DE69802127T2

DE69802127T2 - Verfahren zur Herstellung von Schmierfettenaauf Basis von Polyalphaolefinen

Info

Publication number: DE69802127T2
Application number: DE69802127T
Authority: DE
Inventors: David Leslie Andrew; Brian Leslie Slack
Original assignee: ExxonMobil Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: US5783531A; DE69802127D1; CA2229007C; EP0867500A1; CA2229007A1; EP0867500B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fetten auf Poly-α-olefin-Basis, insbesondere (aber nicht ausschließlich) die Herstellung solcher Fette, die mit einer einfachen oder komplexen Li-Seife verdickt sind.
Die Herstellung von mittels einfacher Seife und komplexer Seife/Salz verdickten Fetten und Techniken zum Verbessern der Fettausbeuten sind seit langem in der Praxis ausgeführt worden.
Das U.S -Patent 3,159,575 lehrt ein Verfahren zum Verbessern der Fettausbeuten von mittels Calciumseife/salz verdickten Fetten durch Zugeben von Alkylmethacrylat-Vinylpyrrolidon- Copolymeren zu dem Fett. Der Grundölträger für solche Fette wird als Mineralöl beschrieben, das durch naphthenisches Erdöl, Paraffinöl und von Erdöl abgeleitete gemischte Grundöle, einschließlich von Kohleprodukten abgeleiteten Schmierölen u.s.w., exemplifiziert wird.
Das U.S-Patent 3,159,576 lehrt ebenfalls ein Verfahren zum Verbessern der Fettausbeute von mittels Calciumseife/salz verdickten Fetten durch Zugabe von guartären Ammoniumverbindungen zu dem Fett in Kombination mit dem Calciumseife/salz-Verdickungsmittel:
Das U.S-Patent 3,189,543 lehrt in ähnlicher Weise ein Verfahren zum Verbessern der Fettausbeute von mittels Calciumseife/salz verdickten Fetten durch Einarbeiten eines in Öl löslichen Polyglykol-substituierten Polymers in das Fett.
In den zuvor genannten Patenten wurden die Fette hergestellt, indem das Calciumseife/salz-Verdickungsmittel in einem ersten Teil des in dem fertigen Fett enthaltenen Mineralgrundöls hergestellt wird, das spezifizierte, die Ausbeute erhöhende polymere oder quartäre Ammoniumverbindungs-Additiv zugesetzt wird, dann der Rest des Mineralgrundöls zugegeben wird, um die Gesamtmenge von 100% des spezifizierten Mineralöls zu erreichen.
Das U.S-Patent 3,681,242 lehrt ein zweistufiges Verfahren zur Herstellung von mittels Lithiumseife/salz verdicktem Fett mit hohem Tropfpunkt. In dem Verfahren wird das komplexe Lithiumseife/salz-Verdickungsmittel in einem ersten Teil des Grundöls hergestellt. Dieser erste Teil des Grundöls entspricht 30 bis 75% der gesamten Ölmenge, die in dem fertigen Fett vorliegen wird. Die Fettsäuren und Dicarbonsäuren werden unter Rühren in diesem ersten Grundölteil auf ungefähr 82,2-99ºC (180-210ºF) erwärmt. Dann wird langsam eine konzentrierte wässrige Lösung von Lithiumhydroxid zugesetzt und auf 143,3-154,5ºC (290- 310ºF) erwärmt, um die Entfernung von Wasser sicherzustellen. Die Temperatur wird dann weiter auf mindestens 210ºC (410ºF), aber nicht höher als 221,1ºC (430ºC) erhöht. Der Rest des Grundöls, das zur Herstellung des Fetts verwendet wird, wird dann dieser Mischung zugesetzt und die Temperatur wird schnell auf ungefähr 104,5ºC (220ºF) verringert, wonach die Mischung erneut auf ungefähr 176,6-190,5ºC (350-375ºF) erwärmt wird, gefolgt von einem unverzüglich erfolgenden schnellen Abkühlen auf eine Temperatur im Bereich von 104,4-115,5ºC (220-240ºF). Die Mischung wird bei dieser Temperatur 8 bis 16 h gehalten, dann durch eine Mühle geleitet und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Wieder sind die eingesetzten, als die ersten und zweiten (oder als Rest verwendeten) Ölpositionen verwendeten Öle in jedem Fall die gleichen.
Das U.S-Patent 3,428,562 lehrt ein Verfahren zur Herstellung einer Lithium-Fettzusammensetzung, die synthetisches Öl als die einzige Schmierölkomponente enthält. Die synthetischen Öle von Interesse sind synthetische Schmieröle vom Estertyp. In diesem Verfahren wird Fettsäure mit wässrigem Lithiumhydroxid bei einer Temperatur von 71,1-93,3ºC (160-200ºF) verseift, wonach 23-41 Gew.-% des synthetischen Schmieröls vom Estertyp bezogen auf das Gesamtgewicht des Öls in dem fertigen Fett zugesetzt wird. Dem folgt ein Erwärmen mit einer Rate von mindestens -17,3ºC (0,7ºF) pro Minute bis auf eine Spitzentemperatur von zwischen 193,3-232,2ºC (380 bis 450ºF), während 30 bis 56 Gew.-% des gleichen oder eines anderen synthetischen Schmieröls vom Estertyp zugesetzt oder zugesetzt werden. Die Mischung wird bei der vorerwähnten Temperatur 0 bis 30 min gehalten, gefolgt von Abkühlen und der Zugabe eines jeglichen Rests von synthetischem Ester-Öl, der benötigt wird, um 100% des gewünschten Ölendgehalts zu erreichen.
Das U.S-Patent 4,749,502 ist auf eine Fettzusammensetzung gerichtet, die eine Ölkomponente mit einer Hauptmenge eines synthetischen Fluids mit einer Viskosität von mindestens 50 cSt bei 40ºC und einer geringeren Menge eines Mineralöls mit einem Stockpunkt unter -20ºC und ein Verdickungsmittel umfasst. Das synthetische Fluid ist vorzugsweise Poly-α-olefin. Das Verdickungsmittel umfasst die einfachen Lithium-, Calcium-, Aluminium- und/oder Bariumseifen von Fettsäuren, wie Stearinsäure oder 12-Hydroxystearinsäure, oder die komplexen Calcium-, Lithium-, Barium- und/oder Aluminiumseifen/salze der vorerwähnten Fettsäuren mit mono- oder dibasischen Säuren mit niedrigerem Molekulargewicht.
In dem U.S-Patent 4,749,502 ist die Viskosität des Mineralöls geringer als die Viskosität des synthetischen Fluids über den Temperaturbereich, für den die Verwendung beabsichtigt ist. Beim Herstellen des Fetts wurde eine Mischung der vorerwähnten Öle als Grundausgangsmaterial verwendet.
Das U.S-Patent 4,597,881 lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines Lithiumseifen-Fetts, das die Schritte umfasst, eine Hydroxyfettsäure und Dicarbonsäure einem ersten Grundöl mit einem Anilinpunkt von 110 bis 130ºC bei einer Temperatur von weniger als 100ºC unter Rühren zuzusetzen, um eine gleichförmige Dispersion der Säuren in dem ersten Grundöl herzustellen. Danach wird Lithiumhydroxid der Mischung zugesetzt und die Masse wird auf eine Temperatur von 195 bis 210ºC erwärmt. Die Masse wird mit einer Rate von 20 bis 80ºC pro Stunde auf eine Temperatur nicht höher als ungefähr 160ºC abgekühlt. Schließlich wird ein zweites Grundöl mit einem Anilinpunkt von 130 bis 140ºC der Masse zugesetzt, so dass das Gewichtsverhältnis des ersten Grundöls zu dem zweiten Grundöl 30 : 70 bis 60 : 40 beträgt und die resultierende Mischung eine dynamische Viskosität von 5 bis 50 mm² /s (cSt) bei 100ºC und einen Anilinpunkt von 125 bis 135ºC aufweist. Die ersten und zweiten Grundöle können jeweils eine Viskosität im Bereich von 5 bis 50 mm²/s (cSt) bei 100ºC aufweisen. In den Beispielen 3 bis 5 hatten die eingesetzten ersten Grundöle dynamische Viskositäten von 11,2 mm²/s (cSt), 11, 4 mm²/s (cSt) und 11, 6 mm²/s (cSt) bei 100ºC, während die entsprechenden zweiten Grundöle dynamische Viskositäten von 19,4 mm²/s (cSt), 19,2 mm²/s (cSt) und 19,2 mm²/s (cSt) bei 100ºC hatten, was eine Fettgrundöl-Endmischung mit dynamischen Viskositäten von 14,7 mm²/s (cSt), 14,7 mm²/s (cSt) bzw. 14,8 mm²/s (cSt) bei 100ºC erzeugte. Im Falle dieser Grundöle waren die zur Herstellung der Grundöle gemischten Bestandteile 500 Neutral-Öl, Brightstock-Öl und Naphthene-Mineralöl; es wurden keine synthetischen Öle verwendet.
