DE2139047A1 - Funktionelle Flüssigkeiten, die Triarylphosphate enthalten - Google Patents
Funktionelle Flüssigkeiten, die Triarylphosphate enthaltenInfo
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. BANKHAUS H. AUFHÄUSER
8 MÜNCHEN 2.
53/My
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CIBA-GEIGY A.G., Basel / Schweiz
Funktionelle Flüssigkeiten, die Iriarylphosphate enthalten
In der britischen Patentanmeldung Wr. 1 146 173 wird ein Verfahren zur Herstellung von Phosphatesterzusammensetzungen
beschrieben. Dort ist angegeben, daß die so erhaltenen Zusammensetzungen zur Herstellung von hydraulischen
und anderen funktioneilen Flüssigkeiten verwendet werden können. Ea wurde nun gefunden, daß man Mischungen erhälts
die überraschend gute Viskositätseigeneehaften bei niedrigen
Temperaturen besitzen, wenn man bestimmte diesem Phosphateaterzusammensetzungen mit bestimmten chlorierten
Di- oder Polyphenylen vermischte Obgleich es offensichtlich nötig ist, daß funktionell© Flüssigkeiten bei 37,8
oder bei 990C (100 oder 2100F) ausreichend Körper b@sit -
zen, damit sie die Funktionen, die von ihnen gefordert werden, erfüllen, ist es selbstverständlich wünschenswerts
daß die Flüssigkeiten bei niedrigen Temperaturen eine Viskosität besitzen, die so niedrig wie möglich istff um Belastung
der Pumpen zu vermindern oder um andere maschinelle Vorgänge zu erleichtern oder um bei kalten Bedingungen zu
starten.
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In Pig. 1 der beigefügten Zeichnung wird die Abhängigkeit der
Viskosität von der Mischling gezeigt, wobei auf der Abszisse die Anteile einer Mischung aus zwei Bestandteilen dargestellt
sind und wobei auf der Ordinate die Viskosität der Mischung angegeben ist. In dieser Darstellung zeigt
die niedrige Kurve A die Viskosität bei O0C von Mischungen
aus einem chlorierten Di- oder Polyphenyl mit einem Triarylphosphat oder mit einer Triarylphosphatestermischung,
die aus Phenolen aus Kohleteer stammen.. Qualitativ ausgedrückt wurde gefunden, daß eine Phosphatester-
' mischung,hergestellt gemäß dem in der britischen Patentanmeldung
Nr. 1 146 173 beschriebenen Verfahren, die
"gleiche Viskosität bei 37,8 (1000I1) oder bei 990C (2100P)
besitzt wie eine Triarylphosphat- oder Triarylphosphatestermischung,
die sich aus Phenolen des Kohleteers ableiten. Mischungen dieser Zusammensetzung mit dem gleichen
chlorierten Di- oder Polyphenyl besitzen Viskositäten bei O0C, die im wesentlichen der Kurve B entsprechen. Am einen
Ende schneiden sich die Kurven offensichtlich, dazwischen sind Zusammensetzungen, die synthetisches Phosphat
enthalten, nicht nur dünner als solche, die Kohleteerphenolphosphat enthalten, sondern sie sind relativ dünner
als es aus den Zeichnungen für reines Phosphat zu erwarten wäre, d.h. die Kurven gehen auseinander. Dies bedeutet,
daß die Zusammensetzungen, die synthetisches Phosphat eingearbeitet enthalten, als funktioneile Flüssigkeiten
vorzuziehen sind, wobei alle anderen Eigenschaften gleich sind.
