DE1444785B1 - Verfahren zur Herstellung von feinstverteilte Feststoffe enthaltenden Schmierfetten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von feinstverteilte Feststoffe enthaltenden Schmierfetten

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DE1444785B1
DE1444785B1 DE19631444785D DE1444785DA DE1444785B1 DE 1444785 B1 DE1444785 B1 DE 1444785B1 DE 19631444785 D DE19631444785 D DE 19631444785D DE 1444785D A DE1444785D A DE 1444785DA DE 1444785 B1 DE1444785 B1 DE 1444785B1
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Walter Morrison
Henry Stevenson
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BP PLC
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Schmierfetts, das wasserlösliche Feststoffe in kolloidaler Verteilung enthält. Nach bekannten Verfahren, die beispielsweise in der USA.-Patentschrift 831 809 und der britischen Patentschrift 778 822 beschrieben wurden, setzt man dem Schmierfett einen solchen wasserlöslichen Feststoff, beispielsweise Nitrit, als Lösung zu und entwässert die erhaltene Emulsion. Diese Methodik, bei der das gesamte Schmierfett dem Entwässerungsvorgang unterworfen werden muß, hat sich für die Praxis als völlig unbrauchbar erwiesen, da praktisch unüberwindliche Schwierigkeiten auftreten, wenn die gesamte Masse des Schmierfetts in dieser Weise bearbeitet werden soll.
Aus diesem Grund wurde in der Technik ein Verfahren entwickelt, bei dem zunächst die kolloidale Feinverteilung des wasserlöslichen Feststoffes in einer vergleichsweise leicht beweglichen organischen Phase hergestellt, die wäßrige Lösung des wasserlöslichen Feststoffes mit dieser Hilfsflüssigkeit emulgiert und dann aus dieser Emulsion das Wasser verdampft wird. Danach liegt eine kolloidale Dispersion des wasserlöslichen Feststoffes in der Hilfsflüssigkeit vor. Diese Hilfsflüssigkeit wird in das Schmierfett eingearbeitet bzw. durch geeignete Zusatzstoffe in Schmierfett umgewandelt. Dieses allein praktisch durchführbare Verfahren wird beispielsweise in der britischen Patentschrift 902 623 beschrieben. Mit diesem Verfahren gelingt es verhältnismäßig gut, primäre kolloidale Feststoffdispersionen der gewünschten Teilchengröße, die in der Regel unter 5 Mikron liegen soll, zu erhalten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es schwierig ist, diesen kolloidalen Verteilungsgrad so zu stabilisieren, daß er die Stufe des Einarbeitens der kolloidalen Feststoffdispersion in das Schmierfett oder auch die Lagerung bei erhöhten Temperaturen einwandfrei übersteht. Häufig tritt jedoch bei der weiteren Verarbeitung der primären kolloidalen Feststoffdispersion bzw. bei Einwirkung erhöhter Temperaturen eine rasche Teilchenvergröberung ein, so daß letzten Endes ein Produkt vorliegt, das nicht mehr die gewünschte kolloidale Feinverteilung des Feststoffes aufweist.
Man hat daher bereits festgestellt, daß bei der Herstellung der kolloidalen Feststoffdispersion in dem flüssigen Hilfsmedium mit Vorteil Emulgatoren mitverwendet werden. In der Praxis wurden zu diesem Zweck meist Erdölwachsoxydate (beispielsweise britische Patentschrift 902 626, S. 9, Anspruch 1) eingesetzt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Emulgatoren zu finden, die eine noch größere Stabilität der kolloidalen Feststoffdispersion gewährleisten und damit die Aufarbeitung dieser kolloidalen Feststoffdispersion zum fertigen Schmieröl vereinfachen und die Gefahr einer Teilchenvergrößerung mit größerer Sicherheit ausschließen, als die bekanntermaßen verwendeten Emulgatoren.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von feinstverteilte Feststoffe enthaltenden Schmierfetten durch Emulgieren einer wäßrigen Lösung eines Feststoffes in Gegenwart eines Emulgierhilfsmittels in einem Schmieröl zu einer Wasser-in-öl-Emulsion und anschließendes Entwässern der Emulsion, ferner durch Mischen der so hergestellten Dispersion mit einem Fett oder durch Verdicken der Dispersion mit fettbildenden Mitteln auf Fettkonsistenz, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Emulgierhilfsmittel für das Emulgieren der wäßrigen Lösung des Feststoffes mit dem Schmieröl und das anschließende Entwässern der Emulsion als Fettverdickungsmittel an sich bekannte, mit einem quaternären Ammoniumsalz überzogene Montmorillonitplättchen verwendet werden.
