DE2530694A1 - Auf elektrische felder ansprechende fluidzusammensetzung - Google Patents
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Description
Auf elektrische Felder ansprechende Fluidzusammens etzung
Die Erfindung betrifft fluide Zusammensetzungen, die unter dem Einfluß eines angelegten elektrischen Feldes
eine apparente Änderung der Bulkviskosität zeigen.
Bestimmte fluide Medien sprechen auf ein elektrisches Potential insofern an, als sie eine ausgeprägte
apparente Steigerung der Bulkviskosität aufweisen. Ein fluides Medium, das dieses Phänomen zeigt, wird als sog.
Bingham1scher Körper bezeichnet. Der Effekt ist reversibel,
und eine derartige Zusammensetzung weist nach dem Abschalten des elektrischen Felds wieder ihre ursprüngliche
Viskosität auf. Derartige sonst als eiektroviskose Fluids bekannte Fluids werden allgemein in elektroviskosen
Kupplungen verwendet, wobei das Fluid zwischen den Oberflächen zweier elektrisch leitender Teile vorgesehen
ist, zwischen denen ein elektrisches Potential angelegt
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wird. Das elektroviskose Fluid spricht auf das Anlegen
des elektrischen Potentials durch eine augenblickliche, jedoch reversible Veränderung der apparenten Bulkviskosität
an. In starken Feldern verdickt sich das Fluid zu einem Festkörper oder zum halbfesten Zustand, wodurch
eine Drehung zwischen den Oberflächen der Kupplungsglieder übertragen werden kann.
Ein elektroviskoses Fluid besteht üblicherweise aus einer teilchenförmigen festen Phase, die eine vorbestimmte
Menge adsorbierten Wassers enthält und zu einem vorbestimmten Volumanteil in einem nichtL-leitenden Trägeröl suspendiert
ist. Bei der Mehrzahl der elektroviskosen Fluids mit hohem mechanischem Ansprechverhalten wurde bisher
Silicagel als feste Phase verwendet; es zeigte sich jedoch, daß derartige elektroviskose Fluids schleifmittelartige
Eigenschaften aufweisen und dazu neigen, sich bei längerer Lagerung abzusetzen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist eine normalerweise fluide Zusammensetzung, die die Fähigkeit aufweist,
unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ihre apparente Viskosität wesentlich zu vergrößern; sie umfaßt
einen vorbestimmten Volumanteil zumindest eines festen, partikelförmigen mehrwertigen Alkohols, der Säuregruppen
enthält und eine offene Struktur aufweist, in der eine bedeutende Menge Wasser adsorbiert ist, sowie ein nicht
elektrisch leitendes öliges Bindemittel bzw. Trägermedium. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist
der mehrwertige Alkohol ein Polymer eines Monosaccharids
oder ein Copolymer mehrerer Monosaccharide.
Der mehrwertige Alkohol ist vorzugsweise im wesentlichen oder vollständig sowohl in Wasser als auch im öligen
Bindemittel unlöslich; das ölige Bindemittel ist vorzugsweise nicht mit Wasser mischbar und nur schwach vom mehr-
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wertigen Alkohol absorbierbar. Die Menge des vom mehrwertigen
Alkohol adsorbierten Wassers hängt von der Säurestärke des mehrwertigen Alkohols ab und steigt im allgemeinen
mit fallender Säurestärke.
Zu den bei der bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bei der der mehrwertige Alkohol ein Polymer
eines Monosaccharids ist, geeigneten Polymeren gehören
natürlich vorkommende Verbindungen wie beispielsweise Alginsäure sowie Verbindungen wie Carboxymethyl-Sephadex
(CM-Sephadex) und Suifopropyl-Sephadex (SP-Sephadex , beides Handelsbezeichnungen für Ionenaustauscher
der Pharmacia Pine Chemicals AB, Uppsala, Schweden),
die durch Einführung der entsprechenden Säuregruppe in ein ursprünglich neutrales Molekül hergestellt werden.
Kristalline Sucrose und Cellulose sind Beispiele für erfindungsgemäß nicht geeignete Polymere von Monosacchariden,
da diese Substanzen keine hinreichend offene Struktur aufweisen, um die Adsorption von Wasser in der erforderlichen
Menge zu ermöglichen.
