DE2264263C3

DE2264263C3 - Lithiumseifenschmierfett

Info

Publication number: DE2264263C3
Application number: DE19722264263
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter 2000 Hamburg Graßhoff
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Filing date: 1972-12-30
Publication date: 1977-12-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithiumseifenschmierfett, das aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen sowie einer hydroxyfettsauren Lithiumseife und einem Alkaliborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel besteht.

Schmierfette sind bei vielen Anwendungen den Schmierölen überlegen. Sie werden beispielsweise eingesetzt,

um den Zutritt störender Fremdstoffe durch ein Fettpolster zu vermeiden — Verwendung in Wälzlagern oder Stoffbüchsen — um einen sehr geringen Schmiermittelbedarf sicherzustellen — Verwendung an Achsköpfen bei Lagern mit häufiger Betriebsunterbrechung —
um den Wartungsaufwand klein zu halten — Verwendung in schwer zugänglichen Lagern oder in Haushaltsmaschinenlagern — oder
um den Schmiermittelbedarf an Schmierstellen mit langsamen Gleitbewegungen, hohen Flächendrükken und/oder stark wechselnden Belastungen zu sichern — Verwendung z. B. an landwirtschaftlichen Geräten und Fahrzeugen —.

Von den einzelnen Schmierfett-Typen sind insbesondere Aluminium-, Calcium-, Natrium- und Lithiumseifenfette bekannt geworden. Lithiumseifenfette werden seit vielen Jahren in großem Umfang eingesetzt. Ihre große Verbreitung rührt daher, daß sie die wesentlichen Vorteile von Calcium- und Natriumseifenfetten vereinigen. Das heißt, sie weisen eine gute Wasserbeständigkeit, niedrige Konsistenz bei tiefen Temperaturen und obere Gebrauchstemperaturen über 100⁰C auf.

Aus der DT-PS 8 50 051 war schon bekannt, daß die Druckbeständigkeit konsistenter Schmierfette sich durch den Zusatz geringer Anteile von Sulfaten,

55 Sulfiten, Thiosulfaten, Phosphaten oder Boraten erhöhen läßt. In ähnlicher Weise soll nach der DT-OS 19 03 451 die Belastbarkeit von Schmierfetten, die im Verdickungsmittel Calcium-, Lithium- oder Bleiseifen enthalten, durch Zusatz von Gemischen von Molybdänsalzen, vorzugsweise Ammoniummolybdat, mit Hyposulfiten von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen, vorzugsweise Natrium, sowie Borax erhöht werden.

Aus der DT-AS 10 18 573 sind Schmierfette bekannt, die Mineralgrundöle bestimmter Viskositätseigenschaften, als Verdickungsmittel eine Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure, wie Lithium-12-hydroxystearat, sowie kleine Anteile eines Alkali- oder Erdalkalinaphthenats enthalten.

Aus der DT-AS 14 44 874 war ein Schmierfett bekannt, das zur Verbesserung seiner Arbeitsstabilität beim Vermählen ein bestimmtes Äthylenpolymerisat enthalten soll. Sofern dieses Schmierfett als Verdikkungsmittel eine Seife enthält, kann sie aus Lithium-12-hydroxystearat bestehen.

Es hat sich aber gezeigt, daß in vielen Fällen, z. B. bei der Schmierung von Radlagern einiger PKW-Typen, die Temperaturbeständigkeit dieser bekannten Schmierfette nicht mehr ausreicht.

Besonders bei Fahrzeugen, die mit in der Nähe der Radlager angebrachten Scheibenbremsen ausgerüstet sind, hat man auf Gebirgsstrecken, die häufiges Abbremsen erfordern, Lagertemperaturen von 180 bis 200° C gemessen. Bei Verwendung von Lithiumseifenfetten herkömmlicher Art besteht in solchen Fällen die Gefahr, daß die Fette bei dieser Beanspruchung aus den Lagern auslaufen und u. U. die Scheibenbremsen verschmieren.

Ein weiteres Beispiel ist die Schmierung von Heißluftventilatorenlagern. Auch hier kennen Temperaturen von 150 bis 200°C in den Lagern erreicht werden. Lithiumseifenfette mit Tropfpunkten bis 200°C können zur Schmierung dieser Lager nicht mehr eingesetzt werden.

