DE1006998B

DE1006998B - Hydraulische Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1006998B
Application number: DEN12213A
Authority: DE
Inventors: Charles Edwin Francis; Norman Bulman
Original assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Current assignee: Bataafsche Petroleum Maatschappij NV
Priority date: 1955-05-09
Filing date: 1956-05-07
Publication date: 1957-04-25
Also published as: BE547631A; NL102663C; CH346638A; FR1150901A; GB793141A

Description

DEUTSCHES

Zur Verwendung in hydraulischen Vorrichtungen geeignete Flüssigkeiten müssen unbrennbar oder schlecht brennbar, nicht korrodierend, hitzebeständig und oxydationsbeständig sein. Gemische dieser Art sollen auch keine schädlichen Wirkungen auf Dichtungen und andere nicht metallische Teile der Anlage, in welchen sie verwendet werden, ausüben. Sie dürfen auch nicht gesundheitsschädlich sein. Bekannte hydraulische Flüssigkeiten, wie Mineralöle oder organische Flüssigkeiten, wie Ricinusöl, Carbonsäureester, organische Phosphate, Glykole und ihre Derivate, Siliconpolymere, chlorierte oder fluorierte organische Stoffe, sowie wäßrige Lösungen lassen eine oder mehrere der erwünschten Eigenschaften, welche solche Flüssigkeiten aufweisen sollen, vermissen. So sind Mineralöle leicht brennbar, Ricinusöl verursacht Schlamm- und Harzbildung, Ester von Carbonsäuren verursachen Quellung von Kautschuk, die organischen Phosphate und die Glykole sind korrodierend, die halogenhaltigen Stoffe neigen zur Hydrolyse, und SiIiconverbindungen haben geringe Schlüpfrigkeit und sind gesundheitsschädlich. Bekannte wäßrige hydrauliche Flüssigkeiten sind zwar nicht brennbar; sie sind aber korrodierend und verursachen Abnutzung in der Apparatur.

Erfindungsgemäß wird als hydraulische Flüssigkeit eine Wasser-in-Öl-Emulsion verwendet, die kleine Mengen eines öllöslichen Sulfonates eines mehrwertigen Metalls sowie einen mindestens teilweise öllöslichen Teilester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure enthält.

Diese Wasser-in-Öl-Emulsion ist bei Verwendung als hydraulische Flüssigkeit gegen Feuer widerstandsfähig, besitzt gute Schmiereigenschaften (selbst wenn sie ungünstigen Bedingungen bezüglich Temperatur, Belastung und Geschwindigkeit, wie sie in verschiedenen hydraulischen Anlagen auftreten, unterworfen werden), ist stabil, unbrennbar und beständig gegen Zersetzung, verhindert Korrosionen und verursacht keine Abnutzung.

Es ist wichtig, daß die Emulsion einen wesentlichen Anteil Wasser enthält, um sie unbrennbar zu machen. Andererseits muß das Wasser in dem öl dispergiert sein, so daß das öl die kontinuierliche Phase darstellt, welche mit den Metallteilen der Einrichtung in Berührung kommt, um Schmierung herbeizuführen und Schutz gegen Korrosion zu geben. Das öllösliche Sulfonat eines mehrwertigen Metalls dient als Dispergiermittel für das Wasser in dem öl, während es gleichzeitig auch als Antikorrosionsmittel wirkt. Der Teilester (in Kombination mit dem Sulfonat) sichert die erforderliche Emulsionsstabilität und das Fließvermögen, während er gleichzeitig auch einen guten Schutz gegen Korrosion und Abnutzung Hydraulische Flüssigkeit

Anmelder:

N. V. De Bataafsche Petroleum
Maatschappij, Den Haag

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans, Patentanwalt,
München 38, Romanplatz 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Mai 1955

Charles Edwin Francis und Norman Bulman,

Emeryville, Calif. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

sowohl in der öl- als auch in der Wasserphase schafft.