Alginsäure und Sephadex sind beides polymere Substanzen
auf der Basis der monomeren Glucose, wobei Alginsäure und CM-Sephadex Carboxylgruppen (-COOH) und SP-Sephadex SuHfonsäuregruppen
(-SO-Ji) enthalten. Es ist nicht erforderlich,
daß dabei jedes Monomer eine Säuregruppe enthält. In Alginsäure und CM-Sephadex enthält beispielsweise jedes Glucosemonomer
normalerweise eine Carbonsäuregruppe, im SP-Sephadex ist dagegen auf jeweils vier Glucosemonomere lediglich
eine SuI^fonsauregruppe enthalten. Das Glucosemonomer besitzt
folgende Struktur:
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253G694
I—C-
Ϊ—OH
0Ξ
Das die Carboxylgruppe tragende Glucosemonomer der
Alginsäure besitzt die Struktur:
O«C-OH*
- o -K' )L· ο -
OH
das Glucosemonomer mit der Carbonsäuregruppe in CM-Sephadex die Struktur:
Η—φ—OH
. ο
OH
das Glucosemonomer mit der Sul^f.onsäuregruppe in SP-Sephadex
ist schließlich folgendermaßen darzustellen:
_ ö _κ /L· Q -
0- CH2- CH2- CH2- 0 - S- O - H·
In Alginsäure, CM-Sephadex und SP-Sephadex werden die
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mit Sternchen gekennzeichneten Wasserstoffatome leicht als H+ abgegeben, worauf die aciden Eigenschaften beruhen.
Weitere Beispiele für erfindungsgemäß geeignete mehrwertige Alkohole sind Sorbit und Mannit sowie
Polymere eines von Stärke, also einem Polymer von Glucose, oder anderen unlöslichen Kohlenhydraten abgeleiteten
Monosaccharids.
Die erfindungsgemäßen Pluidzusammensetzungen können den mehrwertigen Alkohol in Form eines Salzes oder der
freien Säure enthalten, wobei die Verwendung des Salzes günstiger ist. Im Gegensatz zur freien Säure erfordert
ein Salz eine größere Menge adsorbierten Wassers, läßt jedoch bei gegebener Spannung einen geringeren Strom
fließen und liefert ein starkes mechanisches Ansprechen bei gegebener elektrischer Eingangsleistung. Das mechanische
Ansprechen pro Flächeneinheit ist allerdings niedriger. Fluidzusammensetzungen dieser Art eignen sich entsprechend
für eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten,
bei denen der Raumbedarf keine Rolle spielt, jedoch die Steuerleistung begrenzt ist. Das Glucosemonomer des
Natriumsalzes von CM-Sephadex kann beispielsweise folgendermaßen formuliert werden:
— Na
Die vorbestimmte Volummenge des mehrwertigen Alkohols sollte zur Erzielung einer für die geforderte Anwendung
geeigneten Fluidzusammensetzung so hoch wie möglich sein.
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Eine Fluidzusammensetzung mit einem hohen Volumanteil
an mehrwertigem Alkohol zeigt eine größere Steigerung der apparenten Viskosität unter dem Einfluß eines vorübergehenden
elektrischen Feldes als eine Fluidzusammensetzung mit niedrigem Volumanteil an mehrwertigem Alkohol, was jedoch
mit einer entsprechenden Steigerung der Viskosität des Fluids bei Abwesenheit eines elektrischen Felds erkauft
wird. Es wurde festgestellt, daß bei einer bei Raumtemperatur durch ein System gepumpten Fluidzusammensetzung
ein Volumanteil des mehrwertigen Alkohols zwischen JO und 35 % einen guten Kompromiß zwischen
der Steigerung der apparenten Viskosität unter dem Einfluß des elektrischen Felds und der Viskosität der
Fluidzusammensetzung bei Abwesenheit eines elektrischen. Felds darstellt; höhere Volumanteile sind jedoch beispielsweise
zulässig, wenn die festen Partikel des mehrwertigen Alkohols oberflächenbehandelt sind oder das
ölige Bindemittel eine besonders niedrige Viskosität aufweist. Wenn die Fluidzusammensetzung bei der entsprechenden
Anwendung nicht gepumpt wird, beispielsweise bei elektroviskosen Kupplungen, kann der Volumanteil
des mehrwertigen Alkohols um etwa 5 % über die genannten
Werte hinaus gesteigert werden. Die Auswahl der Volummenge an mehrwertigem Alkohol hängt ferner von
der Temperatur ab, bei der die Anwendung der Fluidzusammensetzung vorgesehen ist, da deren Viskosität
mit fallender Temperatur sehr rasch ansteigen bzw. bei steigender Temperatur rasch abfallen kann. Eine
zur Anwendung bei niedriger Temperatur vorgesehene Fluidzusammensetzung kann entsprechend eine verringerte Menge
an mehrwertigem Alkohol erfordern, während eine zum Betrieb bei hohen Temperaturen vorgesehene Fluidzusammensetzung
einen höheren Volumanteil an mehrwertigem Alkohol enthalten kann.
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Die Partikel des mehrwertigen Alkohols haben vorzugsweise einen Durchmesser von 1 - 50 ,um. Bei der
Mehrzahl der Anwendungen liegt der Partikeldurchmesser erwartungsgemäß im Bereich von H- - 20 /Um, wobei die
Wahl des geeigneten Partikeldurchmessers letztlich von der Art der Vorrichtung abhängt, in der die Fluidzusammensetzung
eingesetzt werden soll. Die Partikeldurchmesser sind vorzugsweise auf einen möglichst engen
Bereich beschränkt, so daß Pluidzusammensetzungen mit reproduzierbaren Ergebnissen erhalten werden können.
