DE2425161C2

DE2425161C2 - Lithiumseifenschmierfett

Info

Publication number: DE2425161C2
Application number: DE2425161A
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter 2050 Hamburg Graßhoff
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea International AG
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1983-03-24
Also published as: ATA219975A; DE2425161A1; NL7506096A; JPS51505A; JPS5337082B2; FR2272166B1; GB1518332A; IT1037262B; BE829412A; FR2272166A1; AT345421B; NL178978C; CH617717A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Lithiumseifenschmierfett mit hohem Tropfpunkt, das aus Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen und einer hydroxyfettsauren Lithiumseife und Borsäure als konsistenzgebendem Verdickungsmittel besteht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung von Patent 22 64 263, in welchem ein Lithiumseifenschmierfett offenbart ist, dessen konsistcn/gebendes Verdickungsmittel aus 5 bis 20 Gew.-% einer Lithiumseife einer Hydroxystearinsäure — be/->gen auf den Gesanmehmierfettansatz — und 0.1 bis 3 Gew.-% Lithiumtetraborat besteht, und dem Schmierfett einen erweiterten Gebrauchstemperaturbereich verleiht.

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 Schmiermittclbedarf 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 Flächendrücken 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, d. h. sie weisen eine gute Wasserbeständigkeit, hohe Scherstabilität und obere Gebrauchstemperaturen über 100° C auf.

Es hat sich aber gezeigt, daß in vielen Fällen, z. B. bei der Schmierung von Radlagern einiger PKW-Typen, die Temperaturbeständigkeit dieser Fette 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 200⁰C gemessen. Bei Verwendung von Lithijmseifenfe'.ten herkömmlicher Art besteht in solchen Fällen die Gefahr, daß die Fette bei dieser Beanspruchung aus den Lagern auslaufen und u. U. die s Scheibenbremsen verschmieren.

Ein weiteres Beispiel ist die Schmierung von HeißiuKventilatorenlagern. Auch hier können Temperaturen von 150 bis 200⁰C in den Lagern erreicht werden. Lithiumseifenfette mit Tropfpunkten bis 200°C ίο können zur Schmierung dieser Lager nicht mehr eingesetzt werden.

Als zum Stand der Technik gehörig ist DE 21 5/ 207

zu erwähnen, nach welcher sich ein Lithiun seifenfett herstellen läßt. Dessen Verdickungssystem muß die folgenden drei Hauptbestandteile enthalten, sofern das Schmierfett einen hohen Tropfpunkt aufweisen soll:

die Lithiumseife einer Hydroxyfettsäure mit 12 bis 24 C-Atomen,

das Lithiumsalz einer zweiten Hydroxyfettsäure mit 3 bis 14 C-Atomen und

das Dilithiumsalz einer 4 bis 12 C-Atome enthaltenden Dicarbonsäure, wobei diese Dicarbonsäure wahlweise durch das Monolithiumsalz

j-, der Borsäure ersetzt werden kann.

DE-OS 22 35 098 bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung der DE-OS 21 57 207. wonach die im Verdickungssystem des Schmierfettes der Hauptanmeldung enthaltene zweite Hydroxyfettsäure mit einem niederen Alkohol verestert sein soll.

FR-PS 10 86 416 beschreibt ein Schmierfett, das aus Mineralschmieröl als Hauptbestandteil und einem kleineren Anteil (von 1 bis 20 Gew.-°/o) einer

ji Lithiumseife einer Fettsäure als Verdickungsmittel besteht. Diese soll 18 C-Atome enthalten und Stearinsäure, Hydroxystearinsäure oder 12-Hydmxystearinsäure sein. Das kennzeichnende Merkmal dieses Schmierfettes ist ein Gehalt von wenigstens 0,6 Gew.-%

.to an freiem Lithiumhydroxid.

Das in US-PS 28 83 342 beschriebene Schmierfett ist dem Gegenstand der vorstehenden französischen Patentschrift weitgehend gleich und enthält 1 bis 2 Gew.-% freies LiOH.

