DE2744978C2 - Verfahren zur Herstellung eines Schmierfettes und damit erhältliches Schmierfett - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schmierfettes und die durch dieses Verfahren erhältlichen Schmierfette.

Es sind zahlreiche Schmierfette verschiedener Art bekannt, die aufgrund der Seifen bildenden Bestandteile und/oder wegen des hohen Seifengehaltes verhältnismäßig kostspielig sind.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein weniger kostspieliges Schmierfett vorzuschlagen, das zwar nicht unbedingt alle Eigenschaften bekannter Spezialschmiermittel aufweist, aber in zahlreichen Eigenschaften als Allzweckschmiermittel verwendet werden kann. Ferner hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schmiermittels vorzuschlagen bzw. neuartige Schmierfette auf Basis von Calciumkomplexen vorzuschlagen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Verfahren zur Herstellung eines Schmierfettes gemäß Hauptanspruch und ein Schmierfett gemäß Anspruch 8 vorgeschlagen.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung des Schmierfettes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäßen Schmierfette haben Tropfpunkte von mindesterns 170°C und vorzugsweise 200°C, beispielsweise über 250 oder sogar über 300°C. Darüber hinaus erfüllen die erfindungsgemäßen Schmierfette zusätzlich zu derartigen Tropfpunktwerten die Anforderungen bei 140°C bei dem Versuch B des SKF R2f-Tests. Bei diesem Test wird ein Testbett betrieben, um festzustellen, ob ein Trockenlaufen stattfindet. Wenngleich in der Praxis komplexe Calciumfette bei hohen Temperaturen eingesetzt werden können, neigen sie bei der Gleitlagerschmierung zu einem Trockenlaufen, bzw. einem Trockenwerden des Lagers aufgrund einer mehr oder weniger vollständigen Trennung des Fettes von den Gleitflächen im Lager.

Die SKF-Lagerschmier-Prüfvorrichtung entsprechend DIN- Vorschrift 51 806 ist eine anerkannte Prüfvorrichtung zur Beobachtung des Trockenlaufens. Der Versuch B wird bei 1500 U/Min. und unter zusätzlicher Erwärmung durchgeführt.

Mit der Erfindung wird vorzugsweise ein derartiges Calciumkomplexschmierfett mit einem Tropfpunkt von mindestens 300°C vorgeschlagen, das sich bei diesem Testversuch B bei Temperaturen von mindestens 140°C noch gut verhält.

Vorzugsweise wird als niedere Carbonsäure der komplexen Seife Essigsäure verwendet, wenngleich auch Ameisensäure oder Propionsäure eingesetzt werden können. Vorzugsweise ist die höhere Carbonsäure der komplexen Seife eine Mischung von Talgfettsäuren, die entweder als solche oder in ihrer Glyceridform als Talg eingesetzt werden können. Es können auch andere Säuren verwendet werden wie beispielsweise Stearinsäure oder hydrierte Fischölsäuren, welche wesentlichen Mischungen von gesättigten C₁₄- bis C₂₂-Carbonsäuren sind, die praktisch handelsüblicher Stearinsäure hinsichtlich der Sättigung und des durchschnittlichen Molekulargewichts entsprechen.

Es ist zweckmäßig, wenn das Gewichtsverhältnis von Fettsäuren zu den niederen Carbonsäuren größer als 1 : 1 und vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 : 1 bis 2,0 : 1 liegt, wobei ein Molverhälntis von Essigsäure zu Fettsäure von 3 : 1 besonders bevorzugt wird.

Gewöhnlich sind in dem Schmierfett 0,5 bis 2,5 Gew.-% eines Oxydationsinhibitors vorhanden, der zweckmäßig ein Phenyl-α- naphthylamin ist oder eine polymerisierte Trimethyldihydrochinolverbindung. Gegebenenfalls können bis zu 5 Gew.-% Korrosionsinhibitoren dem erfindungsgemäßen Schmierfett zugesetzt werden, und zwar meist in einem Bereich von 0,25 bis 2,5 und vorzugsweise 0,5 bis 1,0 Gew.-%, einschließlich bekannter Sulfonate des Calcium oder Barium. Ein handelsübliches derartiges Produkt ist unter der Bezeichnung Alox® 2116A bekannt.

Gegebenenfalls können auch ein oder mehrere Additive vorhanden sein, wie beispielsweise Mittel zur Verbesserung der Hochdruckeigenschaften wie Dibenzyldisulfid oder geschwefeltes Spermöl. Ferner Metalldeaktivatoren wie komplexierende Ethylendiaminverbindungen; ferner Mittel zur Verhinderung der Abnutzung wie Zinkdialkyldithiophosphat, sowie wasserbeständige Zusätze wie hochmolekulare Isobutylenpolymere. Gewöhnlich werden bis zu 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtschmierfett, dieser Verbindungen eingesetzt, meist in einer Menge von 0,25 bis 1 Gew.-%.

Demzufolge besteht das erfindungsgemäße Schmierfett gewöhnlich aus mehr als 80 Gew.-% des Grundöls; es enthält keine wesentlichen Wassermengen, meist weniger als 0,1 Gew.-%.