Die wäßrige Phase der Wasser-in-Öl-Emulsion beträgt im allgemeinen 20 bis 45% und vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent der Emulsion. Die ölphase, welche den Rest der Grundkomponenten der Emulsion ausmacht, schwankt von 55 bis 80% und vorzugsweise von 60 bis 70 Gewichtsprozent der Emulsion. Das öl kann vollständig aus einem Kohlenwasserstofföl mit einem weiten Viskositätsbereich bestehen, z. B. mit einer Viskosität von weniger als 50 Saybolt-Sekunden-Universal bei 100° F (37,8°) bis 150 Saybolt-Sekunden-Universal bei 210° F (98,9°).

öle dieser Art können aus verschiedenen Rohölen erhalten werden, wie paraffinischen, naphthene sehen oder gemischten Rohölen. Bevorzugt werden raffinierte öle mit dem Viskositätsbereich des Schmieröls. Andererseits kann das Kohlenwasserstofföl vermischt werden mit fetten Ölen, wie Ricinusöl oder Specköl, und bzw. oder mit synthetischen Schmiermitteln, wie polymerisierten Olefinen, Estern organischer oder anorganischer Säuren (z. B. Di-2-äthylhexylsebazat, Dioctylphthalat, Trioctylphosphat), polymeren! Tetrahydrofuran, Polyalkylsiliconpolymeren (ζ. Β. Dimethylsiliconpolymerisat). Wenn Gemische oder Verschnitte verwendet werden, liegt das Kohlenwasserstofföl, ζ. Β. ein mineralisches Schmieröl, vorzugsweise in überwiegender Menge von z. B. 60 bis 95 Gewichtsprozent des verschnittenen Öls, vor. Ein direktdestilliertes mineralisches Schmieröl mit einem Viskositätsindex von mindestens 50 und einer Viskosität zwischen 75 und 200 Saybolt-Sekunden-Universal bei 100° (37,8°) wird im allgemeinen bevorzugt.

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Das öllösliche Sulfonat eines mehrwertigen Metalls kann ein neutrales oder ein basisches Salz einer SuI-fonsäure oder einer Mischung solcher Säuren sein, welche aus irgendeinem geeigneten Material, z. B. mineralischen Schmierölfraktionen, alkylsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffen und alkylsubstituierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, die polare Substituenten enthalten, stammen und nach irgendeiner der bekannten Arbeitsweisen hergestellt worden sein können.

Bevorzugt eingesetzt werden Sulfonate mehrwertiger, insbesondere zwei- oder dreiwertiger Metalle, wie die Sulfonate der Metalle der Gruppe II des Periodischen Systems mit einer Ordnungszahl von 12

mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen, wobei gesättigte und ungesättigte Fettsäuren mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen eingeschlossen sind, wie Laurin-, Stearin-, Öl- und Linolsäure, sowie aliphatische Polycarbon-5 säuren, wie. Alkenylbernsteinsäure, Alkyladipinsäure u. dgl. Die cycloaliphatischen Carbonsäuren umfassen z. B. Naphthensäuren, Cyclohexancarbonsäure, Abietinsäure u. dgl. Die aromatischen Säuren umfassen z. B. die substituierten aromatischen Carbonsäuren, ίο wie Benzoesäure, Salicylsäure, Phthalsäure, Anthranilsäure, von welchen wiederum die alkylierten SaIicylsäuren und die alkylierten Anthranilsäuren bevorzugt werden, in welchen die Alkylradikale von 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten. Sulfonsäuren umfasbis 56, ganz besonders die Sulfonate der Erdalkali- 15 sen ζ. B. aromatische Sufonsäuren, wie Diwachsbenmetalle. Beispiele hierfür sind neutrale und bzw. zolsulfonsäure und Erdölsulfonsäuren. oder basische öllösliche Metallsuifonate, wie Calcium-, Gut geeignete spezielle Ester, welche sich von einBarium-, Magnesium-, Zink-, Aluminium-, Chrom- fachen Alkanpolyolen ableiten, sind z. B. Glycerinund; Bleierdölsulfonate, Tetra-tert.-butylnaphthalinsul- monooleat, Glycerinmonostearat, Glycerinmonoricinfonat, Diwachsbenzolsulfonat, Stearylbenzolsulfonat, 20 oleat, Pentaerythritmonocaprylat, Pentaerythritmono-Diwachsnaphthalinsulfonat, Diisobutylenphenolsul- und -dilaureat, Pentaerythritmono- und -dioleat, fonat, Tert.-oetylphenolsulfonat, Ditert.-amylphenol- Pentaerythritmono- und -distearat, Mono-, Di- und sulfonat, alkyliertes Dibenzothiophensulfonat und Ge- Triäthylenglykolmonooleat, Propylenglykolmonoricintnische aus solchen Stoffen. oleat, Monoäthylenglykolmonooleat, Triäthylenmo-

