DE2523775A1 - Schmiermittel - Google Patents

Schmiermittel

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DE2523775A1 DE19752523775 DE2523775A DE2523775A1 DE 2523775 A1 DE2523775 A1 DE 2523775A1 DE 19752523775 DE19752523775 DE 19752523775 DE 2523775 A DE2523775 A DE 2523775A DE 2523775 A1 DE2523775 A1 DE 2523775A1
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William Russel Murphy
Carleton Norwood Rowe
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Mobil Oil Corp
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Description

«•ATENT* N- WALTE
DR. E. WicGAiND DIPu-ING. W. NlEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
MÖNCHEN HAMBURG 2523775
TELEFON: 555476 8000 M ö N C H E N 2, TELEGRAMME: KARPATENT MATHI LDENSTRASSE 12 TELEX: 529068 KARP D
28. Mai 1975
W 42 320/75 EcL/tr
Mobil Oil Corporation New York, N.Y. (V.St.A.)
Schmiermittel
Die Erfindung bezieht sich auf Schmiermittel und insbesondere auf Schmiermittel, die mit Wasser verunreinigt werden können.
Schmiermittel, wie Schmieröle und Schmierfette, werden oft durch beträchtliche Mengen Wasser verunreinigt, was zu einer nachteiligen Wirkung auf die Dauerfestigkeit von Metallen, wie Lagern, Getrieben und anderen bewegten Maschinenteilen, führt. Die Gegenwart von Wasser tritt oftmals durch Kondensation aufgrund der Erwärmung und nachfolgenden Abkühlung des Schmiermittels auf. In vielen Fällen kann in den Schmiermitteln Wasser in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-% vorliegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schmiermittel zu schaffen, bei denen durch Zusätze die nachteilige Wirkung des Wassers bezüglich der Dauerfestigkeit von Metallen verhindert wird.
Es ist bekannt, Bernsteinsäureverbindungen als Zusätze in Schmiermitteln und Brennstoffen zu verwenden. Beispielsweise sind in der US-PS 3 24-7 110 Zusätze für Brennstoffe und Schmiermittel beschrieben, die durch Umsetzung von Monoamiden von Alkenylbernsteinsäuren mit einer Metallverbindung unter Bildung eines Metallsalzes des Ealbamids hergestellt werden.
.In der US-PS 3 635 686 sind Zusätze für Brennstoffe beschrieben, die durch Umsetzung eines Metallalkoxids mit einer Alkenylbernsteinsäure oder dem entsprechenden Anhydrid oder dem Alkylester hergestellt werden. Die Reaktionsprodukte umfassen Metallsalze der Bernsteinsäurehaibester.
Es wurde nunmehr gefunden, dass die nachteilige Wirkung des Wassers in Schmiermitteln bezüglich der Dauerfestigkeit von Metallen wirksam bekämpft werden kann, indem dem Schmiermittel ein Aminsalz eines Halbesters einer Alkyl- oder Alkenyl-substituierten Bernsteinsäure zugesetz.t wird.
Im allgemeinen liegt das Aminsalz in einer Menge zwischen etwa 0,01 und 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung vor.
Die Aminsalze können durch Umsetzung eines Halbesters einer Alkyl- oder Alkenyl-substituierten Bernstein-
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säure mit einem Amin, im allgemeinen einem monobasischen Amin, hergestellt werden. Die Halb- (oder Mono-) Ester der Alkyl- oder Alkeny!bernsteinsäure können durch Veresterung der entsprechenden Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure oder des Anhydrids mit.einem Alkohol hergestellt werden.
Alkyl- oder Alkeny1-substituierte Bernsteinsäuren und deioi Anhydride sind allgemein bekannt. Sie werden durch Umsetzung eines Olefins oder Olefinpolysers mit Maleinsäureanhydrid hergestellt. Gegebenenfalls kann die Ungesättigtheit des Alkenylsubstituenten durch Hydrierung zu einem Alkylsubstituenten verringert bzw. vermieden werden.
Die Substituenten unterstützen eine öl löslichkeit des Produktes. Die Kettenlänge der Substituenten wird deshalb normalerweise so gewählt, dass eine gute Löslichkeit erreicht wird. Die Kettenlänge variiert normalerweise zwischen 4- und 100 Kohlenstoffatomen und liegt vorzugsweise bei 4- bis 30 Kohlenstoffatomen, obwohl längere Ketten, z.B. mit 50 bis 300 Kohlenstoffatomen, verwendet werden können. Die Kettenlänge der Substituentengruppe wird· natürlich von dem in der Reaktion mit dem Maleinsäureanhydrid verwendeten Olefin oder Polymer bestimmt. Geeignete Olefine zur Umsetzung mit dem Maleinsäureanhydrid sind beispielsweise: Decen, Dodecen, Hexadecen, Octadecen, Eicosen, Tetraeicosen und Triaconten. Bevorzugte Olefinpolymere sind beispielsweise: Tetrapropen, Tetra-n-butylen und Tetra-iso-butylen.
