DE2000455A1

DE2000455A1 - Schmierfett

Info

Publication number: DE2000455A1
Application number: DE19702000455
Authority: DE
Inventors: Quaal George Jerome; Chi-Long Lee; Marko Ollie William
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1969-01-06
Filing date: 1970-01-07
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1233126A; FR2027810A7; BE744028A; US3575860A; JPS4842929B1

Description

Ein Schmierölträger wird mit einem festen Homopolymeren aus Trifluorpropylphenylsiloxan-Einheiten zu einem Schmierfett verdickt.

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte Schmierfette und betrifft insbesondere neue wärmebeständige Schmierfette, die als Verdickungsmittel Fluoralkylphenylsiloxane enthalten.

Bestimmte Schmierfette, die im allgemeinen als Lagerfette bezeichnet werden, sind so ausgelegt, dass sie unter hohen mechanischen Beanspruchungen verwendet werden können. Außer Beständigkeit bei hohen Belastungen müssen solche Schmierfette thermische Beständigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Allzweckschmierfette dienen als Schmiermittel bei geringeren Belastungen und unter weniger scharfen Bedingungen.

Diese Typen von üblichen Schmierfetten werden durch Zusatz von feinteiligen festen Füllstoffen, z.B. Siliciumdioxid, zu einem Schmierölträger in einer Menge, die die Mischung zu einer butterartigen Konsistenz verdickt, hergestellt. Die thermische Stabilität des Schmierfetts wird durch die teilchenförmigen Füllstoffe nicht verbessert und in manchen Fällen vermindern die Füllstoffe wegen der Schleifwirkung des Feststoffs die Schmierwirkung des Schmierfettes.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass durch Verwendung von Fluoralkylphenylsiloxanpolymeren als Verdickungsmittel für Schmierfette thermisch stabile Schmierfette erhalten werden können. Das polymere Verdickungsmittel ist selbst ein Schmiermittel und verbessert die Schmiereigenschaften des erhaltenen Schmierfettes.

Die Erfindung bezweckt daher ein verbessertes Schmierfett.

Ziel der Erfindung ist ferner ein Organopolysiloxan-Schmierfett, das alle die vorteilhaften Eigenschaften bekannter Siloxanschmierfette aufweist und sich durch verbesserte thermische Stabilität auszeichnet.

Das erfindungsgemäße Schmierfett besteht aus einer innigen Mischung eines Schmierölträgers und einer verdickenden Menge eines festen Polymeren, das im wesentlichen aus Einheiten der Formel R[tief]fCH[tief]2CH[tief]2(C[tief]6H[tief]5)SiO besteht, worin R[tief]f einen Perfluoralkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet.

Der Rest R[tief]f kann ein beliebiger Perfluoralkylrest, beispielsweise -CF[tief]3, -C[tief]2F[tief]5, -C[tief]3F[tief]7 und so weiter, bis zu den Gliedern

-C[tief]9F[tief]19 und -C[tief]10F[tief]21 dieser Gruppe, sein. Die Reste können entweder geradkettig oder verzweigt sein.

Das oben beschriebene Homopolymere, das als Verdickungsmittel für das erfindungsgemäße Schmierfett verwendet wird, ist selbst ein ausgezeichnetes festes Schmiermittel. Das Material kann
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als Flüssigkeit, gummiartiges Produkt oder Feststoff hergestellt werden. Der Feststoff ist ein halbkristallines Material, das in aromatischen Kohlenwasserstoff-Lösungsmitteln, z.B. Toluol, löslich ist. Im allgemeinen besteht das feste Polymere aus wenigstens 150 der oben beschriebenen Einheiten und kann durch verschiedene Substituenten, z.B. Silanol- oder Trimethylsilylgruppen, endblockiert sein.