Die Sulfonate werden gewöhnlich in Mengen von 25 nostearat, Sorbitmonolaureat, Mannitmonooleat, 2 bis 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 3 Mannitdioleat und Sorbitdioleat. bis 5 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamt- Beispiele von Estern mit Ätheralkoholen, welche

mischung, angewendet, wobei sie im Sinne der Auf- mindestens eine und vorzugsweise mehr als eine freie rechterhaltung der Dispersion des Wassers in dem öl Hydroxylgruppe enthalten müssen, sind Sorbitanwirken, während sie der Zusammensetzung gleichzei- 30 mono- und -dioleat, Sorbitanmono- und -dilaureat, tig andere gewünschte Eigenschaften, wie Schmierver- Mannitanmono- und -distearat, Mannitanmono- und mögen, Reinigungsvermögen, Korrosionsverhinderung -dioleat, Sorbitanmono- und -dipalmitat, Sorbitan- und Vermeidung von Abnutzung, erteilen.

Es sind verschiedene Gruppen von teilweise öllöslichen und teilweise in Wasser dispergierbaren Teilestern aus mehrwertigen Alkoholen und organischen Säuren als Bestandteil der als hydraulische Flüssigkeit zu verwendenden Emulsion geeignet. Im allgemeinen werden Teilester von Fettsäuren mit 8 bis 32

Kohlenstoffatomen benutzt, in welchen das Verhältnis 40 wichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, vervon veresterten zu nicht veresterten Alkoholgruppen wendet, wobei sie in synergetischer Weise mit den zwischen 1 :5 und 5 :1 liegt, wobei Ester mit einem Sulfonaten zusammenwirken und den erfindungs-Verhältnis zwischen 1 :2 und 2 :1 bevorzugt werden gemäßen Zusammensetzungen unerwartete Eigen- und Teilester aus C₁₀-C₂₀-Fettsäuren und alipha- schäften in bezug auf Verhinderung von Abnutzung tischen Alkoholen sich als ganz besonders geeignet 45 und Korrosion erteilen.

erwiesen haben. Die erfindungsgemäß verwendeten Wasser-in-öl-

Die Alkoholkomponente der geeigneten Ester Emulsionen können weiterhin kleine Mengen (z.B. besteht z. B. aus einfachen wasserlöslichen Alkan- 0,01 bis 12 Gewichtsprozent) von wahlweise verwenpolyolen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Äthylen- deten üblichen Zusatzstoffen, wie Korrosionsverhindeglykol, Propylenglykol, Glycerin, Erythrit, Pentaery- 50 rern, Stabilisatoren, abnutzungsverhindernden Mitthrit, Sorbit, Mannit, Dulcit, oder aus wasserlöslichen, teln, soweit solche Stoffe die wesentlichen Zusatzteilweise dehydratisierten (verätherten) mehrwertigen stoffe nicht beeinträchtigen und mit der Emulsion Alkoholen, einschließlich der gemischten Ätheralko- verträglich sind, ohne ihre Beständigkeit und andere hole aus verschiedenen mehrwertigen Alkoholen. Die Eigenschaften wesentlich zu ändern, enthalten, wie teilweise Dehydratisierung wandelt die einfacheren 55 anorganische und organische Nitrite, wasserlösliche Alkohole in lineare Ätheralkohole und einige der Salze mehrwertiger Metalle, z. B. Calcium-, Barium-

sesquioleat, Sorbitanmonosulfonat, Sorbitanmononaphthenat und Mannitanmonolaureat.

Ester die von den Zuckeralkoholen abgeleitet sind, umfassen z. B. Glucosemonooleat, Glucosericinoleat, Sorbosemonostearat und Fructosemonooleat.