Oleophiler Montmorillonit ist an sich in der Schmiermitteltechnik bekannt. Er wurde jedoch zu einem völlig anderen Zweck, nämlich zur Schmierfettverdickung eingesetzt. Gemäß der Erfindung sollen begrenzte Mengen dieses oleophilen Montmorillonits als Emulgator in der Stufe der primären Herstellung der kolloidalen Feststoffdispersion eingesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß in dieser Weise hergestellte Feststoffdispersionen ganz besonders stabil bezüglich ihrer Teilchengröße sind und daß mit diesen Feststoffdispersionen die Herstellung des Gesamtfetts erheblich vereinfacht wird. Nach dem Stand der Technik mußte bisher ein verhältnismäßig kompliziertes Verfahren angewendet werden, weil die mit Wachsoxydaten hergestellten, primären kolloidalen Feststoffdispersionen gegen Temperatureinwirkung und Scherbeanspruchungen empfindlich sind. Gerade gt Scherbeanspruchungen treten aber notwendigerweise ™ bei den Homogenisierungsvorgängen des Schmierfetts auf. Es hat sich daher bei den bekannten Verfahren als notwendig erwiesen, die vorbereitete kolloidale Feststoffdispersion dem vorgemahlenen kalten Schmierfett zuzugeben, um unerwünschte Teilchenvergröberungen auszuschließen. Auf Grund der Empfindlichkeit der in bekannter Weise hergestellten Feststoffdispersionen gegen Scherbeanspruchungen war es bisher notwendig, die Hauptmenge des Schmierfetts in der Kolloidmühle zu homogenisieren, bevor die getrennt zubereitete Feststoffdispersion zugesetzt wurde. Dazu mußte zunächst das heiße Schmierfett wenigstens teilweise gekühlt und dann homogenisiert bzw. der Kolloidmahlung unterworfen werden. Dieses Produkt wurde dann in den Mischkessel zurückgeführt und bei niedrigen Temperaturen mit der kolloidalen Feststoffdispersion vermischt und anschließend einem erneuten Mahlverfahren zur guten Durchmischung unterworfen, wobei aber hier nur begrenzte Scherbeanspruchungen zulässig waren.
Demgegenüber zeigt die Verwendung des oleo- m philen Montmorillonits als Emulgiermittel erhebliche Vorteile für das Gesamtverfahren. So entfällt die getrennte Homogenisierung der Hauptschmierfettmenge. Es können zunächst Schmierfettgrundmaterial und Dispersion auf einfachste Weise gewonnen und dann lediglich miteinander vermischt werden. Hierbei ist es von Vorteil, daß die gekühlte Feststoffdispersion dem heißen Schmierfett bedenkenlos zugemischt werden kann. Es entfällt die Notwendigkeit der getrennten Abkühlung des Schmierfettgrundmaterials. Die Mischung wird anschließend homogenisiert bzw. in die Kolloidmühle gegeben und ist dann gebrauchsfertig. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein wesentlich einfacherer Herstellungsvorgang ermöglicht.
Darüber hinaus werden erfindungsgemäß als Emulgatoren Materialien eingesetzt, die an sich konventioneller Schmierfettbestandteil sind, so daß im erhaltenen Endprodukt kein störender Fremdstoff vorliegen kann.
