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"Perfectionnements relatifs aux compositions liquides et procédés de transmission de puissance et de lubrification utilisant ces
EMI1.1
no \. 0 compositions". , II\) 1- ,.. -
La présente invention est relative à une composition liquide particulièrement utilisable pour la transmission de la puissance dans les systèmes hydrauliques, et notamment comme liquide hydrau- lique ininflammable dans les systèmes de commande hydrauliques à bord des avions ; l'invention a aussi pour objet un procédé de transmission de la puissance dans les parties d'un système hydrau- lique, et de graissage desdites parties.
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La présente invention prévoit une composition consistant es- sentiellement en un phosphate de monoalkyl-diaryle, dans lequel les groupes aryle sont des membres du groupe consistant en radicaux phényl, crésyl et xylyl et dans lequel le groupe monoalkyl a de 1 à 10 atomes de carbone, et en une proportion suffisante d'un métha- crylate de polyalkyl pour augmenter la viscosité de la composition aux températures élevées et pour augmenter l'indice de viscosité de la composition.
On connaît divers fluides qui sont destinés à la transmis- sion de la puissance dans des dispositifs hydrauliques, parmi les- quels certains fluides connus destinés à être utilisés dans les systèmes hydrauliques des avions. Toutefois, les systèmes de com- mande hydrauliques pour avions, destinés à la commande des divers dispositifs à bord d'un avion, imposent au fluide hydraulique uti- lisé des conditions rigoureuses. Non seulement le fluide hydrauli- que pour avions est soumis à des conditions fonctionnelles et d'u- sage mais de plus, un tel fluide doit être aussi ininflammable que possible et doit être suffisamment ininflammable pour satisfaire aux cahiers des charges de l'aéronautique, en ce qui concerne la résistance au feu.
Les caractéristiques de viscosité du fluide doi- vent être telles qu'il puisse être utilisé entre des limites de tom pérature étendues ; autrement dit, il doit offrir une viscosité suffisamment élevée à haute température, une faible viscosité à basse température, et un taux de variation faible de la viscosité en fonction de la température. Son point de congélation doit être bas. Sa volatilité doit être faible aux hautes températures de ser- vice et la volatilité doit être équilibrée, c'est-à-dire qu'il ne doit pas se produire d'évaporation ou de volatilisation sélective d'un constituant important, quel qu'il soit, aux hautes température de service.
Il doit présenter une onctuosité et une stabili- té mécanique suffisantes pour permettre son emploi dans les pompes,
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valves, etc.., à auto-graissage, entrant dans les systèmes hy- drauliques d'avions, et dont l'action sur le fluide est très ri- goureuse. Il doit être stable chimiquement pour pouvoir résister aux réactions chimiques telles que l'oxydation, la décomposition, etc..,de façon à résister, sous les conditions de service, à la perte des caractéristiques désirées, qui serait due à d'importants et brusques changements de pression, de températureß à des efforts importants de cisaillement,et au contact avec des métaux divers qui peuvent être, par exemple, de l'aluminium, du bronze, de l'a- cier, etc..Il ne doit pas non plus détériorer les joints ou gar- nitures du système hydraulique.
Il ne doit pas altérer les matiè- res dont ce système est constitué et, dans le cas d'une fuite, il ne doit pas non plus attaquer les diverses parties de l'avion avec lesquelles il pourrait entrer accidentellement en contact. Il ne doit pas être toxique ni nuisible au personnel susceptible d'en- trer en contact avec lui. Enfin et en plus de toutes les exigen- ces de ce genre relatives à son utilisation à bord des avions,le fluide doit être suffisamment ininflammable pour satisfaire aux cahiers des charges de l'aéronautique.
On a déjà proposé de nombreux mélanges pour les fluides hy- drauliques. Les fractions légères d'huiles de pétrole addition- nées d'agents abaissant le point de congélation, améliorant l'in- dice de viscosité, des inhibiteurs, etc..,sont parmi les meilleurs qui aient été proposés et ceux-ci ont reçu une utilisation assez généralisée comme fluides hydrauliques dans les avions. Ces subs- tances sont cependant trop facilement inflammables, leur tempéra- ture d'auto-allumage est basse, ils brûlent facilement une fois enflammés et possèdent un pouvoir calorifique élevé.
Ces caracté- ristiques sont particulièrement néfastes dans le cas d'un avion, où on est obligé de prévoir des conduites hydrauliques à proximi- té immédiate de systèmes électriques et de moteurs, où une fuite
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de fluide hydraulique à haute pression, par un atterrissage brutal de l'avion ou une rupture du système hydraulique en vol, pourrait provoquer un incendie. Aucune de ces matières connues antérieure- ment ne satisfait aux exigences auxquelles doit répondre un fluide de commande pour avion et n'est à la fois assez ininflammable pour répondre à cette condition, extrêmement importante dans le cas d'un avion.
Dans de nombreux systèmes hydrauliques, la puissance doit être transmise et les parties des systèmes soumises à frottement, lubrifiées à l'aide du fluide hydraulique utilisé. Les parties qui sont ainsi lubrifiées comprennent les surfaces de frottement de la source de force motrice, qui est en général une pompe, des soupa- pes, des pistons et cylindres d'actionnement,des moteurs à fluide et, parfois, dans le cas de machines-outils, les chemins de roule- ment, tables et glissières. Le système hydraulique peut être du type soit à'volume constant, soit à volume variable.
Les pompes peuvent être de types divers, comprenant la pompe à piston, plus particulièrement la pompe à pistonsà course régla- ble, la pompe à pistons à débit variable ou à déplacement variable, la pompe à pistons radiaux et la pompe à pistons axiaux, pompes dans lesquelles un bloc-cylindre articulé est réglé sous divers angles par rapport à l'assemblage des pistons, par exemple la pom- pe à pistons axiaux Vickers, ou dans lesquelles le mécanisme de commande des pistons peut être orienté sous un angle variable par rapport au bloc-cylindre ; les pompes à engrenages qui peuvent être à pignons droits, hélicoïdaux ou à chevrons, ou comporter des va- riantes de couronnes à denture intérieure, ou la pompe à vis d'Ar- chimède ; enfin les pompes à aubes.
Les soupapes peuvent être des clapets d'arrêt, des soupapes d'inversion, des valves pilotes, des valves d'étranglement, des valves à action consécutive ou des cla- pets de décharge. Les moteurs à fluide sont le plus souvent des pompes à pistons, à débit constant ou variable, mises en rotation par la pression du fluide hydraulique du système, grâce à la puis- sance fournie par la source de force motrice commandant la pompe.
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Un moteur hydraulique de ce genre peut être utilisé avec une pompe à débit variable pour constituer une transmission à vitesse varia- ble.
En conséquence, lesdites fonctions de transmission de la puissance et de graissage des éléments de friction de ces systèmes hydrauliques doivent en pratique répondre à de nombreuses exigences suivant la nature du système hydraulique particulier et son appli- cation particulière. Parmi ces exigences rigoureuses auxquelles doit répondre la méthode de transmission de puissance dans les élé- ments d'un tel système, et de graissage de ces éléments,on peut rappeler qu'elle doit être effectuée au moyen d'un fluide ayant des propriétés satisfaisantes telles que faible viscosité aux bas- ses températures de fonctionnement, haute viscosité aux hautes températures de fonctionnement, faible degré de variation de la viscosité en fonction de la température dans les limites de tempé- rature de fonctionnement, indice de viscosité particulièrement élevé,
propriétés lubrifiantes, densité, stabilité chimique, ré- sistance à l'oxydation, résistance à l'émulsionnement, résistance à la formation de gommes ou de dépôts.
De bonnes propriétés de lubrification offrent une importance particulière. Elles comprennent notamment l'onctuosité et la ré- sistance du film. Une bonne onctuosité et la résistance du film réduisent l'usure des organes mobiles des pompes et des soupapes, où le jeu entre les surfaces de frottement peut être si faible que des films de lubrifiant de finesse microscopique seulement sont possibles. Les pressions s'exerçant entre certains organes en mou- vement peuvent être très hautes. Pour éviter une usure exagérée et le grippage, surtout dans le cas de forte pression du fluide, le fluide hydraulique doit constituer un film graisseur résistant pouvant supporter la pression et l'effet de balayage exercé entre les organes en mouvement, aux températures de fonctionnement.
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L'usure des organes d'un système hydraulique entraine des fuites internes et un dégagement excessif de chaleur par frottement. La capacité de supporter les charges ou onctuosité est également im- portante dans certains systèmes hydrauliques. L'usure aux bagues et presse-étoupe du système hydraulique est néfaste parce qu'elle entraine des fuites du fluide à l'extérieur. En conséquence, il est désirable que le fluide hydraulique lubrifie aussi les zones de contact avec les dispositifs d'étanchéité.
La situation rela- tivement aux systèmes hydrauliques que concerne la présente inven- tion est en général connue des techniciens ; elle est décrite d'une façon générale dans la publication commerciale intitulée "Hydrau- lic Systems Circulating Oils for Machine Tools (Machine Shop Se- ries)" (1943), de la Socony-Vacuum Oil Company, Inc.,26, Broad- way, New-York,N.Y.; le brevet n 2.355.357 déposé aux Etats-Unis, aux noms de H.W. Adams et al., délivré le 8 août 1944, décrit un système hydraulique pour avions, qui illustre également un type de système hydraulique auquel l'invention se rapporte.Le "D.
C.4 Maintenance Manual", Volume III, Section 1, Hydraulique, et le "Douglas Service", avril 1947, pages 10 et 11, et février 1948, pages 10 et 11, le tout publié par la Douglas Aircraft Company, Inc., Santa Monica, California, exposent aussi des systèmes hy- drauliques pour avions, qui illustrent le type de système hydrau- lique auquel l'invention se rapporte. De même, le système de com- mande de surcompresseur de la carlingue de l'avion DC-6, décrit dans le "Douglas Service", février 1948, publié par la Douglas Aircraft Company, Inc.
Les conditions imposées au système hydraulique d'un avion sont particulièrement sévères. Elles comprennent une bonne onctuo- sité pour assurer efficacement le graissage des organes en mouve- ment du système, une viscosité satisfaisante tant aux basses qu'aux hautes températures auxquelles l'avion peut être appelé à fonc- tionner, un faible degré de variation de la viscosité en fonction de la température, en particulier un indice de viscosité élevé, une bonne stabilité aux conditions d'utilisation, évitant la per-
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te des caractéristiques désirées, à la suite de variations importantes et brusques de pression, de température, d'efforts de cisaillement élevés, la non-corrosion des parties métalliques qui peuvent être en bronze, en aluminium, en acier, etc..,
et la propriété de ne pas dé- tériorer les joints ou garnitures ; et, outre toutes ces conditions nécessaires en aviation, le fluide doit également être très peu in- flammable ou très résistant au feu. Les parties du système hydrauli- que d'un avion doivent être aussi légères que possible et ce facteur conduit à imposer de nouvelles et rigoureuses exigences au lubrifiant et, en général, des températures plus hautes au fluide.
Parmi les surfaces de frottement particulières qui doivent être lubrifiées, se trouvent celles en acier dur sur acier dur, en particulier les roulements à billes et les engrenages, celles en acie dur sur fonte, notamment le frottement de glissement entre les surfa- ces de ce genre, celles en acier dur sur bronze ou alliages de bronze par exemple entre le piston en acier et le cylindre en bronze d'une pompe Vickers, ainsi que les surfaces de métal en contact avec des joints en matières élastiques, notamment l'acier ou le bronze sur le néoprène, le Buna N, le caoutchouc butylique, le caoutchouc silasti- que et le caoutchouc naturel. L'acier dur peut être chromé.
Conformément à cette invention, on a découvert qu'il était possible que des fluides hydrauliques remarquablement satisfaisants pour les systèmes hydrauliques à bord d'avions, pouvaient être obte- nus en mélangeant une proportion relativement faible d'un méthacry- late d'alkyl, résineux ou polymérisé approprié (méthacrylate de poly- alkyl) avec une proportion plus élevée d'un phosphate de monoalkyl- diaryle approprié ;
et un procédé a été découvert qui permet de transmettre la puissance dans les parties de systèmes hydrauliques de ce genre et de lubrifier celles-ci au moyen de telles composition?
Les phosphates de monoalkyl-diaryle convenant aux buts de cette invention comprennent notamment ceux dans lesquels les deux
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groupes aryle peuvent être identiques ou différents), le groupe alkyl étant un radical alkyl saturé ayant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 4 à 8 atomes de carbone, et de préférence à chaîne ramifiée ou iso-alkylique, et, mieux encore, à chaîne ra- mifiée contenant au moins deux chaînons latéraux.