Das U.S-Patent 5,364,544 ist auf ein Fett für Gleitkontakte gerichtet, das auf einem synthetischen Öl, das ein Poly-α-olefin ist, basiert. Das PAO-Grundöl besteht aus einem synthetischen PAO mit einer niedrigen Viskosität von 8 bis 30 mm²/s (cSt) bei 40ºC und einem synthetischen PAO mit einer hohen Viskosität von mehr als 30 bis ungefähr 470 mm²/s (cSt) bei 40ºC. Das Grundöl wird offensichtlich als eine Mischung solcher PAOs unterschiedlicher Viskositäten eingesetzt.
Das U.S-Patent 5,133,888 lehrt ein Motorenträger-Fett, das ein Lithiumseifen-Verdickungsmittel, eine synthetische Grundöl-Mischung von Poly-α-olefinen und Hochdruckantiverschleißzusätze und Inhibitoren, umfassend Dithracarbamate, Phosphate und Hydroxide, umfasst. In den Beispielen war das verwendete Grundöl eine per se Mischung zweier PAO.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist entdeckt worden, dass verbesserte Ausbeuten an mittels einfachen Salzen und komplexen Seifen/Salzen verdickten Poly- α-olefin-Fetten mit unterschiedlichen Viskositätsgraden erhalten werden können, indem man ein Poly-α-olefin-Grundöl eines gewünschten Fettviskositätsgrads herstellt, wobei ein Verdickungsmittel mit einem Poly-α-olefin (PAO)-Grundöl mit bekannter Viskosität gemischt wird, um ein Grundfett zu bilden, und danach ein zusätzliches Grundöl zu dem Grundfett gegeben wird, um das fertige Fett zu bilden, dadurch gekennzeichnet dass:
a. das Grundfett durch Mischen eines Verdickungsmittels mit einer Menge eines ersten Öls gebildet wird, das mindestens ein Poly-α-olefin enthält, wobei das erste Öl eine Viskosität hat, die geringer als die Viskosität des PAO-Grundöls ist, und wobei das Verhältnis der kinematischen Viskosität bei 40ºC (in mm²/s) des PAO-Grundöls in dem fertigen Fett zu der des ersten Öls größer als 1 und weniger als 100 ist; und
b. ein zweites Öl, das mindestens ein PAO enthält, zu dem Grundfett (a) in einer ausreichenden Menge gegeben wird, um ein fertiges Fett zu bilden, in dem das erste Öl 20 bis 80% des gesamten Grundölgehalts des fertigen Fetts ausmacht, wobei das zweite Öl eine höhere Viskosität als jene des PAO-Grundöls hat.
Das Herstellen des Verdickungsmittels in einem ersten PAO-Öl, das eine geringere Viskosität als jene hat, die für die Ölkomponente in dem fertigen Fettprodukt gewünscht wird, und das nachfolgende Zugeben eines zweiten PAO-Öls, das eine höhere Viskosität als jene hat, die für die Ölkomponente in dem fertigen Fettprodukt gewünscht wird, um dadurch eine Ölmischung mit der gewünschten Endviskosität zu erzeugen, führt dazu, dass eine geringere Menge Verdickungsmittel benötigt wird, um eine spezielle Fettkonsistenz zu erzeugen, verglichen mit den Fetten, die gemäß einem Verfahren hergestellt wurden, bei dem das Verdickungsmittel in einem PAO-Grundöl mit derselben Viskosität wie die Grundölviskosität in dem fertigen Fett gebildet wird.
Die Konsistenz eines Fetts ist abhängig von der gesamten Konzentration des Verdickungsmittelsystems, der Natur der assoziativen molekularen Wechselwirkungen zwischen dem Verdickungsmittelsystem und dem Grundöl und der Effizienz, mit der die Seife in dem Grundöl dispergiert ist. Im allgemeinen wird in Fetten, die PAO und typische Verdickungsmittel enthalten, ein höherer Verdickungsmittelgehalt bezogen auf die Menge, die in Fetten benötigt wird, die naphthenische Mineralöle enthalten, benötigt, um die gleiche angestrebte Konsistenz zu erzielen. Es wird postuliert, dass der höhere Verdickungsmittelgehalt aufgrund von schlechterer Seifendispergierung und schwächeren Grundöl/Verdickungsmittelsystem-Wechselwirkungen in einem auf PAO basierenden Fett erforderlich ist. Wenn der gesamte Verdickungsmittelgehalt eines Fetts erhöht wird, beginnt die Fähigkeit des Fetts abzunehmen, unter den Einwirkungen einer äußeren Scherkraft zu fließen. Folglich sind auf PAO-Öl basierende Fette, die hohe Verdickungsmittelgehalte enthalten, in herkömmlichen mechanischen Fettabgabesystemen bei niedrigen Temperaturen schwierig zu pumpen.
In der Erfindung kann das erste PAO-Öl ein einzelnes PAO oder eine Mischung von PAO-Ölen sein, wobei die einzige Maßgabe darin besteht, dass das erste PAO-Öl oder die ersten Mischung von PAOs eine geringere Viskosität als jene der Grundölkomponente des fertigen Fetts hat. In ähnlicher Weise kann das zweite PAO-Öl ein einzelnes PAO oder eine Mischung von PAOs sein, wobei wieder die einzige Maßgabe darin besteht, dass das zweite PAO-Öl oder die zweite Mischung von PAO-Ölen eine höhere Viskosität als jene der Grundölkomponente des fertigen Fetts hat. Das Verhältnis der kinematischen Viskosität des gesamten Grundöls in dem fertigen Fett bei 40ºC (in mm²/s) zu der kinematischen Viskosität des ersten PAO-Öls oder der ersten PAO-Öl-Mischung bei 40ºC (in mm²/s) soll größer als 1, aber typischerweise weniger als 100 sein. Vorzugsweise wird dieses Verhältnis zwischen ungefähr 1,1 und 50, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1,15 und 10, noch mehr bevorzugt zwischen ungefähr 1,2 und 5 liegen.
Wenn die Viskosität des ersten PAO-Öls oder der ersten PAO-Öl- Mischung zu gering ist, wird möglicherweise die angestrebte Endviskosität des fertigen Fetts nach der Zugabe der maximalen zulässigen Menge des zweiten PAO-Öhs oder der zweiten PAO-Öl- Mischung, wie sie durch die Ziel-Fettkonsistenz, die beispielsweise durch Konuspenetration gemessen wird, diktiert wird, nicht erreicht. Auf die gleiche Weise könnte, wenn die Menge des ersten PAO-Öls mit geringer Viskosität zu hoch ist, dann die Viskosität des fertigen Fetts nach der Zugabe der maximalen zulässigen Menge des zweiten PAO-Öls oder der zweiten PAO-Öl-Mischung wieder nicht erreicht werden, wie sie durch die Ziel-Fettkonsistenz, die beispielsweise durch Konuspenetration gemessen wird, diktiert wird. Dementsprechend ist es wichtig, ein erstes PAO-Öl mit einer Viskosität zu wählen, die hoch genug ist, um zu ermöglichen, dass die Grundölendviskosität erreicht wird, aber noch geringer als die Viskosität der Grundölviskosität des fertigen Fetts ist. Die tatsächliche Viskosität des ersten PAO-Öls und die eingesetzte Menge werden dementsprechend dem Praktiker überlassen, damit dieser auf einer Fall-zu-Fall-Grundlage hinsichtlich des speziellen Fetts von Interesse die Endviskosität des gesamten Grundöls in jenem Fett und die für das fertige Fett angestrebte Konsistenz sicherstellt.