Das paraffinische Mineralgrundöl hat vorzugsweise eine Viskosität in einem Bereich von 105 bis 115 mm²/s bei 40°C, einen Mindestflammpunkt von mindestens 245°C und einen maximalen Gießpunkt von -5°C, vorzugsweise -10°C oder niedriger. Es ist ein besonderer Vorteil, daß man bei dem erfindungsgemäßen Öl paraffinische Grundöle verwenden kann.

Naphthenische Mineralgrundöle sind vorzugsweise phenolische oder andere extrahierte hydrofinierte Öle. Vorzugsweise hat das Öl eine Viskosität in einem Bereich von 105 bis 115 cSt mm²/s bei 40°C, einen Mindestflammpunkt von mindestens 225°C und einen maximalen Gießpunkt von -5°C und vorzugsweise -10°C oder niedriger.

Das mineralische Grundöl kann mindestens teilweise durch ein oder mehrere andere Öle, beispielsweise durch synthetische Öle ersetzt werden, vorausgesetzt, daß sie unter den Herstellungsbedingungen stabil sind. Wenn sie nicht stabil aber mit Mineralölen mischbar sind, wie beispielsweise Ester- oder Diester-Ölbasen, kann das Fett anfänglich mit einem Anteil an Mineralöl hergestellt werden und dann mit dem synthetischen Öl oder mit einem anderen Grundöl auf den Gesamtgrundölgehalt des entsprechenden Fettes verdünnt werden. Beispiele synthetischer Öle sind Polyethylenglykoläther und Polypropylenglykoläther.

Ein besonders bevorzugtes Schmierfett gemäß Erfindung leitet sich von etwa 3 Gew.-% Eisessig, etwa 5 Gew.-% Talgfettsäuren und etwa 3 Gew.-% gelöschtem Kalk ab. Das Grundöl ist vorzugsweise ein paraffinisches Öl.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erhitzt man die Säuren und die Calciumbase mit mindestens einem Teil des Grundöls so daß die Maximaltemperatur, die die Mischung während der Erhitzung erreicht, in einem Bereich von 240 bis 250°C liegt, worauf die Oxidationsinihibitoren und gegebenenfalls noch vorhandener Rest des Grundöls zugesetzt werden.

Gelöschter Kalk ist die bevorzugte verseifende Calciumbase; es kann jedoch auch Calciumoxid verwendet werden. Die Base wird vorzugsweise in Mengen von 20 bis 40, insbesondere 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtgehalt an Säuren und Calciumbase eingesetzt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Menge der eingesetzten Calciumbase so bemessen ist, daß das endgültige Schmierfett eine Alkalinität nach AM-S 160.40 von 0,3 bis 1,5 Gew.-% und vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Gew.-% aufweist.

Der bevorzugte Bereich für die Maximaltemperatur ist 242 bis 248°C und insbesondere 243 bis 247°C. Am besten wird die Maximaltemperatur mindestens 30 Minuten beibehalten.

Gegebenenfalls kann die Herstellung unter einem Inertgas wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid erfolgen; dieses ist zweckmäßig, wenn der Flammpunkt des Mineralgrundöls oder der anderen Grundöle nahe an der Höchsttemperatur bei der Herstellung liegt. Wenn während der Herstellung die Masse schäumt, können kleine Mengen eines Alkalisulfonats, insbesondere Petroleumsulfonat als Antischaummittel eingesetzt werden. In allen Fällen werden Antioxydationsmittel und Korrosionsinhibitoren bzw. andere übliche Schmierfettzusätze während des Kühlens der Mischung von der maximalen Herstellungstemperatur zugesetzt.

Überrschenderweise und unerwarteterweise wurde festgestellt, daß die unbearbeitete und bearbeitete Penetration (ASTM D217) der Fettprodukte einen Mindestwert hat und fast konstant ist, wenn die maximale Herstellungstemperatur in einem Bereich von 242 bis 248 und insbesondere 243 bis 247 liegt. Dieses Phänomen und andere Eigenschaften werden im folgenden erläutert. Es wurde ferner festgestellt, daß die Neigung insbesondere bei höherer Temperatur hart zu werden, äußerst gering ist und im Bereich von Schmierfetten auf Basis von Lithiumhydroxystearat liegt.

Zusammenfassend wird also gemäß Erfindung ein Schmierfett vorgeschlagen, welches sich von äußerst preiswerten und leicht zur Verfügung stehenden Ausgangsstoffen ableitet und das zahlreiche Eigenschaften von hochwertigen und teuren Schmierfetten auf Basis von Lithiumhydroxystearat zeigt und ein ausgezeichnetes Mehrzweck-Schmierfett ist.

Beispiel 1

Es wurde ein komplexes Calciumschmierfett unter Verwendung von 5 Gew.-% Talgfettsäuren, 3 Gew.-% Eisessig, 3 Gew.-% gelöschtem Kalk, 0,5 Gew.-% Phenyl-α-naphthylamin hergestellt, während der Rest ein paraffinisches Mineralöl mit den oben angegebenen Eigenschaften war. Etwa die Hälfte der erforderlichen Mineralölmenge wurde vorgelegt und so lange auf etwa 100°C erwärmt, bis die Talgfettsäuren, der gelöschte Kalk und Eisessig zugesetzt waren.

