[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Copolymeren mit Struktureinheiten
von olefinisch ungesättigten hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen und weiteren olefinisch
ungesättigten Verbindungen mit Alkylresten zur Verbesserung der Schmierwirkung von
Mitteldestillaten, sowie derart additivierte Mitteldestillat-Brennstofföle.
[0002] Mineralöle und Mineralöldestillate, die als Brennstofföle verwendet werden, enthalten
im allgemeinen 0,5 Gew.-% und mehr Schwefel, der bei der Verbrennung die Bildung von
Schwefeldioxid verursacht. Um die daraus resultierenden Umweltbelastungen zu vermindern,
wird der Schwefelgehalt von Brennstoffölen immer weiter abgesenkt. Die Dieseltreibstoffe
betreffende Norm EN 590 schreibt in Deutschland zur Zeit einen maximalen Schwefelgehalt
von 500 ppm vor. In Skandinavien kommen bereits Brennstofföle mit weniger als 200
ppm und in Ausnahmefällen mit weniger als 50 ppm Schwefel zur Anwendung. Diese Brennstofföle
werden in der Regel dadurch hergestellt, daß man die aus dem Erdöl durch Destillation
erhaltenen Fraktionen hydrierend raffiniert. Bei der Entschwefelung werden aber auch
andere Substanzen entfernt, die den Brennstoffölen eine natürliche Schmierwirkung
verleihen. Zu diesen Substanzen zählen unter anderem polyaromatische und polare Verbindungen.
[0003] Es hat sich nun aber gezeigt, daß die reibungs- und verschleißmindernden Eigenschaften
von Brennstoffölen mit zunehmendem Entschwefelungsgrad schlechter werden. Oftmals
sind diese Eigenschaften so mangelhaft, daß an den vom Kraftstoff geschmierten Materialien
wie z.B. den Verteiler-Einspritzpumpen von Dieselmotoren schon nach kurzer Zeit mit
Fraßerscheinungen gerechnet werden muß. Die mittlerweile in Skandinavien vorgenommene
weitere Absenkung des 95 %-Destillationspunkts auf unter 370°C, teilweise auf unter
350°C oder unter 330°C verschärft diese Problematik weiter.
[0004] Im Stand der Technik sind daher Ansätze beschrieben, die eine Lösung dieses Problems
darstellen sollen (sogenannte Lubricity-Additive).
[0005] EP-A-0 680 506 offenbart Ester aus Carbonsäuren mit 2 bis 50 Kohlenstoffatomen als
Additive zur Verbesserung der Schmierwirkung von schwefelarmen Mitteldestillaten mit
unter 0,5 Gew.-% S.
[0006] DD-126 090 offenbart schmierverbessernde Additive aus Copolymerisaten von Ethylen
und ungesättigten Carbonsäureestern, vorzugsweise Vinylacetat, die den Kraftstoffen
in Mengen von 0,01 bis 0,5 Gew.-% zugesetzt werden.
[0007] EP-A-0 764 198 offenbart Additive, die die Schmierwirkung von Brennstoffölen verbessern,
und die polare Stickstoffverbindungen auf Basis von Alkylaminen oder Alkylammoniumsalzen
mit Alkylresten von 8 bis 40 Kohlenstoffatomen enthalten.
[0008] DE-A-15 94 417 offenbart Zusätze zur Verbesserung der Schmierwirkung oleophiler Flüssigkeiten,
die Ester aus Glykolen und Dicarbonsäuren mit mindestens
11 Kohlenstoffatomen enthalten.
[0009] EP-A-0 635 558 offenbart Dieselöle mit Schwefelgehalten unter 0,2 Gew.-% und Aromatengehalten
unter 30 Gew.-%. Diese Dieselöle werden mit 100 bis 10.000 ppm C
1-C
5-Alkylestern von ungesättigten geradkettigen C
12-C
22-Fettsäuren, die von Ölsaaten abstammen, additiviert.
[0010] EP-A-0 074 208 offenbart Mittel- und Schwerdestillate, die mit Copolymeren aus Ethylen
und oxalkylierten Acrylaten oder Ethylen und Vinylestern gesättigter und ungesättigter
Carbonsäuren additiviert sind.
EP-A-0 856 533 offenbart Copolymere auf Basis von Vinylestem von Carbonsäuren, vinylaromatischen
Kohlenwasserstoffen, hydroxyfunktionellen ungesättigten Monomeren und weiteren polymerisierbaren
Monomeren. Die Polymere weisen OH-Zahlen von 110-170 mg KOH/g auf, und haben Molekulargewichte
von 1500 - 8000 g/mol. Die Polymere werden jedoch gemäß Offenbarung des Dokuments
für die Herstellung von Überzugsmitteln für Lacke verwendet. Eine Verwendung im Zusammenhang
mit Brennstoffölen wird nicht offenbart.
[0011] US-3 915 668 offenbart Terpolymere aus Ethylen, 10 - 25 Gew.-% C
1-C
8-Alkylvinylestern und 10 - 30 Gew.-% Dialkylvinylcarbinol und ihre Verwendung zur
Verbesserung der Kaltfließeigenschaften von Roh- und Rückstandsölen. Die Eignung solcher
Terpolymere für die Verbesserung der Schmierwirkung von Destillatkraftstoffen wird
nicht offenbart.
