CH617717A5 - Process for producing a lithium soap lubricating grease of high dripping point - Google Patents

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CH617717A5
CH617717A5 CH448675A CH448675A CH617717A5 CH 617717 A5 CH617717 A5 CH 617717A5 CH 448675 A CH448675 A CH 448675A CH 448675 A CH448675 A CH 448675A CH 617717 A5 CH617717 A5 CH 617717A5
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lithium
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lithiumseifenschmierfettes mit hohem Tropfpunkt, enthaltend ein Schmieröl sowie eine hydroxyfettsaure Lithiumseife und eine Verbindung des Bors als konsistenzgebendes Verdickungsmittel, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Schmierfett. The present invention relates to a method for producing a lithium soap grease with a high dropping point, containing a lubricating oil and a hydroxy fatty acid lithium soap and a compound of boron as a thickening agent, and a grease produced by the method.

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 (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 Flächendrücken und/oder stark wechselnden Belastungen zu sichern (Verwendung zum Beispiel an landwirtschaftlichen Geräten und Fahrzeugen). Lubricating greases are superior to lubricating oils in many applications. They are used, for example, to prevent the entry of disruptive foreign substances through a fat pad (use in roller bearings or fabric sleeves), to ensure a very low lubricant requirement (use on axle heads, in bearings with frequent interruptions in operation) to keep maintenance costs low (use in heavy duty accessible bearings or in household machine bearings) or to secure the lubricant requirement at lubrication points with slow sliding movements, high surface pressures and / or strongly changing loads (use for example on agricultural equipment and vehicles).

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 Natriumseifenfetten vereinigen. Das heisst sie weisen eine gute Wasserbeständigkeit, hohe Scherstabilität und obere Gebrauchstemperaturen über 100 °C auf. Aluminum, calcium, sodium and lithium soap greases in particular have become known of the individual types of grease. Lithium soap greases have been used on a large scale for many years. Their widespread use stems from the fact that they combine the essential advantages of calcium and sodium soap greases. This means that they have good water resistance, high shear stability and upper service temperatures above 100 ° C.

Es hat sich aber gezeigt, dass in vielen Fällen, zum Beispiel bei der Schmierung von Radlagern einiger PKW-Typen, die Temperaturbeständigkeit dieser Fette 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 200 °C gemessen. Bei Verwendung von Lithiumseifenfetten herkömmlicher Art besteht in solchen Fällen die Gefahr, dass die Fette bei dieser Beanspruchung aus den Lagern auslaufen und unter Umständen die Scheibenbremsen verschmieren. However, it has been shown that in many cases, for example when lubricating wheel bearings of some types of cars, the temperature resistance of these greases is no longer sufficient. Especially in vehicles equipped with disc brakes near the wheel bearings, storage temperatures of 180 to 200 ° C have been measured on mountain stretches that require frequent braking. In such cases, when using lithium soap greases of the conventional type, there is a risk that the greases will leak out of the bearings under this load and, under certain circumstances, smear the disc brakes.

Ein weiteres Beispiel ist die Schmierung von Heissluftventi-latorenlagern. Auch hier können Temperaturen von 150 bis Another example is the lubrication of hot air fan bearings. Temperatures from 150 to

200 °C in den Lagern erreicht werden. Lithiumseifenfette mit Tropfpunkten bis 200 °C können zur Schmierung dieser Lager nicht mehr eingesetzt werden. 200 ° C can be reached in the bearings. Lithium soap greases with dropping points up to 200 ° C can no longer be used to lubricate these bearings.

Als zum Stand der Technik gehörig ist der in der DT-OS Nr. 2157 207 beschriebene Erfindungsgegenstand zu erwähnen, nach welchem sich ein Lithiumseifenfett herstellen lässt. Das neben dem Schmieröl notwendige Verdickungssystem lässt drei Hauptbestandteile erkennen: die Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 12 bis 24 C-Atomen, das Lithiumsalz einer zweiten Hydroxyfettsäure mit 3 bis 14 C-Atomen und das Dilithiumsalz einer 4 bis 12 C-Atome enthaltenden Dicarbon-säure, wobei diese Dicarbonsäure wahlweise durch das Mono-lithiumsalz der Borsäure ersetzt werden kann. The subject matter of the invention described in DT-OS No. 2157 207 is to be mentioned as belonging to the prior art, according to which a lithium soap grease can be produced. The thickening system necessary in addition to the lubricating oil reveals three main components: the lithium soap of a hydroxy fatty acid with 12 to 24 C atoms, the lithium salt of a second hydroxy fatty acid with 3 to 14 C atoms and the dilithium salt of a dicarboxylic acid containing 4 to 12 C atoms, this dicarboxylic acid can optionally be replaced by the mono-lithium salt of boric acid.