Dann wurde bis auf 10% weiteres Mineralöl zugesetzt, worauf die Mischng weiter bis auf 243 bis 247°C erwärmt und bei dieser Temperatur mindestens 30 Minuten belassen wurde. Die Alkalinität betrug nach AM-S 160.40 etwa 0,6%. Bei beginnendem Abkühlen wurde die Aminverbindung und restlichen Mineralöl zugesetzt, worauf das Schmierfett homogenisiert wurde.

Das Produkt war ein Schmierfett der Güte 2 mit 10 bis 12 Gew.-% Seigengehalt. Das Fett hatte einen Tropfpunkt von etwa 300°C und durchlief den SKF 2RF-Testversuch B bei 140°C. Die Öltrennung nach ASTM D 1742 betrug etwa 2,3 Gew.-%, während sie nach 168 Stunden Lagerung bei 40°C nach IP 121/DIN 51 817 3,0 Gew.-% betrug. Dieses Schmierfett entsprach dem EMCOR- Korrosionstest nach DIN 51 802.

Durch geringe Steigerung oder Verringerung der Menge der Seifen bildenden Bestandteilen läßt sich ein Fett mit einem etwas höheren oder niedrigeren Seifengehalt erhalten. In allen Fällen soll jedoch zur Erzielung eines erfindungsgemäßen Produktes und zur Erzielung der Vorteile eine maximale Herstellungstemperatur in einem Bereich von 240 bis 250°C und insbesondere von 243 bis 247°C beibehalten werden.

Beispiel 2

Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet, wobei jedoch jetzt die Maximaltemperatur im Bereich von 239 bis 251°C geändert wurde; hierbei wurden mehrere Schmierfett-Typen hergestellt und nach ASTM D 217 auf die Penetration im bearbeiteten und unbearbeiteten Zustand untersucht. Aus der grafischen Darstellung wurden die folgenden Werte zusammengestellt, die zeigen, daß die maximale Herstellungstemperatur (MMT) sehr deutlich die Penetrationswerte beeinflußt und in einem Bereich von 243 bis 247°C eine überraschende Konstanz ergibt.

Die Schmierfette mit der geringsten Penetration, das heißt die härtesten Schmierfette sind wegen des äußerst geringen Seifengehaltes von etwa 10 bis 12 Gew.-% und wegen ihrer Herstellung aus preisgünstigen Rohstoffen solche, die in einem Höchsttemperaturbereich von 240 bis 250°C, insbesondere 243 bis 247°C hergestellt worden sind.

Der Unterschied der Penetrationswerte von 45 Punkten zwischen den ASTM-D 217 Werten in bearbeitetem und unbearbeitetem Zustand, und zwar innerhalb des bevorzugten Bereichs der maximalen Herstellungstemperatur von 243 bisd 247°C stellt praktisch den größten nur möglichen Unterschied dar. Es ist beispielsweise möglich, durch geringe Abänderungen der Mengen der Komponenten diesen Unterschied auf weniger als 20 Punkte zu verringern.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines Schmierfettes auf Basis eines Grundöls aus einem paraffinischen und/oder naphthenischen Mineralöl und/oder einem synthetischen Öl und einer komplexen Calciumseife, bei dem die Verdickungskomponente aus einer komplexen Calciumseife besteht, die sich von einer Calciumbase, einer C₁- bis C₃-aliphatischen Carbonsäure sowie einer oder mehreren Fettsäuren aus der Gruppe von Talgfettsäuren oder deren Glyceriden, Stearinsäuren oder hydrierten Fischölsäuren ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) die Calciumbase sowie die Fettsäure(n) und die C_1-3-Carbonsäure im Gewichtsverhälntis größer 1 : 1 mit mindestens einem Teil des Grundöls erhitzt, so daß die Maximaltemperatur der Mischung während der Erhitzung in einem Bereich von 240 bis 250°C liegt und dann
• b) bis zu 5 Gew.-% an ein oder mehreren üblichen Oxidationsinhibitoren und, sofern vorhanden, den Rest des Grundöls zusetzt, wobei das erhaltene Schmierfett 7 bis 17 Gew.-% komplexe Calciumseife enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fettsäuren oder Glyceride und die C₁- bis C₂-Carbonsäure in einem Gewichtsverhältnis von 1,5 : 1 bis 2,0 : 1 verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fettsäure Talgfettsäure und als C₁- bis C₃-Carbonsäure Essigsäure verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Calciumbase in einer überschüssigen Menge einsetzt, um dem Fett ein Alkalimaß von 0,3 bis 1,5 und vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Gew.-% zu geben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Calciumbase gelöschten Kalk verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Maximaltemperatur im Bereich von 243 bis 274°C arbeitet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Schmierfett 7 bis 13 und vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% der komplexen Calciumseife enthält.

8. Schmierfett erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Tropfpunkt von mindestens 170°C und eine Trockenlauftemperatur, gemessen nach Versuch B der DIN- Norm 51806, von mindestens 140°C.