DE1014694B

DE1014694B - Schmierfett und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1014694B
Application number: DEE10444A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1954-04-07
Filing date: 1955-03-26
Publication date: 1957-08-29
Also published as: US2810695A; GB765159A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schmierfette und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Schmierfette nach der Erfindung haben außergewöhnlich gute Strukturbeständigkeit und werden durch Verdickung von Schmierölen mit einem Gemisch von Polyäthylenen hergestellt, welches gegebenenfalls auch noch eine übliche fettbildende Seife enthalten kann.

Für gewisse Verwendungszwecke sind Schmierfette von besonders großer Strukturbeständigkeit wesentlich. In allen Fällen, wo ein Schmierfett hohen Scherspannungsfeldern unterworfen wird, tritt ein Zerfall des Schmierfettes ein, und es wird keine ausreichende Schmierung bewirkt, wenn das Schmierfett nicht fähig ist, diesen hohen Scherkräften zu widerstehen. Unter solchen Arbeitsbedingungen verlieren Schmierfette oft ihre fettartige Struktur, und es erfolgt eine Trennung in Seife und Schmieröl, wodurch in vielen Fällen die Schmierung der Metallteile versagt.

Es sind verschiedene Herstellungsverfahren für Schmierfette von guter Strukturbeständigkeit bekannt. Nach dem Stand der Technik erzielt man im allgemeinen hohe Tropfpunkte und hohe Strukturbeständigkeit durch einen hohen Seifengehalt des Schmierfettes. Für manche Anwendungszwecke würde es jedoch vorteilhaft sein, wenn ein Schmierfett von niedrigerem Seifengehalt zur Verfügung stände. Auch vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt ausist ein Schmierfett, das die gewünschten Eigenschaften mit einem geringeren Seifengehalt vereint, von Vorteil, da der seifenbildende Anteil des Fettes dessen kostspieligster Bestandteil ist.

Es wurde nun gefunden, daß man Schmierfette von hoher Strukturbeständigkeit und hohen Tropfpunkten herstellen kann, indem man ein Schmieröl mit einem Gemisch eines toluollöslichen Polyäthylenharzes von linearer Struktur und hohem Molekulargewicht und eines toluolunlöslichen vernetzten Polyäthylenharzes von hohem Molekulargewicht verdickt. Gewünschtenfalls kann man dem Schmierfett auch noch geringere Mengen der bekannten üblichen fettbildenden Seifen oder anderer Fettverdicker, wie z. B. Silicagel, Diatomeenerde, Bentonite, die verschiedenen N-Acyl-p-aminophenole, zweckmäßig solche mit 9 bis 18 Kohlenstoffatomen im Molekül, wie N-Stearyl-p-aminophenol, oder Gemische dieser Stoffe einverleiben. Das wesentliche Merkmal der Erfindung liegt darin, daß als Hauptbestandteil des Fettverdickers das Gemisch von Polyäthylenharzen verwendet wird.

Die nach der Erfindung verwendeten Polyäthylenharze sind an sich bekannt. Es sind Verfahren zum Polymerisieren von Äthylen zu verschiedenen harzartigen Produkten bekannt. Im allgemeinen bilden sich Polyäthylenharze, wenn man Äthylen bei Temperaturen von etwa 200 bis 600° und Drücken in der Größenordnung von 200 at oder mehr behandelt. Bei der Bildung dieser Polyäthylenharze findet bis zu einem gewissen Grade eine Schmierfett
und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. April 1954

Vernetzung der Polymerisatketten statt, was zu einem harten, hornartigen Nebenprodukt führt. Diese harte, hornartige Harzkomponente wurde bisher als Nebenprodukt verworfen und als Reaktionsabfall betrachtet. Nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren wird nun dieser Stoff zur Herstellung von Schmierfetten von außergewöhnlichem Wert verwendet. Die umstehende Tabelle gibt einen Vergleich der Beschaffenheit des vernetzten und des linearen Polymerisats.

Die linearen, toluollöslichen Polyäthylenharze, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden, besitzen Molekulargewichte oberhalb etwa 6000 bis 25 000, gemessen nach Staudinger. Toluollösliche Polyäthylenharze mit Molekulargewichten im Bereich von 18 000 bis 22 000 werden besonders bevorzugt.

