DE2657268A1

DE2657268A1 - Verwendung eines amorphen aethylen/propylen-mischpolymerisats in den mineralschmieroelen von pressluftwerkzeugen

Info

Publication number: DE2657268A1
Application number: DE19762657268
Authority: DE
Inventors: Fred Thomas Crookshank; Gayle Paul Hebert; Jun William Everett Jordan
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1977-07-14
Also published as: JPS5287404A; GB1538524A; CA1074093A

Description

Verwendung eines amorphen Äthylen/Propylen-Mischpolymerisats in den Mineralschmierölen von Preßluftwerkzeugen

Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung von Mineralschmierölen, die zur Schmierung von mit Preßluft betriebenen Schlag- und Bohrwerkzeugen, insbesondere Gesteinsbohrmaschinen, Abbauhämmern und ähnlichen Geräten dienen.

Schlag- und Bohrwerkzeuge dieser Art sind in einer Vielzahl von Bauarten und Ausführungsformen bekannt. Gewöhnlich erhalten sie die zu ihrem Betrieb notwendige Druckluft über eine Schlauchverbindung von einem Verdichter oder einer anderen Druckluftquelle zugeführt. Im Inneren solcher Geräte wird die zugeführte Druckluft entspannt und ihre Energie in eine hin und her gehende oder kreisende Bewegung, die auf das eigentliche Schlag- oder Bohrwerkzeug übertragen wird, umgesetzt. Hernach entweicht die entspannte Druckluft durch öffnungen am Gerät. Die Eigenarten des Druckluftantriebs mit freiem Austritt der entspannten Druckluft und die oftmals rauhen Arbeitsbedingungen, unter denen Druckluftwerkzeuge benutzt werden, bringen es mit sich, daß die Schmierung ihrer bewegten Teile schwer lösbare Probleme aufwirft.

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Von solchen Geräten wird bekanntlich ein störungsfreier Dauerbetrieb, auch bei arktischen oder tropischen Temperaturen, ebenso erwartet wie lange Lebensdauer und geringe Wartungsansprüche, selbst wenn sie dem verschleißfördernden Gesteinsstaub ständig ausgesetzt sind. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, werden Schlag- und Bohrwerkzeuge dieser Art allein durch Sprühölung mit der zugeführten Druckluft geschmiert. Die Druckluft dient somit nicht nur zum Antrieb dieser Werkzeuge, sondern führt ihren bewegten Teilen zugleich feine Schmieröltröpfchen als einziges Schmiermittel zu. Der Sprühöler, der diese Schmieröltröpfchen an die Druckluft abgibt, darf nicht zu nah am Werkzeug angeordnet sein, weil er dessen Handhabung erschweren und stören würde. Andererseits darf der Sprühöler nicht zu weit entfernt vom Werkzeug an der Druckluftleitung angebracht sein, da sich die Öltröpfchen dann in der Leitung niederschlagen und ansammeln können und nicht in das Druckluftwerkzeug gelangen.

Durch die Sprühölung muß demnach dem Druckluftwerkzeug so viel Schmieröl zugeführt werden, wie nötig ist, um unter den jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen die bewegten Teile mit einem ausreichenden Schmierfilm zu versehen und gegen Rost, Korrosion und Verschleiß zu schützen. Eine übermäßig starke Sprühölung verursacht aber erhebliche Schwierigkeiten, da die entspannte Druckluft - wie gesagt - am Gerät frei austritt und das überschüssige Schmieröl als Nebel mitführt. Besonders, wenn solche Preßluftwerkzeuge in engen Räumen betrieben werden, was im Bergbau, in Tunneln, Stollen und dergleichen, aber auch im Schiffs- und Dampfkesselbau häufig der Fall ist, stellen diese Schmierölnebel oder -Schwaden eine beträchtliche Belästigung und ein Gesundheitsrisiko für das Bedienungspersonal dar.

