FI82945B - Smoerjoljekompositioner. - Google Patents

Description

! 82945

Voiteluöljykoostumuksia

Keksinnön kohteena ovat voiteluöljykoostumukset, jotka sisältävät yhtä tai useampaa voiteluöljyä, yhtä 5 tai useampaa emäksistä suolaa ja yhtä tai useampaa polyesteriä tai niiden suolaa.

Polttoaineitten palamisen aikana polttomoottoreissa happamat palamistuotteet voivat löytää tiensä moottoriöljyyn ja siten aiheuttaa moottorin korroosiota. 10 Happamien palamistuotteitten neutraloimiseksi polyvalent-tisten metallien ja nafteenihappojen emäksisiä suoloja voidaan liuottaa moottoriöljyyn. Mainittujen emäksisten suolojen liuosten stabiilisuus hiilivetyvoiteluöl-jyissä on todettu epätyydyttyväksi, ja näiden liuosten 15 stabiilisuuden on todettu tulevan vielä kehnommaksi sitä mukaa, mitä suuremmat määrät ne sisältävät emäksisiä suoloja ja sitä mukaa, mitä suurempi suolojen emäksisyys on.

Esillä olevan patenttthakemuksen kohteena ovat 20 tarkemmin sanottuna voiteluöljykoostumukset, jotka käsittävät: a) yhtä tai useampaa voitelyöljyä, b) yhtä tai useampaa orgaanisen hapon emäksistä metallisuolaa, ja 25 c) yhtä tai useampaa polyesterijohdannaista.

Keksinnölle on tunnusomaista, että emäksinen suo-; la on yksi tai useampi jonkin nafteenihapon ja moniarvoi sen metallin emäksinen suola ja että polyesterijohdannainen tai -johdannaiset ovat polyesterihappo tai sen suola, 30 jotka on johdettu yhdestä tai useammasta yleisen kaavan HO-X-COOH hydroksikarboksyylihaposta, jossa X on kaksiarvoinen tyydytetty tai tyydyttämätön alifaattinen radikaali, joka sisältää vähintään 8 hiiliatomia ja jossa vähintään 4 hiiliatomia sijaitsee hydroksyyliryhmän ja 35 karboksyyliryhmän välissä, tai polyesterihappo tai sen 2 82945 suola on johdettu yhden tai useamman tällaisen hydroksyy-likarboksyylihapon ja yhden tai useamman hydroksyyliryhmiä sisältämättömän karboksyylihapon seoksesta.

Keksinnön koostumuksissa läsnä olevat voiteluöljyt 5 ovat edullisesti hiilivetyvoiteluöljyjä, jotka voivat olla mineraaliöljyjä tai synteettisiä. Koostumukset voivat myös sisältää hiilivetyvoiteluöljyjen seoksia. Esimerkki tällaisesta seoksesta on mineraalivoiteluöljyjen seos, esimerkiksi tislevoiteluöljyn ja jäännösvoiteluöl-10 jyn seos. Toinen esimerkki tällaisesta seoksesta on mineraalivoiteluöl jyn ja synteettisen hiilivetyvoiteluöl-jyn seos. Esimerkkeinä sopivista synteettisistä hiilivetyvoiteluöl jyistä voidaan mainita polyolefiinit, kuten polyisobutyleenit. Edullisesti voiteluöljykomponent-15 ti keksinnön mukaisissa koostumuksissa on mineraalivoiteluöl jy tai mineraalivoiteluöljyjen seos. Voiteluöljy-koostumuksisas läsnä olevien voiteluöljyjen viskositeetti voi vaihdella laajalla alueella.

Keksinnön mukaisessa koostumuksessa esiintyvät 20 polyvalenttisten metallien ja nafteenihappojen emäksiset suolat ovat edullisesti alkuaineitten jaksollisen järjestelmän ryhmän II metallien suoloja, joiden ato-minumero on vähintään 12 ja enintään 56. Tarkemmin etusija annetaan metallien barium, kalsium ja magnesium 25 suoloille, erityinen etusija annettaessa kalsiumsuoloil-le. Mitä tulee nafteenihappoihin, joista emäksiset suolat johdetaan, nafteenihapoista johdetut suolat keskimääräiseltä molekyylipainoltaan välillä 150 ja 750 ja suolat emäksisyydeltään välillä 100 ja 1000 ja erityi-30 sesti välillä 250 ja 1000 ovat edullisia. Emäksisten suolojen emäksisyys lasketaan seuraavan kaavan avulla,

M

emäksisyys % = ( ^ - 1) x 100, 35 3 82945 jossa M tarkoittaa metalliekvivalenttien lukumäärää ja E karboksyylihappoekvivalenttien lukumäärää paino-yksikköä emäksistä suolaa kohti.

