DE69216165T2

DE69216165T2 - Schmierölzusammensetzung für Zweitakt- oder Drehkolbenmotoren

Info

Publication number: DE69216165T2
Application number: DE69216165T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Matsuoka; Tomomi Miyaji
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2012-07-11
Also published as: EP0523560B1; EP0523560A1; CA2073805A1; DE69216165D1; US5308524A; JP3001679B2; JPH0625685A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmierölzusammensetzung für 2-Takt- oder Umlaufmotoren. Insbesondere betrifft sie eine Schmierölzusammensetzung, deren biologische Abbaubarkeit ausgezeichnet ist, und die eine ausreichend hohe Mischbarkeit mit Benzin besitzt und deren Detergency ausgezeichnet ist.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bislang bestanden Forderungen nach der Entwicklung von Schmierölen, die eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit besitzen, unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes. Es ist bekannt, daß verschiedene Esterverbindungen für diesen Zweck sehr geeignet sind (vergleiche Power Design,. Bd. 28 (7), 5. 65 usw.). Wenn diese Verbindungen jedoch als Schmiermittel für 2- Takt- oder Umlaufmotoren verwendet werden, ist ihre resultierende Detergency nicht ausreichend hoch, was ihre Verwendung zu einem offenen Problem werden läßt. Weiterhin besitzen diese Verbindungen eine unzureichende Mischbarkeit mit Benzin und gelegentlich Anlaß zum Auftreten des Versagens der Reibung.
Die EP-A-0 297 996, EP-A-0 365 081 und GB-A-1 131 925 offenbaren Schmjerölzusammensetzungen, die einen Ester eines gehinderten Alkohols und eine Fettsäure ebenso wie ein Polyoxyalkylenaminocarbamat und/oder ein Alkenylsuccinimid umfassen.
Die WO-A-88 01 290 offenbart eine Schmierölzusammensetzung, die einen Ester eines gehinderten Alkohols und einer Fettsäure, ein Polyoxyalkylenaminocarbamat und einen Kohlenwasserstoff umfaßt, der bevorzugt ein 1-Decen-Trimer ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter diesen Umständen unternahmen die vorliegenden Erfinder intensive Untersuchungen im Hinblick auf die Entwicklung einer Zusammensetzung, die eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit besitzt, mit dem Kraftstoff eine ausreichend hohe Verrnischbarkeit besitzt und deren Detergency ausgezeichnet ist, die als Schmieröl zur Verwendung in 2-Takt- oder Umlaufmotoren geeignet ist. Als Ergebnis wurde gefunden, daß eine Serie von Estern, die sich von sterisch gehinderten Alkoholen und ausgewählten Carbonsäuren oder deren Mischung mit Poly (oxyalkylen) aminocarbamaten und/oder Alkenylsuccinimiden und falls erwünscht, unter weiterer Zugabe von Kohlenwasserstoffen und/oder Ethern mit geringen aromatischen Gehalten, die bevorzugten Schmiereigenschaften, die für den Umweltschutz erforderlich sind, aufweisen. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis dieser Befunde vervollständigt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schmierölzusammensetzung bereitzustellen, deren biologische Abbaubarkeit ausgezeichnet ist, die eine ausreichend hohe Mischbarkeit mit Benzin besitzt und weiter eine ausgezeichnete Detergency besitzt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schmierölzusammensetzung bereitzustellen, die eine effektive und breite Anwendung beim Schmieren von 2-Takt- oder Umlaufmotoren, insbesondere Automobil-2-Takt-Motoren, Außenbord- Motoren, Freizeitboot-Motoren, Mehrzweck-2-Takt-Motoren (Kettensägen, Generatoren, Mäher) finden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Schmierölzusammensetzung zur Verwendung in 2-Takt- oder Umlaufmotoren bereit, die umfaßt (A) einen Ester, gebildet durch einen gehinderten Alkohol und eine Fettsäure mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen (Komponente A)) und (B) entweder eine oder beide aus Poly(oxyalkylen) aminocarbamaten und Alkenylsuccinimiden (Komponente (B)) und (C) entweder eine oder beide aus einem Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von 500ºC oder niedriger und einem aromatischen Gehalt von 2 % oder niedriger und einem Ether mit einem aromatischen Gehalt von 2 % oder weniger und 6 bis 20 Kohlenstoffatomen (Komponente (C)) als wesentliche Komponente, worin der genannte Kohlenwasserstoff ausgewählt wird aus einem hydrierten leichten Mineralöl und einem Polymer von Ethylen, Propylen oder Buten und Copolymeren davon.