Aus der DT-OS 21 57 207 war ferner ein Schmierfett mit erhöhtem Tropfpunkt bekannt, dessen Verdickungsmittel aus der Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure, insbesondere Li-12-hydroxystearat, sowie dem Mono- oder Di-Lithiumsalz einer zweiten Hydroxycarbonsäure mit 3—14 Kohlenstoffatomen und entweder dem Di-Lithiumsalz einer C4-Ci2-Dicarbonsäure oder dem Mono-Lithiumsalz von Borsäure besteht.

Wie die Vergleichsbeispiele dieser DT-OS zeigen, muß das Verdickungsmittel alle drei vorstehenden Komponenten enthalten, wenn das Schmierfett Tropfpunkte von 260⁰C oder höher aufweisen soll.

Gegenstand der Zusatzanmeldung DT-OS 22 35 098 (bzw. US-PS 37 58 407) ist ein der Stammanmeldung ähnliches Schmierfett, dessen Verdickungsmittel lediglich zwei dieser Komponenten, nämlich die Lithiumseife einer Cu-Cu-Hydroxyfettsäure und ein Mono-Lithiumsalz der Borsäure im Gewichtsverhältnis Hydroxyfettsäure zu Borsäure von 3 : 100, enthält. Nach den Beispielen dieser DT-OS erreicht auch dieses ältere Schmierfett Tropfpunkte über 260⁰C nur, wenn das Verdickungsmittel zusätzlich die 3. Komponente, nämlich Lithiumsalz einer Hydroxycarbonsäure, wie Milch- oder Salicylsäure, enthält. Außerdem ist nach Tabelle I der älteren DT-OS die Gegenwart von Mono-Lithiumborat unerläßlich, und Tropfpunkt sowie andere Eigenschaften des Schmierfetts werden erheblich schlechter, wenn man andere Lithiumsalze der Borsäure verwendet.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die bekannten Lithiumseifenschmierfette zu verbessern und ihnen insbesondere hohe Temperaturbeständigkeit zu verleihen.

Gegenstand der Anmeldung ist ein Lithium „nenschmierfett, bestehend aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen, sowie einer hydroxyfettsauren Lithiumseife und einem Alkaliborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das LithiMmseifenschmierfett als Verdickungsmittel 5 bis 20 Gew.-% — bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz — einer Lithiumseife einer Hydroxystearinsäure und 0,1 bis 3 Gew.-% Lithiumtetraborat enthält.

Wie gefunden wurde, besitzt das erfindungsgemäße Lithiumseifenschmierfett erhebliche höhere Temperaturbeständigkeit sowie deutlich gestiegene Beständigkeit gegen oxidative Einflüsse, was zu verlängerter Schmierwirkung, insbesondere bei höheren Temperaturen, führt.

Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmierfette lassen sich darauf zurückführen, daß sein Verdickungsmittel die Lithiumseife einer langkettigen Hydroxyfettsäure und verhältnismäßig geringe Anteile von Lithiumtetraborat enthält. Dadurch wird ein Schmierfett erhalten, dessen Tropfpunkt oberhalb von 200°, insbesondere im Bereich von 210 bis 300⁰C liegt.

Üblicherweise setzen sich diese Schmierfette aus drei Hauptkomponenten zusammen:

der flüssigen Phase — dasGrundöl —
dem Dickungsmittel
den Zusatzstoffen.

Die handelsüblichen Schmierfette enthalten normalerweise naphthenische Mineralöle, paraffinische Öle oder auch schwach raffinierte Öle. Es ist aber auch üblich, vor allem, wenn Schmierfette speziellen Beanspruchungen ausgesetzt werden, synthetische Flüssigkeiten, wie Polyalkylglykole, Esteröle hergestellt aus zweibasischen Säuren und einwertigen Alkoholen oder aus einbasischen Säuren und mehrwertigen Alkoholen, Silikone, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Phenyläther, zu verwenden. Das erfindungsgemäße Schmierfett enthält bevorzugt Mineralöle und die dem Nachlauf der Alkylbenzolsynthese entstammenden Alkylbenzole.

Als Zusatzstoffe im Schmierfett sind Wirkstoffe und Schönungsmittel gebräuchlich. Unter Wirkstoffen werden z. B. Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Schmierfähigkeitsverbesserer und Hochdruckzusätze verstanden. Zur Verbesserung des Gebrauchswertes werden als Schönungsmittel Färb- und Geruchsstoffe zugegeben.

