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Olgemische für Luftfilter Es ist bekannt, Luftfilter, wie sie in Luftfiltrier-
oder Konditioniervorrichtungen u. dgl. verwendet werden, die verlitztes, geflochtenes
oder faseriges Material oder Metallnetzaggregate enthalten, in Öl oder ölige Substanzen
zu tauchen, um ihr Staubabsorptionsvermögen zu verbessern. Derartige Filter werden
in Raumheizanlagen, Klimaanlagen, in den Einlaßöffnungen von Kühlvorrichtungen und
Verbrennungskraftmaschinen, Eisenbahnlokomotiven und Wagenkarosserien sowie an vielen
anderen Stellen und Vorrichtungen verwendet. Die Temperaturbedingungen, Luftgeschwindigkeit
usw. schwanken bei den verschiedenen Vorrichtungen stark.
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Schwierigkeiten bezüglich des erforderlichen Haftvermögens derartiger
Öle ergeben sich besonders bei Lufteinlaßfiltern und Karosseriefiltern von Diesellokomotiven.
Diesellokomotiven werden durch Verbrennungskraftmaschinen von hoher Pferdestärke
angetrieben, die viel Luft benötigen. Es ist bekannt, derartige Lokomotiven mit
Faser- oder Drahtsiebfiltern zu versehen, die in ein Mineralgrundöl, gewöhnlich
ein Schmieröl, eingetaucht worden sind. Derartige Öle tropfen jedoch bei den hohen
Betriebstemperaturen leicht von dem Filter ab.
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Dies trifft, wenn auch in nicht so starkem Maße, auch auf andere mit
Ö1 imprägnierte Filter zu, in denen Luft bei weniger hohen Temperaturen filtriert
wird.
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Es ist bekannt, Luftfilterölen geringe Mengen polymerer Stoffe, wie
Polyäthylen, Polybuten oder von Gemischen von Polybuten mit Lithiumstearat, zuzusetzen,
die der Neigung der Filteröle, vom Filter abzutropfen, entgegenwirken. Jedoch haben
sich auch diese Ölgemische nicht völlig bewährt, da immer noch ein beträchtlicher
Teil derselben nach längeren Betriebszeiten bei höheren Temperaturen verlorengeht
und somit die Wirksamkeit des Luftfilters nachläßt.
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Es wurde nun gefunden, daß der Zusatz einer geringen Menge eines
Gemisches langfaseriger Lithium- und Calciumseifen zu dem Luftfilteröl seine Fähigkeit,
Staub zurückzuhalten, wesentlich verbessert. Die neuen Luftfilterölgemische eignen
sich auch für Schmiervorrichtungen der Textilindustrie, wo es darauf ankommt, daß
das Öl nicht durchAbtropfen oderAusschleudern aus den Lagern, Zwirnmaschinen, Kämmaschinen
u. dgl. die Textilstoffe verunreinigt. Die Ölgemische nach der Erfindung sind bei
höheren Temperaturen (z. B. 93°) stabil und sind auch wasserbeständig. Ferner besitzen
sie niedrigere Viskositäten als die bekannten Luftfilteröle und lassen sich daher
leichter auf die faserigen oder siebartigen Luftfilter aufbringen.
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Die Ölgemische auf der Basis eines mit Lithiumseife versetzten Schmieröls
sind erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Lithiumseife so viel Calciumseife
beigegeben ist, daß das molare Verhältnis von Lithiumseife zu Calciumseife zwischen
2 : 1 und 8 : 1, vorzugsweise
zwischen 3 : 1 und 5:1 liegt und insbesondere 4:1 beträgt,
wobei das Seifengemisch 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches ausmacht
und die durchschnittliche Faserlänge der Seifen wenigstens 10 p beträgt.
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Es wird angenommen, daß die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Olgemische auf die Anwesenheit langer verfilzter Seifenfasern zurückzuführen sind.