Es ist bekannt, lineares Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 6000 nach Staudinger zum Verdicken von Schmieröl ohne Mitverwendung von Seife zwecks Herstellung von Schmierfett zu benutzen. Vernetztes Polyäthylen stellte bisher ein hartes, hornartiges Nebenprodukt der Polymerisation dar, das als Reaktionsabfall betrachtet und verworfen wurde; bei der Polymerisation scheidet es sich auf den Wandungen des Reaktionsgefäßes ab.

709 659/391

Beschaffenheit¹) von vernetztem und linearem Polyäthylen

	Vernetztes	]	nicht bestimmt	Lineares	20 000 30 000	147,6	19
	Poly äthylen²)		Polyäthylen
	4,8	Molekulargewicht	28	50
		10 000
Quellungsindex bei 25°	86,2		12,7 ^! 36,3
inTrichloräthylen, %		36		203,9
Schneidfestigkeit,
kg bei 25°	441,5	77,3
Zugfestigkeit, kg/cm²
bei 25° (ASTM-Norm
D 412)

¹J Prüfverfahren nach A. E. Maibauer und CS. Myers, »Transactions of the Electrochemical Society«, Bd. 90, 1946, S. 455.

²) Das vernetzte Polymerisat hatte sich auf den Wandungen des Reaktionsgefäßes im Verlaufe von sieben Polymerisationsarbeitsgängen angesammelt, die bei Drücken im Bereich von 238 bis 340 atü und Temperaturen zwischen 135 und 165° ausgeführt wurden. Die Reinheit des als Beschickung dienenden Äthylens betrug 65 bis 95 °/₀. Als Katalysator diente Di-tert.-butylperoxyd. Alle Polymerisationen wurden in Benzol durchgeführt. Ein Gehalt von 81,5 °/₀ an unlöslichem Gel wurde durch Erhitzen zum Rückfluß mit Xylol in einer Extraktionsanlage bestimmt.

Fischölsäuren, Pflanzenfett, Talg, gesättigte oder ungesättigte Glyceride oder Mischungen der obigen Stoffe. Die Menge des Seifenbestandteiles in dem Gemisch hängt ebenfalls von der gewünschten Beschaffenheit des Fertigerzeugnisses ab. Man kann bei der Herstellung der Schmierfette im Rahmen der Erfindung von 2 bis 20 Gewichtsprozent Seife mit der gewünschten Menge des Polyäthylenharzgemisches mischen. Auch Seife-Salz-Komplexe, wie die durch bei hoher Temperatur durchgeführte

ίο Verseifung von Rüböl erhaltene Natronseife, oder Gemische von Salzen niedrigmolekularer Säuren, wie Acetaten mit Seifen hochmolekularer Säuren können verwendet werden.
Als Schmieröl kommt für die Fette nach der Erfindung jedes nach dem Stand der Technik verwendbare Schmieröl in Betracht, und zwar sowohl natürlich vorkommende als auch synthetische Schmieröle. Es können Erdöldestillate naphthenischer oder paraffinischer Natur oder Gemische derselben verwendet werden. Ebenso kann man synine-

ao tische Schmieröle, wie Diester, komplexe Ester, Formale, Carbonate, Polyäther, Polyglykoläther, Polyglykolätherester, verwenden. Im allgemeinen soll das Schmieröl eine Viskosität im Bereich von 1,6 bis 65 cSt, vorzugsweise von 3,2 bis 32 cSt, bei 98,9° besitzen.

Die erfindungsgemäßen Schmierfette können auch verschiedenste übliche Zusatzstoffe, z. B. Mittel zur Erhöhung des Haftvermögens, Oxydationsschutzmittel, Farbstoffe, Hochdruckzusätze, enthalten.

