DE945174C

DE945174C - Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten

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Publication number: DE945174C
Application number: DEST6156A
Authority: DE
Original assignee: Standard Oil Development Co
Current assignee: Standard Oil Development Co
Priority date: 1952-03-25
Filing date: 1953-03-25
Publication date: 1956-07-05
Also published as: GB745145A; US2825694A; BE518532A

Description

AUSGEGEBEN AM 5. JULI 1956

St 6156 IVc 123c

ist ^n Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten, wonach zur Erzielung einer maximalen Dispersion der Seife Scherspannungsfelder angewandt werden, ohne daß hierbei eine Durchmischung der Masse eintritt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Wälzlagerfetten, wonach man ein Mineralöl oder ein synthetisches Öl von hohem V.l. (V.l. = Viskositätsindex) einem Gemisch aus Mischseifen bildenden Stoffen und einem Öl von niedrigem V.l. zusetzt, das Gemisch schnell abkühlt und dann der Wirkung hoher Schergeschwindigkeiten ohne gleichzeitige Durchmischung der Masse aussetzt.

Bei der bekannten Herstellung von seifengedickten Schmierfetten wird die Seife im Mineralöl unter Erhitzen dispergiert. Nach vollständigem Schmelzen der Seife wird die endgültige Verteilung herbeigeführt. Die eigentliche Bildung der festen Fettphase erfolgt durch Kristallisation der dispergierten Seife beim Abkühlen. Um nach diesem Verfahren eine genügend stabile Struktur zu erhalten, aus der sich kein Öl ausscheidet, muß man genügend Seife verwenden, damit das Öl in der Fettstruktur durch miteinander verbundene Fettkristalle eingeschlossen ist. Nach der vorliegenden Erfindung wird das Fett in üblicher Weise durch Erhitzen des Gemisches von Öl und Seife

und anschließende Kühlung und Kristallisation hergestellt, es wird jedoch noch zusätzlich mechanische Energie als weiteres Mittel zur Dispergierung der Seife angewandt.

Nach Kristallisation der Seife und Bildung der Fettstruktur wird das verhältnismäßig kühle Fett der Wirkung von Scherspannungsfeldern ohne gleichzeitige mechanische Durchmischung ausgesetzt. Bei dieser Behandlung wird die Seifewirksamer und gleichmäßiger ίο dispergiert, als man es bisher für möglich gehalten hatte. Der Vorteil dieser vollständigeren Dispersion der Seife ist der, daß man zur Herstellung von Fetten gleicher Konsistenz erheblich weniger Seife braucht als nach den bisherigen Verfahren. Bei geringeren Seifengehalten läßt sich die Thioxothropie des Seifenverdickers besser regeln, und außerdem läßt sich die Penetration des Fertigproduktes leicht auf den gewünschten Wert einstellen.

Durch die Scherwirkung wird die Seife in Form eines ao stark orientierten linearen Gebildes dispergiert. Außer dieser linearen Orientierung werden die kleinen Bündel oder Mizellen der Seifenkristalle, in eine Ebene geschert, und die erhaltene Dispersion nähert sich der überhaupt erzielbaren feinsten Verteilung. Wird das Fett keinem mechanischen Rühr- oder Mischvorgang unterworfen, so bleibt diese Dispersion in dem Fett erhalten. Wird das Fett jedoch nach Einwirkung der Scherkraft mechanisch gerührt oder durchmischt, so wird diese besondere Art der Dispersion zerstört, und die Seifenteilchen oder -kristalle ballen sich zu einer Dispersion zusammen, wie sie in den bisher üblichen Schmierfetten vorhegt.

Es ist daher im Sinne der Erfindung wesentlich, daß

nach der Einwirkung der Scherkräfte, und vorzugsweise auch vor und während deren Einwirkung,

■ keinerlei mechanische Durchmischung des Fettes stattfindet.

Schergeschwindigkeiten von etwa 10 000 bis 500 000 see"¹ oder mehr werden bevorzugt. Eine erhebliche Konsistenzerhöhung läßt sich mit einer Schergeschwindigkeit von etwa 10 000 see-¹ oder mehr erhalten, und die Konsistenz des Fertigproduktes kann in diesem Bereich durch die. Schergeschwindigkeit genau geregelt werden. Für technische Zwecke sind gewöhnlich Schergeschwindigkeiten im Bereich von 100 000 bis 400 000 see-¹ erforderlich.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fett zunächst in der üblichen Weise gebildet und dann einer Scherkraft ohne mechanische Rührung oder Durchmischung unterworfen, indem man es mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck einen laminaren Strömungsweg zurücklegen läßt. Dies kann in einfacher Weise in einer Gauhn-Homogenisiermaschine erfolgen, in der das Fett unter hohem Druck durch ein Rohr und dann beim Verlassen des Rohres durch einen ringförmigen Kanal hindurchgepreßt wird, der von einem unter Federdruck stehenden konischen Ventil oder Stopfen und einer

■ dazugehörigen konischen Fassung am Austrittsende des Rohres gebildet wird. Zu dem gleichen Zweck können auch Walzenmühlen, in denen das Fett zwischen Stahlwalzen mit sehr geringem Abstand voneinander hindurchgetrieben wird, oder die bekannte Morehouse-Mühle verwendet werden, in der das Gut zwischen schnell laufenden Scheiben mit sehr geringer Spaltweite hindurchgeht. Man kann auch ein Driickviskosimeter benutzen, wenn es mit genügend hohem Druck betrieben wird. Auch andere mit Scherwirkung arbeitende Vorrichtungen können Verwendung finden, vorausgesetzt, daß keine gleichzeitige Durchmischung des Gutes erfolgt.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf Fette anwendbar, in denen das Verdickungsmittel aus Mischseifen zweier oder mehrerer Bestandteile besteht. Mischseifenfette aus Rübölseifen sowie Fette, die mit Komplexen hochmolekularer Seifen und niedrigmolekularer Salze, wie Acetate, furancarbonsäure Salzet Acrylate gedickt sind, werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Fette, die mit einfachen Fettsäureseifen gedickt sind, lassen sich nach dem oben beschriebenen Verfahren anscheinend nicht herstellen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das Schmierfett zunächst folgendermaßen gebildet:

Raffiniertes, nicht geblasenes Rüböl und eine gleiche bis doppelte Menge Schmieröl werden zusammen mit geringen Mengen des Natriumsalzes eines Erdölsulfonates in einen direkt beheizten Fettkessel eingegeben. Der Kessel ist mit einem kräftigen Rührer oder mit Mischschaufeln ausgerüstet. Dann wird so viel Natronlauge in den Kessel gegeben,.daß ein Überschuß von 0,3 bis 0,6%.Natriumhydroxyd, bezogen auf das fertige Fett, vorhanden ist. Die Masse wird auf etwa 120° bis zur vollständigen Verseifung und Entwässerung der Seife erhitzt. Nun wird der Rest des Öles zugesetzt und die Masse langsam auf etwa 260⁰ erhitzt, bis die Masse vollständig -geschmolzen ist. Das Gemisch wird dann unter Rühren auf 93⁰ gekühlt. Während des Abkühlens erfolgt die Rekristallisation der Seife, worauf man Inhibitoren zusetzt.

Wenn man nach diesem Verfahren arbeitet, sind etwa 20 bis 50% Seife erforderlich, um ein Fett mit einer Walkpenetration von 200 bis 350 mm/10 nach 60 Stoßen zu erhalten. Dieses soweit auf an sich bekannte Weise hergestellte Fett eignet sich ausgezeichnet zur Schmierung von Kugellagern.

Erfindungsgemäß schließt sich nun der folgende Arbeitsgang an:

Nach dem Abkühlen der Masse auf etwa 93° und der Zugabe¹¹ der Zusätze wird der Masse ein weiterer Volumteil Öl zugesetzt. Dieses zusätzliche Öl, welches ein mineralisches oder synthetisches Produkt sein kann, setzt den Seifengehalt auf etwa 6 bis 18 °/₀ herab. Das so gewonnene Fett besitzt nicht die gewünschte Fettstruktur, sondern es ist eher eine halbflüssige Masse, welche zur Schmierung von Wälzlagern nicht geeignet ist. Diese halbflüssige Masse wird nun hohen Schergeschwindigkeiten ohne mechanische Durchmischung unterworfen.

Versucht man, ein Schmierfett aus der Natriumseife von nicht geblasenem Rüböl, welches nur 6 bis. i8°/₀ Seife enthält, auf die bisher übliche Weise herzustellen, so erhält man ein Fett, dessen strukturelle Stabilität weit unterhalb derjenigen hegt, die zur Verwendung als Wälzlager-Hochtemperaturschmierfett notwendig ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält

man jedoch ein Fett mit einem Gehalt von nur 6 bis i8 °/₀ Seife, das als Schmiermittel von Rollenlagern bei langer Betriebsdauer brauchbar und gegen Konsistenzerhöhung stabilisiert ist.

Als synthetisches Schmieröl zum Verschneiden des Mischseifenfettes kann jedes der bekannten synthetischen Öle verwendet werden. Im allgemeinen empfehlen sich die synthetischen Schmiermittel auf Esterbasis, z. B. die Ester ein- oder mehrbasischer Säuren,

ίο Ester von Glykolen, polymerisierten Glykolen, Glykoläther, Mischester wie Alkohol-zweibasische Säure-Glykolester oder Alkohol-zweibasische Säure-Glykoleinbasische Säure-Ester oder Mischungen von Estern. Im allgemeinen werden Ester mit etwa io bis 30 C-Atomen mit verzweigten oder geraden Ketten bevorzugt. Beispiele für besonders bevorzugte synthetische Schmieröle sind: Di-2-äthylhexylsebacat, Dioctylsebacat, Di-nonyl-sebacat, Di-2-äthylhexyladipat, Di-C₇-oxoadipat, Di-C₈-oxoadipat, Di-C₁₃-oxoadipat, ferner Mischester, wie-diejenigen, die durch Reaktion von zwei Molen eines Halbesters eines C₄- bis C₁₀-AIkO-hols und einer zweibasischen Säure mit einem Mol eines Polyäthylenglykols hergestellt sind, sowie Gemische der obengenannten Verbindungen.

Außer den synthetischen Schmierölen auf Esterbasis können auch andere synthetische Öle verwendet werden. Polymerisierte Siliconöle, langkettige Formale, Kohlensäureester, polymerisierte Olefine, Mischpolymerisate aliphatischer und aromatischer Verbindungen " 30 usw. sind ebenfalls beim Verfahren nach der Erfindung verwendbar; die einzige Bedingung, die diese synthetischen Schmieröle als Verschnittöle erfüllen müssen, ist ihre Eignung in bezug auf das fertige Schmierfett. Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1
Rübölfett

Ein Fett von folgender Zusammensetzung wurde in der nachstehenden Weise hergestellt:

Gewichtsprozent
20,9

I₁O

o,5

Bestandteile '
Natriumseife von Rüböl
Oxydationsverzögerer (P.henyl-

a-Naphthylamin)
Metalldesaktivator (Kondensationsprodukt aus Propylendiamin und Salicylaldehyd) i,o Stabilisator (Natriumerdöl-

sulfonat)

76,6 Mineralöl (Coastal-Typ) Viskosi

tät 6,3 cSt bei 98,9°.

Verfahren: Die Rübölseifeund die Hälfte der Mineralöle wurden in einen beheizten Fettkessel eingebracht und auf über 204⁰ erhitzt. Bei 260⁰ wurde die Heizung unterbrochen, die restliche Ölmenge zugesetzt, die geschmolzene Masse in einen Kühlkessel gepumpt und dort unter Rühren abgekühlt. Bei 113⁰ wurden die Inhibitoren zugesetzt, dann wurde das Fett abgezogen, filtriert und in Kühlpfannen gekühlt.

Eine Probe dieses Fettes wurde nun durch einen Gaulin-Homogenisator mit 211 kg/cm² sechsmal hindurchgetrieben. Durch diese Anwendung von Scherkräften ohne gleichzeitige Durchmischung wurde das Fett infolge der besseren Dispergierung der Seife hart.

Tabelle	I	Nach Anwendung der Scherkraft
	Vor Anwendung der Scherkraft	178
Walkpenetration nach 60 Stoßen, mm/10	286

Beispiel 2

Das Fett nach Beispiel 1 wurde in dem Fettkessel mit 100 °/₀ Mineralöl verschnitten. Die Mischung war weich und flüssig. Dieses ■ Verschnittprodukt wurde in einem Druckviskosimeter verschiedenen Schergeschwindigkeiten unterworfen. In dieser Apparatur wurde das Fett durch eine Kapillare von 0,4 mm Durchmesser und 16 mm Länge unter Anwendung variierender Drucke bis zu 211 kg/cm² hindurchgetrieben. Die Strömungsgeschwindigkeit wurde durch Auffangen des in einer gemessenen Zeit ausfließenden Fettes bestimmt. Die Schergeschwindigkeit in sec^-1

wurde aus der Poiseuilleschen Formel

π· R³

er

rechnet, worin Q die Strömungsgeschwindigkeit in Raumteilen je Sekunde und R der Radius der Kapillare ist. Nachdem die Probe durch das Druckviskosimeter geströmt war, ließ man sie auf Zimmertemperatur (25°) abkühlen. Nach Bearbeitung in einem Mikrofettkneter durch 4 Stöße wurde die Mikropenetration unter Verwehdung eines Siebes mit 0,25 mm Maschenweite bestimmt.

Die dabei erhaltenen Werte sind in der Tabelle II angegeben:

Tabelle II

Diese Werte sind in Fig. 1 eingetragen. Man sieht, daß die Härtungswirkung am stärksten bei Schergeschwindigkeiten bis zu 100 000 see"¹ ist. Obgleich auch Schergeschwindigkeiten bis zu. 500 000 see— ¹ . wirksam sind, ist die Neigung der Kurve geringer als bei niedrigeren Schergeschwindigkeiten. Es ist ferner zu erkennen, daß praktisch Schergeschwindigkeiten bis hinauf zu etwa 400000 see-¹ verwendbar sind, wobei Schergeschwindigkeiten von 100 000 bis 400 000 zubevorzugen undsolchevon 150 000bis 250 ooosec-¹ besonders zu bevorzugen sind.

	Mikrowalkpenetration
Schergeschwindigkeit	in mm/10
see— ^x	nach 4 Stoßen
	im Mikrofettkneter
_	157
2I,8oo	123
63,800	106
184,000	98
278,000	99
413,000	97
534.000	94

Durch Wahl der entsprechenden Schergeschwindigkeit kann man also Fette von gewünschter Härte herstellen.

Beispiel 3
5

Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf die Fettkennzahlen

Teü A

Nach dem in der Schmierfettechnik bisher üblichen Verfahren wurde ein Fett hergestellt, welches 23,8 °/₀ Natriumseife von Rüböl und 76,2 % Mineralöl enthielt. Dieses Fett wurde in zwei Anteile geteilt. Anteil B wurde in einer Gaulin-Homogenisiermaschine bei

x5 einem Druck von 210 kg/cm² homogenisiert, während Anteil A nicht homogenisiert wurde. Die Proben wurden dann auf ihre ASTM-Penetration und ihren Tropfpunkt untersucht. Außerdem wurden sie 30 Tage bei 98,9° und 30 Tage bei normaler Temperatur gelagert. Ferner wurden sie dem ASTM-Radlager-Test unterworfen, der im Anhang zum ASTM-Handbuch vom November 1948 beschrieben ist. Bei dieser Prüfung wird die Probe in'ein normales Ford-Radlager eingebracht und dieses 6 Stunden bei 104⁰ mit 440 U/min laufen gelassen. Wenn die Probe versagt oder Öl aus dem Lager nach der Prüfung ausläuft, ist das Ergebnis ungenügend.

Die Fettproben wurden außerdem dem Spindeltest des Annular Bearing Engineering Committee und des National Lubricants and Grease Institute unterworfen. Bei diesem Test wird die Probe zur Schmierung eines auf einem Zapfen sitzenden Lagers Nr. 204 verwendet, welches bei 121° mit 10 000 U/min so lange betrieben wird, bis es versagt. Die Ergebnisse werden in Stunden «bzw. Schmierdäuer des Fettes angegeben. Außerdem wurden die Fettproben. der Norma-Hoffmann-Oxydations-Prüfung unterworfen. Zu diesem Zwecke wird eine Probe des Fettes in eine Sauerstoffbombe eingebracht und Sauerstoff bis zu. einem bestimmten Druck eingeleitet. Dann wird die Bombe so lange bei konstanter Temperatur gehalten, bis ein Druckabfall von 0,3 kg/cm² eingetreten ist, und das Ergebnis in Stunden angegeben.

^{Teil B}

Ein Schmierfettgemisch, welches etwa 18,7% Natriumseife von rohem Rüböl enthielt, wurde nach der Erfindung hergestellt, d. h., es wurde zunächst ein Grundfett hergestellt, das etwa 30% Seife enthielt. Dieses wurde dann unter die Erstarrungstemperatur (unter etwa 93⁰) abgekühlt. Nun wurde der Masse so viel Mineralöl zugesetzt, daß ihr Seifengehalt etwa 18,7%, bezogen auf das Fertigprodukt, betrug. Anteil A wurde nicht homogenisiert, Anteil B wurde durch eine Gaulin-Homogenisierungsmaschine bei einem Druck von etwa 210 kg/cm² getrieben. Die Produkte wurden nun den in Teil A beschriebenen Prüfungen unterworfen.

Teil C

Ein weiteres erfindungsgemäß hergestelltes Fett enthielt etwa 12 °/₀ Natriumseife von Rüböl. Anteil A hiervon wurde nicht homogenisiert, wohl aber Anteil B. Diese Proben wurden den gleichen Prüfungen unterworfen. Die hierbei erhaltenen Kennzahlen sind in Tabelle III angegeben.

TabeUe III

Wirkung der Homogenisierung bei hohen Schergeschwindigkeiten Homogenisiermaschine nach Gaulin — Druck: 210 kg/cm²

Zusammensetzung

Teil A
Anteil A Anteil B Teil B
Anteil A I Anteil B

Teü C Anteil A I Anteil B

% Seife

% Mineralöl .
Eigenschaften

Spisdeltest bei 10 000 U/min
(Kugellager Nr. 204 bei 121°),
Stunden

Penetration bei 25 °, mm/10
Ruhpenetration

Walkpenetration (60 Stöße)

Tropfpunkt, ⁰C

Ausbluten nach 3otägigerLagerung

Radlagertest

Oxydationsbeständigkeit nach

Norma-Hoffmann (Stunden bis
zum Abfall des Sauerstoffdruckes
um 0,3 kg/cm²)

23,8
76,2

nicht
homogenisiert

1315

278

• 286 .
> 260

merklich
genügt

260

homogenisiert

1315

158

173· >

keines genügt

260 18,7
81,3

nicht
homogenisiert

-363
344

starkes

genügt

homogenisiert

930

182
201
232
keines
genügt

12,0 88,0

nicht homogenisiert

zu weich

starkes

genügt

nicht

homogenisiert

770

262

275 204 keines genügt

340

Das Fett von Teil A, Anteil A, lieferte bei allen Untersuchungen ausgezeichnete Ergebnisse, ausgenommen bezüglich des Ausblutens. Nach 3otägiger Lagerung hatten sich hierbei merkliche Ölmengen abgeschieden. Die Walkpenetration von 286mm/io liegt eindeutig innerhalb der zulässigen Grenzen von 200 bis 350. Anteil B, der der Homogenisierung unterworfen war, war viel zu hart zum Schmieren von Rollenlagern. Ein Vergleich der Anteile A und B der

Teile B und C läßt die Vorteile des vorliegenden Verfahrens deutlich erkennen. Die Anteile A zeigen, daß das Fett mit niedrigem Seifengehalt ohne Homogenisieren eine zu geringe Konsistenz hat. Die Anteile B zeigen aber, daß man durch Homogenisierung außer der etwa doppelten Fettausbeute ausgezeichnete, glatte, schmierfähige Produkte erhält, ohne daß selbst nach 30tägiger Lagerung ein merkliches Ausbluten erfolgt.

Die Fette von Teil A, Anteil B, und Teil C, Anteil B, gemäß Tabelle III wurden in einem Rollenlager geprüft, welches 300 Stunden bei Arbeitstemperaturen von 38 bis 71° betrieben wurde. Anteil A des Teiles A hatte nach der Prüfung eine Penetration von 173. Diese Erhärtung ist dem hohen Seifengehalt zuzuschreiben und macht das Fett zur Schmierung von Rollenlagern ungeeignet. Die Fettprobe Teil C indessen veränderte ihre Konsistenz nicht.

Beispiel 4

Lithium-Mischseifenfett auf Mineralölgrundlage

Nach dem unten beschriebenen Verfahren wurde ein Schmierfett von folgender Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile Gewichtsprozent

Hydrierte Fischtransäuren 20,0

Eisessig 4,0

Lithiumhydroxyd-Monohydrat. 6,2

Inhibitor gemäß Beispiel 1 ... 1,0

Mineralöl (Coastal-Öl), Viskosität

6,3 cSt/98,9⁰ 68,8

Verfahren: Die Fischtransäuren und die Hälfte des Mineralöls wurden in einem direkt beheizten Fettkessel eingegeben und unter Rühren auf 66° erhitzt. Dann wurde der Eisessig und unmittelbar darauf das Lithiumhydroxyd als 10% ige wäßrige Lösung zugesetzt. Die Temperatur wurde auf 104 bis 121° gesteigert und dann das restliche Mineralöl zugesetzt, während die Temperatur weiter auf 271 ° stieg. Dann wurde der Inhibitor zugesetzt und das gesamte Gemisch unter Rühren gekühlt. Bei 93° wurde weiteres Mineralöl beigemischt. Die fertige Masse enthielt etwa 12% Seife und ergab beim Abkühlen ein weiches, schmierfähiges Produkt.

Ein Teil des Fettes wurde einer hohen Schergeschwindigkeit ohne gleichzeitige Durchmischung unterworfen, indem man es dreimal unter einem Druck von 352 kg/cm² durch einen Gaulm-Homogenisator trieb. Ein zweiter Anteil des Fettes wurde mit weite rem Mineralöl auf einen Seifengehalt von 6 % verdünnt. Dieses Produkt war weich und halbflüssig und wurde durch einen Gaulin-Homogenisator bei 352 kg/cm² hindurchgetrieben. Die Penetrationswerte der Fettproben sind in Tabelle IV angegeben:

Tabelle IV

Walkpenetration nach
60 Stoßen, mm/10

Nach Verdünnung auf 6%
Seife

Ursprüngliches
Fett

350

Nach
Anwendung

der
Scherkraft

167
284

• Diese Versuche zeigen, daß sich Lithium-Mischseifenfette nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft herstellen lassen.

Beispiel 5
Furfurolfett

Nach dem unten beschriebenen Verfahren wurde ein Furfurolfett folgender Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile

Furfurol

Hydrierte Fischtransäuren ....

Natriumhydroxyd

Oxydationsinhibitor gemäß

Beispiel 1

Mineralöl (Coastal-Öl), Viskosität

3,2cSt/₉8,9°

Mineralöl (Coastal-Öl), Viskosität

12 cSt/98,9°

Gewichtsprozent

10,6
15.0
5,38

1,0
30,0
38,62

Verfahren: Das leichte Mineralöl und die Fischtransäuren wurden in einen dampfbeheizten Fettkessel eingebracht. Dann wurde das Natriumhydroxyd als 40%ige wäßrige Lösung zugesetzt. Hierbei trat eine Temperaturerhöhung auf etwa 38 bis 41° ein. Jetzt wurde das Furfurol beigegeben. Der Aldehyd ging mit dem überschüssigen Natriumhydroxyd in Gegenwart der Fischtransäureseife eine Cannizzarosche Reaktion ein. Man ließ diese Reaktion 1 Stunde fortschreiten, wobei die Temperatur auf etwa 45° stieg. Nach ι Stunde wurde die Temperatur durch Wärmezufuhr auf etwa 135⁰ gesteigert. Sodann wurde das schwere Öl zugesetzt und das Gemisch unter Rühren auf etwa 165⁰ erhitzt. Nun setzte man den Oxydationsinhibitor zu und kühlte das Gesamtgemisch unter Rühren im Kessel.

Das so erhaltene Fett wurde in einem Gaulin-Homogenisator bei verschiedenen Drucken der Wirkung von Scherspannungen ohne gleichzeitige Durchmischung unterworfen. Die'Wirkung dieser Behändlung ist in der nachfolgenden Tabelle V angegeben.

Tabelle V

Druck
kg/cm²

Penetration, mm/io (25,0° WaIk-

Ruhpenetration

penetration' (6.0 Stöße)

ο (nicht homogenisiert) 355 330

105 .... 199 222

¹⁰ 210 177 207

Beispiel 6

Nach' dem Verfahren des Beispiels 5 wurde ein Furfurolfett von folgender Zusammensetzimg her-15 gestellt:

Bestandteile Gewichtsprozent

Furfurol 10,0

Hydrierte Fischtransäuren 15,0

Natriumhydroxyd 5,0

²⁰ Oxydationsinhibitor gemäß

Beispiel 1 1,0

Mineralöl (Coastal-Öl), Viskosität

14,6 cSt/₉8,9° 34,5

Mid-Continent-Öl, Viskosität

²5 i2cSt/₉8,9^o : 34,5

Teili

Eine Probe dieses Fettes wurde bei verschiedenen Drucken in einem Gaulin-Homogenisator bearbeitet. 30 Die ASTM-Werte der Proben sind in Tabelle VI angegeben.

	0 70 140 210 28O	Druck,	Tabelle	kg/cm²	VI
		(nicht siert) .	homogeni-	Walkpenetration, mm/10
35			>400 360 340 330 320


40

. Teil 2

Eine zweite Probe dieses Fettes wurde ■ mehrfach bei 210 und 280 kg/cm² durch den Gaulin-Homogenisator getrieben. Die Werte für die Walkpenetration sind in Tabelle VII angegeben.

• Tabelle VII

Durchgänge	Walkpenetra 210 kg/cm²	tion,	mm/ίο 280 kg/cm²
O.	>400 330 310 295 . 280		>400 320 270 270
I
2
•3
4 ···

Dieses Beispiel zeigt, daß auch mit Furfurol her-60 gestellte Mischseifenfette erfindungsgemäß gewonnen werden können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung stellt man* zunächst ein Gemisch einer Mischseife und eines Mineralöls von niedrigem V. I. her, erhitzt dieses auf über 250⁰, um die Seife vollständig zu lösen, und kühlt das Gemisch so schnell auf eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 120° ab, daß die gesamte Kühidauer nur 2 bis 10 Stunden beträgt. Wenn das Gemisch diese Temperatur erreicht hat, wird ein anderes Mineralöl zugesetzt, dessen V. I. wesentlich höher als der des Grundlageöls ist, worauf man das gesamte Gemisch hohen Schergeschwindigkeiten unterwirft, ohne daß gleichzeitig eine Durchmischung erfolgt.

Es ist wesentlich, daß das zum Verschneiden verwendete Mineralöl einen hohen Flammpunkt und einen hohen V. I. besitzt. Zusätze zur Verbesserung des V. I. haben keine Wirkung, da sie auf den Seifenteilchen auskristallisieren, so daß lediglich der ursprüngliche V. I. des Grundlageöls wirksam ist. Derartige Öle können infolge der Unlöslichkeit der geschmolzenen Seife nicht für die anfängliche Dispergierung der Seife verwendet werden. Es wurde auch gefunden, daß man bei Herstellung der Fette nach der gewöhnlichen Methode des langsamen Abkühlens der Masse keine Mineralöle von hohem V. I. zusetzen kann.

Nachdem das Fett mit dem Öl von hohem V. I. verschnitten worden ist, wird das Gemisch hohen Schergeschwindigkeiten von 10 000 bis 500000 see"¹ oder mehr unterworfen. Man arbeitet dabei in einer Apparatur, in der kein gleichzeitiger Mischvorgang erfolgt, wie oben beschrieben.

Der ursprüngliche Seifengehalt vor dem Zusatz des Mineralöls von hohem V. I! beträgt 20 bis 50%. Bei dem früher üblichen langsamen Abkühlen war ein Seifengehalt in diesem Bereich notwendig, um die gewünschte ASTM-Penetration von 200 und35omm/io zu erhalten. Durch den weiteren Zusatz des Mineralöls von hohem V. I. sinkt der Seifengehalt des Fertig-Produktes auf 6 bis 18 %. Die nachfolgende Homogenisierung mit hoher Schergeschwindigkeit führt dann zu einem Produkt mit einer Penetration von 200 bis 350, vorzugsweise 275 bis 300 mm/10. ■ Es ist zu beachten, daß man — von der erheblichen Herabsetzung der Kühlzeit abgesehen — die gewünschte Penetration mit einem Bruchteil des bisher für notwendig angesehenen Seifengehaltes erzielt.

Die Schmierdauer eines Wälzlagerschmiermittels wurde im allgemeinen als proportional der Seifenmenge angesehen. Es wurde nun gefunden, daß die erfindungsgemäßen Schmierfette, die nur etwa ^x\_i bis ¹I₃ dieser Seifenmenge enthalten, eine den bekannten Fetten durchaus gleichwertige Schmierdauer haben. Dieses Ergebnis, das auf den Zusatz eines Öles von hohem V. I. zurückzuführen ist, war nach der bisherigen Methode des langsamen Kühlens nicht zu erzielen.

In den folgenden Beispielen ist dieses Merkmal der Erfindung näher erläutert.

Beispiel 7

a) Nach dem nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren wurde ein Fett von folgender Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile

Rüböl

Natriumerdölsulfonat in Lösung

Natriurnhydroxyd ...:

Oxydationsinhibitor gemäß

Beispiel ι

Metalldesaktivator gemäß

Beispiel ι

Mineralöl (aus einem Coastal-

Rohöl), Viskosität

65 cSt/37,8⁰ (V. I. 50)

Gewichtsprozent

22,0

o,5
4.75

0,5

71.25

Herstellungsverfahren: Rüböl, Natriumerdölsulfonat

(5o%ige Lösung in Öl) und ¹Z₃ des Mineralöls wurden in einen direkt beheizten Fettkessel eingebracht und auf 65⁰ erwärmt. Dann wurde 40%ige wäßrige Natronlauge zugesetzt und die Masse unter Rühren auf 150⁰ erhitzt. Nach der Entwässerung wurde das restliehe Mineralöl zugesetzt und das Fett auf 260⁰ erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde die Wärmezufuhr unterbrochen und das Fett auf 93⁰ gekühlt. Während der Abkühlung (bei etwa 135⁰) wurden die Inhibitoren zugesetzt. Bei 93⁰ wurde das Fett abgezogen und filtriert. Diese Verpackungstemperatur von 93⁰ wurde in 20 bis 22 Stunden erreicht.

b) 75 Gewichtsprozent dieses Fettes wurden mit 25 Gewichtsprozent des gleichen Mineralöls vermischt. Das so erhaltene Fett enthielt 18 % Seife im Vergleich zu 24% bei dem Fett gemäß Beispiel 1 und war für die üblichen Untersuchungen zu weich. Die Masse wurde bei einem Druck von 352 kg/cm² durch einen Gaulin-Homogenisator getrieben. Durch diese Einwirkung hoher Schergeschwindigfceiten ohne gleichzeitige Durchmischung härtete die Masse zu einem festen Fett.

Die beiden obigen Fette ergaben die folgenden Prüfwerte:

40	Tabelle ^	/III	Nach Anwendung der Scherkraft
		Ursprüng liches Fett	(b)
45		(a)
	Penetration, mm/10 bei 25 °		285
	Ruhpenetration	318
	Walkpenetration nach
50	60 Stoßen		227
	Tropfpunkt, ° C	>2Ö0
	Oxydationsprüfung nach
	Norma-Hoffmann,
	O₂-Druckabfall um		320
55	0,3 kg/cm², Std	286
	Schmierdauer (Spindeltest),		1605
	Std	I9OO

Beispiel 8

75 Gewichtsprozent eines Fettes nach Beispiel 7 (a) wurden mit 25 Gewichtsprozent eines Öles von hohem V. I. verschnitten, welches durch Phenolextraktion eines Mid-Continent-Rohöles erhalten wurde und folgende Kennzahlen hatte:

Dichte (15,6°) 0,879

Farbwert (Robinson) 9

Flammpunkt, ⁰C 246

Entzündungspunkt, °C 268

Viskosität, cSt/37,8⁰ 83,1

cSt/98,9⁰ 8,7

V. 1 103,2

Fließpunkt, ⁰C — 9,4

Dieses Gemisch war halbflüssig und erhärtete selbst dann nicht auf Fettkonsistenz, wenn es im Kreislauf bei 352 kg/cm² durch den Gaulin-Homogenisator getrieben wurde.

Beispiel 9

a) Es wurde ein Fett nach Beispiel 7 (a) mit dem einzigen Unterschied hergestellt, daß die Abkühlung von 260 auf 93⁰ nicht langsam, sondern schnell, nämlich innerhalb 8 bis 10 Stunden, erfolgte.

b) 75% dieses Fettes wurden mit 25% weiterem Grundlageöl vermischt, wozu das im Beispiel 7 beschriebene Coastal-Öl-Destülat von niedrigem V. I. diente. Diese Masse wurde hohen Schergeschwindigkeiten ohne gleichzeitige Durchmischung ausgesetzt, indem es bei 210 kg/cm² fünfmal durch den Gaulin-Homogenisator getrieben wurde. Die Prüfergebnisse für die beiden Fette waren die folgenden:

Tabelle IX

	Ursprüng liches Fett	Verschnitte
		nes Fett nach Anwendung der
	(a)	Scherkraft
		(b)
Penetration, mm/10 bei 25⁰	275
Ruhpenetration		195
Walkpenetration nach	2OQ
60 Stoßen	^A y	201
Walkpenetration nach	274
100 000 Stoßen	>2Ö0	—
Tropfpunkt, ⁰C		241
Oxydationsprüfung nach
Norma-Hoffmann,
O₂- Druckabfall um	275
0,3 kg/cm², Std.		268
Schmierdauer (Spindel	I3I5
test), Std	927

Beispiel 10

50 Gewichtsprozent des Fettes nach Beispiel 9 (a) wurden mit 50 Gewichtsprozent weiterem Grundöl kombiniert. Hierdurch wurde ein Fett mit einem Gesamtseifengehalt von 12% erhalten. Dieses Fett wurde ebenfalls in einem Gaulin-Homogenisator bei 352 kg/cm² homogenisiert.

Das Schmierfett hatte danach folgende Kennzahlen:

ASTM-Penetration, mm/10
bei 25⁰

Ruhpenetration . 270

Walkpenetration nach 60 Stoßen 276

Tropfpunkt, ⁰C 204

Oxydationstest nach Norma-Hoff-

mann, Std 340

Schmierdauer (Spindeltest), Std. ... 769

Beispiel 11

50 Gewichtsprozent des Fettes nach Beispiel 9 (a)

wurden mit 50% des im Beispiel 8 beschriebenen Öls voji hohem V. I. vermischt. Durch Homogenisierung mit hoher Schergeschwindigkeit ohne gleichzeitige Durchmischung im Gaulin-Homogenisator erhielt man eine ausgezeichnete, stabile Fettstruktur von folgenden . Kennzahlen:

ASTM-Penetration mm/10
bei 25⁰

Ruhpenetration 299

Walkpenetration nach

60 Stoßen 300

Tropfpunkt, ⁰C 196

Oxydationstest nach Norma-Hoffmann, Std 220

Schmierdauer (Spindeltest) Std. 1365

Die hohe Schmierdauer ist besonders bemerkenswert, da das Fett nur 12% Seife enthielt.

Die in den Beispielen 7 bis 11 angegebenen Werte sind nachfolgend tabellarisch zusammengestellt:

	% Seife	Kühl- gesch.win.dig- keit	Tabelle X	Homo genisiert	Walk penetration mm/io	Schmierdauer beim Spindeltest, Stunden	I315
Beispiel	24	langsam	V. I. des Zusatzöles	nein	326	1900	927
7 (a)	I8	langsam	_	ja	311	1605	769
7(b)	i8	langsam .	niedrig	ja		(keine Fettstruktur)	1365
8	24	schnell	hoch	nein	269
9 (a)	i8	schnell	—	ja	,201
9(b)	12	schnell	■ niedrig	ja	276
IO	12	schnell	niedrig	ja	300
II		hoch

Diese Werte und die Zeichnung zeigen die Verbesserung, die mit dem vorliegenden" Verfahren erreicht wird. Beispiel^ zeigt, daß sich ein Fett von guter Struktur und guter Schmierdauer herstellen läßt, wenn man ein nach der bisherigen Arbeitsweise durch langsames Abkühlen erhaltenes Fett von 24°/₀

Seifengehalt mit einem Öl von niedrigem V. I. auf 18 °/₀ Seife verdünnt und anschließend homogenisiert. Beispiel 8 zeigt, daß ein Öl von hohem V. I. nicht zum Verschneiden verwendet werden kann, wenn man langsam abkühlt. Die Beispiele 9 und 10 zeigen, daß man eine niedrigere Schmierdauer erhält, wenn ein schnell gekühltes Fett mit einem Öl von niedrigem V. I. verschnitten wird. Beispiel 11 zeigt den Vorteil der erfindungsgemäßen Arbeitsweise: Ein Fett mit nur 12% Seife wird durch schnelles Abkühlen hergestellt, und trotzdem ist die Schmierdauer erheblich verbessert und die Struktur innerhalb des gewünschten Penetrationsbereichs. Diese Werte sind in Fig. 2 graphisch dargestellt.

In den weiteren Beispielen wird der Fettgrundlage

vor der Scherhomogenisierung ein synthetisches Öl zugesetzt.

Beispiel 12

Als Grundlage diente das Fett nach Beispiel (a).' Diesem wurde ein synthetisches Schmieröl zugesetzt, das aus einem Gemisch von 65 °/₀ Di-2-äthyl-hexylsebacat und 35 °/₀ eines Mischesters bestand, der

durch Umsetzung von 2 Mol des 2-Äthylhexylhalb-

esters der Adipinsäure mit 1 Mol eines Polyäthylenglykols von einem Molekulargewicht von etwa 200 erhalten wurde. Etwa 50 Gewichtsprozent Fett und 50 Gewichtsprozent synthetisches Ölgemisch wurden in einem Fettkessel gemischt. Die so erhaltene weiche, halbflüssige Masse schied beim Stehen klares Öl aus. Die Masse wurde durch einen Gaulin-Homogenisator geschickt und dickte. Das Fett hatte dann folgende Kennzahlen:

ASTM-Penetration, mm/10
bei 25⁰

Ruhpenetration 285

Walkpenetration nach no

60 Stoßen 315

nach 100 000 Stoßen 385

Freie Alkalität 0,16

Tropfpunkt, °C -1S0

Oxydationstest nach Norma-Hoffmann (Zeitdauer des Abfalls des Sauerstoffdrucks um

0,3 kg/cm²), Std 436 ·

Schmierdauer (Spindeltest,

10 000 U/min, 121⁰), Std. .. i860

Beispiel 13

Unter Anwendung der Fettgrundlage und des Verfahrens nach Beispiel 12 wurde ein zweites Fett hergestellt. Hierbei wurde ein flüssiges Phenylsilicon

(Dow Coming, Fluid 710) als synthetische Schmierflüssigkeit verwendet.

Die Eigenschaften des Fettes nach der Homogenisierung waren die folgenden: 5

Penetration, mm/10 bei 25 °

Ruhpenetration 290

Walkpenetration nach

60 Stößen. 310

Walkpenetration nach

100 000 Stößen (Lochplatte mit 270 Bohrungen

zu 3,175 mm) 420

Tropfpunkt, ⁰C 223

Oxydationstest nach Norma-Hoffmann (Zeitdauer des Abfalls des Sauerstoffdruckes um 0,3 kg/cm²), Std >5o8

Beispiel 14

Dieses Beispiel entsprach dem Beispiel 13 mit der Maßgabe, daß als synthetische Flüssigkeit ein Formal verwendet wurde, das durch Umsetzung von C₈-OxO-alkohol mit Formaldehyd hergestellt war. Eigenschaften des Fettes:

ASTM-Penetration mm/10
bei 25⁰

Ruhpenetration 285

Walkpenetration nach

60 Stößen 320

Walkpenetration nach
100 000 Stößen 410

Tropfpunkt, ⁰C 200

Oxydationstest nach Norma-Hoffmann (Zeitdauer des Abfalls des Sauerstoffdrucks um
0,3 kg/cm²), Std 398

Die Fette nach Beispiel 12 bis 14 zeigten in einer beschleunigten Prüfung auf Ausbluten (.50 Stunden bei 98,9°) eine Ölausscheidung von weniger als 3,0 °/₀.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schmierfetten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein in bekannter Weise aus einem Mineralöl und einer komplexen Seife einer hochmolekularen und einer niedrigmolekularen Fettsäure unter weiterem Zusatz eines Mineral- oder synthetischen Schmieröles erhaltenes Schmierfett einer starken scherenden Einwirkung bei einer Schergeschwindigkeit von 10 000 bis 500 000 see-¹ ohne gleichzeitige oder darauffolgende mechanische Durchmischung unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das heiße Gemisch von Seife und Öl vor dem weiteren Ölzusatz schnell auf eine unterhalb der Erstarrungstemperatur des Fettes liegende Temperatur kühlt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als weiteres Öl ein solches verwendet, das einen höheren Viskositätsindex als das zur anfänglichen Mischung mit der Seife verwendete Öl besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als komplexe Seife eine Rübölseife verwendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 544 6.