Zahlenmäßig ist die erhöhte Stabilität der im Sinne der Erfindung hergestellten kolloidalen Feststoffdispersionen aus der Tabelle ersichtlich. Die Spalte 5 zeigt
die Teilchengröße bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen. Obwohl die Homogenisierung der beiden Teilströme durch Vermählen bei so hohen Temperaturen wie 106 bzw. 700C durchgeführt wird und dabei die Vormischung bei 145° C stattgefunden hat, ist im Fertigprodukt die Teilchengröße des Feststoffes unter 5 Mikron. Nach dem Stand der Technik wird diese Teilchengröße nur unter ganz besonders vorsichtigen Verarbeitungsbedingungen erhalten. Selbst wenn man diese ursprünglich eingestellt hat, führt ein Erhitzen des Gemisches nach dem Vermählen auf erhöhte Temperaturen (90 bzw. 120° C) zu leichter bis schwerer Agglomeration. Selbst bei so vorsichtiger Arbeitsweise, wie sie in den Beispielen 3 und 4 dargestellt ist, sind zahlreiche Agglomerate mit Teilchengrößen im Bereich von 25 Mikron festzustellen. Der Vorteil, der durch die Erfindung gegeben ist, sollte eindeutig sein.
Schmierfett 1 1 2 < Raumtempera fm- > persion ' gut IVUUlIlLLrlllk'^l CLllti.
erhitzt auf nach Vermählen erhitzt auf		 50cC 9O0C 1200C 3 4 KM 7^ etwa 25 5 H KM 106 H
LUX * 130 C gut leichte starke nach Zusatz der i^ \J U/J.O *J\J / ~J nach
Zusammensetzung starke Agglo Agglo Dispersion Zusatz
Hydriertes Rizinusöl, 13,05 9,84 <5 Agglo meration meration 13,05 13,07 agglomeriert 9,61 der Di gut
Gewichtsprozent < 1SJ.VI ' meration <5 viele Zusammen spersion
LiOH(H2O), 1,83 1,36 «—vor Zusatz der Dis 1,83 1,83 40 bis 50 ballungen 1,41 106
Gewichtsprozent 81,46 85,20 81,46 81,50 etwa 25 86,07 <5 70
öl, Gewichtsprozent
Antioxidans, 0,55 — 0,55 0,48 0,43
Gewichtsprozent
Natriumnitrit, 2,40 2,78 2,40 2,41 2,38
Gewichtsprozent <5
Wachsoxydat, 0,71 0,82 0,71 0,71 — <5
Gewichtsprozent — — — — 0,10
Oleophiler Montmorillonit,
Gewichtsprozent
Verfahren
Mischtemperatur von Fett 50 80 145
und Dispersion, 0C......
Kolloidmahlung (KM) oder
Homogenisierung (H)....
Mahl-ZHomogenisier-
tpmnpra tut* f™1
NaNO2-Dispersion
NaNOa-Teilchengröße, μ...
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dispergiert man zweckmäßig das Verdickungsmittel auf Tonbasis in der öligen Flüssigkeit und gibt danach die wäßrige Lösung zu. Die Emulsion ■ kann durch Bewegen des Gemisches, z.B. durch schnelles Rühren, Behandlung in einer Mühle oder beides hergestellt werden. Die Entwässerung der Emulsion erfolgt am zweckmäßigsten durch Erhitzen, z. B. auf eine Temperatur von 115 bis 1700C. Während der Entwässerung durch Erhitzen ist es ratsam, die Emulsion weiter zu rühren, um die Schaumbildung zu verringern und sicherzustellen, daß die Emulsion nicht bricht.
Als ölige Flüssigkeiten kommen Schmieröle, Rückstände, Heizöle oder Leuchtpetroleum auf Mineralölbasis in Frage. Auch Pflanzenöle, z. B. Rizinusöl, oder Syntheseöle, z. B. Diester, Polyester, Polyglycole, Polyäther oder siliconhaltige Syntheseöle, kommen in Betracht.
Die Konzentration des wasserlöslichen Feststoffs im Endprodukt, d.h. in seiner Suspension im öligen Medium, beträgt vorzugsweise 0,5 bis 25 Gewichtsprozent.
