ES2241265T3

ES2241265T3 - Composicion y preparacion de grasa lubricante.

Info

Publication number: ES2241265T3
Application number: ES99908903T
Authority: ES
Inventors: Soenke Esso AG MOEHR
Original assignee: ExxonMobil Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2005-10-16
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: EP1062307B1; CA2321115C; WO1999042541A1; DE69924714D1; AU743979B2; ZA991151B; DE69924714T2; EP1062307A1; US6407043B1; AU2834099A; CA2321115A1; GB9803367D0

Abstract

Un método de preparación de una composición de grasa lubricante que tiene una proporción mayor de aceite lubricante base y una proporción menor de un espesante simple de jabón o complejo de jabón, o de un sistema espesante orgánico; método que incluye los pasos de: (a) agitar y calentar a lo largo de un intervalo de gradiente de temperatura continuo el o los constituyentes formadores de jabón o espesantes orgánicos con al menos una porción del aceite lubricante base en un recipiente de reacción cerrado, (b) cizallar el sistema de jabón o espesante orgánico en formación en medios de cizallamiento mecánicos, (c) someter a ciclos sucesivos al menos una porción del contenido del recipiente de reacción de a) a lo largo de sustancialmente el período completo de formación de jabón o espesamiento orgánico alrededor de un bucle de procesamiento cerrado susceptible de ventilación de presión que comprende dicho recipiente de reacción de a) y dichos medios de cizallamiento mecánicos de b) de tal modoque los constituyentes del espesante se mezclan concienzudamente en cada vuelta de los medios de cizallamiento.

Description

Composición y preparación de grasa lubricante.

La presente invención se refiere a una composición de grasa lubricante y la preparación de la misma, estando relacionada más especialmente con grasas lubricantes que tienen consistencia y homogeneidad mejoradas y características de ruido bajo.

Los tipos de grasa lubricante a los que se refiere la invención comprenden una proporción mayor de un aceite lubricante base y una proporción menor de un espesante simple de jabón o complejo de jabón o de un espesante orgánico; y las grasas de este tipo incluyen, pero sin carácter limitante, grasas simples y complejas de jabones de litio, grasas simples y complejas de jabones de calcio, grasas simples y complejas de sodio, grasas simples y complejas de aluminio, grasas simples y complejas de bario; así como grasas de poliurea.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una grasa en la cual el espesante tiene un tamaño de partícula mejorado, v.g., más pequeño y más uniforme. Una estructura mejorada de este tipo conferirá a la mayoría de los tipos de grasa v.g., consistencia y tiempo de vida útil mejorados, así como una separación reducida de aceite. Aunque tiene relevancia general, un espesante mejorado de este tipo es especialmente ventajoso en las grasas simples y complejas de jabones de litio.

Como ejemplo, las grasas complejas de jabones de litio han encontrado un uso principal como grasas para cojinetes, particularmente cojinetes herméticamente cerrados, v.g. en automóviles y dispositivos eléctricos. Las grasas de cojinetes herméticamente cerrados tienen que cumplir numerosos requisitos de eficiencia que incluyen una vida prolongada del cojinete, eficiencia a temperatura alta, y punto de goteo alto; y requisitos definidos relativos a separación de aceite, estabilidad a la oxidación, protección contra el desgaste por rozamiento y ruido bajo. Sin embargo, aunque ofrecen beneficios de servicio prolongado y a temperatura elevada, dichas grasas adolecen a menudo de características de ruido generalmente más alto que una grasa de litio simple.

Ejemplos de un proceso para la preparación de grasas y de grasas que tienen un pequeño tamaño de partícula y propiedades de ruido bajo se exponen en los documentos siguientes.

El documento GB 776548 se refiere a un método para la preparación de sales orgánicas de metales por reacción entre una base metálica inorgánica y un material orgánico saponificable o neutralizable por sometimiento de las sustancias reaccionantes a fuerzas de cizallamiento desarrolladas a una intensidad de cizallamiento extremadamente alta a fin de reducir el tiempo y/o la temperatura de procesamiento y aumentar la eficiencia y los rendimientos del proceso, particularmente a la fabricación de composiciones de grasas lubricantes espesadas con jabones. En una realización, los materiales que reaccionan se hacen circular continuamente entre la zona de reacción y una zona de tratamiento en la cual se someten aquéllos a intensidades de cizallamiento extremadamente altas para acelerar el cambio deseado.

