DE850048C

DE850048C - Abschmierfette

Info

Publication number: DE850048C
Application number: DED6048A
Authority: DE
Inventors: Chester Carlyle Currie
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1948-09-29
Filing date: 1950-09-23
Publication date: 1952-09-22
Also published as: GB666360A; US2551931A

Description

Abschmierfette Gegentand der vorliegenden Erfindung sind Abschtnierfette, die aus Polysiloxanen und Alkali- oder Erdalkalisalzen von alicYclisch substituierten Fettsäuren bestehen.
Die Schmierung von aufeinandergleitenden Teilen sowohl bei hohen als auch tiefen Temperaturen war schon immer schwierig oder stellte sogar ein unlösliches Problem dar. Auf Grund der geringen thermischen Stabilität ist eine wirkungsvolle Schmierung mit den üblichen Kohlenwasserstoffölen oder -fetten durch die Temperaturen begrenzt. Wenn gegenüber diesen organischen Fetten die auf Basis von Polysiloxanen und Lithiutnstearat aufgebauten Abschmierfette bei der Schmierung bei hohen Temperaturen schon eine Verbesserung darstellen, so besitzen aber auch diese Fette noch unerwünschte Eigenschaften. Es ist daher Gegenstand der Erfindung, in der Wärme stabile, nicht korrodierende Abschmierfette herzustellen, die ein überlegenes Schmiermittel im Betrieb sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen darstellen.
Erfindungsgemäß bestehen die Abschmierfette aus flüssigen Polpsiloxanen, bei denen die organischen Radikale Methyl-, Phenyl- oder chlor- oder methylsubstituierte Phenylradikale sind und wobei diese Siloxane einen Substitutionsgrad an organischen Radikalen von 1,9 bis 2,5 pro Si-Atom besitzen, und einer geringen Menge Alkali- oder Erdalkalisalze alicyclisch substituierter Fettsäuren mit einer Kettenlänge von 2 bis 6 C-Atomen. Die so gewonnenen Abschmierfette haben die verlangten Schmiereigenschaften.
Die Siloxane, aus denen erfindungsgemäße Abschmierfette hergestellt werden, sind polymere Verbindungen, die sowohl aus Si- als auch O-Atomen bestehen und wobei die Si-Atome verschiedentlich mit den genannten organischen Radikalen substituiert sein können. Vorzugsweise sind an jedem Si-Atom zwischen Z bis 3 der genannten organischen Radikale gebunden. Das Verhältnis der verschieden substituierten Si-Atome soll derart sein, daß durchschnittlich 1,9 bis 2,5 organische Radikale pro Si-Atom vorhanden sind. Die Viskosität der Siloxanpolymeren hat für die herzustellenden Abschmierfette keine große Bedeutung.
Die Siloxane können auf jede geeignete Weise hergestellt werden. Bekannte Verfahren sind z. B. Hydrolyse oder Cohydrolyse der entsprechenden hydrolysierbaren Silane, katalytische Copolymerisation der gewünschten Siloxane und die Reaktion von Silanhalogeniden mit Alkalimetallsalzen von Silanolen.
Die Zusätze, um die für die Herstellung der Abschmierfette verwendeten Siloxane einzudicken, sind Salze von alicyclisch substituierten Fettsäuren, wobei die Kette der Fettsäuren 2 bis 6 C-Atome enthält. Solche Säuren sind z. B. Cycloparaffinderivate von geradkettigen Fettsäuren, wie Cyclohexylessigsäure, Cyclohexylbuttersäure und Cyclopentylvaleriansäure; alkylsubstituierte Cycloparaffinderivate von Fettsäuren, wie a-Butylcyclohexylessigsäure und a-4-Ditert.-butylcyclohexylbuttersäure; Cycloolefin substituierte Fettsäuren, wie 2-Cyclohexencapronsäure, und polycyclisch substituierte Fettsäuren, wie Pentalanessigsäure. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden einige der erfindungsgemäß zu verwendenden Säuren in der Tabelle I mit den entsprechenden Formeln wiedergegeben.

