DE2264263B2 - Lithiumseifenschmierfett - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithiumseifenschmierfett, das aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen sowie einer hydroxyfemauren Lithiumseife und einem Alkaliborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel besteht.

Schmierfette sind bei vielen Anwendungen den Schmierölen überlegen. Sie werden beispielsweise eingesetzt.

um den Zutritt störender Fremdstoffe durch ein Fettpolster zu vermeiden — Verwendung in Wälzlagern oder Stoffbüchsen — um einen sehr geringen Schmiermittelbedarf sicherzustellen — ^4S Verwendung an Achsköpfen bei Lagern mit häufiger Betriebsunterbrechung —
um den Wartungsaufwand klein zu halten — Verwendung in schwer zugänglichen Lagern oder in Haushaltsmaschinenlagern — oder
um den Schmiermittelbedarf an Schmierstellen mit langsamen Gleitbewegungen, hohen Flächendrükken und/oder stark wechselnden Belastungen zu sichern — Verwendung z. B. an landwirtschaftlichen Geräten und Fahrzeugen —.

Von den einzelnen Schmierfett-Typen sind insbesondere Aluminium-, Calcium-, Natrium- und Lithiumseifenfette bekannt geworden. Lithiumseifenfette werden seit vielen Jahren in großem Umfang eingesetzt. Ihre große Verbreitung rührt daher, daß sie die wesentlichen Vorteile von Calcium- und Nätriumseifenfetten vereinigen. Das heißt, sie weisen eine gute Wasserbeständigkeit, niedrige Konsistenz bei tiefen Temperaturen und obere Gebrauchstemperaturen über 100° C auf.

Aus der DT-PS 8 50 051 war schon bekannt, daß die Druckbeständigkeit konsistenter Schmierfette sich durch den Zusatz geringer Anteile von Sulfaten,

50

55 Sulfiten. Thiosulfaten, Phosphaten oder Boraten erhöhen Iä9t In ähnlicher Weise soü nach der DT-OS 1903451 die Belastbarkeit von Schmierfetten, die im Verdickungsmittel Calcium-, Uthium- oder Bleiseifen enthalten, durch Zusatz von Gemischen von Molybdänsalzen, vorzugsweise Ammoniummolybdat, mit Hyposulfiten voa Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, vorzugsweise Natrium, sowie Borax erhöht werden.

Ans der DT-AS 1018 573 sind Schmierfette bekannt, die Mineraigrundöle bestimmter Viskositätseigenschaften, als Verdickungsmittel eine Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure, wie lithium-12-hydroxystearat, sowie kleine Anteile eines Alkali- oder ErdaÜcah'f \aphthenats enthalten.

Aus der DT-AS 1444 874 war ein Schmierfett bekannt, das zur Verbesserung seiner Arbeitsstabflität beim Vermählen ein bestimmtes Äthylenpolymerisat enthalten soll Sofern dieses Schmierfett als Verdikkungsmittd eine Seife enthält, kann sie aus lithium-12-hydroxystearat bestehen.

Es hat sich aber gezeigt, daß in vielen Fällen, z. B. bei der Schmierung von Radlagern einiger PKW-Typen, die Temperaturbeständigkeit dieser bekannten Schmierfette nicht mehr ausreicht

Besonders bei Fahrzeugen, die mit in der Nähe der Radlager angebrachten Scheibenbremsen ausgerüstet sind, hat man auf Gebirgsstrecken, die häufiges Abbremsen erfordern, Lagertemperaturen von 180 bis 200⁰C gemessen. Bei Verwendung von Lithiumseif enfetten herkömmlicher Art besteht in solchen Fällen die Gefahr, daß die Fette bei dieser Beanspruchung aus den Lagern auslaufen und u. U. die Scheibenbremsen verschmieren.

Ein weiteres Beispiel ist die Schmierung von Heißluftven'.ilatorenlagern. Auch hier können Temperaturen von 150 bis 200⁰C in den Lagern erreicht werden. Lithiumseifenfette mit Tropf punkten bis 200⁰C können zur Schmierung dieser Lager nicht mehr eingesetzt werden.