Aus diesen Gründen dürfen Schmieröle für mit Preßluft betriebene Schlag- und Bohrwerkzeuge keine übelriechenden, giftigen oder sonstwie schädlichen Stoffe enthalten und müssen so zusammengesetzt sein, daß einerseits ausreichende Schmierung des

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Preßluftwerkzeugs durch Sprühölung gewährleistet ist, andererseits aber die entspannte Preßluft sowenig wie möglich ölnebel enthält.

Bisher gebräuchliche Schmierölformulierungen für die genannten Druckluftwerkzeuge enthalten außer schmierwirksamen Mineralölen als Hauptbestandteil eine Kombination von Zusatzstoffen oder Additiven, die zur Verbesserung einzelner Eigenschaften, wie Stockpunkt, Viskositätsindex, Haftvermögen u. dgl., des Schmieröls dienen. Als Additive wurden bereits verschiedene Polymerisate verwendet. Wie jedoch nachfolgend noch ausgeführt werden wird, sind die gebräuchlichen Schmierölforraulierungen für Preßluftwerkzeuge hinsichtlich der Bildung von gesundheitsschädlichen Ölnebeln noch unzulänglich.

Es wurde nun gefunden, daß das geschilderte Problem der Ölnebelbildung bei mit Preßluft betriebenen Schlag- und Bohrwerkzeugen sich beheben läßt, wenn man in dem zu ihrer Schmierung benutzten Mineralschmieröl bestimmte Mischpolymerisate verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist somit die im Patentanspruch gekennzeichnete Verwendung bestimmter Äthylen/Propylen-Mischpolymerisate im Mineralschmieröl von Preßluftwerkzeugen.

Die erfindungsgemäß verwendeten Mischpolymerisate sind (ausweislich der Infrarotanalyse) amorph und besitzen eine enge Molekulargewichtsverteilung. Herstellung und Eigenschaften dieser Mischpolymerisate sind in der US-PS 3.522.180 beschrieben. Nach diesem Verfahren erhält man amorphe fithylen/Propylen-Mischpolymerisate durch eine mit Wasserstoff gemilderte Umsetzung bei mittleren Temperaturen und Drücken in Gegenwart eines im Lösungsmittel löslichen Ziegler-Natta-Katalysators. In dieser US-PS 3.522.180 wird die Verwendung von amorphen Äthylen-Mischpolymerisaten mit einem durchschnittlichen Zahlenmittel-Molekulargewicht von 10.000 - AO.000, 20 - 70 Mol-% an Propylen-Einheiten und einem Gewichtsmittel/Zahlenmittel-

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Verhältnis (M /M J von kleiner als 5 als zur Verbesserung des w η

Viskositätsindex bestimmtes Additiv für Schmieröle beschrieben. Es wurde gefunden, daß die gleichen Mischpolymerisate als die Ölnebelbildung unterdrückende Additive für die Schmiermittel von Preßluftwerkzeugen geeignet sind. Für diesen Zweck sollen sie ein durchschnittliches Zahlenmittel-Molekulargewicht von

10.000 - 100.000, vorzugsweise 30.000 - 80.000, besitzen und vorzugsweise 3O-55 MoI-⁰^ Propvl en-Ei nhei t en enthalten.

Der Anteil dieser Mischpolymerisate in den Schmierölformulierungen für Preßluftwerkzeuge soll 0,01 - 1,0, vorzugsweise 0,04 0,35, Gew.-% betragen. Innerhalb dieser Bereiche läßt sich der mindestens notwendige Anteil des Mischpolymerisats durch einfache Versuche ermitteln. Er wird allgemein um so höher zu wählen sein, je stärker die ölnebelbildung in der Abluft solcher Preßluftwerkzeuge ist. Der Anteil der Mischpolymerisate kann auch höher als 1,0 Gew.-% eingestellt werden, was jedoch im allgemeinen keine Vorteile mit sich bringt.

