DE684821C

DE684821C - Schmieroele

Info

Publication number: DE684821C
Application number: DEST50682D
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1932-03-23
Filing date: 1933-03-24
Publication date: 1939-12-06
Also published as: FR748512A; GB402262A

Description

In den zahlreichen, in inneren Verbrennungsmaschinen, z. B. Automobilmotoren, vorhandenen Lagern bewegen sich Oberflächen von Metallen der verschiedensten Art aufeinander. Die wichtigsten für solche Lager verwendeten Metallkonibinationen sind:

Stahl — Bronze (Schubstangen und Lagerhülsen) ,

Stahl — Aluminium (Zylinder und Kolben), Stahl — Babbitlagermetall (Haupt- und Kurbellager),-.

Stahl —_ Gußeisen (Ventile),
Gußeisen — Gußeisen (Zylinderwände und Kolben) und

Gußeisen — Aluminium (Zylinderwände und Kolben).

Man hat bereits vorgeschlagen, die Schmierwirkung von Schmierölen durch Zusatz gewisser Stoffe, z. B. chlorhaltiger organischer Verbindungen, schwefelhaltiger öle, Seifen, natürlicher Fettsäuren und auch verschiedener Ester, zu verbessern, öle mit solchen Zusätzen wirken zwar in manchen der genannten Metallkombinationen günstig, bieten jedoch in anderen Kombinationen keine Vorteile oder üben sogar unerwünschte Nebenwirkungen aus, beispielsweise verursachen sie Korrosion oder verändern die Schmieröle unter Schlammbildung.

Es wurde nun gefunden, daß Schmieröle mit einem Zusatz an synthetischen, oberhalb 150⁰ siedenden Estern bei allen für Lager in Frage kommenden Metallkombinationen gute Schmiereigenschaften besitzen. Solche Öle sind daher überall, wo Lager aus gleichen oder verschiedenen Metallen geschmiert werden, besonders in Automobilmotoren, mit Vorteil zu verwenden. Die öle mit Zusatz an synthetischen Estern verursachen geringe Reibung und bilden sehr beständige Schmierfilme, weshalb sie hohe Lagerbelastung ermöglichen. Aus diesem Grunde lassen sie sich mit besonderem Vorteil beim Einlaufen von Motoren verwenden, wobei gute Schmierung von ausschlaggebender Bedeutung ist. Auch für Obenschmierung sind die Öle mit Zusatz synthetischer Ester geeignet.

Die als Zusatz dienenden, oberhalb 150⁰ siedenden Ester, die zweckmäßig sogar oberhalb i8o° oder 200⁰ sieden, können auf be-

liebige Weise, beispielsweise durch Veresterung der Säuren oder der Säurechloride mit einwertigen aliphatischen Alkoholen, synthetisch erhalten sein. Meist sind diese Ester/ flüssig, jedoch können auch feste Ester in ge*, ringen Mengen verwendet werden. ·;.ΐ

Als Säurekomponente für die erfindungsgemäß anzuwendenden Ester werden höhere aliphatische Säuren verwandt, d. h. aliphatische Säuren, die wenigstens 6 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten. Solche Säuren sind z. B. Capronsäure, Caprylsäure, Stearinsäure, Oleinsäure. Besonders geeignet für diese Zwecke sind die Säuren, die bei der Oxydation von Paraffin oder Mineralöl bei Temperaturen zwischen etwa 100 und i6o° mit Luft, Sauerstoff, Salpetersäure u. dgl. in An- oder Abwesenheit von Katalysatoren entstehen. Solche Säuren sind billig und auf einfache Weise in verhältnismäßig reiner Form zu beschaffen. Eine typische Probe von Säuren dieser Art hat die Verseifungszahl 252, die Säurezahl 200 und einen Gehalt an 3,2% Nichtverseifbarem. Der in diesen Säuren enthaltene unver seif bare Anteil ist im wesentlichen nicht oxydiertes öl, das die Eigenschaften der Schmieröle nicht in unerwünschter Weise beeinflußt.

Als Alkoholkomponente für die Herstellung der Ester werden vorzugsweise einwertige aliphatische Alkohole mit 5 oder weniger Kohlenstoffatomen verwandt. Die aus ihnen erhaltenen Ester sind beständiger und haben eine bessere Farbe. Es seien z. B.

Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl·, Isobutylalkohol sowie die Amylalkohole erwähnt.