Die Ester werden im allgemeinen in einer Menge von 0,3 bis 2% und vorzugsweise von 0,4 bis 1 Ge

höheren Alkohole in innere Ätheralkohole um. So bildet sich 2. B. aus Äthylenglykol Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, und Mannit, Sorbit liefern Hexitane, wie Mannitan und Sorbitan. Die Hexitane können mit Alkylenoxyden, wie Äthylenoxyd, oder GIykolen unter Bildung gemischter Ätheralkohole veräthert werden. Weiterhin können wasserlösliche Zuckeralkohole (Aldose- und Ketose-Kohlehydrate) eingesetzt werden.

Die Säurekomponente der Teilester umfaßt aliphatische Carbonsäuren, cycloaliphatische Carbonsäuren, aromatische Carbonsäuren, Sulfonsäuren. Die aliphatischen Carbonsäuren umfassen die ein- und mehr-

oder Magnesiumnitrit, -nitrat, -sulfat, -chlorid, -chromat, -formiat, -acetat, Diisopropylammoniumnitrit, schaumhindernde Mittel, wie Silicone.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Emulsionen sind leicht herzustellen, wobei keine besondere Einrichtung oder kein spezielles technisches Verfahren notwendig ist, z. B. durch Zugabe von Wasser unter ständigem Rühren des Gemisches in der erforderlichen Menge zu dem öl, welches das Sulfonat und den Teilester enthält. Erhitzen der Emulsion während und nach ihrer Herstellung ist nicht notwendig. Gewünschtenfalls kann die Emulsion zur Erzielung eines homogenen Gemisches einer homogenisierenden Ein

wertigen Carbonsäuren mit 8 bis 32 und vorzugsweise 70 wirkung unterworfen werden.

Es wurde eine Zusammensetzung (A) hergestellt durch langsames Zusetzen von 40 % Wasser unter Rühren in einen Kessel, welcher 60% raffiniertes Mineralöl mit einer Viskosität von 150 Saybolt-Sekunden-Universal bei 100⁰F (37,8°) enthielt, wobei 5 in dem Öl 5°/o basisches Erdölsulfonat und 0,6°/» Glycerinmonooleat enthalten waren. Das ganze Gemisch wurde gerührt und in eine Homogenisiervorrichtung übergeführt, in welcher es etwa 5 Minuten gerührt wurde, bis eine homogene Wasser-in-öl-Emulsion gebildet war. Unter der Bezeichnung »basisches Erdölsulfonat« wird hier ein Calciumerdölsulfonat verstanden, bei welchem die Menge Calciumcarbonat, die zur Herstellung des Calciumerdöilsulfonates verwendet worden war, annähernd das Doppelte jener Menge betrug, die zum Neutralisieren der Erdölsulfonsäure erforderlich ist. In ähnlicher Weise wurde ein Zusammensetzung (B) hergestellt, mit der Ausnahme, daß neutrales Erdölsulfonat an Stelle des basischen Erdölsulfonates gemäß Mischung A verwendet wurde.

Andere Beispiele für die erfindungsgemäß zu verwendenden Wasser-in-Öl-Emulsionen umfassen solche, welche 3 bis 5% neutrales oder basisches Calcium-, Barium- und bzw. oder Zinkerdölsulfonat oder Diwachsbenzolsulfonat sowie 0,4 bis 1 % Glycerinmonooleat, Glycerinmonostearat, Sorbitmonooleat, Sorbitdioleat und bzw. oder Glucosemonooleat enthalten. Zu jeder dieser Mischungen können übliche korrosionshindernde und Abnutzung verhindernde Mittel, wie Calciumacetat oder -nitrat, in Mengen von etwa 10% dispergiert in der Wasserphase, der Emulsion zugesetzt werden.

