DE1153850B

DE1153850B - Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten

Info

Publication number: DE1153850B
Application number: DEL38959A
Authority: DE
Inventors: Brunello Ciuti
Original assignee: Laboratori Riuniti Studi E Ricerche SpA
Current assignee: Laboratori Riuniti Studi E Ricerche SpA
Priority date: 1960-05-12
Filing date: 1961-05-12
Publication date: 1963-09-05
Also published as: BE603728A; NL264480A; CH425053A; NL133424C; GB926891A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

L 38959IVc/23 c

ANMELDETAG: 12. MAI 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDEB AUSLEGESCHRIFT:

5. SEPTEMBER 1963

Zum Schmieren von Wälzlagern werden bekanntlich Schmierfette auf Lithiumseifenbasis verwendet, welche dank ihrer besonderen Eigenschaften sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen eine hohe Schmierfähigkeit unter schwerer mechanischer Belastung besitzen.

In einigen Fällen, wenn beispielsweise Maschinenteile zu schmieren sind, die bei höheren Temperaturen arbeiten als sie von Schmierfetten auf Lithiumseifenbasis ausgehalten werden, sind bekanntlich Schmierfette auf der Basis von organophilen Bentoniten unentbehrlich, die unter solchen Betriebsbedingungen nicht nur nicht schmelzen, sondern auch noch die Schmierfiüssigkeit, aus der sie zum größten Teil bestehen, fest gebunden halten.

Trotz ihrer ausgezeichneten Qualitäten besitzen sowohl die Schmierfette auf Lithiumseifenbasis als auch jene auf Basis organophiler Bentonite verschiedene Mangel. So kann man beispielsweise sagen, daß einige Typen von Schmierfetten auf Lithiumseifenbasis dazu neigen, sowohl während des Betriebes als auch während der Lagerung Öl auszuscheiden, während der Hauptnachteil der Schmierfette auf der Basis organophiler Bentonite in einer gewissen Schwierigkeit der Freigabe des zur Schmierung nötigen Öles besteht, abgesehen davon, daß die organophilen Bentonite teuer sind.

Es ist bereits bekannt, Schmierfette durch Mischen von Fetten auf Seifenbasis mit solchen auf Bentonitbasis herzustellen, um ein Schmierfett zu erhalten, das die negativen Eigenschaften der beiden Bestandteile nicht aufweist.

Weiterhin ist ein kontinuierliches Verfahren bekannt, wonach zuerst ein Konzentrat von Seife und öl hergestellt, in einer zweiten Stufe das Konzentrat auf den gewünschten Öl- und Seifegehalt verdünnt und schließlich in einer dritten Stufe festes, feinverteiltes, nicht seifenhaltiges Material durch Mahlen eingebracht wird. Um die Masse flüssig zu halten, wird hierbei auf maximal 230° C erwärmt.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung wasserbeständiger Schmierfette arbeitet derart, daß anorganisches kolloidales Material in den Gelzustand gebracht und dann in dem Ölträger dispergiert wird. Man kann nach diesem Verfahren das Hydrogel direkt zur Einbringung der Kolloidstoffe in den Ölträger verwenden oder erst zu einem Alkoholgel umsetzen. Zur Herstellung eines Schmierfettes wird auch bereits als Gelierungsmittel modifizierter Montmorillonit im Gemisch mit einem Salz einer langkettigen organischen Säuren als Dispersion in einem Schmieröl verwendet. Die Herstellung erfolgt durch Vermi-Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten

Anmelder:

Laboratori Riuniti Studi e Ricerche S.p. A., San Donato Milanese (Italien)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität: Italien vom 12. Mai 1960 (Nr. 8362)

Brunello Ciuti, San Donato Milanese (Italien), ist als Erfinder genannt worden

sehen eines Bentonit-Schrnierfettes mit Bariumstearat-Schmierfett. Es wurde bereits versucht, Verdickungsmittel und Öl in einem offenen Kessel zu mischen, die Masse zu erwärmen und zu kneten, wobei dieses Kneten bei relativ hohen Drücken erfolgen muß, wenn wasserhaltige Verdickungsmittel angewandt werden. Es ist auch bekannt, Schmierfette durch Gelieren von Schmierölen mit anorganischen oder organischen Kolloiden, wie speziell behandelten Tonen, in Gegenwart von polaren Verbindungen herzustellen.

