NL8201866A - Smeeroliesamenstelling. - Google Patents

Description

** » i J; " _ YO 3298

Saeeroliesamenstelling.

De uitvinding heeft betrekking op smeeroliesamenstel-lingen die een aanmerkelijke verbetering van de brandstof economie geven.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op smeeroliesamen-stellingen die ondergeschikte hoeveelheden van een glycerolvetzuurace-5 taattoevoegsel ter besparing van brandstof bevatten. De industrie streeft er momenteel naar te voorzien in smeeroliesamenstellingen, die een verlaging van het brandstofverbruik voor benzine- en dieselmotorvoertuigen geven. Om aan. dit doel te voldoen is een nieuwe categorie toevoegsels ontwikkeld die gewoonlijk wordt aangeduid als brandstofbesparingstoevoegsels, 10 welke in hoofdzaak tot taak hebben het aantal kilometers dat per eenheid brandstofvolume wordt bereikt, te verhogen. Aangezien de huidige srneer-oliesamenstellingen reeds ingewikkelde mengsels zijn, dienen dergelijke toevoegsels met de andere componenten van deze samenstellingen verenigbaar te zijn en mogen zij geen nadelige invloed hebben op de vele andere 15 functies van gebruikelijke smeerolietoevoegsels, zoals dispergeerba.ar-heid, viscositeitsstabiliteit, corrosie- en oxydatieremming en dergelijke.

Voorbeelden van recente octrooien die ontwikkelingen in dit gebied weerspiegelen zijn de Amerikaanse octrooischriften ^.201.68L en il.208.293. Deze octrooischriften beschrijven de toepassing van vetzuur-2Ö amiden en gezwavelde amiden als toevoegsels die brandstofbesparingen geven, zoals wordt gedemonstreerd door gegevens betreffende de wrijvings-vermindering. De onderhavige uitvinding heeft betrekking op de toepassing als dergelijke brandstofbesparende toevoegsels van glycerolvetzuur-esters, in het bijzonder glycerolesters van C^-C^Q-vetzuren. In de stand 25 van de techniek wordt de toepassing van dergelijke materialen en smeerolie samenstellingen beschreven, hetgeen hierna wordt besproken.

De Duitse octrooiaanvrage P-29 ^9 910 en P-29 h9 9^0 van Chevron Research Co. die op 3 juli 1980 zijn gepubliceerd beschrijven de toepassing van glycerolvetzuuresters als brandstof-besparende toe-30 voegsels. Deze publicaties komen overeen met de Amerikaanse octrooiaanvragen nrs. 970.698 en 970.699, die beide door Liston op 18 december 1978 zijn ingediend. Deze referenties vermelden dat de toevoeging van 0,25 -2 gew.$, bij voorkeur 0,k0 - 1,25 gew.$, van een vetzuurester, een brand-stofbesparing van 2-3% voor zowel benzine als dieselmotoren zal opleve- 8201866 ! I--'----- Λ 2 ren. Glycerololiezuuresters hebben de voorkeur. De Duitse octrooiaanvrage P-29 ^9 9k0 illustreert de voorkeursuitvoeringsvorm, nl. de toepassing van de giycerolester bij hetzelfde behandelingsniveau in combinatie met zinkdihydrocarbyldithiofosfaattoevoegsels. In tegenstelling tot de 5 voorschriften van deze referenties is de onderhavige uitvinding, die is ontstaan door het beproeven van motoren met volledigvsamengestelde meng-.sels, gebaseerd op de ontdekking dat zeer lage niveaus van gLycerolesters, d.w.z. tot ten hoogste ongeveer 0,2 gew.$, een optimale prestatie ople- veren uitgedrukt in een actuele evaluering van brandstofbesparingsgege-10 vens. Er is geen voordeel verkrijgbaar door toepassing van relatief hogere hoeveelheden en in sommige gevallen kan een aanzienlijke verlaging wat . betreft -de stabiliteit van het mengsel of een nadelige prestatie optreden .

Een andere referentie die de toepassing van polycar-15 bonzuuresters in smeeroliesamenstellingen beschrijft is het Amerikaanse octrooischrift 3.933.659» waarin een functionele multi-component-vloei-stof wordt beschreven, waarvan een component een polyesterwrijvingsmodifi-catiemiddel of een vetzuuramidewrijvingsmodificatiemiddel kan zijn. De hoofdtoepassing, die aldaar wordt beschreven, is bestemd voor automati-20 sche transmissievloeistoffen. Het Amerikaanse octrooischrift 3.273.891 beschrijft anti-slijtagetoevoegsels, omvattende een mengsel van dimere zuren en een deelester van een veelwaardige alcohol, waarbij wordt opgemerkt, dat het toevoegsel de smering verbetert en tevens als anti-slijtagemiddel dienst doet. Het Amerikaanse octrooischrift 3.112.271 25 beschrijft glyeerolmonooleaat als een extreme druktoevoegsel, zoals eveneens vermeld in de Amerikaanse octrooischriften 3-112.269 en 3-0U1.28U.