PAOs haben Viskositäten im Bereich von ungefähr 1 bis 150 mm²/s (cSt) bei 100ºC. Typische PAOs sind PAO-2 (Viskosität von ungefähr 2 mm²/s bei 100ºC), PAO 4 (Viskosität von 4 mm²/s bei 100ºC), PAO 6 (Viskosität von 6 mm²/s bei 100ºC), PAO 8 (Viskosität von ungefähr 8 mm²/s bei 100ºC), PAO 40 (Viskosität von ungefähr 40 mm²/s bei 100ºC) und PAO 100 (Viskosität von ungefähr 100 mm²/s bei 100ºC).
Solche Poly-α-olefine können aus linearen α-Olefinen, die 8 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, durch ein Oligomerisierungsverfahren, das Dimere, Trimere, Tetramere, Pentamere u.s.w. dieser Olefine erzeugt, hergestellt werden. Im allgemeinen nimmt die Viskosität der Poly-α-olefine mit dem Molekulargewicht des Oligomers zu, während die Monoolefin-Kohlenstoffanzahl, die Linearität und die Position der Ungesättigtheit den VI und Stockpunkt des Poly-α-olefin-Oligomers bestimmen. Im allgemeinen ist der VI umso höher und der Stockpunkt des Oligomers umso höher, je höher die Kohlenstoffanzahl des Monoolefins ist. Nicht-lineare Monoolefine sind nicht bevorzugt, da sie dazu neigen, Oligomere mit niedrigerem VI zu erzeugen. Interne Olefinmonomere erzeugen ebenfalls stärker verzweigte Polyolefinstrukturen, die niedrigere VIs und im allgemeinen niedrigere Stockpunkte aufweisen. Eine zufriedenstellende Kombination von Stockpunktviskosität und VI ist durch Polymerisieren von linearen C&sub1;&sub0;-α-Olefin-Monomeren und Hydrieren des resultierenden Polymers erhalten worden.
Es ist bevorzugt, dass das erste PAO-Öl mit geringer Viskosität und das zweite PAO-Öl mit hoher Viskosität Mischungen von zwei oder mehr PAOs sind. Beispielsweise kann das PAO-Öl mit geringer Viskosität eine Mischung von PAO 8 und PAO 40 sein und es kann sogar eine geringe Menge von PAO 100 vorhanden sein, solange die Viskosität der Mischung geringer als die angestrebte Viskosität der gesamten Ölkomponente des fertigen Fetts ist. In ähnlicher Weise kann das PAO-Öl mit hoher Viskosität eine Mischung von PAO 40 und einem größeren Anteil von PAO 100 sein, wobei sogar eine geringe Menge von z.B. PAO 8 vorhanden ist, solange die Viskosität dieser Mischung mit hoher Viskosität höher als die angestrebte Viskosität der gesamten Ölkomponente des fertigen Öls ist.
Im allgemeinen wird die Verdickungsmittelkomponente eines Fetts in einem Teil des gesamten Öls, das in dem fertigen Fett vorliegt, synthetisiert. In der vorliegenden Beschreibung ist dies, was als das erste PAO-Öl oder die erste PAO-Öl-Mischung bezeichnet wird. Typischerweise macht dieser Ölanteil ungefähr 40% des gesamten Öls in dem fertigen Fett aus; jedoch kann der Anteil von 20 bis 80% reichen. Der optimale Ölanteil, der während der Verdickungsmittelsynthese verwendet wird, hängt von dem Seifentyp, dem Herstellungsverfahren, der Viskosität dieses ersten Ölanteils, der Grundölviskosität in dem fertigen Fett und der Ziel-Fettkonsistenz ab. Die Literatur offenbart mehrere optimale Bedingungen und die Fachleute auf diesem Gebiet werden die optimale Menge Öl wissen, die während der Verdickungsmittelherstellung für die Fette, die für diese von Interesse sind, verwendet werden sollte.
Innerhalb des Kontexts dieser Erfindung ist entdeckt worden, dass optimale Verdickungsmittelausbeuten in auf PAO basierenden Fetten erreicht werden, wenn die Viskosität des während der Verdickungsmittelherstellung verwendeten Öls minimiert wird, wobei nach wie vor eine ausreichende Viskosität aufrecht erhalten wird, so dass die endgültige Grundölviskosität des fertigen Fetts erreicht werden kann, indem ein zweiter Teil PAO zugesetzt wird, wobei nach wie vor die Ziel-Fettkonsistenz erreicht wird.
Die minimale Viskosität des ersten PAO oder der ersten PAO- Mischung wird von dem Anteil des gesamten Öls, welcher während der Verdickungsmittelsynthese verwendet wird, und der Viskosität des zweiten PAO-Öls oder der zweiten PAO-Öl-Mischung, das bzw. die nach der Verdickungsmittelbildung zugesetzt wird, abhängen. Indem man den Anteil des gesamten Öls, der während der Verdickungsmittelsynthese verwendet wird, senkt und die Viskosität des zweiten PAO-Öls erhöht, ist es möglich, die Viskosität des ersten PAO-Öls zu verringern. Mit der vorliegenden Beschreibung vor ihnen werden die Fachleute auf diesem Gebiet in der Lage sein, zu den korrekten Mengen und Viskositäten eines solchen ersten PAO-Öls oder einer solchen ersten PAO-Öl-Mischung und eines solchen zweiten PAO-Öls oder solcher zweiter PAO-Öl-Mischungen zu gelangen, wie sie benötigt werden, um eine beliebige der unterschiedlichen Qualitäten von Fetten, die von Interesse sein könnten, herzustellen.
Verdickungsmittel, die in der vorliegenden Fettformulierung nützlich sind, schließen einfache Lithium-, Calcium-, Barium- und/oder Aluminiumseifen, vorzugsweise einfache Lithiumseifen, komplexe Lithium-, Calcium-, Barium- und/oder Aluminiumseifen/salze, vorzugsweise komplexe Lithiumseife gemischt mit Lithium-Calcium-Seifen und Polyharnstoff ein.
Polyharnstoff-Verdickungsmittel sind im Stand der Technik wohlbekannt. Sie werden hergestellt, indem ein Amin oder eine Mischung von Aminen und ein Polyamin oder eine Mischung von Polyaminen mit einem oder mehreren Diisocyanaten und einem oder mehreren Isocyanaten, wie geeignet, umgesetzt werden. Die Umsetzung kann ausgeführt werden, indem die aus der obigen Liste entnommene Gruppe von Reaktanten in einem Reaktionsgefäß bei einer Temperatur von ungefähr 15ºC bis 160ºC für 0,5 bis 5 h zusammengegeben und umgesetzt wird. Die Umsetzung wird üblicherweise in einem Lösungsmittel ausgeführt, das im Falle des vorliegenden Fettherstellungsverfahren eine Menge eines ersten PAO-Öls mit einer geringeren Viskosität als jener des gesamten, in der fertigen Fettformulierung zu verwendenden Grundöls ist. Eine detaillierte Diskussion der Polyharnstoff- Verdickungsmittelherstellung für Fette kann in dem U.S-Patent 4,929,371 gefunden werden.