Ein anderes Verfahren geht dahin, ein Hydrogel des Verdickungsmittels mit dem Schmieröl und einer entsprechenden Lösungsmittelmenge für Schmieröl und Wasser zu mischen, das Ganze zu erwärmen bis zur Homogenisierung der flüssigen Phase, worauf das Wasser und gegebenenfalls das Lösungsmittel abdestilliert wird.

Nach einem anderen Verfahren soll die Herstellung von Schmierfett durch Einmischen eines organischen Gels in heißes Schmieröl und Abdampfen der orgarüschen Flüssigkeit möglich sein.

Die Erfahrung hat jedoch bewiesen, daß auch solche Gemische noch Unzulänglichkeiten, wie beispielsweise erhebliche Schmierfettverluste, wie durch den Lagerversuch nach ASTM D1263-53 T festgestent, und verhältnismäßig hohe Penetration aufweisen. Diese Nachteile sind besonders bei Radnabenlagern von Kraftfahrzeugen und ganz allgemein

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bei Lagern mit hoher Dauerbelastung schädlich und treten häufig auf.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Schmierfettes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man lithiumseife und organophilen Bentonit in Schmieröl homogenisiert, der Masse 1 bis 2 Gewichtsprozent eines gelierend wirkenden organischen Lösungsmittels zusetzt und das Gemisch bis zur Erreichung maximaler Konsistenz in einer Kolloidmühle oder ähnlichen Vorrichtung behandelt, woraufhin man unter Rühren das gelierend wirkende organische Lösungsmittel abdampft, die Temperatur bis auf 225 bis 280° C steigert und schließlich abkühlt. Durch diese Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Masse selbst eine Strukturänderung hervorgerufen, so daß die Struktur des fertigen Schmierfettes nicht den üblichen Gemischen der drei Komponenten entspricht. Diese Strukturänderung scheint auch die Ursache der überragenden Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Schmierfette zu sein. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten mit Lithiumseife, Bentonit und Schmierölbasis ist jedoch eine derartige Strukturänderung oder eine Wirkung, die auf einer solchen Strukturänderung beruhen könnte, noch nicht bekanntgeworden.

Es wurde gefunden, daß man bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Schmierfetten auf Basis von Gemischen an Lithiumseifen und organophilen Bentoniten in einem einzigen Herstellungsvorgang und unter geeigneten Bedingungen Produkte erhält, die andere, und zwar ausgesprochen bessere Eigenschaften besitzen als Schmierfette, die aus den gleichen Ausgangsstoffen, jedoch unter jeweils getrennter Zubereitung von Schmierfett auf Lithiumseifenbasis und auf Basis organophiler Bentonite und anschließender Mischung der beiden Komponenten erhalten werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in das Mineralöl geeignete Mengen von organophilem Bentonit und Lithiumstearat unter Erwärmen auf 50 bis 100° C eingebracht, wenn das Schmieröl eine hohe Viskosität aufweist, um ein homogenes, klumpenfreies Gemisch zu erhalten, dessen Konsistenz je nach der verwendeten Ölsorte und der Konzentration der angewandten Verdickungsmittel verschieden sein kann.

Nach diesem Verfahren wurde eine ganze Reihe von Schmierfetten hergestellt, die verschiedene Prozentsätze von Lithiumstearat und organophilem Bentonit — nachfolgend kurz »Bentonit« genannt — aufwiesen, wobei stets Schmierfette erhalten wurden, die sehr lagerbeständig und sowohl im Laborbetrieb als auch im praktischen Betrieb äußerst stabil waren.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die so hergestellten Schmierfette, was Dauerhaftigkeit und Schmierfähigkeit anbelangt, ein besseres Verhalten als die im Handel befindlichen Schmierfette zeigen, wie in Vergleichsversuchen an Vorderradnabenlagern von Kraftfahrzeugen festgestellt wurde.

Es wurde ferner festgestellt, daß Unterschiede je nach der Art des verwendeten Öles bestehen und daß diese Unterschiede um so mehr zutage treten und die Eigenschaften des. Schmierfettes um so besser sind, je größer die Viskosität des Öles ist.

. Die erfindungsgemäß hergestellten Schmierfette weisen im Vergleich zu Schmierfetten gleicher analytischer Zusammensetzung, die durch Mischung eines Fettes auf Lithiumseifenbasis und eines Fettes auf Basis von Bentonit erhalten werden, ein anderes Aussehen und eine andere Farbe, eine größere Konsistenz, bessere Haftung und Filmeigenschaften im Lager auf.

