DE1468587A1 - Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Schmiermittels - Google Patents
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Description
OR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1468587
telefon : 55 54 7« 8000 MÖNCHEN 15, · *· JUni l9O9
W.
11030/62 11/ftö/ae P U 68 587.1
Mobil Oil Corporation Hew York, N. Y. (Y.St.A.)
Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Schmiermittels
Sie Erfindung bezieht sich auf Schmiermittel. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf verbesserte synthetische Schmiermittel für Flugzeugmotoren und auf deren
Herstellung.
Wie dem Faohmann bekannt ist, sind moderne Plugzeuse
zum Betrieb in großen Höhen ausgebildet. Dies fcfldingt natür-
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lioh, daß an die in dön Motoren verwendeten Schmieröle
strengere Anforderungen gestellt werden· Beispielsweise muß das Schmiermittel einen verhältnismäßig niedrigen
Fließpunkt und einen hohen Viskositätsindex besitzen. Eb muß
auch empfindlich gegenüber chemischen Inhibitoren und Stabilisatoren sein.
Im Fall von Motoren für Strahltriebwerke tritt ein zusätzliches Problem auf· Solche Motoren sind für einen
Betrieb bei hohen Temperaturen vorgesehen. Daher muß das Schmiermittel bei Temperaturen im Bereich von 2600C (5000F)
und mehr wirksam sein und stabil bleiben.
Es ist vorgeschlagen worden, synthetische bohraiermittel
für Spezialanwendungen, beispielsweise bei Flugzeugen, durch Polymerisation von ei -Monoolefinen auf thermischem
oder katalytischem Wege in Gegenwart von Katalysatoren, wie di-tert. Alkylperoxyd und Friedel-Crafts Katalysatoren
einschließlich Bortrifluorid und Aluminiumohlorid, zu erzeugen.
Disse Schmiermittel haben niedrige Fließpunkte und
hohe Viekositätsindioes. Sie sind jedoch bei 6ohmierbedingungen
unter hohen Temperaturen nioht genügend stabil und haben in einigen Fällen eine unzureichende Empfindlichkeit
gegenüber Zusatzmitteln. Wenn man sie zur Erhöhung
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der Stabilität duroh Sättigung der olefinischen Doppelbindungen hydrierte, wurde gefunden, daß daduroh der Fließpunkt stark erhöht wird und daß die Schmiermittel dennoch
bei hohen Temperaturen instabil sind.
Eb ist nun gefunden worden, daß neue hochwirkaame
gesättigte synthetische Schmiermittel aus polymerisiertem
Olefin auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden können, lie wurde gefunden, daß durch Entfernung
des Dimerenanteils eines polymerisieren «^-Monoolefine vor
der Hydrierung ein synthetisches Schmiermittel von niedrigem Fließpunkt, guter Inhibitorempfindlichkeit und hohem
Viskoeitätsindex erzeugt wird. Es wurde ebenfalls gefunden,
daß dieses synthetische Schmiermittel durch einfache Wärmebehandlung für Schmierung für hohe Temperaturen stabil gema-cht werden kann»
Eb ist daher ein allgemeiner Zweck der Erfindung verbesserte neue «synthetische Schmiermittel zu schaffen. Ein
anderer Zweck der Erfindung ist die Schaffung synthetischer
Schmiermittel aus hydriertem polymerisieren Olefin, die
erhöhte Inhibitorempfindlichkeit, hohen Viskositätsindex
(V.l.) und niedrigen Fließpunkt besitzen. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung neuer synthetischer
Schmiermittel aus hydriertem polymerisieren Olefin, die
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thermieohe Stabilität aufweisen. Bin besonderer Zweck der
Erfindung ist die Sohaffung hydrierter synthetischer Schmiermittel,
die aus polymerisierten *{,-Monoolefinen hergestellt
sind und niedrige Fließpunkte sowie hohe ViBkoeitätsindices
besitzen. Ein anderer spezifischer Zweck der Erfindung ist die Schaffung neuer hydrierter synthetischer Schmiermittel,
die aus polymeriBierten (^Monoolefinen erzeugt sind und so behandelt wurden, dass sie thermisch stabil sind, Ein wei-
terer spzifiecher Zweck ist die Schaffung einfacher Arbeitsweisen
zur Erzeugung synthetischer Schmiermittel gemäß der Erfindung. Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden
für den Paohmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlioh.
Gemäß der Erfindung wird allgemein ein neues synthetisches
Schmiermittel, welches niedrigen Fließpunkt, hohen Viskositätsindex und gute Empfindlichkeit gegenüber Zusatzstoffen
aufweist und das Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen; das Verfahren umfasst die Destillation eines synthetischen
Schmiermittels aus polymerisiertem normalen <tG-Monoolefine, wodurch eine Fraktion, welche Dimeres enthält
und eine Rüokstandsfraktion, die im weeentliohen frei von
Dimerem ist, gebildet wird, und die vollständige Sättigung
der RUcketandsfraktion duroh Hydrierung·
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Die Erfindung sieht ferner ein neues thermisch stabiles synthetisches Schmiermittel und ein Verfahren zu dessen
Herstellung vor; das Verfahren umfasst die-.Destillation
eines synthetischen Schmiermittels aus polymerisiertem normalen <%-Monoolefin, wodurch eine Fraktion, die Dimeres
enthält und eine Rückstandsfraktion, die im.wesentlichen
frei von Dimerem ist, erhalten wird, die vollständige Sättigung der Hucketand8fraktion duroh Hydrierung und das Erhitzen
der so gesättigten RUckstandsfraktion bei einer Temperatur,
die zwischen 316° und 3710O (600 und 70O0F) liegt
während einer Zeitdauer, die in umgekehrter Weise zwischen etwa einer und etwa 10 Stunden liegt, vorzugsweise bei
3430C (65O0F) während einer Zeitdauer von 3 Stunden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sieht die Erfindung
ein thermisch stabiles synthetisches Schmiermittel und ein Verfahren zu dessen Herstellung vor; das Verfahren um-
fasst die Destillation eines synthetischen Schmiermittels aus polymerisiertem normalen ^- Monoolefin, wodurch eine
Fraktion, die Dimeres enthält und eine Rüoketandsfraktion,
die im wesentlichen frei von Dimerem ist, erhalten wird, das Erhitzen der RUoketandefraktion auf eine Temperatur
zwischen etwa 3160O und 3710O (600 und 7000F) während einer
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Zeitdauer, die in umgekehrter V/eise zwischen etwa einer und
etwa 10 Stunderi liegt, und die vollständige Sättigung dieser so erhitzten Rückstandsfraktion durch Hydrierung.
