DE69828628T2

DE69828628T2 - Schmierölzusammensetzungen

Info

Publication number: DE69828628T2
Application number: DE69828628T
Authority: DE
Inventors: Ian Peter Abingdon FIELD; Marc Etienne TAMIGNIAU
Original assignee: Total Petrochemicals Research Feluy SA; Infineum USA LP
Current assignee: Total Petrochemicals Research Feluy SA; Infineum USA LP
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: AU9274198A; JP2012097275A; JP2001519457A; US20050137099A1; US6844301B2; WO1999018175A1; JP5604453B2; CA2305396A1; JP2009197243A; JP5654211B2; EP1019464A1; DE69828628D1; ATE286957T1; EP1019464B1; EP1496102A1; CA2305396C; US20030027730A1; EP1496102B1

Description

Diese Erfindung betrifft Schmierzusammensetzungen, insbesondere Zusammensetzungen, die zur Verwendung bei der Kurbelgehäuseschmierung in einem Kolbenmotor, insbesondere Diesel-(kompressionsgezündeten)Motor geeignet sind. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung bestimmter Komponenten, um verbesserte Eigenschaften in bestimmten Aspekten zu ergeben.
Es gibt eine zunehmende Nachfrage nach einer Verbesserung des Wirkungsgrades und der Nutzlebensdauer von auf Öl beruhenden Schmiermitteln. Ein Faktor, der die Nutzlebensdauer einer Schmierzusammensetzung wesentlich verkürzt, ist Oxidation. Dies führt zur Bildung von Säuren, die dazu neigen, Motorteile zu korrodieren, und zu einer unerwünschten Viskositätszunahme, die die Nützlichkeit der Zusammensetzung als Schmiermittel reduziert.
Ein Hauptzweck eines Schmiermittels ist es, die Reibung zwischen beweglichen Teilen zu reduzieren; bei einem Kurbelgehäuse-Schmiermittel führt eine Reibungsminderung zu einem niedrigeren Motorverschleiß und einem verbesserten Motorwirkungsgrad.
Ein weiterer Zweck eines Kurbelgehäuse-Schmiermittels ist es, alle Nebenprodukte der Verbrennung in Suspension zu halten, die ihren Weg in das Kurbelgehäuse finden, wobei die Bildung von Schlamm und Ablagerungen verhindert wird, die sonst den Motor verschmutzen würden.
Es bleibt ein Bedarf nach einer Verbesserung aller dieser Funktionen und Eigenschaften von Schmiermittelzusammensetzungen.
Die vorliegende Erfindung stellt die Verwendung eines Esters einer Karbonsäure mit höchstens 30 Kohlenstoffatomen und eines Alkohols bereit, wobei der Ester ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 5000 aufweist, um die Fähigkeit einer Schmiermittelzusammensetzung zu verbessern, teilchenförmige Verbrennungsprodukte in Suspension zu halten. Insbesondere stellt die Erfindung die Verwendung eines solchen Esters bereit, um die Rußtransporteigenschaften der Zusammensetzung zu verbessern.
Es können Mischungen der Ester verwendet werden, vorausgesetzt, ihr Gewichtsmittel-Molekulargewicht liegt oder ihre Eigenschaften liegen in den gewünschten Bereichen. In vielen Ausführungsformen kann sich dies aus der Verwendung eines Produkts als Säure und/oder Alkoholkomponente ergeben, das aus einer natürlichen (tierischen oder pflanzlichen) Quelle, oder aus einem Erdölgrundstoff abgeleitet wird, wobei in diesem Fall die Komponente eine Mischung von Materialien mit einem engen Bereich von Molekulargewichten sein wird. In anderen Ausführungsformen kann die Mischung aus Materialien mit weit differierenden Molekulargewichten bestehen, wie wenn zum Beispiel ein kleiner Anteil eines niedrigeren oder höheren Esters hinzugegeben wird, um die Eigenschaften, z.B. die Viskosität, der Esterkomponente oder der gesamten Schmiermittelzusammensetzung einzustellen.
Vorteilhafterweise beträgt das Molekulargewicht des Esters oder das Gewichtsmittel-Molekulargewicht der Estermischung höchstens 2000, liegt bevorzugter im Bereich von 400 bis 1000, vorzugsweise von 450 bis 1000 und am bevorzugtesten von 500 bis 750.
Der Ester ist vorteilhafterweise durch eine Reaktion von einer oder mehreren Karbonsäuren und einem oder mehreren Alkoholen, insbesondere durch eine Reaktion einer Polykarbonsäure und eines einwertigen Alkohols oder, vorzugsweise eines mehrwertigen Alkohols und einer Monocarbonsäure zu erhalten. Vorteilhafterweise ist der Ester ein aliphatischer, vorzugsweise ein gesättigter aliphatischer Ester.