Das Infrarotspektrogramm bestätigt klar die qualitativen Unterschiede zwischen den bekannten und den erfindungsgemäß hergestellten Schmierfetten. Obwohl man bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmierfett keine Ausbildung direkter chemischer Verbindungen zwischen den Komponenten feststellen kann, ist eine Störung der Si-O-Bindungen des Bentonites bemerkbar, die man bei Schmierfetten, die durch einfaches Mischen hergestellt sind, nicht feststellen kann.

Das Röntgenbeugungsdiagramm zeigt, daß eine gewöhnliche Mischung aus den Komponenten, wie sie bei den bekannten Schmierfetten vorliegt, ein anderes Spektrum besitzt als die erfindungsgemäß hergestellten

ao Schmierfette, woraus sich einwandfrei ergibt, daß bei den erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Herstellung der Schmierfette eine Strukturmodifikation stattgefunden hat. Es liegt daher nicht, wie bekannt, eine einfache Adsorption von Kohlenwasserstoffmolekülen aus dem öl an Bentonit vor.

Die neue Struktur beruht auf der gegenseitigen Einwirkung von Seife und Bentonit.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmierfette können auch mit üblichen festen Schmiermitteln, wie Graphit und Molybdänsulfid, versetzt werden.

Beispiel 1

Eine Schmierfettprobe, bestehend aus 6 % Lithiumstearat, 6% Bentonit und 88% einer Mineralölmischung mit einer Engler-Viskosität von 16° bei 56° C, wird durch Mischen des Öls und der Verdickungsmittel unter guter Homogenisierung mit 1,5% Methylalkohol bei langsamer Erwärmung auf 225° C hergestellt und bei Raumtemperatur auf eine Fläche ausgegossen.

Die technologischen Prüfungen dieses Schmierfettes führen zu folgenden Ergebnissen:

Anfangspenetration 195 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 300 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) keine

Beispiel 2

Eine Schmierfettprobe, bestehend aus 5 % Bentonit, 4% Lithiumstearat und 91% Mineralöl mit hoher Viskosität (53° E bei 50° C), wird entsprechend Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß hier auf 240° C erhitzt wird.

Die technologlischen Prüfungen ergeben folgende Werte:

Anfangspenetration 260 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 330 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) Spuren

Beispiel 3

Eine Schmierfettprobe mit 2% Bentonit, 10% Lithiumseife und 88% Mineralöl (Viskosität 16° E bei 50° C) wird entsprechend Beispiel 1 hergestellt.

Die technologischen Prüfungen ergeben:

Anfangspenetration 232 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 360 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) 0,76 % Die technologischen Prüfungen ergeben:

Anfangspenetration 235 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 313 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) keine

Beispiel 4

Eine Schmierfettprobe mit 4% Bentonit, 10% Lithiumseife und 86% Mineralöl (Viskosität 7° E bei 50° C) wird entsprechend Beispiel 1 hergestellt.

Die technologischen Prüfungen ergeben:

Anfangspenetration 170 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 265 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) keine

Beispiel 5 Beispiel 6

ίο Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird eine Schmierfettprobe mit 2% Bentonit, 3% Lithiumseife und 95^fl/o Mineralöl (Viskosität 7° E bei 50° C) hergestellt.
Die technologischen Prüfungen ergeben:

Anfangspenetration 310 dmm

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen 430 dmm

Verlust im Lager (ASTM 1263-53 T) 2,8 %

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Beispiel 7

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren Erfindungsgemäß hergestellte Schmierfette mit Zuwird eine Schmierfettprobe mit 10% Bentonit, 2% satz von Molybdänsulfid ergeben bei den technischen Lithiumseife und 88 % Mineralöl (Viskosität 16° E Prüfungen die in der folgenden Tabelle zusammenbei 50° C) hergestellt. 25 gefaßten Werte.

Tabelle

Probe	% Zusatz	Maximale Belastung ohne Fressen kg	Spezifischer Druck bei maximaler Belastung ohne Fressen kg/cm²	Art des Zusatzes
IA 2B 4B Ohne Zusatz	2 1 1	115 95 95 90	22 990 21890 20 570 16 660	MoS₂, halbkolloidal (75%ig) wie oben MoS₂-Pulver

Aus obiger Tabelle ist ersichtlich, daß durch Zu- Die technologischen Prüfungen der beiden Proben ersatz von 2% des halbkolloidalen Produktes ausge- 45 geben: sprochen bessere Eigenschaften auch gegenüber einem Zusatz von nur 1% erreicht werden, wobei die maximale Belastbarkeit bis zum Fressen um 25 kg erhöht liegt und auch bei mittlerer wie auch bei hoher Belastung die Abnutzung vermindert wird.