Keksinnön mukaisissa voiteluöljykoostumuksissa 5 esiintyvät polyesterit johdetaan joko tietyistä hydrok- sikarboksyylihapoista tai yhden tai useamman tällaisen hydroksikarboksyylihapon ja yhden tai useamman hydrok-syyliryhmiä sisältämättömän karboksyylihapon seoksesta. Polyesterien suolat ovat myös hyvin sopivia esillä ole-10 vaan tarkoitukseen. On edullista käyttää polyestereitä, jotka on johdettu hydroksikarboksyylihapoista, joissa radikaali X sisältää 12-20 hiiliatomia. Edelleen, etusija annetaan hydroksikarboksyylihapoille, joissa 8- 14 hiiliatomia sijaitsee hydroksyyliryhmän ja kar- 15 boksyyliryhmän välissä. Hydroksikarboksyylihapossa esiin tyvä hydroksyyliryhmä on edullisesti sekundäärinen hyd-roksyyliryhmä. Esimerkkejä sopivista hydroksikarboksyylihapoista, joista polyesterit voidaan johtaa, ovat 9- hydroksisteariinihappo, 1O-hydroksisteariinihappo, 20 12-hydroksisteariinihappo ja risiiniöljyhappo. Jos po lyesterit johdetaan yhden tai useamman hydroksikarboksyylihapon ja yhden tai useamman hydroksyyliryhmiä sisältämättömän karboksyylihapon seoksesta, on edullista, että jälkimmäisessä karboksyylihappojoukossa käyte- 25 tään tyydytettyjä tai tyydyttämättömiä 8-20 hiiliatomia sisältäviä karboksyylihappoja kuten lauriinihappoa, pal-mitiinihappoa, steariinihappoa ja öljyhappoa. Voiteluöl jykoostumuksissa keksinnön mukaisesti käytetyt polyesterit voidaan valmistaa yksinkertaisella tavalla 30 lämmittämällä yhtä tai useampaa hydroksikarboksyyli- happoa, vapaavalintaisesti yhdessä yhden tai useamman hydroksyyliryhmiä sisältämättömän karboksyylihapon kanssa, vapaavalintaisesti liuottimen ja/tai esteröintika-talysaattorin läsnäollessa, edullisesti lämpötilassa 35 välillä 100 ja 200°C. Esimerkkejä sopivista karboksyyli- 4 82945 happoseoksista, joita voidaan käyttää lähtöaineena polyesterien valmistuksessa, ovat 9-hydroksisteariiniha-pon ja 1O-hydroksisteariinihapon seokset, 12-hydroksi-steariinihapon ja steariinihapon seokset, 12-hydroksi-5 steariinihapon seokset palmitiini- ja steariinihapon kanssa ja risiiniöljyhapon ja öljyhapon seokset. Voi-teluöljykoostumuksessa etusija annetaan polyesterien käytölle, jotka on johdettu 12-hydroksisteariinihaposta tai oleellisesti 12-hydroksikarboksyylihapoista koostu-10 vasta karboksyylihapposeoksesta. Mitä tulee edulliseen voiteluöljykoostumuksissa läsnä olevien polyesterien keskimääräiseen molekyylipainoon, etusija annetaan polyestereille, joiden keskimääräinen molekyylipaino on 500-4000 ja erityisesti 1000-2500.

15 Polyesterien asemesta tai niiden lisäksi voite luöl jykoostumukset voivat myös sisältää polyesterien suoloja. Nämä suolat voivat olla metallisuoloja, kuten alkalimetallisuoloja tai maa-alkalimetallisuoloja, sekä myös polyestereitten reaktiotuotteita emästen kuten am-20 moniakin ja amiinien kanssa. Jos voiteluöljykoostumuk- seen kuuluu polyesterien suola, tämä suola on edullisesti maa-alkalimetallisuola ja erityisesti kalsium-suola.