El documento US5350531 se refiere a un proceso para preparar una grasa lubricante en el cual un aceite lubricante parafínico de alta viscosidad ("bright stock") se mezcla con ácido 12-hidroxi-esteárico y la mezcla se calienta y se añaden como agente saponificante hidróxido de litio e hidróxido de calcio, se calienta y la mezcla saponificada se tritura luego de tal modo que al menos aproximadamente 90 por ciento en peso de las partículas contenidas en la mezcla son menores que 1 micrómetro.

El documento US5714444 describe una grasa basada en litio para cojinetes que tiene una dureza apropiada que, según se afirma, remite estrechamente a propiedad anti-salpicadura y propiedad silenciosa. La propiedad silenciosa del cojinete se enjuició por el valor Anderon que se midió con un Anderonmeter, mientras se hacían girar los cojinetes a ensayar a 1.800 rpm. Como resultado del enjuiciamiento, se consignaron valores Anderon de 2 o menos.

El documento WO97/47710 se refiere a grasas espesadas con diurea o poliurea basadas en aceites de tipo éster, y en un ejemplo describe una grasa que, según se determinó, cumplía la clase de ruido SKF-Bequiet de BQ1 (99%) y BQ2 (100%).

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una grasa lubricante en general, pero más especialmente una grasa compleja de litio, que tiene características de ruido reducido.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método de preparación de una composición de grasa lubricante que tiene una proporción mayor de aceite lubricante base y una proporción menor de un sistema espesante simple de jabón o complejo de jabón, o de un sistema espesante orgánico, método que incluye los pasos de:

(a) agitar y calentar el o los constituyentes formadores de jabón o espesantes orgánicos con al menos una porción del aceite lubricante base en un recipiente de reacción cerrado a lo largo de un intervalo de gradiente de temperatura continuo,

(b) cizallar el jabón o espesante orgánico en formación en medios de cizallamiento mecánicos,

(c) someter a ciclos sucesivos al menos una porción del contenido del recipiente de reacción de (a) a lo largo de sustancialmente el período completo de formación de jabón o espesamiento orgánico alrededor de un bucle de procesamiento cerrado susceptible de ventilación de presión que comprende dicho recipiente de reacción de (a) y dichos medios de cizallamiento mecánicos de (b) de tal modo que los constituyentes del espesante se mezclan concienzudamente en cada vuelta de los medios de cizallamiento.

De modo preferible, sustancialmente la totalidad de los constituyentes del recipiente de reacción se someten a ciclos sucesivos en el paso (c).

El cizallamiento mecánico se conduce muy preferiblemente con una holgura cizallamiento/molienda/trituración comprendida entre 50 \mum y 2000 \mum, especialmente desde 50 \mum a 500 \mum, más especialmente 100 \mum a 500 \mum. Convenientemente, el cizallamiento mecánico puede conducirse empleando una de las máquinas SUPRATON®, v.g. el modelo S400 disponible comercialmente de Krupp Industrietechnik GmbH, Grevenbroich, Alemania. Las holguras entre el estátor y el rotor se ajustan dentro de los intervalos anteriores y, muy preferiblemente, la mezcla de reacción procedente del reactor se alimenta de tal modo que el período de permanencia del material en la holgura de molienda es lo más prolongado posible.

La descripción que sigue se refiere a jabones y a la formación de jabón, pero es pertinente para otros tipos de espesamiento como los que se han citado anteriormente, y no excluye los mismos.

El recipiente de reacción (caldera de fabricación de grasas) propiamente dicho, los constituyentes formadores de jabón se calientan a lo largo de un gradiente de temperatura continuo y se agitan (es decir, se mezclan concienzudamente, por ejemplo con ayuda de un agitador de movimiento doble) tanto inicialmente como después de cada vuelta de cizallamiento. La combinación de los pasos (a) y (b) del proceso de la invención permite la generación de una superficie de contacto extremadamente grande y activa entre las sustancias reaccionantes con evaporación lenta de agua. Como resultado, se produce cristalización, con lo cual la estructura de jabón formada tiene, entre otras propiedades, un pequeño tamaño y un alto grado de absorción de ruido.

La invención proporciona por tanto un medio para reducir notablemente aquella porción de las características causantes de ruido de una grasa que se debe a la estructura interna de los cristales de jabón per se. Es sabido que los contaminantes introducidos externamente aumentarán la tasa de ruido de una grasa, por ejemplo, los componentes de reacción contaminados antes o durante la fabricación. Por esta razón, es sumamente preferido en el proceso de la presente invención emplear los componentes en una forma tan pura como sea posible, por ejemplo por filtración de los mismos en forma líquida a través de sistemas de filtro a prueba de rotura. De este modo se reduce aún más el nivel de ruido de la grasa producida. Sin embargo, la esencia de la presente invención subyace en una reducción importante del ruido debida a la estructura interna de los cristales de jabón; y ello se consigue por la cristalización controlada que ocurre durante la etapa de saponificación del proceso de la invención.