Es ist auch bereits ein konsistenzgebendes Verdickungsmittel in einem Lithiumseifenschmierfett vorgeschlagen worden, das aus 5 bis 20 Gew.-% einer Lithiumseife einer Hydroxystea-rinsäure und 0,1 bis 3 Gew.-% des Lithiumsalzes einer Borverbindung besteht, wobei dieses Verdickungsmittel dem Schmierfett einen erweiterten Gebrauchstemperaturbereich verleiht. A consistency-enhancing thickener in a lithium soap lubricating grease has also already been proposed, which consists of 5 to 20% by weight of a lithium soap of a hydroxystearic acid and 0.1 to 3% by weight of the lithium salt of a boron compound, this thickening agent unifying the grease gives extended service temperature range.

Schliesslich sei auf die DT-OS Nr. 2 235 098, die eine weitere Ausgestaltung der in der DT-OS Nr. 2 157 207 dargelegten Erfindung bezweckt, verwiesen, in welcher die im Verdickungssystem des Schmierfettes enthaltene zweite Hydroxyfettsäure mit einem niederen Alkohol verestert sein soll. Finally, reference is made to DT-OS No. 2 235 098, which aims at a further embodiment of the invention set forth in DT-OS No. 2 157 207, in which the second hydroxy fatty acid contained in the thickening system of the grease is esterified with a lower alcohol should.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, die bekannt gewordenen Nachteile herkömmlicher Lithiumseifenfette zu überwinden und ein Lithiumseifenfett herzustellen, welches eine hohe Temperaturbeständigkeit bei der Schmierung von beispielsweise Wälzlagern aufweist, wobei der Umstand zu berücksichtigen war, dass der Einsatz sowohl von relativ teurem Lithiumtetraborat als auch mehrerer Hydroxycarbonsäu-ren gleichzeitig im Verdickungssystem eines Schmierfettes eine Kostensteigerung bedeutete, welche vom Markt nicht ohne weiteres aufgenommen wurde. It was an object of the present invention to overcome the disadvantages of conventional lithium soap greases and to produce a lithium soap grease which has a high temperature resistance when lubricating rolling bearings, for example, taking into account the fact that the use of both relatively expensive lithium tetraborate and Several hydroxycarboxylic acids at the same time in the thickening system of a lubricating grease meant an increase in costs which was not readily accepted by the market.

Zur Herstellung eines Lithiumseifenschmierfetts der genannten Art besteht die Lösung der Aufgabe darin, dass man das Verdickungsmittel durch Umsetzen eines Esters der 12-Hydroxystearinsäure und Borsäure mit Lithiumhydroxid herstellt und mit einem Schmieröl vermischt. Für die Umsetzung kann Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl- oder Glycerinester, vorzugsweise Methylester der 12-Hydroxystearinsäure, verwendet werden. To produce a lithium soap grease of the type mentioned, the solution to the problem is that the thickener is prepared by reacting an ester of 12-hydroxystearic acid and boric acid with lithium hydroxide and mixed with a lubricating oil. Methyl, ethyl, propyl, butyl or glycerol esters, preferably methyl esters of 12-hydroxystearic acid, can be used for the reaction.

Das nach dem Verfahren hergestellte Lithiumseifenschmierfett ist vorzugsweise gekennzeichnet durch 5-20 Gew.-% der Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure und 0,1-3 Gew.-% Borsäure als Lithiumsalz. Die Borsäure kann in Form von Di- oder Monolithiumborat vorliegen. The lithium soap grease produced by the process is preferably characterized by 5-20% by weight of the lithium soap of 12-hydroxystearic acid and 0.1-3% by weight of boric acid as the lithium salt. The boric acid can be in the form of di- or monolithium borate.