[0012] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, Additive zu finden, die in weitgehend
von Schwefel und aromatischen Verbindungen befreiten Mitteldestillaten zu einer Verbesserung
der Schmierwirkung führen. Gleichzeitig sollen diese Additive auch die Kaltfließeigenschaften
dieser Mitteldestillate günstig beeinflussen.
[0013] Überraschenderweise wurde gefunden, daß öllösliche Copolymere aus ethylenisch ungesättigten
Verbindungen, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen tragen sowie ethylenisch ungesättigten
Verbindungen mit Kohlenwasserstoffgruppen von mindestens 6 C-Atomen, den mit ihnen
additivierten Brennstoffölen die geforderten Eigenschaften verleihen.
[0014] Gegenstand der Erfindung ist somit die Verwendung von öllöslichen Copolymeren, welche
A) 5 bis 80 mol-% Struktureinheiten, die sich von olefinisch ungesättigten Verbindungen
ableiten, welche mindestens eine freie Hydroxylgruppe aufweisen,
B) 5 bis 95 mol-% Struktureinheiten, die sich von olefinisch ungesättigten Verbindungen
ableiten, welche einen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen tragen,
sowie gegebenenfalls
C) 0 bis 40 mol-% weiterer Struktureinheiten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Acrylsäure, Acrylaten, Vinylestem, Vinylethan und Alkenen mit der Maßgabe, daß die
unter C) genannten Struktureinheiten von den unter A) und B) genannten Struktureinheiten
verschieden sind,
und eine mittlere Molekülmasse Mw von 500 bis 100.000 g/mol und eine OH-Zahl zwischen
10 und 300 mg KOH/g aufweisen, zur Verbesserung der Schmierwirkung und Kaltfließeigenschaften
von Mitteldestillaten mit weniger als 0,5 Gew.-% Schwefelgehalt.
[0015] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Mitteldestillat-Brennstofföle mit einem
Schwefelgehalt von unter 0,5 Gew.-%, welche Copolymere der oben definierten Art enthalten.
[0016] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Copolymer eine OH-Zahl
von 20 bis 250, insbesondere 25 bis 200 mg KOH/g auf. In einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform weist das Copolymer ein mittleres Molekulargewicht Mw von 700 bis
10.000 g/mol auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Anteil der
Struktureinheiten (A) zwischen 10 und 70 mol-%, insbesondere zwischen 15 und 60 mol-%.
[0017] Bei den olefinisch ungesättigten Verbindungen, die die Comonomere (A) ausmachen,
handelt es sich vorzugsweise um Vinylester, Acrylester, Mono- und Diester ethylenisch
ungesättigter Carbonsäuren, Methacrylester, Alkylvinylether und/oder Alkene, die Hydroxyalkyl-,
Hydroxyalkenyl-, Hydroxycycloalkyl- oder Hydroxyarylreste tragen. Diese Reste enthalten
wenigstens eine Hydroxylgruppe, die an einer beliebigen Stelle des Restes stehen kann,
bevorzugt aber am Kettenende (ω-Stellung) bzw. in para-Stellung bei Ringsystemen steht.
[0018] Bei den Vinylestem handelt es sich vorzugsweise um solche der Formel 1
CH
2 = CH - OCOR
1 (1)
worin R
1 C
1-C
30-Hydroxyalkyl, vorzugsweise C
1-C
12-Hydroxyalkyl, speziell C
2-C
6-Hydroxyalkyl sowie die entsprechenden Hydroxyoxalkylreste bedeutet. Geeignete Vinylester
umfassen 2-Hydroxyethylvinylester, α-Hydroxypropylvinylester, 3-Hydroxypropylvinylester
und 4-Hydroxybutylvinylester sowie Diethylenglykolmonovinylester.
[0019] Bei den Acrylestern handelt es sich vorzugsweise um solche der Formel 2
CH
2 = CR
2 - COOR
3 (2)
worin R
2 Wasserstoff oder Methyl und R
3 C
1-C
30-Hydroxyalkyl, vorzugsweise C
1-C
12-Hydroxyalkyl, speziell C
2-C
6-Hydroxyalkyl sowie die entsprechenden Hydroxyoxalkylreste bedeutet. Geeignete Acrylester
umfassen Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat,
3-Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxyisopropylacrylat, 4-Hydroxybutylacrylat und Glycerinmonoacrylat.
Genauso geeignet sind die entsprechenden Ester der Methacrylsäure, sowie Ester von
ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren wie Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure
mit Diolen.
[0020] Bei den Alkylvinylethern handelt es sich vorzugsweise um Verbindungen der Formel
3
CH
2 = CH - OR
4 (3)
worin R
4 C
1-C
30-Hydroxyalkyl, vorzugsweise C
1-C
12-Hydroxyalkyl, speziell C
2-C
6-Hydroxyalkyl sowie die entsprechenden Hydroxyoxalkylreste bedeutet. Geeignete Alkylvinylether
umfassen 2-Hydroxyethylvinylether, Hydroxypropylvinylether, Hexandiolmonovinylether,
4-Hydroxybutylvinylether, Diethylenglykolmonovinylether und Cyclohexandimethanolmonovinylether.
[0021] Bei den Alkenen handelt es sich vorzugsweise um einfach ungesättigte Hydroxykohlenwasserstoffe
mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen, insbesondere 4 bis 16 Kohlenstoffatomen und speziell
5 bis 12 Kohlenstoffatomen. Geeignete Alkene umfassen Dimethylvinylcarbinol (= 2-Methyl-3-buten-2-ol),
Allyloxypropandiol, 2-Buten-1,4-diol, 1-Buten-3-ol, 3-Buten-1-ol, 2-Buten-1-ol, 1-Penten-3-ol,
1-Penten-4-ol, 2-Methyl-3-buten-1-ol, 1-Hexen-3-ol, 5-Hexen-1-ol und 7-Octen-1,2-diol.