Das zur Herstellung der Emulsion verwendete Verdickungsmittel auf Montmorillonitbasis wird vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 5%, bezogen auf das Gewicht der öligen Flüssigkeit, .gebraucht.
Im allgemeinen ist es vorteilhaft, eine ziemlich stark konzentrierte Lösung des wasserlöslichen Feststoffs zu verwenden, da hierdurch die Wassermenge, die aus der Emulsion entfernt werden muß, geringer wird. Besonders vorteilhaft sind Lösungen mit einer Feststoffkonzentration von 20 bis 70 Gewichtsprozent.
Zu den wasserlöslichen Feststoffen, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung in öligen Medien suspendiert werden können, gehören wasserlösliche Korrosionsschutzmittel, z. B. Alkali- und Ammoniumnitrite, -carbonate, -bicarbonate, -sulfite, -borate,
-chlorate, -perchlorate, -hypochlorite, -silicate, -phosphate, -salicylate, -citrate, -tannate, -lactate, -tartrate, -oxalate, -phthalate, -acetate, -jodate, -arsenite, -chromate, -molybdate und -wolframate, sowie Aminnitrite, -phosphate und -jodate. Die Erfindung ist jedoch nicht auf wasserlösliche Feststoffe beschränkt, die als Korrosionsschutzmittel dienen. Weitere wasserlösliche Feststoffe, die verwendet werden können, sind beispielsweise wasserlösliche Höchstdruckzusätze (z.B. Hydroxyfettsäuren, Polycarbonsäuren, Hydroxypolycarbonsäuren, organische Salze (z. B. Natriumbenzoat), Amide und Aminosäuren) und wasserlösliche feste Säureakzeptoren (z. B. Calciumacetat).
Bei der Vermischung von Verdickungsmitteln auf Montmorillonitbasis mit Schmierölen zur Herstellung von Fetten wird nicht immer die mögliche Verdickungswirkung voll erreicht. In diesen Fällen ist es üblich, ein Aktivierungsmittel, wie Aceton, dem Gemisch zuzusetzen, wodurch die volle mögliche Verdickungswirkung erzielt wird. Das Aktivierungsmittel verdampft, so daß es im Endprodukt nicht enthalten ist. Verwendet man beim Verfahren gemäß der Erfindung ein Verdickungsmittel auf Tonbasis, das normalerweise zusammen mit einem Aktivierungsmittel gebraucht wird, so ist es vorzuziehen, das Aktivierungsmittel zu verwenden. In diesem Fall mischt man das öl, das Verdickungsmittel und das Aktivierungsmittel, dispergiert darin die wäßrige Lösung und dehydratisiert die Emulsion.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Herstellungsvorschriften für die öldispersion und einiger Beispiele für die Schmierfettherstellung näher erläutert. Hierbei werden zwei Verdickungsmittel auf Montmorillonitbasis verwendet, die im Handel unter der Bezeichnung »Bentone 34« und »Baragel« erhältlich sind. Die Montmorillonitplättchen bestehen aus Teilchen einer Größe von etwa 1 χ 150 χ 150 ταμ und sind von einem quaternären Ammoniumsalz umhüllt. Im Falle von »Bentone 34« besteht dieses Salz aus Dimethyldioctadecylammoniumchlorid.
Herstellungsvorschriften für die öldispersionen
1. Folgende Ausgangsmaterialien wurden verwendet:
220 g Natriumnitrit, 380 g Wasser,
40 g »Baragel«,
1400 g öl,
10 g Aceton.
50
Als öl wurde eine säurebehandelte Destillatschmierölfraktion aus einem Tia-Juana-Rohöl verwendet, die eine Viskosität von 63 cSt bei 500C hatte.
Das Aceton und das Verdickungsmittel wurden mit dem öl gemischt, und eine Lösung des Natriumnitrits im Wasser wurde in dieses Gemisch eingerührt, wobei eine grobe Emulsion erhalten wurde. Die grobe Emulsion wurde durch eine Kolloidmühle gegeben, wobei eine glatte, stabile Emulsion gebildet wurde, die zur Entfernung des Wasser unter Rühren auf 1400C erhitzt wurde. Das wasserfreie Produkt war eine Dispersion von Natriumnitrit im öl. Der größere Teil der Natriumnitritteilchen in der fertigen Dispersion hatte einen mittleren Durchmesser von weniger als 5 μ.