Der Alkohol enthält vorteilhafterweise von 2 bis 8, vorzugsweise von 3 bis 6, und am bevorzugtesten 3 oder 4 veresterbare Hydroxylgruppen, und enthält vorteilhafterweise von 2 bis 10, vorzugsweise 5 oder 6 Kohlenstoffatome. Das Polyol ist vorteilhafterweise Trimethylolpropan, Pentaerythritol, Neopentylglykol oder Dimethylolpropan. Das Polyol kann eine oder mehr, vorteilhafterweise 1 oder 2 Etherfunktionen aufweisen; Beispiele solcher Verbindungen sind Oligomere der obenerwähnten Polyole, z.B. Di- oder Tripentaerythritol. Es können Cycloaliphatische Polyole verwendet werden, jedoch werden gegenwärtig aliphatische Polyole bevorzugt, insbesondere Trimethylolpropan. Die Säure enthält vorteilhafterweise höchstens 24, bevorzugter von 6 bis 18 Kohlenstoffatome, einschließlich des Carboxyl-Kohlenstoffatoms, und vorzugsweise von 8 bis 12, am bevorzugtesten 8 bis 10 Kohlenstoffatome und enthält, wie oben angegeben, vorteilhafterweise eine einzige Carboxylgruppe.
Als Säuren werden vorteilhafterweise aliphatische Säuren, vorzugsweise gesättigte aliphatische Säuren verwendet. Als Beispiele können Hexan-, Heptan-, Oktan-, Nonan-, Dekan-, Dodekan- und Stearinsäuren erwähnt werden. Die Säure kann linear oder verzweigt sein; es können aus Gründen der Verfügbarkeit hauptsächlich Mischungen der Säuren bevorzugt werden. In Ausführungsformen, in denen ein Polyol eingesetzt wird, kann es mit einer Mischung von Mono- und Polykarbonsäuren verestert werden, dem letztgenannten vorteilhafterweise in einem kleineren Anteil, um einen sogenannten komplexen Ester zu ergeben. Entsprechend kann eine Karbonsäure mit einer Mischung aus Mono- und Polyolen verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist der Ester im wesentlichen frei von nicht umgesetzten Alkohol- und Säureanteilen; vorteilhafterweise beträgt die Säurezahl des Esters höchstens 5, vorzugsweise höchstens 1 mg KOH/g.
Vorteilhafterweise beträgt der Fließpunkt des Esters, der durch ASTM D97 gemessen wird, höchstens –15°C, vorzugsweise höchstens –21°C. Seine Viskosität bei 100°C liegt vorteilhafterweise im Bereich von 3 bis 12, und vorzugsweise im Bereich von 4 bis 8, mm²/s oder cSt. Sein Viskositätsindex beträgt vorteilhafterweise mindestens 120, vorzugsweise von 130 bis 160, der durch ASTM D2270 gemessen wird.
Die Erfindung stellt folglich außerdem die Verwendung eines Esters mit einem ASTM D97 Fließpunkt von höchstens –15°C, einer Viskosität bei 100°C im Bereich von 3 bis 12 mm²/s und einem ASTM D2270 Viskositätsindex von mindestens 120 bereit, um die Fähigkeit einer Schmiermittelzusammensetzung zu verbessern, teilchenförmige Verbrennungsprodukte, insbesondere Ruß in Suspension zu halten. Vorteilhafterweise weist der Ester eine Säurezahl von höchstens 5 mg KOH/g auf, und vorzugsweise ist sein chemischer Aufbau so gestaltet, wie oben definiert und beschrieben wird.
Ein gegenwärtig bevorzugter Ester ist Trimethylolpropan, das durch beigemischte C₈ bis C₁₀-Alkansäuren verestert wird, wie der Ester, der von FINA Chemicals als Radialube 7368 kommerziell erhältlich ist. Radialube ist ein Warenzeichen.
Wie unten detaillierter erläutert werden wird, wird eine typische Schmiermittelzusammensetzung zusätzlich zu einem natürlichen und/oder synthetischen Grundstoff verschiedene Additive enthalten, unter denen Detergentien, Dispersantien, Antioxydantien, verschleißmindernde Mittel, Korrosionsinhibitoren, Reibungsmodifiziermittel, Rostschutzmittel, Fließpunktverbesserer, Viskositätsmodifiziermittel und Schaumdämpfungsmittel erwähnt werden können. Es können zwei oder mehrere Materialien in jeder Funktionskategorie verwendet werden, und ein gegebenes Material kann in mehr als einer Funktionskategorie wirksam sein.
Es ist festgestellt worden, daß die reibungsmindernden Eigenschaften des Schmiermittels der vorliegenden Erfindung durch das Beimengen eines auf einem Amin beruhenden Reibungsmodifiziermittels verbessert werden können.
Die Erfindung stellt folglich ferner eine Schmiermittelzusammensetzung bereit, die einen Ester, wie oben definiert, und ein auf einem Amin beruhendes Reibungsmodifiziermittel aufweist, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Die Erfindung stellt außerdem ferner die Verwendung eines Esters, wie oben definiert, und eines auf einem Amin beruhenden Reibungsmodifiziermittel bereit, um die reibungsmindernden Eigenschaften einer Schmiermittelzusammensetzung zu verbessern.
Es ist außerdem festgestellt worden, daß die Oxidationsstabilität und Ablagerungskontrolle des esterhaltigen Schmiermittels der vorliegenden Erfindung durch das Beimengen eines Viskositätsmodifiziermittels, insbesondere eines Alkenylaren/Dien-Copolymer-Viskositätsmodifiziermittels, das ansonsten als ein Viskositätsindex-Verbesserungsmittel bekannt ist, und eines Antioxidans, insbesondere eines gehinderten Phenol-Antioxidans verbessert werden können.
