DE1006566B

DE1006566B - Synthetic lubricants

Info

Publication number: DE1006566B
Application number: DEST8997A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1953-12-14
Filing date: 1954-11-04
Publication date: 1957-04-18

Description

Synthetische Schmiermittel Die Bemühungen der letzten Zeit zur Auffindung von Schmiermitteln von außergewöhnlichen und besonderen Eigenschaften haben zur Entwicklung völlig neuer synthetischer Stoffe mit Schmiermitteleigenschaften geführt. Diese Schmiermittel sind im allgemeinen durch außergewöhnliche Viskositäten bei tiefen und hohen Temperaturen gekennzeichnet, insbesondere im Vergleich mit Mineralölen. Diese hervorragenden Tief- und Hochtemperatureigenschaften sind besonders wertvoll für die Verwendung in Vorrichtungen, die zum Betrieb bei sehr verschiedenen Tem peraturen bestimmt sind, wie Strahltriebwerke für Flugzeuge, Verbrennungsmotoren für Flugzeuge u. dgl.Synthetic Lubricants Recent efforts at discovery of lubricants of extraordinary and special properties have to Development of completely new synthetic substances with lubricant properties led. These lubricants are generally characterized by exceptional viscosities low and high temperatures, especially in comparison with mineral oils. These excellent low and high temperature properties are particularly valuable for use in devices that are designed to operate at very different temperatures Temperatures are determined, such as jet engines for aircraft, internal combustion engines for airplanes and the like

Mineralische Schmieröle haben sich im allgemeinen zur Schmierung dieser Maschinen als ungeeignet erwiesen, weil ihre Viskosität den Temperaturbereich ihrer Verwendung zu stark einschränkt.Mineral lubricating oils have generally been used to lubricate these Machines proved unsuitable because their viscosity exceeded their temperature range Use too much restricted.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß synthetische Schmiermittel auch zur Schmierung gewöhnlicher Fahrzeugmotoren von Vorteil sind. Abgesehen von der Vielseitigkeit ihrer Verwendungsfähigkeit auf Grund ihrer Viskosität wurde auch bei der Untersuchung einiger Sorten synthetischer Schmiermittel gefiunden, daß sie sehr geringe Abscheidungen in der Verbrennungskammer hervorrufen, insbesondere bei lang andauerndem Betrieb. Eine geringe Bildung von Abscheidungen in der Verbrennungskammer führt zu einem erhöhten Leistungsfaktor des Brennstoffes, einer geringeren Erhöhung des Octanzahlbedarfs des Motors, einer geringeren Neigung zur Vorzündung und einer allgemeinen Verbesserung der Arbeitsweise der Maschinen. Die neuen Schmiermittel können auch zur Verminderung oder Entfernung solcher Zylinderabscheidungen ve!rwendet werden, die sich bereits in der Maschine abgesetzt haben. It has also been found that synthetic lubricants are also beneficial for lubricating common vehicle engines. Apart from the versatility of their utility due to their viscosity has also been recognized upon examination of some grades of synthetic lubricants found that they cause very little deposits in the combustion chamber, especially at long-term operation. Little formation of deposits in the combustion chamber leads to an increased power factor of the fuel, a smaller increase the octane requirement of the engine, a lower tendency to pre-ignition and a general improvement of the operation of the machines. The new lubricants can also be used to reduce or remove such cylinder deposits that have already settled in the machine.

Zur Verwendung in Kolbenmaschinen, besonders als Schmiermittel für Kraftfahrzeug- oder Flugzeugmotoren, muß ein Schmiermittel einer Anzahl von Anforderungen genügen. Um einen wirksamen Schmierfilm zu bilden, der bei tiefen und hohen Temperaturen bestehenbleibt, muß das Schmiermittel bestimmte Eigenschaften hinsichtlich seiner Viskosität besitzen. For use in piston engines, especially as a lubricant for Automotive or aircraft engines, a lubricant must meet a number of requirements suffice. To form an effective lubricating film that can be used at low and high temperatures persists, the lubricant must have certain properties with regard to its Have viscosity.

