpunkt gewinnen.
- Aus dem nachstehenden Beispiel 2 ist ein C, Ester mit einem Stockpunkt von - 68' ersichtlich, während der in der vorstehenden Tabelle angeführte Essigsäuredodecylester und Laurinsäureäthylester, die beide im Molekül ebenfalls 14 Kohlenstoffatome enthalten, schon in der Nähe des Gefrierpunktes erstarren. Noch deutlicher wird die erfindungsgemäß ganz überraschende Senkung des Stockpunktes bei einem aus dem nachstehenden Beispiel 4 ersichtlichen Capronsäureester mit einem Stockpunkt von - 71', dem der aus der vorstehenden Tabelle ersichtliche Capronsäureundecylester mit einem Stockpunkt von nur -1o,5' gegenübersteht. In diesem Fall konnte man den Stockpunkt ganz überraschend siebenmal tiefer legen als bei vorbekannten Estern der gleichen Molekülgröße.
- Im Zusammenhang hiermit muß auf die Viskositäten von erfindungsgemäß hergestellten Estern hingewiesen werden. Der Terpanmethylolpropionsäureester besitzt beispielsweise nachfolgende Viskositäten: V3° = 1,43' Engler V-3° = 9,76' Engler V- 5° = 53,9' Engler Aus diesen Zahlen ergibt sich, daß Verbrennungskraftmaschinen mit Hilfe der neuen Ester noch bei Temperaturen von - 5o' einwandfrei in Betrieb gesetzt werden können.
- Die im Vergleich zu den tiefstockenden, erfindungsgemäß erhältlichen Estern in der weiter oben angegebenen Tabelle herangezogenen Monocarbonsäureester mit ungefähr gleicher Kohlenstoffzahl im Molekül können wegen des erheblich höheren Stockpunktes überhaupt nicht als Schmiermittel für Temperaturen von beispielsweise unterhalb von - 30' verwendet werden. Die tiefstockenden, erfindungsgemäß herstellbaren Monoester vermitteln der Schmiertechnik daher einen überraschenden technischen Fortschritt, da Monoester einerseits viel einfacher und vorteilhafter hergestellt werden können als die bisher verwendeten Dicarbonsäureester und Ester des Terpanmethylols bzw. der Terpancarbonsäure einen wesentlich tieferen Stockpunkt bei brauchbaren Viskositäten aufweisen. Beispiel 1 Es wurden 336 g (2 Mol) Terpanmethylol CiiII2.20, die aus Terpentinöl durch katalytische Wassergasanlagerung und Hydrierung gewonnen waren, mit 13o g Essigsäureanhydrid, 1 cm3 konzentrierter Salzsäure und 15o cm3 Benzol am Rückflußkühler unter Verwendung eines Wasserabscheiders 2 Stunden gekocht. Hierauf wurde das Rohprodukt dreimal mit dem gleichen Volumen Wasser gewaschen und das Benzol abdestilliert. Man erhielt einen rohen Ester finit nachstehenden Kennzahlen: Säurezahl .......... SZ = o Esterzahl........... EZ = 255 (berechnet 267) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte . . . . . . . . . . . . . D 20 = o,965 Brechungsindex .... zaD = 1,4632 Molekulargewi.cht ... = 204 (berechnet 2=o) Bei der Destillation erhielt man bei einem Siedepunkt Kp.lo = zig bis i32° einen wasserhellen Ester mit nachfolgenden Kennzahlen: Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = 0 ' Esterzahl........... EZ = 264 (berechnet 267) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte . . . . . . . . . . . . . D!° = o Brechungsindex .... 1900 = 1,4640 Molekulargewicht ... = 212 (berechnet 2io) Stockpunkt ........ Stp. = - 66° Flammpunkt ....... Flp. = 117° Viskositätspolhöhe .. VP = o,9 Beispiel -- Bei der in Beispiel i beschriebenen Arbeitsweise wurden an Stelle von 130 g Essigsäureanhydrid 336 g (2 Mol) Terpanmethylol mit 18o g käuflicher Propionsäure umgesetzt. Während der Veresterung wurde eine dem Säuregehalt des abgeschiedenen Wassers entsprechende Menge Propionsäure nachträglich zugegeben. Nach der Destillation erhielt man einen bei Kp.lo = 129 bis 141° siedenden wasserhellen Ester mit folgenden Kennzahlen: Säurezahl .......... SZ = o Esterzahl........... EZ -- 248 (berechnet 25o) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte............. D.Po = o,858 Brechungsindex .... 1900 = 1,4634 Molekulargewicht ... = 22o (berechnet 224) Stockpunkt ........ Stp. = - 68° Flammpunkt ....... Flp. = 124° Viskositätspolhöhe .. VP = 0,72 Beispiel 3 An Stelle der gemäß Beispiel i verwendeten 13o g Essigsäureanhydrid wurden 2io g käufliche Buttersäure für die Veresterung verwendet. Ein nachträglicher Zusatz von Buttersäure während der Vereiterung war nicht erforderlich. Man erhielt einen bei Kp.lo = 142 bis 154° siedenden wasserhellen Ester, der folgende Kennzahlen besaß: Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = o Eiterzahl........... EZ = 234(berechnet235) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte............. D.zo = 0,947 Brechungsindex .... n00 = 1,4631 Molekulargewicht ... = 241 (berechnet 238) Stockpunkt ........ Stp. = - 7o° Flammpunkt ....... Flp. = 129° Viskositätspolhöhe .. VP = o,95 Beispiel 4 Auf die aus den Beispielen i bis 3 ersichtliche Weise wurde unter Verwendung von käuflicher Valerian-bzw. Capronsäure der Valerianester bzw. Capronsäureester von Terpanmethylol hergestellt. Die rohen Ester wurden zwecks Entfernung der überschüssigen Säure vor der Wasserwäsche mit 2 o/oiger Natronlauge so lange gewaschen, bis die Säurezahl auf o abgesunken war. Bei KP., = 143° wurde ein Valeriansäureester erhalten, der folgende Kennzahlen besaß:
Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = 0 Esterzahl........... EZ = 220(berechnet222) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte............. D.PO = 01939 Brechungsindex .... 1900 = z,4612 Molekulargewicht ... = 253 (berechnet 252) Stockpunkt ........ Stp. = - 68° Flammpunkt ....... Flp. = i44° Viskositätspolhöhe .. VP = 1,05 Der entsprechende Capronsäureester besaß einen Siedepunkt Kp.o,e = 138 bis 140° und zeigte folgende Kennzahlen Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = o Esterzahl........... EZ = 202 Hydroxylzahl ....... GHZ = o Dichte............. D.zo = 0,934 Brechungsindex .... 1900 = 1,4631 Molekulargewicht ... = 263 (berechnet 266) Stockpunkt ........ Stp. = - 71° Flammpunkt ....... Flp. = 153° Viskositätspolhöhe .. VP = o,87 Beispiel 5 Gemäß Beispiel i wurden Zoo g Terpenmethylol mit 242 g einer C16 Fettsäure, die durch Alkali- schmelze eines verzweigten Alkohols mit 15 Kohlen- stoffatomen mit einem Stockpunkt von - 29° her- gestellt war, in Gegenwart von i5o cm2 konzentrierter Salzsäure am Rückflußkühler unter Verwendung eines Wasserabscheiders gekocht. Nach 2 Stunden wurde das Rohprodukt zwecks Entfernung der Salzsäure mit Wasser gewaschen und destilliert. Nach Ent- fernung des Toluols und des überschüssigen Terpan- methylols wurde als Hauptfraktion bei Kp.o,B = 2o8 bis 2io° ein viskoser Ester mit folgenden Kennzahlen erhalten Säurezahl .......... SZ = o Eiterzahl........... EZ = 136 (berechnet 143) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte . . . . . . . . . . . . . D.1° = o,gio Brechungsindex .... n00 = 1,4666 Molekulargewicht . .'. = 390 (berechnet 392) Stockpunkt ........ Stp. _ - 58° Flammpunkt ....... Flp. = 218° Viskosität . . . . . . . . . . Vso = 2,165 Viskositätspolhöhe . . VP = 1,30 Beispiel 6 Von einem verzweigten C" Alkohol mit den Kenn- zahlen Hydroxylzahl ....... OHZ = 23o Stockpunkt ........ Stp. = - 30° Dichte............. D.zo = 0,840 wurden 228 g mit 2o2 g Terpancarbonsäure, die durch Alkalischmelze aus Terpanmethylol hergestellt war und die nachfolgenden Kennzahlen besaß Säurezahl .......... SZ = 298 (berechnet 308) Dichte . . . . . . . . . . . . . D y0 = 1,0,5 Brechungsindex .... 1900 = 1,4778 Stockpunkt ........ Stp. = - 22° mit 200 cm3 Toluol und 3 g p-Toluolsulfonsäure am Rückflußkühler unter Wasserabscheidung 3 Stunden gekocht. Anschließend wurde das Rohprodukt zu- nächst mit 2 °/jger Natronlauge bis zum Verschwinden der Säurezahl und zwecks Auswaschung gelöster carbonsaurer Natriumsalze mit 50 °/igem Äthyl- alkohol gewaschen und darauf destilliert. Bei Kp.e = 2o8 bis 2z7° wurde der reine Ester erhalten, der folgende Kennzahlen aufwies: Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = o Esterzahl........... EZ = 129 (berechnet 143) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte............. D.PO = 0,907 Brechungsindex .... n1 = 1,467o Molekulargewicht ... = 398 (berechnet 392) Stockpunkt ........ Stp. = - 6o° Flammpunkt ....... Flp. = 195° Viskosität . . . . . . . . . . V6° = 2,24 Viskositätspolhöhe .. VP = i,go Bei diesem Ester lag der Flammpunkt um 23° tiefer und die Viskositätspolhöhe um o,6 höher als .bei dem entsprechenden, nach Beispiel 5 hergestellten Ester. Beispiel 7 Von einem synthetischen verzweigten C12-Alkohol mit den Kennzahlen Molgewicht . . . . . . . . = 186 Hydroxylzahl ....... OHZ = 300 Stockpunkt ........ Stp. = - 53° Siedepunkt Kp.lo ... = 131 bis 134° wurden 15o g mit 18o g Terpancarbonsäure gemäß Beispiel 6 verestert. Der entstandene Ester besaß die Kennzahlen: Dichte . . . . . . . . . . . . . D.Po = o,gi8 Brechungsindex -. . . . WO = 1,4653 Esterzahl........... EZ = 16? Hydroxylzahl ....... OHZ = o Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = o Molekulargewicht ... = 351 Stockpunkt ........ Stp. = - 5g° Flammpunkt ....... Flp. = 185° Viskosität . . . ... .. . . V3°. = 2,96 V50 = 1,87 Viskositätspolhöhe .. VP = 1,42 Viskositätsindex .... VI = + 125 Mit dem gleichen C12-Alkohol wurde die Alkali- schmelze durchgeführt und durch Ansäuern die ver- zweigte C12-Fettsäure hergestellt, die nachfolgende Kennzahlen besaß: Dichte . . . . . . . . . . . . . D2° = o Brechungsindex .... WO = 1,4387 Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = 278 (berechnet 279) Stockpunkt ........ Stp. = - 40° Von dieser Säure wurden 222 g (i,ii Mol) mit 1519 (0,9 Mol) Terpanmethylol unter Zugabe von Toluol wie in den Beispielen i bis 5 verestert. Nach einer abgeschiedenen Wassermenge von 16 cm3 (o,89 Mol) wurde die überschüssige Säure durch Waschen mit 5 °/jger wäßriger Natronlauge und 5o °/oigem Äthanol entfernt und der rohe Ester destilliert. Der - hierbei in reiner Vorm erhaltene Ester hatte folgende Kennzahlen: Dichte . . . . . . . . . . . D.20 = o,gio Brechungsindex .... WD = 1,4641 Esterzahl............ EZ = 162 (berechnet 16o) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Säurezahl . . . . . . . . . SZ = o,1 Molekulargewicht ... = 350,5 (berechn. 350) Stockpunkt ........ Stp. = - 64° Flammpunkt ....... Flp. = igg° Viskosität . . . . . ... V3° = 2,72 V5° = 1,775 Viskositätspolhöhe .. VP- = 1,35 Viskositätsindex .... VI . = +129 Beispiel 8 Gemäß Beispiel i wurden 252g Terpanmethylol mit 132 g käuflicher Isobuttersäure in Gegenwart von 200 cm3 Toluol und 3 g p-Toluolsulfonsäure durch Kochen am Rückfluß unter Verwendung eines Wasser- abscheiders verestert. Nach einer Kochdauer von 4 Stunden hatte sich die berechnete Menge von 27,5 cm3 Wasser im Wasserabscheider angesammelt. Die Veresterung wurde nunmehr unterbrochen und das erhaltene Reaktionsprodukt durch Waschen mit 1 °/-0iger Natronlauge neutralisiert und destilliert. Nach Entfernung des Toluols wurde als Haupt- fraktion bei 118° und o;5 Torr ein Ester mit folgenden Kennzahlen erhalten: Säurezahl . . . . . . . . . . SZ = o Esterzahl........... EZ = 232 (berechnet 236) Hydroxylzahl ....... OHZ = o Dichte............. D.EO = o,g43 Brechungsindex. . . . . no = i,4626 Molekulargewicht ... = 235 (berechnet 238) Stockpunkt ........ Stp. = - 73° Flammpunkt ....... Flp. = 143° Viskosität . . . . . . . . . . V3° = =,452° E = 5,69c St V5° = 1,249° E = 3,35 cSt V8° = i,io2° E = 1,84 cSt Viskositätspolhöhe . . VP = i,oo Beispiel 9 Es wurden 327 g Terpancarbonsäure, die durch Alkalischmelze aus Terpanmethylol hergestellt waren, mit 132 g käuflichem Isoamylalkohol unter Zugabe von Zoo cm3 Toluol und 3 9 p-Toluolsulfonsäure ver-
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem Stockpunkt, insbesondere mit Flammpunkten über 18o° und Viskositätszahlen von mehr als 12o, dadurch gekennzeichnet, daß Terpanmethylol oder Terpancarbonsäure der Strukturformeln die durch katalytische Wassergasanlagerung aus Terpentinöl und gegebenenfalls durch anschließende Oxydation hergestellt wurden, in an sich bekannter Weise mit geradkettigen oder verzweigten aliphatischen Carbonsäuren oder Alkoholen, die 2 bis 8 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, oder mit verzweigten aliphatischen Carbonsäuren oder Alkoholen, die mehr als 8 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten, verestert werden. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 423 545; französische Patentschrift Nr. 992 699; deutsche Patentschrift Nr. 252 x57; Richter und Anschuk, Chemie der Kohlenstoffverbindungen, 1949, 12. Auflage, Bd. z, erste Hälfte, S.102.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DER10525A DE956504C (de) | 1952-12-18 | 1952-12-19 | Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem Stockpunkt |
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DE782973X | 1952-12-18 | ||
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ID=25948274
Family Applications (1)
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DER10525A Expired DE956504C (de) | 1952-12-18 | 1952-12-19 | Verfahren zur Herstellung wertvoller Ester mit tiefem Stockpunkt |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE252157C (de) * | ||||
US2423545A (en) * | 1944-07-13 | 1947-07-08 | Norda Essential Oil & Chemical | Esterification of terpene alcohols |
FR992699A (fr) * | 1945-07-17 | 1951-10-22 | Usines Dior Sa Des | Procédé de préparation de glycols et de leurs éthers-sels |
-
1952
- 1952-12-19 DE DER10525A patent/DE956504C/de not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE252157C (de) * | ||||
US2423545A (en) * | 1944-07-13 | 1947-07-08 | Norda Essential Oil & Chemical | Esterification of terpene alcohols |
FR992699A (fr) * | 1945-07-17 | 1951-10-22 | Usines Dior Sa Des | Procédé de préparation de glycols et de leurs éthers-sels |
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