DE69516710T2 - Kobalt enthaltende additive zur kontrolle von ablagerungen - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige Schmierölbasismaterialzusammensetzungen, die Additive zur Kontrolle von Ablagerungen enthalten.
Hintergrund der Erfindung
• Kupfer ist ein übliches Schmieröl-Antioxidansadditiv. Es bildet jedoch bei höheren Temperaturen Ablagerungen. Dementsprechend wären Additive und Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Kupferantioxidantien und zur Verzögerung ihres Abbaus und der resultierenden Bildung von Ablagerungen wünschenswert. Die vorliegende Erfindung spricht diese Bedürfnisse an.
• FR-A-2 372 222 und GB-A-772 029 offenbaren die Verwendung von Kupfer und Kobalt als Schmieröladditive.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung liefert formulierte Schmierölzusammensetzungen, die Basismaterial mit Schmierviskosität, kupferhaltiges Antioxidans und eine die Kontrolle von Ablagerungen erhöhende Menge öllösliche oder öldispergierbare kobalthaltige Verbindung umfassen.
• Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Verfahren zur Kontrolle der Bildung von Ablagerungen im Schmiersystem eines Motors, bei dem eine die Kontrolle von Ablagerungen erhöhende Menge einer öllöslichen oder öldispergierbaren kobalthaltigen Verbindung einem Basisöl mit Schmierviskosität zugesetzt wird, das mit kupferhaltigem Antioxidans formuliert ist.
• Die vorliegende Erfindung kann geeigneterweise die hier offenbarten Elemente umfassen, aus diesen bestehen oder im wesentlichen bestehen und kann in Abwesenheit von jeglichem Element durchgeführt werden, das hier nicht als erforderlich offenbart ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Kontrollieren von Ablagerungen, d. h. zur Verzögerung der Bildung und Anreicherung von Ablagerungen in Verbrennungsmotoren, indem die Leistung bestimmter Basismaterialien, die kupferhaltige Antioxidantien enthalten, durch Zugabe von kobalthaltigen Verbindungen, die in Anspruch 1 offenbart sind, erhöht wird. Die Erfindung liefert auch neuartiges formuliertes Öl und damit verbundene Additivzusammensetzungen. Als Vorteil kann die Lebensdauer des kupferhaltigen Antioxidans und des formulierten Öls verlängert werden, wie in Anspruch 7 offenbart ist, und durch Verwendung von löslichen Kobalt- und Kupferverbindungen kann die Kontrolle der Bildung von Ablagerungen gesteigert werden, wie in Anspruch 8 offenbart ist.
• Die hier offenbarten Ausgangsmaterialien können nach im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden oder aus kommerziellen Quellen erhalten werden.
• Im allgemeinen sind kupferhaltige Verbindungen und die kobalthaltigen Verbindungen individuell in einer geringen Gewichtsmenge der Verbindung zu einer größeren Menge des Öls vorhanden. Der Begriff "geringe Menge" wie hier verwendet soll bedeuten, daß die Menge weniger als 50 Gew.-% der Zusammensetzung beträgt. Der Begriff "größere Menge" soll bedeuten, daß die Menge mehr als 50 Gew.-% der Zusammensetzung beträgt.
• Das Kupferantioxidans sollte in kohlenwasserstoff-, vorzugsweise öllöslicher oder -dispergierbarer Form vorliegen. Diese Antioxidantien sind vom Typ und in Mengen vorhanden, die typischerweise als Schmierstoffadditive für Verbrennungsmotoren verwendet werden, da diese eine wirtschaftliche und leicht erhältliche Quelle der Materialien darstellen. Geeignete Beispiele schließen Kupfernaphthenate, -oleate und -polyisobutylenbernsteinsäureanhydridverbindungen ("PIBSA") ein. Somit variieren diese Mengen mit der speziellen Formulierung, ohne die vorliegende Erfindung zu beeinträchtigen.
• Die kobalthaltigen Verbindungen, die den synergistischen Effekt der Steigerung der Kontrolle von Ablagerungen in formu lierten Ölen mit darin enthaltenen kupferhaltigen Antioxidantien erzeugen, sollten in kohlenwasserstoff-, vorzugsweise öllöslicher oder -dispergierbarer Form vorliegen. Somit ist jede Quelle für Kobalt akzeptabel, solange sie öllöslich oder -dispergierbar ist. Beispiele schließen öllösliche Kobaltsalze wie Kobaltnaphthenate oder Kobaltstearate und anorganische Kobaltsalze in Kombination mit geeigneten Dispergiermitteln oder Tensiden ein, beispielsweise Kobalt-PIBSA oder Kobaltacetylacetonat ("acac"). Es ist erwünscht, daß die kobalthaltige Verbindung mit der kupferhaltigen Verbindung sowie dem Basismaterial oder formulierten Öl verträglich ist, dem es zugesetzt wird, um den synergistischen Effekt der Verzögerung der Bildung von Ablagerungen und Verlängerung der Lebensdauer des Kupferantioxidans und formulierten Öls zu erreichen. Das Kobalt ist in einer ausreichenden Menge vorhanden, um die Ablagerungskontrollleistung zu steigern, d. h. die Bildung von Ablagerungen zu verzögern und so die Lebensdauer des Schmieröls zu verlängern, das das Kupferantioxidans enthält. Diese Menge ist bei Schmierstoffanwendungen typischerweise eine geringe Menge Kobaltmetall, etwa 10 bis 1000 ppm, vorzugsweise etwa 50 bis 500 ppm, insbesondere etwa 75 bis 200 ppm, bestimmt auf Basis der Menge an Metall, die in den formulierten Zusammensetzungen vorhanden ist.
• Das Vorhergehende kann mittels im Stand der Technik bekannten Mitteln zu den Basisölen und formulierten Ölen gegeben werden.