Bei tiefen Temperaturen muß es beweglich genug sein, um durch das Umlaufsystem der Maschine zu fließen und die Bewegung der geschmierten Oberflächen gegeneinander ohne übermäßigen Kraftaufwand zu gestatten. Ein Schmiermittel mit einem ASTM-Fließpunkt unterhalb etwa 20 besitzt hinreichende Beweglichkeit bei tiefer Temperatur und ist daher in dieser Hinsicht zur allgemeinen Verwendung geeignet. Bei hohen Temperaturen muß das Schmiermittel genügend »Substanz« oder Konsistenz haben, einen ausreichenden Schmierfllm zu bilden und aufrechtzuerhalten. Ein in dieser Hinsicht befriedigendes Schmiermittel soll eine Viskosität von etwa 2 bis 60 cSt bei 98,90 besitzen Zur Vermeidung unnötigen Schmiermittelverlustes infolge Verdampfung und zur Sicherung gegen Explosionsgefahr bei höheren Temperaturen muß der Flammpunkt des Schmiermittels oberhalb etwa 1500 liegen. Die in der vorliegenden Beschreibung als Schmiermittel bezeiehneten Stoffe sind auf solche beschränkt, die diesen Anforderungen genügen. Die bevorzugten Verbindungen nach der Erfludung haben ASTM-Fließpunkte unterhalb - 260, Flammpunkte oberhalb 1500 und Viskositäten im Bereich von 2,6 bis 13 cSt bei 98,90.At low temperatures it must be flexible enough to pass through the Circulation system of the machine to flow and move the lubricated surfaces to allow against each other without excessive effort. A lubricant with an ASTM pour point below about 20 has adequate mobility at lower Temperature and is therefore suitable for general use in this regard. At high temperatures, the lubricant must have enough "substance" or consistency have to form and maintain a sufficient lubricating film. An in satisfactory in this respect Lubricants should have a viscosity of about 2 to 60 cSt at 98.90 to avoid unnecessary loss of lubricant as a result Evaporation and to protect against the risk of explosion at higher temperatures the flash point of the lubricant must be above about 1500. The in the present Substances described as lubricants are limited to those that meet these requirements. Have the preferred compounds after the flood ASTM pour points below - 260, flash points above 1500 and viscosities im Range from 2.6 to 13 cSt at 98.90.

Die angegebenen Eigenschaften sind Funktionen sowohl des Molekülbaues als auch des Molekulargewichts. The specified properties are functions of both the molecular structure as well as the molecular weight.

Es wurde nun gefunden, daß Ester von Kondensationsprodukten von Mercaptanen mit Alkylenoxyden, die die allgemeine Strukturformel besitzen und eine Molekulargröße von 20 bis 130 Kohlenstoffatomen haben, wertvolle Schmiermittel oder Bestandteile von Schmiermitteln darstellen.It has now been found that esters of condensation products of mercaptans with alkylene oxides which have the general structural formula and have a molecular size of 20 to 130 carbon atoms, are valuable lubricants or components of lubricants.

In dieser Formel bedeuten R und R"' Alkylgruppen mit 1 bis 36 Kohlenstoffatomen, R' und R" Wasserstoff und bzw. oder Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und n einen Wert von 1 bis 25. In this formula, R and R "'denote alkyl groups with 1 to 36 carbon atoms, R 'and R "are hydrogen and / or alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms and n has a value from 1 to 25.

Bevorzugt werden Verbindungen, die etwa 20 bis 130, insbesondere 25 bis 100 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten. Außerdem soll entweder R oder R"' ein lang- und geradkettiger Rest sein, jedoch soll dies nicht auf beide genannte Reste gleichzeitig zutreffen, da die Kombination zweier lang- und geradkettiger Reste in einem Molekül den Fließpunkt des Produktes heraufsetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollen daher R und R"' Alkylgruppen mit 1 bis 36 Kohlenstoffatomen sein, von denen entweder eine oder beide verzxveigtkettig sein können, R' und R" bedeuten Wasserstoff und bzw. oder Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Preferred are compounds that are about 20 to 130, especially Contain 25 to 100 carbon atoms in the molecule. In addition, either R or R "'be a long and straight-chain residue, but should not this apply to both mentioned residues at the same time, since the combination of two long- and straight-chain residues in a molecule increases the pour point of the product. In the preferred embodiment of the invention, therefore, R and R "'are intended to be alkyl groups having 1 to 36 carbon atoms, either or both of which are branched can be, R 'and R "mean hydrogen and / or alkyl groups with 1 to 6 carbon atoms.