Aufgezeichnete auf logarithmischen Viskositäts-Temperatur-Kurven
liegen die Viskositäten bei faöiieren. Temperaturen wie
bei 37,8 bis 990C häufig auf einer im wesentlichen geraden
Linie. Dies gilt nicht für Viskositäten, die bei niedrigen Temperaturen wie bei 0°0 bestimmt warden, und die gerade
Kurve, die man bei höheren Temperaturen erhält, läßt sich nicht gut auf Viskositäten bei niedrigen Temperaturen, beiepielaweise
bei O0C, extrapolieren, wo der Verlauf der Visko-
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sitäts-Iemperatur-Kurve nicht vorhersagbar ist. Daher ist
es sehr überraschend, daß Viskositätskurven der im folgenden näher beschriebenen funktioneilen Flüssigkeiten, die
Kurven B, nicht nur immer über den Vergleichskurven, den Kurven A, liegen, sondern daß sie nicht parallel zu diesen
verlaufen und anstatt, daß sie einheitlich in Richtung auf die Kurven A konvergieren, wenn sich die Zusammensetzungen
100$ chloriertem Bestandteil nähern, sondern daß eine unverhältnismäßig große Trennung von der Kurve A
bis zu niedrigen Phosphatgehalten, beispielsweise bis zu vorhanden ist.
Die erfindungsgemäßen funktioneilen Flüssigkeiten enthalten von 10 bis 90 Gew.$ eines chlorierten Di- oder Polyphenyls
und von 90 bis 10 Gew.$ einer Mischung aus Phosphatestern mit einer Viskosität,stie nicht größer als 40 cS bei
37,80C (1000F) ist. Die Mischung der Phosphatester wird
hergestellt, indem man Phenol unter Friedel-Crafts-Bedingungen mit einem Alkylierungsmittel behandelt, wobei man
ein alkyliertes Phenol erhält. Das Alkylierungsmittel enthält bis zu 12 Kohlenstoffatome und nötigenfalls wird es
im Verlauf der Alkylierung gespalten, wobei man eine Alkylgruppe erhält, die 3 Kohlenstoffatome besitzt. Dieses alkylierte
Phenol wird dann mit einem Phosphorylierungsmittel phosphoryliert. Der Anteil an Alkylierungsmittel wird so
gewählt, daß er mit den notwendigen Viskositätserfordernissen des Endphosptiats in Einklang steht, und wird im
allgemeinen so sein, daß mindestens 5 und bis zu ungefähr 30 Gew.% alkylierend wirkende 0,-Gruppe,berechnet auf das Gew.
des Phenols, mit dem es behandelt wird, vorhanden sind.
Wird Phenol mit einem Alkylierungsmittel behandelt, s.o enthält das alkylierte Phenolprodukt eine Mischung aus nichtumgesetztem
Phenol zusammen mit einem oder mehreren monoalkylierten Phenolen, dialkylierten Phenolen und trialkylierten
Phenolen. Der Ausdruck "alkyliertes Phenolprodukt"
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wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeu-•
tet eine solche Mischung.
Der chlorierte Bestandteil der funktioneilen Flüssigkeit kann geeigneterweise ein chloriertes Diphenyl oder ein
chloriertes Polyphenyl sein, das von 35 bis 55 Gew.$ Chlor enthält. Chlorierte Diphenyle, die 3 Chloratome (d.h. 42$
Chlor) oder 4 Chloratome (d.h. 48$ Chlor) enthalten, ergeben
ausgezeichnete Ergebnisse wie auch eine Mischung aus chlorierten Polyphenylene die ungefähr 40$ Chlor enthalten
(alle Prozentgehalte sind durch das Gewicht ausge-" drückt). Im allgemeinen enthalten geeignete Diphenyle von
1 bis 5 Chloratomsubstituenten.
Die Herstellung der Phosphatestermischungen, die als Bestandteil der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten verwendet
werden, wird in Einzelheiten in der britischen Patentanmeldung Nr. 1 146 173 beschrieben. Das Alkylierungsmittel.ist
vorzugsweise Propylen selbst, obgleich Propylalkohol oder Isopropylalkohol verwendet werden kann. Man kann auch
Propylendimere, Propylentrimere und Propylentetramere verwenden. Bei Friedel-Crafts-Bedingungen wird die Alkylgruppe,
die tatsächlich in den Phenolkern eingeführt wird, ) die Isopropylgruppe sein. Dies bedeutet, daß das alkylierte
Phenolprodukt Phenol zusammen mit einem oder mehreren Mono-, Di- und Triisopropylphenolen enthält. Ein ausgezeichnetes
alkyliertes Phenolprodukt wird hergestellt, indem man Phenol mit 18$ Propylen alkyliert.
