EP0618953B1 - Verwendung von partiell dehydratisierten ricinusölen als schmiermittel - Google Patents

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EP0618953B1 EP92923749A EP92923749A EP0618953B1 EP 0618953 B1 EP0618953 B1 EP 0618953B1 EP 92923749 A EP92923749 A EP 92923749A EP 92923749 A EP92923749 A EP 92923749A EP 0618953 B1 EP0618953 B1 EP 0618953B1
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Definitions

  • the present invention relates to the use of partially dehydrated castor oils as lubricants.
  • US-A-2,484,328 teaches the use of dehydrated castor oil with OH numbers in the range from 60 to 100 as a lubricant.
  • the lubricants are not only intended to reduce the wear, for example, of the metal parts, but also to enable the metal parts to be subjected to higher pressures without welding.
  • this latter property which is also referred to as an extreme pressure property, is hardly pronounced in technical castor oil.
  • the synthetic or natural esters are not only used as a base oil but also frequently as an additive in order to minimize wear (anti-wear) or welding (extreme pressure). In these cases, only small amounts of esters are added to known lubricants such as mineral oils. Although the synthetic or natural esters known from the prior art already have good lubricating properties which reduce wear, there is still a pronounced interest in new esters which minimize the welding better than the esters known from the prior art. In addition, the esters should be as natural as possible and be easily accessible and biodegradable. The esters should also have excellent cold behavior for their use as base oil.
  • the object of the present invention was to provide esters which meet this requirement.
  • the present invention relates to the use of partially dehydrated castor oils with hydroxyl numbers in the range from 110 to 130 mg KOH / g as a lubricant.
  • the partially dehydrated castor oils used according to the invention can be prepared by known processes by dehydrating castor oil with hydroxyl numbers in the range from 160 to 170 mg KOH / g in the presence of acidic catalysts such as sulfuric acid, phosphoric acid, acid anhydrides, acid-reacting metal oxides or acid-reacting hydrogen-containing salts such as sodium hydrogen sulfate at temperatures in the range of 200 to 300 ° C with removal of water.
  • acidic catalysts such as sulfuric acid, phosphoric acid, acid anhydrides, acid-reacting metal oxides or acid-reacting hydrogen-containing salts such as sodium hydrogen sulfate
  • the partially dehydrated castor oils according to British Patent GB 671 368 are preferably obtained from castor oil using phosphorous acid, preferably in the presence of 0.1 to 1 wt .-%, preferably from about 0.25 to 0.75 wt .-% phosphorous acid - based on castor oil - and at temperatures in the range of 230 to 260 ° C.
  • the desired hydroxyl number of 110 to 130 mg KOH / g of the partially dehydrated castor oils can be adjusted on the one hand via the amounts of phosphorous acid used and above all via the reaction time. In principle, the longer the reaction time, the lower the hydroxyl number obtained, the reaction time being able to be reduced by adding amounts of phosphorous acid in the above range.
  • the reaction with phosphorous acid in the abovementioned amounts leads to partially dehydrated castor oils with hydroxyl numbers of the desired range with reaction times of about 30 minutes to 10 hours.
  • the hydroxyl numbers are average hydroxyl numbers which were determined according to the DGF unit method CV 17a (1953) and whose unit is mg KOH / g.
  • Partially dehydrated castor oils with hydroxyl numbers of 110 to 130 mg KOH / g are used in the invention. Partially dehydrated castor oils with hydroxyl numbers below 90 also have a lubricating effect, but are significantly worse; wear with these highly dehydrated castor oils is even worse than with natural castor oils.
  • the partially dehydrated castor oils can be used both as a base oil and as an additive.
  • the term “lubricant” in the sense of the invention encompasses both base oils and additives with lubricating properties.
  • the partially dehydrated castor oils used according to the invention can be used with base oils known from the prior art, such as mineral oils, synthetic ester oils from dicarboxylic acids and alkanols or di- and monocarboxylic acids and alkanols, and also with natural esters such as triglycerides be used.
  • base oils known from the prior art such as mineral oils, synthetic ester oils from dicarboxylic acids and alkanols or di- and monocarboxylic acids and alkanols, and also with natural esters such as triglycerides be used.
  • the proportion of the partially dehydrated castor oils used according to the invention depends on the intended effect.
  • the partially dehydrated castor oils are preferably used as the base oil in amounts of 50 to 100% by weight, based on the additive lubricant.
  • the amounts of partially dehydrated castor oils used are approximately in the range from 0.1 to 20% by weight, preferably 5 to 10% by weight, based on the additive-containing lubricant.
  • the partially dehydrated castor oils can be used alone or in combination with known lubricants in motor oil, gear oil, hydraulic and / or cooling lubricants.