Anfangspenetration

Beispiel 8

Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden zweierlei Schmierfette folgender Zusammensetzung hergestellt:

Probe A

55

Penetration nach 100 000 Doppelschlägen

Penetration nach dem Shell-Versuch

Walktest

Probe A dmm

240-250

320

295

Probe B dmm

220

340

300

5% Bentonit,
4% Lithiumstearat,
91 % Mineralöl hoher Viskosität
(53,12° E/50° C).

Probe B

5% Bentonit,
4% Lithiumstearat,
91% Mineralöl geringer Viskosität
(8°E/50°C).

Es ist bemerkenswert, daß nicht nur die Konsistenz, sondern auch die Struktur der beiden Schmierfettarten erheblich verschieden ist. Das Fett der Probe A erweist sich fast fadenbildend und ist widerstandsfähiger gegen mechanische Belastung, während Fett B gelatinöse Konsistenz besitzt. Es kann somit geschlossen werden, daß man bei Verwendung eines Öles hoher Viskosität zur Herstellung eines Schmierfettes auf Lithium- und Bentonitbasis ein Produkt erhält, welches eine besonders ge-

eignete Struktur besitzt, um die Kanalbildungserscheinungen bei der Lagerschmierung zu vermeiden.

Beispiel 9 Schmierfett a

4% Lithiumstearat,
5% Bentonit,
91 Vo Mineralöl hoher Viskosität (30° E/50° C),

Schmierfett b

4% Lithiumstearat,
5% Bentonit,
91Vo Mineralöl hoher Viskosität (7,5° E/5O⁰ C)

wird auf folgende Weise hergestellt:

1. Zwei Proben la und Ib werden nach dem bekannten Verfahren hergestellt, und zwar durch Dispersion des Stearats in 50Vo des Öles in Anwesenheit von 2% Methylalkohol, wobei auf 225° C erwärmt und dann rasch abgekühlt wurde. In der anderen Hälfte des Öles wird in Anwesenheit von 2% Methylalkohol Bentonit dispergiert. Jede Komponente wird bis zur maximalen Konsistenz gemahlen und die beiden erhaltenen Schmierfette bei Raumtemperatur zusammengemischt und: gemahlen.

2. Für weitere zwei Proben 2 a und 2 b wird das Schmierfett auf Lithiumstearatbasis nach Beispiel 1 hergestellt, dann das Schmierfett auf Basis Bentonit nach dem Mahlen auf 225° C erwärmt, auf Raumtemperatur abgekühlt und die beiden Schmierfette gemischt und gemahlen.

3. Weitere Proben 3 a und 3 b werden schließlich derart hergestellt, daß Lithiumstearat, Mineralöl und Bentonit in Anwesenheit von 2% Methylalkohol kalt gemischt, die erhaltene Masse gemahlen^ auf 225° C erwärmt und dann in einem Metallbehälter rasch abgekühlt wurde.

Die Proben werden mechanischen Belastungen unterzogen und dabei folgende Ergebnisse erhalten:

Tabelle 2

	Anfangs	Penetration	Penetration
	penetration	nach 60	nach 100000
Schmierfett		Doppel	Doppel
	dmm	schlägen	schlägen
	280	dmm	dmm
Probe la	305	290	345
Probe 2a	245	310	345
Probe 3 a	255	255	310
Probe Ib	290	280	360
Probe 2b	250	305	380
Probe3b ....	260	325

des Verdickungsmittels. In folgender Tabelle 3 sind die Unterschiede der zwei Strukturtypen, die hier mit α und β bezeichnet werden, zusammengestellt.

Aus der Fig. 2 ergibt sich, daß die Bande zweiter

5 Ordnung, das ist das zweite mäßige Maximum aus dem Spektrum bei 125° C, im Spektrum vom 180° C nunmehr sehr gering ist und beim Spektrum bei 220° C überhaupt nicht mehr aufscheint.