•r, Keine der beiden letztgenannten Patentschriften gibt den Trop^rpunkt des jeweils hergestellten Schmierfettes an. Es wurde lediglich die Temperaturbeständigkeit dieser Schmierfette nach einem in US-PS 28 83 342 (Sp. 2, Z. 36 bis 45) beschriebenen Test Ki nur 121°C

•-,o bestimmt, wobei die Schmierdauer des Fettes bei einer Drehzahl von 10 000/min gemessen wurde. Wie die Abbildungen in den Patentschriften zeigen, ist diese Dauer der Schmierwirkung vom Gehalt an freiem LiOH abhängig.

US-PS 31 17 087 beschreibt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten, die aus Mineralschmierölen und ca. 5 bis 15 Gew.-% einer Li-Seife von 12-Hydroxystearinsäure als Verdickungsmittel aufgebaut sind, wobei diese Fettsäure gegebenenfalls ganz oder teilweise in Gestalt ihres Methylesters oder Glycerids eingesetzt werden kann. Dieses verbesserte Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das gebildete Schmierfett während seiner Entwässerung einer stark turbulenten Scherung unter-

b5 zogen wird, die seine faserige Struktur herbeiführen oder verstärken soll. Diese Schmierfette enthalten jedoch weder Borsäure noch (Li-) Borale, und ihr ASTM-Tropfpunkt beträgt höchstens 202⁰C, wie die

jeweils letzten Zeilen in Tabelle I —III zeigen. Wie Tabelle III lehrt, bewirkt die beanspruchte Scherbehandlung keine Erhöhung des Tropfpunktes.

US-PS 28 15 325 beschreibt ein Mineralschmieröl enthaltendes Schmierfett, das als Verdickungsmittel 5 eine Li-Seife von Fettsäuren, insbesondere der 12-Hydroxystearinsäure, in einem Anteil von ca. 5 bis 25 Gew.-°/o sowie zusätzlich etwa 5 bis 20 Gew.-% eines Borsäureesters enthält. Bevorzugt sind Ester der ortho-Borsäure mit aliphatischen Alkoholen und Pheno- m len. Borsäure selbst oder ihre Li-Salze sind jedoch in den Schmierfetten nicht enthalten. Im übrigen erfolgt der Zusatz von Borsäureestern dort zu dem Zweck, den Anteil der relativ teuren Li-Seife von insbesondere 12-Hydroxystearinsäure zu vermindern und die Pene- 1=, trationseigenschaften der Schmierfette zu verbessern, d. h., ihre »Steifheit« zu erhöhen. Nach Beispiel 1 betrug jedoch der Tropfpunkt des bekannten Schmierfetts nur 186,7⁰C.

US-PS 27 46 924 schließlich beschreibt ein Schmier- >o fett, das als kennzeichnendes Bestandteil ein synthetisch hergestelltes Schmieröl, nämlich ein Acetal (insbesondere Formal) von Oxo-Alkoholen, gegebenenfalls zusammen mit synthetischem Esterschmieröl, enthält. Dieses synthetische Schmierfett soll ferner ein herkömmliches Verdickungsmittel enthalten, das unter anderem aus Li-Seifen von Stearin- und/oder Hydroxyste?rinsäure bestehen kann. Ein Gehalt an Borsäure odei ihren Li-Salzen ist nicht beschrieben, und der höchste Tropfpunkt der bekannten Schmierfette betrug nach j₍, der Tabelle in Spalte 6 lediglich ca. 188° C.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, die bekannt gewordenen Nachteile herkömmlicher Lithiumseifenfette zu überwinden und ein Lithiumseifenfctt zu schaffen, welches eine hohe Temperaturbestän- y, digkeit aufweist, wobei der Umstand zu berücksichtigen war, daß der Einsatz mehrerer Hydroxycarbonsäuren gleichzeitig im Verdickungssystem eines Schmierfettes eine Kostensteigerung bedeutet, welche vom Markt nicht ohne weiteres aufgenommen wird.

Bei der Suche nach einem preiswerteren und damit auch einfacher konzipiertem Lithiumseifenschmierfett ergab sich als Gegenstand der Erfindung gemäß dem Patentanspruch ein Lithiumseifenschmierfett mit hohen Tropfpunkt, das aus einem Schmieröl, üblichen Zusatzstoffen, sowie einer hydroxyfettsauren Lithiumseife und einer Verbindung des Elements Bor als konsistenzgebendes Verdickungsmittel nach Patent 22 64 263 besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als konsistenzgebendes Verdickungsmittel 5 bis 20 Gew.-% einer Lithiumseife, die durch Umsetzung eines Esters, insbesondere des Methylesters, von 12-Hydroxystearinsäure mit Lithiumhydroxid erhalten worden ist, und 0,1 bis 3 Gew.-°/o Borsäure in Form von Mono- oder Dilithiumborat enthält.