Aus der DT-OS 21 57 207 war ferner ein Schmierfett mit erhöhtem Tropfpunkt bekannt dessen Verdickungsmittel aus der Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure, insbesondere Li-12-hydroxystearat, sowie dem Mono- oder Di-Lithiumsalz einer zweiten Hydroxycarbonsäure mit 3-14 Kohlenstoffatomen und entweder dem Di-Lithiumsalz einer Gt-Cu-Dicarbonsäure oder dem Mono-Lithiumsalz von Borsäure besteht

Wie die Vergleichsbeispiele dieser DT-OS zeigen, muß das Verdickungsmittel alle drei vorstehenden Komponenten enthalten, wenn das Schmierfett Tropfpunkte von 26O⁰C oder höher aufweisen soll.

Gegenstand der Zusatzanmeldung DT-OS 22 35 098 (bzw. US-PS 37 58 407) ist ein der Stammanmeldung ähnliches Schmierfett, dessen Verdickungsmittel lediglich zwei dieser Komponenten, nämlich die Lithiumseife einer Ci2-Ci4-Hydroxyfettsäure und ein Mono-Lithiumsalz der Borsäure im Gewichtsverhältnis Hydroxyfettsäure zu Borsäure von 3:100, enthält. Nach den Beispielen dieser DT-OS erreicht auch dieses ältere Schmierfett Tropfpunkte über 26O⁰C nur, wenn das Verdickungsmittel zusätzlich die 3. Komponente, nämlich Lithiumsalz einer Hydroxycarbonsäure, wie Milch- oder Salicylsäure, enthält. Außerdem ist nach Tabelle 1 der älteren DT-OS die Gegenwart von Mono-Lithiumborat unerläßlich, und Tropfpunkt sowie andere Eigenschaften des Schmierfetts werden erheblich schlechter, wenn man andere Lithiumsalze der Borsäure verwendet

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lithiumseifenschmierfette zu verbessern und ihnen insbesondere hohe Temperaturbeständigkeit zu verleihen.

Gegenstand der Anmeldung ist ein lithiumseifenschmierfett, bestehend aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen, sowie einer hydroxyfettsauren lithiumseife und einem Alkaliborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumseifenschmierfett als Verdickungsmittel 5 bis 20 Gpw.-% — bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz — einer lithiumseife einer Hydroxystearinsäure und 0,1 bis 3 Gew.-% Lithiumtetraborat enthält

Wie gefunden wurde, besitzt das erfindungsgemäße Lithiumseifenschmierfett erhebliche höhere Temperaturbeständigkeit sowie deutlich gestiegene Beständigkeit gegen oxidative Einflüsse, w&s zu verlängerter Schmierwirkung, insbesondere bei höheren Temperaturen, fuhrt

Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmierfette lassen sich darauf zurückführen, daß sein Verdickungsmittel die Lithiumseife einer langkettigen Hydroxyfettsäure und verhältnismäßig geringe Anteile von Lithiumtetraborat enthält Dadurch wird ein Schmierfett erhalten, dessen Tropfpunkt oberhalb von 200°, insbesondere im Bereich von 210 bis 300° C liegt

Üblicherweise setzen sich diese Schmierfette aus drei Hauptkomponenten zusammen:

der flüssigen Phase dem Dickungsmittel
den Zusatzstoffen.

dasGrundöl —

Die handelsüblichen Schmierfette enthalten normalerweise naphthenische Mineralöle, paraffinische öle oder auch schwach raffinierte Öle. Es ist aber auch üblich, vor allem, wenn Schmierfette speziellen Beanspruchungen ausgesetzt werden, synthetische Flüssigkeiten, wie Polyalkylglykole, Esteröle hergestellt aus zweibasischen Säuren und einwertigen Alkoholen oder aus einbasischen Säuren und mehrwertigen Alkoholen, Silikone, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Phenyläther, zu verwenden. Das erfindungsgemäße Schmierfett enthält bevorzugt Mineralöle und die dem Nachlauf der Alkylbenzolsynthese entstammenden Alkylbenzole.

Als Zusatzstoffe im Schmierfett sind Wirkstoffe und Schönungsmittel gebräuchlich. Unter Wirkstoffen werden z. B. Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Schmierfähigkeitsverbesserer und Hochdruckzusätze verstanden. Zur Verbesserung des Gebrauchswertes werden als Schönungsmittel Färb- und Geruchsstoffe zugegeben.