Der in der Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendete Ausdruck "hoher Viskositätsindex" bezieht sich
auf Viskositätsindices von etwa 125 und mehr. Der Ausdruck "synthetische Schmiermittel aus polymerisiertem normalen
^C-ilonoolefin" bezieht sich auf synthetische Schmiermittel,
die durch Polymerisation von normalen ^-Monoolefinen (Cg
bis C-Jp) entweder thermisch oder katalytisch in Gegenwart
eines di-tert. Alkylperoxyds oder eines Friedel-Crafts
Katalysators einschließlich Bortrifluorid und Aluminiumohlorid unter milden Bedingungen hergestellt werden» Der
Ausdruck schließt Polymerisate aus, die in Gegenwart anderer Peroxyde, wie Diaoylperoxyden hergestellt wurden,
wobei die Polymerisate strukturelle Elemente des Peroxydkatalysators
enthalten. Es iat gefunden worden, daß Polymerisate, die in Gegenwart eines di-tert. Alkylperoxyds
hergestellt wurden, keine strukturellen Elemente des Peroxydkatalysators enthalten. Daher sind die letzteren
Polymerisate thermisoh polymerisierten Olefinen nahezu
äquivalent. Bei Verwendung von Friedel-Crafts-Katalysatoren, küssen die Polymerisationsbedinguhgen verhältnismäßig mild
sein·
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Zur Erzeugung der eynthetieohen Schmiermittel gemäß
der Erfindung, die hohe ViekoBitäteindices, niedrige
Fließpunkte und gute Inhibitorempfindlichkeit aufweisen, ist die AuBwahIenOrraalen cC-Monoolefinmonomeren wiohtig.
Das beste und besonders bevorzugte Monomere ist 1-Decen.
Das iDecen kann das verhältnismäßig reine Monomere, oder
eine Olefin-oder· Kohlenwasserstoffmischung reich an 1-Deoen
sein. Es ist jedoch auoh gefunden worden, daß Mischungen von normalen ^-Monoolefinen, die zwischen etwa 6 und 12
Kohlenstoffatome besitzen, verwendet werden können, wenn der mittlere Wert der Kettenlänge des Olefine etwa 10 Kohlenstoff
atome beträgt. So ergibt beispielsweise eine Mischung aus gleichen Teilen 1-Uexen, 1-Ooten, 1-Decen und
1-Dodecen ein zufriedenstellendes Schmiermittel gemäß der
Erfindung.
Die thermisch polynerisierten Olefine, die hierzu brauchbar sind., sind in der US-Patentschrift 2 500 166
beschrieben. Die Polymerisation wird allgemein bei Temperaturen, die zwischen etwa 26O0C und 3990C (500° und 7500P)
liegen, während Zeitdauern zwischen etwa 20 Stunden und 1 stunde ausgeführt. Vorzugsweise wird die Polymerisation
bei Temperaturen ausgeführt, die zwisohen etwa 316° und
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3710C (600° und 7000I1) liegen, wobei die optimalen Reaktionszeiten
beim Maximum und die minimalen Reaktionstemperaturen in der genannten Patentschrift angegeben sind.
In der US-Patentschrift 2 500 166 sind die olefini-Bchen Heaktionskomponenten normale ^—Monoolefine, die
zwischen 6 und 12 Kohlenstoffatome Je Molekül besitzen.
Geeignete Olefine sind beispielsweise 1-IIexen,. 1-Octen,
1-IIonen, 1-Decen, und 1-Dodecen. Die olefinische ReaktionBkomponente
kann aus im wesentlichen reinen normalen «^-Monoolefinen, Mischungen von Olefinen und/oder Paraffinen,
welche wesentliche Mengen an normalen ^-Monoolefinen enthalten oder Mischungen von normalen«^.-Monooifinen,
die zwischen 6 und 12 Kohlenstoffatome besitzen, bestehen*
Die polymeren Öle, die durch Polymerisation der normalen ^-Monoolefine in Gegenwart eines di-tert.Alkylperoxyd
katalysator hergestellt werden, sind in der US-Patentechrift 2 937 129 beschrieben. Die olefinische Reaktionskomponente besteht aus einem normalen £?(,-Monoolefin oder
Mischungen davon, vorzugsweise solchen, die zwischen 7 und 12 Kohlenstoffatome je Molekül enthalten. Beispiele dafür
sind ι 1-IIepten, 1-Ooten, 1-Decen und 1-Dodeoen. Der Katalysator
ist ein di-tert. Alkylperoxyd, vorzugsweise niedere di-tert. Alkylperoxyde. Kin leicht erhältlicher und besondere
bevoreuger Katalysator ist di-tert. Butylperoxyd.
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Die verwendete Menge an Peroxydkatalysator liegt zwisohen
etwa 0,01 und Oj3 Mol je Mol normaler cC-Monoolefin-lteaktionskomponente.
Die verwendete Temperatur ist die Aktivierungetemperatur
des Peroxydkatalyeatora und liegt zwisohen
etwa 1000O (2120F) und etwa 2000C (3920P). Die Reaktionszeit
liegt allgemein zwischen etwa 1 Stunde und etwa 6 Stunden.
