DE1040164B

DE1040164B - Schmierfett und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1040164B
Application number: DEE12052A
Authority: DE
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1955-04-01
Filing date: 1956-03-07
Publication date: 1958-10-02
Also published as: FR1152146A; GB789855A

Description

Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung von Schmierfetten, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie die Zusammensetzung des in diesen Schmierfetten enthaltenen Verdicker.

Metallsalze niedermolekularer Carbonsäuren und Seifen hochmolekularer Carbonsäuren sind zur Herstellung von Fettverdickern in Form einer Mischung oder eines Seifen-Salz-Komplexes bekannt. Zur Herstellung dieser Fettverdicker benutzt man gesättigte oder ungesättigte hochmolekulare Fettsäuren mit etwa 18 bis 24 C-Atomen zusammen mit niedermolekularen Carbonsäuren wie Essigsäure, Propionsäure, Alkoxydpropionsäure u. dgl.

Es wurde nun gefunden, daß Metallsalze mittelmolekularer Carbonsäuren mit einem Metallsalz der Essigsäure und Seifen hochmolekularer Carbonsäuren zu Schmierfettverdickern verarbeitet werden können, welche den fertigen Fetten den erwünschten Tropfpunkt nebst Strukturbeständigkeit verleihen. Im Sinne der Erfindung werden die aliphatischen Monocarbonsäuren mit etwa 7 bis 10 C-Atomen, die bezüglich Kettenlänge und Molekulargewicht zwischen niedermolekularen und hochmolekularen Säuren liegen, als mittelmolekulare Carbonsäuren bezeichnet.

Die hochmolekularen Carbonsäuren sind im Sinne der Erfindung die gesättigten und ungesättigten fettbildenden Fettsäuren, im allgemeinen mit etwa 14 bis 30, vorzugsweise etwa 16 bis 24 C-Atomen, und einer Verseifungszahl von etwa 250 bis 150, z. B. Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Oxystearinsäuren. Ölsäure, Arachidinsäure, Behensäure usw. Natürliche Fettsäuren sind unter anderem Fischölsäuren, Talgsäuren, Kokosölsäuren; diese können unmittelbar oder nach der Hydrierung, welche einer Absättigung der ungesättigten Bindung dient, verwendet werden. Mischungen dieser hochmolekularen Fettsäuren, z. B. hydrierter Fischölsäuren und ölsäure, sind in jedem Mengenverhältnis einsatzfähig.

Die mittelmo'lekularen Carbonsäuren sind vor allem geradkettige, gesättigte Fettsäuren mit etwa 7 bis 10 C-Atomen.

Beispiele

Schmierfett und Verfahren
zu seiner Herstellung

Anmelder:

Esso Research and Engineering Company, Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

ίο Vertreter: E. Maemecke, Berlin-Lichterfelde West,
und Dr. W. Kühl, Kamburg 36, Esplanade 36 a,
Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
¹^ V. St. v. Amerika vom 1. April 1955

Ozanthansäure
Caprylsäure ..
Pelargonsäure
Caprinsäure ..

Molgewicht

130
144
158
172

Verseifungs-

zahl
(mgKOH/g)

431
389
354
326

Capryl- und Pelargonsäure werden vorzugsweise verwendet. Die mittelmolekularen Carbonsäuren werden in der Regel durch Behandlung von Naturprodukten wie Kokosnußöl gewonnen. Pelargonsäure fällt als Nebenprodukt bei der Herstellung von Azelainsäure durch Ozonolyse von Ölsäure an.

Als Essigsäure verwendet man Eisessig oder konzentrierte wäßrige Essigsäurelösungen.

Die Wahl der Metallkomponente der Salze und Seifen richtet sich bis zu einem gewissen Grade nach dem Verwendungszweck des wasserfreien Salz-Seifen-Gemisches. Die Erdalkalien, namentlich Calcium, Barium und Magnesium, werden im allgemeinen bevorzugt, Calcium steht im Vordergrund des Interesses. Zinksalze und -seifen sind vielfach brauchbar, z. B. wenn ein fließbares Schmiermittel verlangt wird. Bleisalze und -seifen sind zur Herstellung von Getriebeölen nützlich.

Als Metallkomponente der Salze und Seifen verwendet man ein oder mehrere Metalle. Wenn mehr als ein Metall eingesetzt wird, soll die eine Komponente ein Alkalimetall sein. Lithium und Calcium sind als Metallbestandteil von Fettgemischen vorteilhaft. In den meisten Fällen enthalten die Salze und Seifen das gleiche Metall.