Die Auswahl des mehrwertigen Alkohols kann ferner von der Temperatur bestimmt sein, bei der der Einsatz
der Fluidzusammensetzung vorgesehen ist. Bei steigender Arbeitstemperatur verhält sich die erfindungsgemäße
Pluidzusammensetzung, als ob sie eine größere Menge Wasser enthielte. Es ist entsprechend vorteilhaft,
wenn eine für die Anwendung bei höheren Temperaturen vorgesehene Fluidzusammensetzung einen mehrwertigen Alkohol mit hoher Säurestärke enthält und so eine entsprechend
geringe Menge an adsorbiertem Wasser erfordert.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzungen
hängen am stärksten von der im mehrwertigen Alkohol adsorbierten Wassermenge ab; es ist
entsprechend erforderlich, die Menge des adsorbierten Wassers je nach der für die Fluidzusammensetzung vorgesehenen
Anwendung einzustellen. Für eine Fluidzusammensetzung mit einer gegebenen Kombination eines mehrwertigen
Alkohols und eines öligen Bindemittels ist die optimale Menge an adsorbiertem Wasser nicht nur eine Funktion
der geforderten Arbeitstemperatur, sondern hängt auch von der Schergeschwindigkeit im Betrieb sowie der Ansprechgeschwindigkeit
ab. Eine Fluidzusammensetzung, die bei-
609885/0942
spielsweise zur Verhinderung einer Bewegung zwischen Bauteilen vorgesehen ist, die bereits in Bezug aufeinander
feststehend sind, beispielsweise bei der Sicherung von Werkstücken auf Drehbank-Planscheiben, erfordert
weniger adsorbiertes Wasser als eine Fluidzusammensetzung,
die zum Anhalten einer Bewegung wie beispielsweise in einer Kupplung vorgesehen ist. In
ähnlicher Weise spricht eine Pluidzusamtnensetzung, die eine größere Menge adsorbierten Wassers enthält, mit
entsprechend höherer Geschwindigkeit auf Wechsel des angelegten elektrischen Potentials an. So wurde beispielsweise
bei zur Verwendung in schnell arbeitenden Kupplungen vorgesehenen Pluidzusammensetzungen festgestellt,
daß die Menge des adsorbierten Wassers wünschenswerterweise etwa 2 % über der optimalen Konzentration
für stationäre Anwendungen liegen sollte.
Als allgemein gültige Näherung für die optimale Menge an adsorbiertem Wasser A., wurde folgender Ausdruck
abgeleitet, wobei Aw in Gewichtsprozent des mehrwertigen
Alkohols einai33tzen ist:
Aw = 4,6 + 0,57 PK
in der pK den dekadischen Logarithmus der Säuredissoziationskonstante
des mehrwertigen Alkohols darstellt.
Als Anhaltswert bei der Mischung einer erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzung wird üblicherweise als
Ausgangspunkt für die Optimierung der Pluidzusammensetzung eine Menge an adsorbiertem Wasser gewählt, die
um 0,5 % über der angenäherten optimalen Menge liegt.
509885/0942
Die Fluidzusammensetzung enthält vorzugsweise nicht
mehr adsorbiertes Wasser, als für die vorgesehene Anwendung erforderlich ist, da überschüssiges adsorbiertes
V/asser nicht nur die erforderliche elektrische Eingangsleistung erhöht, die zur Erzeugung einer gegebenen Veränderung
der apparenten Bulkviskosität der Fluidzusammensetzung
erforderlich ist, sondern auch das absolute mechanische Ansprechen verringert.
Es sei betont, daß die auf die Optimalraenge an
adsorbiertem Wasser bezogenen Angaben lediglich Näherungsangaben sind, da der gleiche mehrwertige Alkohol
in unterschiedlichen öligen Bindemitteln unterschiedliche Mengen an adsorbiertem Wasser erfordern kann.
Die im mehrwertigen Alkohol adsorbierte Wassermenge kann üblicherweise durch Messung der relativen Feuchtigkeit
der mit dem mehrwertigen Alkohol im Gleichgewicht stehenden Luft bestimmt werden. Bei diesem Verfahren
wird eine Probe des mehrwertigen Alkohols in ein bei konstanter vorherbestimmter Temperatur gehaltenes luftdichtes
Rohr eingebracht, wobei ein handelsübliches Hygrometer zur Messung der relativen Feuchtigkeit des
Wasserdampfs in der Luft über der Probe herangezogen wird, wenn die Gleichgewichtseinstellung erfolgt ist,
üblicherweise nach einigen Stunden. Das Hygrometer ist dabei unter Verwendung einer Reihe gesättigter Lösungen,
deren jede einer bekannten relativen Feuchtigkeit entspricht, auf Gewichtsprozent freien Wassers, das im
mehrwertigen Alkohol adsorbiert ist, geeicht.
