DE2642812B2

DE2642812B2 - Hydraulische Flüssigkeiten auf der Basis von Organopolysiloxanen

Info

Publication number: DE2642812B2
Application number: DE2642812A
Authority: DE
Inventors: Karl O. Hamden Conn. Knollmueller (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2642812C3; US4048084A; DE2642812A1

Description

R' —O —Si —O —Si —O — Si —O —R' (I)

R'

in der R und R' gleich oder verschieden sind und Wasserstoffatome, Alkyl-, Alkenyl-, Aryl- oder Aralkylreste bedeuten, mit der Maßgabe, daß die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen sind, als hydraulische Flüssigkeit oder als Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.

2. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I, in der R und R' gleich oder verschieden sind und Wasserstoffatome, Alkyl- oder Alkenylreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder Aryl- oder Aralkylreste mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen sind, mit der Maßgabe, daß die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen sind, nach Anspruch 1, als hydraulische Flüssigkeit oder ais Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.

3. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I, in der die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit 3 bis 24 Kohlenstoffatomen sind, nach Anspruch 1 oder 2, als hydraulische Flüssigkeit oder als Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.

4. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I, in der R und R' gleich oder verschieden sind und Wasserstoffatome oder Alkylreste mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Aryl- oder Aralkylreste mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen sind, mit der Maßgabe, daß die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen sind, nach Anspruch 1 oder 2, als hydraulische Flüssigkeit oder als Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.

5. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I, worin die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen sind, nach Anspruch 4, als hydraulische Flüssigkeit oder als Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I

R'

R' —O — Si —O —R'

R'
O

R'-

R'
O

-O—Si—O—Si —O—Si — O —R' (I)

I I I

ORO

R'

in der R und R' gleich oder verschieden sind und Wasserstoffatome, Alkyl-, Alkenyl-, Aryl- oder Aralkylreste bedeuten, mit der Maßgabe, daß die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen sind, als hydraulische Flüssigkeit oder als Bestandteil einer hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärmeübertragungssysteme.
Es sind bereits siliciumorganische Verbindungen der verschiedensten Art als hydraulische Flüssigkeiten empfohlen worden (so in der DE-PS 12 58 407, der DE-AS 17 23 242 und der DE-AS 21 62 273), die jedoch in verschiedener Hinsicht nicht befriedigen konnten. Entweder ist der Viskositätsindex zu niedrig und der Pourpoint zu hoch oder das Verschleißverhalten, z. B. im SheIl-4-Kugelprüfgerät, ist ohne spezielle Zusatzstoffe nicht ausreichend.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Siliciumverbindungen weisen hingegen sehr hohe Viskositätsindices bzw. hohe Pourpoints auf und sie zeigen vorzügliche Schmiereigenschaften im Verschleißtest.

Die neue Oxysilanverbindungen mit den erwünschten Eigenschaften sind bisher in der Literatur noch nicht beschrieben worden. Eine ausführlichere Beschreibung, insbesondere deren Herstellung, findet sich in der gleichzeitig eingereichten Anmeldung P 26 42 833.

Die in den erfindungsgemäßen hydraulischen Flüssigkeiten verwendeten Verbindungen lassen sich durch die allgemeine Formel 1 wiedergeben. Vorzugsweise ist der Rest R ein Wasserstoffatom oder ein Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder ein Aryl- oder Aralkylrest mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen. Vorzugsweise ist R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder ein Aryl- oder Aralkylrest mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen. In der allgemeinen Formel I kann der Rest R' gleich oder verschieden von dem Rest R sein, jedoch mit der Maßgabe, daß mindestens die Mehrzahl der Reste R' sterisch gehinderte Alkylreste mit mindestens 3

bo Kohlenstoffatomen sind. Die erwünschten und bevorzugten Reste R' sind die gleichen wie für die Reste R unter Berücksichtigung der vorstehenden Maßgabe. Mindestens die Mehrzahl der Reste R' weist sterisch gehinderte Alkylreste mit 3 bis 24 Kohlenstoffatomen,

t» vorzugsweise mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, auf. Die sterisch gehinderten Alkylreste sind Alkylreste, die dein Molekül eine Stabilität gegen eine Hydrolyse verleihen, d. h.. daß sie eine Reaktion der Silicium-Sauerstoff- oder