Die Schmierölformulierungen, in denen die genannten Mischpolymerisate erfindungsgemäß verwendet werden sollen, bestehen gewöhnlich aus naphthenischen Schmierölen, die opak und von bläulicher Farbe sind. Sie können alle dafür üblichen Zusatzstoffe enthalten, die dem Ölfilm Wasserbeständigkeit verleihen, eine Emulgierung des Öls mit Wasser ermöglichen, um den Zutritt von Feuchtigkeit zu den geschmierten Teilen zu unterbinden, die gegen Rostbildung schützen, das Schäumen des Öls in den Sprühölern verhindern, die Korrosion kupferner Bauteile unterdrücken und das Lastaufnahmevermögen des Schmierfilms verbessern. Mineralölformulierungen für Preßluftwerkzeuge haben im allgemeinen ein breites Viskositätsspektrum, das etwa 100 3.000 SUS (Saybolt Universal Seconds) bei 37,8 ⁰C beträgt.

Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiter erläutert.

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BEISPIEL I

In diesem Beispiel wird die Fähigkeit einer Anzahl von Polymerisaten, die einem Preßluft-Schmieröl zugesetzt sind, zur Unterdrückung der ölnebelbildung verglichen.

In einer Reihe von Versuchen wurden kleine Mengen der Polymerisate einem Schmieröl für Preßluftwerkzeuge zugesetzt und die Ölnebelbildung des erhaltenen Gemischs dadurch untersucht, daß die ölnebelmenge visuell festgestellt wurde, d±% sich über einer kleinen Menge des Öls bildete, wenn ein Luftstrom hindurchgeleitet wurde. Das untersuchte Schmieröl bestand aus naphthenischen Mineralölen und enthielt das übliche Paket von Additiven zur Verbesserung von Wasserbeständigkeit, Rost- und Korrosionsbeständigkeit, Emulgierbarkeit, Schaumunterdrückung und Lastaufnahmevermögen. Das verwendete Grundöl hatte die folgenden Eigenschaften:

Dichte, g/ml (15 ⁰C) 0,921

Dichte, ⁰API 22,1

Flammpunkt, COC, ⁰C 179

Viskosität, SUS, bei 37,8 °C 190,6

Viskosität, SUS, bei 98,9 °C 44,3

Pourpoint, ASTM, ⁰C -37,2

Die Ölnebelbildung wurde visuell in einem Apparat untersucht, der aus einem lotrechten Glaszylinder mit 50 mm lichtem Durchmesser und einer Höhe von 305 mm, an einer Edelstahlplatte befestigt, bestand. Der Zylinder wurde zunächst mit einem niedrigsiedenden Lösungsmittel gespült und trockengeblasen, sodann wurde der Zylinder mit 180 ml des untersuchten Schmieröls bis zu einer Höhe von etwa 57 mm gefüllt. In den lotrecht angeordneten Zylinder wurde schließlich durch eine Öffnung von 0,457 mm in der Edelstahl-Bodenplatte Luft unter einem Druck von 2,46 atü eingeblasen. Nachdem sich ein Ölnebel in einer Minute gebildet hatte, nahm ein Beobachter eine visuelle Bewertung der ölnebelmenge, die sich im Gebiet der oberen

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-Sr-

-T-

Zylinderöffnung gebildet hatte, vor, und zwar nach der folgenden Benotungsskala:

sehr gut = kein bis fast kein ölnebel

gut = sehr schwache ölnebelbildung

mäßig = wenig ölnebel

schlecht = viel ölnebel

Zu den untersuchten Additiven gehörte ein Polyraethacrylat-Viskositätsindexverbesserer (Versuch 2), ein Acrylatpolymerisat zur Pourpointverringerung (Versuch 3), ein Polyisobuten-Haftverbesserer (Versuch 4) und ein amorphes Ä'thylen/Propylen-Mischpolymerisat mit enger Molekulargewichtsverteilung (Versuch 5).

