DE2235098C2

DE2235098C2 - Schmierfett

Info

Publication number: DE2235098C2
Application number: DE2235098A
Authority: DE
Inventors: Gary L. Westfield N.J. Harting
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1971-11-11
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1982-12-02
Also published as: JPS4856203A; JPS5747235B2; GB1370947A; US3758407A; MY7500155A; FR2159251A2; FR2159251B2; CA971545A; DE2235098A1

Description

a) im wesentlichen eine Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen,

b) ein Monolithiumsalz von Borsäure sowie gegebenenfalls

c) ein Lithiumsalz einer zweiten Hydroxycarbonsäure mit 3 bis 14 Kohlenstoffatomen im Molekül

enthält, wobei die Hydroxygruppe der Komponente c an ein Kohlenstoffatom gebunden ist, welches nicht weiter als 6 Kohlenstoffatome von der Carboxylgruppe entfernt ist, nach Patent 21 57 207, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten a und b im Schmierfett in einem Gewichtsverhältnis von Hydroxyfettsäure zu Borsäure wie 3 :100 enthalten sind, und, falls im Schmierfett auch die Komponente c enthalten ist, das Gewichtsverhältnis der zweiten Hydroxycarbonsäure zu Borsäure 0,1 bis 10 beträgt.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente a die Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure enthält.

3. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es a!s Komponente c ein Lithiumsalz der Salicylsäure enthält

4. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente c das Lithiumsalz der Milchsäure enthält.

5. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponente c das Lithiumsalz der Parahydroxybenzoesäure enthält»

Die Erfindung betrifft eine Schmierfettzusammensetzung, die zum größten Teil aus einem Schmieröl und zu etwa 2 bis 30 Gew.-%. berechnet auf die Gesamtmasse, aus einem Verdickungssystem besteht, das im wesentlichen Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 12 bis Kohlenstoffatomen und ein Monolithiumsalz von Borsäure enthält, nach Patent 21 57 207.

Es handelt sich hierbei um ein verbessertes Lithiumseifenfett von bester Qualität mit hervorragenden Eigenschaften, wie einem hochliegenden Tropfpunkt, ausgezeichneter Oxydationsbeständigkeit, einer langen Schmierdauer sowie Wasserbeständigkeit.

Lithiumfette als solche sind bekannt und werden seit vielen Jahren in großem Umfange verwendet. Die Lithiumseifen, die für derartige Fette als ^verdickungsmittel verwendet werden, werden gewöhnlich durch Umsetzen von Liihiumhydroxyd oder einer anderen geeigneten Lithiumbase mit einer üblichen hochmolekularen Säure oder mehreren Säuren hergestellt. Als allgemeiner Stand der Technik seien die britischen Patente 7 17 453 und 10 30 700 genannt. Die hauptsächlichen Vorteile von l.ithiumfetten sind ihre hohe Wasserbeständigkeit und die Leichtigkeit des Dispergierens dieser Seifen in allen Arten von Schmiermitteln auf ölgrundlage. Besonders brauchbar sind Fette, die aus Lithiumhydroxystearat hergestellt sind, da Seifen von Hydroxystearinsäure und verwandte Hydroxyfettsäuren sich als mechanisch beständiger erwiesen haben als die entsprechenden Seifen von gewöhnlichen

Fettsäuren.

Es gibt zahlreiche Anwendungsgebiete für Fettzusammensetzungen, bei denen ein hoher Tropfpunkt erforderlich ist, wie beispielsweise bei der Schmierung der Lager von Zugmaschinenmotoren. Die Lager

ίο solcher Zugmaschinen sollen während einer Dauer von mehr als drei Jahren ohne Wartung arbeiten, wobei dort

Temperaturen bis zu 121°C innerhalb der Lager

auftreten können.

Gemäß der Erfindung besteht das Schmierfett zum

υ größten Teil aus einem Schmieröl und zu 2 bis 30 Gew.-%, berechnet auf die Gesamtmasse, aus einem Verdickungssystem, das

a) im wesentlichen eine Lithiumfettsäure einer Hydroxyfettsäure mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen,

b) ein Monolithiumsalz von Borsäure sowie gegebenenfalls

enthält wobei die Hydroxygruppe der Komponente c an ein Kohlenstoffatom gebunden ist, welches nicht weiter als 6 Kohlenstoffatome von der Carboxylgruppe entfernt ist, nach Patent 21 57 207. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten a und b im Schmierfett in einem Gewichtsverhältnis von Hydroxyfettsäure zu Borsäure wie 3 :100 enthalten sind und, falls im Schmierfett auch die Komponente c enthalten ist, das Gewichtsverhältnis der zweiten

J5 Hydroxycarbonsäure zur Borsäure 0,1 bis 10 beträgt.