Una gran diversidad de aceites lubricantes base pueden emplearse en el proceso y en las composiciones de grasa de la presente invención. Así, el aceite lubricante base puede ser cualquiera de los aceites minerales utilizados convencionalmente, aceites hidrocarbonados sintéticos o aceites sintéticos de tipo éster, o mezclas de los mismos, dependiendo de la grasa particular que se prepare. Por regla general, estos aceites lubricantes tendrán una viscosidad comprendida en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 400 cSt a 40ºC, aunque aplicaciones típicas requerirán un aceite que tenga una viscosidad comprendida entre aproximadamente 10 y aproximadamente 200 cSt a 40ºC. Los stocks de aceites lubricantes base minerales utilizados en la preparación de las grasas pueden ser stocks cualesquiera de bases refinadas convencionalmente, derivados de crudos parafínicos, nafténicos y de base mixta. Aceites lubricantes sintéticos que pueden utilizarse incluyen ésteres de glicoles tales como un diéster ácido oxo C_{13} de tetraetilen-glicol, o ésteres complejos tales como uno formado por 1 mol de ácido sebácico, 2 moles de tetraetilen-glicol y 2 moles de ácido 2-etilhexanoico. Otros aceites sintéticos que pueden utilizarse incluyen hidrocarburos sintéticos tales como poli-alfaolefinas; alquil-bencenos, v.g., colas de alquilato procedentes de la alquilación de benceno con tetrapropileno, o los copolímeros de etileno y propileno; aceites de silicona, v.g., etil-fenil-polisiloxanos, metil-polisiloxanos, etc., aceites de poliglicol, v.g., los obtenidos por condensación de alcohol butílico con óxido de propileno; ésteres carbonato, v.g., el producto de reacción de un alcohol oxo C_{8} con carbonato de etilo para formar un semiéster, seguido por reacción del último con tetraetilen-glicol, etc. Otros aceites sintéticos adecuados incluyen los polifenil-éteres, v.g., aquéllos que tienen desde aproximadamente 3 a 7 enlaces éter y aproximadamente 4 a 8 grupos fenilo.

Para las grasas complejas de jabones de litio, espesantes preferidos contienen dos, más preferiblemente, tres componentes de litio. El primero puede ser un jabón de litio de al menos un hidroxiácido graso, preferiblemente C_{12} a C_{29}. El segundo puede seleccionarse de un compuesto de litio de (i) un ácido dicarboxílico alifático C_{2} a C_{12} o cicloalifático (o un alquil-éster C_{1} a C_{10}, tal como C_{1} a C_{4} del mismo); o (ii) un ácido hidroxi-carboxílico C_{3} a C_{24} (o un alquil-éster C_{1} a C_{10}, tal como C_{1} a C_{4} del mismo) que tiene el grupo hidroxi separado del grupo carboxilo por seis o menos átomos de carbono; o una mezcla de los mismos. El tercer componente, que está presente muy preferiblemente, es una sal de litio de ácido bórico.

Hidroxi-ácidos grasos preferidos incluyen los ácidos hidroxiesteárico, hidroxi-ricinoleico, hidroxibehénico e hidroxipalmítico. Es especialmente preferido el ácido 12-hidroxiesteárico. El segundo compuesto de litio es preferiblemente un ácido dicarboxílico alifático C_{6} a C_{10}, más preferiblemente los ácidos azelaico o sebácico, especialmente ácido azelaico, o dicho éster de cualquiera de éstos. El ácido hidroxicarboxílico C_{3} a C_{24} es preferiblemente ácido láctico, ácido salicílico u otro ácido hidroxi-benzoico, más preferiblemente ácido salicílico o un dicho éster de cualquiera de ellos. La cantidad de espesantes complejos de jabón de litio es muy preferiblemente de 5 a 20% en peso, basado en grasa. La relación en peso de hidroxiácido graso a ácido dicarboxílico y/o ácido hidroxi-carboxílico alifático es preferiblemente de 10:0,5 a 10:15, muy preferente 10:1,5 a 10:6. La relación en peso de ácido bórico al ácido dicarboxílico y/o hidroxi-carboxílico será preferiblemente de 1:5 a 1:20, muy preferiblemente 1:10 a 1:15.