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Fig. 1 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Gemisches
von Lithium- und Calciumseifenfasern eines besonders bevorzugten, erfindungsgemäß
verwendbaren Seifengemisches; Fig. 2 zeigt die Faserstruktur von Lithiumstearat,
das bei Filterölvermischungen des Standes der Technik verwendet wurde.
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Man sieht, daß ein erheblicher Unterschied in der Länge und Verfilzung
der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Seifenfasern besteht. Die Längen der in Fig.
1 dargestellten Seifenfasern betragen durchschnittlich 12, während die Länge der
in Fig. 2 dargestellten Seifenfasern durchschnittlich nur etwa 1 p beträgt.
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Gemäß der Erfindung ist der größere Teil der Seifenfasern wenigstens
etwa 5 , vorzugsweise wenigstens etwa 10 p lang.
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Zur Herstellung der gemischten Lithium- und Calciumseifen nach der
Erfindung können alle allgemein bekannten fettbildenden Säuren verwendet werden.
Diese können gesättigt oder ungesättigt sein. Leicht ungesättigte Säuren werden
bevorzugt, da sie die Bildung langer fadenziehender Seifenfasern fördern. Die Fettsäuren
enthalten allgemein
12 bis 22, vorzugsweise etwa 14 bis 18 Kohlenstoffatome
und können als Gemische verwendet werden.
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Besondere Beispiele sind hydrierte Fischölsäuren,-Rinder-oder Hammeltalg,
hydrolysierter Talg, Stearinsäure, Oleinsäure, Oxystearinsäure, Myristinsäure, Palmitinsaure
oder beliebige Glyceride der genannten Säuren. Von den ungesättigten Säuren sind
diejenigen mit Jodzahlen von etwa 40 bis 60 am leichtesten zugänglich. Jedoch können
auch Säuren mit Jodzahlen von 0 bis 150 verwendet werden. Besonders bevorzugt werden
technische tierische Fettsäuren aus hydrolysiertem Talg mit einer Jodzahl von etwa
40, einer Verseifungszahl von etwa 200 und folgender annähernder Zusammensetzung
: Gewichts-Gewicnte Säure prozent Myristinsäure .................................
3,0 palmitinsäure ................................. 29,0 Stearinsäure ......................
. 18,5 Oleinsäure .................................... 46,5 Linolsäure ....................................
3,0 100,0 Die Gemische von Lithium- und Calciumseifen können als solche oder in
Form eines Fettes hergestellt werden, das dann dem Luftfilteröl zugesetzt wird.
Das letztere Verfahren wird bevorzugt, da es sich gut derart leiten läßt, däß man
lange, fadenziehende Seifenfasern erhält.
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Besonders zweckmäßig ist es, die Fettsäure in Gegenwart eines Schmieröls
mit basischen Lithium- und Calciumverbindungen zu neutralisieren, das Gemisch unterhalb
des Schmelzpunktes der Lithium-und Calciumseifen zu entwässern und es dann unter
Rühren zu kühlen. Auf diese Weise wurden die in Fig. 1 dargestellten Seifenfasern
hergestellt.
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Insbesondere kann das Seifengemisch nach der Erfindung folgendermaßen
hergestellt werden: Die Fettsäure und ein Teil des Schmieröls (2,6 bis 43 cSt bei
98,9", vorzugsweise ein Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 7,3 bis 15,6 cSt
bei 98,9"), beispielsweise etwa ein Fünftel bis drei Viertel des Gesamtöls, werden
in einen dampfbeheizten Fettkessel aufgegeben. Man erhitzt allmählich auf etwa 55
bis 77° und setzt gelöschten Kalk zu. Dann beginnt man zu rühren und setzt unter
weiterer Temperatursteigerung Lithiumhydroxydzu. Gegebenenfalls kann man den gelöschten
Kalk und das Lithiumhydroxyd auch bereits zusetzen, ehe man mit dem Erhitzen beginnt.