[0022] Bevorzugte Comonomere (B) sind olefinisch ungesättigte Verbindungen, die Kohlenwasserstoffreste
mit mindestens 6 C-Atomen (unter Ausschluß der zur Polymerisation erforderlichen olefinischen
Gruppe) tragen. Diese Kohlenwasserstoffreste können linear, verzweigt, cyclisch und/oder
aromatisch sein. Neben Kohlenwasserstoffgruppen können sie auch untergeordnete Mengen
weiterer funktioneller Gruppen mit Heteroatomen, wie beispielsweise Nitro-, Halogen-,
Cyano-, Aminogruppen tragen, sofern diese die Öllöslichkeit nicht beeinträchtigen.
Dabei handelt es sich vorzugsweise um Monomere aus folgenden Gruppen:
B1 ) Vinylester von Carbonsäuren mit mindestens 7 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Octylvinylester,
2-Ethylhexylvinylester, Laurinsäurevinylester, Octadecylvinylester, Neononansäurevinylester,
Neodecansäurevinylester, Neoundecansäurevinylester, Neododecansäurevinylester.
B2) (Meth)acrylsäureester mit Alkoholen mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen, wie z.B.
Octylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Undecenylacrylat, Dodecylacrylat,
Tetradecylacrylat, Hexadecylacrylat, Oleylacrylat, Behenylacrylat sowie die entsprechenden
Ester der Methacrylsäure und Ester von ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren wie
Maleinsäure, Fumarsäure oder Itaconsäure
B3) Alkylvinylether, die mindestens einen C6-Alkylrest tragen, wie z.B. Octadecylvinylether
B4) Olefine und Vinylaromaten mit Kettenlängen von mindestens 6 Kohlenstoffatomen,
wie z.B. 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen, 1-Tetradecen, 1-Hexadecen, 1-Octadecen, 1-Eicosen,
technische α-Olefinschnitte, wie C20-C24-α-Olefin, C24-C28-α-Olefin, C30+-α-Olefin, Styrol, α-Methylstyrol, p-Methoxystyrol.
[0023] Es können sowohl einzelne Comonomere B als auch Mischungen verschiedener Comonomere
der einzelnen und/oder verschiedenen Monomere B1) bis B4) eingesetzt werden. Besonders
bevorzugte Comonomere (B) sind die oben genannten olefinisch ungesättigten Verbindungen
der Gruppen B1 ) bis B4) mit Kohlenwasserstoffresten, die mindestens 8 C-Atome umfassen.
Bevorzugt tragen mindestens 10 mol-%, bevorzugt mindestens 25 mol-%, insbesondere
mehr als 50 mol-% der Monomere (B) lineare Kohlenwasserstoffreste. Vorzugsweise liegt
der Anteil an Comonomeren (B) an den erfindungsgemäßen Polymeren zwischen 30 und 90
mol-%, insbesondere zwischen 40 und 80 mol-%.
[0024] Als weitere Comonomere C) können gegebenenfalls bis zu 40 mol-% Acrylsäure oder Methacrylsäure,
Acrylate wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, sowie die entsprechenden Methacrylsäureester,
Vinylester wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Hexylvinylester, Olefine wie Ethylen,
Propen, Buten, Isobuten, Penten, Hexen, 4-Methylpenten-, Diisobutylen, Norbornen einpolymerisiert
werden. Desgleichen können Stickstoff enthaltende Monomere wie z.B.
a) Alkylaminoacrylate bzw. -methacrylate, wie z.B. Aminoethylacrylat, Aminopropylacrylat,
Amino-n-butylacrylat, N-Methylaminoethylacrylat, N,N-Dimethylaminoethylacrylat, N,N-Diethylaminoethylacrylat,
N,N-Dimethylaminopropylacrylat, N,N-Diethylaminopropylacrylat sowie die entsprechenden
Methacrylate,
b) Alkylacrylamide und -methacrylamide, wie z.B. Ethylacrylamid, Butylacrylamid, N-Octylacrylamid,
N-Propyl-N-methoxyethylacrylamid, N-Acryloylphthalimid, N-Acryloylsuccinimid, N-Methylolacrylamid,
sowie die entsprechenden Methacrylamide,
c) Vinylamide, wie z.B. N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinylsuccinimid,
d) Aminoalkylvinyleher, wie z.B. Aminopropylvinylether, Diethylaminoethylvinylether,
Dimethylaminopropylvinylether,
e) Allylamin, N-Allyl-N-methylamin, N-Allyl-N-ethylamin, Diallylamin
f) eine Vinylgruppe tragende Heterozyklen, wie z.B. N-Vinylpyrrolidon, Methylvinylimidazol,
2-Vinylpyridin, 4-Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, Vinylcarbazol, Vinylimidazol,
N-Vinyl-2-piperidon, N-Vinylcaprolactem einpolymerisert werden.