Die Alkyl- oder Alkenylbernsteinsäure (oder das entsprechende Anhydrid) wird zuerst mit einem Alkohol
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unter Bildung des Halbesters verestert. Es werden etwa äquimolare Mengen der Säure oder des Anhydrids und des Alkohols verwendet. Die Alkohole weisen im allgemeinen 1 bis 40 und vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatome auf. Geeignete Alkohole sind beispielsweise: Methanol, Äthanol, n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, tert.-Butanol, sek.-n-Butanol, Amylalkohol, Hexanol, Octanol, Decanol, Dodecanol, Octadecanol und Eisosanol. Es können primäre, sekundäre oder tertiäre und verschiedene verzweigtkettige und substituierte Alkohole verwendet werden, obwohl mit Alkylgruppen substituierte Alkohole bevorzugt werden. Die Veresterungsreaktion wird unter üblichen Veresterungsbedingungen, z.B. mit einem Säurekatalysator (wie der Wasserstofform eines Ionenaustauschharzes oder Sulfonsäure) unter Rückflussbedingungen durchgeführt.
Der Halbester wird dann'mit einem Amin neutralisiert. Die Amine können monobasische, z.B. Methylamin, Äthylamin, Propylamin oder Butylamin, oder mehrbasische, z.B. Ethylendiamin, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Tetramethylenpentamin oder Hexamethylendiamin, sein. Es können primäre, sekundäre oder tertiäre Amine, z.B. Methylamin, Dimethylamin oder Trimethylamin, verwendet werden. Tributylamin wird besonders bevorzugt. Die an die Aminogruppe gebundenen Gruppen können Alkylgruppen, z.B. Butyl, Hexyl, Arylgruppen, z.B. Phenyl, Naphthyl, Aralkylgruppen, z.B. Benzyl, AIkarylgruppen, z.B. ToIyI, oder Alkenylgruppen, z.B. Butenyl oder Octenyl, sein. Die Umsetzung zwischen dem Amin und der Säure kann gewünschtenfalls in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden, im allgemeinen ist jedoch das Amin selbst als Reaktionsmedium geeignet. Die Umsetzung kann bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur durchgeführt werden.
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Die Aminsalze werden in das Schmiermittel eingebracht, das ein flüssiges Öl, z.B. ein Mineralöl oder ein synthetisches öl, oder ein Fett sein kann. Die Schmieröle oder Schmierfette, die die Basis des Schmiermittels bilden, sind im allgemeinen Mineralöle mit geeignetem Schmierviskositätsbereich, z.B. zwischen 5 und 1500 cSt bei 38° C und vorzugsweise 7 bis 50 cSt bei 99°C. Diese öle können Viskositätsindexe zwischen unterhalb 0 bis etwa 100 oder höher aufweisen. Viskositätsindexe zwischen 70 und 95 werden bevorzugt. Das durchschnittliche Molekulargewicht dieser öle liegt üblicherweise im Bereich zwischen etwa 250 und 800. Wenn das Schmiermittel in Form eines Fettes verwendet wird, wird das Schmieröl im allgemeinen in einer solchen ausreichenden Menge angewandt, dass dieses den Rest der gesamten Fettzusammensetzung nach Berücksichtigung der gewünschten Mengen an Verdickungsmittel und anderen Zusätzen ausmacht.
In Fällen, wo synthetische öle (als solche oder als Träger für Fette) Mineralölen vorgezogen werden, oder mit diesen kombiniert werden, können verschiedene Verbindungen dieser Art mit Erfolg verwendet werden. Geeignete synthetische Träger sind beispielsweise: Polyolefine, wie Polybutene, hydrierte Polydecene; Glykolschmiermittel, wie Polypropylenglykol, Polyäthylenglykol; und synthetische Esterschmiermittel, wie Trimethylolpropanester, Neopentyl-und Pentaerythritester, Di(2-äthylhexyl)sebacat, Di(2-äthylhexyl)adipat, Di(butylpbthalat).
Die Schmiermittelträger der vorerwähnten Fette gemäss der Erfindung, die die Aminsalze enthalten, können mit geeigneten Mengen an Verdickungsmitteln, wie üblichen Metallsalzen oder -seifen, Salz/Seifen-Komplexen, insbe-
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sondere den Calcium- und Calcium/Blei-Komplexen oder Hicht-Seifenverdickungsmitteln, wie oberflächenmodifizierten Tonen und Siliciumoxiden und Ary!harnstoffen, kombiniert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
In ein 250 ml Becherglas wurden 6,09 g (0,25 Mol) Monomethyl-n-octeny!bernsteinsäure eingebracht und mit einem Magnetrührer gerührt'. Anschliessend wurden 46,5 g (0,25 Mol) Tributylamin während 10 Minuten langsam zugegeben. Es wurde eine weitere Stunde gerührt und Tributylammonium-monomethyl-n-octenylsuccinat in quantitativer Ausbeute (107,4 g) erhalten. Die Struktur des Produktes wurde durch das Infrarot-Spektrum bestätigt.