Polymerisierte normale <*v-Monoolefinölef die bei der
Erfindung verwendbar Bind, können leicht in Gegenwart von Friedel-Crafts-Katalysatoren unter verhältnismäßig milden
Bedingungen hergestellt werden. Wie dem Fachmann bekannt 1st, verursachen strenge Arbeitsbedingungen insbesondere
mit einigen der bevorzugten Friedel-Crafts-Katalysatoren unerwünschte Nebenreaktionen, Isomerisation, Harzbildung
UBW. Es ist weiter zu beachten, daß sämtliche Friedel-Crafts-Katalysatoren
nicht völlig äquivalent in der Art der erzeugten öle sind. In großem Ausmaß kann die Auswahl des
Katalysators und der Reaktionsbedingungen zur Erzeugung von polymeren Schmiermitteln gewünschter Viskosität vor-
genommen werden.
Die Polymerisation von 1-Decen (oder dessen Äquivalent)
mit einem AlOl,-Katalysator bei Temperaturen unterhalb von
etwa 700C ergibt Schmieröle mit. einer kinematieohen VIs-
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- ίο -
kosität von 25-45 Centiatoke bei 990G (2100P). Allgemein
werden diese öle durch allmählichea Mischen des Olefine
mit 1-3 Gew.$ (bezogen auf die gesamte Olefinbeschickung)
AlCl, während einer Zeitdauer von 2-6 Stunden hergestellt.
Eine bevorzugte Arbeitsweise umfaßt die zusätzliche Zugabe des Olefins zu einer Aufschlämmung des Katalysators in
einem inerten Kohlenwasserstoff, beispielsweise n-Heptan.
Die Polymerisation von 1-Deoen (oder dessen Äquivalent)
in Gegenwart von AlCl, bei Temperaturen von 100-2000C ergibt
öle, welche eine kinematische Viskosität von etwa 12 Centistoke, gemessen bei 990C (21O0F), besitzen. Eine
zur Ausführung geeignete Arbeitsweise besteht darin, AlCl, rasch dem Olefin zuzusetzen und die Temperatur plötzlich
auf 1500C oder höher ansteigen zu lassen. Unter diesen
Bedingungen verläuft die Polymerisation leicht in einem solohen Ausmaß, daß der größte Anteil des Olefine verbraucht
ist, bevor die Heaktionsmisohung den Siedepunkt von Deοen
erreicht.
Im Falle einer mit BF, katalysierten Polymerisation
ist. die Anwendung von Druck oder eines Katalysatorbeschleunigers oder Katalysatorpromotere nötig, um synthetische Schmiermittel
hoher Qualität zu erzeugen· Geeignete Beschleuniger
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oder Promoter sind ein ΒΡ,-Deoa-nol-Koniplex, Deoanol,
Essigsäure und"ein EesigBäure-BF~-Komplex. Allgemein wird
die Polymerisation bei Temperaturen unter 600C bei einer
Gesamtreaktionszeit von etwa 2-4 Stunden ausgeführt. Bei Ausführung der ΒΡ,-Polymerisation unter Druok wird eine
Reaktionszeit von 2-4 Stunden verwendet. Der Druck, gemesoen
in Werten des ΒΡ,-Drucks, kann zwischen-etwa 0,7
und 35,9 atü (10 psig und 500 psig) oder höher liegen. In
beiden Fällen der mit BP, katalysierten Polymerisation
von 1-Decen oder dessen Äquivalent werden polymere öle
erzeugt, die kinematische Viekositaten von etwa 3-6 Centistoke
bei 99°C (2100P) aufweisen.
V/ie vorstehend ausgeführt, wird die Inhibitorempfindlichkeit
des synthetischen Schmiermittels aus polymerisiertem n-t£ -Monoolefin durch Sättigung des synthetischen
Schmiermittels durch Hydrierung weitgehend erhöht. Eine solche Behändlung.erhöht jedoch ungühstigerweise den
Fließpunkt des Schmiermittels« Dies wird aus den nachfolgenden Beispielen ersichtlich.
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Eine Mischung von 3100 g (22,14 Mol) 1-Deoen und
160 g (1,10 Mol) di-tert.-Butylperoxyd wurde in einem
Reaktionsgefäß 5 stunden lang auf eine Temperatur von 1500O erhitzt. Das bo erhaltene Reaktioneprodukt wurde
erst bei Atmosphärendruok und dann bei 60 mm absolutem Druck getoppt um nicht umgesetztes 1-Deoen zu entfernen.
Das zurückbleibende polymere ölprodukt hatte die in Tabelle I angegebenen Eigenschaften.
Das polymere ölprodukt von Beispiel 1 wurde hydriert,
um die olefinischen Doppelbindungen zu sättigen. Die Hydrierung wurde gemäß üblicher Arbeitsweisen unter Verwendung
einer SchUttelbombe (Amineο rooking bomb) mit einem
Niokel-auf-Kieselgur-Katalysator (20 g je 100 g öl) ausgeführt.
Der anfängliche Wasserstoffdruok betrug 105,5 atü (1500 psig). Die Temperatur wurde 3 Stunden lang auf 1490O
(3000F) gehalten, danach wurde langsam gekühlt·
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KV bei 990C (21O0P) Cs 9i47 9*12
KV bei 380C (10O0P) Cs 56,92 52,92
V.l. 139 H1
Fließpunkt 0C (0P)
< -54 (<-65) +1,7 (+35)
Mol.Gew. bereohnet 700 680
Aus den Vierten in Tabelle Z let ersichtlich, daß die
Hydrierung des polymeren Öls keine wesentliche Wirkung
auf die Viskositätseigensohaften dee öle hat. Andererseits
wurde der Fließpunkt um etwa 55»60O (1000P) erhöht.
Teile des in den Beispielen 1 und 2 angegebenen synthetischen Schmiermittels wurden mit bekannten Oxydationsinhibitoren gemischt. Jede Mischung wurde der Laboratoriumsoxydationsprüfung
(B-10A) unterzogen. Die dazugehörigen Werte der Mischungen und die Prüfungeergebnisse sind in
Tabelle II aufgeführt.
