DE952928C - Schmierfett - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 22. NOVEMBER 1956

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Schmierfett

Die vorliegende Erfindung betrifft die Zusammensetzung van Schmierfetten auf Mineralölgrundlage von hoher Stabilität bei erhöhten Temperaturen.

Die mit Seifen gelierten Schmierfette werden bereits bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen (etwa 93°) weich und schließlich flüssig. Man hat daher für Hochtemperaturzwecke schon Schmierfette aus flüssigen Siliconen und anorganischen Kolloiden vorgeschlagen, deren Filmfestigkeit und Gleitfähigkeit noch durch einen Zusatz gewisser Disulfide verbessert werden kann. Diese Schmierfette sind jedoch recht teuer und daher für viele technische Zwecke schon aus wirtschaftlichen Gründen nicht anwendbar.

Mit anorganischen Kolloiden gelierte Mineralöle haben sich nicht als oxydationsbeständig genug für die gewünschte Verwendung der Schmierfette bei hohen Temperaturen erwiesen. Man hat auch bereits versucht, die Mineralölbasis solcher Schmierfette durch Zusatz von Phenolen oder aromatischen Aminen gegenüber Oxydations- und Abbaureaktionen bei hohen Temperaturen zu schützen, doch hat sich diese Maßnahme oberhalb 120⁰ als unwirksam erwiesen.

Es wurde gefunden, daß die Stabilität von Schmierfetten, welche ein mineralisches Schmieröl und eine zur Erzielung der Fettkonsistenz ausreichende Menge eines anorganischen Gelierungsmittels enthalten, bei erhöhten Temperaturen in un-

erwarteter Weise verbessert werden kann, wenn man in der Mischung das Sulfid eines mehrwertigen Metalls dispergiert.

Das Sulfid des mehrwertigen Metalls ist vor-'zugsweise das Sulfid eines Schwermetalls, d. h. ein Sulfid eines Metalls mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 4 bei 20⁰ C. Das nachweislich wirksamste Sulfid ist Zinksulfid. Andere Sulfide, bei denen hervorragende Eigenschaften nachgewiesen wurden, sind Kupfersulfid und Wolframsulfid. Weitere Beispiele für geeignete Sulfide sind diejenigen von Chrom, Molybdän, Quecksilber, Tellur, Eisen, Kobalt, Nickel, Thorium, Zirkon, Kadmium, Mangan und Vanadium. Das Sulfid wird vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 10 °/o, insbesondere 2 bis 5 %, auf das Gewicht der gesamten Mischung bezogen, verwendet.

Das Sulfid muß gleichmäßig durch das ganze Schmierfett hindurch dispergiert werden und sich in einem feinverteilten Zustande befinden. Beispielsweise kann die Größe der Sulfidteilchen zwischen 0,1 und 10 Mikron liegen. Vorzugsweise haben die Teilchen eine "Größe von unter 5 Mikron. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Sulfide nicht in einem derartigen kolloidalen Zustande vorliegen müssen, daß sie auch zur Verwendung als Gelierungsmittel geeignet sind.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Sulfide in einem feinverteilten kolloidalen Zustande, wie er für die Schmierfettbildung geeignet ist, herzustellen und dieselben bei einem Schmierfett als das alleinige Gelderungsmittel zu verwenden. Hierbei iist es jedoch notwendig, daß derartige Kompositionen mehr als etwa 20 Gewichtsprozent des 'Gesamtschmierfettes an Sulfid enthalten, wenn das Schmierfett eine zufriedenstellende Schmierfettstruktur haben soll. Für viele Verwendungszwecke ist ein derartig hoher Gehalt an festen Stoffen sowohl unpraktisch als auch unwirtschaftlich. Im Vergleich zu den Schmierfetten, welche allein mit kollodialen Sulfiden geliert wurden, besitzen die erfindungsgemäßen zusammengesetzten Schmierfette einen herabgesetzten Gehalt an festen Stoffen, haben aber gleichzeitig die ausgezeichneten, durch die Gegenwart der besagten Sulfide verursachten stabilisierenden Eigenschaften. Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Schmierfette enthalten im allgemeinen das als Gelierungsmittel verwendete Kolloid in einer Menge von 2 bis 20 Gewichtsprozent des Gesamtschmierfettes. In der Regel genügen S bis 15 Gewichtsprozent des Gelierungsmittels, um dem Schmierfett eine gute Konsistenz zu verleihen. Beispiele für geeignete Gelierungsmittel sind Oxyde (z. B. Kieselsäure, Tonerde, Magnesia, Kalk) und Tone, welch letztere in der Form von »Onium-Tonen« vorhanden sein können. Durch die kombinierte Verwendung der Kieselsäure mit einem geringierien Anteil an einem Erdalkalimetalloxyd, wie z. B. Magnesia oder Kalk, erhält man Fette mit verbesserten Korrosionsverhütungseigenschaften. »Onium-Tone« erhält man durch Behandlung stark basenausitauschender Tone, z. 13. Wyoming-Bentonit oder Hectorit, mit einer oberflächenaktiven Oniumverbindung, beispielsweise einer Ammonium-, Phosphonium-, Sulfonium- oder Stiboniumverbindung.