Die erfindungsgemäßen funktionellen Flüssigkeiten, die bis jetzt beschrieben wurden, sind Mischungen aus zwei Bestandteilen,
Ein dritter Bestandteil, beispielsweise ein Mineralöl wie ein Bright stock, kann ebenfalls eingearbeitet werden,
und die unerwarteten guten Viskositätseigenschaften bei niedriger Temperatur sind noch vorhanden. Bright stocköl
ist ein viskoses Öl, das man erhält, indem man den viskosen Rückstand, der nach der Destillation von Rohöl zur Ent-
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ferniing von Gasen, Naphtha und Schmierölfraktionen deasphaltiert.
Er besitzt einen niedrigen Gehalt an aromatischen Stoffen. Mineralöl kann Ms zu 50 Gew.$ der erfindungsgemäßen
funktionellen Flüssigkeit ausmachen, aber im allgemeinen wird diese nicht mehr als 20 bis 30, vielleicht
25$, enthalten»
In der beiliegenden Zeichnung sind die Viskositätsschaubilder
A und B Kurven. Da die beiden Schaubilder Kurven sind, ist es nicht sinnvoll, den gesamten Unterschied zwischen
äquivalenten Zusammensetzungen über den Schaubildern durch Subtraktion auszudrücken. Angegeben wird der Unterschied,
bezogen auf das Verhältnis der Viskositäten, und auf solche Weise werden die in den Beispielen erhaltenen Werte ausgedrückt. In allen Fällen wird gezeigt werden, daß die
Viskositätsverhältnisse, die man erhält9 die Überlegenheit
der erfindungsgeraäßen Flüssigkeiten zeigen, im Vergleich zu dem, was man bei Kenntnis der Bestandteile erwarten
würde. Wenn andere Faktoren als die Viskosität wie Feuerbeständigkeit für eine Flüssigkeit ein bestimmtes Verhältnis
an chlorierter Verbindung zu Phosphat erforderlich machen, ist es offensichtlich bevorzugt, eine Mischung :
zu verwenden, die eine bessere Niedrigtemperatur-Viskosität
besitzt, damit bei niedriger !Temperatur an Pumpen und anderen Vorrichtungen weniger Hemmung auftritt.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten enthalten von 10 bis
90 Gew.?S einer chlorierten Komponente und von 90 bis
10 Gew.# einer Phosphatesterkomponente. Zwischen diesen
Grenzen spielen andere Faktoren als die Viskosität bei der Auswahl der tatsächlichen Mischungen, die verwendet
werden, eine Rolle. Beispieleweise aeigen synthetische
Phosphate bessere Viskositäts-Temperatureigenschaften als
chlorierte Di- oder Polyphenyle, obgleich sie eine etwas niedrigere Feuerbeständigkeit aufweisen«, Im allgemeinen
ist es wünschenswert, so viel Phosphat zu verwsndenr wie
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für eine ausreichende Feuerteständigkeit erforderlich ist.
Dies "bedeutet in der Praxis, daß es bevorzugt ist, daß die Flüssigkeit von 25 "bis 90$ des chlorierten Bestandteils
und von 75 bis 10$ Phosphatestermischung enthält.
Bevorzugte Flüssigkeiten enthalten von 75 bis 50$ chlorierten
Bestandteil und von 25 bis 50$ Phosphatestermischung.
Ungefähr gleiche Teile eines jeden Bestandteils geben ausgezeichnete Ergebnisse, d.h. von 40 bis 60 Gew.$ von
jedem Bestandteil.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten wird
der Phosphatesterbestandteil mit dem chlorierten Bestandteil durch bekannte Verfahren vermischt, Gewünschtenfalls
kann man andere Zusatzstoffe in die Mischungen wie Antioxydantien,
Rostinhibitoren, Antischaummittel und Viskositätsindex-Verbesserungsmittel einarbeiten·
Beispiele von Antioxydantien sind;
a) alkylierte und nicht-alkylierte aromatische
Amine und deren Mischungen; Dioetyldiphenylaminj Mono-tert,-octylphenyl-CK
und ß-naphthylamine; Dioetylphenothiazin;
Phenyl- CX-naphthylamin, ΪΓ, N' -Di-sek.-butyl-p-phenylendiamin.
