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Schmierfettzusammensetzungen
Die Erfindung bezieht sich auf Schmierfettzusammensetzungen und insbesondere auf solche, die sich zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich eignen und besonders gute Eigenschaften bei hohen Drücken sowie hinsichtlich ihrer Verschleisseigenschaften besitzen.
Die nach den bisher bekannten Verfahren hergestellten Schmierfette bestanden gewöhnlich aus einem Vehikel, wie z. B. Erdölkohlenwasserstoff-Schmieröle oder synthetische Ester, in welchem Vehikel verschiedene Verdickungsmittel, wie Metallsalze oder Seifen, in fettbildenden Mengen in einem solchen Ausmass dispergiert waren, dass die resultierende Schmierfettzusammensetzung die gewünschte Konsistenz besass.
Im Zusammenhang mit den vorerwähnten herkömmlichen Schmierfettzusammensetzungen wurde gefunden, dass bei der beabsichtigten Bildung eines Schmierfettes, welches über einen weiten Temperaturbereich zufriedenstellend verwendbar ist und auch eine hohe Stabilität bei den Betriebsbedingungen besitzt, der Viskositätsindex des verwendeten Vehikels für die Erzielung dieser wünschenswerten Eigenschaften von grösserer Bedeutung ist als die andern Faktoren, wie Dichte, Brechungsindex oderspezifische Dispersion.
Weiters ist es in Fällen, in welchen der Viskositätsindex des Vehikels zu nieder ist, nicht möglich, eine Schmierfettzusammensetzung zu erhalten, die, gemessen nach dem Tieftemperatur-Drehmoment, für den Betrieb bei niederen Temperaturen, oder, gemessen in bezug auf den Verdampfungsverlust, für den Betrieb bei hohen Temperaturen geeignet ist. Was das Verdickungsmittel anbelangt, so ist es ebenfalls bekannt, dass Kaliumacetat, wenn es Ölen oder Fetten zugegeben wird, diesen Hochdruckeigenschaften verleiht. Es wurde jedoch auch gefunden, dass es schwierig ist, das Acetatsalz gleichmässig im Öl oder Fett zu dispergieren, um eine stabile Dispersion zu erhalten. Diese Uneinheitlichkeit in der Dispergierung führt zu Uneinheitlichkeiten im Betrieb während der Verwendung des Fettes.
Erfindungsgemäss wurde nun gefunden, dass es möglich ist, verbesserte Schmierfettzusammensetzungen durch Verwendung einer bestimmten Gruppe von synthetischen Kohlenwasserstoff-Polymeren als flUssige Komponente oder Vehikel, in denen das resultierende Fett über einen viel weiteren Temperaturbereich, als es bisher mit andern Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten möglich war, verwendet werden kann, zu erhalten. Diese Fette enthalten dabei als Hochdruck- und Antiverschleissmittel Kalziumacetat und eine N-acylsubstituierte Sacrosinverbindung in einer Menge, die ausreicht, das Kaliumacetat in dispergiertem Zustand zu halten.
Der resultierenden Schmierfettzusammensetzung werden dadurch bessere Hochdruck- und Verschleisseigenschaften verliehen,
Durch die Erfindung werden Schmierfettzusammensetzungen geschaffen, welche ein Vehikel, bestehend aus einem Olefinpolymer mit einem Viskositätsindex von wenigstens 110 und hergestellt aus einem Olefin mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül, ein Verdickungsmittel, Kaliumacetat und eine für die Aufrechterhaltung des Kalziumacetats in dispergierter Form ausreichende Menge einer Nacylsubstituierten Sacrosinverbindung der Formel
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in welcher R einen aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen darstellt, ent- halten.
Die als Vehikel bei der Erzeugung des erfindungsgemässen Schmierfette verwendeten synthetischen
Kohlenwasserstoffpolymere besitzen einen Viskositätsindex von wenigstens 110 und sind im allgemeinen aus Olefinen mit 5 bis 18, vorzugsweise 9 bis 11 Kohlenstoffatomen pro Molekül hergestellt, wobei ver- schiedene Polymerisationsverfahren und katalytische Stoffe angewendet werden können. Da diese Poly- mere derart hergestellt werden, dass sie einen hohen Viskositätsindex von wenigstens 110 besitzen (im
Vergleich zu den Vehikeln oder Flüssigkeiten herkömmlicher Schmierfette, die bedeutend niedrigere
Viskositätsindices besitzen), kann erreicht werden, dass die aus diesen besonderen Polymeren als Flüssigkeitskomponente hergestellten erfindungsgemässen Schmierfettzusammensetzungen die vorerwähnten besseren Belastungs- und Antiverschleisseigenschaften besitzen.