In der amerikanischen Patentschrift 29 40 930 wird bereits ausgeführt, daß Fette mit einem hohen Tropfpunkt (260°C oder höher) aus Mischungen von Monocarbon- und Dicarbonsäuren hergestellt werden können. Bei der Herstellung der in dem genannten Patent beschriebenen Fette war es jedoch erforderlich, außerdem Glycol zu verwenden. Die Anwesenheit von Glycol ist jedoch unerwünscht, da sie das Fett oxydationsempfindlich macht und die Wasserbeständig keit des Fettes auf verschiedenen Anwendungsgebieten in unerwünschtem Maße erniedrigt. Die Erfindung ermöglicht nun die Herstellung von Fetten mit hohen Tropfpunkten aus Hydroxyfettsäuren, ohne die Notwendigkeit einer Hinzufügung von Glycol.

Die amerikanischen Patentschnfien 32 23 633 und 32 23 624 beschreiben die Herstellung von Fetten mit einem hohen Tropfpunkt aus einer 3-Komponentenmischung von Säuren. Die Anwesenheit von fettsauren Salzen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen im Molekül, die einen wesentlichen Bestandteil solcher Fette darstellen, ist jedoch häufig unerwünscht, da solche Fette die Tendenz zur Verhärtung der Oberfläche beim Stehen zeigen.

Die zur Herstellung der Fette gemäß der Erfindung

verwendete Hydroxyfettsäure besitzt etwa 12 bis 24 oder mehr, vorzugsweise jedoch etwa 16 bis 20 Kohlenstoffatome und stellt vorzugsweise eine Hydroxystearinsäure, beispielsweise 9-Hydroxy·, 10-Hydroxy- oder 12-Hydroxystearinsäure, und zwar vorzugsweise die letztere, dar. Auch Rizinolsäure, die eine ungesättigte Form der 12-Hydroxystearinsäure darstellt und in der 9-10-Stellung eine Doppelbindung aufweist, kann verwendet werden. Andere verwendbare Hydroxyfett-

säuren sind 12-Hydroxybehensäureund 10-Hydroxypalmitinsäure.

Wenn eine zweite Hydrocarbonsäure zusammen nwder Borsäure und der Hydroxyfettsäure verwendet wird, ist es eine solche, bei welcher eine OH-Gruppe an einem Kohlenstoffatom sitzt, das nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome von der Carboxylgruppe entfernt ist Diese Säure besitzt 3 bis 14 Kohlenstoffatome im Molekül und kann entweder eine aliphatische Säure, wie Milchsäure, 6-Hydroxydekanolsäure, 3-Hydroxybutanolsäure, 1-Hydroxvcapronsäure, 4-Hydroxybutanolsäure, 6-Hydroxyalpha-hydroxystearinsäure und dergleichen, oder eine aromatische Säure, wie Parahydroxybenzoesäure, Salicylsäure, 2-Hydroxy-4-hexyibenzoesäure, Metahydroxybenzoesäure, 2^-Dihydroxybenzoesäure (Gentisinsäure), 2,6-Dihydroxybenzoesäure (Gamma-Resorcinsäure), 4-Hydroxy-4-methoxybenzoesäure und dergleichen, oder eine hydroxyaromatische, aliphatische Säure, wie Orthohydroxyphenyl-, Mctshydroxyphenyl- oder Parahydroxyphenylsäure, sein. Es kann auch eine zykloaliphatische Hydroxysäure, wie Hydroxyzyklopentylcarbonsäure oder Hydroxynaphthalinsäure, verwendet werden. Besonders geeignete Hydroxysäure sind Milchsäure, Salicylsäure und Parahydroxybenzoesäure.