De plus, pour cer- taines applications, spécialement aux très basses températures, on préfère un phosphate de monoalkyl-diaryle qui est soit 1) un phos- phate de monoalkyl-diphényle dans lequel le radical alkyl est une chaîne ramifiée saturée ayant de 1 à 8 atomes de carbone, de préfé- rence à deux chaînes latérales au moins, en particulier pour la fai- ble viscosité aux basses températures, soit 2) un phosphate de mo- noalkyl-diaryle dans lequel le radical alkyl est de préférence à chaîne ramifiée ayant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence avec deux chaînons latéraux au moins dans*la chaîne, et dans lequel les radicaux aryle sont le phényle, le crésyle ou le xylyle, l'un au moins d'entre eux étant le crésyle ou le xylyle, c'est-à-dire que l'un des radicaux aryle au moins possède au moins un substi- tuant méthylique,et, de préférence,
un phosphate de monoalkyl-dia- ryle dans lequel les radicaux aryle sont le crésyle ou le xylyle, c'est-à-dire où chacun des radicaux aryle comporte au moins un substituant méthylique, particulièrement pour empêcher la cristal- lisation aux températures extrêmement basses. De plus, pour ce dernier groupe, le groupe alkyl est, de préférence, de 1 à 6 atomes de carbone pour une viscosité plus faible aux basses températures.
Les phosphates appropriés au but de cette invention peu- vent être représentés par la formule :
EMI8.1
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dans laquelle R, peut être du phényle, du crésyle ou du xylyle ; R2 peut être du phényle, du crésyle ou du xylyle, et R3, un groupe alkyl saturé ayant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 4 à 8 atomes de carbone, et de préférence à chaîne ramifiée ou iso- alkylique et, mieux encore, dans laquelle la chaîne ramifiée com- porte au moins deux branches ou chaînes latérales, Lorsque R1 et R2 sont tous les deux des groupes phényle, il est préférable que R3 ait de 1 à 8 atomes de carbone pour certains buts, notamment pour l'usage aux températures extrêmement basses, qu'il soit de préfé- rence à chaîne ramifiée et, de préférence, comporte au moins deux chaînes latérales par chaîne principale.
En général, pour les ap- plicationsaux températures extrêmement basses, le groupe monoalkyl est de préférence une chaîne ramifiée, saturée, de préférence avec deux chaînes latérales au moins, avec au moins un des deux groupes aryle ayant au moins un substituant méthylique, c'est-à-dire que R1 ou R2 et, de préférence, les deux, doivent être du crésyle ou du xylyle. De plus, les mélanges de ces phosphates sont utilisables, spécialement comme indiqué en particulier ci-dessous.
A titre d'exemple, de tels phosphates appropriés au but de l'invention comprennent les phosphates de: alkyl-diphényle,alkyl- phényl-crésyle, alkyl-dicrésyle,alkyl-phényl-xylyle, alkyl-dixyly- le,alkyl-crésyl-xylyle, dans lesquels les groupes alkyl sont re- présentés comme suit :
EMI9.1
Groupe Ci alkyl: . méthyle CH3- Groupe C2 alkyl: éthyle CH 3 . CH2- Groupes C3 alkyl: l.propyle normal CH3.CHZ.CHZ-
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2. isopropyle ( CH 3 ) 2 . CH.- Groupes C4 alkyl:
1. butyle normal
EMI10.1
CH 3 . ( CH2 ) 2. CH2- 2. isobutyle (CH3)2CH.CH2-
3. butyle secondaire CH3. CH2.CCH3 4. butyle tertiaire (CH3)3.C- Groupes C5 alkyl: 1. amyle normal
EMI10.2
CH3.
(CH2) 3CH2- 2. isoamy le (CH3)zCH.CHZ.CHZ- 3. 2-méthyl-butyle
EMI10.3
GH3.CHZ.CH.GH2- - CH3 4. 2,2-diméthyl-propyle
CH3 CH3. C.CH2CH3 5. 1-méthyl-butyle CH:3 ( CH2 ) 2 . CH- CH3 6. diéthyl-méthyle
H CH3. CH2.CCH2 CH3
7. 1,2-diméthyl-propyle
EMI10.4
CH . CH . CH-
3CH3CH3 8. amyle tertiaire
CH3
CH3. CH2.C- CH
3 2CH3
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Groupes C6 alkyl : l.hexyle normal
EMI11.1
CH3.(CHZ)CH2- 2. 1-méthyl-amyle
EMI11.2
CH).
(CH2) )CH- CH3
EMI11.3
3. 1-Éthyl-butyle CH (CH 2)2 CH-
C2H5 4. 1,2,2-triméthyl-propyle (CH3)3C.CH- 3 3@CH3
EMI11.4
5. 3i3-diméthyl-butyle (CH3)3C.CH2.CH2 6. 1,1,2-triméthyl-propyle
CH3
EMI11.5
(CH3)z.CH.C-
32 CH
3 7. 2-méthyl-amylê
EMI11.6
CH)e(CH2)2.CH.CH2-
CH3 8. 1,1-diméthyl-butyle
CH3
EMI11.7
CH3(CH2)28-
CH3 9. l-éthyl-2-méthyl-propyle
CH3
EMI11.8
CH CH . C..
3 C2H5 10. 1,3-diméthyl-butyle
EMI11.9
CH) .CH2 .CH2CH-
3CH3 2CH3 11. isohexyle
EMI11.10
(CH)'2CH.(CH2)2CH2- 12. 3-méthyl-amyle CH3.CH2.CH.CH2CH2- CH3
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13. 1,2-diméthyl-butyle
CH3
EMI12.1
CH 3 . CH2 . CH . CH...
CH3 14. 1-méthyl-1-éthyl-propyle
CH3
CH3CH2C-
EMI12.2
C2H5 15. 2-éthyl-butyle CH3CH2. CH. CH2-
CH2H5 Groupes C7 alkyl : 1. heptyle normal
CH3(CH2)5CH2- 2. 1,1,2,2-tétraméthyl-propyle
CH3CH3 CH3.C .CCH3CH3 3. 1,2-diméthyl-1-éthyl-propyle CH3CH3 CH.CH.C- 3 C2H5 4. 1,1,2-triméthyl-butyle
CH3 CH3
EMI12.3
CH .CH.CH .C-
CH3 5. l-isopropyl-2-méthyl-propyle
CH3 CH.CH.CHCH(CH3)2 6. l-méthyl-2-éthyl-butyle
CH3
EMI12.4
CH 3* CH 2* CH.CH-
3 C2H5 7. 1,1-diéthyl-propyle
C2H5
CH3. CH2.C-
CH
3 C2H5
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8. 2-méthyl-hexyle
EMI13.1
CH3(CH2)3CH.CH2-
CH3 9. 1,1-diméthyl-amyle
CH3
EMI13.2
CH3(CH2)3C¯
CH3 10. 1-isopropyl-butyle
EMI13.3
CH). CH2.
CH2CH- CH ( CH) ) @CH (CH3)2 11. l-éthyl-3-méthyl-butyle
CH3
EMI13.4
CH). CH. CH2. CH-
3 C2H5 12. 1,4-diméthyl-amyle
CH3
EMI13.5
CH3.CH.CH2.CH2.CH2
CH3 13: isoheptyle
EMI13.6
(CH3)2CH(CH2)3CH2- 14. 1-méthyl-l-éthyl-butyle
CH3
EMI13.7
CH3.CH2.CH2.C- C2H5 15. l-éthyl-2-méthyl-butyle
CH3
EMI13.8
CH3.CH2.CH.CH-
C2H5 16.1-méthyl-hexyle
EMI13.9
CH3 ( CH2 )CH¯
CH3 17.1-propyl-butyle
EMI13.10
CH3.CH2.CH2BH. 2.c3H7 37 Groupes C8 alkyl :
1. octyle normal
EMI13.11
CH3 ( CHZ ) 6CH2 2. 1-méthyl-heptyle
EMI13.12
CH) (CH2) 5CH- @
CH3
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3. 1,1-diéthyl-2-méthyl-propyle CH3C2H5 CH3.
CH.CC2H5
EMI14.1
4. 1,1,3,3-tétraaéthyl-butyle CH3 CH3
EMI14.2
CH .C.CH .C-
CH3 CH3 5. 1,1-diéthyl-butyle
C2H5
EMI14.3
CH).CH2.CH2.C-
C2H5 6. 1,1-diméthyl-hexyle
CH3
EMI14.4
CH)(CH2)4C- CH 3 7. 1-méthyl-1-éthyl-amyle
CH3 CH3(CH2)3CC2H5 8. 1-méthyl-1-propyl-butyle
CH3
EMI14.5
CH).CH2.CH2.C-
C3H7 9.2-éthyl-hexyle
EMI14.6
CH3 (CH 2)3CH.CH 2-
C2H5 10. 6-méthyl-heptyle (isooctyle)
EMI14.7
CH3.CH(CH2)CHZ-
CH3
Groupes C9 alkyl : 1. nonyle normal
EMI14.8
CH3(CH2)CH- 2. 1-méthyl-octyle
EMI14.9
CH3(CH2)6CH-
CH3 3. 1-éthyl-heptyle
EMI14.10
CH3(CH2)5CH- @
C2H5
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4. 1,1-diméthyl-heptyle
CH3
EMI15.1
CH3(CH2)5CCH3 5. 1-éthyl 1-propyl-butyle
C3H7 CH3.
CH2.CC3H7 6. l,l-diéthyl-3-méthyl-butyle
CH3 C2H5
EMI15.2
CH .CH.CH .C- 3@ C2H5 7. di-isobutyl-méthyle
EMI15.3
(CH3)zCH.CHI z CH- . 3,5,5-triméthyl-hexyle (CH3)3C.CHCH.CH2.CHZ-
CH3 9. 3,5-diméthyl-heptyle
CH3
EMI15.4
CH3.CH2.CH.CH2CH.CH.CH2
CH3 Groupes C10 alkyl : 1. décyle normal
EMI15.5
CH)(CH2)gCH2- 2. 1-propyl-heptyle
EMI15.6
CH) {CH2) 5CH-
C3H7 3. 1,1-diéthyl-hexyle
C2H5
EMI15.7
CH3(CH2)C-
C2H5 4. 1,1-dipropyl-butyle
C3H7
EMI15.8
CH)(CH2)2C- c3H7 5. 2-isopropyl-5-méthyl-hexyle
CH3
EMI15.9
CH3.CH(CH2)2CH.CH - CH CH (CH3)2
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Tel qu'utilisé ici, le terme "crésyl" indique le radical tolyl ou méthyl-phényl et le terme "xylyle", le radical diméthyl- phényl.
Les radicaux crésyl peuvent être des radicaux ortho, méta ou para ou des mélanges de ceux-ci, mais ils sont habituel- lement des mélanges de méta et para pour éviter l'effet toxique de l'isomère ortho. Tout isomère quelconque des radicaux xyly-1 ou des mélanges de ceux-ci peuvent être employés.
Les méthacrylates de polyalkyl appropriés au but de cette invention sont généralement ceux qui résultent de la polymérisa- tion de méthacrylates d'alkyl dans lesquels les groupes alkyl peuvent avoir de 4 à 12 atomes de carbone. Les groupes alkyl peuvent être des mélanges tels que ceux dérivés d'un mélange d'alcools et dans ce cas, il peut y avoir quelques groupes alkyl allant jusqu'à deux atomes de carbone comme minimum et jusqu'à 18 atomes de carbone environ comme maximum. Le nombre d'atomes de carbone dans le groupe alkyl doit être tel que le polymère soit compatible avec le phosphate particulier utilisé. Habituel- lement, on constatera que plus bas sera le groupe alkyl du phos- phate, plus bas sera le groupe alkyl du méthacrylate. Il sera habituellement avantageux pour le groupe alkyl du méthacrylate monomère d'être de 8 à 10 atomes de carbone environ.
Le groupe alkyl peut être une chaîne ramifiée ou isoalkyl. La grandeur moléculaire du méthacrylate d'alkyl polymérisé doit être suffi- sante pour augmenter la viscosité du phosphate de monoalkyl- diaryle auquel il est ajouté, et assez petite pour qu'il soit compatible avec lui. En général, le poids moléculaire moyen sera entre les limites de 8.000 à 12. 000 environ. Le méthacrylate de polyalkyl doit être tel et en proportion suffisante pour que la viscosité soit augmentée aux températures élevées (telles que 210 F.,par exemple) et pour que l'indice de viscosité soit por- té de préférence à 100 au moins et de préférence encore, à plus de 150.
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Lorsqu'on prépare les compositions de cette invention, le méthacrylate d'alkyl polymère peut être ajouté au phosphate ou au mélange de phosphates, ou bien le monomère peut être poly- mérisé in situ dans le phosphate ou le mélange de phosphate en y ajoutant l'ester du méthacrylate d'alkyl non polymérisé et en polymérisant ensuite le monomère au degré désiré.
Des méthacrylates de polyalkyl appropriés aux buts de cet- te invention sont faits, vendus et sont disponibles à la Rohm and Haas Company,Philadelphia,Pensylvania, sous sa marque ACRYLOID et sous les désignations.particulières,par exemple, de Acryloid HF-845,Acryloid HF-855,Acryloid HF-860. Dans ces dési- gnations, les deux derniers chiffres c'est-à-dire "45","55" et "60" indiquent la viscosité en "centistokes" du méthacrylate de polyalkyl contenu dans le produit commercial, viscosité mesurée dans une solution à 30% en poids dans le toluène à 100 F. ou autre base standard ayant une viscosité de 3,5 "centistokes" à 100 F. En général,
ces polymères ont un poids moléculaire dans les limites de 5.000 à 18.000 environ. Habituellement, les ra- dicaux alkyl de ces méthacrylates d'alkyl polymérisés sont C8 mais ils peuvent être C8 - C10.
