DE850047C

DE850047C - Abschmierfette

Info

Publication number: DE850047C
Application number: DED5800A
Authority: DE
Inventors: George Malcolm Hain; William Albert Zisman
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1945-06-21
Filing date: 1950-09-21
Publication date: 1952-09-22
Also published as: GB652754A; FR962224A; US2446177A

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges Abschmierfett.

Die Entwicklung bei dem Bau von Maschinen, insbesondere bei der Herstellung von Elektromotoren, auch im Hinblick auf die militärischen Anforderungen hinsichtlich von Kraftanlagen, zielt auf eine ständige Verminderung der Größe der Kraftquellen hin. Es ist möglich, durch geeignete Isolierung der Spulen von Elektromotoren mit wärmefestem Isoliermaterial ίο das Gehäuse eines Elektromotors für eine gegebene PS um 20 bis 2S⁰I₀ zu verringern. Eine solche Verminderung der Größe von Kraftanlagen auf breiter Basis ist aber undurchführbar, weil die an die Lager von solchen Aggregaten gestellten Anforderungen das Leistungsvermögen der verfügbaren Schmiermittel überschreiten. Die Lager in solchen Motoren werden durch die starke Belastung und durch die Wärmeausstrahlung aus dem Motorgehäuse außerordentlich überhitzt, und die Schmiermittel zersetzen sich entweder oder versagen mit dem Ergebnis, daß die Lager fressen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges korrosionsschützendes, wärmebeständiges Abschmierfett von solcher Stabilität und von solchen Schmiereigenschaften, daß es in Lagern, die bei hoher »5 Belastung und Drehzahl und bei Temperaturen, die wesentlich über den gewöhnlichen Lagertemperaturen liegen, verwendet werden kann, ohne daß das Schmier-

mittel sich zersetzt oder ein Fressen der Lager oder ein Abrieb eintritt.

Lager, die mit hoher Geschwindigkeit und unter hohen Temperaturen laufen, stellen nicht nur an dii Schmiermittel hohe Anforderungen, sondern sind selbst hohem Abrieb unterworfen als natürliche Folge der schweren Lauf- und Belastungsbedingungen.

Siloxanverbindungen zeichnen sich durch polymere

Zusammensetzung der folgenden allgemeinen Strukturformel aus:

Si-O
R, .

-Si-R,

worin R, R₁, R₂, R₃, R₄ und R₅ irgendein Alkyl, Aryl, Alkaryl oder Aralkylradikal darstellen. Solche Verbindungen sind in Form von mehr oder weniger viskosen, ölähnlichen Flüssigkeiten erhältlich. Sie sind im allgemeinen wasserklar und weisen große thermische Stabilität und hohen -Viskositätsindex auf. Verbindungen dieser Art sind Dimethyl-, Diäthyl-, Äthylmethyl-, Diphenyl-, Ditolyl-, Phenyltolyl-, Methylphenyl-, Äthylphenylsiloxane und Alkylarylsiloxanpolymeren. Verbindungen dieser Art und die Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den amerikanischen Patentschriften 2352974, 2258222, 2258219 und 2 371 068 beschrieben.

Obwohl Siloxane die physikalischen Eigenschaften der besten Mineralöle zu besitzen scheinen, so sind sie doch im allgemeinen nicht als Schmiermittel verwendbar, da sie in vielen Fällen die zu schmierende Oberfläche nicht vor Korrosion schützen und darüber hinaus die aufeinandergleitenden Metallflächen nicht schmieren. Das Dimethylsiloxanpolymere, das z. B. eine Viskosität von ungefähr 70 cSt besitzt und eine der bekanntesten Flüssigkeiten der oben angeführten Formel ist, besitzt keinerlei rost verhindernde Eigenschaften, wie viele Kohlenwasserstofföle, und schmiert auch nicht im Gebiet der halbtrocknen Reibung. Lager, in denen das Schmiermittel vorhanden ist, fressen fest.