Im folgenden seien eine Anzahl als Schmierölzusatz geeigneter synthetischer Ester aufgeführt: Methyl- und Äthylester der Capronsäure, Caprylsäure und der höheren Säuren dieser Reihe, Methyl- und Äthylester der durch Oxydation von Paraffin erhaltenen Säuren mit einem Siedepunkt oberhalb 150⁰, femer Propyl-, Isopropyl-, η-Butyl-, Isobutyl-, Amylester der Stearinsäure, Oleinsäure und der durch Oxydation von Paraffin entstandenen Säuren.

Man kann auch Gemische mehrerer Ester als Zusatz verwenden.

Die Ester können in verhältnismäßig großen Prozentsätzen verwendet werden, jedoch genügen schon geringe Mengen. Im allgemeinen werden praktisch Y₄ bis 4% oder 5¹Is⁰Io verwendet. Wird darüber hinaus ein Überschuß angewandt, so bewirkt dieser Überschuß meist keine entsprechende Verbesserung des Schmierfilms mehr. Die anzuwendende Menge an Ester richtet sich nach dem besonderen Verwendungszweck und nach der Art des verwendeten Öls.

Einige der genannten Ester sind zwar in Mineralöl schwer löslich; solche können jev-idöch durch Zusatz von Lösungsvermittlern 'Lösung gebracht werden; beispielsweise n man sie mit leichter löslichen Estern mit geeigneten ölen o. dgl. vermischen. '*' Für Zwecke der Obenschmierung werden die Öl-Ester-Gemische in üblicher Weise dem Motorbrennstoff beigemischt. Die Öl-Ester-Gemische sind sehr beständig und zeigen keine Verdunstungsverluste, selbst wenn der Motor bei außergewöhnlich hohen Temperaturen läuft. Während des Gebrauchs bilden die Ester keine wesentlichen Mengen freier Säure.

Die Überlegenheit der durch Zusatz synthetischer, oberhalb 150⁰ siedender Ester verbesserten Schmieröle gegenüber den bisher für den gleichen Zweck angewandten Zusatzstoffen ergibt sich eindeutig durch vergleichende Untersuchung nach der von Mougey und All-men beschriebenen Methode (National Petroleum News vom 11. November 1931, S. 47), in der Timkenapparatur (Journ. of the Society of Automotive Engineers, Bd. 28, S. 53), beim betriebsmäßigen Einlaufen von Motoren und bei Bestimmung des Oxydationswertes.

Die ersten beiden Prüfungsmethoden erweisen, daß öle ohne Zusatz oder mit Zusatz von chlorhaltigen organischen Verbindungen, geschwefelten Ölen, ölsäure, Spermöl, Schweineschmalz, Fischtran u. dgl. tierischen und pflanzlichen Stoffen, nur in manchen Lagermetallkombinationen gut, in anderen dagegen schlecht wirken. Zusatz von synthetischen Estern, beispielsweise von 2% eines durch Veresterung von Säuren aus der Paraffinoxydation mit Isopropylalkohol hergestellten Esters, erzielt dagegen in allen Fällen mindestens ebenso gute Ergebnisse wie durch Zusatz der besten anderen Zusätze. Beim Einlaufen von Motoren und nachträglicher Prüfung des Zustandes sämtlicher Lager ergibt i°5 sich, daß öle, denen synthetische Ester zugesetzt waren, etwa gleich günstige Wirkung haben wie öle mit Zusatz von 2% Ölsäure, öl ohne Zusätze sowie Öle mit 2°/_oigem Spermölzusatz waren wesentlich schlechter und öle mit Tetrachlorkohlenstoffzusatz am schlechtesten. Die Farbe des Öls mit ölsaurezusatz war nach der Prüfung sehr schlecht, die des zusatzfreien und des mit Estern versetzten Öls dagegen gut.

Die Überlegenheit der erfindungsgemäß hergestellten Ester über die anderen Ester geht aus folgenden vergleichenden Prüfungen hervor, für die ein Motorschmieröl S. A. E. 20 W verwandt wurde, das eine Viscosität von 4,32° Engler bei 54,4° und einen Viscositätsindex von 100 hatte.