Bevorzugt werden Ester, die sich von Mercaptanen mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen im Molekül wie Isooctylmercaptan, tert.-Octylmercaptan, n-Octylmercaptan, Isodecylmercaptan, Dodecylmercaptan, Laurylmercaptan, Tridecylmercaptan, Hexadecylmercaptan und Äthylenoxyd oder Propylenoxyd (auch andere Alkylenoxyde wie Isobutylenoxyd und n-Butylenoxyd kommen in Betracht) und folgenden Säuren ableiten: Essigsäure, Buttersäure, 2-Äthylcapronsäure, C8-Oxosäuren, Ct0-Oxosäuren, Cu-Oxosänren, Kokosnuß säuren, Palmitinsäure, Stearinsäure, Oleinsäure. Esters derived from mercaptans having 8 to 16 carbon atoms are preferred in the molecule such as isooctyl mercaptan, tert-octyl mercaptan, n-octyl mercaptan, isodecyl mercaptan, Dodecyl mercaptan, lauryl mercaptan, tridecyl mercaptan, hexadecyl mercaptan and ethylene oxide or propylene oxide (also other alkylene oxides such as isobutylene oxide and n-butylene oxide come into consideration) and derive the following acids: acetic acid, butyric acid, 2-ethylcaproic acid, C8 oxo acids, Ct0 oxo acids, Cu oxo acids, coconut acids, palmitic acid, stearic acid, Oleic acid.

Die erfindungsgemäß verwendeten Ester köanen beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden: 3 Mol tert.-Dodecylmercaptan werden mit 100 ccm Wasser und 0,14 Mol Natriumhydroxyd! versetzt. The esters used according to the invention can be used, for example, as follows are prepared: 3 mol of tert-dodecyl mercaptan are mixed with 100 ccm of water and 0.14 Moles of sodium hydroxide! offset.

Dann wird durch das Reaktionsgemisch Äthylenoxyd unter ausreichender Kühlung durchgeleitet, um die Temperatur unterhalb 400 zu halten. Die Behandlung mit Äthylenoxyd wird fortgesetzt, bis 31/2 Mol Äthylenoxyd je Mol Mercaptan absorbiert sind. Dann wird das Produkt in Äther gelöst, zunächst mit verdünnter Salzsäure und darauf mit Wasser gewaschen.Then ethylene oxide is sufficient through the reaction mixture Cooling passed through to keep the temperature below 400. The treatment with ethylene oxide is continued until 31/2 moles of ethylene oxide per mole of mercaptan is absorbed are. Then the product is dissolved in ether, first with dilute hydrochloric acid and then washed with water.

Schließlich wird es über wasserfreiem Calciumsulfat getrocknet, der Äther abdestilliert und das Produkt unter einem Druck von 5 mm Hg destilliert. Das gesamte Produkt destilliert bei 181 bis 1870 über. Die Analyse ergibt, daß das Produkt 21/2 Mol Äthylenoxyd je Mol Mercaptan enthält. Das so erhaltene Produkt wird mit einer C13-Oxosäure verestert, die durch Oxydation des durch Oxosynthese hergestellten Reaktionsproduktes eines C12-Oleflns mit Ko,hlenmonoxyd und Wasserstoff erhalten war. Von dem Ester werden die leichteren Anteile unter einem Druck von 1 mm bis zu einer Metallbadtemperatur von 2150 abdestilliert. Der Rückstand besteht aus einem gelben, zähflüssilgen Ö1. Das Produkt besitzt eine Verseifungszahl von 126,5 mg K O H/g. Die physikalischen Eigenschaften des Esters sind die folgenden: Viskosität bei 37,80, cSt . .. .. .. .. .. 35,9 Viskosität bei 98,90, cSt ........... 4,7 Viskositäts,index 104 Fließpunkt, ° C . -45 Flammpunkt, ° C 171 Für die Herstellung der Ester wird in vorliegendem Patent Schutz nicht beansprucht.Finally it is dried over anhydrous calcium sulfate, which Ether is distilled off and the product is distilled under a pressure of 5 mm Hg. That entire product distilled over at 181 to 1870. The analysis shows that the product Contains 21/2 moles of ethylene oxide per mole of mercaptan. The product thus obtained is with esterified by a C13 oxo acid, which is produced by oxidation of the Reaction product of a C12-olefin with carbon monoxide and hydrogen was. Of the ester, the lighter portions are under a pressure of 1 mm to distilled off to a metal bath temperature of 2150. The residue consists of one yellow, viscous oil 1. The product has a saponification number of 126.5 mg K O H / g. The physical properties of the ester are as follows: Viscosity at 37.80, cSt. .. .. .. .. .. 35.9 Viscosity at 98.90, cSt ........... 4.7 Viscosity, index 104 pour point, ° C. -45 Flash point, ° C 171 For the production of the ester is Protection not claimed in the present patent.