Het Amerikaanse octrooischrift 2.U93.WJ3 beschrijft smeermiddelen voor scheepsmotoren, die een deelester van glycerol of andere polyolvetzuur-esters bevatten, in hoeveelheden van ongeveer 0,05 - 1J»· 30 Andere referenties, die polyolesters van vetzuren be schrijven, worden voorgesteld door het Amerikaanse octrooischrift 3.788.326, dat deze verbindingen als bruikbaar voor extreme druksmeer-middelen beschrijft en het Amerikaanse octrooischrift 2.527-889 dat dezelfde polyolesters beschrijft, zoals glyeerolmonooleaat en aangeeft dat 35 deze bruikbaar zijn als anti-corrosiemiddelen in turbineölie, in diesel-brandstoffen.

8201866

V

3

De onderhavige uitvinding is gebaseerd op de ontdekking dat er een bepaald gebied van toevoegselconcentratie is in samenhang met de toepassing van polyesters in cartersmeeroliesamenstellingen, die een. mate van brandstofbesparing per eenheidsgewicht toevoegsels ver-' 5 leent, hetgeen tot dusver nog niet was onderkend, wanneer glycerolesters worden toegepast in een volledig samengestelde smeerolie en worden geëvalueerd volgens lopende motorproeven. Van gelijke betekenis is het feit; dat andere gewenste effecten en eigenschappen van smeeroliën, zoals verenigbaarheid, detergentievermogen en dispergeerbaarheid niet ach-10 teruit gaan.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt voorzien in een brandstofbesparingsbevorderende smeeroliesamenstelling, die een olie van smeerolieviscositeit en als brandstof-besparend toevoegsel 0,05 -0,2 gev.% van een glyceroldeelester van een - C^g-vetzuur, waardoor 15 een brandstofbesparingsverbetering wordt bereikt van ongeveer 1 - 3% vergeleken met dezelfde smeeroliesamenstelling zonder het brandstofbesparen-de toevoegsel.

De smeeroliesamenstellingen volgens de uitvinding omvatten directe kwaliteit en multi-kwaliteit smeeroliesamenstellingen voor 20 zowel benzine als diesel (drukontsteking)-motoren. Aldus zullen in de praktijk van de onderhavige uitvinding de smeeroliesamenstellingen die toevoegselsystemen bevatten, zijn samengesteld om te voldoen aan de viscositeit seisen of andere voorwaarden, nodig ter kwalificatie als een benzinemotor of dieselsmeerolie. Een directe kwaliteit smeeroliesamenstel-25 ling zal normaal de gebruikelijke hoeveelheden van een asloos dispergeer-middel, een normaal of basisch metaaldetergent, een anti-slijtagetoevoeg-sel en een anti-oxydant omvatten, terwijl een muitikwaliteit olie naast het voomoemde een viscositeitsindexverbeteraar of viscositeitsmodifica-tiemiddel zal bevatten. Naast deze hoofdtoevoegsels kunnen zeer kleine 30 hoeveelheden van andere toevoegsels voor speciale doeleinden, zoals giet-puntverlagers, roestremmers, anti-schuimmi ddelen, en dergelijke zoals gebruikelijk in de oliesamenstellingen worden gemengd.

Het brandstofbesparende toevoegsel van de onderhavige uitvinding is bij voorkeur een glycerolmono- of -di-ester van een verza-35 digd of onverzadigd - C^g-vetzuur, zoals oliezuur of linolzuur. Een optimaal rendement wordt aangetroffen bij ongeveer 0,2 gev.% niveau en de 8201866 \ \ _ k toepassing van een hoeveelheid hoven dit niveau kan zelfs schadelijk zijn voor de totale prestatie van dè smeeroliesamenstelling.