Das Fett wird dann bis zur Entwässerung auf etwa 127 bis 154° erhitzt. Diese Temperaturen
liegen erheblich unter dem Schmelzpunkt der gebildeten Seife. Dann wird die Wärmezufuhr
abgestellt und das restliche kalte Öl portionsweise zugesetzt, oder das Seifenkonzentrat
kann erst auf etwa 82 bis 93° abgekühlt werden, bevor das restliche Ö1 zugesetzt
wird.
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Das Gemisch wird dann gegebenenfalls hohen Schergeschwindigkeiten
in einem Mahlwerk, wie eine Morehouse-Mühle, eine Charlotte-Mühle, Tintenmühle,
Gaulin-Homogenisiervorrichtung, Dreiwalzenfarbmühle od. dlg., unterworfen, wobei
es bei etwa 38 bis 66° in die Mühle eintritt und durch die Mahlwirkung auf nicht
mehr als 93° erhitzt wird.
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Statt die gesamte Fettsäure zu Anfang zuzusetzen, kann es zweckmäßig
sein, zuerst nur so viel Fettsäure zuzugeben, um den Kalk zu neutralisieren, und
nach Neutralisation die Lithiumhydroxydlösung und den Rest -der Fettsäuren hinzuzufügen.
Auch kann das Lithiumhydroxyd vor dem Kalk zu der Charge zugesetzt werden.
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Nach diesem besonders bevorzugten Verfahren, welches Seifengemische
mit besonders langen, fadenziehenden Fasern liefert, kann man Fette herstellen,
die etwa 5 bis -50 Gewichtsprozent des Seifengemisches nach der Erfin-
dung enthalten.
Im allgemeinen stellt man die Fette mit einem Seifengehalt von etwa 6 bis 20 Gewichtsprozent
her. Die Entwässerung des Fettes erfolgt vorzugsweise bei etwa 127 bis 1600, kann
jedoch schon bei etwa 104° durchgeführt werden.
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Als Öle eignen sich mineralische, tierische, pflanzliche oder synthetische
Öle oder Gemische derselben. Vorzugsweise verwendet man die üblichen raffinierten
Mineralschmieröle auf paraffinischer oder naphthenischer Grundlage mit Viskositäten
von etwa 4,2 bis 20,4, vorzugsweise etwa 7,3 bis 15,6 cSt bei 98,90.
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Die Ölgemische nach der Erfindung enthalten im allgemeinen 90 bis
98 Gewichtsprozent Schmieröl und etwa 0,05 bis 2,0, vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,
5 Gewichtsprozent Lithium- und Calciumseife. Eine besonders bevorzugte Konzentration
des Seifengemisches liegt in dem Bereich von etwa 0,2 bis 0,4 Gewichtsprozent. Derartige
Konzentrationen des Seifengemisches sind besonders zweckmäßig bei Lufteinlaßfiltern
von Eisenbahnwagen und Lokomotiven, da sie Überzüge in dem Bereich von etwa 142
bis 1134 g pro Standardfilter von 50,8 50,8.
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5,08 cm liefern, von denen festgestellt wurde, daß sie hervorragende
Luftfilterergebnisse aufweisen. Die Viskosität des fertigen Filteröls liegt im allgemeinen
zwischen etwa 13 bis 18, vorzugsweise zwischen 14,3 und 16,8 cSt bei 98,90.
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Diesen Ölgemischen können außerdem noch weitere, an sich bekannte
Zusätze, z. B. Oxydationsverzögerer, wie Phenyl-a-naphthylamin, Schaumverhinderungsmittel,
wie Dimethylsiliconpolymere, Mittel zur Erhöhung des Haftvermögens, wie hochmolekulares
Polybuten Isobutylen-Styrol-Copolymere usw. in geringen Konzentrationen (z. B. 0,0001
bis 5 Gewichtsprozent des Gesamtgemisches) beigegeben werden.
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Beispiel 1 Die Retentionseigenschaften von fünf Luftfilterölgemischen
(eines gemäß der Erfindung und vier nach dem Stande der Technik) wurden an einem
Stück eines aus überzogenem Drahtnetz bestehenden Kontaktfilters von 17,78 17,78.