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-H-
Bei der Laboratoriumsoxydationsprüfung (B-10A) wird
eine 25 ecm - Probe des Prüföle in ein 200 χ 25 mm Prüf-
rohr zusammen mit 100 cm (15,6 sq. in.) im Sandstrahlge-
blase behandeltem Eiaendraht, 4»8 cm (0,78 eq.in.) polier-
tem Kupferdraht, 5,5 cm (0,87 sq.in.) poliertem Aluminium-
. draht und 1,06 cm (0,167 sq.in) polierter Bleioberfläohe
eingebracht. Das. Rohr wird in einem Aluminiumblookbad auf 1650C (3250P) gehalten. Durch das Prüföl wird 24 Stunden
lang trockene Luft mit einer Geschwindigkeit von 10 1 je Stunde geleitet. Nach Beendigung der Prüfperiode werden
die Erhöhung der Neutralisationszahl (N.Z.) (AST;l D-974),
die prozentuale Erhöhung der Viskosität, gemessen bei 380C (10O0P), die Menge des gegebenenfalls aufgetretenen
Schlamms und der Gewichtsverlust der Bleiprobe in Milligramm aufgezeichnet.
009816/1368
Tabelle II
Öl von Beispiel 1 öl von Beispiel 2
Öl von Beispiel 1 öl von Beispiel 2
H.Z. ip ViBk.
Anteil Änderung
KV bei 38°C
OQO0P)
Eb iver-
lust
Schlamm ag
$ Visk.
Anteil
(1OO°F) Schlamm mg
Keine 9,9
Inhibitor 162, 1 £ Acryloid 794, 1 55 7,2
OD 561. 1 56; Quinazarin, 0,1 $ (tecfan.) 2,9
OD 561. 1 $>, Quinazarin,
0,1 $> (umkrist.) 0,23
OD 561, 1 £ Agerite Hi Par, 0,5 # Acryloid 794,
1 £ 1,3
Tricosyl P.A.N. 1 $ 6,9
Tricosyl P.A.N. 10 £ 4,1
1000 436 164 8,7
17,5 232 136 keiner
21
8,7
130 . | 0,49 |
44,5 | 0,00 |
keiner | 0,00 |
8,9 | 0,12 |
254 | - |
206 | .1,1 |
570
6,8
5,5
5,1
7,9
34,0
keiner
Spuren 0,4
keiner 0,2
keiner 0,2
keiner 0,4
viel
70,6
- 15 -
CJ) OO CJI GO
U68587
Die in den Mischungen verwendeten und in Tabelle II aufgeführten Zusatzstoffe waren im Handel erhältliche Oxydationsinhibitoren
und Stabilisatoren. "Inhibitor 162" (du Pont) ist eine Mischung von Mono- und Di-lorol (C^2) "*
estern der Orthophosphorsäure. "Acryloid 794" iet ein
Polymethacrylat V.l. - Verbesserer. "O.D. 561" ist Cadmium- W diamyldithiocarbamat, "Agerite Hi Par" ist eine Mischung von
Phenyl-ß -naphthylamin, Isopropoxy-diphenylamin, und Diphenyl-p-phenylendiamin.
"Trioosyl P.A.H." ist Trioodiphenyli?C-naphthylamin.
Die angeführten Ansätze der Zusatzstoffe sind für Sohmierölansätze charakteristisch.
Aus den Werten von Tabelle II ist ersichtlich, daß das
hydrierte synthetische Schmiermittel größere Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren aufweist. Wie vorstehend ausgeführt,
iet diesör Vorteil jedoch durch die ungünstige Erhöhung
des Fließpunktes beeinträchtigt. Bei einer Aueführungsform der Erfindung Bind die Vorteile eines hydrierten
synthetischen Schmiermittels . rund des niedrigen Fließpunkte duroh einfache Fraktionierung des synthetischen Schmier-/mittels
erhalten worden«
0098 16/1368
Überraschenderweise und im Gegensatz zur üblichen Erwartung
wurde gefunden, daß der Dirnerenanteil des synthetischen
Schmiermittels aus polymerisiertera normalem ^-Konoolefin
den hohen Fließpuhkt verursacht. Daher wird ein hydriertes, synthetisches Schmiermittel von nidorigem
Fließpunkt erhalten, wenn man eine Fraktion des synthetische Schmiermittels aus polymerisiertem normalem ^»-Monoolefin,
welches das Dimere enthält, duroh Destillation entfernt.
Der so erhaltene Rückstand wird dann hydriert, um die olefiniBchen
Doppelbindungen zu sättigen. Der Dimerenschnitt kann der Polymeriantionestufe zusammen mit frischer MonomerenbeBchlckung
wieder zugeführt werden. Gegenbenenfalls können die selben Ergebnisse erzielt werden, wenn man zuerst
das synthetische Schmiermittel aus polymerisiertem Olefin hydriert und dann das Dimere entfernt. Diese Arbeitsweise
ist jedoch weniger erwühsoht, da das Dimere nun gesättigt ist und in diesem Fall nicht zu einer Wiederzuführung
in die l'olyraeriBations stufe zur Verfügung steht.
Das bedeutet,.wenn für dae gesättigte Dimere keine Verwendung
besteht, einen Verlust bei dem Verfahren·
Das naohfolgende Beispiel veranschaulicht eine Hydrierunge-
und Topparbeiteweise gemäß der^ürfindung wenn 1-Deoen
als Olefinbesohickung verwendet wird,.
0098 16/1368
Unter Verwendung der in Beispiel 1 beochriebenen Arbeitsweise
werden 3100 g (22,H Mol) 1-Deoen polymerisiert,
wobei 160 g (1,10MoI) di-tert.-Butylperoxydkatalysator
verwendet werden. Die Polymerisation wurde 5 Stunden lang bei 1500C ausgeführt. Nicht umgesetztes 1-Decen wurde duroh
Destillation entfernt. Die Eigenschaften des so erhaltenen polymeren Öls (bezeichnet als rohes polymeres öl) sind im
wesentlichen die von Beispiel 1.
Dieses polymere öl wurde einer Destillation unterworfen
um einen Schnitt (der im wesentlichen aus Dimeren besteht) der unter einem Druck von 1 mm Hg bis zu 1800C siedet, zu
entfernen. Das zurückbleibende Öl (bezeichnet als "getopptes
polymeres öl") hatte die in Tabelle III aufgeführten Eigenschaften.