Die polymeren Verdickungsmittel können durch Polymerisation des entsprechenden cyclischen Trimeren in Gegenwart eines Lithiumkatalysators, z.B. von n-Butyllithium, hergestellt werden. Die Polymerisation erfolgt glatt bei Temperaturen von 100°C und darüber. Beispiele für eine solche Polymerisation sind in einer Anmeldung der gleichen Anmelderin mit der Priorität der am 18.12.1968 eingereichten U.S. Serial No. 784 876 (internes Aktenzeichen DC 1584) angegeben. Die Herstellung und Isolierung des cyclischen Trimeren ist in einer Anmeldung der gleichen Anmelderin mit der Priorität der am 18.12.1968 eingereichten U.S. Serial No. 784 875 (internes Aktenzeichen DC 1539) beschrieben.

Es wird darauf hingewiesen, dass es für jeden gegebenen flüssigen Träger einen bestimmten Bereich von Verhältnissen von Flüssigkeit zu Verdickungsmittel gibt, mit denen ein brauchbares Schmierfett erhalten wird. Die chemischen Substituenten und die Viskosität des flüssigen Trägers sind Faktoren, die diesen Bereich bestimmen. Zu hohe Mengen Verdickungsmittel führen dazu, dass die Masse krümelig und als Schmierfett unbrauchbar wird, während zu große Mengen an Flüssigkeit zur Folge haben, dass die Mischung breiig wird. Das richtige Verhältnis von Verdickungsmittel zu Flüssigkeit für jedes gegebene System, kann durch einfache Vorversuche ermittelt werden.

Als Schmierölträger ist jede nichtreaktive stabile Flüssigkeit mit einer Viskosität von 20 bis 600 000 cs bei 25°C geeignet, d.h. jedes Öl, das für bekannte Schmierfette verwendet werden kann.

Der Begriff "nichtreaktiv" bedeutet, dass das Öl gegen das Schmierfettverdickungsmittel und gegen Wasser, Luft und andere Stoffe, die gewöhnlich in der Umgebung vorkommen, in der das Schmierfett verwendet werden soll, chemisch beständig sein muss.

Der Begriff "stabil" bedeutet, dass die Flüssigkeit sich nicht leicht zersetzen darf. Die Flüssigkeit muss in dem Temperaturbereich, in dem das Schmierfett verwendet werden soll, stabil sein.

Jede Flüssigkeit mit den oben beschriebenen Eigenschaften ist für die erfindungsgemäßen Schmierfette geeignet. Man kann sowohl Kohlenwasserstofföle als auch andere Öle verwenden. Beispiele für geeignete Flüssigkeiten sind naphthenbasische, paraffinbasische und gemischtbasische Erdöl
<NichtLesbar>
öle, andere Kohlenwasserstoffschmiermittel, z.B. aus Kohleprodukten hergestellte Schmieröle, und synthetische Öle, z.B. Alkylenpolymere (beispielsweise Polymere von Propylen, Butylen und deren Mischungen). Geeignet sind ferner Alkylenoxidpolymere, z.B. Propylenoxidpolymere, die durch Polymerisation von Propylenoxid in Gegenwart von Wasser oder Alkohol, z.B. Äthylalkohol, erhalten werden, Ester von Alkylenoxidpolymeren, z.B. acetylierte Propylenoxidpolymere, die durch Acetylieren von Propylenoxidpolymeren, die Hydroxylgruppen enthalten, hergestellt werden, und Polyäther, die aus Alkylenglykolen, z.B. Äthylenglykol, hergestellt werden.

Die aus den verschiedenen Alkylenoxiden und Alkylenglykolen hergestellten polymeren Produkte können Polyoxyalkylendiole oder Polyalkylenglykolderivate sein, d.h. die endständige Hydroxygruppe kann erhalten bleiben oder eine oder beide endständigen Hydroxygruppen können während der Polymerisationsreaktion durch Veresterung oder Verätherung verschwinden.

