DE1040729B

DE1040729B - Schmierfett und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1040729B
Application number: DEE13282A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1955-11-30
Filing date: 1956-11-27
Publication date: 1958-10-09
Also published as: FR1165150A; US2967151A; GB793684A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schmierfette, die sich besonders zur Hochtemperaturschmierung sowie zur Schmierung von Wälzlagern bei höheren und auch bei normalen Betriebstemperaturen eignen.

Es ist bekannt, hochdruckbeständige, konsistente Schmierfette auf Grundlage von Ölen und Seifen herzustellen, indem man den konsistenten Fetten geringe Mengen an Sulfaten, Sulfiten, Thiosulfaten, Phosphaten oder Boraten zusetzt. Hierbei können die genannten Salze auch während der Herstellung der Fette durch Mitverwendung von freier Säure und der entsprechenden Basenmenge erzeugt werden.

Ferner ist es bekannt, daß man den Tropfpunkt von Schmierfetten erhöhen kann, indem man dem Reaktionsgemisch bei der Fettherstellung, solange es sich noch auf hoher Temperatur befindet, ein anorganisches Nitrit zusetzt.

Die vorliegende Erfindung macht nicht von derartigen Zusätzen zu Sqhmierfetten Gebrauch, sondern basiert auf der Verwendung eines durch Umsetzung einer Kombination mehrerer Säuren und einer Metallbase erzeugten Fettverdickers.

Die Anwendung von Kombinationen hochmolekularer Fettsäuren und niedrigmolekularer Carbonsäuren in verschiedenen Molverhältnissen als Fettverdicker ist bereits bekannt. Kürzlich wurde auch die Anwendung starker anorganischer Säuren in Verbindung mit hoch- und medrigmolekularen Carbonsäuren zur Herstellung wirksamer Fettverdicker vorgeschlagen, TJm den fertigen Schmierfetten eine genügende Stabilität und sonstige vorteilhafte Beschaffenheit zu verleihen, wurden diese Säuregemische im allgemeinen mit alkalischen Erden neutralisiert, wobei Calcium besonders bevorzugt wurde. Die niedrigmolekulare Carbonsäure, z.B. Essigsäure, wurde hierbei als notwendiger Bestandteil angesehen, wenn man zu einem beständigen Schmierfett gelangen wollte, das sich zur Anwendung bei höheren Temperaturen und unter hohen Belastungen eignet.

Es hat sich nun herausgestellt, daß man ausgezeichnete Schmierfette erhält, wenn man die niedrigmolekulare Carbonsäure vollständig durch Salpetersäure ersetzt und das Schmierfett durch gemeinsame Neutralisation eines Gemisches von hochmolekularer Fettsäure und Salpetersäure in einem Schmieröl mit 'einer Alkalibase herstellt. Wie nachstehend gezeigt wird, sind für die Zwecke der Erfindung die Salpetersäure und die Alkalimetalle den niedrigmolekularen Carbonsäuren bzw, den Erdalkalimetallen durchaus nicht gleichwertig.

Es ist nicht genau bekannt, welche Umsetzungen mit der Salpetersäure bei -.der gemeinsamen Neutralisation mit den hochmolekularen Carbonsäuren stattfinden. Gewisse Anzeichen deuten darauf hin, daß die Salpetersäure vor der Neutralisation mit der Alkalibase mit den Organischen Verbindungen reagiert. Für den vorliegenden Schmierfett und Verfahren
zu seiner Herstellung

Anmelder:

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

Vertreter: B. Maemecke, Berlin-Iichterfelde West,

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

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. November 1955

Zweck genügt es, festzustellen, daß die Salpetersäure zur Herstellung ausgezeichneter Schmierfette beiträgt.

Das erfindungsgemäße Schmierfett auf Grundlage eines Schmieröls ist daher dadurch gekennzeichnet, daß es als Verdicker ein mit einer Alkalibase gemeinsam neutralisiertes Gemisch von Salpetersäure und -einer hochmolekularen C₁₂- bis Cgo-Carbonsäure enthält.