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist die Komponente (A) ein Ester, gebildet aus einem gehinderten Alkohol und einer Fettsäure mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen, und verschiedene gehinderte Alkohole können hier verwendet werden. Bevorzugt unter diesen sind Trimethylolpropan, ein dehydratisiertes Dimer von Trimethylolpropan, ein Dimer von Trimethylolpropan, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure&sub1; Pentaerythritol, ein dehydratisiertes Dimer von Pentaerythritol, ein Dimer von Pentaerythritol, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure, Neopentylglykol, ein dehydratisiertes Dimer von Neopentylglykol oder ein Dimer von Neopentylglykol, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure. Als zweiwertige Säure werden bevorzugt Adipinsäure und Sebacinsäure verwendet.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt die Fettsäure, die mit dem gehinderten Alkohol den Ester bildet, Kohlenstoffatome im Bereich von 5 bis 14, bevorzugt 5 bis 12, entweder geradkettig oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt, aber besonders bevorzugt ist eine einwertige Säure. Ein Fettsäure mit 4 Kohlenstoffatomen oder weniger besitzt eine niedrige Viskosität, was unerwünscht zu einer Verringerung der Förderleistung der Pumpe für das separate Schmiersystem und zum Ausbleiben der Förderung des Schmieröls führt. Auf der anderen Seite ist das Schmieröl nicht ausreichend mit dem Kraftstoff bei niedrigen Temperaturen mischbar, wenn die Fettsäure 15 Kohlenstoffatome oder mehr besitzt, was zum Versagen der Schmierung führt. Weiter werden die Kolben-Detergency und die biologische Abbaubarkeit unerwünscht verringert.
Unter diesen gehinderten Alkoholen sind diejenigen besonders bevorzugt, die Trimethylolpropan, Pentaerythritol und Neopentylglykol einschließen. Unter den Fettsäuren, sind diejenigen besonders bevorzugt eingeschlossen, die eine Verbindung aus geradkettigen oder verzweigtkettigen Fettsäuren mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen, oder zwei oder mehr davon in Kombination.
Insbesondere ist ein Ester am meisten bevorzugt, der gebildet wird durch die Kombination dieser gehinderten Alkohole und Fettsäuren, mit einem Gesamtsäurewert von 1 oder weniger und einem Hydroxylwert von 30 oder weniger.
Spezifische Beispiele der Ester als Komponente (A) schließen ein: (1) ein Ester von Neopentylglykol und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen, (2) ein Ester von Trimethylolpropan und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen, (3) ein Ester von Pentaerythritol, einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und einer geradkettigen Fettsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, (4) ein Ester von Pentaerythritol und einer geradkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, (5) ein Ester von Neopentylglycol und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder (6) ein Ester von Dipentaerythritol, einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen und einer geradkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen.
Das Mischungsverhältnis der genannten Komponente (A) ist nicht besonders beschränkt und kann geeignet, abhängig von den Umständen ausgewählt werden, aber gewöhnlich wird die Komponente (A) in einer Menge von 40 bis 99,9 Gew.-% bevorzugt 50 bis 98 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Schmieröl zugemischt.
Wenn das Mischungsverhältnis der Komponente (A) zu niedrig ist, wird die biologische Abbaubarkeit des Schmieröls verringert. Auf der anderen Seite, wenn es zu groß ist, verringert sich die Kolben-Detergency gelegentlich.
In der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist die Komponente (B) entweder eine oder beide aus Poly(oxyalkylen)aminocarbamaten und Alkenylsuccinimiden. Diese Komponente (B) Anzahl von Poly(oxyalkylen)aminocarbamaten kann verwendet werden. Es ist aber bevorzugt diejenigen zu verwenden, die durch die allgemeine Formel:
dargestellt werden, worin worin R¹ eine Alkylgruppe mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen, bevorzugt eine Alkylgruppe mit 10 bis 25 Kohlenstoffatomen ist; R² eine Alkylengruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist; m eine ganze Zahl von 1 bis 8, bevorzugt eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist; n eine ganze Zahl von 10 bis ganze Zahl von 1 oder 2 ist. Die Alkenylsuccinimide schließen Polybutenylsuccinimid mit einer Polybutenylgruppe mit einem Molekulargewicht von 100 bis 2000 ein.