Habituellement, une proportion plus petite et, en par- ticulier, de 0,8 à 10 pour cent en volume du méthacrylate de po- lyalkyl (exclusion faite de tous solvants) sera estimée satis- faisante, et ce sera de préférence une proportion dans les limi- tes de 1 à 5 pour cent. Ce pourcentage de méthacrylate de poly- alkyl est basé sur ce que la somme du phosphate et du polymère est considérée comme 100 pour cent.
L'invention est illustrée de façon plus détaillée par les exemples suivants: Exemple 1. Un méthacrylate de polyoctyle ayant un poids molécu- laire moyen d'environ 10.000 et pouvant varier de 5. 000 à 18.000 environ, dans une solution de toluène, obtenu de la Rohm and Haas Company sous sa marque ACRYLOID HF-845,fut débarrassé du
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solvant de toluène. Deux pour cent du méthacrylate de polyocty- le pratiquement pur obtenu fut mélangé avec et dissous dans 98 pour cent en volume de phosphate de 2-éthyl-hexyl-diphényle, obtenu de la Monsanto Chemical Company, sous sa marque Santici- zer 141. Le Santicizer 141 est décrit dans le Technical Bulle- tin O-D-lll du Development Department, Organic Chemicals Divi- sion, Monsanto Chemical Company, St Louis,Missouri.
Le métha- crylate de polyoctyle, sans le solvant de toluène, était une ma- tière excessivement compacte, presque un solide, et se dissol- vait dans le phosphate d'octyl-diphényle en deux jours environ, avec agitation intermittente à 100 C. Les résultats des essais sur le liquide obtenu sont donnés au tableau I ci-après.
Exemple 2. Un méthacrylate de polyoctyle ayant un poids molécu- làire moyen d'environ 10.000 et pouvant varier d'environ 5.000 à 18.000, dissous dans 45 pour cent en volume d'une huile de pé- trole légère ayant son point d'inflammabilité à 200 F., obtenu de la Rohm and Haas Company, sous sa marque Acryloid HF-855, dans une proportion de 5 pour cent en volume, fut mélangé avec et dissous dans 95 pour cent en volume de phosphate de 2-éthyl- hexyl-diphényle (Santicizer 141). Dans ce cas, le pétrole léger agissait comme un solvant mutuel pour le méthacrylate de poly- octyle et le phosphate d'octyl-diphényle, et facilitait la fabri- cation de la solution liquide désirée.
Comme une petite propor- tion (5/pour cent) seulement de l'Acryloid HF-855 commercial était ajoutée au phosphate d'octyl-diphényle, la proportion d'hui- le de pétrole légère n'était pas suffisamment forte pour donner au produit liquide final des propriétés indésirables quelconques.
Le tableau I ci-dessous montre le résultat d'essais faits sur le produit liquide obtenu.
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
T-A-B-L-E-A-U--Ie
EMI19.2
<tb> Phosphate <SEP> de <SEP> Fluide <SEP> de <SEP> Fluide <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2-éthyl-he- <SEP> l'exemple <SEP> l'exemple
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> xyl-diphény- <SEP> 1.2.
<tb>
<tb>
<tb> le
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poids <SEP> spécifique
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60/60 <SEP> 1.09 <SEP> 1.03 <SEP> 1.076
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congéla-
<tb>
<tb>
<tb> tion <SEP> Inf.à <SEP> -60 F <SEP> -60 F. <SEP> -60 F.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Indice <SEP> de <SEP> neutra-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lisation <SEP> (mg <SEP> KOH/
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gramme) <SEP> 0,16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> (centistokes)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -30 F <SEP> 2.167 <SEP> 2.440 <SEP> 2.290
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 10,1 <SEP> 13,4 <SEP> 14, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 210 <SEP> 2,46 <SEP> 3,37 <SEP> 3,71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (A.S'.T.M.) <SEP> 65 <SEP> 143 <SEP> 163
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Inflammabilité:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> d'auto-
<tb>
EMI19.3
allumage 1.060 1.050 (A.S.T.M.2$6-30) 1.050 F.
EMI19.4
<tb> Essai <SEP> par <SEP> projection <SEP> Aucune <SEP> inten- <SEP> Diminution
<tb> sification <SEP> du <SEP> du <SEP> feu
<tb> feu.
<tb>
<tb>
Essai <SEP> d'allumage <SEP> à <SEP> S'enflamma <SEP> S'enflamme <SEP> ave.
<tb> haute <SEP> température <SEP> avec <SEP> beaucoup <SEP> beaucoup <SEP> de
<tb> de <SEP> difficulté.difficulté.
<tb>
<tb>
Essai <SEP> multiple
<tb> Combustion <SEP> sur <SEP> tube <SEP> Néant <SEP> Néant
<tb> " <SEP> au <SEP> fond <SEP> de <SEP> l'écran <SEP> Ne <SEP> brûle <SEP> pas <SEP> Ne <SEP> brûle <SEP> pas
<tb>
Les essais d'"inflammabilité" ont été faits conformément aux normes suivantes : essaid'inflammabilité par projection F-3-b, essai d'inflammabilité à haute température F-3-c, et essais mul- tiples d'inflammabilité F-3-d exposés aux pages 4 et 5 de la Proposed Spécification for Non-flammable Type Hydraulic Fluid, 21 juillet 1947, de la Aircraft Industries Association of America, Inc., actuellement SAE Spécification AMS 3150, publiée le 1er mai 1948.
Les fluides faisant l'objet de cette invention répondent de façon satisfaisante à toutes les conditions d'ininflammabilité de la spécification de la Aircraft Industries Association of America,Inc.
<Desc/Clms Page number 20>
Comme certaines parties des systèmes hydrauliques utili- sés dans les avions, telles que les joints et le diaphragme de l'accumulateur, sont faites en caoutchouc ou en une matière élastique synthétique quelconque, l'effet de gonflement du fluide hydraulique utilisé sur ledit caoutchouc ou autre matière, élas- tique est important. La plupart des fluides hydrauliques du type ininflammable proposés font gonfler toutes ces matières élastiques d'environ 20 pour cent et plus, ce qui est trop im- portant pour être satisfaisant. On a constaté que le fluide de l'exemple 2, cependant, ne faisait gonfler le caoutchouc butyli- que, l'une des matières élastiques synthétiques dont les joints et le diaphragme peuvent être faits, que de 4,7 pour cent.
Par conséquent, avec le fluide faisant l'objet de cette invention, il est possible de choisir une matière élastique convenable, qui ne gonflera pas de façon exagérée lors de son utilisation avec le fluide hydraulique.
Pour illustrer plus complètement l'utilité de cette in- vention et les résultats.surprenants obtenus avec les composi- tions de cette invention, le fluide de l'exemple 2 a été soumis à des conditions d'essai sévères dans un système hydraulique spécialement construit pour être pratiquement identique au sys- tème de commande hydraulique d'un avion, à l'exception seulement des servo-organes et de la longueur des conduites hydrauliques, ces essais étant effectués sous des conditions extrêmes de tempé- rature et de pression et sous un haut débit de pompage, comme c'est le cas dans les conditions de décollage, exigeant une for- te puissance du système hydraulique et une température de fonc- tionnement élevée, de l60 F. Ce système d'essai englobe toutes les parties fonctionnelles telles qu'elles sont utilisées dans un avion,
dans des conditions de fonctionnement pratique extrê- mes. Ce système est montré au croquis 4 de la AIA Proposed Speci- fication for Non-Flammable Type hydraulic Fluid, 21 juillet 1947, rappelée ci-dessus.
Dix gallons du fluide de l'exemple 2 furent placés dans
<Desc/Clms Page number 21>
le réservoir du système et le système fut soumis à des condi- tions de fonctionnement stables, à une pression de décharge de 3. 000 livres par pouce carré et à une température de fonction- nement de 160 F. Ce fluide révéla une excellente stabilité et servit pendant la durée extraordinaire de 450 heures (bie au- dessus de 25. 000 tours du système et équivalent à environ 4.500 heures de vol). Aucune difficulté n'apparut pendant cette pério- de de fonctionnement extrêmement longue et l'essai fut inter- rompu, non pas à cause d'une défaillance quelconque mais simple- ment parce que l'excellence du fluide était amplement démontrée.
Pendant cet essai, on fit les lectures suivantes avec les résul- tats indiqués au tableau II ci-après: T A B L E A U II
EMI21.1
<tb> Heures <SEP> de <SEP> Indice <SEP> de <SEP> Viscosité <SEP> à <SEP> 100 F
<tb> Fonctionnement <SEP> Neutralisation <SEP> en <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0,16 <SEP> 14,4
<tb> 5 <SEP> 0,17 <SEP> 13,2
<tb> 7 <SEP> 0,16 <SEP> 12,8
<tb> 16 <SEP> 0,17 <SEP> 12,7
<tb> 25 <SEP> 0,15 <SEP> 12,5
<tb> 42 <SEP> 0,16 <SEP> 12,4
<tb> 58 <SEP> 0,19 <SEP> 12,3
<tb> 74 <SEP> 0,15 <SEP> 12,3
<tb> 90 <SEP> 0,17 <SEP> 12,2
<tb> 140 <SEP> 0,15 <SEP> 12,0
<tb> 164 <SEP> 0,18 <SEP> 12,1
<tb> 243 <SEP> 0,15 <SEP> 11,9
<tb> 323 <SEP> 0,22 <SEP> Il,8
<tb> 398 <SEP> 0,27 <SEP> 11,9
<tb> 450 <SEP> Fin <SEP> d'esdai <SEP> 0,35 <SEP> 11,
7
<tb>
La composition objet de l'invention possède un coeffi- cient de frottement extrêmement bas et une résistance élevée à l'état de film, de sorte que son onctuosité est extrêmement élevée ce qui la rend éminemment convenable au graissage des organes en mouvement des systèmes hydrauliques destinés à un service rigoureux. Alors qu'une pompe Vickers est en général hors d'usa- ge au bout de 200 heures de fonctionnement, avec des fluides hydrauliques ordinaires, dans ce système, aucune usure mesura- ble n'est constatée après 200 heures de fonctionnement à l'aide
<Desc/Clms Page number 22>
du fluide de l'exemple 2. En outre, après interruption de l'essai au bout de 450 heures, la pompe Vickers paraissait en excellent état.
La valeur extrêmement réduite de l'usure des organes de la pompe Vickers est mise en lumière par le tableau suivant: T A B L E A U III
EMI22.1
<tb> Pièces <SEP> de <SEP> la <SEP> pompe <SEP> Vickers <SEP> Poids <SEP> en <SEP> grammes
<tb> Numéro <SEP> Désignation <SEP> Avant <SEP> essai <SEP> Après <SEP> 450 <SEP> heures
<tb>
<tb> 83.279 <SEP> Plaque <SEP> de <SEP> soupape <SEP> 352,5 <SEP> 551,8
<tb> 83.278 <SEP> Bloc <SEP> cylindre <SEP> . <SEP> 184,429 <SEP> 184,220
<tb> 79. <SEP> 063 <SEP> Rotule <SEP> de <SEP> butée <SEP> 5,705 <SEP> 5,703
<tb> 59.561 <SEP> Petite <SEP> rotule <SEP> de <SEP> butée <SEP> 2,670 <SEP> 2,630
<tb>
Exemple 3.
95% en vol. de phosphate de 6-méthyl-heptyl-diphényle
EMI22.2
<tb> 5% <SEP> en <SEP> vol. <SEP> Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> inf. <SEP> à <SEP> -90 F.
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 3,8 <SEP> centistokes
<tb> 100 <SEP> 15,2 <SEP> "
<tb> -30 <SEP> 2.100 <SEP> " <SEP>
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> neutralisation <SEP> 0,28
<tb>
EMI22.3
Température d1 auto-allumage (ASTHI) 1.050 F.
Bien que les fluides des exemples 1,2 et 3 ci-dessus se comportent remarquablement, surtout comme fluides hydrauli- ques en aviation,leur utilisation aux températures extrêmement basses, notamment dans les systèmes hydrauliques dans lesquels la pompe ne fonctionne pas ou dans lesquels le fluide reste statique ou au repos pendant certains laps de temps à des tem- pératures extrêmement basses, peut néanmoins être un peu res- treinte par une tendance à solidification ou à cristallisation dans des récipients présentant certaines formes déterminées, dues, semble-t-il, à la surfusion.
Ce phénomène s'est manifesté en particulier concernant le fluide de l'exemple 2,lorsqu'un accumulateur semblable à celui du dispositif hydraulique d'essai mentionné plus haut, et contenant le fluide, fut soumis à la température de -30 F. pendant trois jours, le fluide y restant immobile et soumis à une pression d'environ 50 libres par pou-
<Desc/Clms Page number 23>
ce carré.