b) Sterisch gehinderte Phenole· 2,6-Di-tert.-butyl-p-cresol;
4,4'-Bis-(2,6-diisopropylphenol); 2,4,6-2riisopropy!phenol;
2,2'-Thio-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol)
c) Ester von Thiodipropionsäure. Dilaurylthiodipropionat.
d). Salze von Carbamin- und Dithiophosphorsäuren»
Antimondiamyldithioearbamat, Zinkdiamyldithiophosphat·
e) Metallsalze, Komplexe von organischen, chelatbildenden Mitteln, Kupfer-bis-itrifluoracetyl-acetonate),
Kupfer-phthalcyanine, !Eributylester vonEBTA, Mononatriumsalz.
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f) Antioxydantien, die freie Radikale liefern, und ihre Vorläufer. Aminoxyde, Nitroxyde usw.
g) Mischungen aus zwei oder mehreren Antioxydantien der obigen Gruppen wie ein alkyliertes Amin und ein
sterisch gehindertes Phenol.
Beispiele von Rostinhibitoren sind:
a) Organische Säuren und dere'n Ester, Metallsalze, Anhydride, ÜT-Oleylsarcosin, Sorbitanmonooleat, Bleinaphthenat,
Dodecenylbernsteinsäureanhydrid.
b) Stickstoff enthaltende Materialien.
i) Primäre, sekundäre und tertiäre aliphatische oder cycloaliphatische Amine und Aminsalze von
organischen und anorganischen Säuren. Morpholin, Stearylamin, Triäthanolamincaprylat.
ii) Heterocyclische Verbindungen. Imidazoline, Oxazoline.
c) Schwefel enthaltende Materialien. Bariumdinonylnaphthalinsulfonate.
d) Mischungen von zwei oder mehreren der obigen Zusatzstoffe.
Beispiele von Antischaummitteln sind Silicone.
Beispiele von Viskositätsindex-Verbesserern/Stockpunkterniedrigungsmitteln
sind Polyacrylate.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie
jedoch zu beschränken. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile und Anteile durch das Gewicht ausgedrückt.
Um Verbesserungen in den Viskositätsverhältnissen beurteilen
zu können und ein Grundlinienkriterium zu erhalten, wurden zwei· Kohlenteerphenol-Phosphatmischungen aus Kohlenteer
hergestellt und folgendermaßen charakterisiert:
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Viskosität bei Viskosität bei 990O (2100F) O0C
Mischung 1 (die Eigenschaften besitzt, die ähnlich sind
wie die von TTP) 4,01 cS 651 cS
wie die von TTP) 4,01 cS 651 cS
Mischung 2 3,89 cS 535 cS
Zwei Mischungen aus Phosphatestern wurden dann gemäß dem beschriebenen Alkylierungs- und Phosphorylierungsverfahren
von Phenol hergestellt und folgendermaßen charakterisiert:
Viskosität bei Viskosität bei 990C (2100F) O0C
Phosphatmischung Q 4,03 cS 395 cS
Phosphatmischung R 3,87 cS 345 cS
Das Verhältnis der Viskositäten bei O0C der Mischung 1 und
der Phosphatmischung Q beträgt 0,61 und der Mischung 2 und der Phosphatmischung R 0,64.
Phosphatmischung P mit einer Viskosität bei 37,80C (1000F)
) von 28,48 cS wurde hergestellt aus
a) 696 eines alkylierten Phenolphosphats, hergestellt
durch Alkylierung von Phenol mit 3o Gew.# Propylen und anschließendem Phosphorylieren des alkylierten Phenols
mit Phosphoroxychlorid, und
b) 94% eines alkylierten Phenolphosphats, hergestellt
durch Alkylierung von Phenol mit 23 Gew.# Propylen und anschließendem Phosphorylieren des alkylierten Phenols
mit Phosphoroxychlorid.
Eine Mischung aus Phosphaten, scheinbar Tritolylphosphat, wurde aus Phenolen des Kohleteers erhalten, und sie hatte
eine Viskosität von 28,57 cS bei 37,80C (1000F).