Die erforderliche Menge an adsorbiertem Wasser kann nach folgenden Verfahren in den mehrwertigen Alkohol
eingeführt werden:
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1. Eine bestimmte Menge des mehrwertigen Alkohols
wird in einem Vakuum-Exsikkator unter mehrmaligem Wechsel des Phosphorpentoxids völlig
getrocknetj
2. nach dem Trocknen wird eine bekannte Gewichtsmenge des mehrwertigen Alkohols unter Luftausschluß
zusammen mit der erforderlichen Menge Wasser in einen Exsikkator eingebracht und
2 Tage zur Gleichgewichtseinstellung stehengelassen;
3. der mehrwertige Alkohol wird bei der Entnahme aus dem Exsikkator zur Ermittlung der absoluten
Zunahme des Wassergehalts gewogen.
Wenn eine längere Lagerung des mehrwertigen Alkohols
mit der erwünschten Menge an adsorbiertem Wasser erforderlich ist, ist es vorteilhaft, vor dem Mischen
des mehrwertigen Alkohols mit dem öligen Bindemittel kurzzeitig Luft zutreten zu lassen.
Das ölige Bindemittel sollte nicht toxisch, nicht flüchtig sowie unter den Arbeitsbedingungen chemisch
stabil sein. Es .sollte darüber hinaus vorteilhafterweise
einen niedrigen Schmelzpunkt sowie eine niedrige Bulkviskosität bei Abwesenheit eines elektrischen Potentials
aufweisen. Das ölige Bindemittel sollte ferner vorzugsweise ein hohes Molvolumen (Molvolumen definiert
als Molekulargewicht/Dichte) aufweisen; wenn beispielsweise
Alginsäure als mehrwertiger Alkohol verwendet wird, liegt das Molvolumen vorzugsweise über 110.
Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Fluidzusammensetzungen weist das ölige Bindemittel eine Dichte auf, die gleich der Dichte der
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Kombination des mehrwertigen Alkohols und des adsorbierten Wassers ist, um ein Absetzen des mehrwertigen Alkohols
bei längeren Betriebszeiten zu vermeiden. Zur Erzielung einer genauen Abstimmung bzw. Anpassung der
Dichte erwies es sich als günstig, die Dichte des mehrwertigen Alkohols in Suspension im öligen Bindemittel
zu messen, um einer evtl. Quellung des mehrwertigen Alkohols darin Rechnung zu tragen. Eine genaue Abstimmung
der Dichte wird am günstigsten durch Verwendung eines gemischten öligen Bindemittels ermöglicht, das ein Gemisch
mehrerer öliger Bindemittel darstellt, wobei die Konzentrationen der entsprechenden einzelnen öligen
Bindemittel im Gemisch so eingestellt werden, daß die Dichte des Gemischs gleich dem erforderlichen Wert ist.
Die genaue Dichteeinstellung kann günstigerweise dadurch festgestellt werden, daß gleiche Mengen des mehrwertigen
Alkohols beim Zentrifugieren im öligen Bindemittel aufsteigen und sinken. Das gemischte ölige Bindemittel
ist vorzugsweise ein Gemisch von zwei öligen Bindemitteln, von denen eines eine größere Dichte und das andere
eine kleinere Dichte als der mehrwertige Alkohol aufweist. Hierzu ist noch festzustellen, daß die Dichteeinstellung
aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des öligen Bindemittels und des mehrwertigen
Alkohols nur bei einer Temperatur exakt ist, weshalb die Dichteeinstellung vorzugsweise bei der geforderten
Verfahrenstemperatur selbst vorgenommen wird.
Zu den Beispielen für erfindungsgemäß besonders geeignete Bindemittel gehören Pluorolube PS-5 (Handelsbezeichnung,
von der Hooker Chemical Corporation, New York, vertriebenes Trifluorvinylchlorid-Polymer), Aroclor 1242
(Handelsbezeichnung, von der Monsanto Chemical Corporation
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vertriebene polyehlorierte Diphenylfraktion), Fomblin
Type Y2 (Handelsbezeichnung, von der Montecatini Edison S.p.A., Milano, vertriebener Perfluorpolyäther) sowie
o-Dichlorbenzol, die Erfindung ist jedoch keineswegs
auf die angegebenen Beispiele beschränkt. Weitere ölige Bindemittel, die sich zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Fluidzusammensetzungen als brauchbar erwiesen, sind Xylol und p-Chlortoluol. Bei der bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung, bei der ein aus einem Gemisch von zwei öligen Bindemitteln bestehendes
gemischtes öliges Bindemittel zur Erzielung einer genauen Dichteanpassung an das Polymer verwendet wird,
erwies es sich als besonders günstig, Fluorolube FS-5* das eine Dichte von 1,87 und eine Viskosität von 11 cP
bei Raumtemperatur aufweist, oder Fomblin Type Y2 mit einer Dichte von 1,85 als dichtere Komponente und
Aroclor 124-2 mit einer Dichte von 1,38 oder o-Dichlorbenzol
mit einer Dichte von 1,30 als Komponente mit der niedrigeren Dichte zu verwenden. Ein geeignetes
Gemisch von Fluorolube und Aroclor liefert eine Fluidzusammensetzung
mit einer Viskosität von etwa 22 cP bei 30 0C. Bei dieser bevorzugten Weiterbildung ist Dichlorbenzol
Aroclor 1242 vorzuziehen, da es bei Abwesenheit
eines elektrischen Potentials von beträchtlich geringerer Viskosität ist und geringere Umweltschutzprobleme aufwirft.