Die Umwandlung von Siloxanflüssigkeiten zu Abschmierfetten scheitert an dem der Flüssigkeit innewohnenden Unvermögen, Seifen zu lösen, um die Flüssigkeit zu Fettkonsistenz zu verdicken. Es ist praktisch unmöglich, ^ ein Abschmierfett nur durch mechanisches Mischen der Seife mit der Flüssigkeit zu erreichen.

Es wurde nun gefunden, daß man eine Gelstruktur erreicht, wenn man eine Alkalimetallseife, z. B. Lithiumstearat, in einer Konzentration von etwa 2 °/₀ in einer Kohlenwasserstofffraktion mit niedrigem Siedebereich, z. B. 35 bis 200°, auf die Lösungstemperatur der Seife erhitzt und die Mischung auf dieser Temperatur hält. Sodann wird eine mit dieser Kohlenßo Wasserstofffraktion mischbare Siloxanflüssigkeit zugefügt und unter Rühren eine homogene Mischung hergestellt. Die Erdölfraktion wird dann aus dem Fett abgedampft. Die Erdölfraktion muß ein relativ niedriges Siedebereich besitzen und mit der zu verwendenden Siloxanflüssigkeit mischbar sein. Das Siedebereich soll beispielsweise ioo° unter dem des Siloxans liegen, auch soll die Erdölfraktion keine schweren Siedeschwänze besitzen. Das Siedebereich muß jedoch hoch genug sein, um die Lösungstemperatur der Seife, die im allgemeinen in der Nähe des Schmelzpunktes liegt, zu erreichen. Erdölfraktionen, die ein Siedebereich von 150 bis 200° bei Atmosphärendruck besitzen, oder niedrig siedende Lösungsmittel, die bei 150 bis 2oo° unter Druck sieden, können verwendet werden. Solche Kohlenwasserstofffraktionen oder gemeinsame Lösungsmittel sind z. B. Benzol, Petroläther, Benzine, desodorisiertes Petroleum und im allgemeinen alle die Kohlenwasserstofffraktionen, die als Trägerflüssigkeit für Insektenvertilgung dienen, da diese das richtige Siedebereich besitzen und frei von Siedeschwänzen sind.

Die Entfernung des Lösungsmittels wird zweckmäßig bei Temperaturen von etwa ioo° unter verringertem Druck vorgenommen. Dabei erhält man, wie aus den nachfolgenden Beispielen zu ersehen ist, ein Abschmierfett von außerordentlich hoher Stabilität, das auf der Basis einer Siloxanflüssigkeit aufgebaut ist und jede gewünschte Seifenkonzentration besitzen kann.

Beispiel 1

2 Gewichtsteile Lithiumstearat werden in 100 Gewichtsteilen einer Erdölfraktion mit einem Siedebereich von T50 bis 200° (37° Flammpunkt) dispergiert und die Mischung so lange auf 150° gehalten, bis das Lithiumstearat unter Bildung eines dicken Gels in Lösung gegangen ist. 22 Gewichtsteile Phenylsiloxan, das eine Viskosität von etwa 100 cSt bei 25° besitzt, werden zu dem Lithiumseifengel bei dieser erhöhten Temperatur zugegeben und bis zur gleichmäßigen Konsistenz gerührt. Sobald eine gleichmäßige Konsistenz erreicht ist, wird die Mischung auf einer Temperatur von 100 bis 120° in einem unter 10 mm Quecksilberdruck stehenden Kessel gehalten, um die Erdölfraktion abzuziehen. Nach der Entfernung der Erdölfraktion ist das Endprodukt ein stabiles Fett von sehr weicher Konsistenz und einer Seifenkonzentration von ungefähr 9 °/₀.

Mittel zur Verhinderung der Korrosion können in Mengen von mehreren ¹Z₁₀ bis 2 Gewichtsprozent je nach der Art der korrodierenden Bedingungen, denen das Fett unterworfen werden soll, zugesetzt werden. Geeignete korrosionsverhindernde Stoffe sind Aryl-'ettsäuren und deren mehrwertige Metallseifen.