Zu synthetischen Ölen der Dicarbonsäureesterklasse gehören beispielsweise Produkte, die durch Veresterung von Dicarbonsäuren, wie Adipinsäure, Azelainsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Alkenylbernsteinsäure, Fumarsäure oder Maleinsäure, mit Alkoholen, wie Butylalkohol, Hexylalkohol, 2-Äthylhexylalkohol oder Dodecylalkohol erhalten werden. Zu Beispielen für synthetische Esteröle von zweibasischen Säuren (Dicarbonsäuren) gehören Dibutyladipat, Dihexyladipat, Di-2-äthylhexylsebacat und Di-n-hexylfumarsäurepolymeres.

Synthetische Öle der Alkylaromatenklasse sind beispielsweise Produkte, die durch Alkylieren von Benzol erhalten werden (z.B. Dodecylbenzol, Tetradecylbenzol und Didodecylbenzol). Ester mehrwertiger Alkohole, z.B. Ester von Trimethylolpropan und Pentaerythrit, haben ebenfalls Anwendung als Grundflüssigkeiten gefunden.

Für die erfindungsgemäßen Schmierfette geeignete flüssige Träger oder Grundflüssigkeiten der Organopolysiloxanklasse sind ferner bekannte ölige Siliconpolymere. Zu Beispielen für solche Polymere gehören Dimethylpolysiloxan, Phenylmethylpolysiloxan, 3,3,3-Trifluorpropylmethylpolysiloxan, Chlorphenylmethylpolysiloxan, Äthylpropylpolysiloxan und deren Copolymere. Wenn ein Einkomponenten-Schmierfett hergestellt werden soll, kann das Fluoralkylphenylpolysiloxan mit niederem Molekulargewicht erzeugt werden, so dass es als Flüssigkeit vorliegt. Durch Zusatz des festen Polymeren zu dieser Grundflüssigkeit wird ein Schmierfettsystem erhalten, das auf nur einer chemischen Komponente beruht.

Es können Grundflüssigkeiten innerhalb eines weiten Viskositätsbereichs verwendet werden. Für besondere Anwendungszwecke kann die Organopolysiloxangrundflüssigkeit eine so hohe Viskosität wie 600 000 aufweisen. Im allgemeinen wird eine Organopolysiloxangrundflüssigkeit mit einer Viskosität im Bereich von etwa 50 bis 100 000 cs verwendet. Vorzugsweise beträgt die Viskosität der Flüssigkeit 100 bis 10 000 cs bei 25°C. Eine bevorzugte Grundflüssigkeit ist das Produkt (CH[tief]3)[tief]3Si[-(CF[tief]3CH[tief]2CH[tief]2)(CH[tief]3)SiO-][tief]xSi(CH[tief]3)[tief]3, worin x eine ganze Zahl mit einem Wert bedeutet, die dem Polymeren eine Viskosität von 100 bis 10 000 cs bei 25°C verleiht. Ein Schmierfett auf Basis eines derartigen flüssigen Trägers ist besonders als Hochgeschwindigkeitslagerfett vorteilhaft.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung enthält das Schmierfett eine innige Mischung aus 100 Gewichtsteilen einer Organopolysiloxangrundflüssigkeit mit einer Viskosität von 500 bis 100 000 cs bei 25°C und 15 bis 150 Gewichtsteilen eines Homopolymeren, das im wesentlichen aus wenigstens 150 Einheiten der Formel R[tief]fCH[tief]2CH[tief]2(C[tief]6H[tief]5)SiO besteht, worin R[tief]f einen Perfluoralkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet.

Das feste Homopolymere wird in feinteiliger Form mit dem flüssigen Träger vermischt, bis eine fettartige Masse entsteht. Für die Zubereitung des Schmierfetts kann jede geeignete Mischvorrichtung, z.B. ein Walzenmischer mit drei Walzen oder ein Industrieschermischer verwendet werden. Die Teilchengröße des Verdickungsmittels ist nicht kritisch, gewöhnlich liegt die Teilchengröße jedoch im Bereich von 1 bis 100 Mikron. Größere Teilchen ergeben ein "körniges" Schmierfett, das für bestimmte Anwendungen nicht geeignet ist.

Außer dem flüssigen Träger und dem Verdickungsmittel kann das Schmierfett kleine Mengen von Additiven, z.B. Pigmente, Antioxidantien, Korrosionsinhibitoren und dgl., enthalten. Aus wirtschaftlichen Gründen kann es zweckmäßig sein, dem erfindungsgemäßen Schmierfett kleine Mengen anderer bekannter Verdickungsmittel zuzusetzen.

Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

43 Gewichtsteile 3,3,3-Trifluorpropylphenylpolysiloxan, ein hartes, festes Polymeres mit einem Zahlenmittelmolekulargewicht von 100 000, werden mit 100 Gewichtsteilen flüssigem 3,3,3-Trifluorpropylmethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 1000 cs bei 25°C vermischt. Der flüssige Träger und das Verdickungsmittel werden auf einem Walzenmischer mit drei Walzen vermischt, bis ein Schmierfett mit gleichmäßiger Konsistenz erhalten wird.

Zur Bestimmung der Eigenschaften des Schmierfetts werden folgende Standardtests durchgeführt:

Verdampfungsverlust ASTM-Methode D-927 Tropfpunkt ASTM-Methode D-566 Wärmestabilität (durch Bestimmung der Penetration bei mechanischer Scherbeanspruchung) ASTM-D-17-52T

Das Schmierfett weist folgende physikalische Eigenschaften auf:

Penetration: unbearbeitet 283 Tropfpunkt 220°C Verdampfungsverlust nach 22 Stunden bei 205°C (%) 0,82%

Die Schmiereigenschaften dieses Schmierfetts werden nach der 4-Kugelmethode und dem Kugellagerlebensdauertest bestimmt. Der 4-Kugeltest wird auf einer Roxanna-Verschleißprüfmaschine durchgeführt. Bei diesem Test wird eine 1,27 cm Stahlkugel mit einer Geschwindigkeit von 1200 U.p.M. bei einer Temperatur von 205°C und einer Belastung von 20 kg 30 Minuten lang gegen drei stationäre 1,27 cm Stahlkugeln gedreht. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Länge und Breite der Schleifnarbe, die sich auf jeder stationären Kugel gebildet hat, bestimmt und das Mittel dieser sechs Messungen wird als Schleifnarbendurchmesser genommen. Je kleiner die Schleifnarbe ist, desto besser ist das Schmiermittel. Der Lagertest wird nach der Prüfvorschrift Federal Standard 791, Methode 33 durchgeführt. Das Lager wird mit 10 000 U.p.M. bei einer Temperatur von 232°C unter Belastungen von 2,3 kg (5 lbs) und 145 kg (320 lbs) betrieben.

Bei Prüfung des oben beschriebenen Schmierfetts nach diesen Methoden werden folgende Ergebnisse erhalten:

Diese Tests zeigen, dass das Schmierfett ausgezeichnete Schmiereigenschaften hat, die lange Zeit bei erhöhten Temperaturen erhalten bleiben.

Beispiel 2

59 Gewichtsteile des in Beispiel 1 beschriebenen festen Homopolymeren werden mit 100 Gewichtsteilen eines flüssigen Dimethylpolysiloxans mit einer Viskosität von 350 cs bei 25°C zu einem Schmierfett mit einer Penetration (vom Walzenmischer) von 297 vermischt. Dieses Schmierfett wird auf dem Roxanna-Verschleißprüfgerät unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen getestet. Bei einer Belastung von 4 kg wird eine Schleifnarbe mit einem Durchmesser von 0,75 mm erhalten.

Beispiel 3

54 Gewichtsteile des festen Homopolymeren von Beispiel 1 werden mit 100 Gewichtsteilen eines Copolymeren mit Trimethylsiloxy-Endgruppen, das aus 50 Mol-% Dimethylsiloxaneinheiten und 50 Mol-% Phenylmethylsiloxaneinheiten besteht und eine Viskosität von 150 cs bei 25°C aufweist, zu einem Schmierfett mit einer Penetration (vom Walzenmischer) von 286 vermischt. Wenn das Schmierfett wie in Beispiel 2 beschrieben geprüft wird, wird eine Schleifnarbe von 1,8 mm gefunden.