Man kann die Salpetersäure im Rahmen der Erfindung entweder in konzentrierter Form oder als verdünnte Lösung anwenden. Im letzteren Fall kann die Konzentration der Salpetersäure in der wäßrigen Lösung im Bereich von etwa 6 bis 99,9 Gewichtsprozent liegen. Im allgemeinen arbeitet man jedoch mit der konstant siedenden Säure des Handels, die etwa 70°/₀ HNO₃ enthält. Die Menge der bei dem Fettherstellungsverfahren nach der Erfindung angewendeten Salpetersäure liegt im Bereich von 1 bis 8, vorzugsweise von etwa 2 bis 5 Gewichtsprozent des fertigen Schmierfettes.

Für die Zwecke der Erfindung eignen-sich hochmolekulare aliphatische Carbonsäuren mit 12 bis 30, vorzugsweise etwa 18 bis 22 C-Atomen im Molekül. Oiese Säuren können von gesättigten -ader ungesättigten, in der Isiatur vorkommenden oder synthetischen Stoffen abgeleitet sein. Bevorzugt werden die normalerweise zur Herstellung der üblichen Schmierfette verwendeten Fettsäuren, insbesondere die stärker gesättigten Monocarbonsäuren. Beispiele für solche Säuren sind Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Mono- und -Polyoxystearinsäuren, Arachinsäure sowie hydrierte Fischölsäuren und Talgsäuren. Man kann jedoch auch mit un-

409 657M20

gesättigten Fettsäuren, wie Oleinsäure, Ricinolsäure und ähnlichen Säuren, arbeiten. Von diesen hochmolekularen Fettsäuren verwendet man zur Herstellung der Schmierfette nach der Erfindung etwa 5 bis 20, vorzugsweise etwa 8 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das fertige Schmierfett.

Das Molverhältnis von Salpetersäure zu hochmolekularer Carbonsäure soll zwischen etwa 1:5 und vorzugsweise 2:1 liegen. Besonders bevorzugt wird ein Molverhältnis von etwa 1:1.

Geeignete Metallbasen zur Neutralisation dieser Säuregemische sind die Hydroxyde und Carbonate der Alkalimetalle Natrium, Kalium und Lithium. Natriumhydroxyd wird besonders bevorzugt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet man gewöhnlich mit etwa 2 bis 10 Gewichtsprozent Metallhydroxyd oder -carbonat, bezogen auf das fertige Schmierfett. Gegebenenfalls kann man auch mit Gemischen der obigen Metalle arbeiten.

Die als flüssige Phase bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schmierfette verwendeten Schmieröle ao können entweder die üblicherweise zur Fettherstellung dienenden Mineralöle oder synthetische Schmieröle sein. Allgemein sollen die Mineralöle und synthetischen Öle eine Viskosität im Bereich von etwa 7,5 bis 435 cSt bei 37,8⁰C und etwa 1,2 bis 47 cSt bei 98,9°C, einen ASTM-Stockpunkt von etwa — 6,7 bis — 59 C, einen Flammpunkt von etwa 177 bis 343° C und einen Viskositätsindex von etwa 0 bis 60 besitzen; man kann jedoch auch mit Schmierölen eines Viskositätsindex von 100 oder darüber hinaus arbeiten.

Das Schmierfett nach der Erfindung enthält 50 bis 90, vorzugsweise etwa 70 bis 85 Gewichtsprozent Mineralschmieröl und bzw. oder synthetisches Schmieröl und 10 bis 50, vorzugsweise etwa 15 bis 30 Gewichtsprozent der aus den oben angegebenen Säuregemischen und der Metallbase erhaltenen Reaktionsprodukte.