Die Erfindung stellt desweiteren eine Schmiermittelzusammensetzung bereit, die einen Ester, wie definiert, ein Alkylenaren/Dien-Copolymer-Viskositätsmodifiziermittel und ein gehindertes Phenol-Antioxidans aufweist, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Die Erfindung stellt außerdem die Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung bereit, die einen Ester, wie definiert, ein Viskositätsmodifiziermittel, wie definiert, und ein gehindertes Phenol-Antioxidans enthält, um die Kontrolle von Kolben ablagerungen in einem Diesel-(kompressionsgezündeten)Motor zu verbessern.
Es wird erkannt werden, daß die Schmiermittelzusammensetzung vorteilhafterweise sowohl die reibungsmindernden als auch die ablagerungskontrollierenden Komponenten aufweisen wird.
In allen Ausführungsformen der Erfindung ist der Ester vorteilhafterweise in einem Anteil von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-%, und am bevorzugtesten von 15 Gew.-% bis 30 Gew.-%, der Gesamtzusammensetzung vorhanden.
Der Grundstoff kann zusätzlich zum erfindungsgemäß bereitgestellten Ester andere synthetische Grundstoffe enthalten, einschließlich Ester, die sich von den oben definierten unterschieden; Poly-α-Olefine, Polybutene, Alkylbenzene, alkylierte Naphthalene, Ester von Phosphorsäuren und Polysilikonölen, ebenso wie natürliche Grundstoffe.
Natürliche Grundstoffe, innerhalb der Group I, II oder III der API EOLCS 1509 Definition, umfassen Mineralschmieröle, die hinsichtlich ihrer Rohölquelle weit variieren können, zum Beispiel hinsichtlich dessen, ob sie paraffinisch, naphthenisch, gemischt oder paraffinisch-naphthenisch sind, als auch hinsichtlich des Verfahrens, das in ihrer Herstellung verwendet wird, zum Beispiel ihrem Destillationsverlauf und ob sie Einfachdestilliert oder gekrackt, hydrofiniert oder lösungsmittelextrahiert sind.
Es wird ein API Group III Grundstoff, zum Beispiel ein hydrogekrackter oder hydroisomerisierter Grundstoff bevorzugt, wobei ein hydroisomerisierter Grundstoff besonders bevorzugt wird. Der Grundstoff oder die Grundstoffe, die sich vom Ester unterscheiden, der durch die Erfindung bereitgestellt wird, bilden zusammen mit irgendeinem der vorhandenen Additive den Rest der Zusammensetzung.
Die Erfindung ist insbesondere auf Zusammensetzungen anwendbar, die zusätzlich zu dem Ester, wie oben definiert, einen API Group III Grundstoff, insbesondere einen hydroisomerisierten Grundstoff, und ein Detergent in einem Anteil enthalten, das einen Aschengehalt von mindestens 1,5 Gew.-%, vorteilhafterweise im Bereich von 1,5 Gew.-% bis 7 Gew.-%, und vorzugsweise von 1,5 Gew.-% bis 3 Gew.-%, am bevorzugtesten von 1,8 Gew.-% bis 3 Gew.-% ergibt.
Die Schmierölgrundstoffmischung weist praktischerweise bei 100°C eine Viskosität von 2, 5 bis 12 cSt oder mm²/s, und vorzugsweise 3,5 bis 9 cSt. oder mm²/s, auf, wobei der tatsächliche Wert von der Schmiermittelqualität abhängt, die hergestellt wird.
Als das auf Amin beruhende Reibungsmodifiziermittel kann insbesondere ein tertiäres Amin erwähnt werden. Beispiele geeigneter tertiärer Amine werden in den internationalen Anmeldungen Nr. WO 93/21288 und WO 97/04050 angegeben, deren Offenbarung hierin als Verweisquelle aufgenommen sind. Vorteilhafterweise wird eine Verbindung der Formel
verwendet, wobei R¹ eine Alkylgruppe repräsentiert, R² Wasserstoff oder eine Alkylgruppe repräsentiert, und m, n und p unabhängig eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 4 repräsentieren. Vorteilhafterweise enthält (enthalten) die Alkylgruppe(n) von 12 bis 20 Kohlenstoffatomen. Vorteilhafterweise repräsentieren m und p 2, repräsentiert n 2 oder 3, und repräsentiert R² Wasserstoff. Besonders bevorzugte Reibungsmodifiziermittel sind N-(2-hydroxyethyl)-N-(2-Talg-Oxymethyl)-2-Aminoethanol und N-(2- hydroxyethyl)-N-(3-Talg-Oxypropyl)-2-Aminoethanol, wobei Talg ein Naturprodukt repräsentiert, das vorherrschend C₁₆- und C₁₈-Alkylgruppen enthält.
Das Reibungsmodifiziermittel ist vorteilhafterweise in ei nem Anteil von 0,025 Gew.-% bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, bevorzugter von 0,075 Gew.-% bis 0,15 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung vorhanden.
Viskositätsmodifiziermittel verleihen einem Schmieröl eine Hoch- und Tieftemperaturbetriebsfähigkeit und lassen es zu, daß es bei erhöhten Temperaturen scherstabil bleibt und außerdem eine akzeptable Viskosität oder Fluidität bei niedrigen Temperaturen zeigt.