Einfache und komplexe Lithium- oder Calciumseifen für eine Verwendung als Verdickungsmittel in Fettformulierungen und deren Herstellungsverfahren sind dem Praktiker auf dem Gebiet der Fette ebenfalls wohlbekannt. Einfache Seifen werden hergestellt, indem eine oder mehrere Fettsäure(n), Hydroxyfettsäure(n) oder Ester davon in einem geeigneten Lösungsmittel, üblicherweise dem Fett-Grundöl, das in der vorliegenden Erfindung ein erstes PAO-Öl oder eine erste Mischung von PAO-Ölen mit geringerer Viskosität als jener des gesamten, in der fertigen Fettformulierung zu verwendenden Grundöls ist, zusammengegeben werden und die Säuren oder Ester mit der passenden Base, z.B. LiOH oder CaOH, umgesetzt werden. Komplexe Lithium- oder Calciumseifen-Verdickungsmittel werden hergestellt, indem eine oder mehrere Fettsäure(n), Hydroxyfettsäure(n) oder Ester davon mit einem passenden Komplexierungsmittel in einem ersten PAO-Öl oder einer ersten PAO-Öl-Mischung mit geringer Viskosität zusammengegeben werden und die Mischung mit der passenden Base, z.B. LiOH oder CaOH, umgesetzt wird. Das Komplexierungsmittel besteht typischerweise aus einer oder mehreren Dicarbonsäuren oder Estern davon oder einer oder mehreren kurzkettigen C&sub2;-C&sub6;-Carbonsäuren oder Estern davon.
Die bei der Herstellung der in dem Fett der Erfindung eingesetzten Verdickungsmittel verwendete Fettsäure oder Hydroxyfettsäure hat 12 bis 24 Kohlenstoffatome. Folglich werden Lithium- oder Calciumsalze von C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäuren oder von 9-, 10- oder 12-Hydroxy-C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-fettsäuren oder die Ester davon eingesetzt.
Die komplexen Lithiumseifen werden hergestellt, indem sowohl die C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäure, -Hydroxyfettsäure oder Ester davon als auch ein C&sub2;-C&sub1;&sub2;-Dicarbonsäure-Komplexierungsmittel eingesetzt werden. Geeignete Säuren umfassen dementsprechend die Hydroxystearinsäuren, z.B. 9-Hydroxy-, 10-Hydroxy- oder 12-Hydroxystearinsäure. Ungesättigte Fett- oder Hydroxyfettsäuren oder Ester davon, wie Ricinolsäure, die eine ungesättigte Form von 12-Hydroxystearinsäure ist und eine Doppelbindung in der 9-10- Position aufweist, wie auch der Ester jeder Säure können ebenfalls verwendet werden. Die eingesetzten C&sub2;-C&sub1;&sub2;-Dicarbonsäuren werden eine oder mehrere gerad- oder verzweigtkettige C&sub2;-C&sub1;&sub2;- Dicarbonsäuren, vorzugsweise C&sub4;-C&sub1;&sub2;-, mehr bevorzugt C&sub6;-C&sub1;&sub0;- Dicarbonsäuren oder die Mono- oder Diester davon sein. Geeignete Beispiele sind Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Suberinsäure, Pimelinsäure, Azelainsäure, Dodecandisäure und Sebacinsäure und die Mono- oder Diester davon. Adipinsäure, Sebacinsäure, Azelainsäure und Mischungen davon, vorzugsweise Sebacinsäure und Azelainsäure und Mischungen davon werden als die bei der Herstellung der komplexe Lithiumseife-Fettgrundlagen verwendeten Dicarbonsäuren eingesetzt.
Die komplexen Calciumseifen werden hergestellt, indem man die C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäure, -Hydroxyfettsäure oder den Ester oder das Glycerid davon und ein kurzkettiges C&sub2;-C&sub6;-Carbonsäure-Komplexierungsmittel einsetzt. Geeignete Säuren sind Stearinsäuren, z.B. 9-Hydroxy-, 10-Hydroxy- oder 12-Hydroxystearinsäure. Die kurzkettige Carbonsäure kann geradkettig oder verzweigt, vorzugsweise C&sub2; bis C&sub6; und, mehr bevorzugt, C&sub2;, C&sub3; oder C&sub4; sein. Beispiele von kurzkettigen Carbonsäuren sind Essigsäure, Propansäure, Butansäure u.s.w. Essigsäure ist die bevorzugte komplexierende Säure bei der Herstellung von komplexen Calcium- Fetten. Essigsäure kann der Fettformulierung in Form der freien Säure zugesetzt und dann mit CaOH neutralisiert werden zusammen mit der Fettsäure, dem Fettsäureester oder Fettsäureglycerid; oder es kann alternativ Calciumacetat dem Fett direkt zugesetzt werden.
Die Neutralisierung der Seife vom einfachen Säuretyp (einfache Seife) oder der Säuremischung des unterschiedlichen Säuretyps (komplexe Seife) mit der Base wird üblicherweise bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 82,2-104,5ºC (180 bis 220ºF) ausgeführt. Wenn die Seife sich zu einer schweren Konsistenz verdickt hat, wird die Temperatur auf ungefähr 143,3- 154,5ºC (290-310ºF) erhöht, um die Entfernung von Wasser sicherzustellen. Ein nachfolgendes Erwärmen auf eine hohe Temperatur von ungefähr 193,3-215,5ºC (380-420ºF), gefolgt von der Zugabe des zweiten PAO-Öls oder der zweiten PAO-Öl- Mischung mit höherer Viskosität als jener des gesamten Grundöls, das in dem fertigen Fettprodukt verwendet wird, und ein Abkühlen auf ungefähr 104,5ºC (220ºF) können ebenfalls ausgeführt werden, um ein gemischtes Öl herzustellen, das die angestrebte Endprodukt-Ölviskosität aufweist.
Obwohl erwartet wird, dass der erfahrene Praktiker der Fettherstellung mit der Technik, die verwendet wird, um komplexe Lithium- oder Calciumfette herzustellen, vertraut sein wird, werden verschiedene derartige Herstellungsverfahren in dem U.S-Patent 3,681,242, U.S-Patent 3,791,973, U.S-Patent 3,929,651, U.S-Patent 5,236,607, U.S-Patent 4,582,619, U.S.- Patent 4,435,299, U.S-Patent 4,787,992 detailliert angegeben. Mit gemischten Lithium-Calcium-Seifen verdickte Fette sind in dem U.S-Patent 5,236,607, U.S-Patent 5,472,626 beschrieben. Es wird nicht angenommen, dass die jeweiligen Techniken, die zur Herstellung der einfachen oder komplexen Lithium- oder Calciumseifen oder Lithium-Calciumseifen verwendet werden, im Rahmen der Erfindung kritisch sein werden, und diese bilden keinen Teil der Erfindung. Das Obige wird lediglich als Veranschaulichung angeboten.
In der Erfindung ist das bevorzugte Verdickungsmittel, unabhängig von der für dessen Herstellung verwendeten Technik, komplexe Lithiumseife.
Die Fettformulierung der Erfindung enthält irgendetwas zwischen 1 und 30 Gew.-% Verdickungsmittel, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% Verdickungsmittel bezogen auf die fertige Formulierung, aber, wie zuvor angegeben, wird die in dem erfindungsgemäß hergestellten PAO-Fett vorliegende Menge an Verdickungsmittel geringer sein als die Menge, die in einem vergleichbaren PAO- Fett vorliegt, das gemäß einem Verfahren hergestellt worden ist, in dem die Verdickungsmittel-Komponente in einem PAO oder einer PAO-Mischung mit einer Viskosität, die die gleiche wie oder höher als die Viskosität des Grundöls in dem fertigen Fett ist, hergestellt oder synthetisiert wird.
Ein bevorzugtes komplexes Lithium-Fettgrundmaterial wird in dem U.S-Patent 3,929,651, das auch ein detailliertes Verfahren zu dessen Herstellung lehrt, offenbart und erläutert. Die Lehren jenes Patents werden in diese Beschreibung durch Bezugnahme aufgenommen. Grob zusammengefasst, umfasst jenes komplexe Lithium-Fettgrundmaterial eine Hauptmenge eines Grundöls, eine geringere Menge eines komplexen Lithiumseife-Verdickungsmittels und eine geringere Menge eines Lithiumsalzes einer C&sub3;- C&sub1;&sub4;-Hydroxycarbonsäure, in der die OH-Gruppe an ein Kohlenstoffatom, das nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome von dem Kohlenstoffatom der Carboxylgruppe entfernt ist, gebunden ist.