Das Ergebnis dieser Vergleiche ist in Tabelle I wiedergegeben:

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TABELLE I

ÖLNEBELBILDUNG VON SCHMIERÖLEN FÜR PRESSLUFTWERKZEUGE

Versuch Nr

Additiv Konzentration des
Additivs, Gew.-%

Visuelle Bewertung

3 A

keins

Lauryl- und Stearyl- 0,25 methacrylat-Copolymerisat

Polymerisat von ^co?'"^C26 ^crylaten 0,5

Polyisobutylen 0,22

amorphes Sthylen/Propylen- 0,16 Copolymerisat, M = 90,000 sehr schlecht

schlecht/mäßig

sehr gut

Wie diese Vorversuche zeigen, läßt sich die ölnebelbildung von solchen Schmierölen mit einigen Polymerisaten unterdrücken, andere Polymerisate hingegen sind nicht sonderlich wirksam.

BEISPIEL II

Diejenigen Additive von Beispiel I, die zur Unterdrückung der

ölnebelbildung imstande waren, wurden in einem Test, der sich

den Betriebsbedingungen in Preßluftwerkzeugen stärker annäherte, weiter untersucht.

Zwei verschiedenen Schmierölen (Nr. 1 und 2) wurden das Polyisobutylen (in 0,22 Gew.-%) und das amorphe Kthylen/Propylen-Mischpolymerisat (in 0,16 Gew.-%) von Beispiel I zugesetzt. Das Schmieröl Nr. 1 entsprach dem von Beispiel I, und das Schmieröl Nr. 2 hatte folgende Eigenschaften:

Dichte, g/ml (15 ⁰C) 0,9399

Dichte, ⁰API 19,5

Flammpunkt, COC, ⁰C 251,7

Viskosität, SUS,bei 98,9 ⁰C 96,3

Pourpoint, ASTM, ⁰C -15,0

Die Untersuchung dieser Gemische wurde in der Weise durchgeführt, daß man jedes Gemisch zunächst zerstäubte, den ölnebel wieder abschied (reclassifying) und die Mengen an zerstäubtem öl und abgeschiedenem ölnebel bestimmte, um die Menge des nicht abgeschiedenen feinen ölnebels zu berechnen. In diesen Versuchen wurde ein handelsüblicher Feinsprühöler verwendet. .In diesem Gerät wird saubere, trockene Luft unter einem bestimmten Druck durch eine Venturi-Düse eingeleitet, die einen Druckunterschied zwischen dem öl in einem ölbehälter des Geräts und dem offenen Ende eines ölzuflußrohrs, das von der Einschnürung der Venturi-Düse bis unter die Oberfläche des Öls reicht, erzeugt. Das öl gelangt über das Rohr in die Venturi-Düse, wo die Strömungsenergie der Luft das Öl in sehr feine Tröpfchen zerlegt. Eine

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Prallplatte leitet die größeren Teilchen in den ölbehälter zurück, während die kleinen Ölteilchen, deren Durchmesser von höchstens etwa 5 bis herab zu weniger als 1 Mikron reicht, vom Luftstrom in einen Auslaßstutzen mitgeführt werden. Durch den Auslaßstutzen geht der Ölnebel zu einem Abscheider, wo er zum Teil abgeschieden und zur Wägung in einem Becher gesammelt wird. Das Abscheiden geschieht in einem üblichen Gerät, in dem man den Ölnebel durch zehn Röhren, die einen Innendurchmesser von 2,36 mm haben, leitet. Diese Abscheideröhren dienen dazu, die Strömungsgeschwindigkeit des ölnebels und seine Teilchengrößen zu erhöhen, mit dem Ergebnis, daß die Öltröpfchen aus der Luft "ausfallen", d. h. in Form von Tröpfchen anfallen, die am Boden der Abscheideröhren gesammelt werden. Man erhält jedoch nicht das gesamte zerstäubte öl in dem Sammelbecher zurück, ein Teil verbleibt in den Röhren, und ein anderer Teil geht durch die Abscheider hindurch und verloren. Dieser verlorene Ölnebel wird nachfolgend "Streunebel" genannt.

