Biobasierte, polymere Verdickersysteme zur Herstellung von Schmierfetten für Hochtemperatur- und Fill-For-Life-Anwendungen

Abstract

Schmierfette sind ein essentieller Bestandteil beweglicher Maschinenteile, wie Wälzlager, in industriellen Anwendungen. Für Hochleistungs- und Hochtemperaturanwendungen werden nach aktuellem Stand der Technik hauptsächlich Harnstoffverdicker verwendet. Diese zeichnen sich durch ihre thermische, chemische und mechanische Stabilität aus. Das erschwert die Substitution der Systeme, da diese Eigenschaften auch deren Anwendbarkeit definieren. Nachteile dieser Systeme bestehen in der geringen Nachhaltigkeit durch petrochemische Gewinnung der benötigten Rohstoffe, der hohen Toxizität der Monomere und der fehlenden biologischen Abbaubarkeit. Zusätzlich weisen Harnstofffette zwar zumeist eine hohe Standzeit auf, diese ist dennoch häufig geringer als die Standzeit der Wälzlager, in denen sie eingesetzt werden. Ziel dieser Arbeit war es daher alternative Lösungsansätze für den Status quo zu entwickeln. Dies sollte durch drei mögliche Ansätze realisiert werden. Im ersten Ansatz sollten bestehende Harnstoffsysteme durch biobasierte Polyharnstoffsysteme subsituiert werden, sogenannte Drop-In-Systeme. Hierdurch wird der Aspekt der Nachhaltigkeit erhöht. Durch den Einsatz von polymeren Verdickerstrukturen können außerdem die Systemeigenschaften der Schmierfette beeinflusst werden und so möglicherweise eine höhere Standzeit erreicht werden. Insgesamt erwies sich dieser Ansatz als erfolgreich und kann als Verbesserung des Status quo angesehen werden. Bei diesem Ansatz bleiben die anderen Problemstellungen jedoch bestehen. Im zweiten Ansatz sollten biobasierte Polyestersysteme als Verdicker eingesetzt werden. Hierdurch wird nicht nur der Aspekt der Nachhaltigkeit erhöht, sondern auch eine biologische Abbaubarkeit der Systeme ermöglicht. Diese kann indirekt über den kristallinen Anteil der Verdicker gesteuert werden. Über diesen Ansatz ließen sich insgesamt erfolgreiche Alternativen zu den Harnstoffen herstellen. Die Polyestersysteme weisen jedoch geringere Tropfpunkte auf und sind somit für Hochtemperaturanwendungen weniger geeignet. In tribologischen Untersuchungen konnte hingegen eine deutlich bessere Performance gegenüber den Polyharnstoffen festgestellt werden. Die Polyestersysteme weisen somit ebenfalls eine Verbesserung des Status quo auf. Im dritten Ansatz sollten biobasierte Polyamidsysteme als Verdicker eingesetzt werden. Diese weisen eine vergleichbare thermische Stabilität zu den Polyharnstoffen auf und werden nicht über toxische Diisocyanate hergestellt. Dieser Ansatz erwies sich jedoch als weniger vielversprechend, da diese Systeme im biobasierten Estergrundöl (Rizinusöl) ein hohes Kristallisationspotential aufwiesen. Sie können daher in dieser Zusammensetzung nicht als geeignete Alternative eingestuft werden.