Das Mischungsverhältnis für die genannte Komponente (B) ist nicht besonders beschränkt und kann abhängig von den Umständen geeignet ausgewählt werden. Gewöhnlich wird die Komponente (B) jedoch in einer Menge von 0,1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Schmieröl zugemischt. Wenn das Mischungsverhältnis der Komponente (B) zu gering ist, ist es nicht möglich, die Detergency ausreichend in Teilen, die in Position mit relativ niedriger Temperatur installiert sind, zu verbessern, wie am Kolben-Unterboden und an den Kugellagern am kleinen Endteil des Pleuels. Auf der anderen Seite wird die Detergency im Gegenteil verringert, wenn es zu groß ist. Weiterhin können um die Schmiereigenschaften der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu verbessern, verschiedene bekannte Additive ebenso effektiv in einer Menge von 20 Gew.-% oder weniger enthalten sein.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfaßt die genannten (A)- und (B)-Komponenten, kombiniert mit der Komponente (C) als wesentlichen Komponenten. Die Komponente (C) ist entweder eine oder beide aus einem Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von 500ºC oder niedriger und einem aromatischen Gehalt von 2 % oder niedriger und einem Ether mit einem aromatischen Gehalt von 2 % oder niedriger und 6 bis 20 Kohlenstoffatomen. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der aromatische Gehalt den Wert, der durch eine Messung gemäß ASTM D 1319-89 erhalten wird.
Der genannte Kohlenwasserstoff besitzt einen Siedepunkt von 500ºC oder weniger, bevorzugt 150 bis 450ºC und einen aromatischen Gehalt von 2 % oder weniger, bevorzugt 1 % oder weniger und ist bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit. Der Kohlenwasserstoff, der die obigen Erfordernisse erfüllt, schließt hydrierte leichte Mineralöle ein wie hydriertes Kerosin, Leichtöl und ähnliches, bevorzugt ein Polymer von Ethylen, Propylen oder Buten (Tetramer bis Decamer von Ethylen, Trimer bis Octamer von Propylen und Dimer bis Hexamer von Buten) und ein Copolymer davon. Die Zugabe des Kohlenwasser stoffs mit einem Siedepunkt von mehr als 500ºC verringert den verbessernden Effekt für die Mischbarkeit der Zusammensetzung mit dem Benzin, und der Kohlenwasserstoff, der einen aromatischen Gehalt von mehr als 2 % aufweist, beeinträchtigt die Mikroorganismen zur Zersetzung des Öls nachteilig und verringert entsprechend die biologische Abbaubarkeit der Zusammensetzung signifikant. Der Ether als Komponente (C) ist ein synthetischer Ether mit einem aromatischen Gehalt von 2 % oder weniger, bevorzugt 1 % oder weniger und 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 6 bis 10 Kohlenstoffatomen. Dieser Ether schließt Diisoamylether, Dusopropylether und Dibutylether ein. Die Zugabe des Ethers mit mehr als 20 Kohlenstoffatomen verringert die verbessernde Wirkung auf die Mischbarkeit der Zusammensetzung mit Benzin, und ein Ether, der einen aromatischen Gehalt von mehr als 2 % aufweist, beeinträchtigt nachteilig die Mikroorganismen zur Zersetzung des Öls und verringert entsprechend die biologische Abbaubarkeit der Zusammensetzung signifikant.
Das Mischungsverhältnis der genannten Komponente (C) in der Zusammensetzung ist nicht besonders beschränkt und kann geeignet abhängig von den Umständen ausgewählt werden. Gewöhnlich beträgt die zugernischte Menge der Komponente (C) 60 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 1 bis 50 Gew. -% bezogen auf die Gesamtmenge der Schmierölzusammensetzung. Die Komponente (C) ist wirksam zur Verbesserung der Mischbarkeit zwischen der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung und dem Benzin, aber wenn ihr Mischungsverhältnis zu groß wird, verringert sich die biologische Abbaubarkeit.
Wie oben beschrieben, umfaßt die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Komponenten (A), (B) und (C) als wesentliche Komponenten, aber verschiedene bekannte Additive können wie oben beschrieben in der Zusammensetzung, falls gewünscht, enthalten sein. Weiter kann Polybuten und ähnliches wirksam mit der Zusammensetzung in einem Verhältnis von 40 Gew.-% oder darunter, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schmierölzusammensetzung, vermischt sein.
Die kinematische Viskosität der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders beschränkt und kann abhängig von den Umständen geeignet ausgewählt werden. Gewöhnlich liegt jedoch der Bereich der kinematischen Viskosität bevorzugt zwischen 20 und 150 cSt (40ºC).
Aus dem obigen ist offensichtlich, daß die Schmierölzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete biologische Abbaubarkeit, eine ausreichend hohe Mischbarkeit mit Benzin und weiter eine ausgezeichnete Detergency besitzt.
Die Schmierölzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann folglich weit und effektiv in der Schmierung von 2-Takt- oder Umlauf-Motoren, insbesondere Automobil-2-Takt-Motoren, Außenbordmotoren, Freizeitbootsantrieben, Mehrzweck-2-Takt- Motoren (Kettensägen, Generatoren, Mäher) verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Hinblick auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele detaillierter beschrieben.

