DE1001795B

DE1001795B - Hochdruckschmierfett

Info

Publication number: DE1001795B
Application number: DEN11914A
Authority: DE
Inventors: Walter Howard Peterson
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1955-03-03
Filing date: 1956-03-01
Publication date: 1957-01-31
Also published as: GB789421A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Zusammensetzung von Hochdruckschmierfetten, die mit anorganischen Gelierungsmitteln verdickt sind.

Schmierfette werden hergestellt durch Dispergieren von Seifen oder anorganischen Gelierungsmitteln in Schmiermitteln. Mit anorganischen Gelierungsmitteln verdickte Schmierfette haben den Vorteil, daß sie bei verhältnismäßig hohen Temperaturen verwendet werden können.

Für allgemeine Verwendung im Gesamtgebiet der mechanischen Technik (z. B. für Radlager, Walzenlager u. dgl., Spindeln, Fahrgestelle und allgemeine Gelenkverbindungen usw.) brauchbare Schmierfette müssen neben guten Sohmiereigenschaften für schwere Beanspruchung, z. B. als Schmierfette für Stahlwalzwerke, Hochdruckschmiereigenschaften besitzen. Außerdem müssen die Fette in vielen Fällen ein hohes Widerstandevermögen gegen Auslaugen durch Wasser oder Feuchtigkeit haben.

Es ist bereits die Zusammensetzung von Schmierfetten mit anorganischen Gelen bekannt, welche sowohl gutes Widerstandsvermögen gegenüber Wasserauslaugung als auch die erwünschten mechanischen Eigenschaften aufwiesen. Die Verwendbarkeit unter außergewöhnlich hohen Drücken ist jedoch bei Anwendung der meisten bekannten Hochdruckzusatzmittel, welche üblicherweise in Schmierölen und in mit Seife gelierten Schmierfetten verwendet werden, nicht in befriedigender Weise erzielt worden.

Um die Temperaturbeständigkeit von solchen Schmierfetten zu erhöhen, welche Erdalkaliseifen der Oxyfettsäuren als Gelierungsmittel enthalten, wurde auch bereits ein Zusatz von weniger als 10% eines Erdalkalisalzes einer niedrigmolekularen Säure, z. B. Calciumborat oder Calciumacetat, empfohlen. Obwohl durch diese Maßnahme der Tropfpunkt der betreffenden Schmierfette etwas erhöht wird, hat sie doch keinen Einfluß auf die Hochdruckeigenschaften derselben.

Es ist nun gefunden worden, daß Alkaliborate in Mengen von mindestens 2,5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Schmierfett, den mit anorganischen Gelen verdickten Schmierfetten überraschend günstige Hochdruckeigenschaften verleihen. Die bemerkenswerte Wirkung der Alkaliborate im Vergleich zu anderen bekannten Hochdruckzusatzmitteln wird in der nachfolgenden Beschreibung durch Vergleichszahlen nachgewiesen.

Als Beispiel für Alkaliborate, welche in den erfindungsgemäßen Schmierfetten enthalten sein können, werden genannt: Natriumborate (hydratisiert oder wasserfrei), welche Natriummetaborat, Natriumperborat und Natriumtetraborat mit umfassen, sowie insbesondere Borax (NaB₄O₇-IOH₂O), ferner Kalium-

Anmelder:

N. V. De Bataafsehe Petroleum
Maats chappij, Den Haag

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans, Patentanwalt,
München 38, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 3. März 1955

Walter Howard Peterson, Emeryville, Calif. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

borate, wie Kaliummetaborat und Kaliumtetraborat, und die entsprechenden Lithiumsalze.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindüng besteht darin, daß der Mengenanteil des Borats verhältnismäßig hoch sein muß, wenn befriedigende Hochdruckeigenschaften erzielt werden sollen. Dies steht im Gegensatz zu den bei gewöhnlichen Schmierölen in Abwesenheit von Gelierungsmitteln erhaltenen Ergebnissen, bei welchen Bruchteile eines Prozents der Hochdruckzusatzmittel normalerweise ausreichen, um eine wesentliche Verbesserung der Hochdruckeigenschaften herbeizuführen. Es ist festgestellt worden, daß das Schmierfett eine Mindestmenge von 2,5 % Alkaliborat, berechnet auf das Gewicht des Gesamtschmierfettes, enthalten muß. Normalerweise hat die Zugabe von mehr als etwa 12 Gewichtsprozent Alkaliborat, berechnet auf das Schmierfett, keine weitere Wirkung, da die maximale Verbesserung in den meisten Fällen bei einer Konzentration unterhalb dieses Wertes und in der Größenordnung von etwa 8 bis 10 Gewichtsprozent erzielt wird. Das bevorzugte Gebiet der Alkaliboratkonzentration liegt zwischen etwa 3,5 und 8 Gewichtsprozent, berechnet auf das gesamte Schmierfett. Die im Einzelfall verwendete Boratmenge hängt im großen Ausmaß von den Betriebsbedingungen ab, bei welchen das Schmierfett eingesetzt wird, sowie auch von dem speziell verwendeten Borat. Wenn das Schmierfett beispielsweise

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längere Zeit unter hohen Drücken verwendet werden soll, wie z. B. in einem Walzwerk, ist die erforderliche Boratmenge größer als beim Arbeiten unter verhältnismäßig milderen Bedingungen.

Die Schmierölbasis in den erfindiungsgemäßen Schmierfetten kann jedes der üblichen Schmieröle sein, wie sie gewöhnlich zur Schmierfettherstellung verwendet werden, z. B. ein raffiniertes, unraffiniertes oder halbraffiniertes, paraffinisches, naphthenisches

Polyaminohydroxyverbiindungen, in welchen die Gesamtzahl an Aminstickstoffatomen und Oxygruppen mindestens drei beträgt, wobei vorzugsweise 30 bis 70°/o der Aminogruppen durch Umsetzung mit Carbonsäuren mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen, wie den höheren Fettsäuren, in Amidgruppen umgesetzt sind.

Die oberflächenaktiven Mittel werden im allgemeinen in einer Menge zwischen 30 und 100 Gewichtsoder asphaltbasisches Mineralöl mit einer Viskosität io prozent, vorzugsweise 70 bis 95 Gewichtsprozent, bevon etwa 50 bis etwa 4000 Sayboltsekunden (uni- rechnet auf das anorganische Gelierungsmittel, verversal) bei 37,8°. Gewünschtenfalls kann ein gemisch- wendet.

tes Schmieröl von geeigneter Viskosität an Stelle Eine andere bekannte Maßnahme zur Verbesserung

eines einzelnen Schmieröles verwendet werden, wo- der Widerstandsfähigkeit des Schmierfettes gegen durch eine gewünschte Viskosität innerhalb des an- 15 Wasser, welche besonders geeignet ist, wenn Siliciumgegebenen Bereiches erhalten werden kann. Die Vis- dioxyd enthaltendes Gelierungsmittel angewandt wird,

~" besteht in der Bildung eines Esters mit dem Gelie

rungsmittel. Diese Estersiis (Pulver mit veresterten Silanolgruppen, — SiOH, an der Oberfläche) sind in

kosität des Schmieröles hat nur geringen Einfluß auf den Tropfpunkt des Schmierfettes; die viskoseren Schmieröle ergeben aber Produkte mit besseren Ad

häsionseigenschaften als die leichteren Schmieröle. 20 der USA.-Patentschrift 2 676 148 beschrieben.

Es ist verständlich, daß es wünschenswert wäre, bei der Verbesserung der Wasserbeständigkeit der Schmierfette die Anwendung kostspieliger Chemikalien und umständliche Verfahrensmaßnahmen zu vermeiden.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in vielen Fällen die erwähnten Maßnahmen erspart werden können, wenn man ein anorganisches Gelierungsmittel und ein Alkaliborat in

Das spezielle Schmieröl sowie auch die verwendete genaue Menge der Schmierölkomponente hängen von den im fertigen Schmierfett gewünschten Eigenschaften ab.

Das anorganische Gelierungsmittel in der erfindungsgemäßen Mischung kann z. B. ein Ton oder ein amorphes Kolloid sein. Geeignete Tone sind die Bentonite.

Die im Rahmen der Erfindung verwendbaren

amorphen Kolloide sind solche mit einer großen 30 einem Schmieröl dispergiert, das ein nicht raffiniertes Oberflächenausdehnung, z. B. mindestens etwa 100 m² oder halb raffiniertes Mineralöl im nachstehend gepro Gramm, wie die Kolloide, welche nach dem Aero- nauer erläuterten Sinne ist. Es wird angenommen, daß gelverfahren, das in der USA.-Patentschrift 2 260 625 dies der Anwesenheit polarer Stoffe in diesen ölen beschrieben ist, erhalten werden, z. B. Siliciumdioxyd, zuzuschreiben ist. Es wird darauf hingewiesen, daß es Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd und gemischte 35 — sofern ein sehr hohes Widerstandsvermögen gegen Kolloide, wie Siliciumdioxyd-Kalk oder Silicium- Wasser gewünscht wird — vorgezogen wird, ein oberdioxyd-Magnesiumoxyd. flächenaktives Mittel zu verwenden.

Die Menge des in dem Schmierfettgemisch enthal- Die speziellen mineralischen Schmieröle sind solche,

tenen Gelierungsmittels hat keine entscheidende Be- welche mindestens 1 Gewichtsprozent an Bestandteilen deutung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Das 40 enthalten, die mit einer gesättigten wäßrigen Mercuri-Gelierungsmittel soll aber in ausreichender Menge chloridlösung bei 20° in 10 Minuten unter Bildung vorhanden sein, um dem Gemisch Schmierfettstruktur
zu verleihen. Normalerweise liegt die Menge zwischen
1 und 10 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, und vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 Ge- 45
wichtsprozent.

Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt zur Verbesserung der Verträglichkeit zwischen dem öl und
dem anorganischen Gelierungsmittel sowie zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit der anorganischen 50 dingt erforderlich. Die Eignung eines Schmieröles zur Schmierfette. Eine dieser Maßnahmen besteht in der Herbeiführung einer guten Verträglichkeit mit anorga-Einverleibung eines oberflächenaktiven Mittels in das nischen Gelierungsmitteln kann leicht und einfach mit Schmierfett. Das oberflächenaktive Mittel kann an- Hilfe der beschriebenen Mercurikomplexbildung beionisch, kationisch oder nicht ionisch sein. Kationisch stimmt werden. Obwohl für die vorliegende Erfindung oberflächenaktive Mittel werden im allgemeinen vor- 55 jedes Schmieröl brauchbar ist, das mindestens 1 Gegezogen. Beispiele hierfür sind die aliphatischen wichtsprozent des einen Mercurichloridkomplex bil-Amine, welche mindestens eine Alkylgruppe mit 10 denden Materials enthält, werden doch vorzugsweise odier mehr Kohlenstoffatomen enthalten, sowie die ent- Schmieröle mit mindestens 5% und 1>esonders solche sprechenden Ammoniumsalze. Beispiele solcher Amine mit mindestens 15 Gewichtsprozent solcher Stoffe ver- bzw. ihrer Salze sind: Decylamin, Dodecylamin, 60 wendet, die obere Grenze nicht genau festgelegt ist, im Tetradecylamin, Hexadeeylamin, Octadecylamin, allgemeinen aber größenordnungsmäßig bei 50 Ge-Octadecylammoniumacetat, Dimethyldioctylammoni- wichtsprozent liegt. Unter Verwendung solcher

fester, durch Filtrieren abtrennbarer Komplexe reagieren. Die sogenannten roten öle oder schwarzen Schmieröle erfüllen diese Voraussetzung.

Die mit gesättigtem wäßrigemMercurichlorid unter den angegebenen Bedingungen reagierenden Stoffe werden gewöhnlich als asphaltogene Stoffe bezeichnet, aber ihre genaue chemische Identifizierung ist für eine Erörterung der vorliegenden Erfindung nicht unbe-

umacetat, Dimethyldidodecylammoniumacetat, Dimethylhexadecyloctadecylammoniumacetat sowie die entsprechenden Chloride.

Andere Beispiele geeigneter kationisch oberflächenaktiver Mittel sind in der US A.-Patentsohnif 12 625 222 beschrieben. Eine besonders bevorzugte Gruppe kationisch oberflächenaktiver Mittel ist in der USA.-

Patentschrift 2 623 852 beschrieben. Diese Stoffe sind 70 den (universal) bei 37,8°.

Schmieröle hergestellte Schmierfette sind nicht nur wesentlich billiger herzustellen als bei Verwendung raffinierter Schmieröle, sondern besitzen auch eine für viele Zwecke ausreichende Wasserbeständigkeit. Rotöle und die Schwarzöle, welche für die vorliegenden Gemische besonders brauchbar sind, haben Viskositäten zwischen etwa 100 und etwa 1200 Sayboltsekun-

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Bei der Herstellung der Gemische gemäß vorliegen- Für die Herstellung der Schmierfette an sich wird

der Erfindung wird vorzugsweise das Gelderungsmittel jedoch kein Schutz beansprucht.

in Wasser unter Bildung eines Hydrogels oder eines Zum Vergleich der Alkaliborate mit anderen Arten Hydrosols dispergiert und dann mit dem Schmieröl verwendbarer Hochdruckzusatzstoffe wurden Schmiervermischt, wobei das Alkaliborat zusammen mit, vor 5 fette wie folgt hergestellt: Hectoritton, welcher von oder nach der Zugabe des Gelierungsmittels einverleibt Gangart befreit worden war, wurde in Wasser disperwird. giert und mit dem Aminoamid behandelt, das aus

Unterwirft man das Gemisch aus Schmieröl und Tallölsäuren und einem Kondensationsprodukt von

Hydrosol dann einer rührenden oder scherenden Be- Epichlorhydrin mit Ammoniak gebildet war. Für je

handlung, so trennt sich ein wesentlicher Anteil des io 37 Gewichtsteile des Tons wurden 2,6 Gewichtsteile

Wassers von der Hauptmasse der Schmierfettbestand- 85°/»iger Phosphorsäure zugesetzt, um die Dispersion

teile ab und kann durch Absitzenlassen oder Dekan- zu verbessern. Ein wesentlicher Anteil des Wassers

tieren abgeschieden werden, worauf das restliche schied sich aus dem Tonhydrogel beim Zusetzen des

Wasser z. B. durch Destillation entfernt werden kann. Kondensationsproduktes ab. Das Wasser wurde ent-

Die zurückbleibenden Schmierfettbestandteile werden 15 fern<t, und die zurückbleibenden Bestandteile wurden

dann einer scharfen scherenden Einwirkung zwecks zu einem schwarzen' Rückstandsschmieröl zugegeben,

Erzeugung der Schmierfettstruktur unterworfen. welches die folgenden Eigenschaften aufwies:

Viskosität 111 Sayboltsekunden (u-niveral) bei 98,9°

Molgewicht (Durchschnitt? 416,0

API-Dichte 17,0

Sulfatasche 0,055 %

Ramsbottom-Kohlenstoffrückstand 7,3 °/o

Das entwässerte Schmierfett enthielt 3,7 Gewichts- Blockes, bis Fressen bzw. Ritzen eintritt. Die maxi-

prozent Ton und 3,2 Gewichtsprozent des Konden- 25 male Belastung (englische Pfund Last auf dem Hebel-

sationsproduktes (modifiziert durch Anwesenheit der arm, welcher den Block belastet), bei welcher die Be-

Phosphorsäure), während der Rest des Gemisches aus handlung 10 Minuten andauert, ohne daß Fressen oder

Schwarzöl bestand. Ritzen eintritt, wird als OK-Belastung oder Last-

Dieses Schmierfett wurde weiter modifiziert durch tragungsvermögen des Schmiermittels bezeichnet. Es

Zugabe wechselnder Mengen des jeweiligen zu prüfen- 30 wird verwiesen ^auf Inst, of Pet., April 16, S. 106

den Hochdruckzusatzmittels. oder 25, 761, 1939, und J. Soc. Automotove Engi-

Timkentest; ^n€ers> ²⁸> ⁵³> ¹⁹³¹·

Zusatzstoffe Belastung bei Zeitpunkt Wenn Lithiumtetraborat in einem Schmierfett ver-

des Versagens (kg/cm²) wendet wird, das 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd-

keine 1,05 35 Ärogel und ein mineralisches Schmieröl mit einem

4 Gewichtsprozent sulforiertes Specköl hohen Viskositätsindex enthält, wobei das Borat in

+ 2 Gewichtsprozent Bleinaphthenat 1,96 einer Menge von 8 Gewichtsprozent, berechnet auf

10 Gewichtsprozent chloriertes Naph- Schmierfett, vorliegt, zeigt das erhaltene Schmierfett

thalin 2,66 ausgezeichnete Hochdruckeigenschaften. Außerge-

8 Gewichtsprozent Borsäure 2,31 40 wohnliche Ergebnisse werden auch erzielt durch Zu-

7 Gewichtsprozent Borax 6,16 setzen eines Gemisches von Kaliumboraten zu einem

10,7 Gewichtsprozent Borax mehr als 6,16 Schmierfett, in welchem das Gelierungsmittel aus