Dichlorbenzol hat allerdings den Nachteil, daß es in einer erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzung den
elektrischen Strom etwa zweimal besser leitet als Arochlor 1242. Andere Kombinationen fluorierter Kohlenwasserstoffe
mit anderen chlorierten Produkten oder mit reinen Kohlenwasserstoffen sind ebenfalls zur Herstellung
gemischter öliger Bindemittel geeignet.
Die erfindungsgemäße Fluidzusammensetzung kann erforderlichenfalls zur Erzeugung fluider oder, alternativ
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dazu, thixotroper Eigenschaften ein Fluidisierungsmittel
enthalten. Geeignete Fluidisierungsmittel sind etwa
Sorbit-monooleat oder Sorbit-sesquioleat.
Sorbit-monooleat oder Sorbit-sesquioleat.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen für Fluidzusammensetzungen näher erläutert. Hierzu
ist ferner festzustellen, daß die für jedes Beispiel
vorgesehenen Angaben der Zusammensetzung lediglich einen Hinweis auf die erhältliche optimale Fluidzusammensetzung darstellen, da die optimale Fluidzusammensetzung, wie
bereits erwähnt, letztlich experimentell ermittelt
werden und auf die jeweilige bestimmte Anwendung
bezogen sein muß.
ist ferner festzustellen, daß die für jedes Beispiel
vorgesehenen Angaben der Zusammensetzung lediglich einen Hinweis auf die erhältliche optimale Fluidzusammensetzung darstellen, da die optimale Fluidzusammensetzung, wie
bereits erwähnt, letztlich experimentell ermittelt
werden und auf die jeweilige bestimmte Anwendung
bezogen sein muß.
In den nachfolgenden Beispielen ist unter 'öligem
Bindemittel1 ein Gemisch von Aroclor 1242 und Fluorolutß verstanden, wobei die Gewichtsprozentmengen von Aroclor 1242 und Fluorolube so gewählt sind, daß ein in der Dichte an das Polymer angepaßtes öliges Bindemittel erhalten wird. Wenn anstelle von Aroclor 1242 Dichlorbenzol eingesetzt
ist, ist der Anteil von Fluorolube im Gemisch leicht zu erhöhen. Da der mehrwertige Alkohol und das ölige Bindemittel dieselbe Dichte aufweisen, können sich die Prozentangaben für den mehrwertigen Alkohol und das ölige Bindemittel in den Fluidzusammensetzungen auf Gewichte oder Volumina beziehen.
Bindemittel1 ein Gemisch von Aroclor 1242 und Fluorolutß verstanden, wobei die Gewichtsprozentmengen von Aroclor 1242 und Fluorolube so gewählt sind, daß ein in der Dichte an das Polymer angepaßtes öliges Bindemittel erhalten wird. Wenn anstelle von Aroclor 1242 Dichlorbenzol eingesetzt
ist, ist der Anteil von Fluorolube im Gemisch leicht zu erhöhen. Da der mehrwertige Alkohol und das ölige Bindemittel dieselbe Dichte aufweisen, können sich die Prozentangaben für den mehrwertigen Alkohol und das ölige Bindemittel in den Fluidzusammensetzungen auf Gewichte oder Volumina beziehen.
Mehrwertiger Alkohol Alginsäure (Dichte 1,64) 30-35
Wasser - 8,7 Gew.-% des mehrwertigen Alkohols
öliges Bindemittel (βθ % Fluorolube, 40 % Aro- γΟ-65
clor)
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Das entsprechende Fluid eignet sich für die meisten Anwendungen.
% Mehrwertiger Alkohol Natrium-carboxymethyl-
Sephadex (Dichte 1,55) 30-35
Wasser -9,0 Gew.-% des mehrwertigen Alkohols
öliges Bindemittel (40,5 % Fluorolube, 59,5 %
Aroclor)
100
Das Fluid besitzt hohe mechanische Ansprecheigenschaften und relativ geringe elektrische Leitfähigkeit. Es weist
eine niedrigere Bulkviskosität bei Raumtemperatur auf als das Fluid von Beispiel 1.