Es wurde gefunden, daß die Temperaturbeständigkeit dieses verbesserten Lithiumseifenschmierfettes bei Verwendung eines Esters der 12-Hydroxystearinsäure, bevorzugt des Methylesters, und von Borsäure erheblich erhöht ist und sich eine deutlich gestiegene Beständigkeit gegenüber oxidativen Einflüssen neben längerer Schmierdauer ergibt. Weiterhin ergibt sich, daß bei Verwendung des Methylesters und des Diliihiumborats ebenfalls eine starke Tropfpunkterhöhung des Schmierfettes erzielt werden kann. Die Verwendung von Monolithiumborat wird bevorzugt.

Gegenüber dem Hauptpatent DE-PS 22 64 263 weist das erfindungsgemäße Schmierfett einen erheblich höheren Tropfpunkt auf. Aus den nachfolgend wiedergegebenen Beispielen ist ersichtlich, daß das gemäß dem Hauptpatent hergestellte Schmierfett in der Regel einen um etwa 40° C tieferen Tropfpunkt besitzt, es cei denn, man setzt das teurere Lithiumtetraborat ein.

Dit erfindungsgemäßen Schmierfette erreichen einen Tropf punkt von etwa 26O⁰C und höher, obwohl das Verdichtungsmittel aus nur zwei Bestandteilen hergestellt wurde. Es unterscheidet sich damit vorteilhaft und überraschend von DE-OS 21 57 207 und DE-OS 22 35 098, worin ausdrücklich festgestellt wird, daß die Anwesenheit einer Dicarbonsäureseife erforderlich ist, um einerseits das Dilithiumsalicylat im Fett genügend fein zu verteilen und um andererseits dem Schmierfett einen hohen Tropfpunkt zu verleihen.

Die vorstehende Erläuterung des Standes der Technik zeigt weiterhin, daß die in den übrigen Patentschriften beschriebenen Schmierfette hinsichtlich Zusammensetzung und Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihrem durch den Tropfpunkt gekennzeichneten Temperaturverhalten dem Erfindungsgegenstand noch ferner stehen.

Üblicherweise setzen sich Schmierfette aus drei Hauptkomponenten zusammen:

der flüssigen Phase dem Dickungsmittel
den Zusatzstoffen.

■ dasGrundöl —

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. Silicone, halogenierte Kohlenwasserstoffe oder Phenyläther, zu verwenden. Für das erfindungsgemäße Schmierfett werden bevorzugt Mineralöle und die dem Nachlauf der Alkylbenzolsynthese entstammenden Alkylbenzole verwendet.

Als Zusatzstoffe im Schmierfett sind Wirkstoffe,;:. B. Oxidations- und Korrosionsinhibitoren, Schmierfähigkeitsverbesserer und Hochdruckzusätze gebräuchlich.

Erfindungswesentlich ist das Verdickungsmittel oder -system, welches aus einem Ester der 12-Hydroxystearinsäure, vorzugsweise dem Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl- oder Glycerinester und insbesondere dem Methylester, dem zur Seifenbildung benötigten Alkalihydroxid, hier Lithiumhydroxid, und Borsäure besteht.

Es hat sich erwiesen, daß 5 bis 20 Gew.-% (bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz) Lithiumseife und 0,1 bis 3 Gew.-°/o (ebenfalls bezogen auf den Gesamtschmierfettansatz) Borsäure im Verdickungsmittel ausreichend sind. Als bevorzugt werden 7,5 bis 15 Gew.-% Lithiumseife und 0,15 bis 1,5 Gew.-% Borsäure angesehen.