Die erfindungsgemässen Schmierfette werden aus Olefinpolymeren mit einem Viskositätsindex von wenigstens 110 hergestellt und aus Olefinen mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül als Vehikel oder flüssige Komponente erzeugt. Für die Herstellung dieser Olefinpolymere können verschiedene Polymerisationsmethoden angewendet werden. So kann beispielsweise ein geradkettiges oderverzweigtkettiges Olefin mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül in Gegenwart eines aliphatischen Halogenids und eines Ziegler-Katalysators hergestellt werden.
Dieser Katalysator kann aus einem Gemisch eines Metalles der Gruppe IVa, Va, VIa oder VIIa des Periodischen Systems oder aus einer Verbindung von Eisen, wie etwa Ferrichlorid, mit einem Element oder einer Verbindung entweder eines Metalles der Gruppe I, LI oder III oder einer Legierung hievon oder einer Organometallverbindung oder einem Halogenid eines Metalles der Gruppe I, II oder III, Zinn oder Blei, bestehen, Die Anwendung des vorenvähnten Polymerisationsverfahrens ist insbesondere bei der Herstellung von Polymeren aus Olefinen mit 9 bis 18 Kohlenstoffatomen pro Molekül zweckmässig.
Eine andere Polymerisationsmethode für die Erzeugung des polymeren Vehikels besteht in der Polymerisation eines normalen a- Monoolefins mit einem Di-tert.-Alkylperoxyd-Katalysator. So können beispielsweise die Olefine normale a-monoolefinische Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 14, vorzugsweise 7 bis 12 Kohlenstoffatomen pro Molekül sein. Diese Methode ist insbesondere bei der Verwendung von normalen olefinischen Kohlenwasserstoffen anwendbar, bei denen die Doppelbindung neben dem endständigen Kohlenstoffatom liegt, wie Pente-1, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, Deen-1, Undecen-1, Dodecen-1 und Tetradecen-1.
Der Di-tert. -Alkylperoxyd-Katalysator kann durch die Formel ROOR'dargestellt werden, in welcher R oder R'gleiche oder verschiedenartige tertiäre Alkylreste sein können. Beispiele solcher Kataly- satorensindDi-tert.-Butylperoxyd, Di-tert.-Amylperoxyd und Tert.-butyl-tert.-Amylperoxyd. Das vorerwähnte Polymerisationsverfahren ist deutlicher in der USA-Patentschrift Nr. 2, 937, 129 beschrieben. In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, das synthetische Kohlenwasserstoffpolymer zu hydrieren, um nicht polymerisiertes Olefinmaterial zu entfernen und die Oxydationsstabilität und die Wirkung des Oxydationsinhibitors zu verstärken.
Wie bereits ausgeführt wurde, wird das vorerwähnte als Vehikel verwendete Olefinpolymer mit dem Kaliumacetat und der N-acylsubstituierten Verbindung in einer Menge vereinigt, dass das Kalziumacetat in dispergiertem Zustand verbleibt.
Die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten N-acylsubstituierten Sarcosine entsprechen der allgemeinen Formel
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worin R für einen gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen steht. Typische Beispiele solcher Sarcosine sind N-Pelargonylsarcosin, N - Undecyloyl-
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sarcosin, N-Lauroylsarcosin, N-MyristoyIsarcosin, N-Palmitoylsarcosin, N-Stearoylsarcosin, N-Oleoyl- sarcosin, N-Linoleoylsarcosin, N-Arachidoylsarcosin, N-Behenoylsarcosin und N-Hyenoylsarcosin.
Eine Anzahl von diesen N-acylsubstituierten Sarcosinen sind im Handel unter dem Handelsnamen "Sarkoxyl", wie etwa "Sarkoxyl-L" (N-Lauroylsarcosin), "Sarkoxyl-O" (N-Oleoylsarcosin) und "Sarkoxyl-S" (N-Stearoylsarcosin) erhältlich.
Zur Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten Dispersionen kann entweder wasserfreies oder was- serhaltiges Kaliumacetat verwendet werden. Das Kaliumacetat kann vorher hergestelltoderinsituge- bildet werden. Bei der Verwendung von fertigem Kaliumacetat wird die Dispersion hergestellt, indem man ein Gemisch bestehend aus dem Acetat, dem N-Acylsarcosin und dem Grundöl bildet und kurze
Zeit, beispielsweise wenige Sekunden bis 30 min, bei einer Temperatur von 25 bis 200 C, vorzugsweise 50 bis 150 C, rührt. Obgleich stabile Dispersionen bei Raumtemperatur durch nur kurzes Mischen des Kalziumacetats, der Sarcosinverbindung und des Öles und mehrstündiges Stehenlassen des Gemisches erhalten werden können, kann deren Bildung wesentlich durch Erhitzen und Rühren des Gemisches beschleunigt werden.
Gegebenenfalls kann das Gemisch auch einer mechanischenHomogenisierbehandlung unterworfen werden, obwohl eines solche Behandlungsstufe nicht wesentlich ist.
