DE947728C

DE947728C - Schmierfett

Info

Publication number: DE947728C
Application number: DEN9562A
Authority: DE
Inventors: Harold Milton Fraser
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1953-10-05
Filing date: 1954-10-05
Publication date: 1956-08-23
Also published as: GB755488A; FR1113358A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf neue Schmierfettmischungen; insbesondere betrifft die Erfindung Schmierfette von verbesserter Konsistenz und Stabilität ihrer Anwendung.

Schmierfette, die als Verdickungsmittel Alkaliseifen enthalten, neigen ganz besonders zu Veränderungen der Konsistenz während des Gebrauches, insbesondere wenn es sich um Seifen gewöhnlicher Fettsäuren zum Unterschied von solchen von Oxyfettsäuren handelt, ίο Abänderungen in der Herstellungstechnik mildern diesen Fehler zu einem gewissen Grad; aber trotz aller früheren Versuche, die. beschränkte Dauerhaftigkeit der Schmierfette zu verbessern, wurde festgestellt, daß der kontinuierliche Gebrauch von gewissen Fetten zu einer Erweichung bis zur Verflüssigung führt. Die Möglichkeit, den Seifengehalt zu erhöhen, um so die Erweichung bei der Benutzung zu reduzieren, ist weder praktisch noch wirtschaftlich. Daher sind Mittel erwünscht, welche die Stabilität bei der Verwendung von Schmierfattmischungen erhöhen. Früher wurden bereits verschiedene Mischungen von Seifen bei Schmierfettmischungen verwendet. Die allgemeine Erfahrung hat gelehrt, daß die Vermischung von zwei oder mehr Seifen mit der Schmierfettmischung zu einem niedrigeren Tropfpunkt führt als ihn Fette mit nur einer einzigen Seife aufweisen. Der Grund für. diese nachteilige Erscheinung ist nicht klar. Wenn z. B. eine Seife, wie CaI-

ciumnaphthenat, zu einem Alkaliseifenschmierfett in kleineren Mengen zugegeben wird, so wird dieses beträchtlich weicher, als wenn das Naphthenat nicht anwesend wäre. Eine entsprechende Erweichung tritt auch auf, wenn andere Seifen, wie z. B. Calciumoxystearat, zu einem Lithiumstearatfett zugefügt wird. Es ist ein Ziel der Erfindung, die Stabilität bei der Anwendung und die Konsistenz von solchen Schmierfetten zu erhöhen, die als Gelierungsmittel ein Alkali_T ίο salz höherer Fettsäuren enthalten.

Man hat bereits vorgeschlagen, für diesen Zweck ein Metallsalz einer substituierten Monocarbonsäure mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen in einer Menge von 4 bis 14 Molprozent, bezogen auf den Gesamtseifengehalt des Schmierfettes, zu verwenden. Wie bereits erwähnt, erniedrigt ein solcher Zusatz jedoch häufig den Tropfpunkt des Schmierfettes in unerwünschter Weise. Auch für die Verbesserung von solchen Schmierfetten, die mit Seifen von Oxyfettsäuren verdickt sind, hat man ähnliche Zusatzstoffe empfohlen. • Im vorliegenden Fall handelt es sich jedoch um das spezielle technische Problem der Konsistenzverbesserung von Schmierfetten, die ein Alkalisalz höherer Fettsäuren als Gelierungsmittel enthalten und diese unterscheiden sich sehr wesentlich von oxyfettsäuren Seifen. Weiterhin ist es bekannt, die Stabilität von Schmierfetten beliebiger Zusammensetzung durch ein besonderes Herstellungsverfahren zu verbessern, wobei insbesondere die Einhaltung bestimmter Temperaturen während der Abkühlung und Homogenisierung des Fettgemisches eine Rolle spielt. Für das spezielle Problem einer Stabilitätsverbesserung von mit Alkalisalzen höherer Fettsäuren verdickten Schmierfetten hat dieses bekannte Verfahren jedoch keine Bedeutung erlangt.