2-Cyclohexencapronsäure CH H9 (C H2) 5 C O O H H2 H2 Pentalanessigsäure H2 @@H/\H2 1-- 1I1 CH, C O O H H2 H H Cyclopentylvaleriansäure C5 H, (C H2)4 C O O H Die Alkali- oder Erdalkalimetallsalze der oben definierten Säuren können hergestellt werden, indem man die Säuren mit den Metallhydroxyden in Reaktion bringt.
Die erfindungsgemäßen Abschmierfette können nach jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel können die Salze in den Siloxanen dispergiert werden, indem man beide in einem geeigneten Lösungsmittel auflöst und letzteres dann verdampft. Die Salze können auch unmittelbar zu den Siloxanen zugegeben und durch Erhitzen und Rühren der Mischung einverleibt werden. Auch kann das Salz an Ort und Stelle gebildet werden, indem man eine wäßrige Lösung der Metallhydroxyde zu der Lösung der Säure in dem Siloxan zugibt.
Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung der Abschmierfette besteht darin, eine wäßrige Lösung des Metallhydroxyds zu einer Lösung gleicher Gewichtsmengen Säure und Siloxan zuzusetzen. Die Zugabe erfolgt am besten bei einer Temperatur von etwa 8o°. Das Wasser wird dann durch Erhitzen auf ioo° verdampft, und zu dem Rückstand wird dann noch mehr Siloxan zugegeben. Das so erhaltene Produkt wird auf eine Temperatur von 2oo° erhitzt, gekühlt und im Walzenstuhl egalisiert.
Bei der Herstellung der Abschmierfette kann die Menge des zugegebenen Alkalis geringer sein als notwendig, um die Säure zu neutralisieren, oder sie kann in der äquivalenten Menge zu der Säure zugesetzt werden, sie kann aber auch die Menge übersteigen, die erforderlich ist, um die Säure zu neutralisieren. Auf diese Weise erhält man entweder saure, neutrale oder alkalische Abschmierfette. Zweckmäßig jedoch ist es, daß das Abschmierfett alkalisch ist und eine Alkalizahl von wenigstens 5 besitzt. Die Alkalizahl wird durch Titration von i g des Stoffes mit einer Standardsäure bestimmt und in Milligramm K O H beziffert. Die Zahl wird immer in Milligramm K O H ausgedrückt, ungeachtet des Alkalityps, der in dem Abschmierfett vorhanden ist.
Die erfindungsgemäßen Abschmierfette sind außerordentlich stabil sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen. Sie besitzen Schmelzpunkte oberhalb 315° und bluten weniger als i°/, aus, wenn sie nach der Standard-A.N.G.-5-Methode bei i5o° während 24 Stunden behandelt werden. Lager, die mit diesem Abschmierfett geschmiert wurden, liefen länger als 2 000 Stunden bei einer Geschwindigkeit von 1750 Umdrehungen pro Minute und bei einer Temperatur von 175°, ohne daß die Lager irgendeinen Schaden zeigten. Wird das Abschmierfett 24 Stunden lang auf 2oo° erhitzt, dann zeigt es keinerlei Veränderung.
Die Stabilität der beschriebenen Abschmierfette ist als Hochtemperaturschmiermittel organischen Abschmierfetten ganz wesentlich überlegen. Es ist auch erheblich überlegen den Abschmierfetten, die aus Polysiloxanen hergestellt sind, die mit Lithiumstearat eingedickt sind. Letztere verkohlen schon bei wesentlich niedrigeren Temperaturen und brechen schneller zusammen, was sich durch die Veränderung der Konsistenz offenbart, wenn sie bei höheren Temperaturen zum Einsatz gebracht werden. Darüber hinaus sind Lithiumstearatsiloxanfette in ihrem Verhalten im Gebrauch nicht zuverlässig, während die erfindungsgemäßen Abschmierfette reproduzierbare Resultate ergeben.