Die wasserfreien Salz-Seifen-Gemische können für mineral- oder synthetische Schmieröle bestimmt sein. Verhältnismäßig große Mengen von aktivem Metall können somit in das öl eingeführt werden, ohne daß die Löslichkeit beeinträchtigt wird. Mineralschmieröle mit einer Viskosität von etwa 2 bis 217 cSt bei 37,8° C werden als flüssige Phase der Schmierfette bevorzugt. Die Mineralöle können aus beliebigen Erdölen paraffi-

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nischer oder napthenischer Basis stammen und in bekannter Weise raffiniert sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Mineralöle; synthetische öle mit einer Viskosität von wenigstens 2 cSt bei 37,8° C können die flüssige Phase oder einen Teil der flüssigen Phase der Schmierfette bilden. Brauchbare synthetische Schmieröle sind unter anderem Ätheralkohole von der Formel

RO(C_nH_2nO)₁H,

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worin R eine Alkylgruppe, z. B. Butyl, η eine ganze Zahl von 2 bis 5 und χ eine ganze Zahl von 1 bis 40 ist; Ester einbasischer Carbonsäuren mit insgesamt 20 bis 80 C-Atomen, z. B. solche, die sich von C₄ bis C₁₈ aliphatischen Säuren und C₄ bis C₁₈ aliphatischen Alkoholen ableiten, wobei die C₄ bis C₁₈-Reste Butyl, Isobutyl, Hexyl, Octyl, Isooctyl, 2-Äthylhexyl, Nonyl. Decyl, Lauryl, Stearyl u. dgl. bedeuten; Diester zweibasischer Säuren wie Adipin- oder Sebacinsäure mit einwertigen Alkoholen wie Hexyl-, Octyl-. 2-Äthylhexylalkohol oder höheren Alkoholen; Ester von Polyäthylenglykolen mit C₈ bis C₁₈ verzweigtkettigen Carbonsäuren: Komplexester mehrbasischer Carbonsäuren, mehrwertiger Alkohole, einbasischer Säuren und bzw. oder einwertiger Aikohole, z. B. Komplexester mit einem Glykolrest oder dem Rest einer zweibasischen Säure als Kern; Phosphorsäureester oder -thioester aliphatischer Alkohole oder Mercaptane mit bis zu 18 C-Atomen; Halogenkohlenstoftöle wie Polymere von Chlorfluoralkylenen wie Clilortrifluoräthylen; Organosiloxane; Sulfitester; organische Carbonate; Mercaptale: Formale usw.

Die wasserfreien Gemische von Salzen und Seifen können durch Mischneutralisation von Essigsäure, ir.ittelmolekularen und hochmolekularen Carbonsäuren mit geeigneten Basen, insbesondere dem Hydroxyd und bzw. oder Carbonat der betreffenden Metalle, hergestellt werden. Die Mischneutralisation kann in situ in der Flüssigkeit selbst vor sich gehen, in welcher das wasserfreie Gemisch Verwendung finden soll, wenn die Flüssigkeit unter den Verseifungsbedingungen inert ist. Das Säuregemisch kann beispielsweise in einem Teil oder in der Gesamtmenge des Schmieröls mischneutralisiert werden, welches das Dispergiermittel für das zu dickende Fett bildet. Die Temperatur beträgt während oder nach der gemeinsamen Neutralisation etwa 120 bis 177° C, um die Masse zu dehydratisieren und die Bildung eines innigen Gemisches von Salzen und Seifen zu fördern. Wenn die Wärmebehandlung in einem flüssigen Dispergiermittel ausgeführt wird, soll sein Siedepunkt über der Behandlungstemperatur liegen oder die Wärmebehandlung verläuft unter Druck.

Die wasserfreien Salz-Seifen-Gemische können auch in der Weise hergestellt werden, daß man wenigstens einen Teil des Acetates, des Salzes der mittelmolekularen Säure oder der Seifen der hochmolekularen Säuren getrennt im voraus bildet. Diese Maßnahme ist weniger vorteilhaft als die gemeinsame Neutralisation, ist aber empfehlenswert, wenn Salze und Seifen verschiedener Metalle erwünscht sind.