Die anorganischen Gelierungsmittel werden dem mineralischen Schmieröl vorzugsweise in hochexpandiertem Zustand, beispielsweise mit einer Dichte von 0,1 bis 2,5 g/cm³, einverleibt. Solche hochvoluminösen Gele können in bekannter Weise mittels des »Aerosol«- und »Aerogek-Verfahrens oder des Lösungsmittelübertragungsverfahrens hergestellt werden. Eine besonders bevorzugte Methode besteht in dem Vermischen eines Hydrogels mit einem oberflächenaktiven Mittel, beispielsweise einem Amin oder Teila'mid von hohem Molekulargewicht, und Abfiltrieren des sich abscheidenden Wassers. Anschließend wird das so modifizierte Hydrogel mit einem Mineralöl vermischt und das restliche Wasser durch Absitzen oder Destillieren entfernt. Dieses Verfahren ist besonders wirtschaftlich, und außerdem macht die Anwesenheit des oberflächenaktiven Mittels ein so hergestelltes Schmierfett besonders wasserfest.

Das Sulfid des mehrwertigen Metalls kann dem Schmierfett in irgendeinem beliebigen Stadium des Verfahrens hinzugesetzt werden, denn infolge seiner Unlöslichkeit in Wasser vereinigt es sich mit den schmierfettbildenden Bestandteilen. Die Sulfide sind, von Spuren abgesehen, in Wasser weithin unlöslich. Ein bevorzugtes Verfahren umfaßt die Bildung des Schmierfettes einschließlich des Gelierungsmittels und des mineralischen Schmieröls durch anschließende Einverleibung (durch Einkneten oder eine ähnliche Technik) des Sulfids. Es ist indessen auch möglich, das Gelierungsmittel und das Sulfid zusammen auszufällen, um ein Gel zu bilden und dieses Gel dann dem Schmieröl einzuverleiben.

Mineralöle, welche zur Verwendung bei der Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Schmierfette besonders geeignet sind, sind Restöle, welche gemeinhin unter dem Namen »Zylinderölstocks« oder »Bright Stocks«, d. h. raffinierte und entparaffinierte Zylinderölstocks, bekannt sind. Vorzugsweise besitzen diese öle einen Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen von weniger als 15 Gewichtsprozent und eine Viskosität von 1250 bis 11 000 SUS bei. 37,8°.

Für den Nachweis der Stabilität der erfindungsgemäßen Schmierfette gegenüber thermischer oder oxydativer Zersetzung werden drei Arten von Tests verwendet. Bei dem ersten Test wird ein Film des Schmierfetts von etwa 0,33 mm Dicke auf einer mit dem Sandstrahlgebläse behandelten Stahlplatte aus- "5 gebreitet und 6 Stunden lang bei 200⁰ in einer Atmosphäre umlaufender Luft erhitzt. Schmierfette, welche einen »Bright Stock« und 10 Gewichtsprozent eines Silikaaerogels enthalten, verkohlen unter diesen Verhältnissen. Wird ein entsprechendes Schmierfett, welches außer dem Silikagel noch S Gewichtsprozent des Gesamtschmierfettes Zinksulfid enthält, unter den gleichen Bedingungen erhitzt, dann bleibt der Schmierfettfihn plastisch, und sein Zustand, wie er zu Beginn des Tests war, iss scheint praktisch unverändert zu bleiben.

Ein zweites Untersuchungsverfahren besteht darin, daß ein verdünntes Schmierfett in einem Dornte-Oxydationsapparat bei i8o° erhitzt wird, um das Maß der Sauerstoff auf nähme in Gegenwart eines Katalysators aus gepulvertem Eisen zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden die Schmierfette mit zusätzlichen Mengen des gleichen Mineralschmieröls, wie es für das ursprüngliche Schmierfett verwendet wurde, verdünnt, damit die Struktür genügend aufgelockert wird, um Sauerstoff hindurchblasen zu können. Unter den beschriebenen Versuchsbedingungen waren bei einem fluiden Schmierfett mit einem Gehalt von 2 Gewichtsprozent Kieselsäure und einem »Bright Stock« nur 1,1 Stunden erforderlich, um 1500 cm³ Sauerstoff zu absorbieren. Ein ähnliches Schmierfett, welches zusätzlich 5 % Zinksulfid enthielt, blieb etwa achtmal so lange stabil, als es bei dem sulfidfreien Schmierfett der Fall war.