  • the partially dehydrated castor oils are particularly preferably used alone as base oil in engine oil fluids, preferably in racing engine oil fluids.
  • the partially dehydrated castor oils with the specified hydroxyl ranges used according to the invention show extremely good lubricating properties and, above all, excellent wear characteristics (extremely pressure properties).
  • the partially dehydrated castor oils show excellent viscosity / temperature behavior, which is also reflected in the pour points of around -20 to -40 ° C determined according to DIN ISO 3016.
  • the partially dehydrated castor oils have a good adhesive effect with a sufficiently high viscosity.
  • additives such as oxidation and corrosion inhibitors, dispersants, high-pressure additives, anti-foaming agents and metal deactivators can also be used in the usual effective amounts to improve the lubricating character.
  • reaction products 3 and 4 are according to the invention.
  • Table I Reaction product OHZ VZ JZ SZ Response time (hour) 1 147 184 90 2.6 2nd 133 184 95 2.7 3rd 120 185 96 2.3 4th 107 186 102 2.0 5 95 187 106 1.6

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen im Bereich von 90 bis 150 mg KOH/g als Schmiermittel.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von partiell dehydratisierten Ricinusölen als Schmiermittel.
  • Es ist seit langem bekannt, synthetische Esteröle sowohl als Grundöl als auch als Additiv in Schmiermitteln zu verwenden. Im Vergleich zu den billigeren, aber umweltbedenklicheren Mineralölen werden die synthetischen Esteröle meist dann als Grundöl verwendet, wenn ein besseres Viskositäts-Temperaturverhalten und ein niedriger pour-point verlangt wird. So spielten beispielsweise in der zivilen und militärischen Luftfahrt Flugturbinenöle auf Basis der synthetischen Esteröle aus Adipin-, Azelain- und/oder Sebacinsäure mit Alkanolen lange Zeit eine bedeutende Rolle (siehe Ullmann Enzyclopädie der technischen Chemie, Band 20, Seite 457-671, 1984). Aber nicht nur synthetische Esteröle sondern auch natürliche Ester wie technisches Ricinusöl mit Hydroxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g wurden aufgrund der extrem guten Schmierungseigenschaften bereits als Grundöl für Hochleistungsmotoren wie Rennmotoren verwendet.
  • Die US-A-2,484,328 lehrt die Verwendung von dehydratisiertem Ricinusöl mit OH-Zahlen im Bereich von 60 bis 100 als Schmiermittel. Mit zunehmender Steigerung der Motorenleistung werden jedoch auch stets wachsende Anforderungen an die Schmiermittel gestellt, und insbesondere an die Grundöle der Schmiermittel. So sollen die Schmiermittel nicht nur das Verschleißen beispielsweise der Metallteile reduzieren, sondern auch ermöglichen, daß die Metallteile höheren Drücken ausgesetzt werden können, ohne daß es zu Verschweißungen kommt. Diese letztere Eigenschaft, die auch als extrem pressure Eigenschaft bezeichnet wird, ist bei technischem Ricinusöl jedoch kaum ausgeprägt.
  • Die synthetischen oder auch die natürlichen Ester werden aus Kostengründen aber nicht nur als Grundöl sondern auch häufig als Additiv eingesetzt, um das Verschleißen (Anti-wear) oder die Verschweißung (extrem pressure) zu minimieren. In diesen Fällen werden nur geringe Mengen Ester zu bekannten Schmiermitteln, wie Mineralölen zugesetzt. Obgleich die aus dem Stand der Technik bekannten synthetischen oder natürlichen Ester bereits gute Schmierungseigenschaften haben, die das Verschleißen reduzieren, besteht gleichwohl weiterhin ein ausgesprochenes Interesse an neuen Estern, die besser als die aus dem Stand der Technik bekannten Ester das Verschweißen minimieren. Außerdem sollen die Ester möglichst natürlichen Ursprungs sowie leicht zugänglich und biologisch abbaubar sein. Auch sollen die Ester für Ihre Anwendung als Grundöl ein ausgezeichnetes Kälteverhalten haben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Ester bereit zu stellen, die diese Anforderung erfüllen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen im Bereich von 110 bis 130 mg KOH/g als Schmiermittel.