Im allgemeinen werden Schmierfette, welche den Verdicker gemäß der Erfindung enthalten, dadurch hergestellt, daß hochmolekulare und mittelmolekulare Fettsäuren mit der Metallbasis in einem Teil oder der Gesamtmenge des anzuwendenden Schmieröls dispergiert werden. Das Gemisch wird auf etwa 25 bis 50° C unter Rühren 10 bis 30 Minuten erwärmt. Sodann wird Essigsäure eingetragen, das Gemisch etwa 10 bis 30 Minuten gerührt und die Wärmezufuhr dann fortgesetzt. Das restliche Schmieröl wird bei etwa 138 bis 150° C oder sonst beim Abkühlen eingetragen. Die üblichen Zusatzstoffe wie Oxydations- und Korrosionsinhibitoren, Metalldeaktivatoren, Hochdruckmittel, Stabilisatoren wie Aluminiumstearat können dann mit dem etwaigen Rest des Schmieröls eingeführt werden. Die Fettschicht wird dann auf etwa 120 bis 177° C erhitzt und nimmt hierbei Festkonsistenz an: die Wärmezufuhr wird dann abgestellt. Das gedickte Schmierfett wird unter Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt und schließlich in einer Gaulin- oder Morehousemühle homogenisiert.

Zur Herstellung des Schmierfettes gemäß der Erfindung verwendet man etwa 50 bis 97 Gewichtsprozent Schmieröl und etwa 3 bis 50 Gewichtsprozent des wasserfreien Salz-Seifen-Gemisches. Vorzugsweise enthält das Fett etwa 5 bis 30 Gewichtsprozent dieses wasserfreien Gemisches mit 1 bis 6 Gewichtsprozent Essigsäure, 0,25 bis 6 Gewichtsprozent einer mittelmolekularen Carbonsäure und 3 bis 15 Gewichtsprozent hochmolekularer Carbonsäuren. Die Menge der Metallbase liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 1 bis 6 Gewichtsprozent. Alle Angaben in Gewichtsprozent beziehen sich auf das Gesamtgewicht des fertigen Fettes. Das Molverhältnis von Essigsäure zu der mittelmolekularen und der hochmolekularen Säure beträgt weniger als etwa 5 : 1, vorzugsweise 1:1. Das Molverhältnis der hochmolekularen zur mittelmolekularen Säure liegt zwischen 1 : 1 und 10:1.

Beispiel

Um die Wirkung eines mittelmolekularen Säuresalzes in Verbindung mit einem essigsauren Metallsalz und Metallseifen der üblichen fettbildenden hochmolekularen Carbonsäuren zu zeigen, wurden drei Fettvermischungen hergestellt:

Fett A. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, wurde ein bekanntes Calciumschmierfett aus hochmolekularen Säuren, nämlich ölsäure und hydriertem Fischöl, mit Essigsäure hergestellt.

Fett B. Eine Vermischung gemäß der Erfindung ist in der Tabelle mit B bezeichnet. Die Hälfte des Mineralschmieröls, Kalk, ölsäure, hydrierte Fischölsäuren und Pelargonsäure wurden vermischt und 15 Minuten auf etwa 50° C erhitzt. Danach wurde Essigsäure eingetragen und unter Rühren 15 Minuten weitererhitzt. Aluminiumstearat als starkwirkender .Stabilisator wurde in dem restlichen Mineralschmieröl bei Raumtemperatur dispergiert. Die Dispersion wurde dann auf etwa 95° C erwärmt und in das Fett eingetragen. Die Masse wurde dann auf etwa 160° C erwärmt. Bei dieser Temperatur verdickte sich das Fett, und die Wärmezufuhr wurde abgestellt. Das Fettgemisch wurde auf Raumtemperatur unter Rühren gekühlt und in einer Morehousemühle homogenisiert.

Fett C. Die Herstellung dieses Fettes verlief nach den für Fett B gebrachten Angaben, jedoch mit einem höheren Anteil an Pelargonsäure.

Tabelle

	A	0	Schmierfett	C
		7.00	B
Zusammen
setzung: Ge		7.00
wichtsprozent	¹ '	3,50
Pelargonsäure	1.00	4,00
ölsäure	6.50
Hydrierte		4.00
Fischölsäuren	6.50

	A	Schmierfett	.	I	C
		I ^B
Calcium-	4,50		4,60
hydroxyd ....	3.75	4,50	3,75
Essigsäure ....		3,75
Aluminium-	1,00		1,00
stearat	76.51!)	1,00	79.15²)
Mineralöl		76.75¹)
Molverhältnis
(C₁/ höhere	—		1:1
Säuren)		1 :1
Verseifungs-
zahl der	198		265
Säuren		210
Verhalten	griesig		glatt
Aussehen		glatt	+ 260° C
Tropfpunkt . ..	(Unzuläng	+ 260° C
ASTAl Pene	liches Pro
tration bei	dukt,
25^: C mm/10	Synärese
	beim
	Stehen)

Walken,			350
60 Stöße		245 j
Walken,		I	332
1000 Stöße ..		(40,6° C)

¹J Ein lösungsmittelraffiniertes naphthenisches öl einer Viskosität von 10,2 cSt bei 98,9° C.