Als das Alkenylaren/Dien-Copolymer-Viskositätsmodifiziermittel können insbesondere hydrierte Copolymere erwähnt werden, in denen vorteilhafterweise mindestens 80%, vorzugsweise von 90 bis 98% der restlichen Ungesättigtheit entfernt worden ist. Als bevorzugte Beispiele der Copolymere können Blockcopolymere erwähnt werden, zum Beispiel Di- und Tri-Blockcopolymere. Als Beispiele solcher Copolymere können Styrol, einschließlich Alkyl-substituiertes Styrol, und Isoprencopolymere erwähnt werden. Andere konjugierte Diene, z.B. Butadien, können ebenfalls oder stattdessen verwendet werden. Ein typischer Gewichtsmittel-Molekulargewichtsbereich für das Polymer beträgt 10000 bis 100000, vorzugsweise 70000 bis 100000. Als weitere Beispiele geeigneter Copolymere können Sterncopolymere erwähnt werden, die typischerweise einen Kern aus einem Alkenylarenpolymer, z.B. aus Divinylbenzen, und eine Anzahl anhängender Arme, typischerweise 4 bis 25, insbesondere 12 bis 16 Arme aufweisen, die zum Beispiel durch ein Dienpolymer, z.B. aus Isopren, vorteilhafterweise hydriert, bereitgestellt werden, wobei jeder Arm typischerweise ein Molekulargewicht von 30000 bis 50000 aufweist, und das Sternpolymer typischerweise ein Molekularge wicht von 500000 bis 620000 aufweist. Die freien Enden der Arme können funktionelle Gruppen tragen.
Vorteilhafterweise ist das Copolymer ein hydriertes Styrol/Dien, vorzugsweise Styrol/Isopren-Blockcopolymer.
Das Viskositätsmodifiziermittel ist vorteilhafterweise beruhend auf der Gesamtzusammensetzung in einem Anteil von 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%, bevorzugter von 0,75 Gew.-% bis 1,25 Gew.-% vorhanden.
Antioxydantien reduzieren die Tendenz von Mineralölen, sich im Betrieb zu verschlechtern, wobei ein Nachweis einer solchen Verschlechterung zum Beispiel die Bildung firnisförmigen Ablagerungen auf Metalloberflächen und von Schlamm, und eine Viskositätszunahme ist.
Als gehindertes Phenol-Antioxidans wird vorteilhafterweise eines der Formel
verwendet, wobei R³ eine tertiäre Butylgruppe repräsentiert, und R⁴ Alkyl, das optional durch ein Heteroatom, vorzugsweise Schwefel unterbrochen ist, CH₂-Aryl, Aryl oder (CH₂)_nCOOR⁵ repräsentiert, in dem n 1 bis 4 repräsentiert und R⁵ eine Alkylgruppe repräsentiert. Wenn R⁴ eine Alkylgruppe repräsentiert, enthält es vorteilhafterweise 6 bis 20 Kohlenstoffatome. Vorteilhafterweise repräsentiert n 2, und vorteilhafterweise repräsentiert R⁵ eine Alkylgruppe, die von 6 bis 10, vorzugsweise 7 bis 9, Kohlenstoffatome enthält. Ein bevorzugtes Antioxidans ist Irganox (TM) L135, in dem R⁴ CH₂CH₂COOR⁵ repräsentiert, wobei R⁵ eine Mischung von C₈-Alkylgruppen ist. Andere geeignete Antioxydantien umfassen gehinderte Bis-phenole, von denen viele bekannt sind und üblicherweise in der Technik verwendet werden.
Der Anteil des gehinderten Phenolantioxidans wird in hohem Maße von seiner Wirksamkeit abhängen. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhafterweise in einem Anteil von mindestens 0,25%, bevorzugter von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 1,0 Gew.-% bis 4 Gew.-%, und am bevorzugtesten von 1,5 Gew.-% bis 3,5 Gew.-%, beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung vorhanden.
Die Schmiermittelzusammensetzungen der Erfindung sind insbesondere zur Verwendung als Kurbelgehäuseschmiermittel für einen kompressionsgezündeten (Diesel)-Motor, zum Beispiel Automobil- und LKW-Motoren, ebenso wie Schiffs- und Eisenbahndieselmotoren geeignet, und die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Schmierung eines solchen Motors bereit, das die Versorgung des Motors mit einem erfindungsgemäßen Schmiermittel und das Betreiben des Motors umfaßt.
Zusätzlich zu den erfindungsgemäß vorgesehenen Additiven kann die Schmiermittelzusammensetzung eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweisen:
Geeignete Viskositätsmodifiziermittel, zusätzlich zu einem erfindungsgemäß vorgesehenen, sind im allgemeinen Kohlenwasserstoffpolymere oder Polyester mit hohem Molekulargewicht, und Viskositätsindex-Verbesserungsmittel-Dispersantien, die ebenso als Dispersantien wie als Viskositätsindex-Verbesserungsmittel wirken. Öllösliche Viskositätsmodifizierpolymere weisen im allgemeinen Gewichtsmittel-Molekulargewichte von etwa 10000 bis 1000000, vorzugsweise 20000 bis 500000 auf, die durch Gelpermeationschromatographie oder Lichtstreuungsverfahren bestimmt werden.
Korrosionsinhibitoren reduzieren die Verschlechterung von Metallteilen, die mit der Schmierölzusammensetzung in Berührung kommen. Thiadiazole, zum Beispiel die in den US-Patenten Nr. 2 719 125, 2 719 126 und 3 087 932 offenbarten, sind Beispiele von Korrosionsinhibitoren für Schmieröle. Ein bevorzugtes Thiadiazol ist bis-2,5-(nonyldisulfid)-1,3,4-thiadiazol.