Beispiele 1 bis 12 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8

Die Schmierölzusammensetzungen wurden hergestellt durch Vermischen der in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten in den vorgeschriebenen Verhältnissen und hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften entsprechend der folgenden Methoden bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Testverfahren zur Bewertung

(1) Biologische Abbaubarkeit:

wurde entsprechend dem Testverfahren bereitgestellt für die CEC-Spezifizierung (CEC L-3-T82) getestet.

(2) Mischbarkeit mit Benzin:

wurde bei -25ºC entsprechend dem Testverfahren bereitgestellt für die ASTM-Spezifizierung (ASTM 4682-87) getestet.

(3) Kolben-Detergency:

Ein luftgekühlter 50 cc 1-Zylinder-2-Takt-Motor wurde für eine Stunde unter den Bedingungen einer Motorumdrehungszahl von 6500 upm bei Vollast, einem Verhältnis von Kraftstoff zu Schmieröl von 20 : 1 und einer Zündkerzendichtungstemperatur von 270ºC betrieben.
Sechs Positionen des Motors, d.h. oberster Ring, zweiter Ring, oberste Zylinderwand, zweite Zylinderwand, Kolbenmantel und Unterboden wurden beobachtet, das Ergebnis jeder Beobachtung wurde mit einem Maximum von 10 Punkten bewertet und die erhaltenen Punkte wurden unterteilt, um eine künstliche Bewertungsmarke zu erstellen (am schlechtesten: 0 Punkte, am besten: 60 Punkte). TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung) TABELLE 1 (Fortsetzung) TABELLE 1 (Fortsetzung) TABELLE 1 (Fortsetzung)
*1 Pentaerythritol + iso-C&sub8; einwertige Fettsäure + n-C&sub1; einwertige Fettsäure
*2 Neopentylglykol + iso-C&sub9; einwertige Fettsäure
*3 Trimethylolpropan + iso-C&sub9; einwertige Fettsäure
*6 Pentaerythritol + n-C&sub3; einwertige Fettsäure
*7 Neopentylglykol + Iso-C&sub1;&sub6; einwertige Fettsäure
Wie aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, ist die Kolben-Detergency gering, wenn die Komponente (A) allein als Schmiermittel verwendet wird. Wenn die Komponente (B) nicht vorhanden ist, ist die Kolben-Detergency auch gering (Vergleichsbeispiel 2) und weiter, selbst wenn die Komponente (B) nicht vorhanden ist, aber ein bekannter Schlamminhibitor hinzugegeben wurde, ist die Kolben-Detergency auch gering (Vergleichsbeispiel 3). Außerdem, wenn die Fettsäure als Komponente (A) eine Alkylgruppe mit kurzer Kohlenstoffkette besitzt, besteht die Neigung, daß Festfressen auftritt (Vergleichsbeispiel 4). Auf der anderen Seite, wenn die Fettsäure eine Alkylgruppe mit längerer Kette besitzt, sind die biologische Abbaubarkeit und die Detergency gering (Vergleichsbeispiel 5). Im Falle, wenn die Komponente (A) ein paraff inisches Mineralöl ist, ist die Kolben-Detergency und die biologische Abbaubarkeit gering (Vergleichsbeispiel 7), während die Verwendung von Kerosin mit einem hohen aromatischen Gehalt als Komponente (C) in einer Verringerung der biologischen Abbaubarkeit mündet (Vergleichsbeispiel 8).