Es war jedoch nicht vorauszusehen, daß ein Gemisch von linearem und von vernetztem Polyäthylen, das bisher nicht verwendet, sondern als Nebenprodukt verworfen wurde, ein wirksameres Dickungsmittel für Schmierfette ist und dadurch Schmierfette erhalten werden, die einen höheren Tropfpunkt aufweisen als Schmierfette, die mit linearem oder vernetztem Polyäthylen allein gedickt sind.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Mischung von toluollöslichen und toluolunlöslichen Polyäthylenharzen enthält etwa 50 bis 90 Gewichtsprozent toluollösliche und etwa 50 bis 10 Gewichtsprozent toluolunlösliche Harze. Besonders bevorzugt werden Gemische aus 75 bis 85 Gewichtsprozent toluollöslichen und 25 bis 15 Gewichtsprozent toluolunlöslichen Harzen.

Die Gesamtmenge des zur Herstellung der Schmierfette nach der Erfindung zu verwendenden Gemisches hängt von der gewünschten Beschaffenheit des Fertigerzeugnisses ab. Gewöhnlich verleibt man der Schmierölgrundlage etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent des Harzgemisches ein. In gewissen Fällen kann es von Vorteil sein, das toluollösliche mit dem toluolunlöslichen Harz zunächst zu mischen und das Gemisch erst dann einer Schmierölgrundlage zuzusetzen. In diesem Falle erfolgt die Mischung am besten durch Vermählen bei höheren Temperaturen in einer Walzenmühle, wie z. B. einer Farbenmühle, bis eine homogene Mischung entstanden ist. Diese vorherige Vermischung ist jedoch nicht wesentlich, und die festen Stoffe können mit der Schmierölgrundlage gemischt und in dem Schmieröl durch Erhitzen und Rühren gelöst werden. Das Gemisch aus toluollöslichen und toluol-

Beispiel 1

Ein vollkommen in Toluol lösliches Polyäthylen von linearer Struktur und einem Molekulargewicht von 20 000 nach Staudinger wurde in einer Menge von 10 Gewichtsprozent mit einem synthetischen Schmieröl gemischt, welches eine Viskosität von 8,65 cSt bei 98,9°, einen Viskositätsindex von 155 und einen ASTM-Fließpunkt von —59° hatte. Das Gemisch wurde unter Rühren auf 177° erhitzt. Bei dieser Temperatur ging das Polyäthylen in dem synthetischen Öl in Lösung. Beim Abkühlen wurde ein glattes, salbenartiges Schmierfett erhalten, das bei der Prüfung die folgenden Werte ergab:

ASTM-Penetration bei 25°, mm/10

Ruhpenetration 285

Walkpenetration nach 60 Stößen 300

ASTM-Tropfpunkt, ⁰C 71

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß an Stelle des linearen, toluollöslichen Polyäthylens ein vernetztes, toluolunlösliches Polyäthylen verwendet wurde, das einen Gelgehalt von ungefähr 60% besaß. Die so erhaltene Masse besaß eine schlechte Struktur und ein stark klumpenförmiges Aussehen. Das Produkt war ausweislich der Prüfwerte minderwertig.

Die Penetration bei 25°, mm/10, betrug über 400; der

unlöslichen Harzen wird mit dem Schmieröl zweckmäßig 60 ASTM-Tropfpunkt lag unter 38,5°. Das Produkt war als bei 150 bis 205° dispergiert. Fett unbrauchbar und entspricht in seinen Eigenschaften

Will man außer dem Harzgemisch noch i i Ö

man außer dem Harzgemisch noch eine üblichen fettbildenden Seifen zusetzen, so kann man hierfür jede Metallseife hochmolekularer Fettsäuren verwenden. Als verwendbare Metalle seien erwähnt die Alkalimetalle Natrium, Lithium, Kalium sowie die Erdalkalimetalle Calcium, Barium, Strontium und Magnesium. Die Fettsäuren können aus einer großen Anzahl bekannter fettbildender Stoffe ausgewählt werden, wie der weitgehend einem Öl.