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Eine Mischung aus 50$ Phosphatmischung P und 50$ chlorierten
Diphenyl , das 48 Gew.$ Chlor enthielt und unter dem Warenzeichen Aroclor 1248 verkauft wird, hatte "bei O0O
eine Viskosität von 1470 cS, im Vergleich mit einer Mischung aus 50$ Tritoly!phosphat und 50$ des gleichen Biphenyls,
die bei O0C eine Viskosität iron 2922 cS besaß.
Das Verhältnis der Viskositäten bei O0O betrug-0,50·
Eine Mischung aus 25$ Phosphatmiselrang Ps 50$ des in Bei·=
spiel 1 verwendeten chlorierten Biphenyls und 25$ Bright stock hatte bei O0G eine Viskosität von 3388 cS„ Die Viskosität
der gleichen Mischung bei O0O2 "bei der aber die Phosphatmischung
P durch das gleiche teitcslvlphosphat v/i© es
in Beispiel 1 verwendet worden war8 ersetzt war9 betrug
4509 cS» Das Verhältnis der"Viskositäten "betrug 0^75. Obgleich diese Zahl natürlich über den O961 und O964 liegt 9
die für die Grunämischungen angegeben sxzidE ist sie doch
beachtlich niedrigers als man ©s erwarten könnte9 vor align
Dingen, wenn man beachtet, daß ein© Dreikoraponentenmisehung
vorliegt und daß das Phosphat nur ©in Viertel der Mischung
ausmacht 0
B e i s pi el 3
Bei O0O betrug die Viskosität einer Mischung aus 50$ Phosphatmischung
R und 50$ Aroelor 124B 1031*eS« Die Viskosität bei O0C einer Mischung aus 50$ Mischung 2 unä 50$
Aroclor 1248 betrug 2720 öS« Dag Verhältnis der Viskositäten betrug somit QS38.
Bei O0C betrug die Viskosität einer Mischung m.m 50$ Phosp&atmischuiig
Q und 50$ chloriertem Diphenyls i©s 42 G©w»$
Chlor enthielt und unter d@a Hand©l@si©s!®a li?oeloi? 1242 ¥©■?=■
kauft wird s 4S0 sS, B@i Q0Q 7§gte«g di© Viskosität ®in©i?
1Öi88?/13i8 ORWHNAU INSPECTED
2133047
- ίο -
Mischung aus 50$ Mischung 1 und 50$ Aroclor 1242
845 cS. Das Verhältnis der Viskositäten ist somit 0,54.
Bei O0C "betrug die Viskosität einer Mischung aus 50$ Phosphatmischung
Q und 50$ einer Mischung aus chlorierten Polyphenyl,
das 40$ Chlor enthielt und unter dem Handelsnamen Aroclor 6050 verkauft wird, 1200 cSe -Bei 0°0 beträgt die
Viskosität einer Mischung aus 50$ Mischung 1 und 50$ .Aroclor 6050 2130 cS. Das Verhältnis der Viskositäten
ist somit 0,56.
Die Mischungen der Beispiele 3S 4 und 5 sind soroit beachtlich
besser in Bezug auf die Viskosität bsi niedriger
Temperatur, als man es bei Kenntnis ihrer BestandteilesE
der Phosphate oder chlorierten Bi- oder Polyphenyle, erwarten
würde» Zum Vergleich wurden Mischungen aus 5G$ Mischung
und 50$ chloriertem C. Q-C^-Paraffin, das unter dem Handelsnamen Ohioraparaffin 56L verkauft wird,und aus 50$
Phosphatmischung Q und 50$ Ohloroparaffin 561« hergestellte
Bei O0C betrugen die Viskositäten 2830 cS und 4530 cS,
was ein Verhältnis von 0,63 ergab* Dann wurde eine Mischung hergestellt» die 50$ Phosphatestermiselmng mit einer Viskosität
bei 37,80C von 43,14 cS trnd 50$ Aroclor 1248 hergestellt,
wobei die Phosphatestermiechimg durch Alkylierung
von Phenol mit 30 Gew.$ Propylen und anschließende Phosphorylierung-
des erhaltenen alkylierten Phenolprodukts mit Phosphoroxychlorid hergestellt wurde. Biese Mischung wurde
mit einer Mischung aus 50$ Phogpliatmisohung und 50$ Aroclor
1248 verglichen, wobei die Phosphatmischung affeaaicätlich
aus Trixylylphosphat bestand und aus Ec-l-lstssr
worden war und bei 37,8a0 eine Viglücmitkit von 43*16 cS
zeigte. Die Viskositäten der beiden Misohui?gen bei 0°ö be
trugen 3447 cS und 5006 cSe Dag Verhältnis betrug 0,69.