Die Schmierfette nach der Erfindung können allgemein durch gemeinsame Neutralisation eines Gemisches von Salpetersäure und hochmolekularen Carbonsäuren in einem Schmieröl hergestellt werden. Das gemeinsam neutralisierte Gemisch wird dann auf etwa 177 bis 288° C, vorzugsweise etwa 230 bis 288° C, erhitzt und darauf zu einem Schmierfett gekühlt. Das gekühlte Fett kann fertig verarbeitet werden, indem man es durch eine Gaulin-Homogenisiervorrichtung, eine Morehouse-Mühle oder eine andere zu diesem Zweck geeignete Homogenisiervorrichtung bei Drücken von etwa 210 bis 560 kg/cm² und bei hohen Schergeschwindigkeiten im Bereich von etwa 100 000 bis 500 000 Sek.-¹ hindurchschickt.

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schmierfette besteht darin, daß man die hochmolekulare Carbonsäure in einem direkt beheizten Fettkessel in der Gesamtmenge der Schmierölgrundlage oder einem Teil derselben dispergiert und die Dispersion auf etwa 43 bis 65° C erwärmt. Sobald die hochmolekulare Carbonsäure vollständig geschmolzen ist, setzt man die Salpetersäure und dann sofort die Metallbase unter Rühren zu. Zur Abtreibung des Wassers erhitzt man dann weiter auf etwa 127 bis 154° C. Nach der Dehydratisierung setzt man gegebenenfalls den Rest des Schmieröls zu und erhitzt auf etwa 204 bis 260° C. Das Erhitzen wird dann unterbrochen und das Fett rasch unter Rühren gekühlt. Bei etwa 93° C kann man beliebige der üblichen Schmiermittelzusätze, wie Oxydationsverzögerer, Korrosionsinhibitoren, Metalldeaktivatoren, Hochdruckzusätze, Mittel zur Verbesserung der fadenziehenden Eigenschaft u. dgl., zugeben. Dann kühlt man das Fett weiter auf etwa 50 bis 82° C und nimmt die Fertigverarbeitung in einer Gaulin-Homogenisiervorrichtung oder einer Morehouse-Mühle vor.

Wenn ein Teil des Schmieröls aus einem verseifbaren synthetischen Öl besteht, dispergiert man vorzugsweise die Reaktionsteilnehmer zunächst in einem Mineralöl oder in demjenigen Teil des Schmieröls, der aus unverseifbarem synthetischem Öl besteht, und fügt erst dann das verseifbare synthetische Öl zu dem Fettansatz hinzu, wenn dieser gekühlt worden ist. Besteht jedoch das verwendete Schmieröl vollständig aus einem verseifbaren synthetischen Schmieröl, so ist es ratsam, das Reaktionsgemisch zunächst bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, z. B. 104 bis 150° C, zu dehydratisieren, bevor man es zur Bildung des erfindungsgemäßen Schmierfettes auf eine Temperatur von etwa 204° C erhitzt.

Beispiel 1

Ein Schmierfett nach der Erfindung wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt:

Bestandteile	Gewichtsprozent	A	_	C
	12,00	15,00	_
Hydrierte Fischölsäuren*	. . ,
Stearinsäure			23,61
Rüböl	3,70	4,30	5,38
Natriumhydroxyd
Kalkhydrat	3,80	3,20	—
Salpetersäure (71 %)	—	0,50	—
Salpetersäure (100%)	1,00		1,00
Phenyl-a-naphthylamin...		77,00
Mineralschmieröl	79,50		68,71**
Viskosität 9 cSt bei 98,9° C
MolverhältnisSalpetersäure		1:1
zu hochmolekularer Car	1:1
bonsäure

* Säuregemisch, welches bezüglich seines Molekulargewichts und Sättigungsgrades technischer Stearinsäure entspricht.