Die Abschmierfette gemäß der Erfindung können auch geringere Mengen anderer Bestandteile, die gewöhnlich in Abschmierfettkompositionen enthalten und inert sind, besitzen. Diese zugesetzten Bestandteile verändern die markantesten Eigenschaften der Abschmierfette nicht.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden folgende Beispiele gebracht: Beispiel i Das Phenylmethylpolysiloxan, das bei diesem Versuch verwendet wird, setzt sich aus Phenylmethylsiloxan-, Dimethylsiloxan- und Trimethylsiloxaneinheiten zusammen. Die Menge des Trimethylsiloxans ist so groß, daß der Substitutionsgrad des copolvmeren Produktes zwischen 2 und 2,1 organischen Radikalen pro Si-Atom beträgt. Eine Lösung von 5 g Li O H # H20 in 20 g Wasser wird unter Rühren einer Lösung der entsprechenden Menge Cyclohexylcapronsäure in 20g eines Phenylmethylpolysiloxans mit der Viskosität von ioo cSt von der obengenannten Zusammensetzung gegeben. Die Zugabe der Lauge erfolgt bei einer Temperatur von 8o°. Nachdem die gesamte Lauge zugegeben ist, wird die Temperatur auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu verdampfen. Sodann werden noch 6o g Phenylmetliylsiloxan unter Rühren zugesetzt, wobei der Rückstand auf eine Temperatur zwischen ioo und 12o° gehalten wird. Das Endprodukt wird dann während i Stunde auf eine Temperatur von etwa 2oo° erhitzt, dann gekühlt und im Dreiwalzenstuhl egalisiert. Das so erhaltene Abschmierfett schmilzt bei etwa 3r5° und hat eine Alkalizahl von 8,96. Bei 24stündigem Erhitzen auf 2oo° erleidet es keinerlei Veränderung. Beispiel 2 Eine Lösung von ioo g Cyclohexylcapronsäure in ioo g Phenylmethylcyclohexanflüssigkeit mit einer Viskosität von ioo cSt gemäß Beispiel i wird auf 8o° erhitzt. Die Lösung wird während der Zugabe von 25,4 g LiOH # H20, gelöst in 120 g Wasser, gerührt. Nach vollständiger Zugabe der Lauge wird die Temperatur auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu verdampfen. Der Rückstand wird auf ioo bis 12o° gehalten und gerührt, während man langsam noch 300 g des Phenylmethylpolysiloxans zugibt. Nachdem das Siloxan vollständig zugegeben ist, wird die Mischung i Stunde lang auf ungefähr 2oo° erhitzt und sodann gekühlt. Das erhaltene Produkt wird im Dreiwalzenstuhl egalisiert; es hat einen Schmelzpunkt über 315° und eine Alkalizahl von 13,95. Das Abschmierfett wird in einen in der A.N.G.-5-Vorschrift beschriebenen Standardapparat gegeben und 24 Stunden auf 15o° erhitzt.
Die Untersuchungsergebnisse sind die folgenden: Bluten o,68 °/o, Verdampfbarkeit i,6o %. Ein Lager, das mit diesem Abschmierfett geschmiert und ohne Belastung bei einer Temperatur von 175° mit einer Geschwindigkeit von 1750 Umdrehungen pro Minute betrieben wurde, arbeitete noch nach 1666 Stunden zur Zufriedenheit.
Beispiel 3 Das Verfahren nach Beispiel i wird angewendet, um Abschmierfette herzustellen, wobei die Li-Salze der in Tabelle II aufgeführten Säuren verwendet werden.