Ein dritter Test zur Bestimmung der Wirkung der Sulfide besteht darin, daß das Schmierfett in einem Lagergerät, welches bei 204,4° bis zum Versagen der Schmierung (wobei eine hohe Geräuschschwelle oder ein Festbrennen des Geräts eintritt) in Betrieb gehalten wird, verwendet wird. Bei diesem Test läßt man das 'Gerät 4 Stunden lang bei der Temperatur der Außenluft laufen und erhöht dann die Betriebstemperatur auf die Dauer von 10 Stunden auf 204,4°. Dann wird die Maschine auf die Dauer von 10 Stunden abgestellt, worauf der Arbeitszyklus wiederholt wird. Unter diesen Verhältnissen hält ein Silika-Bright-Stock-Schmierfett mit einem Gehalt von 10 Gewichtsprozent nur etwa einen Arbeitszyklus aus. Der Zusatz von 5 Gewichtsprozent Zinksulfid führte eine Zunahme von 1100 % an möglichen Arbeitszyklen herbei.

Ähnliche Ergebnisse erzielte man durch die Einverleibung von 5 Gewichtsprozent Kupfersulfid oder

5 Gewichtsprozent Wolframdisulfid in Bright-Stock-Schmierfette, die mit 10 Gewichtsprozent Silikaaerogol gelatiniert worden -waren.

Als ein weiteres Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schmierfett sei ein Schmierfett erwähnt, welches nach dem Lösungsmittelübertragungsverfahren aus einem »Zylinderölstock« und 8 Gewichtsprozent eines gemeinsam ausgefällten Kieselsäure-Magnesia-Gels hergestellt worden war, wobei das besagte Schmierfett auch 4 Gewichtsprozent Antimonpentasulfid enthielt. Hervorragende Ergebnisse erhielt man auch, wenn ein Zylinderölstockschmierfett hergestellt wurde durch Einverleibung eines gemeinsam ausgefällten Silika-Magnesia-Gels," welches durch den Zusatz von etwa 40 Gewichtsprozent, auf das Gewicht des Gels bezogen, eines speziellen oberflächenaktiven Mittels wasserfest gemacht worden war, wobei das Schmierfett ungefähr

6 Gewichtsprozent, auf das Gewicht des Gesamtschmierfettes bezogen, Zinksulfid enthielt. Das spezielle oberflächenaktive Mittel ist in diesem Falle ein Kondensationsprodukt von Epichlorhydrin und Ammoniak, wobei ein Drittel der Aminogruppen durch die Reaktion mit einer Fettsäure von oder mehr Kohlenstoffatomen in Amidgruppen umgewandelt worden waren. Die stabilisierende Wirkung kann auch nachgewiesen werden durch die Einverleibung von Wolframsulfid in ein Bright-Stock-Schmierfett, dessen Gelbildungsmittel ein Oniumton, hergestellt durch den Ionenaustausch zwischen Hectorit und Dimethyl-dicetyl-ammoniumbromid, ist.

Außer den wesentlichen drei Bestandteilenkönnen die erfkidungsgemäißen Schmierfette noch·· andere Stoffeenthalten, beispielsweise synthetische Schmiermittel, wie Phosphorsäureester, z. B. Trioctylphosphat, Trikresylphosphat oder Dihexylbenzolphosphonat, oder Tetrakieselsäureester, z. B. Tetraoctylsilikat. und Triphenyloctylsilikat.

Weiterhin können die Schmierfette geringere Mengen bekannter oberflächenaktiver Mittel, welche kationaktiv, aniionaktiv oder nicht ionogen sein können, zur Verbesserung der wasserabweisenden Eigenschaften der Schmierfette enthalten.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schmierfett auf Mineralölgrundlage, welches eine zur Erzielung der Fettkonsistenz ausreichende Menge, vorzugsweise 2 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtschmierfett eines anorganischen sauerstoffhaltigen KoI-

' loids, wie Kieselsäure, gegebenenfalls mit einem geringen Zusatz an Erdalkalioxyden oder Ton und gewünschtenf alls eine geringe Menge eines oberflächenaktiven Mittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem ein Sulfid eines mehrwertigen Metalls enthält.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfid des mehrwertigen Metalls ein Sulfid eines Schwermetalls mit einem spezifischen Gewicht von mehr als 4 bei 2o°, insbesondere Zinksulfid ist.

3. Schmierfett nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfid des mehrwertigen Metalls in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtschmierfett, vorhanden ist.

4. Schmierfett nach . Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralölgrundlage ein »Zylinderöl-Stock« oder »Bright Stock« mit einem Aromatengehalt von weniger als 15 Gewichtsprozent und einer Viskosität von 1250 bis 11 000 SUS bei 37,8° ist.

5. Schmierfett nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es außer dem Mineralschmieröl noch ein synthetisches Schmiermittel, z. B. einen Tetrakieselsäureester, enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 829 198.

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