Beispiel 2

6 Teile Lithiumstearat werden in 45 Teilen Petrolther dispergiert und die Mischung in einem Autoklav auf 250⁰ erhitzt. Bei dieser Temperatur beträgt der Druck in dem Autoklav ungefähr 14 at. Wenn nach etwa 30 Minuten die Seife völlig gelöst ist, werden Teile Dimethylsiloxanpolymeren, die eine Viskoität von 70 cSt bei 25° besitzen, in den Autoklav egeben, ohne daß Temperatur oder Druck absinken, ^ach einer Rührdauer von 20 Minuten ist die Homoenität der Mischung hergestellt. Der Autoklav wird

schnell gekühlt und der Druck abgelassen. Dabei verdampft fast der gesamte Petroläther, und ein weiches, homogenes Fett, das etwa 20 % Seife im Dimethylsiloxan enthält, bleibt übrig:

Aus dem Beispiel ist zu ersehen, daß sehr niedrig siedende Lösungsmittel, wie Petroläther, verwendet werden können, um die Seife zu lösen. Da aber eine relativ hohe Temperatur notwendig ist, um die Seife unter diesen Bedingungen zu lösen, ist es erforderlich, das Verfahren in einem Druckgefäß mit allen einem solchen Gefäß anhaftenden Unannehmlichkeiten auszuführen.

Beispiel 3

6 Teile Lithiumstearat und 1 Teil Polybuten (Molekulargewicht 12,000) werden in 45 Teile Petroläther dispergiert und die Dispersion in einem Autoklav auf eine Temperatur von 200° erhitzt. Der bei dieser Temperatur gemessene Druck beträgt 14 at. Nach-

a° dem die Seife und das Polymere nach 30 Minuten langer Erhitzung auf 200⁰ völlig gelöst sind, werden 35 Teile Dimethylsiloxan zugefügt, ohne daß Temperatur oder Druck merklich nachlassen. Nachdem die Homogenität der Mischung erreicht ist, wird der TJruck abgelassen, wobei der Petroläther verdampft und ein weiches, homogenes Fett zurückbleibt, das etwa 15 ⁰Z₀ Lithiumseife im Dimethylsiloxan enthält.

Beispiel 4

4 Teile Lithiumstearat werden in 30 Teilen raffiniertem Erdölbenzin mit einem Siedebereich von 154 bis 202° dispergiert und die Mischung in einem offenen Gefäß auf 150⁰ erhitzt, bis die Seife vollständig aufgelöst ist. Wenn die maximale Eindickung erreicht ist, wozu eine Erhitzung von etwa 10 Minuten erforderlich ist, werden 22 Teile Diäthylsiloxanflüssigkeit zugesetzt und die Mischung unter Rühren auf 150⁰ gehalten, bis ein homogenes Gemisch gebildet ist. Ehe man dieses Gemisch abkühlen läßt, wird es in eine flache Pfanne gegossen und auf einer Temperatur von 125⁰ in einem Luftstrom gehalten, bis das ■gesamte Lösungsmittel verdampft ist.

Beispiel 5

3 Teile Lithiumstearat werden in 35 Teilen desodorisiertem Petroleum (Siedebereich 215 bis 250⁰) dispergiert und die Mischung auf 250⁰ erhitzt, um die Seife zu lösen. Nachdem sich ein dickes Gel gebildet hat, werden 25 Teile einer Mischung aus Dimethyl- und Diphenylsiloxan (im Verhältnis 1 : 1) zugesetzt und dieses gesamte Gemisch unter Rühren auf 250° gehalten, bis sich eine homogene Masse gebildet hat. Diese Masse wird dann in eine flache Pfanne gegossen und so lange auf 150⁰ gehalten, bis das gesamte Lösungsmittel verdampft ist, worauf das Produkt gekühlt wird.

Beispiel 6

4 Gewichtsteile Lithiumstearat werden in 30 Teilen raffiniertem Erdölbenzin mit einem Siedebereich von 154 bis 202° dispergiert und die Mischung in einem offenen Kessel auf 150⁰ erhitzt, um die Lösung der Seife zu bewirken. Die Lösung ist beendet, sobald sich ein Gel gebildet hat, das auf 150⁰ gehalten wird. . Warme Luft wird durchgeleitet, bis ein beträchtlicher Teil des Lösungsmittels verdampft ist und das Gel im Kessel sehr dick geworden ist. Sodann werden 20 Teile Diäthyl- und Dimethylsiloxanpolymere (im Verhältnis 1:1) zugesetzt und die Mischung unter Rühren auf 150° gehalten, bis völlige Homogenität erreicht ist. Die Mischung wird dann in eine flache Pfanne gegeben und in einem warmen Luftstrom auf einer Temperatur von 125° gehalten, bis das gesamte Lösungsmittel verdampft ist.