** Das Fett enthält außerdem noch: 0,80 Gewichtsprozent Natrium-Er dölsulfonat und 0,50 °/₀ Salicylaläthylendiamin.

Herstellung

Schmierfett A. Etwa zwei Drittel der gesamten Mineralschmierölmenge und die Gesamtmenge der hydrierten Fischölsäuren wurden in einen direkt beheizten Fettkessel aufgegeben und auf etwa 54° C erwärmt. Sobald die hydrierten Fischölsäuren vollständig geschmolzen waren, wurde die Salpetersäure als konzentrierte Lösung zugesetzt. Unmittelbar darauf wurde unter beständigem Rühren 40°/₀ige wäßrige Natronlauge zugegeben. Dann wurde die Mischung auf etwa 150° C erhitzt. Nach vollständiger Abtreibung des Wassers wurde der Rest des Mineralschmieröls zugesetzt. Dann wurde weiter auf etwa 250° C erhitzt. Sobald diese Temperatur erreicht war, wurde das Erhitzen unterbrochen und das Fett schnell unter Rühren gekühlt. Das Phenyl-a-naphthylamin wurde bei etwa 93° C zugesetzt. Dann wurde das Fett in einer Gaulin-Homogenisiervorrichtung bei etwa 65° C fertig verarbeitet.

Schmierfett B. Das Kalkhydrat, die Stearinsäure und das Mineralschmieröl wurden in einen direkt beheizten Fettkessel aufgegeben und unter Rühren auf etwa 50° C erwärmt. Dann wurde die Salpetersäure zugesetzt und das Gemisch auf etwa 260° C erhitzt. Das Erhitzen wurde sodann unterbrochen und das Fett unter Rühren auf etwa 93° C gekühlt. Darauf wurde das Phenyl-a-naphthylamin zugesetzt. Das Fett wurde weiter auf etwa 82° C gekühlt und schließlich in einer Gauün-Homogemsiervorrichtung bei etwa 455 kg/cm² fertig verarbeitet.

Schmierfett C. Das Rüböl und die Hälfte des Mineralöls wurden in einem direkt beheizten Fettkessel miteinander gemischt und auf 50° C erwärmt. Dann wurde 40%ige

wäßrige Natronlauge zugesetzt und das Gemisch auf 150⁰C erhitzt. Sobald die Schaumbildung nachgelassen hatte und das meiste Wasser abgetrieben war, wurde während des weiteren Erhitzens auf 260° C der Rest des Schmieröls langsam hinzugefügt. Bei 204° C findet eine zweite Reaktion unter Schaumentwicklung und Volurnenvermehrung

statt. Es wurde weiter erhitzt, bis die Schaumbildung nachgelassen hatte. Dann wurde das Fett unter Rühren auf 120° C gekühlt. Hierauf wurde das Phenyl-a-naphthylamin zugesetzt und das Fett weiter auf 82 bis 93° C gekühlt. Schließlich wurde das Fett filtriert, homogenisiert und verpackt.

Eigenschaften

Aussehen

Tropfpunkt, ⁰C

Penetration bei 25° C, mm/10

Ruhpenetration

Walkpenetration nach 60 Stoßen

Walkpenetration nach 100 000 Stoßen

Norma Hoffman-Oxydationsprüfung (Stunden bis zum

Druckabfall um 0,35 kg/cm²)

Schmierdauer, Stunden (10 000 U/Min.; 121° C)

Wasserlöslichkeit

Wassertemperatur oberhalb 66° C

Wassertemperatur unterhalb 66° C

Radlagerprüfung (6 Stunden; 104° C; 660 U/Min.)