Jedes der Schmieröle wurde in drei Versuchsläufen untersucht; im ersten Lauf jeder Serie enthielt das Schmieröl keinerlei Polymerisate, im zweiten Lauf enthielt das Schmieröl das PoIyisobutylen-Additiv von Beispiel I und im dritten Versuchslauf das amorphe Äthylen/Propylen-Mischpolymerisat von Beispiel I. In allen Versuchsläufen wurde der Einlaßdruck der Luft im Feinsprühölgerät bei 1,62 atü gehalten, und jeder Lauf dauerte 2 h. Die Temperatur des Öls im Vorratsbehälter des Sprühölers wurde konstant gehalten, und zwar auf 26,7 C für Schmieröl Nr. 1 und auf 48,9 °C für Schmieröl Nr. 2.

Vor Beginn jedes Versuchslaufs wurden das Feinsprühölgerät und seine ölfüllung gewogen und ölnebelstutzen sowie Samraelbecher gesäubert und getrennt gewogen. Nach Ablauf der zweistündigen Versuchsdauer wurden alle diese Geräte erneut gewogen. Aufgrunü dieser Wägungen erhielt man folgende Ergebnisse:

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1. Menge des zerstäubten Öls (Gewichtsverlust)

2. Menge des abgeschiedenen ölnebels {Gewichtszunahme des Auffangbechers)

3. Menge der Ölverluste in der Apparatur (Gewichtszunahme des Äbscheiderstutzens)

A. Menge des "Streunebels" (Differenz zwischen

Gewichtsverlust im Zerstäubungsgerät und der Summe der Gewichtszunahmen von Stutzen und Auffangbecher)

Die Ergebnisse dieser Tests sind in der folgenden Tabelle II wiedergegeben.

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TABELLE II

ZERSTSUBUNGSVERHALTEN

Vers. Schmier-

Nr, öl Additiv

Zerstäubgs,- Zerstäubte Abgeschiedene Ölverluste Streunebel-Temp. ⁰C ö!menge ölnebel im Gerät Verlust

g/h

1 Nr. 1 keins 26,7

2 Nr. 1 Polyisobutylen 26,7

3 Nr. 1 Äthylen/ 26,7

Propylen-Copolymer

4 Nr. 2 keins 48., 9

5 Nr. 2 Polyisobutylen 48,9

6 Nr. 2 Äthylen/ 48,9

Propylen-Copolymer

67,2
25,9
9,99

59,0

34,9

18,6

45
47
45

33,1 49

11,8 46

3,2 33

61,3 46

34,9 47

21,3 52

19,9 30

10,9 42

6,3 63

12,2

4, 1

0,9

14,1

3,2

0,4

Wie diese Ergebnisse zeigen _r setzen die beiden untersuchten Olefin-Polynrerisate zwar beide die ölnebelbildung und die "Streunebel^-Verluste herab, diese Verminderung ist jedoch bei dem amorphen Sthylen/Propylen-Mischpolyrae^risa't erheblich größer als beim Polyisobutylen, und außerdem werden die "Streunebel"-Verluste von dem Mischpolymerisat stärker erniedrigt als vom Polyisobutylen.

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Claims

Patentanspruch

Verwendung eines amorphen Äthylen/Propylen-Mischpolymerisats, das ein durchschnittliches Zahlenmittel-Molekulargewicht M von 10.000 bis 100.000, einen Anteil der Propyleneinheiten von 20 - 70 Mol-% und ein Verhältnis von Gewichtsmittel zu Zahlenmittel des Molekulargewichts (M /W ) von kleiner als

w η

besitzt, in Anteilen von 0,01 - 1,0 Gew.-% in den Mineralschmierölen von mit Druckluft betriebenen Schlag- und Bohrwerkzeugen, insbesondere Gesteinsbohrmaschinen und Abbauhämmern.

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