Für die verbesserten Eigenschaften des Lithiumschmierfetts nach der Erfindung ist vor allem das Verdickungsmittel verantwortlich, das die Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 10—30 Kohlenstoffatomen, insbesondere 9-, 10- oder 12-Hydroxystearinsäure enthält. Das Li-12-hydroxystearat wird bevorzugt. Zur Herstellung kann eine 12-Hydroxystearinsäure verwendet werden, die durch Spaltung und Hydrierung von Rizinusöl erhalten wurde und geringe Anteile weiterer Fettsäuren enthält. Anstelle der freien Hydroxyfettsäure(n) kann auch ihr Glyzerid, z.B. 12-Hydroxystearin, eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist die Verwendung von Estern der Hydroxyfettsäure(n) mit niederen Alkoholen, wie Methanol, Äthanol, Propanolen oder Butanolen, da sich gezeigt hat, daß der Tropfpunkt der erfindungsgemäßen Schmierfette überraschenderweise um 10—20°C erhöht wird, wenn man — bei sonst gleicher Zusammensetzung — statt der freien Hydroxyfettsäure, z. B. ihren Methylester einsetzt.

Als Alkaliborat-Komponente wird für das Verdikkungsmittel der erfindungsgemäßen Schmierfette Lithiumtetraborat, das dem Borax analoge Di-Lithiumsalz der Tetraborsäure, bevorzugt. Es kann gegebenenfalls als Kristallwasser enthaltendes Hydrat eingesetzt

ίο werden.

Es hat sich gezeigt, daß, bezogen auf den gesamten Schmierfettansatz, Anteile von 5—20 Gew.-% der Lithiumseife und 0,1—3 Gew.-% Li-Tetraborat als Verdickungsmittel ausreichend sind, Anteile von 7,5— 15 Gew.-% der Lithiumseife und 0,15—0,75 Gew.-% Li-Tetraborat werden bevorzugt.

Die Zusammensetzung, Herstellung und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schmierfette werden durch die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel !

Einwaage:

10,0 kg 12-Hydroxystearinsäure
1,5 kg LiOH-Monohydrat
0,5 kg LlB₄O₇

88,0 kg Maschinenöl-Raffinat, 58cSt/50°C, naphthenbasisch

Herstellung

In einem geeigneten Rührwerksbehälter wurden 10,0 kg 12-Hydroxystearinsäure zusammen mit 25,0 kg Maschinenöl-Raffinat auf 85°C erhitzt und anschließend mit 1,5 kg LiOH-Monohydrat, gelöst in 10 Liter kochendem Wasser, verseift. Während der Entwässcrungsperiode bei 100⁰C wurden 0,5 kg Li₂B₄O₇ zugegeben.

Nach erfolgter Entwässerung wurde die Temperatur des Kesselinhalts innerhalb von 2 Stunden auf 240° C gesteigert. Während des Aufheizens wurde ein weiterer Teil des Maschinenöls (25 kg) bei 155°C zugegeben. Das restliche Öl wurde dem Ansatz nach Erreichen der Maximaltemperatur von 240°C zugegeben. Anschließend wurde die Charge auf 60°C kaltgerührt. Bei dieser Temperatur erfolgte mittels einer Korundscheibenmüh-Ie die Homogenisierung des Ansatzes.

Ergebnis

Man erhielt auf diese Weise ein Schmierfett mit einem Tropfpunkt von 265° C nach DlN 51 801, einer Ruhepenetration von 272 mm/10 und einer Walkpenetration (60 Hübe) von 279 mm/10, sowie einer Walkpenetration nach 60 000 Hüben von 305 mm/10 nach DlN 51 804.