Es kann auch anstelle einer freien Hydroxysäure der letztgenannten Art bei der Herstellung des Fettes ein Ester eines niedrigen Alkohols, beispielsweise Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl- oder sekunderer Butylester der Säure, verwendet werden, wie beispielsweise Methylsalicylat, um eine bessere Dispersion zu erreichen, wenn das Salz unlöslich ist. Die Menge des Lithiumsalzes der Hydroxysäure liegt im Bereich zwischen etwa 0,1 bis etwa 10Gew.-% des fertigen Fettes und vorzugsweise zwischen et\- a 0,2 bis etwa 5 Gew.-%. Es können sowohl das Monolithiumsalz oder das Dilithiumsalz der zweiten Hydroxysäj ε verwendet werden, wobei jedoch das Dilithiumsalz bevorzugt wird.

Der gesamte Seifen- und Salzgehalt des Fettes liegt im Bereiche von etwa 2 bis 30 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 5 bis 20Gew.-%. Das Verhältnis der Hydroxyfettsäure mit 12 bis 24 Kohlenstoffatomen im Molekül zur Borsäure liegt in einem Bereich des Gew.-Verhältnisses von etwa 3 bis 100 Teilen oder mehr, normalerweise bei etwa 5 bis 80 Teilen der Hydroxyfettsäure pro Gew.-Teil Borsäure. Es ergibt sich ein Gewichtsverhältnis von etwa 0,1 bis 10 oder mehr, normalerweise etwa 0,5 bis etwa 5 Teilen der besagten zweiten Hydroxycarbonsäure pro Gew.-Teil Borsäure, für den Fall, daß die Fette aus drei Säurekomponenten hergestellt werden.

Die Schmierölgrundlage, die bei der Herstellung der Fettzusammensetzungen gemäß der Erfindung verwendet wird, kann irgendein übliches Mineralöl, ein synthetisches Kohlenwasserstofföl oder ein synthetisches Esteröl sein und hat im allgemeinen eine Viskosität im Bereiche von etwa 35 bis 200 SUS bei 99°C. Zu den verwendbaren Schmierölen gehören Ester von zweibasischen Säuren, wie Di-2-ftthylhexylsebacat, Ester von Glycol, wie ein Diester einer Oxosäure mit 13 Kohlenstoffatomen von Tetraäthylenglycol, oder Komplexester, wie solche, die durch Reaktion 1 Mols Sebacinsäure mit 2 Mol Tetraäthylenglycol oder 2 Mol 2-Äthylhexanolsäure entstanden sind. Als sonstige synthetische öle können synthetische Kohlenwasserstoffe, wie Alkylbenzole, beispielsweise die alkylierten Rückstände aus der Alkylierung von Benzol mit Tetrapropylen. oder Mischpolymere von Äthylen und Propylen verwendet werden, außerdem Siliconöle, wie

z. B, Äthylphenylpclysiloxane, Methylpolysiloxane und dergleichen, ferner Polyglycolöle, wie solche, die durch Kondensation von Butylalkohol mit Propylenoxyd erhalten werden, außerdem Carbonatester, wie z. B. das Produkt einer Reaktion eines Oxoalkohols, der 8 Kohlenstoffatome enthält, mit Äthylcarbonat unter Bildung eines Halbesfers, worauf sich die Umsetzung des letzteren mit Tetraäthylenglycol anschließt, und dergleichen. Andere geeignete synthetische öle sind Polyphe-

nyläther, wie z. B. solche, die 3 bis 7 Ätherbindungen ui d etwa 4 bis 8 Phenylgruppen besitzen (Siehe auch amerikanische Patentschrift 34 24 678, Spalte 3).

Die Fette können hergestellt werden, indem alle drei Säuretypen zusammen neutralisiert werden oder auch, indem zunächst die Borsäure und die Hydroxyfettsäure zusammen neutralisiert werden, worauf anschließend das Lithiumsalz der zweiten Hydroxycarbonsäure gebildet wird.

Die nachfolgenden Beispiele, die bevorzugte Ausföh-

rungsformen darstellen, erläutern die Herstellung und die verschiedenen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Fette. Es werden auch Vergleichsbeispiele gebracht, die zeigen, daß man schlechtere Ergebnisse erhält, wenn die Borsäure weggelassen wird oder wenn die Borsäure über das Monolithiumsalzstadium neutralisiert wird.