• Wie hier verwendet bedeutet der Begriff kohlenwasserstoff- oder Öl"löslich" und "dispergierbar", daß das Material in Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise Ölen mit Schmierviskosität, die bei Temperaturen, die in den Umgebungen vorkommen, in denen die formulierten Öle typischerweise verwendet werden, flüssig sind, löslich oder stabil dispergierbar ist. Der Begriff "stabil dispergierbar" bedeutet, daß das Material in der Lage ist, in dem Kohlenwasserstoff oder Öl in einem Ausmaß dispergiert zu werden, daß die Ausübung seiner Funktion in seiner vorhergesehenen Weise ermöglicht. Somit ist beispielsweise in Schmierölformulierungen ein Kupferantioxidans oder das Kobaltantioxidans kohlenwasser stoff- oder öllöslich oder -dispergierbar, wenn es in dem Öl in ausreichender Weise aufgelöst, dispergiert oder anderweitig suspendiert werden kann, damit das Öl als Schmierstoff wirken kann. Detergentien wie neutrale und/oder überbasische Gemische aus Calcium-sulfonierten Detergentien und Dispergiermitteln wie boriertem PIBSA-PAM können verwendet werden, um Löslichkeit oder Dispergierbarkeit in Öl zu erreichen.
• Die in den erfindungsgemäßen Schmierstoffzusammensetzungen verwendeten Basisöle können jedes Basisöl sein, das für die vorgesehene Verwendung des Schmierstoffs geeignet ist. Somit kann das Basisöl beispielsweise konventionell raffiniertes Mineralöl, von Kohlenteer oder Schiefer abgeleitetes Öl, pflanzliches Öl, tierisches Öl, hydrierend gecracktes Öl oder synthetisches Öl oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Typen von Ölen sein. Beispiele für synthetische Öle schließen hydroisomerisierte Paraffine, Poly-α-olefine, Polybutene, Alkylbenzole, Polyglykole, Ester wie Polyolester oder Ester von zweibasigen Carbonsäuren, Alkylenoxidpolymere und Silikonöle ein. Die Viskosität des Basisöle hängt von der vorgesehenen Verwendung ab, liegt aber allgemein im Bereich von 3 bis 20 cSt bei 100ºC.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von anderen Additiven in den Ölzusammensetzungen. Diese anderen Additive schließen solche konventionellen Additivtypen wie Viskositätsmodifizierungsmittel, Extremdruckmittel, Korrosionsschutzmittel, Stockpunktsenkungsmittel, Farbstabilisierungsmittel, Antischaummittel und andere solcher Materialien ein, die allgemein Fachleuten beim Formulieren von Schmierstoffen bekannt sind.
• Es wird erwartet, daß die hier beschriebenen Vorteile über den Bereich von Mengen und Typen von kupferhaltigen Antioxidantien erreicht werden können, der allgemein als Schmieröladditive verwendet wird.
• Es wird erwartet, daß ähnliche Vorteile in Brennstoffen erhalten werden können.
• Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beispielhaft dargestellt werden.
Beispiel 1 - Schiefe-Platte-Ablagerungstest
• Der Effekt der Anwesenheit von kobalthaltigen Verbindungen in Schmieröl, das mit kupferhaltigem Antioxidans formuliert war, wurde unter Verwendung des Schiefe-Platte-Ablagerungstests (IPDT; Inclined Panel Deposit Test) bewertet. Der günstige und synergistische Effekt der Zugabe von kobalthaltigen Verbindungen zu mit kupferhaltigen Antioxidantien formulierten Basisölen auf die Bildung von Ablagerungen im Motor kann bestimmt werden, indem der Aufbau von Ablagerungen während des Verlaufs des Tests gemessen wird. Der günstige Effekt der Kobaltzugabe wird durch geringere Mengen an Niederschlagsbildung deutlich.
• Der IPDT ist ein Prüfstandversuch, der die Bildung von Kolbenablagerungen während des Motorbetriebs simuliert. 35 ml Öl wurden auf 150ºC erwärmt und in einem Winkel von 2º eine auf 308ºC erwärmte Metallplatte herunterlaufen gelassen. Das Öl wurde dann durch einen Sumpf zurück auf die Platte gepumpt. Das Öl wurde während der zweistündigen Dauer des Tests einem synthetischen Durchblasegas ausgesetzt. Die Platte wurde abgekühlt und mit Heptan gewaschen. Der Bewertungszahlenwert (Fehlerbewertungskennzahl) gibt die Menge an Ablagerung auf der Platte an. Eine höhere Zahl (größere Fehlerbewertungskennzahl) zeigt stärkere Bildung von Ablagerungen, wobei 10 der höchste Wert und Null der niedrigste Wert ist.
• Tabelle 1 zeigt die Resultate des IPDT unter Verwendung von kommerziell erhältlichem Mineralölbasismaterial, das mit kommerziell erhältlichem Additivpaket formuliert ist, das Kupfer-PIBSA und monofunktionellen Olefincopolymer-VI-Verbesserer, boriertes PIBSA-Stockpunktsenkungsmittel, überbasisches Calciumsulfonat- Detergens, neutrales Calciumsulfonat-Detergens, Nonylphenylsulfid-Antioxidans, ZDDP-Antiverschleißmittel, Molybdändithiocarbonat-Antiverschleißadditiv enthält, allein (Versuch 1) und in Gegenwart von Kobaltadditiv (Versuch 2), wodurch der synergistische Effekt der Zugabe von Kobalt zu Kupferantioxidanssystemen gezeigt wird. Ein Vergleichsbeispiel, das die Verschlechterung der Ergebnisse bei Zugabe von Kobalt zu kommerziell erhältlichem Diphenylamin und gehindertem phenolischen Antioxidansadditivpaket zeigt, ist in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 1 Schiefe-Platte-Ablagermwstest
• formuliertes Öl Resultate (Fehlerbewertungskennzahl)
• (1) Schmierbasismaterial, formuliert mit Kupferantioxidans* 6,4
• (2) Schmierbasismaterial, formuliert mit Kupferantioxidans* + 100 ppm Kobaltantioxidans** 3,4
• * 0,3 Gew.-% Kupfer-PIBSA-Antioxidans
• ** 0,17 Gew.-% Kobaltnaphthenat
Tabelle 2 Schiefe-Platte-Abla2erun2stest (Vergleichsdaten
• formuliertes Öl Resultat (Fehlerbewertungskennzahl)
• (1) Schmierbasismaterial, formuliert mit Diphenylamin und gehindertem phenolischen Antioxidans 2,4
• (2) Schmierbasismaterial, formuliert mit Diphenylamin und gehindertem phenolischen Antioxidans + 100 ppm Kobalt 4,0