Carteroliesamenstellingen , waarop de onderhavige uitvinding betrekking heeft, zijn die welke een overwegende hoeveelheid 5 van een smeerolie en effectieve hoeveelheden van gebruikelijke toevoegsels naast het voornoemde brandstofbesparende toevoegsel bevatten. De percentages van de toevoegsels als hierin beschreven, zijn gebaseerd op gewicht, berekend op het totale gewicht van de smeeroliesamenstelling, tenzij anders aangegeven. Deze gebruikelijke toevoegsels omvatten een 10 asloos dispergeermiddel, dat karakteristiek een stikstofhoudend disper-geermiddel-toevoegsel is, bestaande uit olieoplosbare zouten, amiden, imiden en esters gemaakt uit hoogmoleculaire mono- en dicarbonzuren en verschillende aminen met een amino- of heterocyclische stikstofgroep met ten minste een amido- of hydroxygroep, welke in staat is tot zout-, 15 amide- of estervorming. De voorkeur hebben de reactieprodukten van poly-alkeen (C^ - C^-alkeen), zoals polyisobutenylbarnsteenzuuranhydride met een alkyleenpolyamine, zoals tetraethyleenpentamine. Het polyisobutenyl-deel bezit tussen 50 en 250 koolstofatomen. De alkyleenpolyaminen zijn die, voorgesteld door de formule 20 waarin n 2 of 3 en m een getal van 0 - 10 is.

Mengsels van alkyleenpolyaminen, die gelijken op tetraethyleenpentamine zijn commercieel bruikbare of toegepaste.materialen. Dispergeermiddelen worden algemeen in hoeveelheden van ongeveer 0,1 - 10 gew.#, bij voorkeur in het gebied van ongeveer 0,5-5 gew.#, gebaseerd op het gewicht van de smeeroliesamenstelling, toegepast.

Detergenten die in de samenstellingen bruikbaar zijn omvatten de normale, basische of overbasische metaal-, d.w.z. calcium-, magnesium-, enz. zouten van petroleumnaffceenzuren, petroleumsulfonzuren, ’ 30 alkylbenzeensulfonzuren, alkylfenolen, alkyleen-bis-fenolen, olie-oplos-bare vetzuren, en dergelijke. De voorkeursmaterialen zijn de normale of overbasische calcium- of magnesiumfenaten, gezwavelde fenaten en/of sul-fonaten, waarbij deze metaalhoudende -detergenttoevoegsels karakteristiek worden toegepast in een hoeveelheid van ongeveer 1-3 gew.#, gebaseerd 35 op het totale gewicht van de smeeroliesamenstellingen.

Voorbeelden van geschikte oxydatieremmers zijn gehin- 8201866 \ \ ! , ; \_ 5 derde fenolen, zoals 2,6-di-tertiair butylparacresol, aminen, gezwavelde fenol en alkylfenothiazinen; gewoonlijk zal een smeerolie ongeveer 0,01 -3 gev.# van een oxydatieremmer "bevatten, afhankelijk van de effectiviteit daarvan.

5 Geschikte gietpuntverlagers, die gewoonlijk aanwezig zijn in hoeveelheden van ongeveer 0,01 - 1 gev.%9 omvatten was gealky-leerde aromatische koolwaterstoffen, alkeenpolymeren en copolymeren, acrylaat- en methacrylaatpolymeren en copolymeren.

inti-slijtagetoevoegsels zijn in het algemeen de olie-10 oplosbare zinkdihydrocarbyldithiof osfaten met ten minste in totaal 5 · koolstofatamen, waarvan de alkylgroep bij voorkeur 2-8 koolstofatomen bevat. Deze zijn meestal in hoeveelheden van ongeveer 0,01 — 5 gew.jS, bij voorkeur 0,5 - 1,5 gev.£, in de smeerolie aanwezig.

Geschikte gebruikelijke viscositeitsindexverbeteraars 15 of viscositeitsmödificatiemiddelen zijn de alkeenpolymeren, zoals poly-buteen, etheen-propeen-copolymeren, gehydrogeneerde polymeren en copolymeren en terpolymeren van styreen met isopreen en/of' butadieen, polymeren van alkylacrylaten of alkylmethacrylat en, copolymeren van alkyl-methacrylaten met N-vinylpyrrolidon of dimethylaminoalkylmethacrylaat, 20 polymeren van etheen-propeen geënt met een actief monomeer, zoals malexne-zuuranhydride, dat verder kan worden omgezet met een alcohol of een alky-leenpolyamine, styreen-malexnezuuranhydridepolymeren, die verder zijn omgezet met alcoholen en aminen, en dergelijke. Déze toevoegsels worden toegepast in hoeveelheden van ongeveer 1,5 - 15 gew,$, afhankelijk van ' 25 de nauwkeurig gewenste viscositeitsspecificaties.

Geschikte koolwaterstofbasismaterialen zijn minerale oliën met smeermiddelviscositeit, zoals gemeten volgens ASTM D-^55, van ongeveer 2 - U0, bij voorkeur 5-20 centistokes bij 99°C.