Phasenänderungen bis zu 204° C

4-Kugel-Abnutzungsprüfung nach Shell; Schrammendurchmesser, mm (1800 U/Min.; 10 kg; 1 Stunde; 75⁰C) ausgezeichnet
210

165
175
340

>400
>1553*

löslich
unlöslich
genügend

keine

0,54

ausgezeichnet

halbflüssig

* Der Wert beruht nicht auf dem Versagen der Schmierung, sondern die Prüfung wurde abgebrochen;
Schmierfett befanden sich noch in gutem Zustande.

ausgezeichnet 260

190 200

345

232 1200 bis 2000

löslich löslich genügend wird tropfenförmig und gummiartig bei 135 bis 150°

0,55

die Lager und das

Man bemerkt, daß das der vorliegenden Erfindung entsprechende Schmierfett A nicht nur im Vergleich mit den aus hoch- und niedrigmolekularen Carbonsäuren mit oder ohne Mineralsäuren hergestellten Schmierfetten offensichtliche wirtschaftliche Vorteile bietet, sondern diesen Schmierfetten auch technisch überlegen ist, wie sich aus einem Vergleich mit Schmierfett C ergibt. Ferner zeigen die obigen Werte, daß die Verwendung einer Alkalibase an Stelle einer Erdalkalibase ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist.

Werden etwas weichere Schmierfette als das Schmierfett A benötigt, so erhält man diese durch Mischen des homogenisierten oder nicht homogenisierten Schmierfettes A mit weiterem Schmieröl von der gleichen oder einer verschiedenen Viskosität. Der Erläuterung dieser Ausführungsform dient das folgende Beispiel:

Beispiel 2

Bestandteile Gewichtsprozent

Hydrierte Fischölsäuren 6,00

Salpetersäure (71 %) 1,90

Natriumhydroxyd 1,85

Phenyl-a-naphthylamin 0,50

Mineralschmieröl

9 cStbei98,9°C 39,75

11,6 cSt bei 98,9° C (hydrofmiert) 50,00

Herstellung

Das nach Beispiel 1 fertig verarbeitete Schmierfett A wurde mit der gleichen Menge eines hydrofinierten Destillatöles unter schwachem Erwärmen auf 66° C innig gemischt. Die Mischung wurde dann in einer Gaulin-Homogenisiervorrichtung bei 420 kg/cm² fertig verarbeitet, filtriert und verpackt.

Eigenschaften

Aussehen ausgezeichnetes

gleichmäßiges

Produkt Penetration bei 25° C, mm/10

Ruhpenetration 265

Walkpenetration nach 60 Stoßen 290

Walkpenetration

nach 100 000 Stoßen 375

Tropfpunkt, ° C 193

Claims

Patentansprüche:

1. Schmierfett auf Grundlage eines Schmieröls, dadurch gekennzeichnet, daß es als Verdicker ein mit einer Alkalibase gemeinsam neutralisiertes Gemisch von Salpetersäure und einer hochmolekularen C₁₂- bis C₃₀-Carbonsäure enthält.

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

3. Schmierfett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulare Carbonsäure 18 bis 22 Kohlenstoffatome im Molekül enthält.

4. Schmierfett nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekulare Carbonsäure ein Gemisch von durch Hydrieren von Fischölen gewonnenen Säuren ist.

5. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieAlkaHbase eine Natronbase ist.

6. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Salpetersäure zu hochmolekularer Carbonsäure 1: 5 bis 2:1, vorzugsweise 1:1, beträgt.

7. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Salpetersäure 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent und die Menge

7 8

an hochmolekularer Carbonsäure 5 bis 20, Vorzugs- sierte Gemisch auf etwa 177 bis 288° C erhitzt und es

weise 8 bis 15 Gewichtsprozent der Gesamtmenge des sodann kühlt.

Schmierfettes ausmacht. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn-

8. Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten zeichnet, daß man das Schmierfett nach dem Kühlen

nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß 5 homogenisiert, man eine zur Verdickung ausreichende Menge eines

Gemisches von Salpetersäure und einer C₁₃- bis C₃₀- In Betracht gezogene Druckschriften:

Carbonsäure in einem Schmieröl dispergiert, das Ge- Deutsche Patentschrift Nr. 850 051;

misch mit einer Alkalibase neutralisiert, das neutrali- britische Patentschrift Nr. 718 391.