Beispiel 1 (einschließlich Vergleichsfette)

Das mit A bezeichnete Fett wurde hergestellt, indem

als Verdickungsmittel eine Kombination von Lithium-12-hydroxystearat und Monolithiumborat verwendet wurde. Das bei der Herstellung dieses Fettes eingesetzte Grundöl war ein Lösungsmittel raffiniertes »Mid-Continent-Schmieröldestillat«, das unter der Bezeich- nung »Solvent 450 Neutral« bekannt ist. und eine Viskosität bei 38°C von etwa 450 SUS besitzt. Die 12-Hydroxystearinsäure wurde teilweise zu dem Grund-Öl hinzugegeben (etwa der Hälfte des Gesamtöles, was ii) dem fertigen Fett verwendet wird), worauf die Mischung bis zum Schmelzen der 12-Hydroxystearinsäure erhitzt wurde, wobei diese Temperatur etwa bei 82⁰C bis 88°C liegt. Darauf wurden die Borsäure und das Lithiumhydroxydmonohydrat als wäßrige Lösung hinzugegeben, worauf die sich ergebende Mischung

so gerührt und bis auf eine Endtemperatur von etwa 193°C bis !99"C erhitzt wurde. Der verbleibende Teil des (:rundöls wurde dann hinzugegeben und die Mischung wurde auf Umgebungstemperatur gekühlt und in einer herkömiiilichen Fcttmühle vermählen. Außerdem wur de ein Vergleichsfett hergestellt, das dem Fett A entspricht, jedoch unter Weglassung der Borsäure.

Zwei zusätzliche Fette wurden hergestellt, wobei in jedem Fall das gleiche Verhältnis von 12-Hydroxystearinsäure und Borsäure zum Grundöi wie im Fall A vorlag, während jedoch die Menge des Lithiumhydroxydmonohydrats erhöht wurde, um ein Dilithiumborat und Trilithiumborat anstelle des Monolithiumborats zu bilden.

Jedes der auf diese Weise hergestellten Fette wurde

hinsichtlich seines Tropfpunktes und seiner ASTM-Penetration bei 25°C geprüft. Die Zusammensetzung der Fette und ihre Prüflingsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.

	22 35 098	Vergleichsfeti·	7,0	6	17,2	Trilithium-	23,8
5 Ta!"c'-'t I		Keine	50		50	borat	50
Zusammensetzung, Gramm	ErlindungsgemäOes	Borsäure	0	Dilithium-	8,3	3	8,3
	Monolith ü'.inbomt	i	433,1	borai	433,1	433.1
			2
	.*·	208	215	206
LiOH · H₂O	12,6	239	218	220
12-Hydroxystearinsäure	50
Borsäure	8,3
Gmndöi	433,1
Prüfergebnisse
Tropfpunkt,⁰C	251
ASTM-Penetration bei 25° C	231
nach 60 Beanspruchungen

Die Werte in Tabelle I zeigen folgendes:
Ein Vergleich des Fettes A mit dem Fett 1 zeigt, daß das Monolithiumborat ein Fett mit einem hohen Tropfpunkt einer erstrebenswerten Konsistenz ergibL Die Werte für die Fette 2 und 3 zeigen, daß, wenn das Verhältnis von Lithium zu Borsäure über das für die Bildung von Monolithiumborat erforderliche Verhältnis erhöh? wird, die gewünschte Verbesserung des Tropfpunktes nicht erreicht wird.

Beispiel 2

Es wurden zwei Fette hergestellt, wobei als Verdickungsmittel eine Kombination von Dilithiumsalicylat, Lithium-12-hydroxystearat und Monolithiumborat verwendet wurde, wobei die Verhältnisse der Ve^rdikkungsmittelbestandteile bei den beiden Fetten verändert wurden. Das Grundöl, das zur Herstellung dieser Fette verwendet wurde, war ein Lösungsmittel raffiniertes »Mid-Continent-Schmieröldestillat«, das als »Solvent 600 Neutral« bekannt ist und eine Viskosität bei 38° C von etwa 600 SUS besitzt Methylsalicylat und 12-Hydroxystearinsäure wurden zu einem Teil des Grundes hinzugefügt, worauf die Mischung erhitzt wurde. Nachdem beobachtet wurde, daß die 12-Hydroxystearinsäure geschmolzen war, die Temperatur betrug etwa 82° C bis 88° C, wurde das gesamte Lithiumhydroxyd, das zur Bildung der verschiedenen Lithiumsalze verwendet wurde, in Form einer 10%igen

