DE10254795A1 - Schmierfett enthaltend Polyether-Verbindungen - Google Patents

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Abstract

Es werden Zusammensetzungen, enthaltend mindestens einen Polyether und mindestens ein Verdickungsmittel, beschrieben.

Description

  • Gegenstand der Erfindung sind Zusammensetzungen enthaltend mindestens einen Polyether und mindestens ein Verdickungsmittel.
  • In vielen technischen Bereichen ist es zur Verringerung der Beanspruchung beweglicher Teile und zur Verminderung der Reibung an den Kontaktflächen sich gegeneinander bewegender Teile wichtig, Schmierstoffe einzusetzen. Dabei können je nach Einsatzgebiet Schmierstoffe unterschiedlicher Konsistenz eingesetzt werden. Schmieröle weisen eine flüssige/fließfähige Konsistenz auf, während Schmierfette eine halbfeste bis feste – oft gelartige – Konsistenz aufweisen.
  • Kennzeichen eines Schmierfettes ist, daß die an sich flüssige Ölkomponente von der Fett-Komponente aufgenommen und festgehalten wird. Die salbenartige Beschaffenheit eines Schmierfettes und seine Eigenschaft streichfähig und plastisch leicht verformbar zu sein, sorgt zusammen mit der Eigenschaft haftfähig zu sein dafür, daß das Schmierfett an der Schmierstelle festhält und sich die Schmierwirkung an den sich bewegenden Teilen entfaltet. Neben den tribologischen Eigenschaften sind Penetrationsverhalten, Duktilität (Streckbarkeit der Fettmasse), plastische Haftfähigkeit (Schleuderhaltbarkeit), Gelierbeständigkeit, Beständigkeit gegen Ölabscheidungen und Wasser, Ansaugverhalten aus dem Schmierfettreservoir, Konsistenz/Temperaturverhalten und Kompressibilität weitere Gütekriterien für ein Schmierfett. Um in Abhängigkeit von den Schmier- und Geräteanforderungen ein Schmierfett von hohem Gebrauchswert zu schaffen, bedarf es eines hohen Maßes an praktischen Erfahrungen.
  • Aus der EP-B1-0 064 236 sind Polyether-Öle, die durch Polymerisation von Tetrahydrofuran mit 1,2-Epoxyalkanen erhalten werden, und deren Verwendung als Schmieröle bekannt. Die US-A1-5,648,557 beschreibt Schmieröle auf Basis von Polyoxalkylenblockcopolymeren. Die Polyoxalkylene werden beispielsweise durch Polymerisation cyclischer Ether hergestellt.
  • Schmierfette bestehen üblicherweise aus einem Verdickungsmittel, das in einem Basisöl dispergiert wird. Häufig müssen hierbei zusätzliche Hilfsstoffe, wie Emulgatoren, eingesetzt werden, damit sich das Verdickungsmittel im Basisöl stabil dispergiert. Verschiedenste Stoffe sind als Basisöle bekannt. Wichtig ist, dass das Schmierfett die Basisöl-Komponente stabil bindet und kein Basisöl bei Lagerung oder unter Hitzeeinwirkung abgesondert wird. Als Verdickungsmittel sind organische und anorganische Verbindungen bekannt. Die bekannten Schmierfette zeigen deutlich höhere Reibungskoeffizienten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine gute Verträglichkeit und Mischbarkeit von Basisöl und Verdickungsmittel und insbesondere eine ausgezeichnete Schmierwirkung aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Zusammensetzungen, enthaltend mindestens ein Basisöl und mindestens ein Verdickungsmittel und ggf. Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass
    • a) das Basisöl eine Polyether-Verbindung umfasst, die zu mindestens 20 %, vorzugsweise zu 30 bis 70 %, besonders bevorzugt zu 45 bis 60 %, bezogen auf die Gesamtzahl der Ether-Struktureinheiten eine Einheit der allgemeinen Formel (I) -O-(CH2)4- (I)aufweist, und
    • b) das Basisöl in der Zusammensetzung zu mindestens 40 Massen-%, vorzugsweise zu mindestens 70 Massen-%, besonders bevorzugt zu mindestens 95 Massen-% enthalten ist,
    • c) die Zusammensetzung soviel Verdickungsmittel enthält, daß ein Konuspenetrationswert (Walkpenetration) von 130 bis 475 mm/10 (bei 25°C), vorzugsweise 265 bis 355 mm/10, erhalten wird und
    • d) die Zusammensetzung 0 bis 60 Massen-% Zusatzstoffe, vorzugsweise 2 bis 30 Massen %, besonders bevorzugt 2 bis 15 Massen-% enthält.
