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Schmiermittel
Die Erfindung betrifft Schmiermittel auf Schmierölbasis aus synthetischen und mineralischen Ölen und ist gekennzeichnet durch einen Gehalt an Metallhydroxyd-Komplexseifen, in denen Metallhydroxyde vorzugsweise von Metallen der II. bis IV. Gruppe des periodischen Systems komplex an ein Metallseifen- molekül gebunden sind, wobei das Kation des komplexgebundenen Metallhydroxyds ein anderes sein muss i als das der Seife.
Die komplexe Bindung der Metallhydroxyde im Seifenmolekül erfolgt durch die Wechselwirkung der
Carboxylatgruppe des Seifenmoleküls und der OH-Gruppe der Metallhydroxyde unter Bildung von Wasser- stoffbrücken.
Das Eindringen der Metallhydroxyde in das Seifengitter geht von der Gleitebene zwischen den Carb- oxylatenden her vonstatten und ist nur möglich bei mesomorphen Phasenumwandlungen der Seife in den flüssig-kristallinen Zustand. Die beschriebenen Komplexverbindungen sind also nur innerhalb solcher
Temperatur-Intervalle und nicht auf mechanischem Wege bei unterhalb dieser Phasenumwandlungen lie- genden Temperaturen erzielbar. Anderseits erfolgt bei zu hohen Fertigungstemperaturen keine Bildung einer Seife-Metallhydroxyd-Komplexverbindung mehr, sondern es erfolgt durch Kettenspaltung des Sei- fenanions und die dadurch hervorgerufene Bildung niedrigmolekularer Fettsäuren eine Neutralisation des
Metallhydroxyds, so dass dann im Endeffekt eine Mischung von Seifen mit verschiedenen Kationen ent- steht.
Das bedeutet also, dass die Bildung von Seife-Metallhydroxyd-Komplexen nur innerhalb solcher Pha- senumwandlungstemperaturen der Seife möglich ist, die unterhalb etwa 150 C, aber oberhalb etwa 1050C liegen. Unterhalb der Grenze ist nur eine mechanische Vermischung der einzelnen Partner möglich, ohne dass die bei der Erfindung zu beobachtenden Veränderungen der Qualitätsmerkmale eintreten.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemässen Komplexverbindungen grundsätzliche Veränderungen der für die Ursprungsverbindungen charakteristischen Eigenschaften bewirken, und dass sich für jedes
Komplex-Metallhydroxyd in spezifischer Weise die Tropfpunkte, die Penetrationswerte, das Kältever- halten, die Thermostabilität, das Verhalten gegenüber Wasser, Seewasser, Säuren, Laugen, Formalin,
Lösungsmittel usw., sowie die Oxydationsbeständigkeit, das antikorrosive Verhalten, das Konsistenz- - Temperaturverhalten und die mechanisch-dynamischen Schmiereigenschaften auf Prüfmaschinen ändern.
Vor allem für die kontinuierliche Fabrikation von Schmierfetten eröffnen sich dadurch grosse Möglichkei- ten, weil bei einer einzigen Grundrezeptur nur durch die Variation der komplexgebundenen Metall- hydroxyde ein vorausbestimmbarer und gezielter weitgehender Einfluss auf die erwünschten Qualitätsmerk- male des Endproduktes genommen werden kann und sich also die Kationeigenschaften der Seife und des
Komplex-Metallhydroxyds günstig kombinieren bzw. addieren lassen.
Ein zweiter, sehr wertvoller Vorteil dieser Komplexverbindungen besteht darin, dass man sowohl kon- tinuierlich als auch diskontinuierlich über beliebig lange Zeiträume neutrale Fette mit pH 7 fertigen kann, wenn die stöchiometrische Berechnung des Seifen-Metallhydroxyd-Komplexes so erfolgt, dass ein sehr geringfügiger Teil des Komplex-Metallhydroxyds mitverseift wird. Das ist von überragender Bedeu- tung für die Gleichmässigkeit der Produktion und des Gebrauchswertes von Schmierfetten und ermöglicht z. B. eine jahrelange Fahrweise ohne Fehlsude trotz der unvermeidlichen Fehlerquellen durch Schwankun- gen der Neutralisationszahlen oder Laugentiter bzw. der im Grossbetrieb immer auftretenden und nicht
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vermeidbaren Wägedifferenzen.