Das getoppte polymere öl wurde duroh Hydrierung in Berührung mit einen Kiokelkatalysator gesättigt. Die verwendeten
Bedingungen waren die gleichen wie diejenigen von Beispiel 2.
• Das Produkt (beseiohnet ale "hydriertes, getopptea,
polymeres öl") hatte die in Tabelle III aufgeführten Eigenschaften.
009816/1368
Tabelle | .· | III |
Getopptee
polymeres |
Hydriertes, ge-
topptes, poly meres Öl |
|
(2100P), Cs | 14,62 | 14,85 | |||
KV bei 990C | (10O0P), Cs | 109,5 | 114,97 | ||
KV bei 380C | • | 130 | 128 | ||
V.l. | 0C (0P) | -48 (-55) | -37 (-35) | ||
Fließpunkt | wicht | 880 | 890 | ||
Molekularge |
Aus den Werten in Tabelle III ist ersichtlich, daß
die Entfernung der Dimerenfraktion den Fließpunkt stark
erniedrigt. Ee ist eu beaohten, daß der Fließpunkt sogar
nach der Hydrierung des getoppten, polymeren Öls niedrig war.
Wie vorstehend erwähnt, kann das Dimere entweder vor
oder nach der Hydrierung entfernt werden. Dies wird durch das'nachfolgende Beispiel veranschaulicht.
Ein thermisches polymereβ öl wurde durch Erhitzen von
1337 g (9*55 Mol) 1-Decen bei einer Temperatur von etwa
3430C (65O0P) während 10 Stunden bei einem maximalen Druok
009816/ 1368
von 7103 a-tü (100 psig) hergestellt. Das Produkt wurde getoppt,
um nichtumgesetztes 1-Decen zu entfernen, wobei ein
polymeres Öl blieb. Dieses Öl wurde dann einer Destillation bei etwa H5°C unter einen Druck von 3 mm Hg unterworfen,
um das Decendimere zu entfernen. Der Rückstand
(bezeichnet als "polymeres öl ohne Dimeres") hatte die
in Tabelle IV aufgeführten Eigenschaften.
Dieses dimeren-freie öl wurde über einen Nickelkatalysator
unter den üblichen in Beispiel 2 beschriebenen Bedingungen hydriert. Das sich ergebende Öl("dimerenfreies,
hydriertes, polymeres Öl") hatte die in Tabelle IV angegebenen Eigenschaften»
Da der Fließpunkt nicht zufriedenstellend war, wurde das hydrierte polymere Öl bis zu einer Dampftemperatur von
23O0C bei einem Druck von 1 mm Hg destilliert, um das Decendimere
zu entfernen· Das Hüoketandsöl (hydriertes, polymeres
Rücketandsöl) hatte die in Tabelle IV angegebenen Eigenschaften.
009816/ 1368
U68587
.7,11 | 7 | ,39 | 9, | 18 | |
41,71 | 43 | ,50 | 61, | 16 | |
1 | 34 | 134 | 128 | ||
-51 | (-60) | -12, | 2(+1O) | -45,6 | (-50) |
Dimeren-
Polymeres freies, hy- Hydriertes,
ül ohne driertes.po- polymeres
"Dimeres lyneres 01(1) JiückBtandsöl
KV bei 990C (2100F), Cs.
KV bei 380C (1000P), Cs.
Fließpunkt 0C (0F)
Spezifisches Gewicht
(API Gravity.) 0,8403 (36,9) 0,8363(37,7)
(1) Die Entfernung des Dimeren wurde als unvollständig befunden*
Aus den in Tabelle IV enthaltenen Werten ist ersicht lich, daß das Dimere vor oder nach der Hydrierungsstufe
entfernt werden kann.
Die vorstehenden Beispiele bezogen sioh auf polymere
Öle, die durch tiBrmieche Polymerisation von 1-Deoen in
Gegenwart von di-tert.-Butylperoxyd hergestellt wurden.
Gemäß der Erfindung können sehr eufriedenstellende Produkte
auch aus Polymeren erhalten werden, die duroh Polymerisation von 1-Deoen oder dessen Äquivalenten in Gegenwart von
Friedel-Orafte-Katalyeatoren hergestellt wurden·
009816/ 1368
Ein Reaktionsgefäß wurde mit 3000 g eines 1-Decen
beschickt und in ein Kühlbad eingebracht. Eine Gesamtmenge von 26 g AlCl,wurde in kleinen Anteilen während einer Zeitdauer
von 95 Minuten zugegeben. Während dieser Zeitdauer wurde die Temperatur der Reaktionmisohung auf .20-360C ge-
halten. Danach wurde die Reaktionsmisohung filtriert, um
den festen Katalysator zu entfernen. Das Filtrat wurde mit Ammoniak gespült, um gelöste Aluminiumverbindungen zu
entfernen und filtriert. Der Spülarbeitsgang wurde wiederholt. Das letzte Piltrat wurde getoppt, um nicht umgesetztes
Monomeres zu entfernen und einer Destillation bis
zu 1320C bei einem Druck von 0,5 mm Hg unterworfen, um dae
Dimere zu entfernen. Das verbleibende restliche polymere
öl hatte die in Tabelle V angegebenen Eigenschaften.
Ein Reaktionsgefäß wurde mit 300 g 1-Deoen beschickt,
und 3 g AlCl^ wurden auf einmal zugegeben. Sie Temperatur
der Reaktionemisohung stieg innerhalb von 4 Hinuten von
26° auf 1500C an. Sin Wasserbad wurde an das ReaktionsgefäÖ
angelegt, um die Wärme zu entfernen· Nach 40 Minuten betrug
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die Temperatur 800C· Die Reaktionekomponenten wurden l Stunde
lang auf 8O0C gehalten. Dae rohe Produkt wurde filtriert,
um den festen Katalysator zu entfernen. Das Filtrat wurde zuerst mit wäßrigem Natriumhydroxyd (5 #) und dann mit Wasser
gewaschen und filtriert. Dae Produkt wurde getoppt, um nicht umgesetztes monomeree zu entfernen, und das Dimerθ
wurde duroh Destillation bei einer Temperatur bis 2100C
unter einem Druck von 1 mm Hg entfernt. Das verbleibende poly mere Öl hatte die Eigenschaften, wie sie in Tabelle V aufgezeigt
sind.