De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona grasas lubricantes, tanto como las definidas en términos generales y más específicamente en esta memoria, que tienen un nivel de ruido no superior a 3,5 unidades cuando se mide con el instrumento de ensayo SKF "BEQUIET" a que se ha hecho referencia anteriormente. Un nivel de 2,0 a 3,0 unidades es un intervalo alcanzable.

De acuerdo con la invención, se proporciona una composición de grasa lubricante que comprende (i) una cantidad mayor en peso de un aceite lubricante base; (ii) de 2 a 30% en peso, preferiblemente 2 a 20% en peso, de un espesante de jabón complejo de litio; y (iii) 0 a 10% en peso, convenientemente 0 a 5% en peso, de aditivos convencionales; y que tiene (a) un nivel de ruido inferior a 3,5 unidades cuando se mide como se ha indicado en esta memoria.

Una grasa compleja de litio de este tipo tendrá normalmente un punto de goteo (ASTM D 566-87) de al menos 270ºC, usualmente al menos 290ºC.

Los ejemplos siguientes se dan como ilustración no limitante de aspectos de la presente invención.

Ejemplo 1

Se preparó una grasa compleja de litio empleando un aceite base parafínico de 100 a 120 cSt a 40ºC, ácido 12-hidroxiesteárico, hidróxido de litio, salicilato de metilo y ácido bórico, en proporciones que se aproximaban a las empleadas convencionalmente. El aceite base y pre-soluciones de los componentes se filtraron hasta < 50 \mum y < 25 \mum para componentes solubles en agua y solubles en aceite respectivamente (aunque por regla general, se encontrará más ventajoso emplear filtros de la misma abertura de malla, y del orden de aproximadamente 10 \mum).

El ácido 12-hidroxiesteárico y una cantidad solubilizante menor del aceite base se calentaron a aproximadamente 85ºC. La pre-solución se filtró y se bombeó a una caldera cerrada.

Se añadió el salicilato de metilo a aproximadamente 80ºC a la caldera cerrada y se inició el calentamiento. Cuando la temperatura alcanzó aproximadamente 95ºC, se añadió al recipiente cerrado una solución acuosa preparada con anterioridad (a aproximadamente 95ºC) de hidróxido de litio y ácido bórico. El contenido del reactor se mantuvo agitado concienzudamente a todo lo largo de la fabricación. A partir del momento en que se añadió el LiOH, sustancialmente toda la mezcla de reacción se alimentó alrededor de un bucle cerrado susceptible de ventilación que incluía una etapa de cizallamiento a menos de 500 \mum de anchura de rendija estátor/rotor en un Molino SUPRATON® a que se ha hecho referencia en esta memoria. (El término "cizallamiento" tal como se utiliza en esta memoria abarca cizallamiento, trituración, molienda y homogeneización). El proceso cíclico se continuó de una manera sustancialmente constante.

Se continuó el calentamiento a 140ºC, después de lo cual se añadió a la caldera una porción adicional del aceite base. Se continuó el calentamiento hasta aproximadamente 190ºC, mientras se continuaba la circulación de la mezcla a través del molino. En dicho momento se paró el proceso cíclico, se enfrió la caldera, y se añadieron inhibidor de corrosión y antioxidante convencionales en una cantidad adicional del aceite base, incorporándose en la mezcla.

Finalmente, se añadió el resto del aceite base y se mezcló el todo para producir una grasa final que tenía una penetración de aproximadamente un intervalo NLGI medio de 3, 220-250 unidades.

Ejemplo 2

Las características de ruido de tres grasas complejas de litio preparadas de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 1 se compararon con las de (A) la grasa de las Muestras 4 y 12 descritas en el documento WO95/35355 y (B) una grasa de poliurea disponible comercialmente que se sabe exhibe propiedades de ruido bajo.

Se realizó el ensayo empleando el instrumento de ensayo SKF "BEQUIET" disponible comercialmente MVH 90B, que puede adquirirse de SKF Company, Suecia. Los resultados de nivel de ruido obtenidos por este método, denominado Anderometría, se expresan en la unidad "\mum/segundo". La Tabla muestra los resultados obtenidos y los compara en los dos primeros casos con los resultados que se dan en el Ejemplo 2 del documento WO95/35355 medidos por el método JP 53-2357.