Völlig im Gegensatz zu bisher üblichen Mischungen von Seifen mit verschiedenen Kationen, bei de- nen in den weitaus meisten Fällen sich nicht deren positive, sondern deren negative Charakteristika kom- binieren, lassen sich durch gleichzeitige KomplexverbindungmehrererMetallhydroxyde Additionen aller nur wünschenswerten Eigenschaften erzielen und es gelingt z. B., Na-Seifen-Metallhydroxyd-Komplexfette bzw.
K-Seifen-Metallhydroxyd-Komplexfette herzustellen, die folgende Merkmale gleichzeitig in sich vereinen : Hohen Tropfpunkt, flaches Konsistenztemperaturverhalten, absolute Oxydationsstabilität, gutes
Kälte-und Wärmeverhalten,Beständigkeitgegen Wasser, Seewasser,Tropenklima, Säuren, Laugen, Formalin, hervorragende Korrosionsschutzwirkungen. einwandfreies Verhalten in mechanisch-dynamischer Hinsicht, lange Lebensdauer und unbegrenzte Lagerungsfähigkeit ohne Ausblutungserscheinungen.
Technologisch gesehen ist es für die Herstellung der Schmiermittel unerheblich, ob die Metallhydroxyde, beispielsweise Cu (OH), oder Zn (OH),, nach der vollständigen Verseifung der Fettsäuren zugegeben werden, oder ob man die Verseifung mit komplexen Verbindungen, wie Aluminaten, Plumbaten, Zinkaten, Manganiten, Cupraten u. ähnl. vornimmt. Im letzteren Falle entstehen ebenso Seifen-Metallhydroxyd-Komplexverbindungen. Ein mechanisches Vermischen von Metallhydroxyd mit fertigem Fett führt dagegen nicht zur Komplexbildung und also auch nicht zu den beschriebenen technisch wertvollen Effekten.
Einige Beispiele sollen die Herstellung und die Eigenschaften der erfindungsgemässen Schmiermittel erläutern.
In an sich bekannter Weise werden der verdünnten Lauge nacheinander geschmolzene Montansäure oder Raffinate des Rohmontanwachses unter Rühren beigefügt und die Verseifung durchgeführt. Nach dem Verseifen wird zirka die Hälfte des Öles zugesetzt und so lange gekocht, bis der Hauptanteil des Wassers verdampft ist. Darauf wird der Rest des Öles zugesetzt und bis zu einer Temperatur von etwa 1150C weiter gekocht. Nach dem Heissabfüllen in Eisenfässer erfolgt darin das Abkühlen und Nachreifen, das zirka 1 Woche dauern soll. Die Egalisierung und Homogenisierung erfolgt in bekannter Weise auf mechanischem Wege.
Eine andere Herstellungsmöglichkeit besteht auch darin, dass die Säure in Öl gelöst und mit Lauge in wässeriger und bzw. oder alkoholischer Lösung bzw. in Öl dispergiert bei über 1000C zugegeben wird.
Die Nachbehandlung erfolgt analog dem vorangegangenen Beispiel. Man kann auch die Seife in reiner Form herstellen und in Öl bei hohen Temperaturen aufquellen.
Beispiel 1 :
EMI2.1
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> Montansäure, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH/g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> Maschinenöl-R. <SEP> V50 <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> E
<tb> 78, <SEP> 5kg <SEP> Natriumaluminatlauge, <SEP> Alk. <SEP> 185 <SEP> mg <SEP> KOH/g
<tb>
(Die Berechnung erfolgt so, dass 100/0 des vorhandenen Aluminiums mitverseift werden). b) Analysedaten :
Tropfpunkt nach Ubbélohde : 1480C
Ruhpenetration nach Richardson/20 C 154 1/10 mm Wasserbeständigkeit nach DIN 51 807 :
EMI2.2
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb> . <SEP> 2. <SEP> 1.-II.- <SEP> 5. <SEP> 1.-II.- <SEP>
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
EMI2.3
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> R-Wachs, <SEP> VZ <SEP> 130 <SEP> mg <SEP> KOH/g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> Maschinenöl-R. <SEP> V50 <SEP> = <SEP> 4,5 <SEP> E
<tb> 81,2 <SEP> kg <SEP> Kaliumaluminatlauge, <SEP> Alk. <SEP> 200 <SEP> mg <SEP> KOH/g
<tb>
(10% Al mitverseift) b) Analysedaten :
Tropfpunkt nach Ubbelohde : 1580C
Ruhpenetration nach Richardson/200C 129 1/10 mm
Wasserbeständigkeit nach DIN 51807 :
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EMI3.1
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> H. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb>
Beispiel 3 :
EMI3.2
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> Montansäure, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH/g <SEP>
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> Maschinenöl-R. <SEP> V <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> E
<tb> 12, <SEP> 4 <SEP> kg <SEP> 100'iges <SEP> NaOH <SEP>
<tb> 25 <SEP> kg <SEP> Pb <SEP> (OH) <SEP>
<tb>
(Berechnung erfolgt so, dass Montansäure voll mit NaOH neutralisiert, so dass Pb (OH) im Uberschuss ist). b) Herstellung des Schmiermittels :
Das Ätznatron wird in einer Wassermenge gelöst, dass eine zirka 20% igue Natronlauge entsteht. Nach Einbringen dieser Lauge in den Kochkessel erwärmt man auf zirka 90 C. Anschliessend wird die gesamte auf Na stöchiometrisch berechnete und auf die gleiche Temperatur gebrachte Menge Montansäure unter Rühren eingetragen. Es wird dann zirka 1 h verseift.
Nach dieser Zeit gibt man 25 kg Pb (OH) 2 zu und kocht eine weitere Stunde. Hieran anschliessend setzt man etwa die Hälfte Menge Öl zu und kocht so lange, bis die Hauptmenge Wasser entfernt ist. Nunmehr wird die Restmenge Öl zugegeben und bis auf zirka 1200C ausgekocht. Das fertige Schmiermittel wird in Eisenfässer abgelassen und in diesen etwa 1 Woche zum Kühlen und Reifen gelagert. Anschliessend erfolgt Weiterbehandlung wie bei den vorangegangenen Beispielen.
Die beschriebenen Abwandlungen von Beispiel 1 können hier ebenfalls zur Anwendung kommen. Die Zugabe der Hydroxyde erfolgt dabei zweckmässig nach Beendigung der Verseifung.
EMI3.3
Wasserbeständigkeit nach DIN 51807 :
EMI3.4
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> H. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> Il. <SEP> - <SEP>
<tb>
Beispiel 4 :
EMI3.5
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> Montansäure, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH/g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> Maschinenöl-R. <SEP> Vso <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> E
<tb> 17, <SEP> 4 <SEP> kg <SEP> KOH <SEP> 100%ig
<tb> 7,66 <SEP> kg <SEP> Ca <SEP> (OH) <SEP>
<tb>
b) Die Herstellung des Schmiermittels erfolgt analog dem Beispiel 3. c) Analysendatenz
Tropfpunkt nach Ubbelohde : 1540C
Ruhpenetration nach Richardson : 112 1/10 mm
Wasserbeständigkeit nach DIN 51807 :
EMI3.6
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> . <SEP> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb>
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lubricant
The invention relates to lubricants based on synthetic and mineral oils and is characterized by a content of metal hydroxide complex soaps, in which metal hydroxides, preferably from metals of groups II to IV of the periodic table, are complexly bound to a metal soap molecule, the cation the complex-bound metal hydroxide must be different from that of the soap.
The complex binding of the metal hydroxides in the soap molecule occurs through the interaction of the
Carboxylate group of the soap molecule and the OH group of the metal hydroxides with the formation of hydrogen bonds.
The penetration of the metal hydroxides into the soap lattice takes place from the slip plane between the carboxylate ends and is only possible with mesomorphic phase transformations of the soap into the liquid-crystalline state. The complex compounds described are therefore only within such
Temperature intervals and not mechanically achievable at temperatures below these phase transformations. On the other hand, if the production temperatures are too high, there is no longer any formation of a soap-metal hydroxide complex, but rather the chain cleavage of the soap anion and the resulting formation of low molecular weight fatty acids neutralize the
Metal hydroxide, so that in the end a mixture of soaps with different cations is created.
This means that the formation of soap-metal hydroxide complexes is only possible within phase transition temperatures of the soap that are below about 150 ° C but above about 1050 ° C. Below the limit, only a mechanical mixing of the individual partners is possible without the changes in the quality characteristics observed in the invention occurring.
It has been found that the complex compounds according to the invention bring about fundamental changes in the properties characteristic of the original compounds, and that for each
Complex metal hydroxide in a specific way the dropping points, the penetration values, the cold behavior, the thermal stability, the behavior towards water, sea water, acids, alkalis, formalin,
Solvent etc., as well as the resistance to oxidation, the anti-corrosive behavior, the consistency - temperature behavior and the mechanical-dynamic lubricating properties on testing machines.
This opens up great opportunities, especially for the continuous production of lubricating greases, because with a single basic recipe, a predeterminable and targeted far-reaching influence on the desired quality features of the end product can only be exerted by varying the complex-bound metal hydroxides the cation properties of the soap and des
Combine or add complex metal hydroxides favorably.
A second, very valuable advantage of these complex compounds is that neutral fats with pH 7 can be produced both continuously and discontinuously over any length of time, if the stoichiometric calculation of the soap-metal hydroxide complex is carried out so that a very small part of the complex metal hydroxide is also saponified. This is of paramount importance for the consistency of production and the utility value of lubricating greases. For example, years of driving without incorrect brewing despite the inevitable sources of error due to fluctuations in the neutralization numbers or lye titers or those that always occur in large-scale operations and not
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avoidable weight differences.
Completely in contrast to the hitherto customary mixtures of soaps with various cations, in which in the vast majority of cases it is not their positive but rather their negative characteristics that can be combined with simultaneous complex compounds of several metal hydroxides, additions of all desirable properties can be achieved . B., Na soap-metal hydroxide complex fats or
To produce K-soap metal hydroxide complex greases that combine the following features at the same time: high dropping point, flat consistency temperature behavior, absolute oxidation stability, good
Cold and heat behavior, resistance to water, sea water, tropical climate, acids, alkalis, formalin, excellent corrosion protection effects. perfect behavior in mechanical-dynamic terms, long service life and unlimited shelf life without signs of bleeding.
From a technological point of view, it is irrelevant for the production of lubricants whether the metal hydroxides, for example Cu (OH) or Zn (OH), are added after the fatty acids have been completely saponified, or whether the saponification is carried out with complex compounds such as aluminates or plumbates , Zincates, manganites, cuprates, etc. similar undertakes. In the latter case, soap-metal hydroxide complex compounds are also formed. Mechanical mixing of metal hydroxide with finished fat, on the other hand, does not lead to complex formation and therefore also does not lead to the technically valuable effects described.
A few examples are intended to explain the production and properties of the lubricants according to the invention.
In a manner known per se, molten montanic acid or raffinates of the raw montan wax are added one after the other to the dilute lye, with stirring, and the saponification is carried out. After saponifying, about half of the oil is added and boiled until most of the water has evaporated. The rest of the oil is then added and the mixture is boiled up to a temperature of around 1150C. After the hot filling in iron barrels, it is cooled down and matured, which should take about 1 week. The equalization and homogenization takes place in a known manner by mechanical means.