Määrät, joissa emäksisiä suoloja ja polyesterei-25 tä esiintyy keksinnön mukaisissa voiteluöljykoostumuk sissa, voivat vaihdella hyvin laajalla alueella. Yksi syistä on se, että sen lisäksi, että esillä oleva keksintö sisältää voiteluöljykoostumukset, joissa lisäaineita on läsnä väkevyyksissä, jotka ovat tavallisia val-30 miissa moottoriöljyissä, sen kohteena ovat myös lisäai- neväkevöitteet voiteluöljyssä. On tunnettua, että voiteluöl jylisäaineitten varastointia ja kuljetusta varten normaali menettely on käyttää voiteluöljyssä lisäaine-väkevöitteitä, jotka voidaan laimentaa voiteluöljyllä 35 moottoriöljyjen valmistamiseksi. Koska emäksisten suo- i, 5 82945 lojen liuosten stabiilisuus voiteluöljyissä pienenee sitä mukaa, mitä suurempia määriä nämä liuokset sisältävät emäksisiä suoloja, kuten edellä on esitetty, ja koska väkevöitteet voiteluöljyssä voivat sisältää 5 noin 90 paino-%:iin saakka emäksisiä suoloja, esillä oleva keksintö on erityisen tärkeä näiden väkevöitteit-ten stabiloinnille. Mitä tulee voiteluöljykoostumuksiin, joissa näitä emäksisiä suoloja on läsnä sellaisissa väkevyyksissä, jotka ovat tavallisia valmiissa mootto-10 riöljyissä, sekä voiteluöljykoostumukset, jotka sisäl tävät niin vähän kuin noin 0,5 paino-% emäksistä suolaa ja voiteluöljykoostumukset, jotka sisältävät jopa 35 paino-% emäksistä suolaa, ovat käyttökelpoisia moot-toriöljyksi.

15 Polyesterit, jotka ovat läsnä keksinnön mukaisis sa voiteluöljykoostumuksissa, myös pieninä väkevyyksinä käytettyinä, laskettuna emäksisistä suoloista, johtavat huomattavaan parannukseen stabiilisuudessaan, ja niiden stabiilisuutta parantava vaikutus ulottuu yli 20 hyvin laajan väkevyysalueen. Edelleen on keksitty, että stabiloivan vaikutuksensa lisäksi esillä olevilla polyestereillä on myös puhdistava vaikutus, joka tekee ne pystyviksi hillitsemään moottorin likaantumista. Jälkimmäisen ominaisuutensa ansiosta voi olla 25 toivottavaa sisällyttää voiteluöljykoostumuksiin huo mattavasti suurempi määrä polyesteriä, kuin käytettäisiin pelkästään stabiilisuuden parantamissyistä. Yleensä keksinnön mukaiset voiteluöljykoostumukset eivät sisällä vähempää kuin 0,01 paino-% eivätkä enempää kuin 30 45 paino-% polyestereitä, erityisesti ne sisältävät polyestereitä välillä 0,05 - 5 paino-%.

Emäksisten suolojen ja polyestereitten lisäksi voiteluöljykoostumukset voivat myös sisältää muita lisäaineita kuten hapetuksen estoaineita, korroosiota es-35 täviä lisäaineita, ruostumista estäviä lisäaineita, vaah- donestolisäaineita, kulumisenestolisäaineita, korkeapai- 6 82945 nelisäaineita ja viskositeettia parantavia ja/tai viskositeetti-indeksiä parantavia lisäaineita.

Esillä olevat voiteluöljykoostumukset voidaan valmistaa yksinkertaisella tavalla yhdistämällä yksi 5 tai useampia hiilivetyvoiteluöljyjä, yksi tai useampia emäksisiä suoloja, yksi tai useampia polyestereitä tai niiden suoloja ja vapaavalintaisesti yksi tai useampia muita lisäaineita. Jos keksinnön mukaiset voiteluöljykoostumukset ovat käytettävissä väkevöitteitten muo- 10 dossa, näitä voidaan käyttää voiteluöljykoostumusten valmistamiseksi, jotka soveltuvat käyttöön moottoriöljy-nä, laimentamalla niitä yhdellä tai useammalla hiilivetyvoiteluöl jyllä ja vapaavalintaisesti lisäämällä yhtä tai useampaa lisäainetta.