Cependant, il a été constaté ensuite que des composi- tions conformes à l'invention pouvaient être produites, qui soient non seulement hautement satisfaisantes comme fluides hydrauliques en aviation, comme c'est le cas en ce qui con- cerne les fluides des exemples 1,2 et 3 ci-dessus, mais qui, de plus, ne cristallisent pas aux températures extrêmement basses ou présentent ce phénomène à des températures de beau- coup inférieures. Une autre caractéristique significative de l'invention est qu'elle peut être réalisée par l'emploi de mé- langes de phosphates de monoalkyl-diaryle particuliers choi- sis parmi le groupe décrit dans l'exposé qui précède.
Les mélanges de phosphates de monoalkyl-diaryle dont il est question plus haut, peuvent être obtenus en mélangeant deux ou plusieurs phosphates particuliers de monoalkyl-dia- ryle, comme, par exemple, un mélange de phosphate d'isooctyl- diphényle et un phosphate d'isohexyl-diphényle ou deux phos- phates d'octyl-diphényle isomères. Un tel mélange de phos- phates de monoalkyl-diaryle peut aussi être obtenu en produi- sant le phosphate de monoalkyl-diaryle avec un mélange d'al- cools, en particulier un mélange d'alcools d'alkyl, pour four- nir les groupes alkyl, ayant pour résultat un mélange de phosphates de monoalkyl-diphényle, par exemple, avec des grou- pes alkyl qui diffèrent.
De tels mélanges à partir d'alcools peuvent dériver,par exemple, de composés dérivés eux-mêmes du pé- trole, comme par exemple d'une fraction d'oléfines tirée du pétrole transformée en un mélange d'alcools par réaction avec l'oxyde de carbone et l'hydrogène, conformément au pro- cédé Oxo (Voyez,par exemple,"Alcohols above C3 Produced from
Olefines,CO and Hydrogen",Chemical Industries,février 1947, pages 232-233). Une telle fraction hydrocarburée d'oléfines peut contenir,par exemple, une gamme d'oléfines allant de
<Desc/Clms Page number 24>
C3 à C7, qui, lorsqu'ils sont transformés en alcools par le procédé Oxo ont pour résultat un mélange d'alcools en C4 à Cg, comprenant des formes isomères du même nombre d'atomes de carbone.
Une telle fraction d'oléfines peut aussi être, par exemple, essentiellement des isomères d'oléfines en C7 qui, lors- qu'ils sont transformés en alcolls par le procédé Oxo, ont pour résultat un mélange d'isomères d'alcools en C8. Lorsque de tels mélanges d'alcool sont utilisés pour produire du phosphate d'al- kyl-diphényle par exemple, un mélange correspondant de phosphates de C8 alkyl-diphényle est obtenu. Tout mélange semblable de grou- pes alkyl peut être utilisé, et, en particulier, comprenant un mélange de C,C et C6,C6,C6 et C7,C7,C7 et C8,C8,C8 et C9 ou de séries plus étendues.
Les exemples suivants illustrent de tels mélanges réalisés conformément à l'invention: Exemple 4.
EMI24.1
95% en volume de mélange de 50o en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 50 en volume de phosphate de 6- méthyl-heptyl-diphényle 5% en volume d'ACRYLOID HF-$55 Viscosité à 210 F..................... 3,85 centistokes
100 ..................... 15,0 centistoikes -30 .....................2.256 centist&kes
EMI24.2
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 165
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> -70 F.
<tb>
<tb>
Poids <SEP> spécifique <SEP> (60/60) <SEP> 1,079
<tb>
<tb> Température <SEP> d'auto-allumage <SEP> (ASTM) <SEP> 1.050 F.
<tb>
Cristallisation sous maintien à basse température Aucune cristallisation à -40 F.
Le phénomène de cristallisation observé pour le fluide . de l'exemple 2 ci-dessus, utilisant le phosphate de 2-éthyl- hexyl-diphényle, était également observé pour le phosphate de
6-méthyl-heptyl (isooctyl) diphényle pratiquement pur lorsqu'il
<Desc/Clms Page number 25>
était utilisé sans addition de phosphate de 2-éthyl-hexyl-diphé- nyle mais lorsqu'il fut mélangé comme dans l'exemple 4, on re- marqua avec étonnement qu'aucune cristallisation analogue ne se produisait à -40 F.
On trouvera ci-après d'autres exemples, donnant des pro- portions différentes pour les deux phosphates d'alkyl-diphényle: Exemple 5:
EMI25.1
95% en volume de mélange 70 en volume de phosphate de 2-éthyl- hexyl-diphényle 30jo en volume de phosphate de 6-méthyl- heptyl-diphér.yle 5% en volume d'Acryloid HF-855 Point de congélation inférieur à -60 F.
Exemple 6 :
EMI25.2
95% en volume de mélange de 30 en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle )70% en volume de phosphate de 6- méthyl-heptyl-diphényle 5% en volume d'Acryloid HF-855 Point de congélation inférieur à -60 F.
On trouvera ci-après des exemples de l'emploi d'un mélan- ge de phosphates d'alkyl-diphényle dont les groupes alkyl déri- vent d'unéélange d'alcools obtenus à partir d'une fraction d'olé- fines transformée en alcools par le procédé Oxo.
Exemple 7: 95% en volume de phosphate mélangé de Cg-alkyl-diphényle 5% en volume d'Acryloid HF-855.
Point de congélation . -70 F.
Cette composition ne montra aucune tendance à cristalli- sation, comme le faisait le fluide de l'exemple 2 aux tempéra- tures aussi basses que -40 F.
<Desc/Clms Page number 26>
Le Cg alkyl mélangé de ce phosphate d'alkyl-diphényle dérivait d'un mélange d'alcools obtenu à partir d'une fraction d'oléfines tirée du pétrole, avec prédominance de C7 mais conte- nant du C6 et du C8, qui étaient convertis en alcools correspon- dants par le procédé Oxo pour produire un mélange d'alcools avec prédominance de Cg mais contenant du C7 et du C9.
Les groupes al- kyl particuliers de ce mélange de phosphates d'alkyl-diphényle étaient des groupes d'isooctyle (6-méthyl-heptyle) à environ 55- 65% et de C9 alkyl à environ 5-10%, le reste à prédominance en autres isomères en C8 et en une petite quantité d'isomères en
EMI26.1
c7" Ce phosphate mélangé de C8-alkyl-diphényleavait les proprié- tés suivantes:
EMI26.2
<tb> Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 2,69 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 11,2 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 0 <SEP> 337 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> -40 <SEP> 7.988 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> inférieur <SEP> à <SEP> -65 F.
<tb>
Le fluide de cet exemple, outre qu'il donne hautement satisfaction comme fluide hydraulique pour avions, à la proprié- té de ne pas cristalliser aux températures extrêmement basses, du fait du mélange de phosphates.
Exemple 8:
EMI26.3
95% en volume de mélange de 50% de phosphate de 2-éthyl-hexyl- diphényle 50 de phosphate de Cg-alkyl-di- phényle mélangé
EMI26.4
<tb> 5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 3,98 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 15,7 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> -30 <SEP> 2.668 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> neutralisation <SEP> 0,25
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> -70 F.
<tb>
<Desc/Clms Page number 27>
EMI27.1
<tb>
Poids <SEP> spécifique <SEP> (60/60) <SEP> 1,000
<tb>
<tb> Température <SEP> d'auto-allumage <SEP> (ASTM) <SEP> 1.040 F.
<tb>
Ce fluide ne montrait aucune tendance à cristallisation à -40 F.
Le phosphate de Cg-alkyl-diphényle mélangé était le mê- me que celui utilisé dans l'exemple 7 ci-dessus.
Le fluide était utilisé comme fluide hydraulique et lu- brifiant du mécanisme de commande du surcompresseur de la car- lingue d'un avion DC-6 pour plus de 650 heures de vol. Un tel système de surcompresseur de carlingue est décrit dans le "Dou- glas Service", de février 1948, publié par la Douglas Aircraft Company ,Inc., Santa Monica, California. Les fluides ordinaires utilisés dans un tel système exigent le renouvellement à un ma- ximum d'environ 200 heures de vol et sont d'une viscosité beau- coup plus élevée, avec les difficultés inhérentes lors du fonc- tionnement à basse.température, difficultés qui sont évitées par les fluides de cette invention.
Exemple 9: 95% en volume de phosphate de nonyl-diphényle isomère mélangé 5% en volume d'Acryloid HF-855.
Le mélange obtenu a été soumis à essai et on a constaté qu'il présentait les propriétés suivantes:
EMI27.2
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> -50 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,65 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 19,3 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 30 <SEP> 5. <SEP> 100 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 174
<tb>
Température d'auto-allumage 1.040 F.
Ce fluide ne présentait aucune tendance à cristalliser aux températures d'un niveau aussi bas que -50 F.
<Desc/Clms Page number 28>
Le phosphate de nonyl-diphényle isomère mélangé était un mélange de phosphates d'alkyl-diphényle dont les groupes al- kyl étaient à 90% de 3,5,5-triméthyl-hexyle et à 10% de 3,5-di- méthyl-heptyle.
Des exemples d'autres mélanges analogues sont donnés ci- après : Exemple 10:
EMI28.1
95% en volume de mélange de 70 en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 30 en volume de phosphate de nonl- diphényle isomère mélangé
EMI28.2
<tb> 5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-Ô55
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> inférieur <SEP> à <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,06 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 16,1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 177
<tb>
Le fluide.de cet exemple ne cristallisait pas à -30 F., comme le faisait le fluide de l'exemple 2,mais il cristallisait à -40 F. dans des conditions analogues, indiquant que la tempéra- ture à laquelle une telle cristallisation se produit, avait été abaissée.
Exemple 11:
EMI28.3
95% en volume de mélange de /50% en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 50% en volume de phosphate de no- nyl-diphényle isomère mélangé.
EMI28.4
<tb>
5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> inférieur <SEP> à <SEP> -60 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,16 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 16,7 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 175
<tb>
<Desc/Clms Page number 29>
Exemple 12:
EMI29.1
95% en volume de mélange de 30% en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 70d/o en volume de phosphate de nonyl- diphényle isomère mélangé.
EMI29.2
<tb>
5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-Ô55
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> inférieur <SEP> à <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,46 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 18,1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 178
<tb>
Le phosphate de nonyl-diphényle isomère mélangé des exem- ples 10,11 et 12 était le même que celui utilisé dans l'exemple 7.
En général, pour une viscosité suffisamment faible aux basses températures, telles que celles de -30 F. et -40 F., on a constaté que le groupe alkyl, en particulier des phosphates de monoalkyl-diphényle, ne devait pas avoir plus de 8 atomes de car- bone et, de préférence, moins que 6 atomes de carbone.
D'autres fluides encore obtenus selon cette invention et qui ne cristallisent pas aux températures extrêmement basses, comme indiqué plus haut, sont ceux que l'on obtient à partir du phosphate de monoalkyl-diaryle dans lesquels au moins un des radicaux aryl a au moins un substituant méthylique, et, de pré- férence, ceux dans lesquels chacun des deux groupes aryle a au moins un substituant méthylique, ou encore des mélanges de ceux- ci avec d'autres phosphates de monoalkyl-diaryle. Ces fluides sont décrits par les exemples suivants: Exemple 13: 95% en volume de phosphate de 2(éthyl-hexyl-dicrésyle 5% en volume d'Acryloid HF-855.
Le mélange obtenu a été soumis à essai et on a constaté qu'il présentait les propriétés suivantes:
<Desc/Clms Page number 30>
EMI30.1
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation- <SEP> 55 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,89 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 25,1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 133
<tb>
Température d'auto-allumage 1.040 F.
Le fluide de ce mélange ne montrait aucune tendance à cristalliser aux températures d'un niveau aussi bas que -50 F.
Exemple 14:
EMI30.2
95% en volume de mélange de 70 en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 30 en volume de phosphate de à- éthyl-hexyl-dicrésyle
EMI30.3
<tb> 5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-855.
<tb>
<tb>
Point <SEP> de <SEP> congélation- <SEP> 55 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,26 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 18,0 <SEP> centistokes
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 166
<tb>
Le fluide de cet exemple ne cristallisait pas à - 30 F., comme le faisait le fluide de l'exemple 2, mais il cristallisait à - 40 F., indiquant que la température à laquelle la cristal- lisation se produisait avait été sensiblement abaissée.
Exemple 15:
EMI30.4
95% en volume de mélange de /50% en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyî-diphényle )50% en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-dicrésyle
EMI30.5
<tb> 5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-855.
<tb>
<tb>
Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> -55 F <SEP> . <SEP>
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,45 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 19,8 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 156
<tb>
<Desc/Clms Page number 31>
Exemple 16:
EMI31.1
95% en volume de mélange de 30 en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-diphényle 70%a en volume de phosphate de 2- éthyl-hexyl-dicrésyle
EMI31.2
<tb> 5% <SEP> en <SEP> volume <SEP> \ <SEP> d'Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation <SEP> -55 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 4,49 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 21,0 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 145
<tb>
Les fluides des exemples 11 et 12 ci-dessus ont été amé- liorés quant à la température à laquelle se produisait la cris- tallisation telle qu'elle était observée pour l'exemple 2 et, par l'utilisation de phosphate de nonyl-diphényle isomère mélangé, à plus de 30%, ou de phosphate d'octyl-dicrésyle comme dans les exemples 9,11,12,15 et 16, le phénomène de cristallisation -tel qu'il était observé pour le fluide de l'exemple 2, n'appa- raissait pas.