Beispiel 4 Eine Suspension von 121 g Ba (OH), # 8 H20 in 200 g Wasser wird unter Rühren zu ioo g Cyclohexylcapronsäure gegeben. Das so gewonnene Verseifungsprodukt wird erhitzt, um einen Teil des Wassers zu verdampfen. Eine dicke Masse wird erhalten, zu der Zoo g des Phenylmethylpolysiloxans gemäß Beispiel i langsam unter Rühren bei etwa ioo° zugesetzt werden. Nach der Zugabe wird die Temperatur allmählich auf 23o° gesteigert. Das erhaltene Produkt wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt und in einem Dreiwalzenstuhl egalisiert. Das egalisierte Produkt ist ein Abschmierfett mit einem Schmelzpunkt von über 315° und einer Alkalizahl von 44. Dieses blutet nicht aus, nachdem es 16 Stunden auf i5o° erhitzt wird, und sein Verdampfungsverlust beträgt i,o9 %. Es war nach einer Erhitzung von 175 Stunden auf 175° im wesentlichen noch unverändert.
Beispiel 5 Zu einer Lösung von 2o g Cyclohexylcapronsäure in 20 g Phenylmethylpolysiloxan gemäß Beispiel i wird unter Rühren langsam eine Lösung von 4,2 g NaOH in 20 g Wisser zugegeben. Während der Zugabe der Lauge wird das Gemisch auf einer Temperatur von 8o° gehalten. Nach völliger Zugabe der Lauge wird die Temperatur auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu verdampfen. Der Rückstand wird auf ioo bis 12o° erhitzt, und weitere 40 g des Phenylmethylpolysiloxans werden langsam zugegeben. Das Produkt wird dann i Stunde auf 2oo° erhitzt. Nach der Abkühlung wird das Endprodukt im Dreiwalzenstuhl egalisiert. Beispiel 6 Eine Lösung von 20 g Cyclohexylcapronsäure in 20 g Phenylmethylpolysiloxan gemäß Beispiel i wird auf 8o° erwärmt. Eine Lösung von 14,3 g Sr (O H)2 # 8 H2 O in 30 ccm Wasser wird unter Rühren langsam zugegeben. Die Temperatur des Gemisches wird auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu verdampfen. Der Rückstand wird auf 12o° gehalten, und unter Rühren wird Phenylmethylpolysiloxan zugesetzt. Das Produkt wird i Stunde auf 2oo° erwärmt und dann gekühlt. Das so erhaltene Abschmierfett wird egalisiert. Beispiel 7 Eine Probe von 2o g Cyclohexylcapronsäure wird mit wäßriger K O H neutralisiert. Die so erhaltene Lösung wird auf einer Temperatur von ioo° gehalten. 2o g Phenylmethylpolysiloxan gemäß Beispiel i werden unter Rühren langsam zugesetzt. Die Temperatur wird auf ioo° gehalten, bis das Wasser verdampft ist. Bei 12o° werden dann unter Rühren dem Rückstand langsam 2o g Phenylmethyltrisiloxan zugesetzt. Das Produkt wird dann weiter erhitzt, bis es klar ist, es wird dann gekühlt und egalisiert. Beispiel 8 Eine Lösung von 4,4 g Li0 H - H20 in 2o g Wasser wird bei 8o° unter Rühren zu einer Lösung von 2o g Cyclohexylcapronsäure in 2o g Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von ioo cSt zugesetzt. Die Temperatur wird dann auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu entfernen. Das erhaltene Produkt wird auf 12o° erwärmt und weitere 40 g Dimethvlpolysiloxan zugegeben. Es wird dann während i Stunde auf 200° erwärmt und im Dreiwalzenstuhl egalisiert.