(Anmerkung: Das Aceton wirkt als Aktivator für das »Baragel« und verdampft natürlich während des Verfahrens.)
2. Folgende Ausgangsstoffe wurden verwendet:
310 g Natriumcarbonat,
500 g Wasser,
10 g »Baragel«,
1310 g öl,
5 g Aceton.
Das öl war eine Destillatfraktion aus einem Mittelost-Rohöl und hatte eine Viskosität von 37 cSt bei 6O0C und einen Viskositätsindex von 95.
Auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Dispersion des Natriumcarbonats hergestellt. Während der Abkühlung der fertigen Dispersion wurden 6 g eines Oxydationsinhibitors zugegeben. Der größere Teil der Natriumcarbonatteilchen in der Dispersion hatte einen mittleren Durchmesser von weniger als 5 μ.
3. Folgende Ausgangsstoffe wurden verwendet:
450 g Natriumnitrit,
450 g Wasser,
120 g »Bentone 34«,
2500 g öl,
20 g Aceton.
Das öl und die Arbeitsweise waren die gleichen wie im Beispiel 1. Der größere Teil der Natriumnitritteilchen in der fertigen Dispersion hatte einen mittleren Durchmesser von weniger als 5 μ.
4. Folgende Ausgangsstoffe wurden verwendet:
450 g Natriumnitrit,
450 g Wasser,
40 g »Baragel«,
10 g Aceton,
2500 g Rizinusöl.
Es wurde in der gleichen Weise gearbeitet, wie in Vorschrift 1 beschrieben. Der größere Teil der Natriumnitritteilchen in der fertigen Dispersion hatte einen mittleren Durchmesser von weniger als 5 μ.
5. Folgende Ausgangsstoffe wurden verwendet:
450 g Natriumnitrit,
450 g Wasser,
40 g »Baragel«,
10 g Aceton,
2500 g Siliconöl.
Das Siliconöl war ein im Handel erhältliches Siliconschmieröl einer Viskosität von 49 cSt bei 6O0C.
Der größere Teil der Natriumnitritteilchen in der fertigen Dispersion hatte einen mittleren Durchmesser von weniger als 5 μ.
Beispiel 1
Ein Fett wurde aus folgenden Ausgangsstoffen hergestellt:
1700 g hydriertes Rizinusöl (eine Form der
12-Hydroxystearinsäure),
272 g LiOH(H2O),
11300 g öl,
285 g Antioxydans.
Als öl wurde ein aus Tia-Juana-Rohöl erhaltenes Vakuumdestillat einer Viskosität von 68 cSt bei 500C verwendet.
Das Fett wurde wie folgt hergestellt: Das hydrierte Rizinusöl wurde in einem Teil des Öls aufgelöst. Zur Verseifung wurde das Lithiumhydroxyd (gelöst in seinem 5fachen Gewicht an Wasser) zur Lösung ge-
7 8
geben. Nach der Verseifung wurde das Gemisch de- Penetration, ungewalkt
hydratisiert und der Rest des Öls zum heißen Gemisch (IP 50/62) 253
gegeben. Nach der Abkühlung wurden 2,7 kg der in Walkpenetration, 60 Stöße
der Herstellungsvorschrift 1 beschriebenen Natrium- (IP 50/62) 270
nitritdispersion zugegeben, worauf das Gemisch durch 5 Walkpenetration,
eine Kolloidmühle geleitet wurde. Erhalten wurde ein 100 000 Stöße
Fett mit folgenden Eigenschaften: (IP 50/62) 296
Tropfpunkt (IP 132/57) ... 99°
Penetration, ungewalkt Freie Säure (IP 37/61) .... —
(IP 50/62) 259 I0 Freies Alkali (IP 37/61) ... 0,97 Gewichtsprozent
Penetration, gewalkt, ' Wassergehalt (IP 74/62)... 0,5 Gewichtsprozent
60 Stöße (IP 50/62) 271 SKF-Korrosionstest gut
Penetration, gewalkt, NaNO2-Teilchengröße ... unter 5 μ.