Geeignete Antioxydantien, zusätzlich zu einem erfindungsgemäß vorgesehenen, umfassen Erdalkalimetallsalze von Alkylphenolthioestern; Diphenylamine; Phenyl-naphthylamine; und phosphosulfonierte oder sulfonierte Kohlenwasserstoffe.
Es können Reibungsmodifiziermittel, zusätzlich zu einem erfindungsgemäß vorgesehenen, und Kraftstoffeinsparungsmittel, die mit den anderen Bestandteilen des endgültigen Öls kompatibel sind, enthalten sein. Beispiele solcher Materialien sind Glycerolmonoester höherer Fettsäuren, Dithiocarbamate, insbesondere Molybdänsalze, und Oxazolinverbindungen.
Dispersantien halten in Öl unlösliche Substanzen, die von einer Oxidation während der Verwendung herrühren, in der Flüssigkeit in Suspension, wodurch folglich eine Schlammausflockung und Abscheidung oder Niederschlag an Metallteilen verhindert wird. Sogenannte aschefreie Dispersantien sind organische Materialien, die im wesentlichen bei der Verbrennung keine Asche bilden, im Gegensatz zu metallhaltigen (und folglich aschebildenden) Detergentien. Geeignete Dispersantien umfassen zum Beispiel Derivate von langkettigen Kohlenwasserstoff-substituierten Karbonsäuren, in denen die Kohlenwasserstoffgruppen 50 bis 400 Kohlenstoffatome enthalten, wobei Beispiele solche Derivate Derivate von hydrocarbylsubstituierter Succinsäure mit hohem Molekulargewicht sind. Solche Kohlenwasserstoff-substituierten Karbonsäuren können zum Beispiel mit einer stickstoffhaltigen Verbindung, vorteilhafterweise einem Polyalkylenpolyamin, oder mit einem Ester umgesetzt werden. Besonders bevorzugte Disper santien sind die Reaktionsprodukte von Polyalkylenaminen mit Alkenylsuccinanhydriden. Beispiele solcher Beschreibungen, die Dispersantien der zuletzt erwähnten Art offenbaren, sind die US-Beschreibungen Nr. 3202678, 3154560, 3172892, 3024195, 3024237, 3219666, 3216936 und die belgische Beschreibung Nr. 662875.
Andere geeignete Dispersantien sind die makrozyklischen Dispersantien, die zum Beispiel im US-Patent Nr. 4 637 886 offenbart werden, und animierte und optional borierte funktionalisierte Olefinpolymere mit mindestens 30% endständigen Vinyliden-Ungesättigtheit, die in WO-94/13709 offenbart werden.
Wie oben angegeben, dient ein Viskositätsindex-Verbesserungsmittel-Dispersant sowohl als ein Viskositätsindex-Verbesserungsmittel als auch als Dispersant. Beispiele von Viskositätsindex-Verbesserungsmittel-Dispersantien, die zur Verwendung in Schmierzusammensetzungen geeignet sind, umfassen Reaktionsprodukte von Aminen, zum Beispiel Polyamine, mit einer Hydrocarbyl-substituierten Mono- oder Dikarbonsäure, in der der Hydrocarbylsubstituent eine Kette ausreichender Länge aufweist, um den Verbindungen Viskositätsindex-Verbesserungseigenschaften zu verleihen.
Beispiele von Dispersantien und Viskositätsindex-Verbesserungsmittel-Dispersantien können in der europäischen Patentbeschreibung Nr. 24146 B gefunden werden.
Detergentien und Metallrostschutzmittel enthalten die Metallsalze, die überbasisch sein können, von Sulfosäuren, Alkylphenolen, geschwefelten Alkylphenolen, Alkylsalicylate, Naphthenate und andere öllöslichen Mono- und Dikarbonsäuren. Überbasische Metallsulfonate, wobei das Metall aus Erdalkalimetallen ausgewählt wird, und Magnesium sind zur Verwendung als Detergentien besonders geeignet. Repräsentative Beispiele der Detergentien/Rostschutzmittel und deren Herstellungsverfahren werden in der in europäischen Beschreibung Nr. 208 560 A angegeben.
Verschleißmindernde Mittel, wie ihr Name impliziert, vermindern den Verschleiß von Metallteilen. Metall-, insbesondere Zink-, Dihydrocarbyldithiophosphate (ZDDPs) werden sehr verbreitet als verschleißmindernde Mittel verwendet. Besonders bevorzugte ZDDPs zur Verwendung in auf Öl beruhenden Zusammensetzungen sind jene der Formel Zn[SP(S)(OR¹)(OR²)₂ wobei R¹ und R² unabhängige Alkyl- oder Aralkylgruppen sind, die vorteilhafterweise von 1 bis 18, und vorzugsweise 2 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten. Wenn ein von Phosphor freies Material benötigt wird, kann zum Beispiel ein Dithiocarbamat verwendet werden, zum Beispiel jenes, das in den US-Patenten Nr. 4 758 362 und 4 997 969 beschrieben wird.