IO	Tabelle 3	Struktur oc	15	42	beobachtete	stark	Struktur β	dA	beobachtete
	Schmierfette 1 und 2	21	Intensität	mittel	Schmierfett 3		Intensität
	14	Jobs	mittelschwach		42 bis 44	Iobs
dA		—	schwach
14 bis 15	—
stark

Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß zwischen den Schmierfetten 1 und 2 sowie dem erfindungsgemäß hergestellten Fett 3 sowohl bei Anwendung eines Mineralöles hoher Viskosität als auch mit einem Öl geringerer Viskosität beträchtliche Unterschiede in den Eigenschaften bestehen, und zwar sowohl vor als auch nach den Dauerversuchen das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelle Schmierfett deutlich überlegen ist.

Von den Schmierfetten des Beispiels 9 werden Röntgeribeugungsdiagramme aufgenommen und die Spektren mit einem Geigerzähler photometriert. In Fig. 1 sind die Kurven angezeigt.

Die Spektren zeigen die übliche intensive Bande des Öls und einige mehr oder weniger breite Spitzen

Aus der obigen Tabelle geht folgendes hervor:

1. Obwohl Bentonit in allen Fällen organische Flüssigkeit adsorbiert hat und der Gitterabstand d der Siliziumschichten von 24 Ä auf etwa 42 Ä ausgeweitet wurde, ist die Verteilung bzw. die Art der adsorbierten Flüssigkeit bei den Schmierfetten 1 und 2 gleich, demgegenüber jedoch bei den Schmierfetten 3 unterschiedlich.

Während der Herstellung der Schmierfette 3 werden bei verschiedenen Temperaturen Proben entnommen, deren Röntgenspektren in Fig. 2 dargestellt sind, aus denen sich folgendes ersehen läßt:

2. Der Strukturtyp α tritt beim einfachen Mischen der Produkte auf.

3. Der Übergang von Struktur α auf β beginnt etwa bei 180° C und ist bei etwa 220° C vollständig.

4. Bei etwa 180° C verschwinden die Banden des kristallinen Stearats infolge Schmelzen. Die Schmelze 1 bildet mit dem Öl eine isotrope Lösung.

Aus obigem schließt man:

a) daß die Bildung der Struktur β von der Seife bestimmt wird;

b) daß eine gegenseitige Einwirkung von Seife und Bentonit stattfindet, wenn die Seife bei höherer Temperatur im Öl gelöst ist. Die Adsorbierung des Öles bewirkt unter diesen Bedingungen auch die Einführung von Seifenmolekülen zwischen die Schichten des organophilen Bentonits;

c) daß die Anwesenheit von polaren Molekülen, wie die des Stearats, die Organisation oder Anordnung der Kohlenwasserstoffmoleküle des Öles stört und die Verteilung der Elektronendichte zwischen den Siliziumschichten des organophilen Bentonits verändert.

Diese Strukturänderungen bilden die Basis für den beobachteten Synergismus der technologischen Eigenschaften der Schmierfette 3.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten auf Basis von Schmieröl, Lithiumseife und organophilem Bentonit, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lithiumseife und den organophilen Bentonit im Schmieröl homogenisiert, die Mischung nach Zugabe von 1 bis 2 Gewichtsprozent wasserfreiem Methanol bzw. Aceton bzw.

einem anderen bekannten, gelierend wirkenden organischen Lösungsmittel in einer Kolloidmühle oder einer ähnlichen Vorrichtung bis zur Erreichung der für den jeweiligen Verdickungsmittelgehalt maximalen Konsistenz behandelt, das gelierend wirkende organische Lösungsmittel durch langsames Erwärmen unter dauerndem Rühren abtreibt, unter Rühren bis auf eine Temperatur zwischen 225 und 280° C, vorzugsweise 225 bis 240° C, erwärmt und das erhaltene Schmierfett abkühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtanteü des Schmierfetts an Lithiumseife und organophilem Bentonit 3 bis 20 Gewichtsprozent beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus Seife, Bentonit und einem Schmieröl hoher Viskosität

während der Homogenisierung auf 50 bis 100° C erwärmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schmieröl mit einer Viskosität von über 4,0° E bei 50° C verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Schmierfett noch übliche feste Schmiermittel, z.B. Graphit oder Molybdändisuffid, zusetzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1089 904;

USA.-Patentschriften Nr. 2 625 508, 2 640 812;
britische Patentschriften Nr. 694 412, 713 209, 882;

französische Patentschriften Nr. 1154 684,
775.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen