DE833098C

DE833098C - Tieftemperaturschmierfette

Info

Publication number: DE833098C
Application number: DEST2486A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1944-12-30
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1952-03-03
Also published as: CH251396A; US2436347A; BE461872A; GB603967A

Description

(WiGBL S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. MÄRZ 1952

St 2486 IVd/23c

Die Erfindung !»etritft Tiettemperaturschntierfette. Im nachstehenden bezieht sich der Ausdruck Fett auf Schmierfette. Nach den bekannten Verfahren zur Herstellung tieftemperaturbeständiger Fette werden niedrigsiedende Mineralölfraktionen mit entsprechend niedrigem Flammpunkt und niedriger Viskosität mit Metallseifen zur Bildung plastischer Massen oder halbfester Fettmischungen vermischt. Es wurde gefunden, daß das zum Drehen eines mit Fett geschmierten Lagers erforderliche Drehmoment der Viskosität des für das Fett benutzten Öls bei der jeweiligen Temperatur direkt proportional ist. Daher erwies es sich bei der Herstellung von Tieftemperaturfetten als notwendig, niedrigsiedende Mineralölfraktionen zu verwenden, weil diese eine niedrige Viskosität bei sehr tiefen Temperaturen (— 73.33°) haben. Da aber die Ausrüstung, z. B. der Verschluß einer Beobachtungskamera bei Aufnahmen aus der Luft, welcher mit diesem Fett geschmiert wurde, bisweilen verhältnismäßig hohen Temperaturen (65⁰) ausgesetzt ist, werden die zur Fettherstellung benutzten niedrigsiedenden Fraktionen auf diejenigen beschränkt, die nicht zu flüchtig sind. Die Benutzung sehr niedrigsiedender Mineralölfraktionen bei der Herstellung von Tieftemperaturfetten ist daher wegen der hohen Flüchtigkeit derselben stark beschränkt. Ihre Herstellung stößt auch wegen Feuersgefahr auf betriebliche Schwierigkeiten. Wenn das Schmiermittel hohen Temperaturen ausgesetzt wird, ist es wegen verringerter Flüchtigkeit nur noch in vermindertem Maße bei tiefer Temperatur einsatzfähig, sofern es nicht aufgemischt wird.

Es wurde nun gefunden, daß die Ester zwei-

basischer aliphatischer Säuren von der Formel HOOC(R)COOH, namentlich die Ester, deren veresternde Gruppe ein verzweigkettiges Alkyl ist, niedrigsiedende Mineralölfraktionen bei der Herstellung von Tieftemperaturfetten ersetzen können. Die Erfindung umfaßt allgemein Schmierfette, welche diese Ester neben einer Alkali- oder Erdalkaliseife und einem später zu erläuternden Stabilisator enthalten. Diese Ester besitzen ungewöhnlich

ίο hohe Siedepunkte und entsprechend niedrige Dampfdrucke bei Raumtemperatur, hohe Viskositätsindices oder einen niedrigen Temperaturviskositätskoeffizienten, äußerst niedrige Stockpunkte und sind chemisch verhältnismäßig Inständig. An aliphatischen Dicarbsäuren, die für die Darstellung der Ester geeignet sind, die für die Herstellung der Fettmischungen gemäß Erfindung dienen sollen, seien genannt: Malon-, Bernstein-, Isobernstein-, Glutar-, Äthylmalon-, Brenzweinsäure, Adipin-, l'imelin-, Suberin-, Azelain- und Sebacinsäure. An Stelle der genannten Säuren kann eine beliebige Säure oder Säuremischung der Formel HOOC(RjCOOH benutzt werden, wo R eine zweiwertige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, beispielsweise synthetische Säuren, die durch Polymerisation oder Dimerisation ungesättigter Fettsäuren oder ihrer Ester entstehen. Die Ester, die sich für die Herstellung der Fettmischungen gemäß Erfindung eignen, folgen der allgemeinen Formel COOR₁-R-COOR₂: R bedeutet hier eine zweiwertige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, wie Methylen oder PoIymethylen, R₁ und R, sind verzweigkettige Kohlenwasserstoffgruppen, z. B. Alkyle, Alkaryle und Cycloalkyle, von denen Butyl, Benzyl, Cyclohexyl ; und sek. Octylphenyl als Vertreter genannt seien.

Diese Ester können zusätzliche Bestandteile oder ^: funktioneile Gruppen, wie Cl. Br, NH₀, NHR, ! NR₁R₂₁CHO, CO, SH, SR, RSSR, RÖR, RO- ' Metall, enthalten. Die Ester können nach bekannten Verfahren hergestellt werden.

Eingeeignetes Verfahrenbesteht in der Umsetzung \ von Alkohol mit Säure bei höherer Temperatur in Gegenwart eines Veresterungskatalysators, beispielsweise Schwefelsäure oder Sulfosalycilsäure. Die Reaktion wird durch kontinuierliche Entfernung von Reaktionswasser mittels azeotroper Destillation mit einem Lösungsmittel, wie Benzol. Toluol, bzw. durch Einblasen von inertem Gas in das Reaktionsgemisch zur Entfernung des Reaktionswassers unterstützt. Das Produkt wird mit verdünntem Alkali zur Entfernung des Katalysators und etwaiger Spuren von nicht umgesetzter Säure gewaschen und nötigenfalls unter vermindertem Druck, gegebenenfalls unter Einblasen von inertem Gas zur Entfernung etwa nicht umgesetzten Alkohols oder anderer niedrigsiedender Substanzen, erhitzt. Im Bedarfsfall wird das Produkt mit Ton behandelt. Zweckmäßigerweise, aber nicht notwendigerweise soll die Neutralisationszahl des fertigen listers im Interesse der Oxydationsbeständigkeit nicht größer als etw^Ta 0,2 mg KOH je Gramm Ester sein. In dem Endprodukt verbliebene freie Säuren können dessen Oxydation namentlich in Gegenwart von Kupfer, Messing o. dgl. bei höherer Temperatur beschleunigen.

Typische Ester nebst einigen hervorstechenden Eigenschaften derselben sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

Tabelle I

Name des Esters

Centistokes-Viskos. bei

99° 37.8° —40°

Neigung d. ASTM

Visk.-Temp.

Kurve für

99 bis —40°

Y. 1.	Flamm punkt	Stock punkt
136	179	- -i>S
152	221	- - 68 "
138,5	—	— f>5
68,5		—43^:
	210	— 40

Etwa-Siedepunkt bei Atm.-Druck

Di-sek.-butylsebacat

Di-2-äthylhexylsebacat

Di-undecanylsebacat

Di-2-äthylhexylsuccinat, alkyliert

Di-2-äthylhexylazelat

2,09

3.31
4,66

5,56
3.05

6,42

12,64
22,83

42,72
",25

320

1532
8000

200 000*
1200

o,752

0,716

0,812
0,729

343

404

399

* Extrapoliert aus den Werten bei 38 und 99°

Diese Werte machen deutlich, daß lister dieser Gattung ein ideales Verhalten zeigen hinsichtlich Stockpunkt, Viskosität und Viskositätstemperaturmerkmalen, Flamm- und Siedepunkt in dem zur Verminderung der Verdampfung ausreichenden Maß und wertvolle Schmiermittel zur Verwendung als Tieftemperaturfette liefern.

Bei Herstellung der Fette gemäß Erfindung wird am besten zunächst die Seife bereitet: beispielsweise werden Talg, Stearinsäure oder Säuren aus hydrier-

tem Fischöl mit Alkali umgesetzt, bis ein Indikator einen leichten Alkaliülierschuß anzeigt. Die Seife wird getrocknet und gegebenenfalls pulverisiert, was 'die Auflösung im Ester erleichtert. Andererseits kann die Seife von Lithium. Calcium, Magnesium oder Aluminium durch Ausfällung aus Wasser nach bekannten Verfallren dargestellt werden. Die Seife wird in der benötigten Menge dem Ester zugesetzt, und das Gemisch wird auf 182 bis 204⁰ erhitzt, bis die Seife in dem Ester

vollständig geschmolzen ist. Ein beliebiges Alkalioder Erdalkalihydroxyd, wie Natrium-, Calcium-, Magnesium-, Strontium-, vorzugs\veise Lithiumhydroxyd, kann zur Neutralisation oder Bildung der Seife benutzt werden. Irgendeine höhere Fettsäure oder Fette, von denen sich diese ableiten, wie Stearinsäure, Ölsäure, Erucasäure, Laur.insäure, Palmitinsäure, Talg, Schmalzöl, tierische Fette usw., können zur Bildung der Seifen benutzt werden;

ίο vorzugsweise findet die aus hydriertem Fischöl gewonnene Fettsäure Anwendung. Die Fette gemäß Erfindung enthalten im allgemeinen 6 bis 30% Alkali- oder ErdalkaLiseife, 65 bis 93,5 Vo Ester oder ein Estergemisch und 0,5 bis 5% eines Stabilisators.

Der Stabilisator, darunter wird eine Substanz verstanden, welche die mechanische oder physikalische Beständigkeit des Fettes verbessert, glättet das Fett und wirkt sich bei der eigentlichen Herstellung des Fettes günstig aus. Die Oxyde, Carbonate oder Seifen, z. B. Napht'henate oder Stearate von amphotere Oxyde bildenden Metallen, z. B. die Seifen von Zink, Zinn und Aluminium, bewähren sich als Stabilisatoren, namentlich für Fette mit einem Gehalt an freiem Alkali. Auch Seifengemische können benutzt werden, als besonders wirksame Kombination sind 0,5% Aluminiumstearat und 0,5% Zinknaphthenat anzusprechen.

Beispiel 1

12,0Vo Lithiumseife der Fettsäuren aus hydriertem Fischöl, 0,5% Aluminiumstearat, 0,5% Zinknaphthenat, 87,o°/o 2-Äthyl'hexylsebacat.

Die Seifen und Ester wurden vermischt und auf 182 bis 204⁰ erhitzt, bis die Seife vollständig geschmolzen ist. Das Fett wurde dann rasch über einen Kühler geleitet. Man kann das Fett in der Anlage ohne Bearbeitung abkühlen lassen oder die Fettschmelze in flache Pfannen zum Abkühlen ausgießen. Das Fett wurde dann bis zur gewünschten Penetration oder Konsistenz bearbeitet, filtriert und verpackt.

Zum Vergleich der Fette gemäß Erfindung mit bekannten Tieftemperaturfetten wurden der Kegelverdampfungstest DTD-577, der Ausblutungstest für öl aus geschmiertem Antifriktionslager, der Verdampfungstest und der Test zur Ermittlung der Plastizitätsza'hl mit verschiedenen Prpben durchgeführt, deren Ergebnisse tabellarisch zusammengestellt sind:

Tabelle II
Ausblutungs- und Verdampfungsteste bei 82⁰

Tabelle IH Plastizitätszahl* (g, cm, see)

Schmiermittel	Kegel- Verdampfung %	•204- Kugellager- Ausblutung %	Conrad- Verdampfung %
I 2 3 4 5	7 36.5 8.3 0,4 0,2	O O O O	o,3 o,7 0,05 0,006

Schmier mittel	~₄o°	-45°	-51°	-57°	— 02°	—68°
I	8000	IO OOO	15OOO	20 000	3OOOO	__
2	—	—	• —	5OO	IOOO	2 000
3	—	675	1200	2 000	43OO	IO 000
4	625	825	1100	I5OO	2 200	33OO
5	1400	2 200	29OO	38OO	5OOO	8OOO

* Beschreibung DTD-577. Abs. 5 und Anhang II. '5

Zusammensetzung der Fette

1. Coastaloil von niedrigem Stockpunkt (60 Vis. bei 38⁰; Flammpunkt 149⁰ Cleveland offener Tiegel) und 12% Seife.

2. Coastaloil von niedrigem Stockpunkt (35 Vis. bei 38⁰; Flammpunkt 102° Cleveland offener Tiegel) und 6 Vo Seife.

3. Mischung aus Coastaloil von niedrigem Stockpunkt und Gasöl (45,2 Vis. bei 38⁰; Flammpunkt ii8° Cleveland offener Tiegel) und 12Vo Seife.

4. Sek. Butylsebacat, 12 Vo Lithiumseife und ι % Aluminiumstearat.

5. 2-Äthylhexylsebacat, 12% Lithiumseife und ι Vo Zinknaphthenat.

Der heute gebräuchliche Typus von Tieftemperaturfetten wird durch Fett 1 dargestellt. Um —57⁰ ist die Bremswirkung auf das Lager sehr erheblich. Die Fette 2 und 3 zeigen zwar ein sehr günstiges Verhalten bei tiefen Temperaturen, sind aber wegen ihrer hohen Verdampfungsgeschwindigkeit der niedrigsiedenden Bestandteile wenig geeignet. Beispielsweise kann ein Lager, das mit Fett 2 oder 3 geschmiert ist, Grundtemperaturen von etwa 49 bis 56⁰ unterworfen werden. Infolge der erheblichen Verdampfung kann das in dem Lager verbliebene Fett nicht mehr als tieftemperaturbeständiges Schmiermittel gelten. Fette gemäß Beispiel 4 und 5 zeigen ein vorzügliches Verhalten bei niedriger Temperatur und sind wegen des Gehaltes an hochsiedenden Estern¹, die bei der Herstellung benutzt waren, bei äußerst hohen Grundtemperaturen ungewöhnlich beständig.

Die oben wiedergegebenen Werte lassen erkennen, daß die Fette gemäß Erfindung den üblichen Tieftemperaturfetten hinsichtlich Verdampfung bei dem Kegel- und Lagerverdampfungstest erheblich überlegen und gegen Ausbluten ebenso beständig wie die anderen Fette sind. Bezüglich der Plastizitätszahl ist zu sagen, daß Werte bis 2000 einschließlich in dem frei laufenden Bereich von 2000 bis 10 000 im frei drehenden Bereich liegen und oberhalb 10 000 ein starkes Drehmoment oder bedeutender Bremseffekt besteht.

Claims

Patentansprüche:

i. Tieftemperaturschmierfette, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel C O O R₁ (R) C O O R₂,

in der R eine zweiwertige aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, R₁ und R₂ verzweigkettige Kohlenwasserstoffgruppen !bedeuten, einer Alkali- oder Erdalkali seife und einem Stabilisator bestehen.
2. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Polymethylengruppe mit acht Methylengruppen bedeutet.
3. Tieftemperatursöhmierfette nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß R₁ und R₂ 2-Äthylhexylgruppen bedeuten.
4. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß R ein Polymethylenradikal mit acht Methylengruppen ist und R₁ und R₂ sek. Butylradikale bedeuten.
5. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch ι bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 6 bis 30 Gewichtsprozent Seife.
6. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch ι bis 5, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines Stabilisators.
7. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch ι bis 6, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 12% Seife und 1 %> Stabilisator.
8. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 6 bis 30%) Lithiumseife von Fettsäuren hydrierter Fischöle.
9. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch i, bestehend aus Di-2-äthylhexylsebacat und/oder Di-sek.-butylsebacat, 6bis3O% Alkali- und Erdalkaliseife sowie einem Stabilisator.
10. Tieftemperaturschmierfette nach Ansprach i, bestehend aus Di-sek.-butyladipat; Di-isopropylsebacat, 6 bis 30% Alkali- und Erdalkalimetallseife und einem Stabilisator.
11. Tieftemperaturschmierfette nach Anspruch i, bestehend aus i-Isobutyl-2-äthylhexylsebacat, 6 bis 30% Alkali- und Erdalkalimetallseife und einem Stabilisator.

O 3338 2.52