Beispiel 3

Ein Gemisch von 50 Gewichtsprozent des linearen, toluollöslichen Polyäthylens nach Beispiel 1 mit 50 Gewichtsprozent des toluolunlöslichen, vernetzten Polyäthylens nach Beispiel 2 wurde 10 Minuten in einer heißen

z. B. Stearinsäure, Oxystearinsäure, Oleinsäure, hydrierte 70 Walzenmühle bei 116° vermählen. Das Produkt wurde

10

dann in einer Menge von 10 Gewichtsprozent mit dem gleichen synthetischen Öl durch Verrühren bei 177° gemischt, das im Beispiel 1 verwendet wurde. Beim Abkühlen ergab sich ein Schmierfett von ausgezeichnetem Aussehen und den folgenden Prüf werten:

ASTM-Penetration bei 25°, mm/10

Ruhpenetration 260

Walkpenetration nach 60 Stoßen 280

„ 100 000 „ 305

ASTM-Tropfpunkt, ⁰C 123,5

Beispiel 4

Zusammensetzung: 2,50 Gewichtsprozent vernetztes, toluolunlösliches Polyäthylen, 7,50 Gewichtsprozent lineares, toluollösliches Polyäthylen (Molgewicht 20 000), 90,00 Gewichtsprozent Mineralöl, Viskosität 7,76 cSt bei 98,9°.

Herstellungsverfahren: Die kleinen festen Teilchen von Polyäthylen wurden in dem Mineralöl unter Rühren auf 190° erhitzt. Nach etwa V₂ Stunde war der feste Stoff vollständig in Lösung gegangen, worauf die Lösung auf Zimmertemperatur gekühlt wurde. Dann wurde die Mischung unter hohen Scherspannungsfeldern und laminarer Strömung in einer Gaulin-Homogenisiervorrichtung homogenisiert. Es wurde ein Schmierfett von ausgezeichnetem Aussehen erhalten, das die folgenden Prüfwerte ergab:

ASTM-Penetration bei 25°, mm/10

Ruhpenetration 300

Walkpenetration nach 60 Stoßen 320 „ 100 000 „ 320

ASTM-Tropfpunkt, ⁰C 118,5

Wasserlöslichkeit bei 100° unlöslich

Beispiel 5

Zusammensetzung: 75 Gewichtsprozent Schmierfett nach Beispiel 4, 25 Gewichtsprozent fertiges Calciumstearat-Schmierfett, Gütegrad Nr. 2, NLGI (vgl. »Manufacture for Lubricating Greases« von Klemmgard, veröffentlicht von der Rheinhold Publishing Company, 1937, S. 174).

Herstellungsverfahren: Das Gemisch der Fette wurde durch eine Gaulin-Homogenisiervorrichtung hindurchgeschickt. Hierbei wurde ein Schmierfett von ausgezeichnetem Aussehen erhalten, das die folgenden Prüfwerte ergab:

ASTM-Penetration bei 25°, mm/10

Ruhpenetration 275

Walkpenetration nach 60 Stoßen 285 „ 100 000 „ 290

ASTM-Tropfpunkt, °C 85

Wasserlöslichkeit bei 100° unlöslich

Claims

Patentansprüche:

1. Schmierfett auf Schmierölbasis mit einem Gehalt an einem linearen, toluollöslichen Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von mindestens 6000 nach Staudinger, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem vernetzten, toluolunlöslichen Polyäthylen, wobei das Polyäthylengemisch etwa 10 bis 50 Gewichtsprozent des vernetzten Polyäthylens enthält.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 10 bis 50 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 50 bis 90 Gewichtsprozent eines linearen, toluollöslichen Polyäthylens mit einem Molekulargewicht im Bereich von 6000 bis 25 000, vorzugsweise 20 000, und 50 bis 10 Gewichtsprozent eines vernetzten, toluolunlöslichen Polyäthylens.

3. Schmierfett nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl ein synthetisches Öl ist.

4. Schmierfett nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl ein Mineralöl ist.

5. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen weiteren Gehalt von 2 bis 20 Gewichtsprozent einer als Bestandteil von Schmierfetten bekannten Metallseife einer Fettsäure.

6. Verfahren zur Herstellung von Schmierfett nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch eines linearen, toluollöslichen Polyäthylens und eines vernetzten, toluolunlöslichen Polyäthylenharzes bei erhöhten Temperaturen vermahlt, dieses Gemisch in zur Schmierfettbildung erforderlichen Mengen, z. B. von 5 bis 40 Gewichtsprozent, einem Schmieröl zusetzt, das Gemisch unter Erhitzen, z. B. auf 150 bis 205°, und Rühren dispergiert und das heiße Gemisch abkühlt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 050 373.