Fließpunktverbesserer, die ansonsten als Schmieröl-Fließverbesserer bekannt sind, senken die Temperatur, bei der die Flüssigkeit fließt oder gegossen werden kann. Solche Additive enthalten Copolymere von Ethylen und einem α-Olefin oder ungesättigten Ester, Polymethacrylate und Succinsäure-Olefin-Copolymere.
Eine Schaumkontrolle kann durch ein Schaumdämpfungsmittel des Polysiloxantyps, zum Beispiel einem Silikonöl oder Polydimethylsiloxan bereitgestellt werden.
Einige der obenerwähnten Additive stellen eine Vielzahl von Effekten bereit; so kann zum Beispiel ein einzelnes Additiv als ein Dispersant-Oxidationsinhibitor wirken.
Wenn die Schmierzusammensetzungen eines oder mehrere der obenerwähnten Additive enthalten, wird jedes Additiv typischerweise in das Grundöl in einer Menge gemischt, die es ermöglicht, daß das Additiv seine gewünschte Funktion bereitstellt. Repräsentative effektive Mengen solcher Additive, wenn sie in Kurbelgehäuse-Schmiermitteln verwendet werden, sind wie folgt:

* Masse-% des aktiven Bestandteils beruhend auf dem endgültigen Öl, mit der Ausnahme der erfindungsgemäß bereitgestellten Additive, kann jedoch von den angegebenen Werten reduziert werden, wenn die Erfindung ein Additiv bereitstellt, das dieselbe Funktion hat.
+ Verhältnismäßig größere Anteile, zum Beispiel werden mindestens 10 Masse-% normalerweise für Schiffsanwendungen verwendet.

Wenn mehrere Additive eingesetzt werden, kann es wünschenswert sein, obwohl nicht wesentlich, ein oder mehrere Additivkonzentrate herzustellen, die die Additive enthalten (ein Konzentrat wird manchmal als ein Additivpaket bezeichnet), wodurch mehrere Additive gleichzeitig zum Basisöl hinzugegeben werden können, um die Schmieröl-Zusammensetzung zu bilden. Die Auflösung der Additivkonzentrat(e) im Schmieröl kann durch Lösungsmittel und durch Mischen verbunden mit milder Erwärmung erleichtert werden, jedoch ist das nicht wesentlich.
Es wird zu verstehen sein, daß die verschiedenen Komponenten der Zusammensetzung, die wesentlichen Komponenten ebenso wie die optionalen und traditionellen Komponenten unter den Bedingungen der Formulierung, Lagerung oder Verwendung reagieren können, und daß die Erfindung auch das Produkt bereitstellt, das als Resultat irgendeiner solchen Reaktion erhalten werden kann oder erhalten wird.
In den folgenden Beispiele, in denen alle Prozentangaben sich auf das Gewicht beziehen, wird auf bestimmte Tests bezug genommen. Sie werden wie folgt ausgeführt:
Mack T-8
Dieser Test wird in einem E7-350 Sechszylinder-Dieselmotor von Mack mit mechanischer Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, wobei der Einspritzzeitpunkt so eingestellt wird, daß sich ein Sollpegel eines Rußaufbaus im getesteten Schmiermittel ergibt. Die Motor wird mit 1800 U/min mit einer Kraftstoff-Durchflußgeschwindigkeit von 63,3 kg/h für 250 Stunden betrieben. Der Test bewertet die Fähigkeit eines Öls, Verbrennungsprodukte, typischerweise Ruß, in Suspension zu halten, was durch eine reduzierte Viskositätszunahme und Filterverstopfung demonstriert wird, wenn er mit einem Pegel von Ruß verstopft ist. Die maximale Viskositätszunahme, die durch die API CG-4- und ACEA E3-96-Spezifikationen für einen oder den ersten Test zugelassen wird, beträgt 11,5 mm²/s oder cSt bei einer Rußbelastung von 3,8%. Die maximal zulässige Zunahme des Druckunterschieds beträgt bei dieser Belastung 138 kPa.
Mercedes Benz OM441LA
Dieser Test wird an einem Sechszylinder-Dieselmotor mit einer Nennleistung von 250 kW bei 1900 U/min für 400 Stunden bei 50 Stunden Vollast, die sich mit 50 Stunden zyklischer Bedin gungen abwechseln, bei einer Ölsumpftemperatur von 125°C durchgeführt. Der Motor wird anschließend auf Motorschlammablagerungen, Kolbensauberkeit, Motor- und Turbogehäuse-Ablagerungen, sichtbaren Motorverschleiß, Bohrungspolierung, Zylinderverschleiß und Ringhaftung untersucht, und der Ölverbrauch wird gemessen. Schlamm, Sauberkeit, Ablagerungen und Motorverschleiß werden nach einem Leistungsbeurteilungssystem bewertet, und der Zylinderverschleiß wird gemessen.