Mehrwertiger Alkohol Carboxymethyl-Sephadex
(freie Säure) (Dichte 1,8) 30-35
Wasser - 8,7 Gew.-% des mehrwertigen Alkohols
öliges Bindemittel (86 % Fluorolube, 14 % Aroclor)70-65
100
Das mechanische Ansprechverhalten des erhaltenen Fluids ist ähnlich dem des Fluids von Beispiel 1; das Fluid weist
jedoch eine beträchtlich verringerte Bulkviskosität bei Raumtemperatur auf.
Mehrwertiger Alkohol SuI fopropyl-Sephadex
(freie Säure) (Dichte 1,74) 30-35
Wasser - 5,5 Gew.-% des mehrwertigen Alkohols
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öliges Bindemittel (77 % Fluorolube, 23 % Aroolor) 7O-65
Das Fluid besitzt eine relativ geringe Menge an adsorbiertem Wasser und ist infolgedessen insbesondere für Anwendungszwecke
bei hoher Temperatur geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung des mechanischen Ansprechverhaltens in Abhängigkeit vom Molvolumen
des öligen Bindemittels für einige ausgewählte erfindungsgemäße Fluidzusammensetzungen,
Fig. 2 eine grafische Darstellung des mechanischen Ansprechverhaltens einer erfindungsgemäßen
Fluidzusammensetzung in Abhängigkeit von der relativen Feuchtigkeit des mehrwertigen
Alkohols in der Fluidzusammensetzung sowie
Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt durch eine konzentrische zylindrische Vorrichtung zur
Durchführung statischer Tests an erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzungen.
In der nachstehenden Tabelle sind einige Eigenschaften für eine Anzahl öliger Bindemittel aufgeführt, die
zur Charakterisierung dieser Substanzen von Belang sind. Die Ergebnisse der Untersuchung des mechanischen Ansprechverhaltens
sind als Verhältnis von statischer Scherkraft zu angelegter Spannung angegeben und in Fig. 1 gegen das
Molvolumen angetragen.
Sämtliche Dichten sind in g/ml gemessen.
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öliges Bindemittel
Aroclor
Toluol
Tetrachlorkohlenstoff
Chloroform
Nitrobenzol
Nitrobenzol
Chlorbenzol
o-Dichlorbenzi
p-Chlortoluol
Cyclohexan
Brombenzol
| mechanisches Ansprechver halten |
Siede punkt 0C |
>- | 132 | Dichte [g/ml] |
MoI.- Gew. |
Mol volumen |
| 1262 t 128 | 200 | 179 | 1,38 | «300 | ||
| 959 * 188 | 111 | 160 | 0,87 | 92 | 105,7 | |
| 1162 t 415 | I38 | 81 | 0,86 | 106 | 123,3 | |
| 544 - 54 | 77 | 156 | 1,56 | 154 | 98,7 | |
| 500 t 368 | 61 | 1,48 | 119 | 80,4 | ||
| kein Effekt - möglicherweise bedingt durch h hen Gehalt an D: elektrikum |
||||||
| 655 - 87 | 1,11 | 112,5 | 101,3 | |||
| α 10 31 - 258 | 1,30 | 147 | 113,1 | |||
| 1181 i 181 | 1,07 | 127 | 118,7 | |||
| 1035 - 133 | 0,78 | 84 | 107,7 | |||
| 498 - 79 | 1,5 | 159 | 104,7 |
Aus der Tabelle geht hervor, daß sowohl o-Dichlorbenzol
als auch p-Chlortoluol mit Aroclor vergleichbares mechanisches Ansprechverhalten liefern, o-Dichlorbenzol
und p-Chlortoluol besitzen niedrige Viskosität bei Raumtemperatur (etwa 4 cP) im Vergleich zu Aroclor und
sind infolgedessen im Gemisch mit Fluorolube zur Herstellung öliger Bindemittel verwendbar, die sich zum Betrieb
bei niedriger Temperatur eignen.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung des statischen
mechanischen AnsprechVerhaltens einer Fluidzusammensetzung
mit Alginsäure als mehrwertigem Alkohol mit Aroclor 1242 als öligem Bindemittel in Abhängigkeit von der relativen
Feuchtigkeit der Alginsäure, die nach dem bereits beschriebenem Verfahren bestimmt wurde; die Bedeutung der Forderung,
509885/0942
daß in die Pluidzusamtnensetzung nicht mehr adsorbiertes Wasser eingeführt werden sollte, als absolut erforderlich
ist, wird durch die rasche Abnahme des mechanischen Ansprechverhaltens bei steigender relativer Feuchtigkeit
jenseits des Optimalwerts von etwa 20 % unterstrichen.
Die Durchmesser der Alginsäurepartikel besaßen eine pseudo-Gauß-Verteilung mit einem Maximum bei 7,3 /um und
einer Halbwertsbreite von 9 /Um.