[0025] Zur Erzielung einer leichteren Handhabbarkeit und besseren Löslichkeit der Additive
enthalten vorzugsweise bis zu 20 mol-%, insbesondere bis zu 10 mol-% der Comonomere
B) und gegebenenfalls C) verzweigte Alkylketten. Dabei sind auch Oligomere und Polymere
niederer Olefine wie z.B. Poly(propylen), Poly(buten) und Poly(isobutylen) geeignet,
wobei solche Oligomere mit hohem Anteil an endständigen Doppelbindungen (> 50 mol-%,
bevorzugt > 70 mol-%, insbesondere > 75 mol-%) bevorzugt sind.
[0026] Die Schmelzviskositäten der Copolymere bei 140°C liegen vorzugsweise unterhalb 10.000
mPas, insbesondere zwischen 10 und 2000 mPas und speziell zwischen 15 und 1000 mPas.
Öllöslich im Sinne der Erfindung heißt, daß mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mindestens
1 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-% des Additivs im zu additivierenden Mitteldestillat
klar löslich wird.
[0027] Die Copolymerisation der Comonomeren erfolgt nach bekannten diskontinuierlichen oder
kontinuierlichen Polymerisationsverfahren (vgl. hierzu z.B. Ullmanns Encyclopädie
der Technischen Chemie, 5. Auflage, Vol. A21, Seiten 305 bis 413). Geeignet sind die
Polymerisation in Lösung, in Suspension, in der Gasphase und die Fällungs- sowie Massepolymerisation.
Bevorzugt sind Masse- und Lösungspolymerisation. Die Reaktion der Comonomeren wird
durch Radikale bildende Initiatoren (Radikalkettenstarter) eingeleitet. Zu dieser
Substanzklasse gehören z.B. Sauerstoff, Hydroperoxide, Peroxide und Azoverbindungen
wie Cumolhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid, Dilauroylperoxid, Dibenzoylperoxid, Bis(2-ethylhexyl)-peroxidicarbonat,
t-Butylpermaleinat, t-Butylperpivalat, t-Butylperbenzoat, Dicumylperoxid, t-Butylcumylperoxid,
Di-(t-butyl)peroxid, 2,2'-Azo-bis(2-methylpropanonitril), 2,2'-Azo-bis(2-methylbutyronitril).
Die Initiatoren werden einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehr Substanzen in Mengen
von 0,01 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Comonomerengemisch,
eingesetzt.
[0028] Die Polymerisation erfolgt in der Regel bei Temperaturen von 40 - 300°C, vorzugsweise
bei 80 - 250°C, wobei bei Verwendung von Monomeren und/oder Lösemitteln mit Siedetemperaturen
unterhalb der Polymerisationstemperatur zweckmäßig unter Druck gearbeitet wird. Die
Polymerisation wird zweckmäßig unter Luftausschluß, z.B. unter Stickstoff durchgeführt,
da Sauerstoff die Polymerisation stört. Bei der Wahl des Initiators bzw. des Initiatorsystems
ist es zweckmäßig, darauf zu achten, daß die Halbwertzeit des Initiators bzw. Initiatorsystems
bei der gewählten Polymerisationstemperatur weniger als 3 Stunden beträgt. Bevorzugt
liegt sie zwischen 0,5 Minuten und einer Stunde.
[0029] Das gewünschte Molekulargewicht der Copolymerisate ergibt sich bei gegebener Zusammensetzung
des Comonomerengemisches durch Variation der Reaktionsparameter Konzentration und
Temperatur. Zur Erzielung niedermolekularer Copolymere kann weiterhin unter Zusatz
von Moderatoren gearbeitet werden. Geeignete Molekulargewichtsregler sind beispielsweise
Aldehyde, Ketone, Alkohole sowie organische Schwefel-Verbindungen wie Mercaptoethanol,
Mercaptopropanol, Mercaptoessigsäure, Mercaptopropionsäure, tert.-Butylmercaptan,
n-Butylmercaptan, n-Octylmercaptan, tert.-Dodecylmercaptan und n-Dodecylmercaptan.
In Abhängigkeit von der angestrebten Viskosität werden die Moderatoren in Mengen bis
zu 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Comonomerengemisch,
angewandt.
[0030] Für die Polymerisation geeignete Apparaturen sind z.B. übliche Rührkessel mit beispielsweise
Anker-, Blatt-, Impeller- oder Mehrstufenimpuls-Gegenstrom-Rührer und für die kontinuierliche
Herstellung Rührkesselkaskaden, Rührreaktoren oder statische Mischer.
[0031] Bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren ist neben
der lösemittelfreien Massepolymerisation die Lösungspolymerisation. Sie wird durchgeführt
in Lösungsmitteln, in denen die monomeren und die gebildeten Copolymeren löslich sind.
Es sind hierfür alle Lösungsmittel geeignet, die diese Vorgabe erfüllen und die mit
den Monomeren sowie den gebildeten Copolymeren keine Reaktion eingehen. Beispielsweise
sind dies organische, bevorzugt aromatische Lösemittel, wie Cumol, Toluol, Xylol,
Ethylbenzol oder auch kommerzielle Lösemittelgemische, wie ®Solvent Naphtha, ®Shellsol
AB oder ®Solvesso 150, 200.
[0032] Bei der Herstellung können alle Monomere vorgelegt und durch Zugabe eines Radikalkettenstarters
und Wärmezufuhr polymerisiert werden.
[0033] Zweckmäßigerweise wird jedoch das Lösungsmittel und gegebenenfalls ein Teil der Monomeren
(z.B. ca. 5 - 20 %) vorgelegt und der Rest der Monomerenmischung mit dem Initiator
und gegebenenfalls Co-Initiator und Regler zudosiert.