Es wurde gefunden, dass die Temperaturbeständigkeit dieses verbesserten Lithiumseifenschmierfettes erheblich erhöht ist und sich eine deutlich gestiegene Beständigkeit gegenüber oxidativen Einflüssen neben längerer Schmierdauer ergibt. It has been found that the temperature resistance of this improved lithium soap lubricating grease is significantly increased and there is a significantly increased resistance to oxidative influences in addition to a longer lubrication time.

Weiterhin ergibt sich, dass bei Verwendung des Methylesters und des Dilithiumborats ebenfalls eine starke Tropfpunkterhöhung ermittelt werden kann. Furthermore, it can be seen that a strong increase in the dropping point can also be determined when using the methyl ester and the dilithium borate.

Üblicherweise setzen sich diese Schmierfette aus drei Hauptkomponenten zusammen: These greases usually consist of three main components:

der flüssigen Phase - das Grundöl -dem Dickungsmittel den Zusatzstoffen. the liquid phase - the base oil - the thickener the additives.

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, Silicone, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Phenyläther, zu verwenden. Für das erfindungsgemässe Schmierfett werden The commercial greases usually contain naphthenic mineral oils, paraffinic oils or even weakly refined oils. However, it is also common, especially when lubricating greases are subjected to special stresses, to use synthetic liquids, such as polyalkyl glycols, ester oils made from dibasic acids and monohydric alcohols or from monobasic acids and polyhydric alcohols, silicones, halogenated hydrocarbons or phenyl ethers. For the grease according to the invention

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

617717 617717

bevorzugt Mineralöle und die dem Nachlauf der Alkylbenzol-synthese entstammenden Alkylbenzole verwendet. preferably mineral oils and the alkylbenzenes derived from the wake of the alkylbenzene synthesis.

Als Zusatzstoffe im Schmierfett sind Wirkstoffe, zum Beispiel Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Schmierfähig-keitsverbesserer und Hochdruckzusätze gebräuchlich. 5 Active ingredients, such as oxidation and corrosion inhibitors, lubricity improvers and high-pressure additives, are commonly used as additives in the grease. 5

Es hat sich erwiesen, dass ein Gehalt von 7 bis 15 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz) der Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure und 0,15-1,5 Gew.-% (ebenfalls bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz) Borsäure in Form von Di- oder Monolithiumborat für eine befriedigende Tropf- 10 punkterhöhung ausreichend sind. It has been found that a content of 7 to 15% by weight (based on the total grease formulation) of the lithium soap of 12-hydroxystearic acid and 0.15-1.5% by weight (also based on the total grease formulation) of boric acid in the form of di- or monolithium borate are sufficient for a satisfactory drop point increase.

Herstellung, Formulierung und Eigenschaften des neuen Schmierfettes werden durch die nachfolgenden Beispiele belegt: Production, formulation and properties of the new grease are demonstrated by the following examples:

15 15

Vergleichsbeispiel für ein herkömmliches Schmierfett Einwaage: Comparative example for a conventional grease sample:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäure l,73kgLiOH • H2O 10.00 kg 12-hydroxystearic acid l, 73kgLiOH • H2O

0,50 kg Borsäure 20 0.50 kg boric acid 20

87,77 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50 °C 87.77 kg solvate, paraffin-based, 65 cSt / 50 ° C

25 25th

Herstellung: Manufacturing:

In Gegenwart von 30 kg Solvat wurden bei 70 °C 10,0 kg 12-Hydroxystearinsäure mit 1,73 kg LiOH • H2O, zusammen mit 0,5 kg Borsäure in 10 Liter Wasser gelöst, verseift. Nach der Entwässerung bei 100 °C wurde die Temparatur des Ansatzes innerhalb von 2 Stunden auf 210 °C gesteigert. Bei 150 °C wurden weitere 30 kg Solvat und bei 210 °C der Rest von 27,77 kg 30 zugegeben. Nach anschliessender Auskühlung auf 60 °C unter intensivem Rühren erfolgte die Homogenisierung der Charge mittels einer Korundscheibenmühle. j In the presence of 30 kg of solvate, 10.0 kg of 12-hydroxystearic acid were saponified with 1.73 kg of LiOH.H2O, together with 0.5 kg of boric acid in 10 liters of water, at 70 ° C. After dewatering at 100 ° C, the temperature of the mixture was increased to 210 ° C within 2 hours. A further 30 kg of solvate were added at 150 ° C. and the remainder of 27.77 kg of 30 were added at 210 ° C. After subsequent cooling to 60 ° C. with intensive stirring, the batch was homogenized using a corundum disk mill. j