Fig. 3 stellt eine einfache Vorrichtung zur Durchführung statischer Tests an erfindungsgemäßen Fluidzusammensetzungen
dar; die Vorrichtung weist einen ersten zylindrischen Leiter 1 von 5*1 cm Durchmesser auf, der
an seinem unteren Ende 2 unter Bildung eines Fluidbehälters abschließt, sowie einen zweiten zylindrischen Leiter
3 von 5 cm Länge und 5 cm Durchmesser, der auf einem
festen isolierenden Zylinder 4 konzentrisch zum ersten Leiter 1 montiert ist. Der isolierende Zylinder 4 ist
an seinem oberen Ende starr und koaxial mit einem zylindrischen Stab 5 verbunden, der in (nicht dargestellten) Lagern
um seine senkrechte Achse frei drehbar gelagert ist. Ein ringförmiger Schleifring 6, der an einem am Stab 5
angebrachten Ventilator 7 montiert ist, ist mit dem zweiten Leiter 3 durch einen ersten Draht 8 elektrisch
verbunden. Eine Kohlebürste 9 (derenHalterung nicht dargestellt
ist) liegt am Schleifring 6/und ist mit einem
zweiten Draht 10 mit einem Anschluß 11 eines 0-5 kV-Netzgeräts 12 elektrisch verbunden. Der erste Leiter 1- ist
mit einem dritten Draht 13 mit dem zweiten Anschluß 14 des Netzgeräts 12 elektrisch verbunden. Eine erfindungsgemäße
Fluidzusammensetzung 15 befindet sich im Ringraum zwischen den Leitern 1 und 3.
Eine Seilscheibe 16 von etwa 15 cm Durchmesser ist fest am Stab 5 befestigt; in einer an ihrem äußeren Umfang
befindlichen Nut 18 liegt ein dünnes Seil 17, dessen
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eines Ende 19 über eine zweite Seilscheibe 20, die um eine Achse 21 frei drehbar ist, geführt und an einem offenen Behälter
22 befestigt ist. Der Behälter 22 kann aus einem Rohr 23, das mit einer (nicht gezeichneten) Wasserleitung
verbunden ist und mit einer in Reihe geschalteten Kombination eines elektrisch betriebenen Hahns 24 und
eines manuell betätigten Hahns 25 betätigt bzw. kontrolliert wird, ^^^S^i^l^ gezeichnete) Ende des Seils
wird eine kleine, bekannte Zugspannung T angelegt. Wenn sich kein Wasser im Behälter 22 befindet, hält die Zugspannung
T die erste Seilscheibe 16 in einer Drehposition,bei
der ein auf der Oberseite der Seilscheibe 16 angebrachter Stift 26 auf einen Mikroschalter 27 Druck ausübt, der
zur Steuerung des Hahns 24 vorgesehen ist. Die Vorrichtung ist so eingestellt, daß der Hahn 24 offen ist, wenn der
Stift 26 Druck auf den Mikroschalter 27 ausübt, und der Hahn 24 schließt, sobald kein Druck mehr ausgebüt wird.
Der erste Leiter 1 ist in einem Thermostatenbad 28 einer auf konstanter, vorherbestimmter Temperatur gehaltenen
Flüssigkeit 29 aufgehängt (Temperaturregelung nicht gezeichnet); durch ein Isoliermaterial 30 werden Temperaturänderungen
durch Konvektion auf ein Minimum reduziert.
Im Betrieb ist der Behälter 22 zunächst leer, der Hahn 24 ist durch den auf den Mikroschalter 27 durch den
Stift 26 ausgeübten Druck offen, und der Hahn 25 ist geschlossen.
Mit dem Netzgerät 12 wird die erforderliche Testspannung V am Ringraum zwischen den Leitern 1 und 3
aigelegt, wobei der Hahn 27 geöffnet ist. Aus dem Rohr 23
fließt Wasser so lange in den Behälter 22, bis das Moment um die Achse des zweiten Leiters 3, das durch die gemeinsame
Kraftwirkung des Behälters 22 und des darin enthaltenen Wassers auf das Seil 17 ausgeübt wird, gleich der Summe
509885/0942
der Momente der Scherkraft S der Pluidzusammensetzung und der Zugspannung T um die Achse des zweiten Leiters 3
ist. An diesem Punkt ist der Druck, den der Stift 26 auf
den Mikroschalter 27 ausübt, Null, und der Hahn 24 wird geschlossen. Der Behälter 22 wird zusammen mit dem darin
enthaltenen Wasser gewogen und die Scherkraft S der Pluidzusammensetzung 15 berechnet. Das Experiment wird innerhalb
eines Bereichs verschiedener Spannungen V wiederholt; eine grafische Darstellung von S gegen V erlaubt schließlich
die Ermittlung des mechanischen Ansprechverhaltens der Pluidzusammensetzung 15.