  • Die Polyether-Verbindung kann neben den (-O-(CH2)4-)n Einheiten, die folgende Struktureinheit hinsichtlich der Verknüpfung aufweisen -O-(CH2)4-O-, auch andere Alkylenoxid-Einheiten, vorzugsweise C2- bis C4-Alkylenoxideinheiten und insbesondere Ethylenoxid- (-O-(CH2CH2)-) und/oder Propylenoxidmonomereinheiten (-O-(CH2CH(CH3)-) blockweise oder statistisch verteilt enthalten, wobei diese vorzugsweise in der Summe größer 10 %, besonders bevorzugt 30 bis 70 % der Ether-Struktureinheiten in der Polymerkette ausmachen.
  • Die Polyether-Verbindung weist vorzugsweise eine osmotisch bestimmte Molmasse von 200 bis 3000 g/mol, vorzugsweise 400 bis 2000 g/mol, auf. Die Polyether-Verbindung hat im allgemeinen eine kinematische Viskosität von 20 bis 2500 mm2/s, vorzugsweise von 100 bis 1400 mm2/s bei 40°C.
  • Die Polyether-Verbindung kann freie Hydroxylgruppen aufweisen aber auch vollständig verethert sein. Sie kann aus einer Startverbindung mit einer oder mehreren Hydroxy- und/oder Carboxylgruppen (-COO(H)) hergestellt sein. Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungen der Polyether-Verbindung und deren Herstellung wird auf die EP-B1-0 064 236 verwiesen, deren Gegenstand hiermit auch zum Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, die zu 3 bis 40 Massen-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew-% Verdickungsmittel enthalten.
  • Als Verdickungsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten insbesondere Verdickungsmittel bestehend oder herstellbar aus
    • (a) einem Alkali- (insbesondere Lithiumsalz), Erdalkali- oder Aluminiumsalz einer gesättigten oder ungesättigten Carbonsäure mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, insbesondere 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt einer Hydroxycarbonsäure; und/oder
    • (b) einem Salz der Borsäure, insbesondere einem Monolithiumsalz der Borsäure oder Dilithiumtetraborat, oder dem Umsetzungsprodukt einer Borsäure mit LiOH·H2O und einer Hydroxycarbonsäure. Bevorzugt sind die Umsetzungsprodukte eines Borsäuresalzes, insbesondere eines Lithiumsalzes, bevorzugt Dilithiumtetraborat, mit einer Hydroxycarbonsäure. Die Hydroxycarbonsäure weist vorzugsweise 6 bis 30 Kohlenstoffatome und eine oder mehrere Hydroxy-Gruppen auf; und/oder
    • (c) einem Dialkali-, insbesondere Dilithiumsalz, einer gesättigten oder ungesättigten Dicarbonsäure mit insgesamt 4 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 5 bis 14 Kohlenstoffatomen, insbesondere mit verzweigter Alkylkette, die besonders bevorzugt 3 bis 10 Kohlenstoffatome in der Seitenkette (Verzweigung) aufweist; und/oder
    • (d) Festschmierstoffen wie Polymerpulver PTFE, anorganische Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle wie z.B. Kalzium-Carbonat, Natrium- und Kalziumphosphate, Graphit und/oder Molybdänsulfit; und/oder
    • (e) Polyurethan- und/oder Polyharnstoff-Polymere, insbesondere Polyether- und/oder Polyester-Polyurethane.