Es wurde gefunden, daß Konsistenz und Stabilität dieser Art von Schmierfetten beträchtlich verbessert werden können, indem man eine kleine Menge einer Seifenmischung von oxyfettsäuren und naphthensauren Seifen mehrwertiger Metalle zufügt. An Stelle dieser Seifenmischung kann auch eine mehrwertige Mischseife sinos mehrwertigen Metalls zur Anwendung kommen, wobei ein Teil der Metallvalenzen durch eine höhere Oxyfettsäure und ein anderer Teil durch eine Naphthensäure abgesättigt ist. Je nach Wunsch kann eine solche mehrwertige Metallmischseife in Verbindung mit der Seife eines mehrwertigen Metalls aus einer höheren Oxyfettsäure oder der Seife eines mehrwertigen Metalls aus einer Naphthensäure oder mit beiden angewendet werden. Die Einarbeitung der Zusatzseifen führt zu einer unerwarteten Verbesserung bezüglich der Bearbeitungsstabilität der Schmierfette ohne schädliche Auswirkung auf die Konsistenz oder den Tropfpunkt.

Sowohl bei Anwendung einer mehrwertigen Metallmischseife als auch einer Seifenmischung von mehrwertigen Metallseifen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hegt das Verhältnis der Zahl der Oxyfettsäureradikale zur Zahl der Naphthensäureradikale in der Zusatzseife vorzugsweise zwischen 1: 3 und 3 :1. Wenn eine Seifenmischung von mehrwertigen Metallseifen einer höheren Oxyfettsäure und einer Naphthensäure verwendet wird, soll jede dieser Seifen vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 2,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das gesamte Schmierfett, vorliegen. Die mehrwertigen Metallseifen sind bevorzugt abgeleitet von den Erdalkalimetallen (Magnesium, Calcium, Strontium und Barium) oder von amphoteren Metallen, wie z. B. Aluminium, Zink, Zinn, Eisen, Blei, Zirkon, Titan und Chrom. Von den Erdalkalimetallen werden Calcium und Strontium und von den amphoteren Metallen solche, die wenigstens dreiwertig sind, besonders bevorzugt. Eine besonders wirkungsvolle Mischung von mehrwertigen Metallseifen besteht aus einer Mischung von einer Erdalkalimetallseife einer Naphthensäure, wie z. B. einem Calciumnaphthenat, und einer Seife eines amphoteren Metalls und einer höheren Oxyfettsäure, wie z. B. einer Aluminiumseife einer Oxyfettsäure. Sowohl neutrale wie basische Seifen oder Mischungen daraus können Verwendung finden.

Wenn eine mehrwertige Metallmischseife aus einer höheren Oxyfettsäure und einer Naphthensäure verwendet wird, so soll diese Mischseife vorzugsweise in Mengen von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtschmierfett, vorliegen. Die mehrwertigen Metallmischseifen werden vorzugsweise von den bereits erwähnten Metallen abgeleitet. Beispiele von geeigneten Mischseifen sind die Calciumseife von äquimolekularen Anteilen an 12-Oxystearinsäure und Erdölnaphthensäuren, sowie die Aluminiumseife einer Mischung von 1 Mol io-Oxystearinsäure und 2 Mol Erdölnaphthensäuren.

Die Naphthensäuren, von denen sich die mehrwertigen Metallseifen ableiten, umfassen prinzipiell die Carbonsäuren mit einem alicyclischen Ringsystem, wie z. B. einem Cyclopentan- oder einem Cyclohexanring oder einem kondensierten Ringsystem. Das Ringsystem kann auch substituiert sein, z. B. durch aliphatische Kohlenwasserstoffradikale (die gerade oder verzweigtkettig und gesättigt oder ungesättigt sein können); durch aromatische Kohlenwasserstoffradikale (die darüber hinaus durch Alkylradikale oder ähnliche Radikale substituiert sein können) oder durch andere cyclische Kohlenwasserstoffradikale. Beispiele für geeignete Naphthensäuren sind solche, die in den verschiedensten Erdölen oder Fraktionen derselben enthalten sind und daraus extrahiert werden können, und die alicyclischen Kohlenwasserstoffkarbonsäuren, die in anderen natürlichen Vorkommen enthalten sind und daraus hergestellt werden können, wie z. B. die Harzsäuren aus verschiedenem Pflanzenmaterial, so die Abietinsäure aus Colophoniumharzen.