15

Keksintöä kuvataan nyt seuraavan esimerkin avulla. Esimerkki

Joukossa kokeita määritettiin mikä vaikutus poly-estereitten lisäämisellä oli nafteenihappojen emäksisten suolojen liuosten stabiilisuuteen hiilivetyvoitelu- 20 öljyssä. Käytetty hiilivetyvoiteluöljy oli mineraali- voiteluöljyn viskositeetiltaan 160 sekuntia Redwood 1 60°C:ssa ja mineraalivoiteluöljyn viskositeetiltaan 650 sekuntia Redwood I 60°C:ssa 3,25:1 tilavuussuhteinen seos. Kokeissa käytettiin seuraavia emäksisiä suoloja 25 ja polyestereitä. Suola I: Kalsiumnaftenaatti emäksisyydeltään 760 % ja kalsiumpitoisuudeltaan 7,09 paino-%. Suola 2: Kalsiumnaftenaatti emäksisyydeltään 740 % ja kalsiumpitoisuudeltaan 8,49 paino-%. Suola 3: Kalsiumnaftenaatti emäksisyydeltään 730 % ja kalsiumpitoisuudel-3 0 taan 8,43 paino-%. Polyesteri A: 12-hydroksisteariini-hapon polyesteri keskimääräiseltä molekyylipainoltaan noin 1800. Polyesteri B: polyesterin A kalsiumsuola. Polyesteri C: 12-hydroksisteariinihapon polyesteri keskimääräiseltä molekyylipainoltaan noin 3500.

t 7 82945

Joukko voiteluöljykoostumuksia valmistettiin liuottamalla voiteluöljyseokseen sitä sekoittaen o 60 C:ssa niin paljon kutakin suolaa 1-3, että saatiin koostumukset, joiden TBN-arvo oli 70 mg KOH/g, määri-5 tettynä ASTM D2896/IP 276 mukaan.

Stabiilisuuden määrittämiseksi joukko kalibroituja sentrifugiputkia, ASTM D96:ssa kuvatusti, täytettiin 100 ml:11a valmistettuja voiteluöljykoostumuksia, joihin oli lisätty vaihtelevat määrät polyestereitä A-C. 10 Oli myös joukko tapauksia, joissa polyesteriä ei li sätty voiteluöljykoostumuksiin, tai joissa polyesterin asemesta lisättiin 12-hydroksisteariinihappoa. Sentri-fugiputket sijoitettiin uuniin 140°C:een 7 päivän ajaksi. 2 päivän kuluttua ja 7 päivän kuluttua kiinteän ai-15 neen määrät, jotka olivat saostuneet, luettiin putkien asteikoilta ilmaistuina til-%:na.

Näiden kokeiden tulokset on annettu taulukossa. Taulukoissa mainituista voiteluöljykoostumuk-sista koostumukset 5-18, 20-22 ja 24-26 ovat keksinnön 20 mukaisia koostumuksia. Koostumukset 1-4, 19 ja 23 ovat keksinnön suojapiirin ulkopuolella. Ne on sisällytetty patenttihakemukseen vertailun vuoksi.

‘ Esillä olevien polyestereitten ja niiden suolo jen suotuisa vaikutus hiilivetyvoiteluöljyissä esiin-25 tyvien emäksisten suolojen liuosten stabiilisuuteen tulee varsin ilmeiseksi, kun tehdään vertailu seuraa-vien koostumusten stabiilisuuksien välillä koostumukset 5-18 ja koostumus 1, koostumukset 20-22 ja koostumus 19 ja 30 koostumukset 24-26 ja koostumus 23.

Taulukossa annetut tulokset osoittavat edelleen, että 12-hydroksisteariinihapon lisääminen polyesterin asemesta ei tuota merkittävää parannusta stabiilisuuteen.