  • Die Verdickungsmittel können auch in Kombination eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es, etwa Verdickungsmittel (a) und (b), (b) und (c) oder (a), (b) und (c) bzw. deren Umsetzungsprodukte gemeinsam einzusetzen. Verdickungsmittel zur Herstellung von Lithium-Komplexfetten sind in der DE 35 35 731 C1 beschrieben, die hiermit auch zum Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Geeignete Carbonsäuren für (a) sind z.B. 12-Hydroxystearinsäure oder Hydroxybenzoesäuren wie Parahydroxybenzoesäure, Salicylsäure, 2-Hydroxy-4-hexylbenzoesäure, Metahydroxybenzoesäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure (Gentisinsäure), 2,6-Dihydroxybenzoesäure (Gammaresorcylsäure) oder 4-Hydroxy-4-methoxybenzoesäure. Anstelle der freien Säuregruppe können auch entsprechende niedere Alkoholester verwendet werden, z. B. die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl- oder sec.-Butylester der Säure/Hydroxysäure, um eine bessere Dispersion zu erzielen. Als Dicarbonsäuren gemäß (c) sind geeignet Sebacinsäure ((CH2)8(COOH)2), Azelainsäure und/oder 3-tert.-Butyl-Adipinsäure.
  • Das im Falle der Verwendung eines Lithium – Schmierfettes bei der Herstellung einzusetzende Lithiumborat kann beispielsweise Metaborat, Diborat, Tetraborat oder Orthoborat sein, wie z. B. Monolithiumorthoborat.
  • Weitere geeignete Verdicker sind Bentonite wie Montmorillonit (deren Natrium-Ionen ggf. durch Ammonium-Ionen ausgetauscht bzw. teilausgetauscht sind), Aluminosilikate, Tonerden, Kieselsäure (z.B. Aerosil), Kupferphtalocyanine oder auch Polyharnstoffe.
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weisen insbesondere einen Konuspenetrationswert (Walkpenetration) von 130 bis 475 mm/10 (bei 25°C) auf, bestimmt nach ISO 2137 (bzw. ASTMD 0217-97).
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können weiterhin Zusatzstoffe enthalten. Übliche Zusatzstoffe im Sinne der Erfindung sind Antioxidantien, Antiwearadditive, Korrosionsschutzmittel, Detergentien, Farbstoffe, Schmierfähigkeitsverbesserer, Viskositätsadditive, Reibwertminderer, Schaumverhütungsmittel und Hochdruckadditive. Beispielhaft genannt seien:
    • – Antioxidationsmittel wie Amin-Verbindungen (z.B. Alklyamine oder 1-Phenylaminonaphthalin), Phenol-Verbindungen (z.B. 2.6-Di-tert-butyl-4-methylphenol), Sulfurantioxidantien oder Zinkdithiophosphat;
    • – Hochdruckadditive wie organische Chlorverbindungen, Schwefel, Phosphor oder Zinkdithiophosphat, organische Wismuthverbindungen;
    • – Die "Öligkeit" verbessernde Wirkstoffe wie C2- bis C6- Polyole, Fettsäuren, Fettsäureester oder tierische oder pflanzliche Öle;
    • – Antikorrosionsmittel wie z.B. Petroleumsulfonat, Dinonylnaphtalonsulfonat oder Sorbitanester;
    • – Metalldeaktivatoren wie z.B. Bonzotriazol oder Natriumnitrit;
    • – Viskositätsverbesserer wie z.B. Polymethyacrylat, Polyisobutylen, oligo-Dec-1-ene, und Polystyrole.
    • – Antiwearadditive wie Molybdän-di-alkyl-dithiocarbamate oder Molybdänsulfid-di-alkyl-dithiocarbamate, insbesondere Molybdän-di-n-butyldithiocarbamat und Molybdändisulfid-di-alkyldithiocarbamat (Mo2OmSn(dialkylcarbamat)2 mit m = 0 bis 3 und n = 4 bis 1).
    • – Friktionsmodifier wie z.B. funktionelle Polymere wie z.B. Oleylamide, organische Verbindungen auf Polyether- und Amidbasis z.B. Alkylpolyethylenglykoltetradecylenglykolether.
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind Schmierfette, insbesondere entsprechend den Normen ISO 6743, DIN 51825, DIN 51818 und DIN 51826. Diese können Schmierfette mit einer Walkpenetration (nach DIN ISO 2137) von 130 bis 475 Einheiten, vorzugsweise 265 bis 355 Einheiten (1 Einheit = 0,1 mm) sein. Die Schmierfette können bei Gebrauchstemperaturen von –40 bis 180°C, kurzfristig sogar bis 280°C, eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden zur Schmierung von Metall/Metall-Paarungen, Kunststoff/Kunststoff-, Keramik/Keramik-, Keramik/Kunststoff-, Keramik/Metall- und Kunststoff/Metall-Kontaktflächen, Gelenken, Getrieben, Kleinstgetrieben mit Schmierstoffbedarf von bis zu 100 mg und insbesondere zur Schmierung von Wälzlagern und Gleitlagern sowie Gleitpaarungen verwendet. Eine weitere beispielhafte Anwendung sind Tauchschmierung von Getrieben. Für den praktischen Einsatz in Wälzlagern ist eine möglichst geringe Erweichung bei hohen Temperaturen von Bedeutung, um ein Auslaufen des Schmierfettes zu vermeiden.