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Claims (32)
1.JUnter normalen Verhältnissen fluide Zusammensetzung,
ie unter dem Einfluß eines elektrischen Felds zu einer wesentlichen Steigerung der apparenten Viskosität in der
Lage ist und ein vorbestimmtes Volumen einer festen, teilchenförmigen Substanz in einem elektrisch nichtleitenden
öligen Bindemittel dispergiert enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Substanz ein mehrwertiger Alkohol mit sauren Gruppen ist, der eine offene Struktur aufweist, in der
eine bestimmte, signifikante Wassermenge adsorbiert ist.
2. Zusammensetzung nadi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der mehrwertige Alkohol im wesentlichen oder gänzlich in Wasser und im öligen Bindemittel unlöslich ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der mehrwertige Alkohol ein Polymer eines Monosaccharids ist.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der mehrwertige Alkohol ein Copolymer aus mehreren Monosacchariden ist.
5. Zusammensetzung nach Anspruch ~5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polymer eines Monosaccharids Alginsäure ist.
6. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das.Polymer eines Monosaccharids Carboxymethyl-Sephadex ist.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
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daß das Polymer eines Monosaccharide Sulfopropyl-Sephadex
ist.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der mehrwertige Alkohol ein Polyvinylalkohol ist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polyvinylalkohol Sorbit ist.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyvinylalkohol Mannit ist.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der mehrwertige Alkohol in Form eines Salzes vorliegt.
12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz das Natriumsalz von Carboxymethyl-Sephadex
ist.
IJ. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorher bestimmte Volummenge des mehrwertigen Alkohols zwischen 25 und 40 % beträgt.
14. Zusammensetzung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbestimmte Volummenge des mehrwertigen Alkohols 30 - 35 % beträgt.
15. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Teilchen des
mehrwertigen Alkohols einen Durchmesser von 1 - 50 /um
aufweisen.
16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
509885/0 942
daß die festen Teilchen Durchmesser von 4-20 /um besitzeri.
17. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des adsorbierten
Wassers von der Säurestärke des mehrwertigen Alkohols abhängt, wobei die Menge des adsorbierten Wassers mit abnehmender
Säurestärke zunimmt.
18. Zusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des adsorbierten Wassers 4-12 Gew.-%
der Menge des mehrwertigen Alkohols beträgt.
19. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ölige Bindemittel
ein Molvolumen über 80 aufweist.
20. Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ölige Bindemittel ein Molvolumen über 110
aufweist.
21. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des öligen
Bindemittels der Dichte des mehrwertigen Alkohols, in dem das Wasser adsorbiert ist, angepaßt ist.
22. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ölige Bindemittel
ein Gemisch von- zumindest zwei öligen Verbindungen darstellt, wobei die Dichte der einen öligen Verbindung
über und die Dichte der anderen öligen Verbindung unter Mer Dichte des mehrwertigen Alkohols liegt.
23. Zusammensetzung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei öligen Verbindungen Aroclor 1242 und
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Fluorolube PS-5 sind.
24. Zusammensetzung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden öligen Verbindungen Aroclor 1242 und
Fomblin sind.
25. Zusammensetzung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei' öligen Verbindungen Dichlorbenzol und
Fluorolube SF-5 sind.
26. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Fluidisierungsmittel
enthält.
27. Zusammensetzung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fluidisierungstnittel Sorbit-monooleat ist.
28. Zusammensetzung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsmittel Sorbit-sesquioleat ist.
29. Fluid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 30-35 Vol.-$ Alginsäure in Form fester Partikel mit
6-12 Gew.-% adsorbiertem Wasser und 7O-65 Vol.-$ eines
Gemischs von Aroclor 1242 und Fluorolube FS-5 im Gewichtsverhältnis von etwa 2:3.
30. Fluid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch 30-35 Vol.-$ Natrium-carboxymethyl-Sephadex in
Form fester Partikel mit 6-12 Gew.-% adsorbiertem Wasser
und 70-65 Vol.-$ eines Gemischs von Aroclor 1242 und Fluorolube SF-5 im Gewichtsverhältnis von etwa 1:1.
31. Fluid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 30 - 35 Vol.-$ Carboxymethyl-Sephadex in Form fester
Partikel mit 6-12 Gew.-^ adsorbiertem Wasser und 7O-65 Vol.
509885/0942
eines Gemischs von Aroclor 1242 und Fluorolube FS-5 im Gewichtsverhältnis von etwa 1:6.
32. Fluid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch 30 - 35 Vol.-# Sulfopropyl-Sephadex in Form fester
Partikel mit 4-10 Gew.-^ adsorbiertem Wasser und 7O-65
Vol.-$ eines Gemischs von Aroclor 1242 und Fluorolube FS-5 im Gewichtsverhältnis von etwa 2:7.
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Leerseite
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|---|---|---|---|
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| DE2530694A1 true DE2530694A1 (de) | 1976-01-29 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JPS5133783A (de) |
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