Ein Keaktionegefäß wurde mit 3000 g 1-Decen beschickt
und BortrULuoridgae wurde bei 24°C eingeführt. Nach 15 Minuten
wurden 90 g eines Essigsäure-BF,-Komplexes der Reaktionsmisohung
zugesetzt. Im Verlauf von 5 Stunden stieg die Temperatur nur auf 380C an und sank dann auf 300C ab. Das
Kohlenwasserstoffmaterial in dem Gefäß wurde abgetrennt und mit 100 com konzentriertem NH-OH neutralisiert. Dann wurde
das öl mit Wasser gewaschen und filtriert. Das Monomere und
das Dimere wurden duroh Destillation bis 2000C b£e einem
Druok von 1 mm Hg entfernt* Das verbleibende polymere öl
009816/1368
wurde in eine Fraktion, welche bei 200 bis 2220C "bei einem
Druck von 1 mm Hg siedet, fraktioniert. Y/ie allgemein im Fall von mit BF, katalysierten polymeren Produkten ist
das Trimere ein ebenso gutes synthetisches Schmiermittel, wie das restliche ölprodukt. Die Eigenschaften des Trimeren-Schnittes
und des restlichen Öls sind in Tabelle V aufgeführt.
" . Beispiel 9 Γ" ""
" . Beispiel 9 Γ" ""
Dieses .Beispiel veranschaulicht die Herstellung von
polymeren öl aus einer Mischung von l-Olefinen, die im
Iiittel 10 Kohlenstoffatome besitzen. In ein Heaktionsgefäß
wurde eine Besohiokung eingebracht, die, bezogen auf das "
Gewicht, 25 $-1-Hexen, 25 $> 1-Octen, 25 i» 1-Deoen und 25 f»
1-Dodecen enthielt. Während einer Zeitdauer von 3 Stunden wurden 1,4 Gew.7» des Decanol-BF^-Komplexes in zwei Anteilen
zugegeben. Die Reaktiontemperatur lag zwischen 5° und 290C.
Das Produkt wurde gewaschen und filtriert. Dann wurde es getoppt, um das Monomere zu entfernen und bei einen Druck
von 0,4 mm Hg zu 19O0C destilliert, um die Dimeren zu entfernen.
Aus dem verbleibenden Öl wurde ein schweres Destillat (hauptsächlioh Trimeres) entfernt, welches bei einein
Druck von 0,4 am Hg bei 190° - 2240C siedet. Die Eigenschaften
diepes Destillats und dee polymeren Rückstandsöle sind in Tabelle Y aufgeführt.
0098 16/1368
Produkt Rücketand
KV bei 99°C (21O0P) Cs. 31,85
KV bei 380C (10O0P) Cs. 296,8
V. I.
Pließpunkt 0C (0P) -48 (-55)
Rückstand Trimeres Rückstand Trimeres Ruckstand
11,86 3,69 6,83., 2,77 6,40
84,84 ' 16,22 42,30 11,06 37,93
125 102 127
• 128
-54 (-65)
-54 (-65)
- 25 -
cn oo cn oo
Ein polymeres öl, hergestellt wie in Beispiel 7 beschrieben,
wurde unter Verwendung der Arbeitsweise von Beispiel 2 hydriert» Die zugehörigen Eigenschaften des
hydrierten polymeren Öls sind in Tabelle VI aufgeführt.
, Beispiel 11
Eine Zusammensetzung von Trimerem und polymeren Rückatandöl,
wie sie in Beispiel θ hergestellt war, wurde unter Verwendung der Arbeitsweise von Beispiel 2 hydriert. Die
entsprechenden Eigenschaften dee hydrierten polymeren Öls sind in Tabelle VI aufgeführt.
Das vereinigte polymere Öl von Beispiel 9 wurde unter Verwendung der Arbeitsweise wie sie in Beispiel 2 besohrieben
ist, hydriert. Die entsprechenden Eigenschaften des hydierten
polymeren öle sind in Tabelle VI aufgeführt.
Es ist vorstehend erwähnt worden, daß es sich bei den hier erzeugten synthetischen Schmiermitteln um neue Materialien
handelt. Diese Schmiermittel besitzen eine Vielzahl von Eigenschaften, die bisher in den gebräuchlichen Mineral»
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Schmierölen nicht aufgefunden wurden. Zu Vergleichszwecken sind in Tabelle YI die Eigenschaften zweier typischer
Mineralschmieröle mit aufgenommen. Beide üle wurden aus
Erdölausgangematerialien für Schniorölzwecke durch übliche
Lösungsmittelextraktion, Entwachsen und Filtrierarbeitsweisen
gewonnen, ül A stammt aus einem paraffinischen
Grundmaterial, Öl B aus einem naphthenischen (Coastal)
Grundmaterial.
Beispiel Nr. 10 IJ 12 Ü1A ülB
KV bei 990C (21O0P), Cs. 10,52 4,20
KV bei 380C (1000I?), Ce. 73,38 20,09
V.l. 128 132
Fließpunkt 0C (0P) <-54 (<-65)(-54(/-f>5)-51 (-6O>g,9(+25)-29t-20
Flammpunkt 0O (0P) 249 (480) 235 (455)249(480)221(430)30(352
Feuertest 0C (0P") 277 (530) 260 (500)274(525)
Aus den Y/erten in tabelle VI ist ersichtlich, daß die
synthetischen Schmiermittel gemäß der Erfindung eine Vielzahl von erwünschten Eigenschaften einschließlich hohem
Viskositätsindex, niedrigem Fließpunkt und hohem Flammpunkt
haben. Diese Efeen-eohaften treten nioht alle in den gebrauch-
6,69 | 4,89 | 4,00 |
40,74 | 28,02 | 22,4 |
126 | 107 | 70 |
009816/ 1368
lichen Erdölschmiermitteln auf. So hat öl A einen verhältnismäßig
hohen Viskositätsindex (obwohl er dennoch weniger ale 125 beträgt), aber einen hohen Fließpunkt, öl B andererseits
hat einen ziemlich niedrigen Fließpunkt, obwohl er dennoch höher als -51,10C (-600F) ist, jeeOoh einen niedrigen
Viskositäteindex. In beiden Fällen sind die Flaminpunkte
niedriger.