Beispiel 4

Durch Verwalzen von 50 Gewichtsteilen eines Homopolymeren, das aus etwa 200 Einheiten der Formel C[tief]3F[tief]7CH[tief]2CH[tief]2(C[tief]6H[tief]5)SiO besteht, mit 100 Teilen flüssigem 3,3,3-Trifluorpropylmethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 1000 cs bei 25°C wird ein Schmierfett mit ähnlichen Eigenschaften wie das Schmierfett von Beispiel 1 erhalten.

Beispiel 5

50 Gewichtsteile des in Beispiel 1 beschriebenen Homopolymeren werden mit 100 Gewichtsteilen eines Polyolester-Turbinenöls mit einer Viskosität von 24,5 cs bei 25°C zu einem Schmierfett verwalzt. Das Schmierfett weist folgende Penetrationswerte auf:

ursprünglich (vom Walzenmischer) 264 unbearbeitet 360 bearbeitet 342

Beispiel 6

55 Gewichtsteile des in Beispiel 1 beschriebenen Homopolymeren werden mit 100 Gewichtsteilen eines handelsüblichen Schmieröls auf Erdölbasis zu einem Schmierfett verwalzt.

Das Schmierfett hat folgende Eigenschaften:

Penetration: ursprünglich 272 unbearbeitet 245 bearbeitet 398

Beispiel 7

48 Gewichtsteile des Homopolymeren von Beispiel 1 werden mit 100 Gewichtsteilen eines Copolymeren aus 50 Mol-% Dimethylpolysiloxan und 50 Mol-% Trifluorpropylmethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 100 cs bei 25°C zu einem stabilen Schmierfett verwalzt.

Das Schmierfett hat folgende Eigenschaften:

Penetration: ursprünglich 252 unbearbeitet 267 bearbeitet 275

Claims

1. Schmierfett, gekennzeichnet durch eine innige Mischung aus einem Schmierölträger und einer verdickenden Menge eines festen Polymeren, das im wesentlichen aus Einheiten der Formel R[tief]fCH[tief]2CH[tief]2(C[tief]6H[tief]5)SiO besteht, worin R[tief]f einen Perfluoralkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet.

2. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R[tief]f einen Trifluormethylrest bedeutet.

3. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Schmierölträger ein flüssiges Organopolysiloxan enthält.

4. Schmierfett nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Organopolysiloxan aus 3,3,3-Trifluorpropylmethylpolysiloxan besteht.

5. Schmierfett nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Organopolysiloxan aus einem Copolymeren besteht, das Dimethylsiloxaneinheiten und Trifluorpropylmethylsiloxaneinheiten enthält.

6. Schmierfett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 100 Gewichtsteile einer Organopolysiloxan-Grundflüssigkeit mit einer Viskosität von 50 bis 100 000 cs bei 25°C und 15 bis 150 Gewichtsteile eines Homopolymeren enthält, das im wesentlichen aus wenigstens 150 Einheiten der Formel R[tief]fCH[tief]2CH[tief]2(C[tief]6H[tief]5)SiO besteht, worin R[tief]f einen Perfluoralkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet.

7. Schmierfett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Organopolysiloxangrundflüssigkeit aus einem Trifluorpropylmethylsiloxanpolymeren, einem Dimethylsiloxanpolymeren, einem Phenylmethylsiloxanpolymeren oder aus einer Mischung daraus besteht.

8. Schmierfett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass R[tief]f einen Trifluormethylrest bedeutet.

9. Schmierfett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Organopolysiloxangrundflüssigkeit eine Viskosität von 100 bis 10 000 cs bei 25°C aufweist.