Diese aus dem Erdöl erhaltenen Naphthensäuren sind allgemein bekannt unter dem Namen »Erdölnaphthensäuren«. Typische Erdölnaphthensäuren haben Molekulargewichte zwischen 100 und 600. Infolge des niederen Preises und der leichten Beschaffbarkeit dieser Art von Säuren ist ihre Verwendung in den vorliegenden Mischungen bevorzugt.

Die Oxyfettsäuren, aus denen die mehrwertigen Metallseifen hergestellt werden, sind insbesondere solche, die wenigstens 10 und vorzugsweise 12 bis 36 Kohlenstoff atome im Molekül enthalten. Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und der leichten Beschaffung sind die in der Praxis am besten zu ver-

wendenden Säuren solche, die sich von hydriertem Ricinusöl ableiten oder durch katalytisch^ Oxydation von solchen Kohlenwasserstoffölen und Wachsen erhalten werden, die bis zu dem gewünschten Molekulargewichtsbereich extrahiert und fraktioniert wurden. Geeignete Vertreter dieser Säuren sind die g-, io-, ii-, oder 12-Oxystearinsäure oder ihre Homologen und Analogen, wie z. B. die entsprechenden Oxypalmitinsäuren und io- und 15-Oxypalmitinsäure, die Oxymyristinsäuren und Oxybehensäuren. PoIyoxyfettsäuren, wie z. B. die 5, 6-Dioxystearinsäure, 2, 11-Dioxypalmitinsäure, 6, 7-, 7, 8-, 8, 11-, 9, 10- und 10, ii-Dioxystearinsäuren können gleichfalls verwendet werden. Die aus diesen Materialien hergestellten Seifen umfassen insbesondere Aluminium-12-oxystearat, Zink-12-oxystearat, Aluminium-10-oxypalmitat, Chrom-15-oxypalmitat.

Die Schmierfettkompositionen enthalten als Verdickungsmittel Alkaliseifen höherer Fettsäuren. Die Alkalimetalle können z. B. Natrium, Kalium und vorzugsweise Lithium sein. Geeignete Fettsäuren sind solche mit 12 bis 36, vorzugsweise 16 bis 20 Kohlenstoffatomen. Geeignete Vertreter sind z. B. die Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, Arachin-, Behen-, Öl- und Linolsäure sowie auch Mischungen derselben, wie sie insbesondere aus Glyceriden entstehen, wie z. B. den natürlichen Fetten und Ölen einschließlich hydrierter Fischöle, hydrierter animalischer und vegetabilischer Öle. Bevorzugte Vertreter, die am besten gemäß der Erfindung reagieren, sind Lithiumstearat und Kaliumstearat. Es können auch Mischungen der Seifen verwendet werden, wobei diese verschiedene Alkaliseifen oder als Hauptbestandteil Alkaliseifen und kleinere Mengen anderer Seifen enthalten.

Die gemäß der Erfindung zu verwendenden Schmieröle sind solche, die gewöhnlich bei der Herstellung von Schmierfetten verwendet werden. Während diese im allgemeinen die Mineralschmieröle umfassen, kann für viele wichtige Zwecke bei ungewöhnlich hohen oder niederen Temperaturen synthetisches Material Verwendung finden. Geeignete synthetische Öle sind z. B. die polymerisierten Olefine; Polyalkylenoxyde, wie Polypropylenoxyd; polymerisierte Sulfide, wie Polypropylensulfid; polymerisierte Glykole, wie PoIyäthylenglykol; aliphatische Ester von Dicarbonsäuren, wie Bis-(2-äthylhexyl)-sebazat; Phosphorsäureester einschließlich der Phosphate, Phosphonate und Phosphinate, wie Trikresylphosphat; Phthalate, wie Dibutylphthalat, und Allc3dsilicate einschließlich Tetra-(2-äthylhexyl)-silicat. Gleichfalls können flüssige Silicone oder Fluorkohlenwasserstoffe verwendet werden. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen wird das folgende Verfahren bevorzugt.