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Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen in dem Molekül mit Wasser verhindern. Beispiele für sterisch gehinderte Alkylreste sind verzweigte primäre Alkylreste mit einer Seitenkette von mindestens 2 Kohlenstoffatomen in der ^-Position, sekundäre und tertiäre Alkylreste, insbesondere die

selc-Butyl-,

Isobutyl-,

2-Äthyl-butyl-,

2-Äthyl-pentyl-,

3-Äthyl-pentyl-,

2-Äthyl-hexyl-,

3-Äthyl-hexyl- und die

2,4-Dimethyl-3-pentyl-Gruppe.

Infolge der besonders vorteilhaften hydrolytischen Stabilität dieser Verbindungen sowie ihrer hohen Schmiereigenschafts- und niedrigen Viskositätswerte können die Verbindungen ohne sonstige Zusätze oder Verdünnungsmittel eingesetzt werden.

Gegebenenfalls können diese Verbindungen den Grundbestandteil der hydraulischen Flüssigkeit ausmachen oder können eine geringe Menge, d.h. einen Zusatz, in einer solchen Flüssigkeit bilden, die eine andere Grundkomponente enthält. Beispielsweise können 5% oder weniger einer oder mehrerer der Verbindungen der allgemeinen Formel 1 oder auch etwa 100% dieser Verbindungen verwendet werden, wobei sich die Prozentangaben auf das Gewicht beziehen. Beispielsweise können 20 bis etwa 95% oder etwa 100% ju der hydraulischen Flüssigkeit eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I sein, beispielsweise können 45 bis 90% der Flüssigkeit aus einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formel I bestehen. J5

Es sind zahlreiche Verdünnungsmittel, Inhibitoren und andere Zusätze bei hydraulischen Flüssigkeiten bekannt, und diese können gegebenenfalls auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung mitverwendet werden. Beispielsweise kann ein Verdünnungsmittel ein Glykol-monoäther oder -diäther der nachstehenden allgemeinen Formel

R₁[O-R₂LOR₃

(II)

sein, in der Ri ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffato- 4^r> men ist, R2 einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, R3 ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und χ eine Zahl von 2 bis 4 ist. Die Reste Ri, R₂ und R₃ können geradkettig oder verzweigt sein und der Alkylenoxid- ^r>o rest OR3 in vorstehender Formel kann aus Gemischen von Alkylenoxid bestehen. Weitere Beispiele von möglichen Verdünnungsmitteln sind Glykole, wie Alkylenglykole der allgemeinen Formel III

HO(R₄O)₁H (III) "

in der R4 ein Alkylenrest mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen ist und y eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet.

Beispiele der vorstehend genannten Verdünnungsmittel sind to

D'iäthylenglykol-monoäthyläther,

Diäthylenglykol-monobutylälher,

Triäthylenglykol-monomethyläther,

Triäthylenglykol-monoäthyläther. t>^ri

Tetraäthylen-glykolmonomethyläther,

Äthylenglykol,

ProDvlenelvkol.

Diäthylenglykol und
Tetraäthylenglykol

Zahlreiche andere bekannte Verdünnungsmittel und deren Gemische können ebenfalls mit der ein Organosilan enthaltenden Grundkomponente vorliegender Erfindung verwendet werden. In der US-PS 33 77 288 sind zahlreiche Verdünnungsmittel angegeben, die im vorliegenden Fall eingesetzt werden können.

Im allgemeinen ist die verwendete jeweilige Menge des Verdünnungsmittels nicht kritisch, und deshalb können in weitem Umfang variierende Mengen verwendet werden. Insbesondere können die Verdünnungsmittel 0 bis etwa 80 Gewichtsprozent der Flüssigkeit ausmachen und liegen vorzugsweise in einer Menge von etwa 20 bis etwa 60% vor.