Mougey-Test

	Belastung	Reibung bei der endgültigen Belastung
Mineralöl ohne Zusatz	versagt bei 17 Gewichtseinheiten
+ 2 °/₀ Amylacetat	versagt bei 21 Gewichtseinheiten
+ 2 °/o Amylbutyrat	versagt bei 21 Gewichtseinheiten
+ 2 °/₀ Monoglyzerinstearat ..	versagt bei 23 Gewichtseinheiten
+ 3 % Isopropyloleat	25 Gewichtseinheiten	18
+ 2 % Isopropylester von durch Oxydation von Paraf fin erhaltenen Säuren	25 Gewichtseinheiten	18

Zur Erläuterung sei bemerkt, daß eine Gewichtseinheit einer Belastung der reibenden Teile mit 68 Atm. entspricht. Bei den ersten drei Versuchen versagte das Öl bereits vollständig, ehe die höchste Belastung von 25 Gewichtseinheiten erreicht wurde. Erst der Zusatz von den in der vorliegenden Erfindung beanspruchten Estern ermöglichte die größte Belastung von 25 Gewichtsteilen und bewirkt hierbei eine außerordentlich niedrige Reibung, die allen praktischen Bedürfnissen entspricht. Es sei noch erwähnt, daß die Praxis gezeigt hat, daß nur solche Schmieröle wirklich von größerer praktischer Bedeutung werden, die eine Belastung von 25 Gewichtseinheiten aushalten und bei dieser noch eine gute Schmierwirkung zeigen. Die Versuche wurden durchgeführt mit einer Stahlwalze auf Aluminiumlager. Gerade diese Kombination von Metallen ist von größter praktischer Bedeutung, insbesondere für Automobil- und ähnliche Motoren, bietet aber auch bezüglich der Schmierung praktisch die größten Schwierigkeiten.

Die Überlegenheit von Isopropylester von durch Oxydation von Paraffin erhaltenen Säuren in bezug auf Widerstandsfähigkeit gegen Schlammbildung wurde mit dem Slightest bewiesen (vgl. Proc. American Soc. for Testing Materials 24, 964, II [1924]). Das unvermischte Schmieröl ergab die Zahl 1,9, das mit 2°/₀ Isopropylester von durch Oxyd&tion von Paraffin erhaltenen Säuren versetzte Schmieröl 1,8 und das mit 2 °/o Monostearin versetzte Schmieröl 16,9.

Beispiel 1

Einem Öl vom spezifischen Gewicht 0,8927, der Viscosität bei 99⁰ 1,68° Engler, dem Flammpunkt 2io°, dem Stockpunkt —23⁰, und dem Kokstest 0,1 °/₀ setzt man 2% des Isopropylesters von Säuren zu, die durch

Oxydation von Paraffin mit Luft bei Temperaturen zwischen 100 und 150⁰ erhalten wurden. Dem gleichen öl kann man I¹Z₂ °/o Methylester der Caprylsäure (Siedepunkt 150⁰) zusetzen.

Beispiel 2

Zum Einlaufen von Motoren eignet sich beispielsweise ein Öl mit der Viscosität von ι ,60 bis 1,87° Engler bei 99⁰ mit einem Zusatz von 4 °/o Isopropylestern von Säuren, die aus der Oxydation von Paraffin mit Luft bei 100 bis 150⁰ stammen.

Beispiel 3

Ein für Obenschmierung geeignetes Öl erhält man, indem man einem hoch gereinigten Kohlenwasserstofföl vom spezifischen Gewicht 0,8708 bis 0,8607 und der Viscosität 2,41 bis 2,54° E bei 38⁰ 2 °/₀ Isopropyloleat oder Äthylstearat oder Isopropylester von durch Oxydation von Paraffin entstehenden Säuren zusetzt. Solche öle können dann dem Benzin in Mengen von 2,51 auf 1001 zugesetzt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schmieröle, gekennzeichnet durch einen Zusatz von etwa 0,25 bis 5¹^ °/o eines synthetischen, über 150⁰ siedenden Esters, dessen Säurekomponente eine aliphatische Monocarbonsäure mit wenigstens 6 Kohlenstoffatomen und dessen alkoholische Komponente ein einwertiger aliphatischer Alkohol mit 5 Kohlenstoffatomen oder weniger im Molekül ist.

2. Schmieröle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusatz eines synthetischen Esters, dessen Säurekomponente eine höhere aliphatische, durch Oxydation von Paraffinwachs gewonnene Säure und deren Alkoholkomponente Isopropylalkohol ist.