[0034] Die Konzentration der zu polymerisierenden Monomeren liegt zwischen 20 und 95 Gew.-%,
bevorzugt 50 und 90 Gew.-%.
[0035] Das feste Terpolymer kann durch Ausfällung mit geeigneten Nicht-Lösemitteln, wie
Aceton oder Methanol oder durch Verdampfen des Lösungsmittels isoliert werden. Es
ist jedoch zweckmäßig, für die Polymerisation ein Lösungsmittel zu wählen, in dem
das Polymer direkt erfindungsgemäß eingesetzt werden kann.
[0036] Weiterhin läßt sich die Schmierwirkung von Ölen in erfindungsgemäßer Weise dadurch
verbessern, daß man ihnen Copolymere zusetzt, die durch Oxalkylierung Säuregruppen
enthaltender Copolymere erhalten werden. Dazu geeignete Copolymere sind beispielsweise
solche von Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Fumarsäure, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid
mit den Comonomeren B und gegebenenfalls C. Zur Herstellung eines die Schmierwirkung
von Ölen verbessernden Additivs werden diese säuregruppenhaltigen Copolymere an den
Säuregruppen mit C
1- bis C
10-Alkylenoxiden oxalkyliert. Bevorzugte Alkylenoxide sind Ethylenoxid, Propylenoxid
und Butylenoxid. Die Oxalkylierung erfolgt vorzugsweise mit einem Einsatz von 0,5
bis 10 mol, insbesondere 1 bis 5 mol und speziell 1 bis 2 mol Alkylenoxid pro mol
Säuregruppe.
[0037] Die erfindungsgemäßen Copolymerisate werden Mineralölen oder Mineralöldestillaten
in Form von Lösungen oder Dispersionen die 10 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 20 - 80 Gew.-%,
der Copolymerisate enthalten, zugesetzt. Geeignete Lösungs- oder Dispersionsmittel
sind aliphatische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische,
z.B. Benzinfraktionen, Kerosin, Decan, Pentadecan, Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder
kommerzielle Lösungsmittelgemische wie Solvent Naphtha, ®Shellsol AB, ®Solvesso 150,
®Solvesso 200, ®Exxsol-, ®ISOPAR- und ®Shellsol D-Typen. Weitere geeignete Lösemittel
sind öllösliche Ester nativen Ursprungs, wie z.B. Triglyceride von Fettsäuren und
Fettsäuremethylester wie Rapsöl- und Sojaölsäuremethylester. Durch die Copolymerisate
in ihren Schmier- und/oder Kaltfließeigenschaften verbesserte Mineralöle oder Mineralöldestillate
enthalten 0,001 bis 2, vorzugsweise 0,005 bis 0,5 Gew.-% Copolymerisat, bezogen auf
das Destillat.
[0038] Die erfindungsgemäßen Copolymerisate können weiterhin in Form von Mischungen verwendet
werden, die aus Copolymeren der beanspruchten Art, jedoch unterschiedlicher qualitativer
und/oder quantitativer Zusammensetzung und/oder unterschiedlicher (bei 140°C gemessener)
Viskosität bestehen. Das Mischungsverhältnis (in Gewichtsteilen) der Copolymeren kann
über einen weiten Bereich variiert werden und z.B. 20:1 bis 1:20, vorzugsweise 10:1
bis 1:10 betragen. Auf diesem Wege lassen sich die Additive gezielt individuellen
Anforderungen anpassen.
[0039] Zur Herstellung von Additivpaketen für spezielle Problemlösungen können die erfindungsgemäßen
Copolymerisate auch zusammen mit einem oder mehreren öllöslichen Co-Additiven eingesetzt
werden, die bereits für sich allein die Kaltfließeigenschaften und/oder Schmierwirkung
von Rohölen, Schmierölen oder Brennölen verbessern. Beispiele solcher Co-Additive
sind Vinylacetat enthaltende Copolymerisate oder Terpolymerisate des Ethylens, polare
Verbindungen, die eine Paraffindispergierung bewirken (Paraffindispergatoren), Kammpolymere,
Alkylphenol-Aldehydharze sowie öllösliche Amphiphile.
[0040] So haben sich Mischungen der Terpolymerisate mit Copolymerisaten hervorragend bewährt,
die 10 bis 40 Gew.-% Vinylacetat und 60 bis 90 Gew.-% Ethylen enthalten. Nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung setzt man die erfindungsgemäß hergestellten Terpolymerisate
in Mischung mit Ethylen/Vinylacetat/ Neononansäurevinylester-Terpolymerisaten oder
EthylenVinylacetat/ Neodecansäurevinylester-Terpolymerisaten zur Verbesserung der
Fließfähigkeit von Mineralölen oder Mineralöldestillaten ein. Die Terpolymerisate
der Neononansäurevinylester bzw. der Neodecansäurevinylester enthalten außer Ethylen
10 bis 35 Gew.-% Vinylacetat und 1 bis 25 Gew.-% der jeweiligen Neoverbindung. Weitere
bevorzugte Copolymere enthalten neben Ethylen und 10 bis 35 Gew.-% Vinylestern noch
0,5 bis 20 Gew.-% Olefin wie Diisobutylen, 4-Methylpenten oder Norbomen. Das Mischungsverhältnis
der erfindungsgemäß hergestellten Terpolymerisate mit den vorstehend beschriebenen
Ethylen/Vinylacetat-Copolymerisaten bzw. den Terpolymerisaten aus Ethylen, Vinylacetat
und den Vinylestern der Neononan- bzw. der Neodecansäure beträgt (in Gewichtsteilen)
20:1 bis 1:20, vorzugsweise 10:1 bis 1:10.