Beispiel 2

Einwaage:

10,00 kg 12-Hydroxystearinsäure-Methylester
1,55 kg LiOH-Monohydrat
0,25 kg Li₂B₄O₇

50,00 kg Alkylbenzol - Nachlauf, 50 cSt/50°C
38,20 kg Zylindern!, 3OcSt/100° C

Bei gleicher Verfahrensweise wie im Beispiel 1 wurde ein Fett mit foleenden Eigenschaften erhaltenes Tropfpunkt.DIN 51 801,°C 274 Ruhepenetration,

DlN 51 804, mm/10 227

Walkpenetration, DIN 51 804,

60 Hübe, mm/10
Walkpenetration, DIN 51 804.
60 000 Hübe, mm/10

238
256

Beispie> 3

Einwaage:

12,50 kg 12-Hydroxystearinsäure-Methylest?r
1,84 kg LiOH-Monohydrat
0,50 :-.g Li₂B₄O₇
1,00 kg Phenyl-alpha-naphthylamin (Oxidations- ίο

schutz)

0,75 kg Zink-diamyldithiocarbamat (Korrosionsschutz)
83,41 kg Maschinenöl-Raffinat, 125 cSt/50°C

Herstellung

12,5 kg 12-Hydroxystearinsäure-Methylester wurden in Gegenwart von 50,0 kg Maschinenöl-Raffinat bei 80⁰C mit 1,84 kg LiOH-Monohydrat verseift. Nach Steigerung der Temperatur auf 115°C erfolgte der »o Zusatz von 0,5 kg Li₂B₄O₇. Anschließend wurde der Ansatz innerhalb von 2,5 Stunden auf 245° C erhitzt und nach Erreichen der Temperatur zum Kaltrühren in einen mit Wasserkühlung ausgerüsteten Rührkessel übergepumpt. Hier erfolgte bei 180⁰C die Zugabe des Restöls (33,41 kg) und bei 98°C die Zugabe der Additive. Nach weiterer Kühlung auf 68°C bei intensivem Rühren wurde der Ansatz schließlich mittels einer Korundscheibenmühle homogenisiert und in einer Vakuumanlage entlüftet.

268
219
225
238

Ergebnis:

Tropfpunkt, DIN 51 802.⁰C
Ruhepenetration,
DIN 51 804, mm/10
Walkpenetration, DiN 51 804,
60 Hübe, mm/10
Walkpenetration, DIN 51 804,
60 000 Hübe, mm/10

Wie die Beispiele zeigen, wiesen die Schmierfette nach der Erfindung Tropfpunkte von über 260°C auf, obwohl sie nur 0,25 bzw. 0.5 Gew,% Li₂B₄O₇ .m Verdickungsmittel enthielten. Demgegenüber besitzen herkömmliche Schmierfette, die allem m.t ähnlichen Anteilen Lithium-12-hydroxystearat verdickt sind, Tropfpunkte von höchstens etwa 200"C Die aus der DTPS 2157 207, Beispiel 10 bzw. Tabelle Vl bekannten Schmierfette wiesen zwar ebenfalls Tropfpunkte über 26O⁰C auf, enthielten jedoch größere Anteile Monolithiumborat und eine zusätzhche Komponente im Verdickungsmittel, was ihre Herstellung kompliziert und verteuert. Bei den bekannten Schmierfetten steigt zudem - wie Tabelle VlI zeigt - der Penetrationswert von der Ruhepenetrat.on bereits nach 10 000 Hüben in einem Maße an das; bei den Schmierfetten der Erfindung erst nach 60 000 Hüben erreicht wird. Die erfindungsgemaßen Schmierfette weisen demnach verbesserte Scherstabilität auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Lithiumseifenschmierfett, bestehend aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen, sowie einer hydroxyfettsauren Lithiumseife und einem Alkaliborat im konsistenzgebenden Verdickungsmittel, d a durch gekennzeichnet, daß das Lithiumseifenschmierfett als Verdickungsmittel 5 bis 20 Gew.-% — bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz — einer Lithiumseife einer Hydroxystearinsäure und 0,1 bis 3 Gew.-°/o Lithiumtetraborat enthält.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittels die Lithiumseife der zuvor veresterten 12-Hydroxystearinsäure enthält.

3. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittels die Lithiumseife der 12-Hydroxystearinsäure, welche zuvor mit Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butylalkohol oder Glycerin verestert war, enthält.

4. Schmierfett nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmierfett 7,5 bis 15 Gew.-% Lithiumseife und 0,15 bis 0,75 Gew.-% Lithiumtetraborat enthalten sind.

5. Schmierfett nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil des Verdickungsmittel ein Gemisch von Lithiumseifen verschiedener Hydroxystearinsäuren enthält.