  • Die Herstellung der Schmierfette kann z.B. wie folgt erfolgen: Einmischen der Salz-/Metallverbindung in die Carbonsäureverbindung, die ggf. mit der Basisölkomponente gestreckt sein kann, und ggf. gleichzeitiges Erwärmen des Gemisches auf eine Temperatur von 70 bis 100°C, Erhöhen der Temperatur auf 100 bis 200°C zur Bildung eines eingedickten Schmierfettprodukts, Abkühlen des Schmierfettprodukts und ggf. Hinzufügen von Wasser, Einwirkenlassen von Scherkräften auf das Gemisch.
  • Hierzu wird ein Gefäß mit einem Rührer in einem ersten Schritt bei einer Drehzahl von 0 bis 150 U/min mit 3 bis 40 Gew% der Eduktkomponenten des Verdickungsmittels und 20 bis 90 Gew% des Basisöls beschickt, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Schmierfettzusammensetzung. Die Additive werden bevorzugt in der Abkühlphase des Fettes, vorzugsweise unterhalt 80°C zugesetzt.
  • Beispiele
    Figure 00060001

Claims (10)

  1. Zusammensetzungen, enthaltend mindestens ein Basisöl und mindestens ein Verdickungsmittel und ggf. Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Basisöl eine Polyether-Verbindung umfasst, die zu mindestens 20 %, bezogen auf die Gesamtzahl der Ether-Struktureinheiten eine Einheit der allgemeinen Formel (I) -O-(CH2)4- (I)aufweist, und b) das Basisöl in der Zusammensetzung zu mindestens 40 Massen-% enthalten ist, c) die Zusammensetzung soviel Verdickungsmittel enthält, dass ein Konuspenetrationswert (Walkpenetration) von 130 bis 475 mm/10 (bei 25°C) erhalten wird und d) die Zusammensetzung ggf. 0 bis 60 Massen-% Zusatzstoffe enthält.
  2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisöl eine Polyether-Verbindung ist, die zu 30 bis 70 %, besonders bevorzugt zu 45 bis 60 %, bezogen auf die Gesamtzahl der Ether-Struktureinheiten eine Einheit der allgemeinen Formel (I) aufweist.
  3. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisöl in der Zusammensetzung zu mindestens 70 Massen-%, vorzugsweise zu mindestens 95 Massen-% enthalten ist.
  4. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 2 bis 30 Massen % Zusatzstoffe, besonders bevorzugt 2 bis 15 Massen-% enthält.
  5. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyether-Verbindung neben den (-O-(CH2)4-)n Einheiten andere Alkylenoxid-Einheiten nämlich Ethylenoxid (-O-CH2-CH2-)n und/oder Propylenoxidmonomereinheiten (-O-C3H6-)n enthält.
  6. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkylenoxideinheiten blockweise oder statistisch verteilt sind.
  7. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen zu 3 bis 40 Massen-%, vorzugsweise 5 bis 20 Massen-%, Verdickungsmittel enthalten.
  8. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsmittel zumindest ein Umsetzungsprodukt eines Salzes der Borsäure, insbesondere eines Lithiumsalzes, mit einer Hydroxycarbonsäure aufweisend 4 bis 30 Kohlenstoffatome, enthält oder daraus besteht.
  9. Zusammensetzung gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsmittel ein Umsetzungsprodukt einer Lithiumverbindung, insbesondere eines Lithiumhydroxids, mit einer Dicarbonsäure aufweisend insgesamt 4 bis 18 Kohlenstoffatome bzw. das/deren Umsetzungsprodukte mit einer der in Anspruch 8 genannten Verbindungen enthält oder daraus besteht.
  10. Verwendung der Zusammensetzung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Wälzlager- und/oder Gleitlagerfett.
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