8 82945

Taulukko

Saostuneen kiinteän aineen mää-

Voitelu- Lisätyn rä, til.-%_ 5 öljy- Emäksi- aineen 2 päivän 7 päivän koostumus nen suola Lisätty väkevyys kulut- kulut- nro nro aine paino-% tua tua 1 1 - - 23 15 2 1 12-hydrok- 0,2 18 14 •*0 sistearii- nihappo 3 1 0,4 17 12 4 1 " 0,6 18 13 5 1 Polyesteri A o,l 0,5 2 15 6 1 " 0.2 0,0 < 0;05 7 1 " 0,4 0.0 0,0 8 1 " 0,6 0,0 0,0 9 1 " 0,8 < 0,05 0,05 10 1 1,2 0,0 0,0 2Q 11 1 Polyesteri B 0,2 0,08 0,08 12 1 " 0,4 0,0 < 0,05 13 1 " 0,6 0,0 < 0,05 14 1 Polyesteri C 0,2 1,0 1,0 15 1 " 0,4 < 0,05 0,05 25 16 1 " 0,6 < 0,05 0,05 17 1 0,8 < 0,05 0,05 18 1 " 1,0 < 0,05 < 0,05 19 2 - - 23 17 20 2 Polyesteri A 0,2 < 0,05 < 0,05 3Q 21 2 " 0,4 0,0 < 0,05 22 2 0,6 0,0 0,0 23 3 - - 20 14 24 3 Polyesteri A 0,2 < 0,05 0,6 25 3 " 0,4 0,0 < 0,05 26 3 " 0,6 0.0 < 0,05 35 r r f

Claims (10)

1. Voiteluöljykoostumukset, jotka käsittävät a) yhtä tai useampaa voiteluöljyä, 5 b) yhtä tai useampaa orgaanisen hapon emäksistä metallisuolaa, ja c) yhtä tai useampaa polyesterijohdannaista, tunnetut siitä, että emäksinen suola on yksi tai useampi jonkin nafteenihapon ja moniarvoisen metallin 10 emäksinen suola ja että polyesterijohdannainen tai -johdannaiset ovat polyesterihappo tai sen suola, jotka on johdettu yhdestä tai useammasta yleisen kaavan HO-X-COOH hydroksikarboksyylihaposta, jossa X on kaksiarvoinen tyydytetty tai tyydyttämätön alifaattinen radikaali, joka 15 sisältää vähintään 8 hiiliatomia ja jossa vähintään 4 hiiliatomia sijaitsee hydroksyyliryhmän ja karboksyyliryhmän välissä, tai polyesterihappo tai sen suola on johdettu yhden tai useamman tällaisen hydroksyylikarboksyylihapon ja yhden tai useamman hydroksyyliryhmiä sisältämättömän 20 karboksyylihapon seoksesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset voiteluöljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne emäksisinä suoloina sisältävät yhtä tai useampaa barium-, kalsium- tai magnesiumsuolaa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaiset voiteluöl jykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät emäksisiä suoloja, jotka on johdettu nafteenihapoista, joiden keskimääräinen molekyylipaino on 150 - 750.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukaiset voitelu-30 öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät polyestereitä tai niiden suoloja, jotka on johdettu hydroksikarboksyylihapoista, joissa radikaali X sisältää 10-20 hiiliatomia.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaiset voitelu-35 öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisäl- 10 82945 tävät polyesteitä tai niiden suoloja, jotka on johdettu hydroksikarboksyylihapoista, joissa 8-14 hiiliatomia sijaitsee hydroksyyliryhmän ja karboksyyliryhmän välissä.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukaiset voitelu-5 öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät polyestereitä tai niiden suoloja, jotka on johdettu hydroksikarboksyylihapoista, jotka sisältävät sekundäärisen hydroksyyliryhmän.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukaiset voitelu-10 öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät polyestereitä tai niiden suoloja, jotka on johdettu 12-hydroksisteariinihaposta tai oleellisesti 12-hydroksi-steariinihaposta koostuvasta karboksyylihappojen seoksesta.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukaiset voitelu- öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät polyestereitä tai niiden suoloja, joiden keskimääräinen molekyylipaino on 500-4000.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaiset voitelu-20 öljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät polyestereitten maa-alkalimetallisuoloja.

9 82945

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaiset voite-luöljykoostumukset, tunnetut siitä, että ne sisältävät 0,5 - 90 paino-% emäksisiä suoloja ja 0,01 - 45 pai- 25 no-% polyestereitä tai niiden suoloja. il 82945