DE2523775A1 - Schmiermittel - Google Patents
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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
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.
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.
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.
Schmiermittelformulierung
Dauerfestigkeit (Cyclen) bei 7734,1
kg. cm~2 Nominalbelastung
Mineralöl
Mineralöl
Mineralöl
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.
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
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)
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.
509850/0989
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.
0/0989
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