Formulierung, Herstellung und Eigenschaften des neuen Schmierfettes werden durch die nachfolgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1
Einwaage

10,0 kg 12-Hydroxystearinsäuremethylester

1,65 kg UOH-Monohydrat

0,5 kg Borsäure
87,77 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50° C

Herstellung

in einem geeigneten Rührwerksbehälter wurden 10,0 kg 12-Hydroxystearinsäuremethylester zusammen mit 25,0 kg Solvat auf 85° C erhitzt und anschließend mit 1,5 kg LiOH-Monohydrat, gelöst in 10 Liter kochendem Wasser, verseift. Während der Entwässerungsperiode bei 100°C wurden 0,5 kg Borsäure zugegeben. Nach erfolgter Entwässerung wurde die Temperatur des Kesselinhaltes innerhalb von 2 Stunden auf 240°C gesteigert. Während des Aufheizen? wurde e.n weiterer Teii des Solvats (25 kg) bei 155° C zugegeben. Das restliche Öl wurde dem Ansatz nach Erreichen der Maximaltemperatur von 240^cC zugegeben. Anschließend wurde die Charge auf 60° C kaltgerührt. Bei dieser Temperatur erfolgte mittels einer Korundscheibenmühle die Homogenisierung des Ansatzes.

Man erhielt auf diese Weise ein Schmierfett mit einem Tropfpunkt von 265°C nach DlN 51 801, einer Ruhpenetration von 261 mm/10 und einer Walkpenetration von 263 mm/10 nach DIN 51 804.

Tropfpunkt

Ruhpenetration

Walkpenetration

278° C
265 mm/10
269 mm/10

10

15

20

B e i s ρ i e I 2

Einwaage

10,0 kg 12- Hydroxystearinsäuremethylester
1,50 kg Borsäure 2,33 kg LiOH · H₂O

86,17 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50°C

Die Herstellung erfolgte nach der gleichen Verfahrensweise wie im Beispiel 1 angegeben.

Es wurden von dem fertigen Schmierfett folgende Daten ermittelt:

35

40 Beispiel 3
Einwaage

10,0 kg 12-Hydroxysteariiisäuremethylester

1,5 kg Borsäure

3,35 kg LiOH - H₂O
85,15 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50"C

Im Gegensatz zu den Beispielen 1 und 2, in denen die zugegebenen Anteile an LiOH · H₂O auf Herstellung von Monoiithiumborat berechnet worden waren, wurde in diesem Beispiel der zur Entwicklung von Dilithiumborat stöchiometrische Anteil an LiOH · HjO zugegeben.

Bei gleicher Verfahrensweise wie in Beispiel 1 ergab sich für das fertige Fett ein Tropfpunkt von 255°C, eine Ruhpenetration von 288 mm/10 und eine Walkpenetration von 293 mm/10.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)
Einwaage

10,0 kg 12- Hydroxystearinsäure

1,73 kg LiOH ■ H₂O

0,50 kg Borsäure
87,77 kg Solvat, paraffinbasisch, 65 cSt/50°C

Herstellung

In Gegenwart von 30 kg Solvat wurden bei 7O⁰C 10,0 kg 12-Hydroxystearinsäure mit 1,73 kg LiOH · H₂O, zusammen mit 0,5 kg Borsäure in 10 Liter Wasser gelöst, verseift. Nach der Entwässerung bei 100°C wurde die Temperatur des Ansatzes innerhalb von 2 Stunden auf 210⁰C gesteigert. Bei 150°C wurden weitere 30 kg Solvat und bei 21O⁰C der Rest von 27,77 kg zugegeben. Nach anschließender Auskühlung auf 60°C unter intensivem Rühren erfolgte die Homogenisierung der Charge mittels einer Korundscheibenmühle.

Ein nach dieser Formulierung und der beschriebenen Verfahrensweise hergestelltes Fett wies folgende Daten auf:

45 Tropfpunkt

Ruhpenetration

Walkpenetration

221⁰C
269 mm/10
263 mm/10

Claims

Patentanspruch: Lithiumseifenschmierfett mit hohem Tropfpunkt, bestehend aus

1. Schmieröl,

2. einer hydroxystearinsauren Lithiumseife und Borsäure als konsistenzgebendem Verdickungsmittel sowie

3. üblichen Zusatzstoffen

nach Patent 22 64 263, dadurch gekennzeichnet, daß es als konsistenzgebendes Verdikkungsmittel 5 bis 20 Gewich:s-°/o einer Lithiumseife, die durch Umsetzung eines Esters, insbesondere des Methylesters, von 12-Hydroxystearinsäure mit Lithiumhydroxid erhalten worden ist, und 0.1 bis 3 Gewichts-% Borsäure in Form von Mono- oder Dilithiumborat enthält.