Another manufacturing option is that the acid is dissolved in oil and added with alkali in aqueous and / or alcoholic solution or dispersed in oil at over 1000C.
Post-treatment is carried out in the same way as in the previous example. The soap can also be produced in its pure form and swelled in oil at high temperatures.
Example 1 :
EMI2.1
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> montanic acid, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH / g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> machine oil-R. <SEP> V50 <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> E
<tb> 78, <SEP> 5kg <SEP> sodium aluminate lye, <SEP> alk. <SEP> 185 <SEP> mg <SEP> KOH / g
<tb>
(The calculation is made so that 100/0 of the existing aluminum is also saponified). b) Analysis data:
Drop point after Ubbélohde: 1480C
Rest penetration according to Richardson / 20 C 154 1/10 mm water resistance according to DIN 51 807:
EMI2.2
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb>. <SEP> 2. <SEP> 1.-II.- <SEP> 5. <SEP> 1.-II.- <SEP>
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb>
Example 2:
EMI2.3
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> R-wax, <SEP> VZ <SEP> 130 <SEP> mg <SEP> KOH / g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> machine oil-R. <SEP> V50 <SEP> = <SEP> 4,5 <SEP> E
<tb> 81.2 <SEP> kg <SEP> potassium aluminate lye, <SEP> alk. <SEP> 200 <SEP> mg <SEP> KOH / g
<tb>
(10% Al also saponified) b) Analysis data:
Drop point according to Ubbelohde: 1580C
Resting penetration according to Richardson / 200C 129 1/10 mm
Water resistance according to DIN 51807:
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> H. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP>
<tb> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb>
Example 3:
EMI3.2
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> montanic acid, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH / g <SEP>
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> machine oil-R. <SEP> V <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> E
<tb> 12, <SEP> 4 <SEP> kg <SEP> 100% <SEP> NaOH <SEP>
<tb> 25 <SEP> kg <SEP> Pb <SEP> (OH) <SEP>
<tb>
(The calculation is made in such a way that montanic acid is completely neutralized with NaOH, so that there is an excess of Pb (OH)). b) Production of the lubricant:
The caustic soda is dissolved in an amount of water that creates about 20% sodium hydroxide solution. After this lye has been introduced into the kettle, it is heated to about 90 ° C. The entire amount of montanic acid, calculated stoichiometrically to Na and brought to the same temperature, is then added with stirring. It is then saponified for about 1 hour.
After this time, 25 kg of Pb (OH) 2 are added and the mixture is boiled for a further hour. Then add about half the amount of oil and cook until most of the water has been removed. Now the remaining amount of oil is added and boiled down to about 1200C. The finished lubricant is drained into iron drums and stored in these for about 1 week to cool and mature. This is followed by further processing as in the previous examples.
The described modifications of Example 1 can also be used here. The hydroxides are expediently added after the saponification has ended.
EMI3.3
Water resistance according to DIN 51807:
EMI3.4
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> H. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> Il. <SEP> - <SEP>
<tb>
Example 4:
EMI3.5
<tb>
<tb> a) <SEP> 150 <SEP> kg <SEP> montanic acid, <SEP> VZ <SEP> 116 <SEP> mg <SEP> KOH / g
<tb> 850 <SEP> kg <SEP> machine oil-R. <SEP> Vso <SEP> = <SEP> 4, <SEP> 50 <SEP> E
<tb> 17, <SEP> 4 <SEP> kg <SEP> KOH <SEP> 100%
<tb> 7.66 <SEP> kg <SEP> Ca <SEP> (OH) <SEP>
<tb>
b) The lubricant is produced analogously to Example 3. c) Analysis data
Drop point according to Ubbelohde: 1540C
Richardson resting penetration: 112 1/10 mm
Water resistance according to DIN 51807:
EMI3.6
<tb>
<tb> 1. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 4. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb>. <SEP> 2. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 5. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb> 3. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> - <SEP> 6. <SEP> I. <SEP> - <SEP> II. <SEP> -
<tb>