Die komplexe Lithiumseife ist eine beliebige der herkömmlichen komplexen Lithiumseifen der Literatur und enthält typischerweise eine Kombination eines Dilithiumsalzes einer C&sub2;-C&sub1;&sub2;-Dicarbonsäure oder des Mono- oder Diesters solcher Säuren und eines Lithiumsalzes einer C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäure oder einer 9-, 10- oder 12-Hydroxy-C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-fettsäure oder des Esters einer solchen Säure. Diese Materialien sind oben detailliert diskutiert worden. Zusätzlich enthält das Fett auch eine zusätzliche Lithiumsalz-Komponente, das Lithiumsalz von einer oder mehreren Hydroxycarbonsäure(n) oder einem oder mehreren Ester(n) davon, in denen eine OH-Gruppe an ein Kohlenstoffatom, das nicht mehr als 6 Kohlenstoffatome von dem Kohlenstoffatom der Carboxylgruppe entfernt ist, gebunden ist. Diese Säure weist 3 bis 14 Kohlenstoffatome auf und kann entweder eine aliphatische Säure, wie Milchsäure, 6-Hydroxydecansäure, 3-Hydroxybutansäure, 4-Hydroxybutansäure, 6-Hydroxy-α-hydroxystearinsäure u.s.w., oder eine aromatische Säure, wie p-Hydroxybenzoesäure, Salicylsäure, 2-Hydroxy-4-hexylbenzoesäure, m-Hydroxybenzoesäure, 2,5-Dihydroxybenzoesäure (Gentisinsäure); 2,6-Dihydroxybenzoesäure (γ-Resorcinsäure); 2-Hydroxy-4-methoxybenzoesäure u.s.w., oder eine hydroxyaromatische aliphatische Säure, wie 2-(o-Hydroxyphenyl)-, 2-(m-Hydroxyphenyl)- oder 2-(p-Hydroxyphenyl)ethansäure sein. Es könnte auch eine cycloaliphatische Hydroxysäure, wie Hydroxycyclopentylcarbonsäure oder Hydroxynaphthensäure verwendet werden. Besonders nützliche Hydroxysäuren (oder die Ester davon) sind 2-Hydroxy-4-methoxybenzoesäure, Salicylsäure und p-Hydroxybenzoesäure. Anstelle einer Verwendung der freien Hydroxysäure des letztgenannten Typs bei der Herstellung des Fetts kann man einen niederen Alkoholester, z.B. den Methyl-, Ethyl- oder Propyl-, Isopropyl- oder sek.-Butylester der Säure, z.B. Methylsalicylat, verwenden. Der Ester der Hydroxycarbonsäure wird mit wässrigem Lithiumhydroxid hydrolysiert, um das Lithiumsalz zu erhalten. Es können das Monolithiumsalz oder das Dilithiumsalz der C&sub3;- C&sub1;&sub4;-Hydroxysäure oder des Esters davon verwendet werden, aber das Dilithiumsalz ist bevorzugt.
Wie in dem U.S-Patent 3,929,651 gelehrt wird, können diese Dreikomponenten-Lithiumsalz-Verdickungsmittel auf zahlreiche unterschiedliche Weisen hergestellt werden. Ein bequemer Weg, wenn die C&sub3;-C&sub1;&sub4;-Hydroxycarbonsäure Salicylsäure ist, besteht darin, eine Coneutralisierung der C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäure oder 9-, 10- oder 12-Hydroxy-C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-fettsäure und der Dicarbonsäure in mindestens einem Teil des Öls mit Lithiumhydroxid auszuführen. Bei der vorliegenden Erfindung ist dieser erste Teil des Öls ein erstes PAO-Öl oder eine erste PAO-Öl-Mischung mit einer Viskosität, die geringer als jene der gesamten Ölkomponente des fertigen Fettprodukts ist. Diese Neutralisierung wird bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 82,2-104,5ºC (180ºF bis 220ºF) stattfinden. Wenn das Seifenausgangsmaterial sich zu einer schweren Konsistenz verdickt hat, wird die Temperatur auf ungefähr 126,6-149ºC (260ºF bis 300ºF) erhöht, um eine Dehydratisierung zu bewirken. Das Seifenausgangsmaterial wird dann auf ungefähr 87,7º-99ºC (190ºF bis 210ºF) abgekühlt und die zusätzliche Säure oder der zusätzliche Ester der C&sub3;-C&sub1;&sub4;- Hydroxycarbonsäure, z.B. Methylsalicylat, wird zugesetzt; dann wird allmählich zusätzliches Lithiumhydroxid zugesetzt, um die Säure oder den Ester, z.B. das Salicylat, in das Dilithiumsäure- oder Ester-, z.B. Salicylat-, -salz umzuwandeln. Die Umsetzung wird bei ungefähr 104,4º-115,5ºC (220ºF bis 240ºF) vorzugsweise unter Bewegung ausgeführt, um die Reaktion zu erleichtern. Bei dieser Reaktion verdampft der Alkohol und es bildet sich das Dilithiumsäure- oder Ester-, z.B. Salicylat, -salz.
Dann wird die Dehydratisierung bei 148,8-160ºC (300ºF bis 320ºF) abgeschlossen, wonach das Fett bei 193,3-199ºC (380- 390ºF) 15 min erwärmt wird, um dessen Ausbeute zu erhöhen, und wird dann abgekühlt, während zusätzliches Öl zugesetzt wird, um die gewünschte Konsistenz zu erhalten. In dieser Erfindung ist dieses zusätzliche Öl eine Menge eines zweiten PAO-Öls oder einer zweiten PAO-Öl-Mischung mit einer höheren Viskosität als jener der gesamten Ölkomponente des fertigen Fetts, wobei die zugesetzte Menge eines solchen zweiten PAO (1) ausreichend ist, um die Viskosität der gesamten Ölkomponente auf das in dem fertigen Fett gewünschte Ausmaß zu erhöhen, und (2) ausreichend ist, um das Grundfettkonzentrat auf die gewünschte Konsistenz des fertigen Fetts zu erweichen. Die Konsistenz des fertigen Fetts wird durch den ASTM-D217-Konuspenetrationstest oder andere geeignete Methoden gemessen, und die Identifizierung der jeweiligen Zielkonsistenz wird dem Praktiker, der das spezielle Fett, das für ihn von Interesse ist, formuliert, überlassen. Alternativ kann das zusätzliche Öl dem Seifenkonzentrat vor der in situ erfolgenden Bildung des Dilithiumsäure- oder Ester-, z.B. Salicylat-, -salzes zugesetzt werden.
Ein alternatives Verfahren besteht darin, eine Coneutralisierung aller drei bei der Herstellung des Fetts verwendeten Säuretypen auszuführen oder einen niederen Ester der Hydroxy-C&sub3;- C&sub1;&sub4;-säure, z.B. Methylsalicylat, gleichzeitig mit der Neutralisierung der Hydroxyfettsäure des ersten Typs, z.B. Hydroxystearinsäure, und der Dicarbonsäure zu verseifen. Eine noch weitere Alternative besteht darin, eine Coneutralisierung der Hydroxyfettsäure und des Esters der Hydroxy-C&sub3;-C&sub1;&sub4;-säure auszuführen, gefolgt von der Neutralisierung der Dicarbonsäure.