Das Kaliumacetat kann in situ durch Neutralisierung von Kalziumoxyd oder Kaliumhydroxyd mit Essigsäureanhydrid oder Essigsäure in Gegenwart des Öles und nachfolgendes Erhitzen des Gemisches auf eine für die Entfernung von freiem Wasser ausreichende Temperatur, d. i. oberhalb 100 C, gebildet werden. Sodann wird das N-Acylsarcosin zugegeben und die Dispersion wie im Falle der Verwendung von bereits fertigem Kaliumacetat hergestellt.
Die erfindungsgemässen Schmierfettzusammensetzungen können seifenartige oder nicht seifenartige Gelierungsmittel enthalten. Typische solche Gelierungsmittel sind z. B. Seifen von Alkalimetallen, wie von Kalzium und Barium, Gemische von Lithium- und Kalziumseifen, bei denen die Lithiumseifen vorwiegen, Seifen von Metallen, wie Aluminium, Blei und Zink, nicht seifenartige Stoffe, wie Tone, beispielsweise ein Alkylammoniumbentonit oder -hectorit, Kieselsäure, Pigmente, Polyarylharnstoffe und Terephthalamate. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Kalzium-Sarcosin - Kombination nicht bei allen Fetten das gleiche Ausmass an Verbesserungen herbeiführt.
Die Schmierfette können auch andere charakteristische Materialien und Füllstoffe enthalten, wie z. B. Antioxydationsmittel, einschliesslich Amine (Phenyl-a-naphthylamin) und Phenole (2, 6-Di-tert.- butyl-4-methylphenol), die Schmierfáhigkeit verbessernde Mittel, wie freies Fett, freie Fettsäuren, Ester von Alkyl- und/oder Arylsäuren, sulfonierte Fette, Bleiseifen, Molybdändisulfid und Alkalimetallnitride. Diese Stoffe beeinträchtigen nicht den Schmierwert der Fette, sie dienen vielmehr dazu, den Fetten ihre eigenen charakteristischen Merkmale mitzuteilen.
Die Fette eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten in der Automobilindustrie und der Flugzeugindustrie, wie z. B. als Mehrzweck-Autoschmierfette zum Abschmieren von Chassisaufhängungen und Achslagern und als Wasserpumpenfett. Weiters können die Schmierfette als Flugzeuglagerfett und Gleitfett für normal und schwer belastete Flugzeuge dienen. Im allgemeinen haben in diesem Falle die Schmierfette eine Konsistenz, die von halb flüssigen Fetten, die sich beispielsweise zum Schmieren von Textilmaschinen eignen, bis zu festen Blockfetten, die sich zum Schmieren von Walzwerkmaschinen, Maschinen der Papierindustrie und Eisenbahnfahrzeugen eignen, reicht.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist die vorerwähnte N-acylsubstituierte Sarcosinverbindung in der fertigen Schmierfettzusammensetzung in einer solchen Menge zugegen, die ausreicht, das Kaliumacetat in dispergiertem Zustand zu halten. Für viele Anwendungszwecke kann im allgemeinen das Kalziumacetat in der fertigen Schmierfettzusammensetzung in einer Menge von Ibis 20%, vorzugsweise 2 bis 6%,
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vorzugsweise 0, 1 bis 0, 50/0, bezogen auf das Gewicht der gesamten Schmierfettzusammensetzung, zugegen, um das Kaliumacetat in dispergierter Form zu halten.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Vergleichsbeispiel A : Eine Schmierfett-Grundzusammensetzung wurde auf folgende Weise hergestellt :
Ein synthetisches hydriertes Kohlenwasserstoffpolymer, u. zw. Polydecen-1, hergestellt nach dem in der USA-Patentschrift Nr. 2, 937, 129 beschriebenen Verfahren, wurde als Schmiervehikel verwendet.
Dieses Polymer hatte folgende Eigenschaften :
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<tb>
<tb> Viskositätsindex <SEP> 134
<tb> Giesspunkt, <SEP> OC <SEP> < <SEP> - <SEP> 540C <SEP>
<tb> (ASTM <SEP> 97 <SEP> - <SEP> 52) <SEP>
<tb> Kin. <SEP> Viskosität <SEP> bei <SEP> 380C <SEP> 31,7
<tb> Cs. <SEP> (ASTM <SEP> D445)
<tb> Flammpunkt, <SEP> OC <SEP> 230
<tb> (ASTM <SEP> 92 <SEP> - <SEP> 57) <SEP>
<tb>
83, 2 Gew. -Teile des oben beschriebenen hydrierten Polydecen-1 wurden als Schmiervehikel mit
10 Gew.-Teilen"Barager (das Reaktionsprodukt von Natriummontmorillonit mit einem quaternären
Ammoniumhalogenid von hohem Molekulargewicht), 1, 7 Gew.