Die Fettsäure oder das Fettsäureglycerid, aus welcher bzw. welchem die gelierende Seife hergestellt wird, wird in einem Teil des Schmieröls dispergiert und zusammen mit dem Alkalihydroxyd in Anwesenheit einer geringen Menge Wasser auf die Verseifungstemperatur erhitzt. Danach wird die Temperatur erhöht, um die Mischung praktisch ganz zu entwässern. Die Zusätze können der Mischung in jeder Stufe des Verfahrens zugesetzt werden, vorzugsweise aber nach der Verseifungsstufe. Anschließend an die Entwässerung der Fettmischung, vorzugsweise bei Tempera- 6g türen um 204⁰ oder wenigstens bei solchen, wo die Fettmischung homogen geschmolzen ist, wird das Schmierfett abgeschreckt durch die Zugabe einer größeren Menge des Schmieröles oder des zurückgeführten gekühlten Fettes und wird bis zu einer Temperatur von 93,3° einer starken scherenden Einwirkung unterworfen. Die genaue Temperatur jedes Verfahrensschrittes variiert je nach der Menge und der Art der Bestandteile. Vorzugsweise liegt die Schergeschwindigkeit in der Größenordnung von wenigstens 75 000 Sek.-¹.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, wobei die Teile und Prozentsätze als Gewichtsteile oder Gewichtsprozent ausgedrückt sind. Für die beschriebenen Herstellungsverfahren selbst Bo wird jedoch kein Schutz beansprucht.

Beispiel 1

9,84 Teile Talg werden mit 29,48 Teilen eines Mineralschmieröles mit einer Viskosität von 750 Saybolt-Sekunden bei 37,8° und 1,58 Teilen Lithiumhydroxyd in einer kleinen Menge Wasser vermischt. Diese Mischung wird auf eine Verseifungstemperaiur von 162,8° erhitzt und bei dieser Temperatur entwässert. 59,1 Teile desselben Schmieröls werden zu go der Seifenmischung zugefügt, worauf die Temperatur auf 204,4° erhöht wird, um eine homogene Schmelze zu erhalten. Die Temperatur wird allmählich auf 93,9° reduziert, wobei die Mischung gerührt und durch ein Sieb im Kreislauf geführt wird, um die Schmierfettmischung zu erhalten. Die Zusätze werden der Mischung anschließend an die Verseifung bei einer Temperatur von 162,8° zugefügt. Ohne die Zusätze zeigt das unmodifizierte Lithiumstearatseifenfett aus der obigen Herstellung einen Tropfpunkt von 183,3° und eine Beständigkeit im Shell-Roll-Test von 23 Stunden. Die Zugabe von 0,65 °/₀ Calciumerdölnaphthenaten (hergestellt aus Erdölnaphthensäuren mit einer Säurezahl von 250) zu dem Schmierfett während seiner Herstellung führt zu einer Verbesserung des Rolltestes auf 85 Stunden, aber verursacht eine Senkung des Tropfpunktes auf 176,7°. Wenn 0,42% Aluminiumnaphthenat zu dem ursprünglichen Schmierfett zugefügt werden, so ist der Rolltest (20 Stunden) sehr viel schlechter als bei dem ursprünglichen Fett, und der Tropfpunkt wird auf 171,1° erniedrigt. Die Zugabe von 0,85 % Aluminium-12-oxystearat zu dem Schmierfett führt zu einer Verbesserung des Rolltestes auf 110 Stunden, aber verursacht eine geringe Senkung des Tropfpunktes. Im ng Gegensatz zu der geringen Verbesserung des Rolltestes und der Erniedrigung des Tropfpunktes bei der Zugabe der einzelnen Additivs führt die Zugabe von 0,65% sowohl an Calciumnaphthenat wie an Aluminium-12-oxystearat zu dem ursprünglichen Schmierfett zu einer Verbesserung des Rolltestes auf 210 Stunden, während der Tropfpunkt nicht nachteilig beeinflußt wird. Aus diesen Ergebnissen ist daher ersichtlich, daß die Kombination der zwei Arten von Zusatzseifen zu einer unerwarteten Verbesserung der Bearbeitungsstabilität, gemessen durch den Rolltest,