Ein nach dieser Formulierung und der beschriebenen Verfahrensweise hergestelltes Fett wies folgende Daten auf : 35 A fat produced according to this formulation and the procedure described had the following data: 35

Tropfpunkt: 221 °C Ruhpenetration: 269 mm/10 Walkpenetration: 263 mm/10 Dropping point: 221 ° C resting penetration: 269 mm / 10 full penetration: 263 mm / 10

40 40

Beispiele für Schmierfette nach der Erfindung Examples of greases according to the invention

Beispiel 1 example 1

Einwaage: Weighing:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäuremethylester 0,50 kg Borsäure « 10.00 kg methyl 12-hydroxystearate 0.50 kg boric acid «

1,65 kg LiOH • H2O 87,85 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50 °C 1.65 kg LiOH • H2O 87.85 kg solvate, paraffin-based, 65 cSt / 50 ° C

Herstellung: Manufacturing:

In einem geeigneten Rührwerksbehälter wurden 10,0 kg 12-HydroxystearinsäuremethyIester zusammen mit 25,0 kg Solvat auf 85 °C erhitzt und anschliessend mit 1,65 kg LiOH-Mono-hydrat, gelöst in 10 Liter kochendem Wasser, verseift. Während der Entwässerungsperiode bei 100 °C wurden 0,5 kg Borsäure zugegeben. Nach erfolgter Entwässerung wurde die Temperatur des Kesselinhaltes innerhalb von 2 Stunden auf 240 °C gesteigert. Während des Aufheizens wurde ein weiterer Teil des Solvats (25 kg) bei 155 °C zugegeben. Das restliche Solvat wurde dem Ansatz nach Erreichen der Maximaltemperatur von 240 °C zugegeben. Anschliessend wurde die Charge auf 60 °C kaltgerührt. Bei dieser Temperatur erfolgte mittels einer Korundscheibenmühle die Homogenisierung des Ansatzes. Vom fertigen Schmierfett wurden folgende Daten gemessen: Tropfpunkt: 265 °C Ruhpenetration:261 Walkpenetration:263 10.0 kg of 12-hydroxystearic acid methyl ester together with 25.0 kg of solvate were heated to 85 ° C. in a suitable stirrer container and then saponified with 1.65 kg of LiOH monohydrate, dissolved in 10 liters of boiling water. During the dewatering period at 100 ° C, 0.5 kg of boric acid was added. After dewatering, the temperature of the contents of the kettle was raised to 240 ° C. within 2 hours. Another part of the solvate (25 kg) was added at 155 ° C. during the heating. The remaining solvate was added to the batch after the maximum temperature of 240 ° C. had been reached. The batch was then stirred cold to 60 ° C. At this temperature, the batch was homogenized using a corundum disk mill. The following data were measured from the finished lubricating grease: Drop point: 265 ° C resting penetration: 261 full penetration: 263

Beispiel 2 Einwaage: Example 2 sample weight:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäuremethylester 1,50 kg Borsäure 2,33 kg LiOH • H2O 10.00 kg methyl 12-hydroxystearate 1.50 kg boric acid 2.33 kg LiOH • H2O

86,17 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50 °C 86.17 kg solvate, paraffin-based, 65 cSt / 50 ° C

Die Herstellung erfolgte nach der gleichen Verfahrensweise wie in dem Beispiel 1 angegeben. The preparation was carried out according to the same procedure as given in Example 1.

Es wurden von dem fertigen Schmierfett folgende Daten ermittelt: The following data were determined from the finished grease:

Tropfpunkt: 278 °C Ruhpenetration: 265 Walkpenetration: 269 Dropping point: 278 ° C resting penetration: 265 full penetration: 269

Beispiel 3 Einwaage: Example 3 sample weight:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäuremethylester 1,50 kg Borsäure 3,35 kg LiOH • H2O 10.00 kg methyl 12-hydroxystearate 1.50 kg boric acid 3.35 kg LiOH • H2O

85,15 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50 °C 85.15 kg solvate, paraffin-based, 65 cSt / 50 ° C

Im Gegensatz zu den Beispielen 1 und 2, in denen die zugegebenen Anteile an LiOH • H2O auf Herstellung von Monolithiumborat berechnet worden waren, wurde in diesem Beispiel der zur Entwicklung von Dilithiumborat stöchiometrische Anteil an LiOH • H2O zugegeben. In contrast to Examples 1 and 2, in which the proportions of LiOH • H2O added had been calculated for the production of monolithium borate, the proportion of LiOH • H2O stoichiometric for the development of dilithium borate was added in this example.