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle können nach bekannten Verfahren durch Dehydratisierung von Ricinusöl mit Hydroxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g in Gegenwart von sauren Katalysatoren wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, Säureanhydride, sauer reagierende Metalloxide oder sauer reagierende hydrogenhaltige Salze wie Natriumhydrogensulfat bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 300 °C unter Entfernung von Wasser hergestellt werden. Übersichten zur Dehydratisierung von Ricinusöl sind in "Farbe und Lack" 57, 149 (1951) und "Fette und Seifen", Heft 9, 425 (1943) zu entnehmen. Bevorzugt im Rahmen der Erfindung werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle gemäß der britischen Patentschrift GB 671 368 aus Ricinusöl mittels phosphoriger Säure gewonnen, vorzugsweise in Anwesenheit von 0,1 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von etwa 0,25 bis 0,75 Gew.-% phosphoriger Säure - bezogen auf Ricinusöl - und bei Temperaturen im Bereich von 230 bis 260 °C. Die gewünschte Hydroxylzahl von 110 bis 130 mg KOH/g der partiell dehydratisierten Ricinusöle kann zum einen über die Mengen eingesetzter phosphoriger Säure und vor allem über die Reaktionszeit eingestellt werden. Prinzipiell gilt dabei, je länger die Reaktionszeit ist, desto niedriger ist die erhaltene Hydroxylzahl, wobei die Reaktionszeit durch Zugabemengen an phosphoriger Säure des oben angegebenen Mengenbereichs reduziert werden kann. Im allgemeinen führt die Umsetzung mit phosphoriger Säure in den obengenannten Mengen bei Reaktionszeiten von etwa 30 Minuten bis 10 Stunden zu partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen des gewünschten Bereichs. Dabei ist stets zu berücksichtigen, daß es sich bei den Hydroxylzahlen um durchschnittliche Hydroxylzahlen handelt, die bestimmt wurden nach der DGF-Einheitsmethode C-V 17a (1953) und deren Einheit mg KOH/g ist.
  • Im Rahmen der Erfindung werden partiell dehydratisierte Ricinusöle mit Hydroxylzahlen von 110 bis 130 mg KOH/g verwendet. Partiell dehydratisierte Ricinusöle mit Hydroxyzahlen unter 90 zeigen zwar auch Schmierwirkung, aber deutlich schlechtere; so ist das Verschleißen bei diesen stark dehydratisierten Ricinusölen noch schlechter als bei natürlichen Ricinusölen.
  • Im Sinne der Erfindung können die partiell dehydratisierten Ricinusöle sowohl als Grundöl als auch als Additiv verwendet werden. Demnach umfaßt der Begriff der "Schmiermittel" im Sinne der Erfindung sowohl Grundöle als auch Additive mit Schmierungseigenschaften. Bei beiden Anwendungsfeldern können die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle mit aus dem Stand bekannten Grundölen wie Mineralölen, synthetischen Esterölen aus Dicarbonsäuren und Alkanolen oder Di- und Monocarbonsäuren und Alkanolen als auch mit natürlichen Estern wie Triglyceride verwendet werden. Der Anteil der erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusölen richtet sich nach der beabsichtigten Wirkung. Als Grundöl werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle vorzugsweise in Mengen von 50 bis 100 Gew.-% - bezogen auf additiviertes Schmiermittel - verwendet. Bei seiner Anwendung als Additiv liegen die Einsatzmengen an den partiell dehydratisierten Ricinusölen etwa im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-% - bezogen auf additiviertes Schmiermittel.
  • Aufgrund der guten tribologischen Eigenschaften können die partiell dehydratisierten Ricinusöle alleine oder in Kombination mit bekannten Schmiermitteln in Motorenöl-, Getriebeöl-, Hydraulik- und/oder Kühlschmierflüssigkeiten verwendet werden. Besonders bevorzugt werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle alleine als Grundöl in Motorenölflüssigkeiten, vorzugsweise in Rennmotorenölflüssigkeiten verwendet.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten partiell dehydratisierten Ricinusöle mit den angegebenen Hydroxylbereichen zeigen extrem gute Schmierungseigenschaften und vor allen Dingen hervorragende Verschleißkennwerte (extrem pressure-Eigenschaften). Außerdem zeigen die partiell dehydratisierten Ricinusöle ein ausgezeichnetes Viskositäts-/Temperatur-Verhalten, das sich auch in den nach DIN ISO 3016 bestimmten pour-points von etwa -20 bis -40 °C widerspiegelt. Weiterhin zeigen die partiell dehydratisierten Ricinusöle eine gute Haftwirkung bei ausreichend hoher Viskosität.
  • Werden die partiell dehydratisierten Ricinusöle als Grundöl verwendet, ist es selbstverständlich, daß zur Verbesserung des Schmiercharakters auch Zusatzstoffe wie Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Dispergiermittel, Hochdruckzusätze, Antischaummittel, Metalldesaktivatoren in den üblichen wirksamen Mengen eingesetzt werden können.