führt und keine Erniedrigung des Tropfpunktes verursacht, was. nach den Ergebnissen mit den einzelnen Zusätzen hätte erwartet werden können.

- Beispiel 2

Es wurden Schmierfette hergestellt durch Anwendung desselben Verfahrens und derselben Bestandteile wie in Beispiel i, wobei aber die letzteren in verschiedenen Verhältnissen angewendet wurden. Die

ίο folgende Tabelle zeigt die mechanische Stabilität jeder der genannten Schmierfettmischungen, gemessen durch den Shell-Roll-Test. Es zeigt sich, daß das unmodifizierte Lithiumtalgseifenfett eine Bearbeitungsstabilität von 17 Stunden hat. Die Zugabe von Aluminiumoxystearat oder Calciumnaphthenat zu dem erstgenannten Seifenfett führt bei einzelner Anwendung zu keiner Veränderung der Rollstabilität in den erhaltenen Schmierfettkompositionen. Es zeigt sich jedoch, daß die Kombination der beiden Seifenzusätze zu dem Lithiumtalgseifenschmierfett dessen Bearbeitungsstabilität beträchtlich verbessert.

°/₀ Talg (Lithitimseife) ...	IO	IO	IO	IO
% Aluminiumoxystearat .	—	53	—	•53
²⁵ °/₀ Calciumnaphthenat ...	—	—	53	•53
Shell-Roll-Test
Stunden bis zu einer Mikro-
penetration von 230 ...			18	42

Claims

PATENTANSPBÜCHE:

1. Schmierfett auf der Basis von Schmierölen und Verdickungsmittel·! aus Alkaliseifen höherer Fettsäuren, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einer Mischseife aus einem mehrwertigen Metall, einer Oxyfettsäure und einer Naphthensäure und bzw. oder einer Seifenmischung mehrwertiger Metallseifen von einer höheren Oxyfettsäure und einer Naphthensäure.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischseife in Mengen von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtschmierfett, vorliegt.

3. Schmierfett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischseife eine Erdalkaliseife oder die Seife eines amphoteren Metalls ist.

4. Schmierfett nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischseife eine Calcium- oder Aluminiumseife ist.

5. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seifenmischung in Mengen von je 0,1 bis 2,5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtschmierfett, vorliegt.

6. Schmierfett nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seifenmischung eine Mischung von einer Erdalkaliseife einer Naphthensäure und einer Seife eines amphoteren Metalls einer Oxyfettsäure ist.

7. Schmierfett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seifenmischung eine Mischung einer Calciumseife einer Naphthensäure und einer Aluminiumseife einer höheren Oxyfettsäure ist.

8. Schmierfett nach Anspruch r bis f, dadurch gekennzeichnet, daß die Napthensäure eine Erdölnaphthensäure ist.

9. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyfettsäure wenigstens 10 Kohlenstoffatome, z. B. 12 bis 36 Kohlenstoffatome, enthält.

10. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyfettsäure 12-Oxystearinsäure ist.

11. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyfettsäure aus hydriertem Ricinusöl erhalten ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 872 626, 842 108;
deutsche Patentanmeldungen N 2065 IV d/23 c, N 2061 IV d/23 c (Patent 874940).