Beispiel 7

6 Teile Lithiumstearat werden in 200 Teilen einer zwischen 150 und 200⁰ siedenden Erdölfraktion (Flammpunkt 38°) dispergiert und die Mischung auf 150⁰ so lange erhitzt, bis das Lithiumstearat unter Bildung eines dicken Gels in Lösung gegangen ist. 42 Teile einer Mischung von Phenylsiloxanpolymeren und Äthylsil ixanpolymeren (im Verhältnis 1 : 1) werden dem Gel nach der Verdampfung eines Teils des für die Lösung der Seife dienenden Lösungsmittels zugesetzt. Das Seifengel und die Siloxanpolymere werden bei ungefähr 150⁰ gemischt, um ein Produkt gleichmäßiger Konsistenz zu bilden. Nach der Entfernung der restlichen Mengen Erdöl fraktion verbleibt ein Fett von weicher Konsistenz mit einem Seifengehalt von etwa 12 °/₀.

Die in diesen Beispielen beschriebenen Zusammensetzungen betragen 70 Teile Siloxanpolymere, gemischt mit weniger als 30 Teilen Lithiumstearat.

Aus den Beispielen ist auch weiterhin zu sehen, daß das Lösungsmittel, das zur Lösung der Seife dient und das gleichzeitig die Seife in eine kolloidale Dispersion mit den Siliconen bringt, einen möglichst engen Siedebereich bei mäßig hohem Siedepunkt haben soll, der jedoch ioo° unter dem der Siloxanflüssigkeit liegen sollte.

Weiterhin ist aus den Beispielen zu ersehen, daß das Lösungsmittel vor der Zugabe der Siloxanflüssigkeiten zu einem wesentlichen Teil abgedampft werden kann. Voraussetzung jedoch ist, daß die Siloxanflüssigkeit mit der Erdölfraktion mischbar ist und daß die Erdölfraktion keine Siedeschwänze besitzt.

Diphenyl-, Dimethyl-, Diäthylsiloxane und halogenierte Alkyl- oder Arylsiloxane können zusammen mit Lithiumstearat zu Abschmierfetten verarbeitet werden.

Alle die gemäß den oben angeführten Beispielen hergestellten Abschmierfette besitzen eine außerordentlich hohe Stabilität. Versuche zeigten, daß in allen Fällen das Bluten der Schmierfette unterhalb 4% liegt. Nach einem 3stündigen Versuch in einer BEC-Fettprüfmaschine änderte sich die Penetration eines 5-g-Musters nur von 89 auf 93. (Die Versuchsdurchführung ist von Kaufmann und anderen in Ind. Eng. Chem. Anal. Ed., Bd. 11, S. 108 [1939] beschrieben). Die auf solche Weise geprüften Muster zeigten nach 4 Monaten keine Neigung zu bluten.

Bei einem in einer Fafnier-305-W-Prüfmaschine in einem offenen Lager während 123 Stunden bei 1750 Umdrehungen je Minute und einer Belastung von 52 at durchgeführten Versuch zeigte das Schmier-

fett keinerlei Anzeichen Von Rauheit. Es war haftfest und stabil unter den Prüfbedingungen.

Claims

Patentansprüche:

i. Abschmierfette, bestehend aus Siloxanpolymeren oder -mischpolymeren als Grundlage und einem geringen Anteil an Alkalimetallseifen höherer Fettsäuren, z. B. Lithiumstearat.
2. Abschmierfette nach Anspruch i, bestehend aus mehr als 70 Teilen Alkylsiloxanpolymeren oder Arylsiloxanpolymeren oder ihren Mischpolymeren und weniger als 30% Alkalimetallseifen.

O 5368 9.