5,08 cm Größe ermittelt. Das Standardluftfilter wird von der Farr Company als Modell
11-47 hergestellt und besteht aus einem mit Lufteintrittsöffnung und Luftaustrittsöffnung
versehenen Gehäuse, innerhalb dessen sich ein Gewirr aus feinmaschigem Drahtnetz
befindet, wie es üblicherweise als Fensterschutz verwendet wird. Das Drahtnetzgewirr
nimmt in dem Standardfilter ein Volumen von etwa 50,8 50,8 5,08 cm ein.
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Das Probestück des Luftfilters wurde in das zu untersuchende Filteröl
getaucht, dann 1/2 Stunde bei Zimmertemperatur getrocknet und schließlich noch 1
Stunde auf 93° gehalten. Dann wurde das Filter 20 Stunden bei 93° gelagert, worauf
der Verlust an Filteröl gemessen wurde.
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Die Menge Filteröl in Gramm, die auf dem Probestück nach Wärmebehandlung
und 20stündiger Lagerung bei 93 zurückgeblieben war, wurde auf die gesamte Luftfiltergröße
von 50,8 - 50,8 - 5,08 cm extrapoliert. Die Ergebnisse sind in Tabelle I dargestellt.
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Nach diesem Prüfverfahren wurden die folgenden Filterölgemische untersucht:
Filteröl nach der Erfindung Filteröl A. Dieses Ölgemisch bestand aus 98 Gewichtsprozent
eines Mineralschmieröls mit einer Viskosität von etwa 13 cSt bei 98,9" und 2 Gewichtsprozent
eines FettesA.
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Das Fett A enthielt 12,9 Gewichtsprozent eines Gemisches von Lithium-
und Calciumseifen aus hydrolisiertem Talg erhaltener Fettsäuren. Die Eigenschaften
und die annähernde Zusammensetzung dieser Fettsäuren wurden bereits oben angegeben.
Das Molverhältnis von Lithiumseife
zu Calciumseife betrug etwa
4 : 1. Das Fett A wurde aus den folgenden Bestandteilen hergestellt: Gewichts-Bestandteile
von Fett A prozent Tierische Fettsäuren ................ 12,60 Lithiumhydroxydmonhydrat
...................... 1,52 Gelöschter Kalk (71 01o CaO) 0,71 Mineralöl (13 cSt/98,
9°) 85, 17 Fett A wurde folgendermaßen hergestellt: Die Fettsäuren und etwa die
Hälfte des Mineralöls wurden in einen Dampfkessel aufgegeben, und der gelöschte
Kalk wurde bei 74° eingerührt. Die Masse wurde weiter erhitzt und gerührt. Das Lithiumhydroxyd
wurde als 10%ige wäßrige Lösung bei 99° zugesetzt. Das Fett wurde dann weiter auf
143° bis zur Entwässerung erhitzt (die Erhitzungsdauer oberhalb 121° betrug 55 Minuten).
Hierbei wurde die Viskosität der Masse durch Zusatz geringer Ölmengen herabgesetzt.
Danach wurde das Erhitzen abgebrochen und das restliche kalte Öl in etwa 1,5 Stunden
unter Rühren zugegeben. Während des ganzen Vorganges trat kein Schmelzen des Fettes
ein. Nach Zusatz des gesamten Öls wurde das Fett in einer Gaulin-Homogenisiervorrichtung
homogenisiert. Das Filteröl A enthielt etwa 0,26 Gewichtsprozent Seife.
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Filteröle des Standes der Technik Filteröl B. Dieses Gemisch bestand
im wesentlichen aus einem Schmieröl mit einem Gehalt von etwa 2 Gewichtsprozent
darin gelösten Polyäthylenharzes.
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Filteröl C. Dieses Gemisch bestand im wesentlichen aus einem Mineralschmieröl,
einer geringen Menge Lithiumstearat und etwa 1 Gewichtsprozent Polybuten.
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Filteröl D. Dieses Gemisch bestand im wesentlichen aus einem Mineralschmieröl
mit einem Gehalt von etwa 2 Gewichtsprozent Polyäthylenharz.