Tabelle II

wäßrigen Lösung hinzugefügt, wobei dieser Lösung außerdem die zur Herstellung des Fettes erforderliche Borsäure beigegeben worden war. Die sich ergebende Mischung wurde gerührt und y>.s auf eine Temperatur von etwa 193°C bis 199⁼C eriiir.it. Dann wurde der verbleibende Teil des Grundöls hinzugefügt und die Mischung auf etwa 121° C abgekühlt, worauf ein Antioxydationsmittel und andere Fettbestandteile, wie e^;<5 Mittel zur Verhinderung der Rostbildung, beigegeben wurden. Das Fett wurde dann in einer herkömmlichen Fettmühle vermählen.

Vergleichsbeispiel

Unter Verwendung der gleichen Methode wie im Beispiel 2 wurden Vergleichsfette hergestellt, wobei in einem Fall das Methylsalicylat und im zweiten Fall die Borsäure weggelassen wurden, während im dritten Fall weder Borsäure noch Methylsalicylat verwendet wurden. In jedem Fall wurde die entsprechende Menge Lithiumhydroxyd, die zur Bildung der Seife oder des Salzes des weggelassenen Bestandteils erforderlich war, ebenfalls weggelassen.

Jedes der im Beispiel 2 und in dem Versuchsbeispiel hergestellten Fette wurde bezüglich seines Tropfpunktes und seiner ASTM-Penetration bei 25° C geprüft. Die Zusammensetzung dieser Fette und ihre Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle Il zusammengestellt.

Zusammensetzung in Gew.-%	Fett gemäß der Erfindung	N	Vergleichsfette	Y	Z
	M	1,9 10,4 0,5 0,5 84,7 1,0 1,0	K	2,9 11,5 2,5 81,1 1,0 1,0	1,8 12,9 85,3
LiOH · H₂O J?.-Hydroxystearinsäure Borsäure Methylsalicylat Grundöl Phenyl-alpha-Naphthylpmin Na-SuI-BSN	4,0 12,9 1,1 2,7 78,3 1,0		2,5 12,9 1,1 82,5 1,0
Prüfergebnisse		üujr 260		213	2t 7
TVopfpunkt, °C	über 260	275	225	217	?61
ASTM-Penetration bei 25° C unbearbeitet	252	280	2 '2	240	250
nach 60 Beanspruchungen	261	2V9	255	243	277
nacli 10.000 Beanspruchungen	293	291

Das in der Tabelle erwähnte Phenyl-alpha-naphthylamin wurde als Antioxydationsmittel eingesetzt. Der Begriff Na-SuI-BSN ist eine Markenbezeichnung für ein Produkt, das als Rostverhinderungsmittel dient. Es handelt sich um ein 50gew.-%iges Konzentrat eines neutralen Bariumsalzes der von mit Tripropyien alkyliertem Naphthalin abgeleiteten Dinonylnapthalinsulfonsäure in einem leichten Mineralöl.

Bei Betrachtung der Werte der Tabelle Il zeigt ein Vergleich des Fettes X mit den Fetten Z und M, daß, wenn dem Lilhiumhydroxystearatfett Monolithiumborat beigegeben wird, sich der Tropfpunkt etwas erhöht, wobei sich jedoch eine erheblich stärkere Erhöhung des

Tropfpunkk . ergibt, wenn außerdem Lithiumsalicylat verwendet wird. Ein Vergleich der Fette VZzeigt, daß bei einer Beigabc von Lithiumsalicylat ohne Monolithiumborat der Tropfpunkt nicht wesentlich verbessert wird.

Verschiedene andere herkömmliche Zusätze können der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beigegeben werden, wie der Fachmann weiß. Derartige Zusätze sind beispielsweise Antioxydationsmittel, Mittel zur Verhin-

in derung der Rostbildung. Mittel zur Verbesserung des Haftvermögens, Geriichsveränderungsmittel. Farben. Hochdnirkmittel und dergleichen.

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schmierfett, zum größten Teil aus einem Schmieröl und zu 2 bis 30 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamtmasse, aus einem Verdikkungssystem bestehend, das