\newpage

	Unidades de Ruido	Unidades de Ruido
	WO95/35355	Instrumento de Ensayo SKF Bequiet
	(impulsos/120 s)	(\mum/s)
(1) Muestra 4 de WO95/35355	7.808	30,5
(2) Muestra 12 de WO95/35355	83	7,2
(3) Grasa comercial de poliurea	- -	3,7
(4) Grasa I de la invención	- -	3,0
(5) Grasa II de la invención	- -	2,7
(6) Grasa III de la invención	- -	2,6

Las grasas de la invención dan lugar a niveles de ruido apreciablemente menores que (2) y (3) (basados en el mismo instrumento de ensayo), siendo al menos 20% mejores que incluso la grasa de poliurea (3). La composición de la grasa (1) omite el dispersante presente en la grasa (2).

En general, la invención alcanza una reducción superior en los niveles de ruido por cristalización controlada durante la saponificación en lugar de hacerlo por adición de componentes químicos. Las grasas de la técnica anterior requieren esencialmente la adición de compuestos de tipo dispersante para conseguir la reducción del ruido, véanse los documentos WO95/35355, EP 0 084 910 y EP 0 718 394.

Claims

1. Un método de preparación de una composición de grasa lubricante que tiene una proporción mayor de aceite lubricante base y una proporción menor de un espesante simple de jabón o complejo de jabón, o de un sistema espesante orgánico; método que incluye los pasos de:

(a) agitar y calentar a lo largo de un intervalo de gradiente de temperatura continuo el o los constituyentes formadores de jabón o espesantes orgánicos con al menos una porción del aceite lubricante base en un recipiente de reacción cerrado,

(b) cizallar el sistema de jabón o espesante orgánico en formación en medios de cizallamiento mecánicos,

(c) someter a ciclos sucesivos al menos una porción del contenido del recipiente de reacción de a) a lo largo de sustancialmente el período completo de formación de jabón o espesamiento orgánico alrededor de un bucle de procesamiento cerrado susceptible de ventilación de presión que comprende dicho recipiente de reacción de a) y dichos medios de cizallamiento mecánicos de b) de tal modo que los constituyentes del espesante se mezclan concienzudamente en cada vuelta de los medios de cizallamiento.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual sustancialmente todos los contenidos se someten a ciclos sucesivos en el paso (c).

3. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el cizallamiento se realiza con una holgura de cizallamiento/molienda/trituración comprendida entre 50 \mum y 2000 \mum, más preferiblemente entre 100 \mum y 500 \mum.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en el cual dicho sistema espesante de jabón simple o complejo se deriva de uno o más del grupo constituido por jabones de litio, calcio, sodio, aluminio y bario.

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el sistema espesante es un sistema espesante simple de jabón o complejo de jabón de litio.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el cual dicha composición de grasa lubricante es una grasa de poliurea.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6 en el cual dicho método se realiza con la evaporación lenta de agua.

8. Una composición de grasa lubricante que puede obtenerse por un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

9. Una composición de grasa lubricante que comprende una proporción mayor de aceite lubricante base y una proporción menor de un sistema espesante simple de jabón o complejo de jabón, o de un sistema espesante orgánico, que tiene un nivel de ruido determinado a o por debajo de 3,5 \mum/s por Anderometría, empleando un instrumento de ensayo SKF "BEQUIET", MVH 90B.

10. Una composición de grasa de acuerdo con la reivindicación 9 que se selecciona de tipos de grasa que incluyen grasas simples y complejas de jabones de litio, grasas simples y complejas de jabones de calcio, grasas simples y complejas de sodio, grasas simples y complejas de aluminio, y grasas simples y complejas de bario.

11. Una composición de grasa de acuerdo con la reivindicación 9 que es una grasa de poliurea.

12. Una composición de grasa lubricante de acuerdo con la reivindicación 9 que comprende (i) una cantidad mayor en peso de un aceite lubricante base; (ii) de 2 a 30% en peso, preferiblemente 2 a 20% en peso, de un espesante complejo de jabón de litio; (iii) 0 a 10% en peso, convenientemente 0 a 5% en peso, de aditivos.

13. Una composición de grasa de acuerdo con la reivindicación 12, en la cual dicho espesante incluye un hidroxi-carboxilato C_{12} a C_{24} de litio, una sal de litio de un ácido hidroxicarboxílico C_{3} a C_{14} o un alquil-éster inferior del mismo y, preferiblemente, borato de litio.

14. Una composición de grasa de acuerdo con las reivindicaciones 12 y 13, en la cual el sistema espesante complejo de litio incluye 12-hidroxi-estearato de litio, azelato de litio o salicilato de litio o sus ésteres metílicos, y borato

\hbox{de litio.}

15. Una composición de grasa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en la cual los aditivos, en su caso, excluyen un compuesto dispersante.

16. Una composición de grasa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, que tiene un punto de goteo (ASTM D 566-87) de al menos 270ºC.