-Teilen pentaerythritol als Stabilisator,
3 Gew.-Teilen eines Gemisches von p, p'-Dioctyldiphenylamin und einem gehinderten Phenol als Anti- oxydationsmittel und 2, 1 Gew.-Teilen eines Gemisches von NAIN02 und dem Reaktionsprodukt von Gly- ein und Tetrapropenylbernsteinsäureanhydrid als Antirostzusatz vereinigt.
Vergleichsbeispiel B : Eine Dispersion von Kaliumacetat und einer N-acylsubstituierten Sarcosin- verbindung wurde auf folgende Weise hergestellt : 565 Gew. -Teile des im Vergleichsbeispiel A als
Schmiervehikel verwendeten hydrierten Polydecen-1 wurden in einen Fettkessel eingetragen. Sodann wurden 35 Gew.-Teile N-Oleylsarcosin zugegeben und wurde das Gemisch 15 min lang gerührt. Hierauf wurden 400 Gew. -Teile Kalziumacetat innerhalb 30 min unter Rühren in den Kessel eingebracht. Das resultierende Gemisch wurde sodann langsam auf 1380C erhitzt und hierauf auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Das so erhaltene Produkt stellte eine 40% ige Dispersion von Kaliumacetat dar.
Beispiel 1 : Aus 95 Gew.-Teilen der Schmierfett-Grundzusammensetzung gemäss dem Vergleichsbeispiel A und 5 Gew.-Teilen der Kalziumacetatdispersion gemäss Vergleichsbeispiel B wurde ein Gemisch hergestellt. Diese Schmierfettzusammensetzung wurde sodann auf ihre Belastungsstabilität nach dem Standard Rock Island Arsenal Verfahren for Modified Mean Hertz Load untersucht. Diese genormte Testmethode ist eine gekürzt Abart der Methode 6503 der Federal Test Normmethode Nr. 791 a vom 13. Dezember 1961.
Gemäss diesem Verfahren wurden die Tests in dem Standard 4-Kugel-E. P. Tester durchgeführt. Die mit derSchmierfett-Grundzusammensetzung des Vergleichsbeispieles A durchgeführten Versuche ergaben einen Mean-Hertz-Load-Wert von 28, wogegen die Versuche mit dem Schmierfettgemisch gemäss Beispiel 1, welche die oben erwähnte Kalziumacetatdispersion enthielt, einen Mean-Hertz-Load-Wertvon 34, 7 ergab.
Beispiel 2 : Ein Gemisch bestehend aus 97 Gew.-Teilen der Schmierfettzusammensetzung des Vergleichsbeispieles A und 3 Gew.-Teilen der Kalziumacetatdispersion des Vergleichsbeispieles B wurde hergestellt. Diese Schmierfettzusammensetzung wurde sodann auf ihre Belastungsstabilität mit der in Beispiel 1 beschriebenen Prüfvorrichtung getestet und ergab einen Mean-Hertz-Load-Wert von 33, wogegen die Schmierfett-Grundzusammensetzung gemäss dem Vergleichsbeispiel A nur einen solchen von 28 hatte.
Beispiel 3 : Aus 90 Gew.-Teilen der Schmierfett-Grundzusammensetzung gemäss dem Vergleichsbeispiel A und 10 Gew.-Teilen der Kalziumacetatdispersion gemäss dem Vergleichsbeispiel B wurde ein Gemisch hergestellt. Diese Schmierfettzusammensetzung wurde sodann auf ihre Belastungsstabilität nach der in Beispiel 1 beschriebenen Untersuchungsmethode getestet und ergab einen MeanHertz-Load-Wert von 39, gegenüber dem Wert von 28 der Schmierfett-Grundzusammensetzung des Vergleichsbeispieles A.
Die Überlegenheit der erfindungsgemässen Schmierfette zeigt sich aus dem Vergleich der in den vorstehenden Beispielen angegebenen Versuchswerte. Selbstverständlich können andere Olefinpolymere an Stelle der in den vorstehenden Beispielen angegebenen als Vehikel verwendet werden, wenn sie einen Viskositätsindex von wenigstens 110 besitzen und aus Olefinen mit 5 bis 18Kohlenstoffatomenpro Molekül hergestellt wurden.
Weiters können andere N-acylsubstituierte Sarcosine verwendet werden, um die Dispersion des Kaliumacetats in der Schmierfettzusammensetzung zu erreichen. Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Schmierfette können auch mit herkömmlichen Schmierfetten verschnitten werden, um die Qualität der letzteren zu verbessern. Weiters können den Schmierfetten gemäss der Erfindung gegebenenfalls andere Zusätze beigegeben werden, um ihnen Verschleissbeständigkeits-, Rostbeständig- keits- und Hochdruckeigenschaften mitzuteilen.