Le phosphate de 2-éthyl-hexyl-dicrésyle utilisé dans les exemples ci-dessus est obtenu à partir d'un mélange d'ortho,méta et paracrésol duquel l'orthocrésol est pratiquement éliminé de sorte que les radicaux crésyl du phosphate sont un mélange pra- tiquement à prédominance des radicaux méta et paracrésyl. La proportion de méta et para-isomères est approximativement la même, avec une certaine prédominance du méta-isomère. Le phospha- te particulier de 2-éthyl-hexyl-dicrésyle utilisé fut obtenu de la Monsanto Chemical Company, St Louis, Missouri, sous sa marque Santicizer 142. Le Santicizer 142 est décrit dans le Technical Bulletin C-D-111 du Development Department, Organic
Chemicals Division,Monsanto Chemical Company,St Louis, Missouri.
Les propriétés de ce phosphate d'octyl-dicrésyle sont données au tableau IV ci-dessous. Le tableau IV donne également les pro- priétés du phosphate de nonyl-diphényle isomère mélangé utilisé dans les exemples ci-dessus.
<Desc/Clms Page number 32>
T A B L E A U IV
EMI32.1
<tb> Phosphate <SEP> de <SEP> 2-éthyl- <SEP> Phosphate <SEP> de <SEP> nonyl
<tb> hexyl-dicrésyle <SEP> diphényle <SEP> isomère
<tb> (Santicizer <SEP> 142) <SEP> mélangé
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation- <SEP> 50 F. <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosité(centistokes)
<tb>
EMI32.2
2100F. 3,l2 2988
EMI32.3
<tb> 100 <SEP> 16,8 <SEP> 12,3
<tb>
<tb> -30 <SEP> 9.789 <SEP> 4. <SEP> 107
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 18 <SEP> 86
<tb>
<tb> Auto-allumage <SEP> 1.060 F. <SEP> 1.020 F.
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> neutralisation <SEP> 0,04 <SEP> 0,03
<tb>
On trouvera ci-après un exemple d'une composition de cet- te invention analogue à la composition de l'exemple 8 ci-dessus mais dans laquelle le méthacrylate d'alkyl polymère était poly-- mérisé dans une partie du mélange de phosphates d'alkyl-diphény- le utilisé pour réaliser la composition.
Exemple 17:
EMI32.4
97% en volume de mélange de 50 de phosphate de 2-éthyl-hexyl- diphényle )50% de phosphate de Cg-alkyl-diphé- nyle mélangés 3% en volume d'Acryloid G-5573X
Cette composition a les propriétés suivantes:
EMI32.5
<tb> Point <SEP> de <SEP> congélation- <SEP> 70 F.
<tb>
<tb>
Viscosité <SEP> à <SEP> 210 F. <SEP> 3,54 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 14,9 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 416 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> -40 <SEP> .939 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> viscosité <SEP> 140
<tb>
Aucun nuage à - 70 F.
Aucune cristallisation à - 40 F.
Le phosphate de Cgalkyl-diphényle mélangé était le même
<Desc/Clms Page number 33>
que celui utilisé dans les exemples 7 et 8 ci-dessus.
L'Acryloid G-5573X était polymérisé dans 55% du mélange de phosphates utilisé dans cet exemple à un poids moléculaire moyen d'environ 10.000. Il contenait 45% de polymères en solu- tion dans le mélange de phosphates.
On a constaté que ces compositions conformes à l'invention étaient étonnamment satisfaisantes pour transmettre la puissance dans les parties d'un système hydraulique d'avion ayant une pom- pe Vickers à pistons axiaux comme source de puissance, et pour lubrifier lesdites parties. De plus, ces compositions ont aussi un haut degré d'ininflammabilité ou de résistance au feu, qui les rend éminemment appropriées comme fluides hydrauliques pour avions. Ces compositions ont été reconnues particulièrement con- venables comme lubrifiants pour les surfaces de frottement du système hydraulique. Celles-ci comprennent en particulier les surfaces à lubrifier métal sur métal et métal sur matière élas- tique, comme il a été dit plus haut. On effectue cette lubrifi- catiorén maintenant un film de la composition entre les surfaces de frottement.
Il est particulièrement surprenant que les deux fonctions, d'une part, de transmission de puissance et, d'autre part, de lubrification puissent être assurées de façon aussi satisfaisante par les compositions conformes à cette invention alors qu'en même temps,de telles compositions sont éminemment satisfaisantes dans d'autres domaines d'utilisation en aviation.
L'exposé qui précède décrit des aspects préférés de l'inven- tion et illustre celle-ci au moyen d'exemples spécifiques mais des changements et modifications peuvent y être apportés sans que l'on sorte du cadre de l'invention décrite ici.
<Desc / Clms Page number 1>
"Improvements relating to liquid compositions and methods of power transmission and lubrication using these
EMI1.1
no \. 0 compositions "., II \) 1-, .. -
The present invention relates to a liquid composition which can be used particularly for the transmission of power in hydraulic systems, and in particular as a non-flammable hydraulic liquid in hydraulic control systems on board aircraft; The subject of the invention is also a process for transmitting power in the parts of a hydraulic system, and for lubricating said parts.
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention provides a composition consisting essentially of monoalkyl-diaryl phosphate, wherein the aryl groups are members of the group consisting of phenyl, cresyl and xylyl radicals and wherein the monoalkyl group has from 1 to 10 carbon atoms. , and in an amount sufficient of a polyalkyl methacrylate to increase the viscosity of the composition at elevated temperatures and to increase the viscosity index of the composition.
Various fluids are known which are intended for the transmission of power in hydraulic devices, including certain known fluids for use in hydraulic systems of aircraft. However, aircraft hydraulic control systems for controlling the various devices on board an aircraft impose severe conditions on the hydraulic fluid used. Not only is the hydraulic fluid for airplanes subjected to operational and working conditions, but in addition, such a fluid must be as non-flammable as possible and must be sufficiently non-flammable to meet the specifications of the aeronautics industry, regarding fire resistance.
The viscosity characteristics of the fluid should be such that it can be used within wide temperature limits; that is, it must offer sufficiently high viscosity at high temperature, low viscosity at low temperature, and low rate of change of viscosity as a function of temperature. Its freezing point must be low. Its volatility should be low at high operating temperatures and the volatility should be balanced, that is, there should be no evaporation or selective volatilization of any important constituent. it is, at high operating temperatures.
It must have sufficient lubricity and mechanical stability to allow its use in pumps,
<Desc / Clms Page number 3>
valves, etc., self-lubricating, entering into the hydraulic systems of aircraft, and whose action on the fluid is very rigorous. It must be chemically stable in order to be able to withstand chemical reactions such as oxidation, decomposition, etc., so as to resist, under service conditions, the loss of the desired characteristics, which would be due to significant and sudden changes in pressure, temperature ß at high shear forces, and in contact with various metals which may be, for example, aluminum, bronze, steel, etc. It must not nor damage the seals or gaskets of the hydraulic system.
It must not alter the materials of which this system is made and, in the event of a leak, it must not attack the various parts of the airplane with which it could accidentally come into contact. It must not be toxic or harmful to personnel likely to come into contact with it. Finally and in addition to all the requirements of this kind relating to its use on board airplanes, the fluid must be sufficiently non-flammable to meet the specifications of the aeronautical industry.
Numerous mixtures have already been proposed for hydraulic fluids. The light fractions of petroleum oils with the addition of freezing point depressants, viscosity index improvers, inhibitors, etc., are among the best which have been proposed and these have received success. fairly widespread use as hydraulic fluids in airplanes. However, these substances are too easily flammable, their self-ignition temperature is low, they burn easily when ignited and have a high calorific value.
These characteristics are particularly detrimental in the case of an airplane, where it is necessary to provide hydraulic lines in the immediate vicinity of electrical systems and motors, where a leak.
<Desc / Clms Page number 4>
high pressure hydraulic fluid, by a hard landing of the aircraft or rupture of the hydraulic system in flight, could cause a fire. None of these previously known materials meet the requirements to be met by an aircraft control fluid and are at the same time non-flammable enough to meet this condition, which is extremely important in the case of an aircraft.
In many hydraulic systems power must be transmitted and the parts of the systems subject to friction lubricated with the hydraulic fluid used. The parts which are so lubricated include the friction surfaces of the source of motive force, which is usually a pump, valves, actuating pistons and cylinders, fluid motors and, sometimes, in the case of. machine tools, bearing tracks, tables and slides. The hydraulic system can be of either the constant volume or the variable volume type.
The pumps can be of various types, including the piston pump, more particularly the piston pump with adjustable stroke, the variable displacement or variable displacement piston pump, the radial piston pump and the axial piston pump, pumps in which an articulated cylinder block is set at various angles relative to the piston assembly, for example the Vickers axial piston pump, or in which the piston control mechanism can be oriented at a variable angle relative to to the cylinder block; gear pumps which may be spur, helical or herringbone gears, or have variants of internally toothed crowns, or the Archimedes screw pump; finally the paddle pumps.
The valves can be shut-off valves, reversing valves, pilot valves, throttle valves, consecutive acting valves, or pressure relief valves. Fluid motors are most often piston pumps, with constant or variable flow, set in rotation by the pressure of the hydraulic fluid of the system, thanks to the power supplied by the source of motive force controlling the pump.
<Desc / Clms Page number 5>
Such a hydraulic motor can be used with a variable flow pump to provide a variable speed transmission.
Accordingly, said functions of transmitting power and lubricating the friction elements of such hydraulic systems must in practice meet many requirements depending on the nature of the particular hydraulic system and its particular application. Among these rigorous requirements which must be met by the method of transmitting power in the elements of such a system, and of lubricating these elements, it may be recalled that it must be carried out by means of a fluid having satisfactory properties. such as low viscosity at low operating temperatures, high viscosity at high operating temperatures, low degree of variation of viscosity as a function of temperature within operating temperature limits, particularly high viscosity index,
lubricating properties, density, chemical stability, resistance to oxidation, resistance to emulsification, resistance to the formation of gums or deposits.
Of particular importance are good lubricating properties. They include in particular the smoothness and strength of the film. Good lubricity and strength of the film reduces wear on the moving parts of pumps and valves, where the clearance between the friction surfaces can be so small that only microscopic films of lubricant are possible. The pressures exerted between certain moving parts can be very high. To avoid excessive wear and seizing, especially in the case of high fluid pressure, the hydraulic fluid must form a strong lubricating film that can withstand the pressure and the sweeping effect exerted between the moving parts, at operating temperatures.
<Desc / Clms Page number 6>
The wear of the components of a hydraulic system causes internal leaks and an excessive release of heat by friction. The ability to withstand loads or lubricity is also important in some hydraulic systems. Wear to the hydraulic system gaskets and glands is harmful because it causes fluid to leak to the outside. Accordingly, it is desirable that the hydraulic fluid also lubricates the areas of contact with the seals.
The situation with respect to hydraulic systems to which the present invention relates is generally known to those skilled in the art; it is generally described in the trade publication entitled "Hydraulic Systems Circulating Oils for Machine Tools (Machine Shop Series)" (1943), by Socony-Vacuum Oil Company, Inc., 26, Broad- way, New-York, NY; U.S. Patent No. 2,355,357, issued to HW Adams et al., issued August 8, 1944, describes a hydraulic system for airplanes, which also illustrates one type of hydraulic system to which the invention relates. "D.
C.4 Maintenance Manual ", Volume III, Section 1, Hydraulics, and the" Douglas Service ", April 1947, pages 10 and 11, and February 1948, pages 10 and 11, all published by the Douglas Aircraft Company, Inc. , Santa Monica, California, also disclose hydraulic systems for airplanes, which illustrate the type of hydraulic system to which the invention relates. Similarly, the supercharger control system in the aircraft cabin DC-6, described in the "Douglas Service", February 1948, published by the Douglas Aircraft Company, Inc.
The conditions imposed on the hydraulic system of an airplane are particularly severe. They include good lubricity to effectively lubricate the moving parts of the system, satisfactory viscosity at both the low and high temperatures at which the airplane may be called upon to operate, a low degree of variation in temperature. viscosity as a function of temperature, in particular a high viscosity index, good stability under conditions of use, avoiding per-
<Desc / Clms Page number 7>
te the desired characteristics, as a result of large and sudden variations in pressure, temperature, high shear forces, the non-corrosion of metal parts which may be made of bronze, aluminum, steel, etc.,
and the property of not damaging the joints or gaskets; and, in addition to all these conditions necessary in aviation, the fluid must also be very little flammable or very resistant to fire. The parts of the hydraulic system of an airplane must be as light as possible and this factor leads to placing new and rigorous demands on the lubricant and, in general, higher temperatures on the fluid.
Among the particular friction surfaces that need to be lubricated are those made of hard steel on hard steel, especially ball bearings and gears, those of hard steel on cast iron, especially the sliding friction between the surfaces of this like, those made of hard steel on bronze or bronze alloys, for example between the steel piston and the bronze cylinder of a Vickers pump, as well as the metal surfaces in contact with gaskets made of elastic materials, in particular steel or bronze on neoprene, Buna N, butyl rubber, silastic rubber and natural rubber. Hard steel can be chrome plated.
In accordance with this invention, it has been discovered that it is possible that hydraulic fluids remarkably satisfactory for hydraulic systems on board airplanes can be obtained by mixing a relatively small proportion of an alkyl methacrylate. resinous or suitable polymerized (polyalkyl methacrylate) with a higher proportion of a suitable monoalkyldiaryl phosphate;
and a method has been discovered which enables the transmission of power in parts of such hydraulic systems and their lubrication by means of such compositions?
Monoalkyl-diaryl phosphates suitable for the purposes of this invention include especially those in which both
<Desc / Clms Page number 8>
aryl groups may be the same or different), the alkyl group being a saturated alkyl radical having from 1 to 10 carbon atoms, preferably from 4 to 8 carbon atoms, and preferably branched or iso-alkyl, and better still again, with a branched chain containing at least two side links.
In addition, for some applications, especially at very low temperatures, preferred is a monoalkyl-diaryl phosphate which is either 1) a monoalkyl-diphenyl phosphate in which the alkyl radical is a saturated branched chain having from 1 to 8 carbon atoms, preferably with at least two side chains, in particular for the low viscosity at low temperatures, or 2) a monoalkyl-diaryl phosphate in which the alkyl radical is preferably branched chain having 1 to 10 carbon atoms, preferably with at least two side members in the chain, and in which the aryl radicals are phenyl, cresyl or xylyl, at least one of them being cresyl or xylyl, that is to say that at least one of the aryl radicals has at least one methyl substituent, and, preferably,
a monoalkyl-dia- ryl phosphate in which the aryl radicals are cresyl or xylyl, i.e. each of the aryl radicals has at least one methyl substituent, particularly to prevent crystallization at extremely low temperatures . In addition, for the latter group, the alkyl group is preferably 1 to 6 carbon atoms for lower viscosity at low temperatures.
Phosphates suitable for the purpose of this invention can be represented by the formula:
EMI8.1
<Desc / Clms Page number 9>
wherein R, can be phenyl, cresyl or xylyl; R2 can be phenyl, cresyl or xylyl, and R3 a saturated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 4 to 8 carbon atoms, and preferably branched or isoalkyl chain and, more preferably, wherein the branched chain has at least two branches or side chains. When R1 and R2 are both phenyl groups, it is preferable that R3 has from 1 to 8 carbon atoms for certain purposes, especially for use at extremely low temperatures, whether preferably branched chain and preferably having at least two side chains per main chain.
In general, for applications at extremely low temperatures, the monoalkyl group is preferably a branched chain, saturated, preferably with at least two side chains, with at least one of the two aryl groups having at least one methyl substituent, ie. that is, R1 or R2 and preferably both should be cresyl or xylyl. In addition, mixtures of these phosphates can be used, especially as indicated in particular below.
By way of example, such phosphates suitable for the purpose of the invention include the phosphates of: alkyl-diphenyl, alkyl-phenyl-cresyl, alkyl-dicresyl, alkyl-phenyl-xylyl, alkyl-dixyly-le, alkyl-cresyl -xylyl, in which the alkyl groups are represented as follows:
EMI9.1
C1 alkyl group:. methyl CH3- Group C2 alkyl: ethyl CH 3. CH2- C3 alkyl groups: normal propyl CH3.CHZ.CHZ-
<Desc / Clms Page number 10>
2.isopropyl (CH 3) 2. CH.- C4 alkyl groups:
1.normal butyl
EMI10.1
CH 3. (CH2) 2.CH2- 2.isobutyl (CH3) 2CH.CH2-
3. secondary butyl CH3. CH2.CCH3 4.tertiary butyl (CH3) 3.C- C5 alkyl groups: 1.normal amyl
EMI10.2
CH3.
(CH2) 3CH2- 2.isoamy le (CH3) zCH.CHZ.CHZ- 3. 2-methyl-butyl
EMI10.3
GH3.CHZ.CH.GH2- - CH3 4.2.2-dimethyl-propyl
CH3 CH3. C.CH2CH3 5.1-methyl-butyl CH: 3 (CH2) 2. CH- CH3 6.diethyl-methyl
H CH3. CH2.CCH2 CH3
7. 1,2-dimethyl-propyl
EMI10.4
CH. CH. CH-
3CH3CH3 8.tertiary amyl
CH3
CH3. CH2.C- CH
3 2CH3
<Desc / Clms Page number 11>
C6 alkyl groups: normal hexyl
EMI11.1
CH3. (CHZ) CH2- 2.1-methyl-amyl
EMI11.2
CH).
(CH2)) CH- CH3
EMI11.3
3.1-Ethyl-butyl CH (CH 2) 2 CH-
C2H5 4. 1,2,2-trimethyl-propyl (CH3) 3C.CH- 3 3 @ CH3
EMI11.4
5.33-dimethyl-butyl (CH3) 3C.CH2.CH2 6.1.1,2-trimethyl-propyl
CH3
EMI11.5
(CH3) z.CH.C-
32 CH
3 7. 2-methyl-amyl
EMI11.6
CH) e (CH2) 2.CH.CH2-
CH3 8,1-dimethyl-butyl
CH3
EMI11.7
CH3 (CH2) 28-
CH3 9.l-ethyl-2-methyl-propyl
CH3
EMI11.8
CH CH. VS..
3 C2H5 10. 1,3-dimethyl-butyl
EMI11.9
CH) .CH2 .CH2CH-
3CH3 2CH3 11.isohexyl
EMI11.10
(CH) '2CH. (CH2) 2CH2-12.3-methyl-amyl CH3.CH2.CH.CH2CH2- CH3
<Desc / Clms Page number 12>
13. 1,2-dimethyl-butyl
CH3
EMI12.1
CH 3. CH2. CH. CH ...
CH3 14. 1-methyl-1-ethyl-propyl
CH3
CH3CH2C-
EMI12.2
C2H5 15. 2-ethyl-butyl CH3CH2. CH. CH2-
CH2H5 C7 alkyl groups: 1.normal heptyl
CH3 (CH2) 5CH2- 2.1,1,2,2-tetramethyl-propyl
CH3CH3 CH3.C .CCH3CH3 3.12-dimethyl-1-ethyl-propyl CH3CH3 CH.CH.C- 3 C2H5 4.11,2-trimethyl-butyl
CH3 CH3
EMI12.3
CH .CH.CH .C-
CH3 5.1-isopropyl-2-methyl-propyl
CH3 CH.CH.CHCH (CH3) 2 6.l-methyl-2-ethyl-butyl
CH3
EMI12.4
CH 3 * CH 2 * CH.CH-
3 C2H5 7,1-diethyl-propyl
C2H5
CH3. CH2.C-
CH
3 C2H5
<Desc / Clms Page number 13>
8. 2-methyl-hexyl
EMI13.1
CH3 (CH2) 3CH.CH2-
CH3 9,1-dimethyl-amyl
CH3
EMI13.2
CH3 (CH2) 3C¯
CH3 10. 1-isopropyl-butyl
EMI13.3
CH). CH2.
CH2CH- CH (CH)) @CH (CH3) 2 11. 1-ethyl-3-methyl-butyl
CH3
EMI13.4
CH). CH. CH2. CH-
3 C2H5 12. 1,4-dimethyl-amyl
CH3
EMI13.5
CH3.CH.CH2.CH2.CH2
CH3 13: isoheptyl
EMI13.6
(CH3) 2CH (CH2) 3CH2- 14. 1-methyl-1-ethyl-butyl
CH3
EMI13.7
CH3.CH2.CH2.C- C2H5 15. 1-ethyl-2-methyl-butyl
CH3
EMI13.8
CH3.CH2.CH.CH-
C2H5 16.1-methyl-hexyl
EMI13.9
CH3 (CH2) CH¯
CH3 17.1-propyl-butyl
EMI13.10
CH3.CH2.CH2BH. 2.c3H7 37 C8 alkyl groups:
1.normal octyl
EMI13.11
CH3 (CHZ) 6CH2 2.1-methyl-heptyl
EMI13.12
CH) (CH2) 5CH- @
CH3
<Desc / Clms Page number 14>
3.11-Diethyl-2-methyl-propyl CH3C2H5 CH3.
CH.CC2H5
EMI14.1
4.11,3,3-tetraaethyl-butyl CH3 CH3
EMI14.2
CH .C.CH .C-
CH3 CH3 5.11-diethyl-butyl
C2H5
EMI14.3
CH) .CH2.CH2.C-
C2H5 6.11-dimethyl-hexyl
CH3
EMI14.4
CH) (CH2) 4C- CH 3 7. 1-methyl-1-ethyl-amyl
CH3 CH3 (CH2) 3CC2H5 8. 1-methyl-1-propyl-butyl
CH3
EMI14.5
CH) .CH2.CH2.C-
C3H7 9.2-ethyl-hexyl
EMI14.6
CH3 (CH 2) 3CH.CH 2-
C2H5 10. 6-methyl-heptyl (isooctyl)
EMI14.7
CH3.CH (CH2) CHZ-
CH3
C9 alkyl groups: 1.normal nonyl
EMI14.8
CH3 (CH2) CH- 2.1-methyl-octyl
EMI14.9
CH3 (CH2) 6CH-
CH3 3.1-ethyl-heptyl
EMI14.10
CH3 (CH2) 5CH- @
C2H5
<Desc / Clms Page number 15>
4.11-dimethyl-heptyl
CH3
EMI15.1
CH3 (CH2) 5CCH3 5.1-ethyl 1-propyl-butyl
C3H7 CH3.
CH2.CC3H7 6.1, 1-diethyl-3-methyl-butyl
CH3 C2H5
EMI15.2
CH .CH.CH .C- 3 @ C2H5 7.di-isobutyl-methyl
EMI15.3
(CH3) zCH.CHI z CH-. 3,5,5-trimethyl-hexyl (CH3) 3C.CHCH.CH2.CHZ-
CH3 9.3,5-dimethyl-heptyl
CH3
EMI15.4
CH3.CH2.CH.CH2CH.CH.CH2
CH3 C10 alkyl groups: 1.normal decyl
EMI15.5
CH) (CH2) gCH2- 2.1-propyl-heptyl
EMI15.6
CH) (CH2) 5CH-
C3H7 3.11-diethyl-hexyl
C2H5
EMI15.7
CH3 (CH2) C-
C2H5 4.11-dipropyl-butyl
C3H7
EMI15.8
CH) (CH2) 2C- c3H7 5. 2-isopropyl-5-methyl-hexyl
CH3
EMI15.9
CH3.CH (CH2) 2CH.CH - CH CH (CH3) 2
<Desc / Clms Page number 16>
As used herein, the term "cresyl" denotes the tolyl or methyl-phenyl radical and the term "xylyl" denotes the dimethylphenyl radical.
The cresyl radicals can be ortho, meta or para radicals or mixtures thereof, but they are usually mixtures of meta and para to avoid the toxic effect of the ortho isomer. Any isomer of xyly-1 radicals or mixtures thereof can be employed.
Polyalkyl methacrylates suitable for the purpose of this invention are generally those which result from the polymerization of alkyl methacrylates in which the alkyl groups can have from 4 to 12 carbon atoms. Alkyl groups can be mixtures such as those derived from a mixture of alcohols and in this case there may be some alkyl groups of up to two carbon atoms as a minimum and up to about 18 carbon atoms as a minimum. maximum. The number of carbon atoms in the alkyl group should be such that the polymer is compatible with the particular phosphate used. Usually, it will be found that the lower the alkyl group of the phosphate, the lower the alkyl group of the methacrylate. It will usually be advantageous for the alkyl group of the methacrylate monomer to be from about 8 to 10 carbon atoms.
The alkyl group can be a branched chain or isoalkyl. The molecular size of the polymerized alkyl methacrylate should be sufficient to increase the viscosity of the monoalkyldiaryl phosphate to which it is added, and small enough to be compatible with it. In general, the average molecular weight will be between the limits of about 8,000 to 12,000. The polyalkyl methacrylate should be such and in sufficient proportion for the viscosity to be increased at high temperatures (such as 210 F., for example) and for the viscosity index to be preferably increased to at least 100 and more preferably more than 150.
<Desc / Clms Page number 17>
In preparing the compositions of this invention, the alkyl polymer methacrylate can be added to the phosphate or the phosphate mixture, or the monomer can be polymerized in situ in the phosphate or the phosphate mixture by adding thereto. ester of unpolymerized alkyl methacrylate and then polymerizing the monomer to the desired degree.
Polyalkyl methacrylates suitable for the purposes of this invention are made, sold and are available from the Rohm and Haas Company, Philadelphia, Pensylvania, under their trademark ACRYLOID and under the specific names, for example, of Acryloid HF-845, Acryloid HF-855, Acryloid HF-860. In these designations, the last two digits ie "45", "55" and "60" indicate the viscosity in "centistokes" of the polyalkyl methacrylate contained in the commercial product, viscosity measured in a solution. at 30% by weight in toluene at 100 F. or other standard base having a viscosity of 3.5 "centistokes" at 100 F. In general,
these polymers have a molecular weight within the range of about 5,000 to 18,000. Usually the alkyl radicals of these polymerized alkyl methacrylates are C8 but they can be C8 - C10.