Die vorstehend beschriebenen hydrierten polymeren Rückstandsölprodukte sind ausgezeichnete Schmiermittel
für viele Zweoke. Sie besitzen auch ausgezeichnete Empfindlichkeiten
gegenüber Inhibitoren. Jedoch sind, wie vorstehend erwähnt, die Anforderungen an Schmiermittel für
Hochtemperaturschmierung von Strahltriebsmotoren Behr hoch. Für solche Anwendungen sind die vorstehend beschriebenen
synthetischen polymeren öle nicht genügend stabil. Gemäß einer anderen Ausführungsforra der Erfindung können
die hydrierten polymeren Rückstandsöle durch eine einfache thermische Behandlung für Hoohtemperaturarbeiteweiee stabil
gemacht werden.
Die thermische Behandlung wird durch Erhitzen des polymeren Öls auf Temperaturen zwischen etwa 316° und etwa
3710C (600 und 7000F) während einer Zeitdauer, die in umgekehrter
v/eiee zwischen etwa 1 und etwa 10 Stunden liegt,
009816/1368
ausgeführt. Bevorzugte Bedingungen Bind eine 3-stündige Behandlung bei 343°C (65O0F). Vorzugsweise wird daB 01
während der thermischen Behandlung unter■ stickstoffatmoßhphäre
gerührt. Eb iot gefunden worden, daß die thermische
Behandlungsarbeitßweise zu jedem Zeitpunkt zwischen
der Herstellung des fertigen wärmestabilen synthetischen polymeren Schmiermittels ausgeführt werden kann. So werden
beispielsweise gemäß der nachstehenden Stufenfolge stabile Schmiermittel erzeugt:
A. Polymerisation von 1-Olefin, Entfernung des Dimeren,
Hydrierung und Wärmebehandlung, oder
B. Polymerisation von· 1-ülefin, Wärmebehandlung, Entfernung
des Dimeren und Hydrierung, oder
C. Polymerisation von 1-Olefin, Entfernung dea Dimeren,
Wärmebehandlung und Hydrierung. ·
Vorzugsweise wird die Herstellung dee polymeren Öls mit einer IlydrierungBßtufe vervollständigt, auoh wenn die
l'Olge A angewendet wird. Die thermische Behandlung verursacht
ge wohnlich ein gewisses Kracken zu Olefinen^ und es
ist daher erwünscht, irgendwelche, olefinischen Bindungen, die sich gebildet haben können, zu sättigen.
009816/1368 B4n^ "^
BAD OR/Q/NAL
Ein rohes olefinisohes polymeres Öl wurde, wie in
Beispiel 1 beschrieben, aus 1-Decen hergestellt. Ks wurde zur Entfernung des Dimeren getoppt. Das Rückstandsöl wurde
dann unter den üblichen Bedingungen (204°0 (4000P), usw.)
hydriert. Dieses Material (öl A) hatte die in Tabelle VII angegebenen Eigenschaften. Eine andere Menge von polymerem
Decenöl wurde wie Öl A hergestellt. Es wurde dann durch 3 Stunden langes Erhitzen auf etwa 3400C (6450P) thermisch
behandelt. Es trat Gasentwicklung auf, wodurch die Flüssigkeit gerührt wurde. Das sich ergebende öl (Öl B) hatte die
in Tabelle VII angegebenen Eigenschaften. Dieses öl war durch Toppen unter atmosphärischen Bedingungen und im Vakuum
frei von flüchtigen Komponenten.
210° | Tabelle V: | CI · | 16 | (Λ) | 13 (B) | |
Beispiel | 100° | 135 | ,79 | 11,15 | ||
KV bei 990C ( | P), Cs. | 127 | ,2 | 75,14 | ||
KV bei 380C ( | 0F) | F), Cs. | -45, | 132 | ||
V.l. | 0P) | 266 | 6(-5O) | -20 (-5) | ||
Fließpunkt°C( | 0F) | 293 | (510) | - | ||
Flammtest 0C( | (560) | - | ||||
Feuertest 0C( | 0,8989 (26,1) | 0,8408(36,8) | ||||
Spezifisches | Gewicht(Er.API) | |||||
009816/1368
U68587
Sin trimeres Decenöl, das wie in Beispiel 8 hergestellt
'war, wurde durch etwa 3 Stunden langes Erhitzen auf etwa 3430C (6500P) thermisch behandelt. Das so behandelte öl wurde
unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweioe hydriert. Die entsprechenden Eigenschaften des hydrierten
behandelten Öls sind in Tabelle VIII angegeben.
Ein polymeres Decen-Rückstandsöl, das wie in Beiepiä.
8 hergestellt war, wurde durch etwa 3 Stunden langes Erhitzen auf etwa 343°C (65O0P) thermisch behandelt. Das
ao behandelte öl wurde unter Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise hydriert. Entsprechende !eigenschaften
des hydrierten behandelten Öls sind in Tabelle VIII angegeben*
Ein polymeres Decenöl, das in Beispiel 6 hergestellt
war, wurde durch 3 Stunden langes Erhitzen auf etwa 3430G
050 0F) thermisoh behandelt. Das so behandelte öl wurde unter
Verwendung der in Beispiel 2 beschriebenen Arbeitsweise hydriert. Entsprechende Eigenschaften des hydrierten behandelten
Öle Bind in Tabelle VIII aufgeführt.