Keine d@r"Mischungen in diesen Vergleiehsversuehen. zeigt
eine so hohe Verbesserung, wie man säe bei den. erfin&iings
109887/138S
gemäßen Mischungen erhält. Uin die Vorteile der vorliegenden
Erfindung vollständig zu erhalten, muß der chlorierte Bestandteil der Flüssigkeit ein chloriertes Di- oder Polyphenyl
sein, und der Phosphatesterbestandteil muß eine Viskosität besitzen, die nicht über dem angegebenen Maximalwert
liegt.
Um weiter zu zeigen, daß die vorliegende Erfindung nicht vorhersehbar
war, wurde eine Mischung aus Teersäurephosphat hergestellt, die bei O0C die gleiche Viskosität wie die
Phosphatmischung R zeigte, nämlich 345 cS. Eine Mischung aus 50$ des Teersäurephosphats mit 50$ Aroclor 1248 hatte
eine Viskosität bei 0°C von 1280 cS, wohingegen eine Mischung aus 50$ Phosphatmischung R mit 50$ Aroclor 1248 bei
O0O eine Viskosität von nur 970 cS zeigte. Obgleich synthetische
Phosphate und Teersäurephosphate verschiedene Viskositäts-Temperatureigenschaften
besitzen, müssen sie doch bei niedrigen Temperaturen mit chlorierten Di- oder Polyphenylen
auf unvorhergesehene Weise zusammenwirken. Diese Entdeckung ist die Grundlage der vorliegenden Erfindung. Zwei
Flüssigkeiten mit gleichem Körper bei 3758 oder 99°C (100
oder 2100F) können bei O0C sehr verschiedene Viskositäten
besitzen, und von dieser Beobachtung macht man Gebrauch, um die erfindungsgemäßen wertvollen funktionellen Flüssigkeiten
herzustellen.
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Claims (6)
1. Funktionelle Flüssigkeit, enthaltend von 10 "bis 90 Gevr.fi eines chlorierten Di- oder Polyphenyls und von 90
"bis 10 Gew.$ einer Mischung aus Phosphatestern, die "bei
37,80C(IOO0F) eine Viskosität besitzt , die nicht größer
ist als 40 cS, wobei die Phosphatestermischung hergestellt wird, indem man Phenol unter Friedel-Crafts-Bedingungen
mit einem Alkylierungsmittel "behandelt, wobei man ein alkyliertes
Phenolprodukt erhält und wobei das Alkylierungs-
| mittel bis zu 12 Kohlenstoffatome enthält und so gebaut
ist, daß es im Verlauf der Alkylierung gespalten wird und mindestens 5 Gew„$, berechnet auf das Phenol, einer alkylierend
wirkenden Gruppe, die 3 Kohlenstoffatome enthält, ergibt
und wobei man dieses alkylierte Phenolprodukt mit einem Phosphorylierungsmittel phosphoryliert.
2. Flüssigkeit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein chloriertes Di- oder Polyphenyl enthält,
das 35 bis 55 Gew.$ Chlor enthält.
3. Flüssigkeit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein chloriertes Diphenyl enthält, das 3 oder
" 4 Chloratome im Molekül enthält.
4. ' Flüssigkeit gemäß Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Mischung aus Phosphatestern enthält, die hergestellt wird, indem man Phenol mit 18 Gew.%
Propylen behandelt.
5. Flüssigkeit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Mineralöl in Mengen bis zu
50 Gew.$ enthält.
6. Flüssigkeit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie von 25 bis 90% eines chlorierten
Di- oder Polyphenyls und von 75 bis 10$ Phosphatestermischung
enthält.
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- 1970-08-05 GB GB3783670A patent/GB1317636A/en not_active Expired
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1971
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