²) West-Texas-Rohöldestillat, 13 cSt/98,9⁰ C.

Die Tabelle lehrt, daß eine mittelmolekulare Fettsäure wie Pelargonsäure im Sinne der Erfindung ein Schmierfett verbessert und stabilisiert, dessen Verdicker ein Seife-Salz-Gemisch ist, welches ein Salz einer niedermolekularen und eine Seife einer hochmolekularen Säure enthält. Bei der Schmierfettherstellung gemäß Erfindung sind geringere Temperaturen erforderlich, und die Schmierfette weisen höhere Tropf punkte sowie gute Walkpenetrationswerte auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Schmierfett, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Schmieröl, z. B. Mineralöl, besteht, welches mittels eines wasserfreien Gemisches von Metallsalzen der Essigsäure, mindestens einer Fettsäure mittleren Molekulargewichts mit 7 bis 10 C-Atomen im Molekül und mindestens einer Fettsäure hohen Molekulargewichts mit 14 bis 30 C-Atomen im Molekül zur Fettkonsistenz gedickt ist, wobei das Mol verhältnis der Essigsäure zu jeder der beiden anderen Säuren weniger als 5:1 beträgt.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Schmieröl als Hauptbestandteil und einer geringen Menge eines Fettbildners in Form eines wasserfreien Gemisches aus Calciumacetat, Calciumpelargonat und einer Calciumseife hochmolekularer Fettsäuren mit etwa 18 bis 22 C-Atomen, insbesondere eines Gemisches aus Oleinsäure und hydrierten Fischölsäuren, besteht, wobei das Molverhältnis des Restes der Essigsäure zu denjenigen der Pelargonsäure und der hochmolekularen Säuren etwa 1 : 1 bis weniger als 5 : 1 beträgt.

3. Schmierfett nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es das Salzgemisch in Mengen von 3 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Fettes, enthält.

4. Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine Fettsäure mittleren Molekulargewichts mit 7 bis 10 C-Atomen im Molekül, mindestens eine Fettsäure hohen Molekulargewichts mit 14 bis 30 C-Atomen im Molekül und Essigsäure im Molverhältnis von Essigsäure zu jeder der beiden anderen Säuren von weniger als 5 : 1 in einem Schmieröl unter Erhitzen mit einer Metallbase, insbesondere Calciumhydroxyd, neutralisiert und das neutralisierte Gemisch durch weiteres Erhitzen dehydratisiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fettsäure oder Fettsäuren mittleren Molekulargewichts, die Fettsäure oder Fettsäuren hohen Molekulargewichts und die Essigsäure in dem Schmieröl dispergiert, eine zur Neutralisation der Säuren ausreichende Menge der Metallbase zusetzt und das Gemisch auf eine zur Neutralisation der Säuren ausreichende Temperatur und sodann weiter auf eine zur Dehydratisierung ausreichende Temperatur erhitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fettsäure oder Fettsäuren mittleren Molekulargewichts, die Fettsäure oder Fettsäuren hohen Molekulargewichts und die Metallbase in dem Schmieröl dispergiert, das Gemisch für eine zur Verseifung der Säuren ausreichende Zeitdauer erwärmt, dann die Essigsäure zusetzt und das Gemisch durch weiteres Erhitzen auf 120 bis 175° C dehydratisiert.

7. Verdicker für Schmierfette nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einer wasserfreien Mischung von wenigstens einem Metallsalz der Essigsäure, wenigstens einem Metallsalz einer mittelmolekularen Carbonsäure mit etwa 7 bis 10 C-Atomen und einer Metallseife einer hochmolekularen Carbonsäure mit etwa 14 bis 30 C-Atomen, insbesondere 18 bis 22 C-Atomen besteht, wobei das Molverhältnis der Essigsäure zu den anderen Säuren weniger als 5 :1 beträgt.

8. Schmierfettverdicker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbestandteil der Salze und Seifen ein Erdalkalimetall, z. B. Calcium, ist.

9. Schmierfettverdicker nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die mittelmolekulare Säure Pelargonsäure ist.

10. Schmierfettverdicker nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hochmolekularen Säuren ein Gemisch aus ölsäure und hydrierten Fischölsäuren sind.

11. Schmierfettverdicker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol verhältnis der hochmolekularen zu der mittelmolekularen Säure zwischen 1 :1 und 10 :1 liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1 085 875.