Beispiel 9 Eine Lösung von io g Cyclohexylcapronsäure in io g Chlorphenylmethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 5ooo cSt wird auf 6o° erwärmt, und unter Rühren wird eine Lösung von 2,1 g Li O H # H2 O in 15 g Wasser versetzt. Die Temperatur wird auf ioo° gesteigert, um das Wasser zu verdampfen. Der Rückstand wird auf i2o° gehalten, und es werden weitere 20 g Chlorphenylmethylpolvsiloxan zugesetzt. Die erhaltene Mischung wird i Stunde auf ioo° erwärmt, gekühlt und egalisiert. 'Man erhält ein Halbklares Abschmierfett. Beispiel io Der Versuch gemäß Beispiel 9 wird wiederholt mit dem Unterschied, daß das verwendete Siloxan ein Polymethylpolvsiloxan mit einer Viskosität von 7000 eSt ist. Das Endprodukt ist ein halbklares Abschmierfett. Beispiel ii Es wird eine Lösung hergestellt, die folgende Bestandteile enthält: ioo g Cvclohexylcapronsäure und ioo g eines Polv siloxans mit einer Viskosität von 5oo cSt, das aus 9o Molprozent Plienylmethylsiloxan und io Molprozent Trimetlivlsiloxan besteht. Zu dieser Lösung werden 25,4 g LiOH . 11,0, gelöst in 120 g Wasser, bei i8o° unter Rühren langsam zugesetzt. Die Mischung wird dann auf ioo° erhitzt, um das Wasser zu verdampfen. Der Rückstand wird auf 12o° gehalten, während 3oo g des copolymeren Siloxans langsam zugesetzt werden. Das erhaltene Produkt wird während i Stunde auf 200° erhitzt, gekühlt und im Dreiwalzenstuhl egalisiert. Man erhält ein Abschmierfett mit einer Alkalizahl von 12,15. Dieses ergibt einen Gewichtsverlust von 0,670/, nach einer Erhitzung während 24 Stunden auf i5o°. Beispiel 12 Eine Lösung von 2,5 g LiOH . H20 in 20 g Wasser wird unter Rühren zu einer Lösung von io g Cyclohexylcapronsäure in io g Phenylmethyltrisiloxan gemäß Beispiel i zugesetzt. Während der Zugabe der Lauge wird die Temperatur auf 8o° gehalten. Nachdem die gesamte Lauge zugesetzt ist, wird das Wasser bei ioo° verdampft. Der Rückstand wird auf 12o° erhitzt, während 70 g Pheny imetliylsiloxan unter Rühren langsam zugegeben w, rden. Das Produkt wird i Stunde auf i6o° erhitzt und dann gekühlt. Das Endprodukt wird im Dreiwalzenstuhl zu einem dünnen Abschmierfett egalisiert. Es enthält io Gewichtsprozent Lithiumsalz der Cyclohexylcapronsäure, berechnet auf (las Gesamtgewicht.
Beispiel 13 Eine Lösung von 8, 7 5 g Li O H . H2 0 in Wasser wird unter Rühren langsam zu einer Lösung von 35g Cyclohexylcapronsäure in 35 g Phenylmethylpolysiloxan gemäß Beispiel i gegeben. Während der Zugabe der Lauge wird die Temperatur der Lösung auf 8o° gehalten. Nach Zugabe der gesamten Laugenmenge wird das Wasser bei ioo° verdampft. Der Rückstand wird auf 12o° erhitzt, und unter Rühren werden 46 g Phenylmethylpolysiloxan zugegeben. Das erhaltene Produkt wird i Stunde lang auf 200° erhitzt und dann gekühlt. Bei der Egalisierung auf dem Dreiwalzenstuhl erhält man ein dickes Abschmierfett, das 35 Gewichtsprozent Lithiumsalz der Cyclohexylcapronsäure, berechnet auf das Gesamtgewicht, enthält.
Die in obigen Beispielen beschriebenen Abschmierfette verhalten sich als Schmiermittel in Lagern sehr befriedigend.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Abschmierfette, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem größeren Teil flüssiger Polysiloxane und einem kleineren Teil Alkali- oder Erdalkalisalze alicvclisch substituierter Fettsäuren mit einer Kettenlänge von 2 bis 6 C-Atomen bestehen, wobei die Polysiloxane einen Substitutionsgrad an organischen Radikalen von 1,9 bis 2,5 am Si-Atom besitzen und diese Radikale der Gruppe der Methyl-, Phenyl- oder chlor- oder methylsubstituierten Phenylradikalen entstammen.
2. Abschmierfette nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Alkalizahl von mindestens 5 besitzen und die Alkali- bzw. Erdalkalisalze Barium- oder Lithiumsalze sind.