Die Fette enthalten, bezogen auf die fertige Fettmasse, 2 bis Gew.-% und vorzugsweise 10 bis 25 Gew.-% aller drei Lithiumsalz-Komponenten. Das zusätzliche Lithiumsalz der C&sub3;-C&sub1;&sub4;-Hydroxycarbonsäure (z.B. Dilithiumsalicylat) ist in dem Fett in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 10 Gew.-% des fertigen Fetts enthalten. Das Verhältnis der Lithiumseife der C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;- Fettsäure oder 9-, 10- oder 12-Hydroxy-C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-fettsäure zu der Lithiumseife der Dicarbonsäure kann im Bereich von 0,5 bis 15 Gewichtsteilen der ersteren zu einem Gewichtsteil der letztgenannten, vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 5 Gewichtsteilen der Seife der C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-Fettsäure oder der 9-, 10- oder 12-Hydroxy-C&sub1;&sub2;-C&sub2;&sub4;-fettsäure zu einem Gewichtsteil der Seife der Dicarbonsäure liegen. Das Verhältnis der C&sub3;-C&sub1;&sub4;-Hydroxycarbonsäure zu der Dicarbonsäure wird 0,025 bis 2,5 Gewichtsteile der Hydroxycarbonsäure zu einem Gewichtsteil der Dicarbonsäure, vorzugsweise 0,125 bis 1,25 Gewichtsteile der Hydroxycarbonsäure zu einem Gewichtsteil der Dicarbonsäure betragen.
Obwohl die Verdickungsmittelausbeute eines speziellen Fetts von dem jeweiligen Kessel oder Gefäß, der bzw. das zur Herstellung des Fetts verwendet wird, und den optimalen Betriebsbedingungen für den jeweiligen Kessel (d.h. Dehydratisierungsrate und -dauer, Wassergehalt und Haltezeit der Spitzentemperatur) abhängt, funktioniert die Erfindung unabhängig von einer solchen Optimierung des individuellen und besonderen Satzes von Betriebsbedingungen für einen jeglichen jeweiligen Kessel. Die Erfindung wird bezogen auf den Fall, in dem die Grundölviskosität in der Kochcharge (d.h. dem Grundmaterial, in dem das Verdickungsmittel hergestellt wird) und jene der angestrebten Grundölmischung gleich sind, für einen gegebenen Satz von Betriebsparametern und -bedingungen zu besseren Verdickungsmittelausbeuten führen. So wird das Verfahren der Erfindung unter Bedingungen, bei denen alle anderen Verfahrensschritte, Ausrüstung oder Variablen gleich sind oder konstant gehalten werden, zu unerwartet verbesserten Verdickungsmittel/Fett-Ausbeuten führen (d.h. Fett, das die bezüglich Viskosität und Fett-Konsistenz bestehenden Ziele erfüllt, jedoch bei einem geringeren Verdickungsmittelgehalt).
Ein bevorzugtes komplexes Lithium-Fett wird in der gleichzeitig anhängigen, am 11. September 1996 im Namen von David L. Andrew eingereichten Anmeldung U.S.-Serial-Nr. 712,066, Veröffentlichungsnummer US-A-5731274, beschrieben und beansprucht. In jener Anmeldung enthält das Fett das in dem U.S.- Patent 3,929,651 beschriebene, Dreikomponenten-Lithiumsalz- Verdickungsmittel und enthält zusätzlich ein Thiadiazol, von dem gefunden worden ist, dass es die Oxidationsbeständigkeit eines solchen Fetts verbessert.
Die in jener Formulierung verwendeten Materialien vom Thiadiazoltyp haben die allgemeine Formel:
R&sub1;-(S)x-Q-(S)y-R&sub2;, (1),
worin Q ein 1,3,4-Thiadiazol-, 1,2,4-Thiadiazol-, 1,2,3- Thiadiazol- oder ein 1,2,5-Thiadiazol-Heterozyklus ist, "x" und "y" gleich oder verschieden sein können und ganze Zahlen von 1 bis 5 sind und R&sub1; und R&sub2; gleich oder verschieden sind und H oder C&sub1;-C&sub5;&sub0;-Kohlenwasserstoff sind, oder (2)
R&sub1;-(S)x-Q&sub1;-(S)z-Q&sub2;-(S)z-(S)y-R&sub2; (2),
worin Q&sub1; und Q&sub2; gleich oder verschieden sind und 1,3,4-Thiadiazol- , 1,2,4-Thiadiazol-, 1,2,3-Thiadiazol- oder 1,2,5-Thiadiazol-Heterozyklen sind, "x", "y" und "z" gleich oder verschieden sein können und ganze Zahlen von 1 bis 5 sind, R&sub1; und R&sub2; gleich oder verschieden sind und H oder C&sub1;-C&sub5;&sub0;-Kohlenwasserstoff sind. Das bevorzugte Thiadiazol hat die Struktur 2, worin x = 1, y = 1 und z = 2, R&sub1; Wasserstoff, R&sub2; = Wasserstoff und Q&sub1; = Q&sub2; und 1,3,4-Thiadiazol ist. Das bevorzugte Thiadiazol ist erhältlich von der R.T. Vanderbilt Company, Inc., unter dem Handelsnamen Vanlube 829®. Solche Thiadiazol-Additive können in den oben beschriebenen Dreikomponenten-Lithiumseife/salz-Fetten in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 5,0 Gew.-% bezogen auf das fertige Fett vorliegen.
In der am 14. März 1997 im Namen von David L. Andrew und Brian L. Slack eingereichten, gleichzeitig anhängigen Anmeldung U.S.-Serial-Nr. 815,018 wird offenbart, dass bei einfachen und komplexen Fetten dieses Korrosionsbeständigkeitvermögen erhöht werden kann durch Zugabe von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,2 bis 1,5 Gew.-% eines Kohlenwasserstoffdiamins der Formel:
worin R und R' gleich oder verschieden sind und gerad- oder verzweigtkettiges C&sub1;-C&sub3;&sub0;-alkyl-, -alkenyl-, -alkinyl-, arylsubstituierte aliphatische Ketten sind, wobei die aliphatischen Ketten an das Stickstoffatom in dem Molekül gebunden sind. Vorzugsweise ist R ein C&sub1;&sub2;-C&sub1;&sub8;-Kohlenwasserstoffrest, vorzugsweise Alkyl- oder Alkenylrest und ist R&sub1; ein C&sub2;-C&sub6;-Kohlenwasserstoff-, vorzugsweise Alkylrest. Bevorzugte Kohlenwasserstoffdiamine umfassen jene, worin R ein Dodecylradikal ist und R' ein 1,3-Propyldiradikal ist (kommerziell erhältlich von Akzo Chemie unter dem Handelsnamen DUOMEEN C®); oder worin R = Oleylradikal, R' = 1,3-Propyldiradikal (bekannt als DUOMEEN O®); oder worin R = Talgradikale, R' = 1,3-Propyldiradikal (bekannt als DUOMEEN T®).
Ferner kann das Fett der Erfindung ein jegliches der typischen Fettadditive, einschließlich herkömmlichen Antioxidationsmitteln, EP-Additiven, Antiverschleißzusätzen Klebrigmachern, Farbstoffen, Rostschutzadditiven u.s.w. enthalten. Solche typischen Additive und deren Funktionen sind in "Modern Lubricatirig Greases" von C.J. Boner, Scientific Publication (G.B.) Ltd., 1976 beschrieben.
Beispiele von Antioxidationsmitteln sind die Antioxidationsmittel vom Phenol- und Amintyp und Mischungen davon.
Die Antioxidationsmittel vom Amintyp schließen Diarylamine und Thiodiarylamine ein. Geeignete Diarylamine sind Diphenylamin; Phenyl-α-naphthylamin; Phenyl-β-naphthylamin; α-α-Dinaphthylamin, β-β-Dinaphthylamin; oder α,β-Dinaphthylamin. Geeignete Antioxidationsmittel sind auch Diarylamine, worin eine oder beide der Arylgruppen alkyliert sind, z.B. mit linearen oder verzweigten Alkylgruppen, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, wie die Diethyldiphenylamine; Dioctyldiphenylamine, Methylphenyl-α-naphthylamine; Phenyl-β-(butylnaphthyl)amin; Di(4-methylphenyl)amin oder Phenyl(3-propylphenyl)amin Octylbutyldiphenylamin, Dioctyldiphenylamin, Octyl-, Nonyldiphenylamin, Dinonyldiphenylamin und Mischungen davon.