[0041] Zur Verwendung als Fließverbesserer und/oder Lubricity-Additiv können die erfindungsgemäßen
Copolymerisate ferner in Mischung mit Paraffindispergatoren eingesetzt werden. Diese
Additive reduzieren die Größe der Paraffinkristalle und bewirken, daß die Paraffinpartikel
sich nicht absetzen, sondern kolloidal mit deutlich reduziertem Sedimentationsbestreben,
dispergiert bleiben. Weiterhin verstärken sie die Schmierwirkung der erfindungsgemäßen
Copolymere. Als Paraffindispergatoren haben sich öllösliche polare Verbindungen mit
ionischen oder polaren Gruppen, z.B. Aminsalze und/oder Amide bewährt, die durch Reaktion
aliphatischer oder aromatischer Amine, vorzugsweise langkettiger aliphatischer Amine,
mit aliphatischen oder aromatischen Mono-, Di-, Tri- oder Tetracarbonsäuren oder deren
Anhydriden erhalten werden (vgl. US 4 211 534). Andere Paraffindispergatoren sind
Copolymere des Maleinsäureanhydrids und α,β-ungesättigter Verbindungen, die gegebenenfalls
mit primären Monoalkylaminen und/oder aliphatischen Alkoholen umgesetzt werden können
(vgl. EP 0 154 177), die Umsetzungsprodukte von Alkenylspirobislactonen mit Aminen
(vgl. EP 0 413 279 B1) und nach EP 0 606 055 A2 Umsetzungsprodukte von Terpolymeren
auf Basis α,β-ungesättigter Dicarbonsäureanhydride, α,β-ungesättigter Verbindungen
und Polyoxyalkylenether niederer ungesättigter Alkohole. Auch Alkylphenol-Aldehydharze
sind als Paraffindispergatoren geeignet.
[0042] So können die erfindungsgemäßen Copolymere in Mischung mit Alkylphenol-Formaldehydharzen
eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich
bei diesen Alkylphenol-Formaldehydharzen um solche der Formel 5

worin R
6 für C
4-C
50-Alkyl oder -Alkenyl, R
7 für Ethoxy- und/oder Propoxy, n für eine Zahl von 5 bis 100 und p für eine Zahl von
0 bis 50 steht.
[0043] Schließlich werden in einer weiteren bewährten Variante der Erfindung die erfindungsgemäßen
Copolymerisate zusammen mit Kammpolymeren verwendet. Hierunter versteht man Polymere,
bei denen Kohlenwasserstoffreste mit mindestens 8, insbesondere mindestens 10 Kohlenstoffatomen
an einem Polymerrückgrat gebunden sind. Vorzugsweise handelt es sich um Homopolymere,
deren Alkylseitenketten mindestens 8 und insbesondere mindestens 10 Kohlenstoffatome
enthalten. Bei Copolymeren weisen mindestens 20 %, bevorzugt mindestens 30 % der Monomeren
Seitenketten auf (vgl. Comblike Polymers-Structure and Properties; N.A. Platé and
V.P. Shibaev, J. Polym. Sci. Macromolecular Revs. 1974, 8, 117 ff). Beispiele für
geeignete Kammpolymere sind z.B. Fumarat/Vinylacetat-Copolymere (vgl. EP 0 153 176
A1), Copolymere aus einem C
6- bis C
24-α-Olefin und einem N-C
6- bis C
22-Alkylmaleinsäureimid (vgl. EP 0 320 766), ferner veresterte Olefin/ Maleinsäureanhydrid-Copolymere,
Polymere und Copolymere von α-Olefinen und veresterte Copolymere von Styrol und Maleinsäureanhydrid.
[0044] Kammpolymere können beispielsweise durch die Formel

beschrieben werden. Darin bedeuten
- A
- R', COOR', OCOR', R"-COOR' oder OR';
- D
- H, CH3, A oder R;
- E
- H oder A;
- G
- H, R", R"-COOR', einen Arylrest oder einen heterocyclischen Rest;
- M
- H, COOR", OCOR", OR" oder COOH;
- N
- H, R", COOR", OCOR, COOH oder einen Arylrest;
- R'
- eine Kohlenwasserstoffkette mit 8-150 Kohlenstoffatomen;
- R"
- eine Kohlenwasserstoffkette mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen;
- m
- eine Zahl zwischen 0,4 und 1,0; und
- n
- eine Zahl zwischen 0 und 0,6.
[0045] Das Mischungsverhältnis (in Gewichtsteilen) der erfindungsgemäß hergestellten Copolymerisate
mit Paraffindispergatoren, Harzen bzw. Kammpolymeren beträgt jeweils 1:10 bis 20:1,
vorzugsweise 1:1 bis 10:1.
[0046] Zur Optimierung der Schmierwirkung können die erfindungsgemäßen Copolymeren in Mischung
mit weiteren Lubricity-Additiven eingesetzt werden. Als Lubricity-Additive haben sich
vorzugsweise Fettalkohole, Fettsäuren und Dimerfettsäuren sowie deren Ester und Partialester
mit Glykolen (gemäß DE-A-15 94 417), Polyolen wie Glycerin (gemäß EP-A-0 680 506,
EP-A-0 739 970) oder Hydroxyaminen (gemäß EP-A-0 802 961) bewährt.