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15
KV bei 990O (2100P), Cs 3,60
XV bei 380O (10O0P), Cs 15,93
KV bei-40°C (-400P), Ce 20Q2
V.l. 125
Fließpunkt 0C (0P) -54 (-65)
Flammtest 0C (0P) 210 (410)
Feuertest 0C (0F) 229,5(445)
7,07 | 11,75 |
43,03 | 86,48 |
12 805 | 48177 |
•129 | 126 |
-54(-65) | -45,6(-5O) |
251,5(485) | 260 (500) |
279,5(535) | 229,5 (545) |
Aus den v/erten von Tabelle VIII ist ereiohtlich, daß
der Erfindung wärmestabilisierte synthetische öle
geschaffen werden. Durch Vergleich ihrer Eigenschaften mit denjenigen von Öl A und B (Tabelle VI) ist für den Fachmann
ersichtlich, daß diese neuen Schmiermittel eine Vereinigung von Eigenschaften aufweisen, die Schmieröle auf Erdölbasis
nicht besaßen.
Die thermische Stabilität von Schmiermitteln, die zur
Schmierung von Motoren für Strahltriebwerke bei hohen Temperaturen
verwendet werden, wird auf verschiedene Weise bestimmt. Es sind vereohiedene VersucÄVeisen vorgeschlagen worden.
Eine besteht darin, daß man das öl im Kreislauf V.'ärme
Of) 9816/1368
aussetzt, wenn es bui erhöhten Temperaturen über eine umlaufende
Scheibe (spinning disc) gepumpt wird.
Prüfung mit umlaufender Scheibe (Spinning Disc lest)
Die Grundversuchsvorrichtung, die zur Bestimmung der
thermischen Stabilität verwendet wird, ist in einer Veröffentlichung
der American Society of Mechanical Engineers in "The Oxidation of Lubricating Oils at High Temperatures",
von A.L. '.dlliams und E.A. Oberright anläßlich der ASIIE-AbLE Lubrication
Conference, New York, N.Y., vom 20. - 22. Oktober 1959» beschrieben. Die Prüfvorrichtung wurde abgeändert, um
eine Ilessungder Gasbildung zu erzielen, welche auf den thermischen
Abbau des Prüföls zurückzuführen ist.
Zur Prüfung der thermischen Instabilität wurde das Luftzirkulat ions sys te;;i von dem Sauerstoff behälter getrennt. Hin
Barometer mit U-Rohr wurde an seiner Stelle angebracht. Das Zirkulationasystem wurde durch gründliches Spülen mit stickstoff
gefüllt. Sobald das Syeten die Prüftemperatur erreichte,
wurde öl in die Scheibe gepumpt. Das System wurde auf atmosphärischen Druok eingestellt und dann erneut abgedichtet»
Sobald das heiße Öl auf die heiße Soheibe gepumpt wurde,
wurde der Druckanstieg durch das Zereetzungsgas in gleich-
f) I) 9 Ό 1 B / 1 3 G 8
mäßigen Abständen von 5 Minuten gemessen. Die Raumtemperatur
wurde durch eine Klimaanlage konstant gehalten, um Druo'k·
änderungen aufgrund von Veränderungen der Raumtemperatur zu vermeiden.
Bei dieser Prüfung wurde die Spinnscheibe bei 2500 Umdrehungen je Minute/i gedreht. Die Temperatur der Scheibe
wurde auf 2740C (5250P) gehalten. Während des Betriebs
wurde das öl in einem dünnen Film über die Scheibe, welche
der hohen Temperatur ausgesetzt war, geleitet. Bei thermischem Abbau des Öls tritt in dem tianometersystem ein Druokanstieg
auf, der von den gebildeten Gasen herrührt.
>ie Öle A und B, wie sie in Beispiel 13 und in Tabelle
V angegeben sind, wurden der Prüfung mit umlaufender Scheibe unterworfen. Die entsprechenden Ergebnisse, ausgedrückt in
mm Druckanstieg je Stunde, sind wie folgt:
ül Druckanstieg mn/stunde
öl A . 72
öl 3 2
Aus den './exten von Beispiel 17 ist ersichtlich, daß
gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung außerordentlich
wärmestabile Schmiermittel erzeugt worden sind.
1368
Claims (6)
1. Im wesentlichen dimerfreies, synthetisches Schmiermittel, das aus flüssigem polymerisiertem normalem a-Monoolefin
besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es einen maximalen Fließpunkt von ungefähr -45,6°C, einen minimalen
Viskositätsindex von ungefähr 125 und einen hohen Flammpunkt besitzt, wobei das normale a-Monoolefin 6-12 Kohlenstoff
atome enthält und eine mittlere Kettenlänge von ungefähr 10 Kohlenstoffatomen aufweist.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichv net, daß es aus 1-Dece.n als a-Monoolefin hergestellt worden
ist.
j5. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einer Mischung aus 25 Gew.-J^ 1-Hexen,
25 Gew.-^ 1-Octen, 20 Gew.-^ 1-Decen und 25 Gew.-% 1-Dodecen
als a-Monoolefinkomponente hergestellt worden ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Schmiermittels mit einem niedrigen Fließpunkt und einem hohen Viskositäte Index nach einem 4er Ansprüche 1 bis ~$» bei welchem ein
normales c-Monoolefln mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder
009816/ 1368
eine Mischung solcher a-Monoolefine mit einer mittleren Kettenlänge
von etwa 10 Kohlenstoffatomen thermisch oder katalytisch in Gegenwart eines Di-tert.-alkylperoxyds oder eines
Friedel-Crafts-Katalysators zu einem flüssigen Produkt polymerisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem
flüssigen polymerisierten cc-Monoolefin die dimeren Verbindungen
abdestilliert," die Ruckstandsfraktion vollständig mit
Wasserstoff sättigt und das erhaltene Hydrierungsprodukt zwischen 10 Stunden und 1 Stunde auf eine Temperatur zwischen
^16 und 3710C erhitzt ader diese Wärmebehandlung auf die Rückstands
fraktion vor der Hydrierung anwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man als a-Monoolefin 1-Decen verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als α-MonooIefinkomponente eine Mischung aus 25 Gew.-^
1-Hexen, 25 Gew.-^ 1-Octen, 20 Gew.-^ 1-Decen und 25 Gew.-#
1-Dodecen verwendet.
0 fi 'i;.1 6 / 1 3 G 8
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US123126A US3149178A (en) | 1961-07-11 | 1961-07-11 | Polymerized olefin synthetic lubricants |
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