Geeignete Thiodiarylamine sind Phenothiazin, die alkylierten Phenothiazine, Phenylthio-α-naphthylamin; Phenylthio-β-napht- hylamin, α-α-Thiodinaphthylamin, β-β-Thiodinaphthylamin; Phenylthio-α-(methylnaphthyl)amin; Thio-di(ethylphenyl)amin; (Butylphenyl)thiophenylamin.
Andere geeignete Antioxidationsmittel sind 2-Triazine der Formel
worin R&sub4;, R&sub5;, R&sub6;, R&sub7; Wasserstoff, ein C&sub1;-C&sub2;&sub0;-Kohlenwasserstoffrest oder Pyridyl sind und R&sub3; ein C&sub1;-C&sub8;-Kohlenwasserstoffrest, C&sub1;-C&sub2;&sub0;-Kohlenwasserstoffamin, Pyridyl oder Pyridylamin ist. Sofern gewünscht, können Mischungen von Antioxidationsmitteln in der Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung vorliegen.
Antioxidationsmittel vom Phenoltyp umfassen 2,6-Di-tert.- butylphenol, alkyliertes 2,6-Di-tert.-butylphenol, worin der Alkylsubstituent ein Kohlenwasserstoffrest ist und zwischen 1 und 20 Kohlenstoffatomen enthält, wie 2,6-Di-tert.-butyl-4- methylphenol, 2,6-Di-tert.-butyl-4-ethylphenol u.s.w. oder 2,6-Di-tert.-butyl-4-alkoxyphenol, worin der Alkoxysubstituent zwischen 1 und 20 Kohlenstoffatome enthält, wie 2,6-Di-tert.- butyl-4-methoxyphenol; Materialien der Formel
worin X 0 bis 5 ist, R&sub8; und R&sub9; gleich oder verschieden sind und C&sub1;-C&sub2;&sub0;-Kohlenwasserstoffreste, die Sauerstoff oder Schwefel enthalten oder mit Sauerstoff oder Schwefel enthaltenden Gruppen substituiert sein können, sind; und Materialien der Formel
worin y 1 bis 4 ist und R&sub1;&sub0; ein C&sub1;-C&sub2;&sub0;-Kohlenwasserstoffrest ist, der Sauerstoff oder Schwefel enthalten oder mit Sauerstoff oder Schwefel enthaltenden Gruppen substituiert sein kann, oder Mischungen solcher Antioxidationsmittel vom Phenoltyp.
Wenn sie überhaupt vorhanden sind, liegen die Antioxidationsmittel, vorzugsweise Antioxidationsmittel vom Amintyp und/oder phenolische Antioxidationsmittel, in dem Fett in einer Menge von bis zu 5 Gew.-% des fertigen Fetts vor.
Unter den bevorzugten Extremdruck-Additiven und Antiverschleißzusätzen befinden sich Bleinaphthenat, Bleidialkyldithiocarbamat, Zinkdialkyldithiocarbamate, Zinkdialkyldithiophosphate, geschwefelte Alkene (z.B. geschwefeltes Isobutylen), Antimondialkyldithiophosphate, 4,4'-Methylenbis(dialkyldithiocarbamat), geschwefelte Fette oder Fettsäuren, Aminphosphatsalze, Phosphite und Phosphitester u.s.w.
Unter den bevorzugten Rostschutzadditiven befinden sich verschiedene auf Natrium, Barium, Calcium u.s.w. basierende Sulfonate. Aminphosphate, Natriumnitrit, alkylierte Ammoniumnitritsalze, Verbindungen, die Imidazolin-Funktionalität enthalten, oder Zinknaphthenat können ebenfalls als Rostinhibitoren verwendet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen demonstriert.

EXPERIMENTELLER TEIL

Laborexperimente haben gezeigt, dass verbesserte Verdickungsmittelausbeuten bei auf PAO basierenden Fetten erzielt werden können, wenn die anfängliche Seifenbildung in einem PAO-Öl oder einer Mischung von Ölen mit geringer Viskosität anstelle eines PAO oder einer Mischung mit hoher Viskosität stattfindet. Ein zähflüssigeres PAO (z.B. PAO 100) kann verwendet werden, um Grundfette, die in PAO-Ölen mit geringer Viskosität hergestellt werden, an Öl zu verstärken, nachdem der Schritt der Verdickungsmittelbildung abgeschlossen ist. Durch Zugeben des PAO-Öls höherer Viskosität nach dem Seifenbildungsschritt ist es möglich, ein fertiges Fett herzustellen, das eine viel höhere Grundölviskosität enthält als jene, die während der Seifenbildung verwendet wird. Das Verwenden eines zähflüssigen PAO-Öls während des Öl-Verstärkungsschritts verhindert nicht die Ausbeutevorteile, die durch das Herstellen des Verdickungsmittelsystems in einem PAO-Öl mit geringer Viskosität erhalten werden.
Tabelle 1 enthält eine Zusammenfassung von fünf synthetischen Fetten, deren Verdickungsmittelsysteme in PAO-Grundölen verschiedener Viskositäten hergestellt worden waren. Alle in der Tabelle aufgelisteten Fette wurden mit einem passenden PAO derart an Öl verstärkt, dass die Viskosität der Grundölmischung in dem fertigen Fett für eine ISO 460-Klasse repräsentativ war. Laborchargen I, II und III wurden allesamt in demselben Laborfettkessel unter Verwendung derselben Verarbeitungsbedingungen mit Ausnahme der Viskosität des während der Verdickungsmittelbildung verwendeten PAO-Öls hergestellt. Das Verdickungsmittelsystem des als Laborcharge III aufgelisteten Vergleichsbeispiels war in einem PAO-Grundöl mit gleicher Viskosität zu jener, die in dem fertigen Fett vorlag (d.h. 460 mm²/s bei 40ºC), hergestellt worden. Die PAO-Zusammensetzung, die verwendet wurde, um das Verdickungsmittelsystem der Laborcharge III herzustellen, war die gleiche wie die FAO-Zusammensetzung der dem Fett nach der Verdickungsmittelbildung zugesetzten zweiten FAO-Öl-Fraktion (d.h. der zur Öl-Verstärkung eingesetzten Fraktion). Die zur Herstellung der Verdickungsmittelsysteme der Laborchargen I und II verwendeten FAO-Grundöle hatten Viskositäten, die beträchtlich geringer waren als die Viskosität des FAO in dem fertigen Fett. Die Viskosität des den Laborchargen I und II nach der Verdickungsmittelbildung zugesetzten FAO-Öls war höher als die Viskosität des PAO- Öls in dem fertigen Fett.
Die Daten in Tabelle 1 zeigen an, dass eine größere Menge von 12-Hydroxystearinsäure benötigt wurde, um die Fette zu verdicken, bei welchen die Seifenbildung in dem FAO-Öl mit höherer Viskosität ausgeführt worden war. Eine Untersuchung der 12-Hydroxystearinsäure-Gehalte der Laborchargen II und III ergab, dass bezogen auf Charge II 18% mehr 12-OH-Stearinsäure- Verdickungsmittel benötigt wurde, um Charge III zu verdicken. Die Verdickungsmittelbildung in Charge III wurde in einem PAO- Grundöl derselben Viskosität wie das fertige Fett ausgeführt, wohingegen die Verdickungsmittelbildung von Charge II in einem FAO-Öl ausgeführt wurde, das eine beträchtlich geringere Vis kosität als die Viskosität des Grundöls in dem fertigen Fett hatte. Die Laborcharge I benötigte ebenfalls weniger Verdickungsmittel als die Laborcharge III, um ein ähnliches Konsistenzergebnis zu erzielen. Die Verdickungsmittelherstellung für die Laborcharge I wurde in einem PAO-Öl mit einer geringfügig geringeren Viskosität als die Viskosität der PAO-Öl- Mischung in dem fertigen Fett ausgeführt. Ein Vergleich aller drei Laborchargenproben (d.h. I, II und III) zeigt, dass verbesserte Verdickungsmittelausbeuten erhalten werden, wenn die Viskosität des während der Verdickungsmittelbildung vorhandenen PAO-Öls bezogen auf die Viskosität des PAO-Öls in dem fertigen Fett verringert wird. Der Unterschied zwischen den 12- Hydroxystearinsäure-Gehalten der Laborchargen I und II zeigt an, dass ein Verringern der Viskosität des während der Verdickungsmittelbildung vorhandenen PAO-Öls so weit wie möglich, während nach wie vor eine ausreichende Viskosität aufrechterhalten wird, um die Viskositäts- und Konsistenzziele in dem fertigen Fett zu erzielen, zu einer optimalen Verdickungsmittelausbeute führt. Dementsprechend zeigen die Laborchargendaten in Tabelle 1 an, dass das Herstellen der Seifenkomponente in einem Grundöl mit geringerer Viskosität zu einer verbesserten Fettverdickungseffizienz führt.