Claims (8)

1. Formulierte Schmierölzusammensetzung für Verbrennungsmotoren, die Basismotoröl mit Schmierviskosität, kupferhaltiges Antioxidans und eine die Kontrolle von Ablagerungen erhöhende Menge öllösliche oder öldispergierbare kobalthaltige Verbindung umfaßt, die 10 bis 1000 Gew.ppm Kobaltmetall in der formulierten Schmierstoffzusammensetzung liefert.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Menge an kobalthaltiger Verbindung 50 bis 500 Gew. ppm beträgt, bezogen auf die Menge an Kobaltmetall in der formulierten Schmierstoffzusammensetzung.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die kobalthaltige Verbindung ausgewählt ist aus Kobaltnaphthenaten, Kobaltstearaten, Kobalt-Polyisobutylenbernsteinsäureanhydriden und Kobaltacetylacetonaten.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das kupferhaltige Antioxidans ausgewählt ist aus Kupfernaphthenaten, -oleaten, -stearaten und -Polyisobutylenbernsteinsäureanhydriden.

5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mindestens ein Mittel ausgewählt aus Dispergiermittel und Detergens umfaßt.

6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mindestens ein Additiv ausgewählt aus Antiverschleißmitteln, Viskositätsmodifizierungsmitteln, Extremdruckmitteln, Antischaummitteln, Stockpunktsenkungsmitteln und Farbstabilisierungsmitteln umfaßt.

7. Verfahren zur Kontrolle der Bildung von Ablagerungen im Schmiersystem eines Verbrennungsmotors, bei dem eine die Kontrolle von Ablagerungen erhöhende Menge von 10 bis 1000 Gew. ppm, bezogen auf die Menge an Kobaltmetall in dar formulierten Schmierstoffzusammensetzung, einer öllöslichen oder öldispergierbaren kobalthaltigen Verbindung mit einem Basismotoröl mit Schmierviskosität kombiniert wird, das mit kupferhaltigem Antioxidans formuliert ist.

8. Verwendung von öllöslicher oder öldispergierbarer kobalthaltiger Verbindung zur Erhöhung der Kontrolle der Bildung von Ablagerungen im Schmiersystem eines Verbrennungsmotors, wobei das Schmiersystem Basismotoröl mit Schmierviskosität und kupferhaltiges Antioxidans umfaßt.