DE2642812C3

DE2642812C3 - Hydraulische Flüssigkeiten auf der Basis von Organopolysiloxanen

Info

Publication number: DE2642812C3
Application number: DE2642812A
Authority: DE
Inventors: Karl O. Hamden Conn. Knollmueller
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1975-09-24
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1982-01-07
Also published as: US4048084A; DE2642812A1; DE2642812B2

Description

R'

R' —O—Si —O —R'

R' R'

I O I

O O

I ₁₅ R' —O—Si —O—Si —O—Si —O —R' (I)

R'—O—Si —O —Si —O—Si —O —R' (I) ORO

R'

20

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 als 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 Wärmeiibertragungssysteme.

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 öder als Bestandteil eitler hydraulischen Flüssigkeit für hydraulische Systeme oder Wärme-Übertragungssysteme.

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 AIkylres;e 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

jo verschiedensten Art als hydraulische Flüssigkeiten empfohlen worden (so in der DE-PS 12 58407. 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 ShelI-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 neuen 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 I wiedergeben. Vorzugsweise ist der Rest R ein Wasserstoffatom oder tin Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder ein Aryi- oder Aralkvlrest 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 i

M) Kohlenstoffatomen sind. Die erwünschten und bevor zugten 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, vorzugsweise mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen, auf. Die sterisch gehinderten Alkylreste sind Alkylreste, die dem Molekül eine Stabilität gegen eine Hydrolyse verleihen, d. h.. daß sie eine Reaktion der Siücium-Sauerstoff- oder

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

sek.-Butyl-,

Isobutyl-,

2-Äthyl-butyI-,

2-Äthyl-pentyl-,

3-Äthyl-pentyl-,

2-Äthyl-hexyl-,

3-Äthyl-hexyl-unddie

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 Formei I 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% der hydraulischen Flüssigkeit eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I sein, beispielsweise können 45 bis 90% derTlüssigr .-it aus einer oder mehreren Verbindungen der illgemeinen Formel 1 bestehen.

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-R₂I₁OR,

sein, in der Ri ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist. R₂ einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet. Rj ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit I bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und * eine Zahl von 2 bis 4 ist. Die Reste Ri. Rj und Rs können geradkettig oder verzweigt sein und der Alkylenoxidrest OR) in vorstehender Formel kann aus Gemischen von Alkylenoxid bestehen. Weitere Beispiele von möglichen Verdünnungsmitteln sind Glykole, wie Alkylenglykole der allgemeinen Formel III

HO(R₄O)H (HD

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

Beispiele der vorstehend genannten Verdünnungsmittel sind

Diiiihylenglykol-mönöäthyiälher,

Diälhylenglykol-monobutyläther,

Triathylenglykol'monomethylather,

Triälhyleriglykol-monoäthyläther,

Tetraäthylen-glykolmönomethyläther,

Äthylenglykol,

Propylcnglykol,

Diäthylenglykol und
Tetraäthylenglykol.

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

ίο 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

2i> chemischen und physikalischen Eigenschaften zu steuern oder zu modifizieren. Unter diesen zahlreichen Zusätzen, die rien Flüssigkeiten zugesetzt werden können, sind pH-Inhibitoren, Korrosionsschutzmiitel, Antioxydantien, Rostschutzmittel, Viskositätsverbesse-

2Ί rungsmittel. Mittel zum Herabsetzen des Stockpunktes. Schmierzusätze. Antischaummittel, Stabilisatoren. Dampfphasenkorrosionsschutzmittel, KauiSchukquellzusätze. Demulgatoren. Farbstoffe und Geruchsuriterdrückungsmittel. Gewöhnlich variiert die Gesamtmenge

in der Zusätze, die in die F'Iüssigkeitssysteme 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 kennen gegebenenfalls Alkaliinhibitcren 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 Alkaliinhibitoren sind beispielsweise Alkalimelallsalze höherer Fettsäu-

4» ren. wie Kaliumoleat. dann Kaliumseifen von Kolophonium- oder Tallölfettsäuren. Amine, wie Morpholin oder Äthanolamin. und Aminsalze, wie Mono- oder Dibutylammoniumborate.
Gegebenenfalls können auch Antioxydantien mitver-

>() w endet werden. Typische Antioxydantien sind beispielsweise 2.2-Di-(4-hydroxyphenyl)-propan, Phenolhiazin, Amine, wie Phenyl-vnaphthylamin, sowie gehinderte Phenole, wie Dibutylkresol. Im allgemeinen variiert die Menge des verwendeten Antioxidans von 0 bis etwa 3

i' Gewichtsprozent, beispielsweise von 0,001 bis 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flüssigkeit ssystems.

Außerdem können gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe in die Flüssigkeitssysteme eingearbeitet werden.

w) So werden genannt Korrosionsinhibitoren, wie Butindiol, oder K.autschukquelleinstellmittel, 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 Beispiele von Zusätzen und Verdün-

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 funktionell Flüssigkeit hergestellt, die aus der Verbindung der nachstehenden Formel besteht:

CH₃Si[OSi(SeIc-C₄H₉O)₃J₃

Diese Verbindung wird auf zahlreiche Eigenschaften für eine funktionelle 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 funktionelle Flüssigkeiten und insbesondere für ein: ist, die keine ViskositätESteuerungszusätze 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 Geschwindigkeit von 1800UpM einer Belastung von 40 kg aussetzt. Diese Flüssigkeit zeigt im Verschleißtest 0,73 mm Gesamtverschleiß, was eine sehr gute Schmierfähigkeit für 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 Kupfermetallkatalysator während 100 Stunden durchgeführt wird. Lediglich 0,002 Prozent Feststoffe werden gefunden, die bei Beendigung des Tests vorliegen. Außer uen vorgenannten erwünschten Eigenschaften zeigt diese Flüssigkeit einen Flammpunkt von 198.9° C. was die Verwendung als hydraulische Flüssigkeit unter schwierigen Hochtemperaturbedingungen gestattet. Die Verwendbarkeit der funktioneilen 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 -40^uC. Der ASTM-Viskositatsindex beträgt (ASTM-D 22-70). Der Gewichtsverlust in Luft betiagt nur 13.96% bei 1 at bei 204,4' C währand einer Stunde.

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

Flüssigkeit in Viskosität bei 98,9^ C bei 37,8^ C bei -40 C ASTM-Kurve Ii Viskositätsausdehnungsindex Verschleiß % Feststoffe nach der Hydrolyse 2" Gewichtsverlust beim Lufttest Flammpunkt

y> Flüssigkeit Viskosität bei 98,9 C bei37,8C bei -40"C J» ASTM-Kurve Viskositätsausdehnungsindex Verschleiß % Feststoffe nach J> der Hydrolyse

Flüssigkeit

Viskosität

bei 100" C bei 37.8 C

bei -40^cC ASTM-Kurve Viskositätsausdehnungsindex Verschleiß % Feststoffe nach der Hydrolyse

Beispiel

HSi[OSi(SeL-C₄H₉O)₁J₃

8.02 cSt 26,1 cSt 544.8 cSt 0.46

322 0.98 mm

< 0.005

19.1' 193.3-C

Beispiel

12.33 cSt

45.21 cSt 1505 cSt 0.44

300 0.57 mm

0.01 Beispiel

CH₂ = CHSi[OSi(sek.-C₄H₉O)₃],

11,04cSt 42,7 cSt gefroren 0,47

270 0.70 mm

0.03

Claims

Patentansprüche:

I. Verwendung einer Verbindung der allgemeinen

Formel I_n,

R' — O—Si — O—R' ίο

R'

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Verbindung der allgemeinen Formel I