Beispiel 2
Gemäss der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurden 127 g (0,369 Mol) Mono-sek.-butyl-tetrapropeny!bernsteinsäure langsam mit 68,5 g (0,369 Mol) Tributylamin umgesetzt. Die Ausbeute an Tributylammonium-mono-sek.-butyltetrapropenylsuccinat war quantitativ (195 j 5 g)· Durch das Infrarot-Spektrum wurde die Struktur bestätigt.
Die Aminsalze der Beispiele 1 und 2 wurden bezüglich der Inhibierung der durch Wasser induzierten Beeinträchtigung der Dauerfestigkeit in einem Mineralö!schmiermittel untersucht, v/obei eine Yersuchsvorr-icntung zur Bestimmung der Ermüdung in Form einer rotierenden Spindel verwendet wurde.
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Für diesen Versuch wurden gering gekerbte SAE 52IOO Stahlproben einer Länge von 4-5 cm und einem gekerbten Durchmesser von 6,35 nua verwendet. Die einzelnen Proben wurden vollständig in die untersuchten Schmiermittel eingetaucht, die bei einer Temperatur von 4-9°C gehalten wurden. Während des Versuches wurden die Proben durch hängende Gewichte und Rotieren mit 6000 IT/min beansprucht. Jedes Schmiermittel wurde über einen Beanspruchungsbereich untersucht, wobei charakteristische Werte bezüglich der Dauerfestigkeit erhalten wurden.
Das mit Wasser verunreinigte Mineralöl war ein reines SAE 20 öl, das nur ein Antioxydationsmittel und etwa 0,009 Gew.-% Wasser enthielt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefasst.
Tabelle I
Schmiermittelformulierung
Dauerfestigkeit (Cyclen) bei 7734,1 kg. cm~2 Nominalbelastung
Mineralöl
Mineralöl
Mineralöl
Mineralöl
Mineralöl
+ 0,05 Gew.-% Wasser
+ 0,05 Gew. + 0,10 Gew.· bindung des
+ 0,05 Gew.· + 0,10 Gew.· bindung des
+ 0,10 Gew.· bindung des
-% Wasser -% der Ver-Beisp.
-% Wasser -% der Ver-Bei sp.
-% der Ver-Beisp.
22 χ 10 7,5 x Κ
22 χ 10*
14- χ 1(/
23 χ 10Ζ
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Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass die gemäss der Erfindung eingesetzten Aminsalze der nachteiligen Wirkung des Wassers bezüglich der Dauerfestigkeit in flüssigen Schmiermitteln entgegen wirken.
Um die Wirkung der Aminsalze in Fetten zu zeigen, wurden die nachstehenden, in Tabelle II gezeigten Versuchsdaten ermittelt, die in gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, erhalten xtfurden. Das verwendete Fett war ein Lithium-12-hydroxy-stearat-bleiseifenfett, das Oxydations-, Eost- und Korrosionsinhibitoren enthielt. Der Träger war ein Mineralöl mit hohem Viskositätsindex.
Tabelle II
Schmiermittelformulierung
Fett
Fett + 5 Gew.-% H2O
Fett + 5 Gew.-% HpO +0,5 Gew.-% Verbindung des Beispiels 1
Dauerfestigkeit (Cyclen) bei 7734,1 kg. cm~2
Hbminalbelastung
17 x 10 11 χ Λ01
15 x 10
Aus Tabelle II ist ersichtlich, dass die gemäss der Erfindung eingesetzten Aminsalze auch bei Fetten die schädliche Wirkung des Wassers bezüglich der Dauerfestigkeit bei Metallen in hohem Ausmass verhindern.
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Schitiiemittel auf der Basis eines Öls mit Schmierviskosität, dadurch gekennzeichnet, dass es ein 1minsalz eines Halbesters einer Alkyl- oder Alkenyl-substituierten Bernsteinsäure enthält.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminsalz in einer Menge zv/ischen 0,01 und 10 Gew.-% vorliegt.
$. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminsalz in einer Menge zwischen 0,1 und"5 Gew.-% vorliegt.
4. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, dass der Alkyl- oder Alkenylsubstituent 4 bis 50 Kohlenstoffatome enthält.
5- Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkenylsubstituent ein Tetrapropenylsubstituent ist.
6. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbester ein Alkylhalbester ist, in dem die Alkylgruppe der Estergruppe 1 bis 20 Kohlenstoffatome enthält.
7· Schmiermittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylgruppe der Estergruppe eine Butylgruppe ist.
8. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin ein Alkylmonoamin ist.
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9. Schmiermittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Amin Tributylamin ist.
10. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminsalz Tributylammoniuinmonomethyl-n-octenylsuccinat ist.
11. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminsalz Tributylammoniummono-sek.-butyltetrapropenylsuccinat ist.
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