Eine Probe von 5g des Esters wurde in einem tarierten Becherglas in einer reduzierenden Atmosphäre verbrannt. Nach vollständiger Verbrennung wurde die Probe wieder gewogen und der Rückstand als Kohlenstoff + Lack berechnet. Sodann wurde der Kohlenstoff mechanisch entfernt und die Probe nochmals gewogen. Aus dem Gewichtsunterschied wurde die Menge des Lackes berechnet. Die Analyse dieser 5-g-Probe ergab 4,5 mg Kohlenstoff + Lack und 2,7 mg Lack. A 5g sample of the ester was placed in a tared beaker burned in a reducing atmosphere. After complete combustion became the sample weighed again and the residue calculated as carbon + varnish. Then the carbon was removed mechanically and the sample weighed again. From the The difference in weight was calculated by calculating the amount of paint. The analysis of this 5 g sample yielded 4.5 mg carbon + varnish and 2.7 mg varnish.

Diese Zahlen beweisen den Wert des Produktes als Schmiermittel. These numbers prove the value of the product as a lubricant.

Die Verbindungen nach der Erfindung sind gut verträglich mit anderen Schmierölzusätzen, z. B. Viskositätsverbesserern, Fließpunkterniedrigern, Oxydationsverzögerern u. dgl., da sie sich ohne weiteres mit ihnen mischen. Die neuen synthetischen Stoffe haben zwar für sich allein großen Wert als Schmiermittel, hönnen jedoch auch mit anderen mineralischen oder synthetischen Schmiermitteln gemischt werden, beispielsweise mit Formalen, Siliconpolymeren, Äthern, Ätherestern, Glykoläthern, Oxylenäthern u. dgl. Die Stoffe nach der Erfindung lassen sich auch mit Hilfe von Verdickungsmitteln, wie z. B. den als fettbildende Seifen bekannten Metallseifen von Fettsäuren, in feste oder halbfeste Schmiermittel -umwandeln. The compounds of the invention are well tolerated with others Lubricating oil additives, e.g. B. viscosity improvers, pour point depressants, oxidation retardants and the like, since they mix easily with them. The new synthetic fabrics Although they are of great value as lubricants on their own, they are also useful other mineral or synthetic lubricants are mixed, for example with formals, silicone polymers, ethers, ether esters, glycol ethers, oxylene ethers and the like. The substances according to the invention can also be used with the help of thickeners, such as B. the known as fat-forming soaps metal soaps of fatty acids, in convert solid or semi-solid lubricants.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Use of esters of condensation products of mercaptans and alkylene oxides that have the general structural formula and have a molecular size of 20 to 130 carbon atoms, where R and R "'denote alkyl groups with 1 to 36 carbon atoms, which, however, may not both be straight-chain, R' and R" denote hydrogen and / or alkyl groups with 1 to 6 carbon atoms b and n has a value from 1 to 25, as a lubricant or constituent of lubricants.

2. Use of esters according to claim 1, in which R is a branched chain Alkyl radical with about 12 carbon atoms, in particular the tert-dodecyl radical, means.

3. Use of esters according to claim 1, in which R "'is the alkyl radical means a C13 oxo acid.

4. Use of esters according to claim 1 to 3, in which n = 2.5 is.

5. Use of esters according to claim 1 together with a low Amount of a polybutylene having a molecular weight of about 14,000 to 18,000.

References considered: U.S. Patents No. 2,205 021, 2 129709, 2570050.