In Beispiel 1 wurde eine erfindungsgemäße Zusammensetzung mit einem modernen europäischen Hochleistungsdieselschmieröl verglichen, einem 15W40-Erzeugnis, das die ACEA E3-96-Anforderung erfüllt. Das Öl enthielt 14,8 Gew.-% Paranox 2281 und 8 Gew.-% Paratone 8002 (Handelsnamen), die ein Antioxidans und ein Olefincopolymer (Viskositätsmodifiziermittel) in einem Esso-Grundstoff bereitstellen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung war wie folgt:

(1) Shell XHVI
(2) Trimethylolpropanester aus gemischten C₈ bis C₁₀-Alkansäuren, Viskosität bei 100°C 4,5 mm²/s, VI 140, Fließpunkt <- 42°C, Säurewert 0,1 mg KOH/g. (Radialube (TM) 7368)
(3) ASTM D445 Viskosität einer 6%-Lösung in Mineralöl 1400 mm²/s bei 100°C
(4) N-(2-hydroxyethyl)-N-(3-Talg-Oxypropyl)-2-Aminoethanol
(5) Dispersant, aschefrei und Metalldetergent, verschleißminderndes Mittel, Fließverbesserer, Korrosionsinhibitor, anderes Antioxidans, Schaumdämpfungsmittel und Streckmittel. Die Zusammensetzung hatte eine Viskosität bei 100°C von 12 mm²/s, ein VI von 175, ein TBN von 15,3 und einen Aschengehalt von 1,9 Gew.-%.

Beispiel 1
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung und das Vergleichsöl wurden dem Mack T-8 Test unterworfen, um ihre Rußtransportfähigkeiten festzustellen; eine niedrige Viskositätszunahme und eine niedrige Änderung des Filterdrucks zeigen gute Transporteigenschaften an. Die Tabelle zeigt die Ergebnisse.

* ACEA E3-96 Bestanden-Werte (maximum)

Beispiel 2
Die Zusammensetzung der Erfindung, die oben angegeben wird, wurde dem OM441LA-Test unterworfen, und seine Leistung wurde an den Spezifikationsanforderungen der Mercedes Benz Seite 228.5 gemessen. Die in der Tabelle gezeigten Ergebnisse stellen fest, daß alle Kriterien erfüllt werden.

Claims

Verwendung als Bestandteil einer Schmiermittelzusammensetzung, um die Fähigkeit der Zusammensetzung zu verbessern, darin teilchenförmige Verbrennungsprodukte in Suspension zu halten, eines Esters einer Karbonsäure mit höchstens 30 Kohlenstoffatomen und eines Alkohols, wobei der Ester ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 5000 aufweist.
Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Molekulargewicht des Esters im Bereich von 450 bis 2000, vorteilhafterweise im Bereich von 500 bis 750 liegt.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ester der Ester eines mehrwertigen Alkohols und einer Monocarbonsäure ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Säure höchstens 24, vorteilhafterweise höchstens 18 Kohlenstoffatome enthält.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ester aus einem gesättigten aliphatischen Alkohol, der 2 bis 8 veresterbare Hydroxylgruppen und 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthält, und einer gesättigten aliphatischen Monocarbonsäure besteht, die 6 bis 18 Kohlenstoffatome enthält, wobei der Ester vorteilhafterweise aus Trimethylolpropan und einer oder mehreren C₈- bis C₁₀-Alkansäuren besteht.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ester im wesentlichen frei von nicht umgesetzten Alkohol- und Säureanteilen ist und vorteilhafterweise eine Säurezahl von höchstens 5 mg KOH/g aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ester einen Fließpunkt nach ASTM D97 von höchstens –15°C, eine Viskosität bei 100°C im Bereich von 3 bis 12 mm²/s, und einen Viskositätsindex nach ASTM D2270 von mindestens 120 aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 wobei die Schmiermittelzusammensetzung ein Kurbelgehäuse-Schmiermittel für einen kompressionsgezündeten Motor ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Schmiermittelzusammensetzung, die einen Ester, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, und ein auf Amin beruhendes Reibungsmodifiziermittel aufweist, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei das Molekulargewicht des Esters mindestens 450 beträgt.
Zusammensetzung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Reibungsmodifiziermittel ein tertiäres Amin, vorteilhafterweise eine Verbindung der Formel
ist, wobei R¹ eine Alkylgruppe repräsentiert, R² eine Alkylgruppe oder Wasserstoff repräsentiert, und m, n und p unabhängig eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 4 repräsentieren.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, die ein Kurbelgehäuse-Schmiermittel ist.
Verwendung als Bestandteil einer Schmiermittelzusammensetzung, um die reibungsreduzierenden Eigenschaften der Zusammensetzung zu verbessern, eines auf Amin beruhenden Reibungsmodifiziermittels und beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 5 bis 50 Gew.-%, vorteilhafterweise von 10 bis 40 Gew.-% eines Esters, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei das Reibungsmodifiziermittel ein tertiäres Amin, vorteilhafterweise eine Verbindung der Formel
ist, wobei R¹ eine Alkylgruppe repräsentiert, R² eine Alkylgruppe oder Wasserstoff repräsentiert, und m, n und p unabhängig eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis 4 repräsentieren.
Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Schmiermittel ein Kurbelgehäuse-Schmiermittel ist.
Schmiermittelzusammensetzung, die einen Ester, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, ein Alkenylaren/Dien-Copolymer-Viskositätsmodifiziermittel, und ein gehindertes Phenol-Antioxidans aufweist, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, wobei das Viskositätsmodifiziermittel ein hydriertes Blockcopolymer von Styrol und Isopren, oder ein hydriertes Sternpolymer ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Viskositätsmodifiziermittel ein hydriertes Styrol/Isopren-Copolymer ist, das ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht im Bereich von 70000 bis 100000 aufweist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das gehinderte Phenol-Antioxidans die Formel aufweist
wobei R³ eine tertiäre Butylgruppe repräsentiert, und R⁴ eine Alkylgruppe, die optional durch ein Heteroatom unterbrochen ist, CH₂-Aryl, Aryl oder (CH₂)_nCOOR⁵ repräsentiert, in dem n 1 bis 4 repräsentiert und R⁵ eine Alkylgruppe repräsentiert.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei die Zusammensetzung außerdem ein Reibungsmodifiziermittel aufweist, wie in Anspruch 14 oder 15 definiert.