100000 Stöße (IP 50/62) 302
Tropfpunkt (IP132/57) 176° '5 -^er SKF-Korrosionstest wurde in einem Lager
Freie Acidität (IP 37/61) durchgeführt, das im wesentlichen aus einem doppel-
Freies Alkali (IP 37/61) .'' 0,81 Gewichtsprozent reihigen Kugelring mit Preßstahlkäfig von 35 mm
ölabscheidung br: der La- Bohrung bestand, der in einem Stehlager unter-
gerung bei 25V P121/57) 1,1 Gewichtsprozent gebracht war. Das Lager wurde unbelastet mit
Ausblutungstest 20 ^O UpM betrieben. Das Lager wird mit dem zu
(DTD 825A) 4,4 Gewichtsprozent prüfenden Fett gefüllt und das Gehäuse so angeordnet,
NaNO2-Teilchengröße ... unter 5 μ daß es einen Becher um das Lager bildet, in den
SKF-Korrosionstest gut 20 cm3 Wasser gefüllt werden. Das Lager wird (mit
dem anwesenden Wasser) an drei aufeinanderfolgen-25 den Tagen jeweils 8 Stunden täglich betrieben, worauf
Beispiel 2 eme Ruhezeit von 3 bis 4 Tagen folgt. Nach dieser
Ruhezeit werden die Lagerteile auf Rost und Korro-Ein Fett wurde aus folgenden Ausgangsstoffen sion geprüft.
hergestellt: Die Abkürzung »IP« mit anschließender Zahl
30 bezeichnet einen Test, der ausführlich in dem vom
1,70 kg hydrierte Fischölfettsäuren, British Institute of Petroleum herausgegebenen Buch
0,23 kg Calciumhydroxyd, »Standard Methods for Testing Petroleum and its
8,07 kg öl. Products« beschrieben ist.

Claims (1)

  1. 35 Patentanspruch:
    Als öl wurde ein aus Tia-Juana-Rohöl erhaltenes Verfahren zur Herstellung von feinstverteilte
    Vakuumdestillat einer Viskosität von 33 cSt bei Feststoffe enthaltenden Schmierfetten durch Emul-
    5O0C verwendet. gieren einer wäßrigen Lösung eines Feststoffes in
    Das Fett wurde wie folgt hergestellt: Die Fett- Gegenwart eines Emulgierhilfsmittels in einem
    säuren wurden in einem Teil des Öls gelöst. Die 4° Schmieröl zu einer Wasser-in-öl-Emulsion und
    Lösung wurde mit dem Calciumhydroxyd (aufge- anschließendes Entwässern der Emulsion, ferner
    schlämmt im 4fachen seines Gewichts an Wasser) durch Mischen der so hergestellten Dispersion mit
    versetzt. Nach der Verseifung wurde das Gemisch einem Fett oder durch Verdicken der Dispersion
    entwässert, bis der Wassergehalt etwa 1,5 Gewichts- mit fettbildenden Mitteln auf Fettkonsistenz, da-
    prozent betrug. Man gab das restliche öl zum heißen 45 durch gekennzeichnet, daß als Emul-
    Gemisch und ließ das Fett abkühlen, nachdem 2,1 kg gierhilfsmittel für das Emulgieren der wäßrigen
    der in der Herstellungsvorschrift 1 beschriebenen Na- Lösung des Feststoffes mit dem Schmieröl und
    triumnitritdispersion zugegeben worden waren und das anschließende Entwässern der Emulsion als
    das Fett bis zur gleichmäßigen Dispergierung des Fettverdickungsmittel an sich bekannte, mit einem
    Natriumnitrits gerührt worden war. Das Fett hatte so quaternären Ammoniumsalz überzogene Mont-
    folgende Eigenschaften: morillonitplättchen verwendet werden.
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