[0047] Die erfindungsgemäßen Copolymere sind geeignet, die Schmiereigenschaften und Kälteeigenschaften
von tierischen, pflanzlichen oder mineralischen Ölen zu verbessern. Sie sind für die
Verwendung in Mitteldestillaten besonders gut geeignet. Als Mitteldestillate bezeichnet
man insbesondere solche Mineralöle, die durch Destillation von Rohöl gewonnen werden
und im Bereich von 120 bis 450°C sieden, beispielsweise Kerosin, Jet-Fuel, Diesel
und Heizöl. Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Copolymere in solchen Mitteldestillaten
verwendet, die 0,5 Gew.-% Schwefel und weniger, besonders bevorzugt weniger als 500
ppm Schwefel, insbesondere weniger als 200 ppm Schwefel und in speziellen Fällen weniger
als 50 ppm Schwefel enthalten. Es handelt sich dabei im allgemeinen um solche Mitteldestillate,
die einer hydrierenden Raffination unterworfen wurden, und die daher nur geringe Anteile
an polyaromatischen und polaren Verbindungen enthalten, die ihnen eine natürliche
Schmierwirkung verleihen. Die erfindungsgemäßen Copolymere werden weiterhin vorzugsweise
in solchen Mitteldestillaten verwendet, die 95 %-Destillationspunkte unter 370°C,
insbesondere 350°C und in Spezialfällen unter 330°C aufweisen. Sie können auch als
Komponenten in Schmierölen eingesetzt werden.
[0048] Die Polymerisate können allein oder auch zusammen mit anderen Additiven verwendet
werden, z.B. mit anderen Stockpunkterniedrigern oder Entwachsungshilfsmitteln, mit
Korrosionsinhibitoren, Antioxidantien, Schlamminhibitoren, Dehazem und Zusätzen zur
Erniedrigung des Cloud-Points. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Copolymere als
Lubricity-Additive und Kaltfließverbesserer wird durch die nachfolgenden Beispiele
näher erläutert.
Beispiele
[0049] Es wurden verschiedenene Copolymere in Lösungspolymerisationen unter radikalischer
Initiierung durch organische Peroxide hergestellt. Als Lösemittel wurden hochsiedende
aromatische Kohlenwasserstoffgemische bzw. die auch als Comonomere eingesetzten α-Olefine
verwendet.
Die Bestimmung der hydroxyfunktionellen Comonomere erfolgt durch Bestimmung der OH-Zahl
durch Umsetzung des Polymers mit überschüssigem Acetanhydrid und anschließender Titration
der gebildeten Essigsäure mit KOH.
Die Bestimmung der Viskosität erfolgt gemäß ISO 3219 (B) mit einem Rotationsviskosimeter
(Haake RV 20) mit Platte-Kegel-Meßsystem bei 140° C. Bei der Charakterisierung der
eingesetzten Additive beziehen sich die Prozentangaben auf Mol-%. Talgfettalkohol
und Behenylalkohol sind Fettalkoholmischungen natürlichen Ursprungs und bestehen hauptsächlich
aus C
16/18-OH bzw. C
18/20/22-OH. Alle Additive werden zur Verbesserung der Handhabbarkeit als 50%ige Lösungen
in Solvent Naphtha bzw. Kerosin eingesetzt.
Tabelle 1:
| Charakterisierung der eingesetzten Additive A |
| Additiv |
Monomer A |
Monomer(e) B |
V140 [mPas] |
OH-Zahl |
| A1 |
24 % Hydroxyethylmethacrylat |
39 % Octadecen
37% Neodecansäurevinylester |
54 |
67 |
| A2 |
23 % Hydroxyethylmethacrylat |
41 % Octadecen
36 % Neodecansäurevinylester |
37 |
62 |
| A3 |
33 % Hydroxyethylmethacrylat |
67 % Octadecylacrylat |
47 |
71 |
| A4 |
19 % Hydroxyethylmethacrylat |
81 % Neodecansäurevinylester |
35 |
58 |
| A5 |
48 % Hydroxyethylmethacrylat |
52 % Octadecylacrylat |
43 |
116 |
| A6 |
55 % Hydroxyethylmethacrylat |
45 % Octadecen |
75 |
198 |
| A7 |
38 % Hydroxyethylmethacrylat |
62 % Oleylacrylat |
70 |
86 |
| A8 |
28 % Allyloxypropandiol |
72 % Octadecylacrylat |
24 |
116 |
| A9 |
12 % Ethylenglykol monovinylether |
73 % Octadecylacrylat
15 % Vinylacetat |
82 |
25 |
| A10 |
25 % Hydroxybutylmonovinylether |
75 % Octadecylvinylether |
54 |
70 |
| A11 |
37 % Hydroxypropylacrylat |
63 % Talgfettalkylacrylat |
37 |
82 |
| A12 |
41 % Hydroxyethylmethacrylat |
59 % Behenylacrylat |
115 |
90 |
| A13 |
20% Dimethylinylcarbinol |
71 % Hexadecen
9 % Poly(isobutylen) mit Mw 1000 |
69 |
42 |
Tabelle 2:
Charakterisierung der Testöle:
Die Bestimmung der Siedekenndaten erfolgt gemäß ASTM D-86, die Bestimmung des CFPP-Werts
gemäß EN 116 und die Bestimmung des Cloud Points gemäß ISO 3015. |
| |
Testöl 1 |
Testöl 2 |
| Siedebeginn [°C] |
182 |
173 |
| 20 % [°C] |
202 |
221 |
| 30 % [°C] |
208 |
234 |
| 90 % [°C] |
286 |
329 |
| 95 % [°C] |
302 |
353 |
| Cloud Point [°C] |
-29 |
-8,4 |
| CFPP [°C] |
-32 |
-12 |
| S-Gehalt [ppm] |
3 |
267 |
| Dichte [g/cm3] |
0,819 |
0,836 |
| Wearscar [µm] |
609 |
576 |
Schmierwirkung in Mitteldestillaten
[0050] Die Schmierwirkung der Additive wurde mittels eines HFRR-Geräts der Firma PCS Instruments
an additivierten Ölen bei 60 °C durchgeführt. Der High Frequency Reciprocating Rig
Test (HFRR) ist beschrieben in D. Wei, H. Spikes, Wear, Vol. 111, No.2, p.217, 1986.