Deze gebruikelijke toevoegsels worden toegepast in 30 hoeveelheden die normaal noodzakelijk zijn om hun functies in een samengestelde cartersmeeroliesamenstelling te leveren. Zeer kleine hoeveelheden van extra toevoegsels voor speciale doeleinden, zoals anti-schuim-middelen of roestremmers, kunnen tevens aanwezig zijn in een volledig samengestelde smeeroliesamenstelling.

35 De uitvinding wordt verder geïllustreerd door de vol gende voorbeelden, die niet als beperkend zijn bedoeld.

8201866 - \ \ l \ 6

Voorbeeld I '

De in dit voorbeeld toegepaste referentie-olie was een samengestelde rechte kwaliteit 20W30-carter minerale smeerolie (overeenkomend met ASTM "HR"-olie), waaraan 0,2 gew.% van een glycerolmono-5 oleaat. (GMO) brandstofbesparend toevoegsel of 0,2 gew.% van een brandstof-besparend.toevoegsel bestaande uit een mengsel (GM0/GD0) van glycerol-mono-oleaat. en glyceroldioleaat in een gewichtsverhouding 3 dln GMO op 2 din GDO in genoemd mengsel was toegevoegd. De referentieolie bevatte 2,10 gev.% dispersiemiddel, 1,10 gew.% antioxydant, 1,00 gew.% basisch 10 metaaldetergent, 1,95 gew.% anti-slijtagetoevoegsel, 0,21 gew.% giet-puntverlager en 0,001 gew.% anti-schuimmiddel. Dit type referentie-olie, dat algemeen in de industrie wordt aanvaard ter vaststelling van brand-stofbesparingsgegevens, levert een reproduceerbare basis, waartegen de brandstof-besparende voordelen kunnen worden afgemeten en wordt geacht 15 proefresultaten te leveren, die nauwkeurig het effect van een bepaald brandstofbesparend toevoegsel weerspiegelen.

De brandstofbesparing werd geëvalueerd met de labora-torium-motorbrandstof-economie (LEFET) hier als volgt samengevat:

De brandstofbesparingsproef die werd toegepast is een 20 procedure met een ontstekingsmotor. De motor is een 5*0 1, V-8 Chevrolet-motor gekoppeld met een watergekoelde elektrische dynamometer. Men laat de motor lopen met een droge oliepan onder toepassing van uitwendige oliepompen. Eén pomp levert olie aan de olieleidingen uit een uitwendig oliereservoir en een tweede pomp pompt, de pan droog en voert de olie te-25 rug naar het uitwendige oliereservoir. De omstandigheden waaronder de motor loopt zijn als volgt:

Toestand Snelheid Belasting Temperatuur (°C) _ (turn) (in kg) koelmiddel olie 1 (vrijloop)a 800 180 80 98 30 2 (1+8 km/uur)b 1200 203 80 98 3(½ km/uur )a 1200 U05 80 98 k (88 km/uur)^ 2200 1*05 80 98 a - motorbelasting hoger dan wegbelasting b - motorbelasting equivalent aan wegbelasting.

35 De resultaten worden uitgedrukt als het percentage 8201866 7 verbetering ten opzichte van άβ referentieolie. De resultaten bij het 0,2 gew.% behandelingsniveau voor zowel GMO als hetr GMO/GDÖ-mengsel worden aangegeven in tabel A.

TABEL· A - LEFEl·1 resultaten

Brandstofbesnaring, $

.5 Motortoestand GMO GMO/GDO

1 b,0 2,6 2 2,5 3,0 3 1,5 1,8 h 0,9 0,6 10 gewicht sgemiddelde 1,9 1,8

Voorbeeld II

a) Vergelijkbare evaluëringen onder toepassing van stijgende hoeveelheden van het GMO/GDO-mengsel, d.w.z. bij het 0,3 gew.$ en 0,5 gew.^'s niveau, toonden geen toename in de brandstofbesparings- 15 voordelen bij de behandeling bij deze niveaus en in sommige gevallen werd een nadelig effect op de brandstofbesparing of op andere smeerolie-prestatiekriteria 'ondervonden, zoals een neiging tot verhoogde zuiger-afzettingsvorming of slechte resultaten bij lagercorrosieproeven.