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Die Viskositäten der beschriebenen Luftfilteröle und ihre Leistung
bei der Luftfilterretentionsprüfung sind in Tabelle I dargestellt: Tabelle I
| Gemäß |
| der Er-Stand der Technik |
| findung |
| Filteröl |
| A 3 C D |
| Auf dem Filter zu- |
| rückgebliebenesÖl |
| in g*) |
| Nach |
| Vorbehandlung 856 624 1114 533 |
| Nach |
| 20 Stunden/930 680 298 612 204 |
| Verlust in g... 176 326 502 329 |
| Verlust in %... 21 52 45 62 |
| Viskosität der |
| Luftfilteröle |
| Viskosität bei |
| 98,9°, cSt ...... 15,47 29,11 25,38 33,09 |
| Viskosität bei |
| 37,8", cSt . . . . . 262,1 327,7 307,1 759 |
*) Umgerechnet auf eine gesamte Filtergröße von 50,8 50,8.
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5,08 cm. aus Tabelle I geht hervor, daß auf Grund des Gewichtsverlustes
an Öl entweder in % oder in g das Filteröl A nach der Erfindung allen Vergleichsölen
überlegen ist.
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Beispiel 2 Die im Beispiel 1 angegebene Prüfung wurde mit den folgenden
weiteren Olgemischen wiederholt: Filteröl nach der Erfindung Filteröl E. Dieses
Gemisch bestand im wesentlichen aus einem Mineralschmieröl mit einer Viskosität
von 13 cSt bei 98,9" und einem Gehalt von etwa 2,5 Gewichtsprozent an gelöstem Fett
A (nach Beispiel 1) und etwa 0,0005 Gewichtsprozent eines Dimethylsiliconöls mit
einer Viskosität von etwa 30 000 cSt bei 25°, wobei die Prozentgehalte auf das Gesamtgemisch
bezogen sind. Das Filteröl E enthielt demzufolge etwa 0,32 Gewichtsprozent eines
Gemisches aus Lithium- und Calciumseifen von aus hydiolysiertem Talg gewonnenen
Fettsäuren.
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Filteröl des Standes der Technik Filteröl F. Dieses Gemisch bestand
im wesentlichen aus etwa 98 e10 eines Mineralöls mit einer Viskosität von 13 cSt
bei 98,9" und 2 Gewichtsprozent eines Polyäthylenharzes.
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In Tabelle II sind die Viskositäten dieser beiden Filteröle und die
Ergebnisse ihrer Leistung bei der Retentionsprüfung angegeben.
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Tabelle II
| Gemäß Stand |
| der Er- der |
| findung Technik |
| Filteröl |
| E F |
| Auf dem Filter zurückgebliebenes Öl |
| in g nach Lagerung*) |
| ½ Stunde bei Zimmertemperatur 968 1069 |
| 1 Stunde bei 93° ............ 811 448 |
| 5 Stunden bei 93° 697 374 |
| 21 Stunden bei 93° ......... 533 284 |
| Viskosität der Filteröle |
| Viskosität bei 98,9" .............. 16,85 38,35 |
| Viskosität bei 37,8" .................. 288,3 893,9 |
*) Umgerechnet auf ein Luftfilter einer Gesamtgröße von 50,8 50,8. 5,08 cm.
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Der Verlust an Filteröl bei dem nach der Erfindung hergestellten
Filteröl E war wesentlich geringer als bei dem Filteröl F des Standes der Technik.
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Die Filteröle A und E nach der Erfindung wurden auch in einem » Aufsauge
«-Test geprüft, der ein Maß für die Fähigkeit eines Öls ist, Staubteilchen zu benetzen
und festzuhalten. Bei dieser Untersuchung wird die Aufsaugegeschwindigkeit des Filteröls
durch aufeinanderfolgende Schichten von angesammeltem Staub gemessen. Die Filteröle
A und E lieferten bei der Aufsaugeprüfung ausgezeichnete Ergebnisse.