Bei gleicher Verfahrensweise wie Beispiel 1 ergab sich für das fertige Fett ein Tropfpunkt von 255 °C, eine Ruhpenetration von 288 mm/10 und eine Walkpenetration von 293 mm/10. Using the same procedure as Example 1, the finished fat had a dropping point of 255 ° C., a resting penetration of 288 mm / 10 and a full penetration of 293 mm / 10.

Tabelle table

Beispiel example

Vergleich 1 Comparison 1

2 2nd

3 3rd

12-Hydroxystearinsäure 12-hydroxystearic acid

% %

10,00 10.00

12-Hydroxystearinsäuremethylester 12-hydroxystearic acid methyl ester

% %

10,00 10.00

10,00 10.00

10,00 10.00

LiOH • H2O LiOH • H2O

% %

1,73 1.73

1,65 1.65

2,33 2.33

3,35 3.35

Borsäure Boric acid

% %

0,50 0.50

0,50 0.50

1,50 1.50

1,50 1.50

Solvat, paraffinbasisch 65 cSt/50 °C Solvat, paraffin-based 65 cSt / 50 ° C

% %

87,77 87.77

87,85 87.85

86,17 86.17

85,15 85.15

Maschinenöl-Raffinat, naphthenbasisch 58 Machine oil raffinate, naphthenic based 58

% %

cSt/50 °C cSt / 50 ° C

Tropfpunkt, °C (DIN 51801) Drip point, ° C (DIN 51801)

221 221

265 265

278 278

255 255

Ruhpenetration, mm/10 (DIN 51804) Resting penetration, mm / 10 (DIN 51804)

269 269

261 261

265 265

288 288

Walkpenetration, mm/10 Walk penetration, mm / 10

263 263

263 263

269 269

293 293

Claims (5)

617717 PATENTANSPRÜCHE617717 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung eines Lithiumseifenschmierfettes mit hohem Tropfpunkt, enthaltend ein Schmieröl sowie eine hydroxyfettsaure Lithiumseife und eine Verbindung des Bors als konsistenzgebendes Verdickungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man das Verdickungsmittel durch Umsetzung eines Esters der 12-Hydroxystearinsäure und Borsäure mit Lithiumhydroxid herstellt und mit einem Schmieröl vermischt. 1. A method for producing a lithium soap grease with a high dropping point, containing a lubricating oil and a hydroxy fatty acid lithium soap and a compound of boron as a consistency-enhancing thickener, characterized in that the thickener is prepared by reacting an ester of 12-hydroxystearic acid and boric acid with lithium hydroxide and with a Lube mixed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Umsetzung Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-oder Glycerinester, vorzugsweise Methylester der 12-Hydroxystearinsäure, verwendet. 2. The method according to claim 1, characterized in that one uses methyl, ethyl, propyl, butyl or glycerol esters, preferably methyl esters of 12-hydroxystearic acid, for the reaction. 3. Lithiumseifenschmierfett hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5-20 Gew.-% der Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure und 0,1 -3 Gew.-% Borsäure als Lithiumsalz. 3. Lithium soap lubricating grease produced by the method according to claim 1, characterized by a content of 5-20% by weight of the lithium soap of 12-hydroxystearic acid and 0.1-3% by weight of boric acid as the lithium salt. 4. Schmierfett nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es die Borsäure in Form von Di- oder Monolithiumborat enthält. 4. Grease according to claim 3, characterized in that it contains the boric acid in the form of di- or monolithium borate. 5. Schmierfett nach den Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 7,5-15 Gew.«% der Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure und 0,15-1,5 Gew.-% Borsäure in Form von Di- oder Monolithiumborat. 5. Grease according to claims 3 and 4, characterized by a content of 7.5-15% by weight of the lithium soap of 12-hydroxystearic acid and 0.15-1.5% by weight of boric acid in the form of di- or monolithium borate .
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