Usually, a smaller proportion and, in particular, 0.8 to 10 percent by volume of the polyalkyl methacrylate (excluding any solvents) will be considered satisfactory, and this will preferably be a proportion in the limits are 1 to 5 percent. This percentage of polyalkyl methacrylate is based on the sum of the phosphate and the polymer being taken to be 100 percent.
The invention is illustrated in more detail by the following examples: Example 1. A polyoctyl methacrylate having an average molecular weight of approximately 10,000 and which may vary from 5,000 to 18,000 approximately, in a solution of toluene, obtained. of the Rohm and Haas Company under its brand ACRYLOID HF-845, was stripped of the
<Desc / Clms Page number 18>
toluene solvent. Two percent of the obtained substantially pure polyoctyl methacrylate was mixed with and dissolved in 98 percent by volume of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate, obtained from Monsanto Chemical Company, under its trademark Santicizer 141. Santicizer 141 is described in Technical Bulle- tin OD-III of the Development Department, Organic Chemicals Division, Monsanto Chemical Company, St. Louis, Missouri.
Polyoctyl methacrylate, minus the toluene solvent, was an excessively compact material, almost a solid, and dissolved in octyl-diphenyl phosphate in about two days, with intermittent stirring at 100 C. The results of the tests on the liquid obtained are given in Table I below.
Example 2. A polyoctyl methacrylate having an average molecular weight of about 10,000 and varying from about 5,000 to 18,000, dissolved in 45 volume percent of a light petroleum oil having its flash point. at 200 F., obtained from the Rohm and Haas Company, under its trademark Acryloid HF-855, in a proportion of 5 percent by volume, was mixed with and dissolved in 95 percent by volume of 2-ethylhexyl phosphate -diphenyl (Santicizer 141). In this case, the light petroleum acted as a mutual solvent for the poly-octyl methacrylate and the octyl-diphenyl phosphate, and facilitated the manufacture of the desired liquid solution.
Since only a small proportion (5 / percent) of the commercial Acryloid HF-855 was added to the octyl-diphenyl phosphate, the proportion of light petroleum oil was not high enough to give the product. final liquid product of any undesirable properties.
Table I below shows the result of tests carried out on the liquid product obtained.
<Desc / Clms Page number 19>
EMI19.1
T-A-B-L-E-A-U - Ie
EMI19.2
<tb> Phosphate <SEP> of <SEP> Fluid <SEP> of <SEP> Fluid <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2-ethyl-he- <SEP> example <SEP> example
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> xyl-dipheny- <SEP> 1.2.
<tb>
<tb>
<tb> the
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Specific <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 60/60 <SEP> 1.09 <SEP> 1.03 <SEP> 1.076
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> frozen
<tb>
<tb>
<tb> tion <SEP> Inf. to <SEP> -60 F <SEP> -60 F. <SEP> -60 F.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Index <SEP> of <SEP> neutra-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> lisation <SEP> (mg <SEP> KOH /
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gram) <SEP> 0.16
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> (centistokes)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -30 F <SEP> 2.167 <SEP> 2.440 <SEP> 2.290
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 10.1 <SEP> 13.4 <SEP> 14, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 210 <SEP> 2.46 <SEP> 3.37 <SEP> 3.71
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> index <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (A.S'.T.M.) <SEP> 65 <SEP> 143 <SEP> 163
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Flammability:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Auto <SEP> temperature
<tb>
EMI19.3
ignition 1.060 1.050 (A.S.T.M. 2 $ 6-30) 1.050 F.
EMI19.4
<tb> Test <SEP> by <SEP> projection <SEP> None <SEP> intensive <SEP> Decrease
<tb> sification <SEP> of <SEP> of <SEP> fire
<tb> fire.
<tb>
<tb>
Ignition test <SEP> <SEP> to <SEP> Ignited <SEP> Ignited <SEP> with.
<tb> high <SEP> temperature <SEP> with <SEP> a lot <SEP> a lot <SEP> of
<tb> of <SEP> difficulty.difficulty.
<tb>
<tb>
Multiple <SEP> test
<tb> Combustion <SEP> on <SEP> tube <SEP> None <SEP> None
<tb> "<SEP> at <SEP> bottom <SEP> of <SEP> the screen <SEP> Do <SEP> burn <SEP> not <SEP> Do <SEP> burn <SEP> not
<tb>
The "flammability" tests were carried out in accordance with the following standards: F-3-b spray flammability test, F-3-c high temperature flammability test, and multiple F-3 flammability tests -d set forth on pages 4 and 5 of the Proposed Specification for Non-flammable Type Hydraulic Fluid, July 21, 1947, of the Aircraft Industries Association of America, Inc., currently SAE Specification AMS 3150, published May 1, 1948.
The fluids which are the subject of this invention satisfactorily meet all of the non-flammability conditions of the specification of the Aircraft Industries Association of America, Inc.
<Desc / Clms Page number 20>
Since certain parts of the hydraulic systems used in airplanes, such as the seals and the diaphragm of the accumulator, are made of rubber or any synthetic elastic material, the swelling effect of the hydraulic fluid used on said rubber or other matter, elasticity is important. Most hydraulic fluids of the non-flammable type proposed swell all of these elastic materials by about 20 percent and more, which is too large to be satisfactory. It was found that the fluid of Example 2, however, only swelled butyl rubber, one of the synthetic elastic materials of which the seals and diaphragm can be made, by 4.7 percent.
Therefore, with the fluid object of this invention, it is possible to select a suitable elastic material, which will not exaggerately swell when used with the hydraulic fluid.
To more fully illustrate the utility of this invention and the surprising results obtained with the compositions of this invention, the fluid of Example 2 was subjected to severe test conditions in a specially constructed hydraulic system. to be practically identical to the hydraulic control system of an airplane, with the exception only of the servo-organs and the length of the hydraulic lines, these tests being carried out under extreme conditions of temperature and pressure and under high pumping rate, as is the case under take-off conditions, requiring high hydraulic system power and high operating temperature, of 160 F. This test system includes all functional parts as used in an airplane,
under extreme practical operating conditions. This system is shown in sketch 4 of the AIA Proposed Specification for Non-Flammable Type hydraulic Fluid, July 21, 1947, referred to above.
Ten gallons of the fluid from Example 2 were placed in
<Desc / Clms Page number 21>
The system tank and system was subjected to stable operating conditions, a relief pressure of 3,000 pounds per square inch and an operating temperature of 160 F. This fluid exhibited excellent stability and stability. served for the extraordinary 450 hours (bie above 25,000 system revolutions and equivalent to approximately 4,500 flight hours). No difficulty arose during this extremely long period of operation and the test was discontinued, not because of any failure but simply because the excellence of the fluid was amply demonstrated.
During this test, the following readings were taken with the results shown in Table II below: T A B L E A U II
EMI21.1
<tb> Hours <SEP> of <SEP> Index <SEP> of <SEP> Viscosity <SEP> at <SEP> 100 F
<tb> Operation <SEP> Neutralization <SEP> in <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0.16 <SEP> 14.4
<tb> 5 <SEP> 0.17 <SEP> 13.2
<tb> 7 <SEP> 0.16 <SEP> 12.8
<tb> 16 <SEP> 0.17 <SEP> 12.7
<tb> 25 <SEP> 0.15 <SEP> 12.5
<tb> 42 <SEP> 0.16 <SEP> 12.4
<tb> 58 <SEP> 0.19 <SEP> 12.3
<tb> 74 <SEP> 0.15 <SEP> 12.3
<tb> 90 <SEP> 0.17 <SEP> 12.2
<tb> 140 <SEP> 0.15 <SEP> 12.0
<tb> 164 <SEP> 0.18 <SEP> 12.1
<tb> 243 <SEP> 0.15 <SEP> 11.9
<tb> 323 <SEP> 0.22 <SEP> Il, 8
<tb> 398 <SEP> 0.27 <SEP> 11.9
<tb> 450 <SEP> End <SEP> of test <SEP> 0.35 <SEP> 11,
7
<tb>
The composition which is the subject of the invention has an extremely low coefficient of friction and a high resistance in the film state, so that its lubricity is extremely high, which makes it eminently suitable for lubricating the moving parts of hydraulic systems. intended for rigorous service. While a Vickers pump is usually useless after 200 hours of operation, with ordinary hydraulic fluids, in this system no measurable wear is seen after 200 hours of operation. help
<Desc / Clms Page number 22>
of the fluid of Example 2. Furthermore, after the test was stopped after 450 hours, the Vickers pump appeared to be in excellent condition.
The extremely low wear value of the Vickers pump components is highlighted by the following table: T A B L E A U III
EMI22.1
<tb> Parts <SEP> of <SEP> the <SEP> pump <SEP> Vickers <SEP> Weight <SEP> in <SEP> grams
<tb> Number <SEP> Designation <SEP> Before <SEP> test <SEP> After <SEP> 450 <SEP> hours
<tb>
<tb> 83.279 <SEP> Plate <SEP> of <SEP> valve <SEP> 352.5 <SEP> 551.8
<tb> 83.278 <SEP> Block <SEP> cylinder <SEP>. <SEP> 184,429 <SEP> 184,220
<tb> 79. <SEP> 063 <SEP> Ball joint <SEP> of <SEP> stop <SEP> 5,705 <SEP> 5,703
<tb> 59.561 <SEP> Small <SEP> ball joint <SEP> of <SEP> stop <SEP> 2,670 <SEP> 2,630
<tb>
Example 3.
95% by vol. 6-methyl-heptyl-diphenyl phosphate
EMI22.2
<tb> 5% <SEP> in <SEP> vol. <SEP> Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> inf. <SEP> to <SEP> -90 F.
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> at <SEP> 210 F. <SEP> 3.8 <SEP> centistokes
<tb> 100 <SEP> 15.2 <SEP> "
<tb> -30 <SEP> 2.100 <SEP> "<SEP>
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> neutralization <SEP> 0.28
<tb>
EMI22.3
Auto-ignition temperature (ASTHI) 1.050 F.
Although the fluids of Examples 1, 2 and 3 above behave remarkably, especially as hydraulic fluids in aviation, their use at extremely low temperatures, especially in hydraulic systems in which the pump is not operating or in which the fluid remains static or at rest for certain periods of time at extremely low temperatures, may nevertheless be somewhat restricted by a tendency to solidify or crystallize in vessels of certain definite shapes due, it seems , supercooling.
This phenomenon was manifested in particular with regard to the fluid of Example 2, when an accumulator similar to that of the hydraulic test device mentioned above, and containing the fluid, was subjected to the temperature of -30 F. for three days, the fluid remaining there immobile and subjected to a pressure of about 50 free per pou-
<Desc / Clms Page number 23>
this square.
However, it was subsequently found that compositions according to the invention can be produced which are not only highly satisfactory as hydraulic fluids in aviation, as is the case with the fluids of Examples 1. , 2 and 3 above, but which, moreover, do not crystallize at extremely low temperatures or exhibit this phenomenon at much lower temperatures. Another significant feature of the invention is that it can be achieved by the use of particular monoalkyl-diaryl phosphate mixtures selected from the group described in the foregoing disclosure.
The mixtures of monoalkyl-diaryl phosphates referred to above can be obtained by mixing two or more particular monoalkyl-dia- ryl phosphates, such as, for example, a mixture of isooctyl-diphenyl phosphate and a phosphate d. isohexyl-diphenyl or two isomeric octyl-diphenyl phosphates. Such a mixture of monoalkyl-diaryl phosphates can also be obtained by producing the monoalkyl-diaryl phosphate with a mixture of alcohols, in particular a mixture of alkyl alcohols, to provide the compounds. alkyl groups, resulting in a mixture of monoalkyl-diphenyl phosphates, for example, with differing alkyl groups.
Such mixtures from alcohols can be derived, for example, from compounds which are themselves derived from petroleum, such as, for example, from an olefin fraction obtained from petroleum converted into a mixture of alcohols by reaction with. carbon monoxide and hydrogen, according to the Oxo process (See, for example, "Alcohols above C3 Produced from
Olefins, CO and Hydrogen ", Chemical Industries, February 1947, pp. 232-233). Such a hydrocarbon fraction of olefins may contain, for example, a range of olefins from
<Desc / Clms Page number 24>
C3 to C7, which when converted to alcohols by the Oxo process results in a mixture of C4 to C8 alcohols, comprising isomeric forms of the same number of carbon atoms.
Such an olefin fraction can also be, for example, essentially isomers of C7 olefins which, when converted to alcohols by the Oxo process, results in a mixture of isomers of C8 alcohols. . When such alcohol mixtures are used to produce alkyl diphenyl phosphate, for example, a corresponding mixture of C8 alkyl diphenyl phosphates is obtained. Any similar mixture of alkyl groups can be used, and in particular comprising a mixture of C, C and C6, C6, C6 and C7, C7, C7 and C8, C8, C8 and C9 or more extended series.