Verwendung einer Schmiermittelzusammensetzung, um die Kontrolle von Kolbenablagerungen in einem kompressionsgezündeten Motor zu verbessern, die einen Ester, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, ein Alkenylaren/Dien-Copolymer-Viskositätsmodifiziermittel, und ein gehindertes Phenol-Antioxidans aufweist.
Verwendung nach Anspruch 22, wobei die Zusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 5 bis 50 Gew.-% des Esters enthält.
Verwendung nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Viskositätsmodifiziermittel ein hydriertes Blockcopolymer von Styrol und Isopren, oder ein hydriertes Sternpolymer ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das Viskositätsmodifiziermittel ein hydriertes Styrol/Isopren-Copolymer ist, das ein Gewichtsmittel-Molekulargewicht im Bereich von 70000 bis 100000 aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei das gehinderte Phenol-Antioxidans die Formel aufweist
wobei R³ eine tertiäre Butylgruppe repräsentiert, und R⁴ eine Alkylgruppe, die optional durch ein Heteroatom unterbrochen ist, CH₂-Aryl, Aryl oder (CH₂)_nCOOR⁵ repräsentiert, in dem n 1 bis 4 repräsentiert und R⁵ eine Alkylgruppe repräsentiert.
Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, wobei die Zusammensetzung außerdem ein Reibungsmodifiziermittel aufweist, wie in Anspruch 14 oder 15 definiert.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 14 bis 16, und 22 bis 27, wobei die Zusammensetzung einen Ester aus Trimethylolpropan und einer Mischung aus C₈- bis C₁₀-Alkansäuren, N-(2-hydroxyethyl)-N-(2-Talg-Oxyethyl)-2-Aminoethanol, ein Styrol/Isopren-Copolymer, und 3,5-di(t-butyl)-4-hydroxy-Hydrozimtsäure aufweist, die mit einer Mischung aus gesättigten aliphatischen C₈-Alkoholen oder mit einer Mischung aus gesättigten aliphatischen C₇- bis C₉-Alkoholen verestert ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, und 17 bis 21, wobei die Zusammensetzung einen Ester aus Trimethylolpropan und einer Mischung aus C₈- bis C₁₀-Alkansäuren, N-(2-hydroxyethyl)-N-(2-Talg-Oxyethyl)-2-Aminoethanol, ein Styrol/Isopren-Copolymer, und 3,5-di(t-butyl)-4-hydroxy-Hydrozimtsäure aufweist, die mit einer Mischung aus gesättigte aliphatischen C₈-Alkoholen oder mit einer Mischung aus gesättigten aliphatischen C₇- bis C₉-Alkoholen verestert ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 14 bis 16, und 22 bis 28, wobei die Schmiermittelzusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 10% bis 40 Gew.-% eines Esters, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, ein API Group III Grundmaterial, und ein metallhaltiges Detergenz aufweist, wobei die Zusammensetzung einen Aschengehalt von mindestens 1,5 Gew.-% aufweist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, 17 bis 21, und 29, wobei die Schmiermittelzusammensetzung beruhend auf dem Gesamtgewicht der Zusammensetzung von 10% bis 40 Gew.-% eines Esters, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, ein API Group III Grundmaterial, und ein metallhaltigen Detergenz aufweist, wobei die Zusammensetzung einen Aschengehalt von mindestens 1,5 Gew.-% aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 14 bis 16, 22 bis 28 und 30, wobei die Zusammensetzung ein hydroisomerisiertes Grundmaterial aufweist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, 17 bis 21, 29 und 31, wobei die Zusammensetzung ein hydroisomerisiertes Grundmaterial aufweist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 14 bis 16, 22 bis 28, 30 und 32, wobei die Zusammensetzung außerdem ein oder mehrere andere Detergentien, Dispergiermittel, Anti oxydantien, verschleißmindernde Mittel, Korrosionsinhibitoren, Reibungsmodifiziermittel, Rostschutzmittel, Fließpunktverbesserer, Viskositätsmodifiziermittel und Schaumdämpfungsmittel aufweist, als in einem der vorhergehenden Ansprüche angegeben ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, 17 bis 21, 29, 31 oder 33, wobei die Zusammensetzung außerdem ein oder mehrere andere Detergentien, Dispergentien, Antioxydantien, verschleißmindernde Mittel, Korrosionsinhibitoren, Reibungsmodifiziermittel, Rostschutzmittel, Fließpunktverbesserer, Viskositätsmodifiziermittel und Schaumdämpfungsmittel aufweist, als in einem der vorhergehenden Ansprüche angegeben ist.
Verfahren zur Schmierung eines kompressionsgezündeten Motors, das die Versorgung des Motors mit einer Schmiermittelzusammensetzung aufweist, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert.
Verfahren zur Schmierung eines kompressionsgezündeten Motors, das die Verwendung aufweist, wie in einem der Ansprüche 1, 14, 22 oder irgendeinem davon abhängigen Anspruch definiert.