Die außergewöhnlich günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäß als hydraulische Flüssigkeiten verwendeten Emulsionen sind aus Prüfungsergebnissen ersichtlich, welche bei Untersuchung dieser Flüssigkeiten im Vergleich mit anderen Gemischen erhalten wurden. Bei Prüfung in einer Flügelradpumpe vom Typ Vicker unter Einwirkung während 200 Stunden bei 70 at, 1200 Umdrehungen pro Minute und 65,5° ergab sich bei Mischungen A und B gemäß vorliegender Erfindung keine Abnutzung der Vorrichtung, und es wurde keine Wasserabtrennung festgestellt. Andererseits ergaben ähnliche Prüfungen bei einer Mischung X (40% Wasser ■— 60% Mineralölemulsion mit 1,2% basischem, öllöslichem Calciumerdölsulfonat und 1,2% Calcium - C₁₄ - C₁₈ - alkylsalicylat) und bei einer Mischung Y (Wasser-in-öl-Emulsion mit einem Gehalt von 0,1% Glycerinmonooleat, 0,015% Natriumerdölsulfonat, 0,5% geblasenes Rapsöl und 0,02% l-Oxyäthyl-2-heptadecenylglyoxalidin) Wasserabscheidung im Falle der Mischung X und Ölabscheidung im Falle der Mischung Y nach 3stündiger Einwirkung.

Bei den Entflammbarkeitsprüfungen, wie sie in Aeronautical Material Specification 3150B beschrieben sind, ergaben die Zusammensetzungen A und B ausgezeichnete Ergebnisse; sie entsprachen auch gut dem Rohrreinigungstest, dem Auspufftest und dem Hochtemperatursprühtest.

Bei der Prüfung in der Stirnradgetriebevorrichtung ergab sich beim Arbeiten mit 3600 Umdrehungen pro Minute bei 100° F (37,8°; Temperatur des zugeführten Öls) für die Mischungen A und B ein Belastungswert von 28, während ein direkt destilliertes Mineralöl einen Wert von 10 ergab. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei geometrisch ähnlichen Paaren von Zahnradgetrieben, welche durch zwei parallele Wellen verbunden sind. Die Getrieberäderpaare sind in getrennten Getriebegehäusen untergebracht, welche auch die tragenden Kugellager enthalten. Eine der Wellen besteht aus zwei Teilen, die durch eine Kupplung verbunden sind. Die Belastung wird durchgeführt, indem man die eine Seite der Kupplung bremst und auf die andere Seite ein Drehmoment einwirken läßt.

Ähnliche Ergebnisse, wie sie mit den Zusammensetzungen A und B in der Vickerpumpe, bei dem oben angegebenen Entflammungstest und in der Getriebeprüfvorrichtung erhalten wurden, können auch mit den anderen oben beschriebenen Zusammensetzungen erzielt werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Wasser-in-Öl-Emulsionen sind besonders geeignet zur Anwendung in Spritzguß vorrichtungen, Vorrichtungen für Kokillenguß, bei Stahlwerkseinrichtungen, Koks-Ausstoßvorrichtungen, Rohrkupplungsspannvorrichtungen, Verbrennungsregelungsmechanismen, Formpressen für plastische Massen, Glasblasmaschinen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verwendung einer Wasser-in-öl-Emulsion, welche einen kleinen Anteil eines öl'löslichen Sulfonates eines mehrwertigen Metalls sowie einen mindestens teilweise öllöslichen Teilester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure enthält, als hydraulische Flüssigkeit.

2. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SuI-fonat des mehrwertigen Metalls in einer Menge von 2 bis 10 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 3 bis 5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, vorliegt.

3. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfonat eines mehrwertigen Metalls ein Erdalkalisulfonat, insbesondere ein neutrales oder basisches Calciumsulfonat ist.

4. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure in einer Menge von 0,3 bis 2 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 0,4 bis 1 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gesamtgemisch, vorliegt.

5. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Teilester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure von einem wasserlöslichen Alkanpo'lyol ableitet, welches vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatome im Molekül enthält.

6. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Teilester von einer aliphatischen Monocarbonsäure ableitet, die vorzugsweise eine Fettsäure mit 8 bis 32 Kohlenstoffatomen im Molekül ist.

7. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Phase der Emulsion 20 bis 45 Gewichtsprozent und die ölphase 55 bis 80 Gewichtsprozent der Zusammensetzung ausmachen.

8. Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölphase der Emulsion aus einem Schmieröl besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung St 3507 IVd/23c; USA.-Patentschrift Nr. 2 493 483.