The following examples illustrate such mixtures produced in accordance with the invention: Example 4.
EMI24.1
95% by volume of mixture of 50o by volume of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 50 by volume of 6-methyl-heptyl-diphenyl phosphate 5% by volume of ACRYLOID HF- $ 55 Viscosity at 210 F ... .................. 3.85 centistokes
100 ..................... 15.0 centistoikes -30 ..................... 2.256 centist & kes
EMI24.2
<tb> Viscosity <SEP> <SEP> index <SEP> 165
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> -70 F.
<tb>
<tb>
Specific <SEP> weight <SEP> (60/60) <SEP> 1.079
<tb>
<tb> Auto-ignition temperature <SEP> <SEP> (ASTM) <SEP> 1.050 F.
<tb>
Crystallization while keeping at low temperature No crystallization at -40 F.
The phenomenon of crystallization observed for the fluid. of Example 2 above, using 2-ethylhexyl-diphenyl phosphate, was also observed for
Substantially pure 6-methyl-heptyl (isooctyl) diphenyl when
<Desc / Clms Page number 25>
was used without the addition of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate but when mixed as in Example 4 it was surprisingly noted that no similar crystallization occurred at -40 F.
Further examples will be found below, giving different proportions for the two alkyl diphenyl phosphates: Example 5:
EMI25.1
95% by volume of mixture 70 by volume of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 30% by volume of 6-methyl-heptyl-dipheryl phosphate 5% by volume of Acryloid HF-855 Freezing point less than - 60 F.
Example 6:
EMI25.2
95% by volume mixture of 30 by volume 2-ethylheptyl-diphenyl phosphate) 70% by volume 6-methyl-heptyl-diphenyl phosphate 5% by volume Acryloid HF-855 Freezing point below -60 F.
The following are examples of the use of a mixture of alkyl-diphenyl phosphates, the alkyl groups of which are derived from a mixture of alcohols obtained from a converted olefin fraction. into alcohols by the Oxo process.
Example 7: 95% by volume of mixed Cg-alkyl-diphenyl phosphate 5% by volume of Acryloid HF-855.
Freezing point . -70 F.
This composition showed no tendency to crystallize, as did the fluid of Example 2 at temperatures as low as -40 F.
<Desc / Clms Page number 26>
The mixed C8 alkyl of this alkyl diphenyl phosphate was derived from a mixture of alcohols obtained from an olefin fraction obtained from petroleum, predominantly C7 but containing C6 and C8, which were converted to the corresponding alcohols by the Oxo process to produce a mixture of alcohols predominantly Cg but containing C7 and C9.
The particular alkyl groups of this mixture of alkyl-diphenyl phosphates were about 55-65% isooctyl (6-methyl-heptyl) and about 5-10% C9 alkyl groups, the remainder predominantly. of other C8 isomers and a small amount of C8 isomers
EMI26.1
c7 "This mixed C8-alkyl-diphenyl phosphate had the following properties:
EMI26.2
<tb> Viscosity <SEP> at <SEP> 210 F. <SEP> 2.69 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 11.2 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 0 <SEP> 337 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> -40 <SEP> 7.988 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Freezing <SEP> point <SEP> <SEP> lower <SEP> than <SEP> -65 F.
<tb>
The fluid of this example, besides being highly satisfactory as a hydraulic fluid for airplanes, has the property of not crystallizing at extremely low temperatures, due to the mixture of phosphates.
Example 8:
EMI26.3
95% by volume of mixture of 50% of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 50 of Cg-alkyl-di-phenyl phosphate mixed
EMI26.4
<tb> 5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> at <SEP> 210 F. <SEP> 3.98 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 15.7 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> -30 <SEP> 2.668 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> neutralization <SEP> 0.25
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> -70 F.
<tb>
<Desc / Clms Page number 27>
EMI27.1
<tb>
Specific <SEP> weight <SEP> (60/60) <SEP> 1,000
<tb>
<tb> Auto-ignition temperature <SEP> <SEP> (ASTM) <SEP> 1.040 F.
<tb>
This fluid showed no tendency to crystallize at -40 F.
The mixed C8-alkyl-diphenyl phosphate was the same as used in Example 7 above.
The fluid was used as a hydraulic fluid and lubricant for the control mechanism of the supercharger of a DC-6 aircraft's tine for more than 650 flight hours. One such cabin supercharger system is described in the "Douglas Service", February 1948, published by the Douglas Aircraft Company, Inc., Santa Monica, California. Ordinary fluids used in such a system require renewal at a maximum of about 200 flight hours and are of a much higher viscosity, with the inherent difficulties of operating at low temperatures. which are avoided by the fluids of this invention.
Example 9: 95% by volume of mixed isomer nonyl-diphenyl phosphate 5% by volume of Acryloid HF-855.
The resulting mixture was tested and found to have the following properties:
EMI27.2
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> -50 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.65 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 19.3 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> 30 <SEP> 5. <SEP> 100 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 174
<tb>
Auto-ignition temperature 1.040 F.
This fluid showed no tendency to crystallize at temperatures as low as -50 F.
<Desc / Clms Page number 28>
The mixed isomeric nonyl-diphenyl phosphate was a mixture of alkyl-diphenyl phosphates of which the alkyl groups were 90% 3,5,5-trimethyl-hexyl and 10% 3,5-dim-methyl. -heptyle.
Examples of other similar mixtures are given below: Example 10:
EMI28.1
95% by volume of mixture of 70 by volume of 2-ethylhexyl-diphenyl phosphate 30 by volume of mixed isomer nonl-diphenyl phosphate
EMI28.2
<tb> 5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-Ô55
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> lower <SEP> to <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.06 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 16.1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 177
<tb>
The fluid from this example did not crystallize at -30 F., as the fluid from Example 2 did, but did crystallize at -40 F. under analogous conditions, indicating that the temperature at which such crystallization occurs, had been lowered.
Example 11:
EMI28.3
95% by volume mixture of / 50% by volume 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 50% by volume isomeric non-nyl-diphenyl phosphate mixed.
EMI28.4
<tb>
5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> lower <SEP> than <SEP> -60 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.16 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 16.7 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> <SEP> index <SEP> 175
<tb>
<Desc / Clms Page number 29>
Example 12:
EMI29.1
95% by volume of mixture of 30% by volume of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 70d / o by volume of mixed isomer nonyl-diphenyl phosphate.
EMI29.2
<tb>
5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-Ô55
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> lower <SEP> to <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.46 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 18.1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 178
<tb>
The mixed isomeric nonyl-diphenyl phosphate of Examples 10,11 and 12 was the same as that used in Example 7.
In general, for a sufficiently low viscosity at low temperatures, such as -30 F. and -40 F., it has been found that the alkyl group, especially monoalkyl-diphenyl phosphates, should not have more than 8 carbon atoms and preferably less than 6 carbon atoms.
Still other fluids obtained according to this invention and which do not crystallize at extremely low temperatures, as indicated above, are those obtained from monoalkyl-diaryl phosphate in which at least one of the aryl radicals has at least a methyl substituent, and preferably those in which each of the two aryl groups has at least one methyl substituent, or mixtures thereof with other monoalkyl diaryl phosphates. These fluids are described by the following examples: Example 13: 95% by volume phosphate of 2 (ethyl-hexyl-dicresyl 5% by volume Acryloid HF-855.
The resulting mixture was tested and found to have the following properties:
<Desc / Clms Page number 30>
EMI30.1
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing- <SEP> 55 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.89 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 25.1 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 133
<tb>
Auto-ignition temperature 1.040 F.
The fluid in this mixture showed no tendency to crystallize at temperatures as low as -50 F.
Example 14:
EMI30.2
95% by volume of mixture of 70 by volume 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 30 by volume α-ethyl-hexyl-dicresyl phosphate
EMI30.3
<tb> 5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-855.
<tb>
<tb>
Freezing <SEP> point <SEP>- <SEP> 55 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.26 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 18.0 <SEP> centistokes
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 166
<tb>
The fluid in this example did not crystallize at -30 F., as the fluid in example 2 did, but crystallized at -40 F., indicating that the temperature at which crystallization was occurring had been significantly lowered. .
Example 15:
EMI30.4
95% by volume mixture of / 50% by volume 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate) 50% by volume 2-ethyl-hexyl-dicresyl phosphate
EMI30.5
<tb> 5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> of Acryloid <SEP> HF-855.
<tb>
<tb>
Freezing <SEP> point <SEP> <SEP> -55 F <SEP>. <SEP>
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.45 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 19.8 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> <SEP> index <SEP> 156
<tb>
<Desc / Clms Page number 31>
Example 16:
EMI31.1
95% by volume of mixture of 30 by volume of 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate 70% by volume of 2-ethyl-hexyl-dicresyl phosphate
EMI31.2
<tb> 5% <SEP> in <SEP> volume <SEP> \ <SEP> of Acryloid <SEP> HF-855
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing <SEP> -55 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 4.49 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> 100 <SEP> 21.0 <SEP> centistokes
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 145
<tb>
The fluids of Examples 11 and 12 above were improved with respect to the temperature at which crystallization occurred as observed for Example 2 and, by the use of nonyl-diphenyl phosphate. mixed isomer, more than 30%, or octyl-dicresyl phosphate as in Examples 9,11,12,15 and 16, the crystallization phenomenon -as observed for the fluid of Example 2 , did not appear.
The 2-ethyl-hexyl-dicresyl phosphate used in the above examples is obtained from a mixture of ortho, meta and paracresol from which orthocresol is practically removed so that the cresyl radicals of the phosphate are a mixture almost predominantly meta and paracresyl radicals. The proportion of meta and para-isomers is approximately the same, with some predominance of the meta-isomer. The particular 2-ethyl-hexyl-dicresyl phosphate used was obtained from Monsanto Chemical Company, St. Louis, Missouri, under their trademark Santicizer 142. Santicizer 142 is described in Technical Bulletin C-D-111 of the Development Department, Organic.
Chemicals Division, Monsanto Chemical Company, St. Louis, Missouri.
The properties of this octyl-dicresyl phosphate are given in Table IV below. Table IV also gives the properties of the mixed isomeric nonyl-diphenyl phosphate used in the above examples.
<Desc / Clms Page number 32>
T A B L E A U IV
EMI32.1
<tb> Phosphate <SEP> of <SEP> 2-ethyl- <SEP> Phosphate <SEP> of <SEP> nonyl
<tb> hexyl-dicresyl <SEP> diphenyl <SEP> isomer
<tb> (Santicizer <SEP> 142) <SEP> mixed
<tb>
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing- <SEP> 50 F. <SEP> - <SEP> 60 F.
<tb>
<tb>
Viscosity (centistokes)
<tb>
EMI32.2
2100F. 3, l2 2988
EMI32.3
<tb> 100 <SEP> 16.8 <SEP> 12.3
<tb>
<tb> -30 <SEP> 9.789 <SEP> 4. <SEP> 107
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> index <SEP> <SEP> 18 <SEP> 86
<tb>
<tb> Self-ignition <SEP> 1.060 F. <SEP> 1.020 F.
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> neutralization <SEP> 0.04 <SEP> 0.03
<tb>
The following is an example of a composition of this invention analogous to the composition of Example 8 above but in which the alkyl polymer methacrylate was polymerized in part of the mixture of phosphates. Alkyl diphenyl used to make the composition.
Example 17:
EMI32.4
97% by volume of mixture of 50 2-ethyl-hexyl-diphenyl phosphate) 50% of Cg-alkyl-diphenyl phosphate mixed 3% by volume of Acryloid G-5573X
This composition has the following properties:
EMI32.5
<tb> Point <SEP> of <SEP> freezing- <SEP> 70 F.
<tb>
<tb>
Viscosity <SEP> to <SEP> 210 F. <SEP> 3.54 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 14.9 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 416 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> -40 <SEP> .939 <SEP> centistokes
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> index of <SEP> viscosity <SEP> 140
<tb>
No cloud at - 70 F.
No crystallization at - 40 F.
The mixed Cgalkyl-diphenyl phosphate was the same
<Desc / Clms Page number 33>
than that used in Examples 7 and 8 above.
Acryloid G-5573X was polymerized in 55% of the phosphate mixture used in this example to an average molecular weight of about 10,000. It contained 45% of polymers in solution in the mixture of phosphates.
These compositions according to the invention have been found to be surprisingly satisfactory for transmitting power in parts of an aircraft hydraulic system having a Vickers axial piston pump as a power source, and for lubricating said parts. In addition, these compositions also have a high degree of non-flammability or fire resistance, which makes them eminently suitable as hydraulic fluids for aircraft. These compositions have been found to be particularly suitable as lubricants for the friction surfaces of the hydraulic system. These include in particular the surfaces to be lubricated metal to metal and metal to elastic material, as has been said above. This lubrication is carried out maintaining a film of the composition between the friction surfaces.
It is particularly surprising that the two functions, on the one hand, of power transmission and, on the other hand, of lubrication, can be provided so satisfactorily by the compositions according to this invention while at the same time such compositions are eminently satisfactory in other fields of aviation use.
The foregoing disclosure describes preferred aspects of the invention and illustrates it by way of specific examples, but changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention disclosed herein.