Für die verbesserten Eigenschaften des Lithiumschmierfetts nach der Erfindung i$.t vor allem das Verdickungsmittel verantwortlich, das die Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 10—30 Kohlenstoffatomen, insbesondere 9-, 10- oder 12-Hydroxystearinsäure enthält Das Li-12-hydroxystearat wird bevorzugt Zur Herstellung kann eine 12-Hydroxystearinsäure verwendet werden, die durch Spaltung und Hydrierung von Rizinusöl erhalten wurde und geringe Anteile weiterer Fettsäuren enthält Anstelle der freien Hydroxyfettsäure(n) kann auch ihr Glyzerid, z. B. 12-Hydroxystearin, eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Estern der Hydroxyfettsäure(n) mit niederen Alkoholen, wie Methanol, Äthanol, Propanolen oder Butanolen, da sich gezeigt hat, daß der Tropfpunkt der erfindungsgemäßen Schmierfette überraschenderweise um 10—20⁰C erhöht wird, wenn man — bei sonst gleicher Zusammensetzung — statt der freien Hydroxyfettsäure, z.B. ihren Methylester einsetzt

Als Alkaliborat-Komponente wird für das Verdikkungsmittel der erfindungsgemäßen Schmierfette U-f hiumtetraborat, das dem Borax analoge Di-Lithiumsalz der Tetraborsäure, bevorzugt Es kann gegebenenfalls als Kristallwasser enthaltendes Hydrat eingesetzt

ίο werdea

Es hat sich gezeigt, daß, bezogen auf den gesamten Schmierfettansatz, Anteile von 5—20 Gew.-% der Lithiumseife und 0,1—3 Gew.-% Li-Tetraborat als Verdickungsmittel ausreichend sind, Anteile von 7,5—15 Gew.-% der Lithiumseife und 0,15—0,75 Gew.-% Li-Tetraborat werden bevorzugt

Die Zusammensetzung, Herstellung und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmierfette werden durch die nachfolgenden Bespiele weiter erläutert

Beispiel 1

Einwaage:

10,0 kg 12-Kydroxystearinsäure
13 kg LiOH-Monohydrat
O^ kg U₂B₄O₇

88.0 kg Maschinenöl-Raffinat 58cSt/50°C, naphthenbasisch

Herstellung

In einem geeigneten Rührwerksbehälter wurden 10,0 kg 12-Hydroxystearinsäure zusammen mit 25,0 kg Maschinenöl-Raffinat auf 85°C erhitzt und anschließend mit 1,5 kg LiOH-Monohydrat gelöst in 10 Liter kochendem Wasser, verseift Während der Entwässerungsperiode bei 100⁰C wurden 03 kg Ii₂B₄O? zugegeben.

Nach erfolgter Entwässerung wurde die Temperatur des Kesselinhalts innerhalb von 2 Stunden auf 240⁰C gesteigert Während des Aufheizens wurde ein weiterer Teil des Maschinenöls(25 kg) bei 155°C zugegeben. Das restliche öl wurde dem Ansatz nach Erreichen der Maximaltemperatur von 240⁰C zugegeben. Anschließend wurde die Charge auf 6O⁰C kaltgerührt Bei dieser Temperatur erfolgte mittels einer Korundscheibenmüh-

Ie die Homogenisierung des Ansatzes.

Ergebnis

Man erhielt auf diese Weise ein Schmierfett mit einem Tropfpunkt von 265° C nach DIN 51801, einer Ruhepenetration von 272 mm/10 und einer Walkpenetration (60 Hübe) von 279 mm/10, sowie einer Walkpenetration nach 60 000 Hüben von 305 mm/10 nach DIN 51 804.