b) De wrijvingscoëfficiënt (CF) werd beproefd onder 20 toepassing van een Roxana-vierkogelslijtagemeter volgens de procedure beschreven in ASHM D-226-6T "bij 110°C, 2,5 toeren/min bij zowel 15 kg als 3 kg en werd uitgevoerd met een samengestelde minerale olie (basisolie) die gebruikelijke hoeveelheden van dispergèermiddel (2,12$), basisch me-taalsulfonaat (1,02$), anti-oxydant (0,72$), anti-slijtagetoevoegsel 25 (1,98$) en viscositeitsindexverbeteraar (slechts aanwezig in een hoe veelheid van 8,7 gew.$ in proefoliën 5 en 6 om de verenigbaarheid te evaluëren) waaraan verschillende hoeveelheden van het GDO/GMÖ-mengsel waren toegevoegd. De resultaten in tabel B geven in essentie geen extra wrijvingsverminderende voordelen bij niveaus boven 0,2 gew.$ en bij 0,9 30 gew. $ werd in de proef troebeling waargenomen, dat een bewijs is van potentiële instabiliteit en onverenigbaarheid.

8201866 8 TABEL B - CF Resultaten

Proefolie CF (15 kg) CF (3 kg) Verenigbaarheid , 1. Basisolie 0,23 0,19 helder 2. Basisolie + 0,18 0,1¾ helder

0,1* GDO/GMO

5 3- Basisolie + 0,11 0,11 helder

0,2* GDO/GMO

' U. Basisolie + 0,11 0,11 helder

0,3* GDO/GMO

5. K Basisolie + 0,11 0,11 helder

10 0,k% GDO/GMO

6. Basisolie + 0,10 0,10 troebel

0,9* GDO/GMO

*8,7 géw.* van een V.I. verbeteraar was alleen aanwezig in samenstellingen 5 en 6, aangezien bij deze concentratie de verenigbaarheid be-15 langrijk was.

Voorbeeld III

(a) De laboratoriumbrandstofbesparingsproef van voorbeeld I werd herhaald onder toepassing van een 10WU0-multi-kwaliteit minerale olie, die 0,09 gew.* van het GMO/GDO-mengsel als het brandstof-20 besparende toevoegsel bevatte. De olie bevatte ongeveer 1¾ gew.* van een multifunctioneel dispergeermiddelviscositeitsindexverbeteraar, 0,5* dispergeermiddel, 1,85* van een masisch metaaldetergent, 0,75 gew.* van een anti-slijtagetoevoegsel en 0,75 gew.* anti-oxydant.

Tabel C toont de brandstofbesparingsvoordelen ten op-25 zichte van de als referentie in voorbeeld I toegepaste olie.

TABEL C - Milti-kwaliteit olie-LEFET .

resultaten

Motortoestand Brandstofbesparingsvoordeel, * 1 5,9 30 2 0,5 3 0,9 ^ 1,1

Gewichtsgemiddelde 1,8 8201866 9 > b) Onder toepassing ran dezelfde olie als in voorbeeld • HI(a) werden de laboratoriumbrandstofbesparingsresultaten bevestigd in de Proposed AS5M 5 Car Interim. Fuel Economy Procedure waarbij de EPA-autocertificaateyclus in 5 automobielen werd toegepast met motorafme-5 tingen van 2,3-1, 2,8 1,. 3,T X en 5,0 1» Over 5 auto * s gemiddeld werd een brandstofhesparingsvoordeel van 196k% verkregen in eln reeks brand-stofbesparingsproeven..

8201866

Claims (5)

1. Smeeroliesamenstelling omvattende een overwegende hoeveelheid van een olie met smeemiddelviscositeit, waarin is opgenomen ongeveer 0,05 - 0,20 gev.% van een glyceroldeelester, of mengsels daarvan, van een - C^g-vetzuur, welke ester een brandstofbesparing van 5 ongeveer 1 - 3% oplevert.

2. Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het vetzuur oliezuur is. 3» Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde deelester een mengsel van glycerolmoho-oleaat en glyceroldi-10 oleaat is. U. Semenstelling volgens conclusies 1-3» met het ken merk, dat 0,1 - 0,2 gsvr.% van genoemde deelester aanwezig is.

5. Samenstelling volgens conclusies 1 - U, met het kenmerk, dat de genoemde smeeroliesamenstelling een asloos dispergeermiddel, 15 een metaaldetergenttoevoegsel, een zinkdihydrocarbyldithiofosfaat anti-slijtagetoevoegsel en een anti-oxydant bevat.

6. Samenstelling volgens conclusie 5> met het kenmerk, dat de genoemde smeeroliesamenstelling een viscositeitsindexverbeteraar bevat. 20 7· Samenstelling volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat genoemde samenstelling een smeeroliesamenstelling voor een benzinemotor is.

8. Samenstelling volgens conclusies 1-6, met het ken merk, dat genoemde samenstelling een smeeroliesamenstelling voor een die-25 selmotor is. 8201866 .....................