Claims

1. Schmierölzusammensetzung für 2-Takt- oder Umlaufmotoren, die umfaßt: (A) einen Ester eines gehinderten Alkohols und eine Fettsäure mit 5 bis 14 Kohlenstoffatomen, (B) mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Poly(oxyalkylen) aminocarbamat-Verbindung und einer Alkenylsuccinimid- Verbindung, und (C) mindestens eine Verbindung aus einem Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von 500ºC oder niedriger und einem aromatischen Gehalt von 2 % oder niedriger und einem Ether mit einem aromatischen Gehalt von 2 % oder weniger und 6 bis 20 Kohlenstoffatomen als wesentlichen Komponente, worin der genannte Kohlenwasserstoff ausgewählt wird aus einem hydrierten leichten Mineralöl und einem Polymer von Ethylen, Propylen oder Buten und Copolymeren davon.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der gehinderte Alkohol Trimethylolpropan, ein dehydratisiertes Dimer von Trimethylolpropan, ein Dimer eines Trimethylolpropans, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure, Pentaerythritol, ein dehydratisiertes Dimer von pentaerythritol, ein Dimer von Pentaerythritol, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure, Neopentylglykol, ein dehydratisiertes Dimer von Neopentylglykol oder ein Dimer von Neopentylglykol, vernetzt mit einer zweiwertigen Säure.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Fettsäure eine Verbindung mit einer geraden oder verzweigten Kette mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin (A), der Ester, ausgewählt ist aus: (1) ein Ester von Neopentylglykol und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen, (2) ein Ester von Trimethylolpropan und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen, (3) ein Ester von Pentaerythritol, einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und einer geradkettigen Fettsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, (4) ein Ester von Pentaerythritol und einer geradkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, (5) ein Ester von Neopentylglykol und einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder (6) ein Ester von Dipentaerythritol, einer verzweigtkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen und einer geradkettigen Fettsäure mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin (B), das Poly(oxyalkylen)aminocarbamat, ein Poly(oxyalkylen)aminocarbamat ist, dargestellt durch die allgemeine Formel:

worin R¹ eine Alkylgruppe mit 8 bis 30 Kohlenstoffatomen ist; R² eine Alkylengruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist; m eine ganze Zahl von 1 bis 8, bevorzugt eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist; n eine ganze Zahl von 10 bis 40, bevorzugt eine ganze Zahl von 15 bis 35 ist; und p eine ganze Zahl von 1 oder 2 ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin (C), der Kohlenwasserstoff, ein Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von 150 bis 450ºC und einem aromatischen Gehalt von 1% oder niedriger ist, der bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin (C) der Kohlenwasserstoff ein Ethylenpolymer im Bereich eines Tetrameres bis Decameren, ein Propylenpolymer im Bereich eines Trimeren bis Octameren und ein Butenpolymer im Bereich eines Dimeren bis Hexameren oder ein Copolymer dieser Verbindungen ist.