Die in Tabelle 1 zusammengefassten, ausgehend von den zwei im großen Maßstab ausgeführten Chargen erhaltenen Daten zeigen auch, dass verbesserte Verdickungsmittelausbeuten erhalten werden können, wenn das anfängliche Seifenbildungsverfahren in einem Grundöl geringerer Viskosität ausgeführt wird. Beispielsweise wurden bezogen auf eine kommerzielle Charge B ungefähr 14% weniger 12-Hydroxystearinsäure-Seife benötigt, um die in großem Maßstab ausgeführte Testcharge A zu verdicken. Die in großem Maßstab ausgeführte Charge A wurde bezogen auf das zum Kochen der kommerziellen Charge B verwendete Grundöl in einem PAO-Grundöl mit einer viel geringeren Viskosität gekocht. Die ausgehend von der kommerziellen Testcharge erhaltenen Ergebnisse zeigen die Brauchbarkeit des neuen Fettherstellungsverfahrens. TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung)
Umfasst einen Beitrag von einem Styrol-Isopren-Copolymer VI-Verbesserer.
Die Grundölviskoaität ohne den Copolymer VI-Verbesserer betrug 400 mm²/s bei 40ºC.
Die aus geringeren Verdickungsmittelgehalten in auf PAO basierenden Fetten resultierenden Vorteile werden durch die Pumpbarkeitseigenschaften dieser Fette exemplifiziert. Die Pumpbarkeitseigenschaften können indirekt quantifiziert werden, indem man die Scheinviskosität des Fetts bei verschiedenen Scherraten misst. Eine hohe Scheinviskosität bei einer speziellen Scherrate und Temperatur entspricht schlechten Pumpbarkeitseigenschaften. Tabelle 1 enthält Scheinviskositätsdaten, die bei einer Scherrate von 20 s&supmin;¹ erhalten wurden, die ungefähr der Scherrate in einer herkömmlichen Handfettspritzpistole entspricht. Die Scheinviskosität der Laborcharge. III bei einer Scherrate von 20 s&supmin;¹ und einer Temperatur von -10ºC beträgt 21000 kPa/s (2100 Poise). Diese Scheinviskosität ist signifikant höher als die Scheinviskosität der Laborcharge II (d.h. 12500 kPa/s (1250 P), die gemäß dem neuen Verfahren hergestellt worden war und einen Verdickungsmittelgehalt von nur 12,11 Gew.-% aufwies. Bei einer Scherrate von 20 s&supmin;¹ und einer Temperatur von -10ºC betrug die Scheinviskosität von Laborcharge I 15000 kPa/s (1500 Poise). Die bei -20ºC erhaltenen Scheinviskositätsdaten (siehe Tabelle 1) zeigen auch, dass die Pumpbarkeitseigenschaften von Laborcharge iII schlechter als die Pumpbarkeitseigenschaften der Laborchargen I und II sind. Dementsprechend zeigt eine erneute Durchsicht der Scheinviskositäts- und Verdickungsmittelkonzentrationsdaten für die Laborcharge III und Laborchargen I und II klar die Tatsache, dass die Fettpumpbarkeit für eine spezifizierte Konsistenz und Grundölvisksoität des fertigen Fetts durch hohe Verdickungsmittelgehalte (d.h. schlechte Verdickungsmittelausbeuten) negativ beeinflusst wird. Das hier offenbarte neue Verfahren zeigt, wie Verdickungsmittelausbeuten verbessert werden können, indem die Viskosität des PAO-Grundöls, das während der Synthese des Verdickungsmittelsystems in der Kochcharge vorliegt, manipuliert wird. Zusammengefasst zeigen die Daten, dass das neue Herstellungsverfahren verwendet werden kann, um Fette mit verbesserten Pumpbarkeitseigenschaften herzustellen.
Tabelle 2 enthält Daten für zwei auf PAO basierende Fette, die eine für eine ISO 220-Klasse repräsentative Grundöl-Viskosität des fertigen Fetts enthalten. Das Verdickungsmittelsystem der Laborcharge V wurde in einem PAO-Grundöl hergestellt, das eine viel geringere Viskosität aufwies als jenes, das zur Herstellung des Verdickungsmittelsystems der Laborcharge IV verwendet worden war. Die 60 Schläge-Penetrationstestdaten in Tabelle 2 zeigen an, dass die Laborcharge IV trotz der Tatsache, dass die Konzentration des 12-Hydroxystearinsäureseife-Verdickungsmittels in der Formulierung der Laborcharge IV höher ist, ein weicheres Fett als die Laborcharge V ist. Dies zeigt an, dass die Verdickungseffizienz des in der Laborcharge V (geringere Seifenkonzentration, aber härteres Fett) vorliegenden Verdickungsmittelsystems größer als jene in der Laborcharge IV (höhere Seifenkonzentration, aber weicheres Fett) ist. Diese erhöhte Verdickungseffizienz wird den Verbesserungen zugeschrieben, die vorgenommen werden, indem das Verdickungsmittelsystem der Laborcharge V in einer PAO-Mischung geringerer Viskosität hergestellt wird. Dementsprechend stützen die Daten in Tabelle 2 die Schlussfolgerungen, die aus den in Tabelle 1 aufgelisteten Daten, die für die auf ISO VG 460-PAO basierenden Fette erhalten wurden, abgeleitet worden waren. TABELLE 2

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Poly-α-olefin-Grundölfetts mit einem gewünschten Fettviskositätsgrad, bei dem ein Verdickungsmittel mit einem Poly-α-olefin (PAO)-Grundöl mit bekannter Viskosität gemischt wird, um ein Grundfett zu bilden, und danach zusätzliches Grundöl zu dem Grundfett gegeben wird, um das fertige Fett zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass:

a. das Grundfett durch Mischen eines Verdickungsmittels mit einer Menge eines ersten Öls gebildet wird, das mindestens ein Poly-α-olefin enthält, wobei das erste Öl eine Viskosität hat, die geringer als die Viskosität des PAO-Grundöls ist, und wobei das Verhältnis der kinematischen Viskosität bei 40ºC (in mm²/s) des PAO-Grundöls in dem fertigen Fett zu der des ersten Öls größer als 1 und weniger als 100 ist; und

b. ein zweites Öl, das mindestens ein PAO enthält, zu dem Grundfett aus (a) in einer ausreichenden Menge gegeben wird, um ein fertiges Fett zu bilden, in dem das erste Öl 20% bis 80% des gesamten Grundölgehalts des fertigen Fetts ausmacht, wobei das zweite Öl eine höhere Viskosität als das PAO-Grundöl hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Poly-α-olefin-Grundöl eine Mischung von Poly-α-olefin-Ölen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zweite Poly- α-olefin-Öl eine Mischung von Poly-α-olefin-Ölen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis zwischen 1,1 und 50,0 liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Verhältnis zwischen 1,15 und 10,0 liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Verhältnis zwischen 1,2 und 5,0 liegt.

7. Verfahren nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem das Verdickungsmittel aus einfacher Lithium-, Calcium-, Barium- oder Aluminiumseife und Mischungen davon, komplexer Lithium-, Calcium-, Barium- oder Aluminiumseife und Mischungen davon, gemischten Lithium-Calcium-Seifen und Polyharnstoff ausgewählt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Verdickungsmittel eine komplexe Lithiumseife ist.