einem Siliciumdioxyd besteht, welches oberflächlich

Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die An- mit Butanol verestert ist, wobei die Schmierölbasis wendung von Borax in bezug auf die Hochdruck- 45 ein mineralisches Schmieröl mit einer mittleren Viseigenschaften des Schmierfettes einen ganz unerwar- kosität und einem hohen Viskositätsindex ist. Ein teten Vorteil ergibt. Kombinationen von Specköl und schwarzes Mineralschmieröl, welches mit einem Bleinaphthenat werden z. B. in zahlreichen handeis- Oniumton (hergestellt durch Umsetzung von Diüblichen, mit Seifen gelieferten Schmierfetten ver- methyldioctadecylammoniumbromid und Hectoritton) wendet und sind in solchen Schmierfetten ganz be- 50 bis zur Schmierfettkonsistenz geliert worden ist, wird friedigend. Wie jedoch die oben angegebenen Zahlen hinsichtlich seiner Hochdruckeigenschaften durch die zeigen, waren diese Zusätze in den tonhaltigen Einverleibung von hydratisiertem Natriummetaborat Schmierfettmischungen nur mäßig wirksam. Die An- in außergewöhnlichem Maß verbessert,
wendung anderer Hochdruckzusatzstoffe ergab mäßige Es ist klar, daß Gemische aus Alkaliboraten verVerbesserungen der Hochdruckeigenschaften der er- 55 wendet werden können und daß man auch Gemische haltenen Schmierfette, während andererseits die An- dieser mit anderen üblichen Hochdruckzusatzmitteln wendung von Borax zu diesem Zweck die Anwendung oder mit sonstigen Zusatzstoffen, wie Antioxydationseines außergewöhnlich hohen Druckes ermöglicht, wie mitteln, anwenden kann. In der letztgenannten Richsich aus dem Timkentest ergibt. tung haben sich Arylamine bezüglich ihrer Fähigkeit, Der für diese Vergleichsversuche verwendete Test 60 die vorliegenden Schmierfettypen gegen Oxydation zu wird unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Man stabilisieren, als besonders günstig erwiesen. Geeignete läßt einen Timkenbecher gegen einen belasteten Arylamine umfassen insbesondere .die Phenylamine Timkenblock in einer als Timkenprüfmaschine be- und ganz besonders die Phenymapnthylamine, wie kannten Anordnung· rotieren. Zur Prüfung von Phenyl-a-naphthylamin und Phenyl-ß-naphthylamin. Schmierfetten ' ist diese Maschine ausgerüstet mit 65 Die Einverleibung einer geringen Menge einer starken einem besonderen Zuführungszylinder für die Zu- Säure in eine Mischung aus Ton und organischer Base führung des Schmierfettes in den Becher. Das Last- hat sich zur Verbesserung der hydrophoben Eigentragungsvermögen (Reibungszahl) eines Schmierfettes schäften der Schmierfette als günstig erwiesen. Salzwird bei Raumtemperatur bei 800 Umdrehungen pro säure, Schwefelsäure und Phosphorsäure können Minute gemessen durch Steigerung der Belastung des 70 hierzu verwendet werden, wobei die letztgenannte

Säure bevorzugt wird. Der Anteil der Säure liegt vorzugsweise zwischen etwa 85 und 110% der Menge, welche zum Ansäuern der basenaustauschenden Stellen des Tones ausreicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckschmierfett auf der Basis eines vorzugsweise mineralischen Schmieröles und eines anorganischen Gelierungsmittels, gekennzeichnet durch einen Gehalt von mindestens 2,5 Gewichtsprozent eines Alkaliborates, berechnet auf die Gesamtmischung.

2. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliborat in einer Menge von 2,5 bis 12 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamtmischung, vorliegt.

3. Hochdruckschmierfett nachAnspruchl und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliborat in einer Menge von 3,5 bis 8 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, vorliegt.

4. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkaliborat Natriumborat ist.

5. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Gelierungsmittel ein Ton, z. B. Bentonit oder Hectorit, oder ein amorphes Kolloid, z. B. Siliciumdioxyd, ist.

6. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Gelierungsmittel in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, vorliegt.

7. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölbasis ein mineralisches Schmieröl ist, welches mindestens 1 Gewichtsprozent solcher Komponenten enthält, die mit einer gesättigten wäßrigen Mercurichloridlösung bei 20° im Verlauf von 10 Minuten feste Komplexe bilden.

8. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen geringen Anteil eines bekannten oberflächenaktiven Mittels enthält.

9. Hochdruckschmierfett nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel ein kationisch oberflächenaktives Mittel ist.

10. Hochdruckschmierfett nachAnspruchl bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel in einer Menge von 30 bis 100 Gewichteprozent, berechnet auf das anorganische Gelierungsmittel, vorliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 676 822.