Die Ergebnisse sind als Reibungskoeffizient und Wear Scar angegeben. Ein niedriger
Reibungskoeffizient und ein niedriger Wear Scar zeigen eine gute Schmierwirkung.
Tabelle 3:
| Wear Scar in Testöl 1 |
| Beispiel |
Additiv |
Wear Scar |
Film |
Friction |
| B1 |
250 ppm A1 |
309 µm |
87 % |
0,16 |
| B2 |
250 ppm A2 |
312 µm |
80 % |
0,17 |
| B3 |
500 ppm A3 |
242 µm |
89 % |
0,15 |
| B4 |
500 ppm A4 |
438 µm |
57 % |
0,23 |
| B5 |
250 ppm A5 |
260 µm |
89 % |
0,16 |
| B6 |
200 ppm A6 |
236 µm |
88 % |
0,15 |
| B7 |
150 ppm A6 |
431 µm |
49 % |
0,22 |
| B8 |
200 ppm A7 |
334 µm |
76 % |
0,17 |
| B9 |
250 ppm A8 |
298 µm |
87 % |
0,16 |
| B10 |
400 ppm A9 |
321 µm |
78 % |
0,19 |
| B11 |
200 ppm A10 |
275 µm |
90 % |
0,15 |
| B12 |
400 ppm A11 |
340 µm |
74 % |
0,19 |
| B13 |
250 ppm A12 |
263 µm |
90 % |
0,15 |
| B14 |
400 ppm A13 |
361 µm |
70 % |
0,16 |
Paraffindispergierung in Mitteldestillaten
[0051] Für die folgenden Versuche wurde ein deutscher Winterdieselkraftstoff (Testöl 2)
verwendet. Das Mitteldestillat wurde bei Raumtemperatur mit 200 ppm einer 57 %igen
Dispersion eines handelsüblichen Fließverbesserers (Ethylen-Vinylacetat-Copolymer
mit 31 Gew.-% Vinylacetat und einer bei 140°C gemessenen Schmelzviskoität von 170
mPas) sowie den in Tabelle 4 angegebenen Mengen der auf 60°C temperierten Additive
versetzt, 15 Minuten unter gelegentlichem Schütteln auf 40°C erwärmt und anschließend
auf Raumtemperatur abgekühlt. Von dem so additivierten Mitteldestillat wurde gemäß
EN 116 der CFPP-Wert bestimmt.
[0052] Die additivierten Proben wurden in 200 ml-Meßzylindern in einem Kälteschrank mit
-2°C/Stunde auf -13 C abgekühlt und 16 Stunden bei dieser Temperatur gelagert. Anschließend
wurden visuell Volumen und Aussehen sowohl des Sediments (Paraffinphase) wie auch
der darüber stehenden Ölphase bestimmt und beurteilt. Eine geringe Sedimentmenge und
eine trübe Ölphase zeigen eine gute Paraffindispergierung.
Zusätzlich wurden die unteren 20 Vol.-% isoliert und der Cloud Point bestimmt. Eine
nur geringe Abweichung des Cloud Points der unteren Phase (CP
KS) vom Blindwert des Öls zeigt eine gute Paraffindispergierung.
Tabelle 4:
| Dispergierwirkung in Testöl 2 |
| Additiv |
CFPP |
CPKS |
ΔCP |
optische Beurteilung |
| ― |
-22 |
+3,8 |
12,2 |
klar; 12 % Sediment |
| 150 ppm A3 |
-27 |
-6,5 |
1,9 |
trüb, kein Sediment |
| 100 ppm A5 |
-28 |
-4,8 |
3,6 |
trüb, 25 % Sediment |
Liste der verwendeten Handelsbezeichnungen
[0053]
- Solvent Naphtha ®Shellsol AB
- aromatische Lösemittelgemische mit Siedebereich 180 bis 210°C
- ®Solvesso 150 ®Solvesso 200
- aromatisches Lösemittelgemisch mit Siedebereich 230 bis 287°C
- ®Exxsol
- Dearomatisierte Lösemittel in verschiedenen Siedebereichen, beispielsweise ®Exxsol
D60: 187 bis 215°C
- ®ISOPAR (Exxon)
- isoparaffinische Lösemittelgemische in verschiedenen Siedebereichen, beispielsweise
®ISOPAR L: 190 bis 210°C
- ®Shellsol D
- hauptsächlich aliphatische Lösemittelgemische in verschiedenen Siedebereichen