Des weiteren können zahlreiche Zusätze zu den in den Systemen vorliegender Erfindung verwendeten Flüssigkeiten zugesetzt werden, um die verschiedensten chemischen und physikalischen Eigenschaften zu steuern oder zu modifizieren. Unter diesen zahlreichen Zusätzen, die den Flüssigkeiten zugesetzt werden können, sind pH-Inhibitoren, Korrosionsschutzmittel, Antioxydantien, Rostschutzmittel, Viskositätsverbesserungsmittel, Mittel zum Herabsetzen des Stockpunktes, Schmierzusätze, Antischaummittel, Stabilisatoren, Dampfphasenkorrosionsschutzmittel, Kautschukquellzusätze, Demulgatoren, Farbstoffe und Geruchsunterdrückungsmittel. Gewöhnlich variiert die Gesamtmenge der Zusätze, die in die Flüssigkeitssysteme eingearbeitet werden können, zwischen 0 und 20%, beispielsweise von 0,1 bis 8% und ganz besonders von 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkeitssystems.

Beispielsweise können gegebenenfalls Alkaliinhibitoren für den pH-Wert und Korrosionsschutzmittel in einer Menge zugegeben werden, um die alkalischen Bedingungen der Flüssigkeit aufrecht zu erhalten, d. h. einen scheinbaren pH-Wert von etwa 7,0 bis etwa 11,5. Diese Inhibitoren können im allgemeinen in einer Menge von 0 bis 8 Gewichtsprozent, bezogen auf das; Gesamtgewicht der Flüssigkeit, beispielsweise von 0,5 bis 6%, zugegeben werden. Wertvolle Alkaliinhibitoreri sind beispielsweise Alkalimetallsalze höherer Fettsäuren, wie Kaliumoleat, dann Kaliumseifen von Kolophonium- oder Tallölfettsäuren, Amine, wie Morpholin oder Äthanolamin, und Aminsalze, wie Mono- oder Dibutylammonium-borate.

Gegebenenfalls können auch Antioxydantien mitverwendet werden. Typische Antioxydantien sind beispielsweise 2,2-Di-(4-hydroxyphenyl)-propan, Phenothiazin, Amine, wie Phenyl-a-naphthylamin, sowie gehinderte Phenole, wie Dibutylkresol. Im allgemeinen variiert die Menge des verwendeten Antioxidans von 0 bis etwa 3 Gewichtsprozent, beispielsweise von 0,001 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkeitssystems.

Außerdem können gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe in die Flüssigkeitssystenie eingearbeitet werden. So werden genannt Korrosionsinhibitoren, wie Butindiol, oder Kautschukquelleinstellmittel, wie Dodecylbenzol.

Die vorgenannten Inhibitoren und Zusätze sind lediglich beispielhaft und stellen keine ausschließliche Aufzählung der zahlreichen bekannten Substanzen dar, die Flüssigkeitssystemen zugesetzt werden können, um die verschiedensten erwünschten Eigenschaften zu erhalten. Andere Beisniele von Zusätzen und Verrinn-

nungsmitteln, die verwendbar sind, können der US-PS 33 77 288 und dem Buch von Roger E. Hatton »Introduction to Hydraulic Fluids«, Verlag Reinhold Publishing Corp., 1962, entnommen werden.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es wird eine funktioneile Flüssigkeit hergestellt, die aus der Verbindung der nachstehenden Formel besteht:

CH₃Si[OSi(SeIe-CH₉O)₃Ii

Diese Verbindung wird auf zahlreiche Eigenschaften für eine funktioneile Flüssigkeit untersucht Um den wichtigsten Punkt, nämlich die Wärmeübertragungseigenschaften, zu prüfen, wird die Flüssigkeit untersucht, um seine ASTM-Kurve zu bestimmen (ASTM-D 341-43). Die ASTM-Kurve basiert auf Viskositätsmessungen bei 37,8° C und 98,9° C und wird als Zeichen der Viskositätsänderung in bezug auf Temperaturänderungen angewendet. Die vorgenannte Flüssigkeit zeigt eine ASTM-Kurve von 0,45, was sehr gut für funktionell Flüssigkeiten und insbesondere für eine ist, die keine Viskositätssteuerungszusätze enthält. Des weiteren werden die Schmiereigenschaften der Flüssigkeit untersucht, indem die Flüssigkeit einem Verschleißtest unterworfen wird, wobei man sie eine Stunde bei 75,5° C im Vierkugelapparat bei einer Geschwind.gkeit von 1800UpM einer Belastung von 40 kg aussetzt. Diese Flüssigkeit zeigt im Verschleißtest 0,73 mm Gesamtverschleiß, was eine sehr gute Schmierfähigkeit fü; eine Flüssigkeit darstellt, die keinen Schmiermittelverbesserer enthält. Ein nennenswerter Test für eine hydraulische Flüssigkeit ist ihre Stabilität in Gegenwart von Wasser. Diese Flüssigkeit wird deshalb einem Hydrolysefeststofftest unterworfen, der bei 98,9°C in Gegenwart von 33 Gewichtsprozent Wasser und einem Ktjpfermetallkatalysator während 100 Stunden durchgeführt wird. Lediglich 0,002 Prozent Feststoffe werden gefunden, die bei Beendigung des Tests vorliegen. Außer den vorgenannten erwünschten Eigenschaften zeigt diese Flüssigkeit einen Flammpunkt von 198,9°C, was die Verwendung als hydraulische Flüssigkeit unter schwieringen Hochtemperaturbedingungen gestattet. Die Verwendbarkeit der funktionellen Flüssigkeit bei niederer Temperatur kann ebenfalls aufgrund der Tatsache erfolgen, daß die Flüssigkeit noch bei Temperaturen unter -40°C flüssig ist. Viskositätsmessungen: lOcSt bei 98,9°C; 37,2 cSt bei 37,8°C; 105OcSt bei -40⁰C. Der ASTM-Viskositälsindtx beträgt 310 (ASTM-D 22-70). Der Gewichtsveriust in Luft beträgt nur 13,96% bei 1 at bei 204,4° C während einer Stunde.

Die vorgenannten Untersuchungen werden bei Flüssigkeiten der Beispiele 2 bis 4 wiederholt Man erhält die folgenden Ergebnisse:

	Beispiel 2
Flüssigkeit Viskosität	HSi[OSi(SeIc-C(H₉O)₃J₃
bei 98,9° C	8,02 cSt
bei 37,8⁰C	26,1 cSt
bei -40° C	544,8 cS«.
ASTM-Kurve	0,46
Viskositäts-
aasdehnungsindex	322
Verschleiß	0,98 mm
% Feststoffe nach
der Hydrolyse	< 0,005
Gewichtsverlust
beim Lufttest	19,16
Flammpunkt	193,3° C
	Beispiel 3
Flüssigkeit	C₂H ₅Si[OSi(sek.-C H₉O)₃J₃
Viskosität
bei 98,9° C	12.33 cSt
bei 37,8° C	45.21 cSt
bei -40° C	1505 cSt
ASTM-Kurve	0,44
Viskositäts-
ausdehnungsindex	300
Verschleiß	0,57 mm
% Feststoffe nach
der Hydrolyse	0,01
	Beispiel 4
Flüssigkeit	CH₂ = CHSi[OSi(sek.-
	Ο,Η<,0),]₃
Viskosität
bei 100⁰C	11,04 cSt
bei 37.8°C	42,7 cSt
bei -40⁰C	gefroren
ASTM-Kurve	0.47
Viskositäts-
ausdehnungsindex	270
Verschleiß	0,70 mm
% Feststoffe nach
der Hydrolyse	0.03

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I

R'

R' — O—Si — O-

R'

-R'
R'
O