    • Beispiele A) Herstellung von partiell dehydratisierten Ricinusölen Beispiel 1
  • 3 kg handelsübliches Ricinusöl (OHZ ca. 160; VZ ca. 180; JZ ca. 85; SZ ca. 2) wurde in einen Reaktor gefüllt, mit 7,5 g phosphoriger Säure versetzt und unter Vakuum (15 Torr) auf 240 °C erwärmt. In Abhängigkeit der Reaktionszeit wurden partiell dehydratisierte Ricinusöle mit folgenden Kennzahlen erhalten; wobei OHZ die Hydroxylzahl in mg KOH/g, VZ die Verseifungszahl gemäß DIN 53401, JZ die Jodzahl bestimmt nach DGF CV, 11b und SZ die Säurezahl gemäß DIN 53402 bedeutet.
  • Die Reaktionsprodukte 3 und 4 sind erfindungsgemäß. Tabelle I
    Reaktionsprodukt: OHZ VZ JZ SZ
    Reaktionszeit (Stunde)        
    1 147 184 90 2,6
    2 133 184 95 2,7
    3 120 185 96 2,3
    4 107 186 102 2,0
    5 95 187 106 1,6
    • Beispiel 2
  • 3 kg handelsübliches Ricinusöl wurde analog Beispiel 1 mit 15 g phosphoriger Säure bei 240 °C umgesetzt. In Abhängigkeit der Reaktionszeit konnten folgende partiell dehydratisierte Ricinusöle mit den Kennzahlen gemäß Tabelle II erhalten werden.
    Ein erfindungsgemäßes Produkt erhält man nach 1,5 Stunden. Tabelle II
    Reaktionsprodukt: OHZ VZ JZ SZ
    Reaktionszeit (Stunde)        
    1 132 186 89 2,3
    1,5 120 187 93 2,2
    2 109 188 97 1,9
    2,5 101 189 99 2,0
    3 92 190 102 1,9
    3,5 (Vergl.) 79 190 114 2,0
    • Anwendungstechnische Eigenschaften
  • Mit einer 4-Kugelapparatur nach DIN 51350 wurden die anti-wear-Eigenschaften getestet von
    • I) handelsüblichem Ricinusöl (OH-Zahl ca. 160; Verseifungszahl VZ ca. 180; Jodzahl JZ ca. 85; Säurezahl ca. 2).
    • II) Partiell dehydratisiertes Ricinusöl gemäß Beispiel 1 mit einer Reaktionszeit von 3 Stunden, das heißt mit einer Hydroxyl OHZ von 120, VZ = 185, JZ = 96, SZ = 2,3.
    • III) Partiall dehydratisiertes Ricinusöl gemäß Beispiel 2 mit einer Reaktionszeit von 3,5 Stunden, das heißt mit einer OHZ von 79, VZ = 190, JZ = 114, SZ = 2,0
  • In Tabelle 1 sind die anti-wear-Eigenschaften bei 600 und 450 N als auch die extrem-pressure-Eigenschaften zusammengestellt. Es zeigt sich, daß partiell dehydratisiertes Ricinusöl mit einer Hydroxylzahl von 120 eine sehr viel bessere Schmierwirkung als technisches Ricinusöl als auch als partiell dehydratisiertes Ricinusöl mit einer OH-Zahl von 79 aufweist. Zudem sind die Verschweißungen, das heißt die extrem-pressure-Eigenschaften von partiell dehydratisiertem Ricinusöl mit einer Hydroxylzahl von 120 mit 1900 N sehr viel höher als bei dem verglichenem technischem Ricinusöl. Tabelle 1
    anti-wear / extrem-pressure Eigenschaft nach DIN 51350
    Verbindung Anti-wear als Abtrieb in mm Extrem pressure bei
    bei 450 N bei 600 N
    I 0,5 0,8 1100
    II kein 0,5 1900
    III 0,6 n.b. n.b.
    n.b. = nicht bestimmt

Claims (4)

  1. Verwendung von partiell dehydratisierten Ricinusölen mit Hydroxylzahlen im Bereich von 110 bis 130 mg KOH/g als Schmiermittel.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die partiell dehydratisierten Ricinusöle in Kombination mit bekannten Schmiermitteln in Motorenöl-, Getriebeöl-, Hydraulik- und/oder Kühlschmierflüssigkeiten einsetzt.
  3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die partiell dehydratisierten Ricinusöle alleine als Grundöl in Motorenölflüssigkeiten, vorzugsweise in Rennmotorenölflüssigkeiten verwendet werden.
  4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die partiell dehydratisierten Ricinusöle hergestellt worden sind durch Umsetzung von Ricinusöl mit Hydroxylzahlen im Bereich von 160 bis 170 mg KOH/g mit sauren Katalysatoren bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 300 °C unter Entfernung von Wasser.
EP92923749A 1991-11-27 1992-11-19 Verwendung von partiell dehydratisierten ricinusölen als schmiermittel Expired - Lifetime EP0618953B1 (de)

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