Beispiel 2
Einwaage:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäure-Methylester
1,55 kg LiOH-Monohydrat
0,25 kg Li₂B₄O₇

50,00 kg Alkylbenzol- Nachlauf,50 cSt/50°C
38,20 kg Zylinderöl.30cSt/100°C

Bei gleicher Verfahrensweise wie im Beispiel 1 wurde ein Fett mit folgenden Eigenschaften erhalten:
Tropfpunkt, DIN 51801,⁰C 274

Ruhepenetration,

DIN 51 804, mm/10 227

Walkpenetration, DIN 51 804,

60 Hübe, mm/10 238

Walkpenetration, DIN 51804,

60 000 Hübe, mm/10 256

Beispiel 3
Einwaage:

12-Hydroxystearinsäure-Methylester
liOH-Monohydrat

0,50 kg Li₂B₄O₇

1,00 kg Pienyl-alpha-naphthylainin (Oxidations- ίο schutz)

0,75 kg Zink-diamyldithiocarbamat (Korrosionsschutz)
83,41 kg Maschinenöl-Raffinat, 125cSt/50°C

Herstellung

12JS kg 12-Hydroxystearinsäure-Methylester wurden in Gegenwart von 50,0 kg Maschinenöl-Raffinat bei 80⁰C mit 134 kg LiOH-Monohydrat verseift Nach Steigerung der Temperatur auf 115° C erfolgte der » Zusatz von 0,5 kg L12B4O7. Anschließend wurde der Ansatz innerhalb von 23 Stunden auf 245° C erhitzt und nach Erreichen der Temperatur zum Kaltrühren in einen mit Wasserkühlung ausgerüsteten Rührkessel übergepumpt Hier erfolgte bei 18O⁰C die Zugabe des Restöls (33,41 kg) und bei 98° C die Zugabe der Additive. Nach weiterer Kühlung auf 68⁰C bei intensivem Rühren wurde der Ansatz schließlich mittels einer Korundscheibenmühle homogenisiert und in einer Vakuumanlage entlüftet.

Ergebnis:

Tropfpunkt, DIN 51 801,⁰C
Ruhepenetration,
DIN 51804, mm/10
Walkpenetration, DIN 51 804,
60 Hübe, mm/10
Walkpenetration, DIN 51 804,
60 000 Hübe, mm/10

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225
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Wie die Beispiele zeigen, wiesen die Schmierfette nach der Erfindung Tropfpunkte von über 260⁰C auf, obwohl sie nur 0,25 bzw. 0£ Gew.-% Li₂B₄O₇ im Verdickungsmittel enthielten. Demgegenüber besitzen herkömmliche Schmierfette, die allein mit ähnlichen Anteilen Lithium-12-hydroxystearat verdickt sind, Tropf punkte von höchstens etwa 200⁰C Die aus der DT-PS 2157 207, Beispiel 10 bzw. Tabelle VIl bekannten Schmierfette wiesen zwar ebenfalls Tropfpunkte über 260⁰C auf, enthielten jedoch größere Anteile Monolithiumborat und eine zusätzliche Komponente im Verdickungsmittel, was ihre Herstellung kompliziert und verteuert Bei den bekannten Schmierfetten steigt zudem — wie Tabelle VII zeigt — der Penetrationswert von der Ruhepenetration bereits nach 10 000 Hüben in einem Maße an, das bei den Schmierfetten der Erfindung erst nach 60 000 Hüben erreicht wird. Die erfindungsgemäßen Schmierfette weisen demnach verbesserte Scherstabilität auf.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. lithmmseifenschmierfett, bestehend aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen, sowie einer S bydroxyfettsauren LSthiumseife und einem Alkaiiborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das lithiumseifenscbmierfett als Venäckungsnutte! 5 bis 20 Gew.-% — bezogen auf den Gesamtschmierfettan- ίο satz — einer Lithiumseife einer Hydroxystearinsäure and 0,1 bis 3 Gew.-% Lithiumtetraborat enthält

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittels die lithiumseife der zuvor veresterten 12-Hydroxystearinsäure enthält

3. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittel die Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure, welche zuvor mit Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butylalkohol oder Glycerin verestert war, enthält

4. Schmierfett nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmierfett 7,5 bis 15 Gew.-% Lithiumseife und 0.15 bis 0,75 Gew.-% Lithiumtetraborat enthalten sind. 2s

5. Schmierfett nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittel ein Gemisch von Lithiumseifen verschiedener Hydroxystearinsäuren enthält.