DE60019159T2

DE60019159T2 - Verwendung wässriger Formiate als hydraulisches Medium

Info

Publication number: DE60019159T2
Application number: DE60019159T
Authority: DE
Inventors: Pentti Hukkanen
Original assignee: Kemira Oyj
Current assignee: Kemira Oyj
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: NO20022565D0; WO2001040398A1; JP2003515653A; EP1235883B1; US20030134967A1; US6835323B2; CA2393238A1; EP1235883A1; FI112950B; NO20022565L; CA2393238C; DE60019159D1; FI19992592A; ES2240214T3; ATE292169T1; AU2013501A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine wässrige Zusammensetzung, welche als hydraulisches Medium bei der hydrostatischen Kraftübertragung verwendbar ist. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verwendung von bestimmten Salzen und deren wässrigen Lösungen als ein hydraulisches Medium und in einem hydraulischen Medium.
Hydraulische Medien, welche zur Übertragung von Energie bei der hydrostatischen Kraftübertragung verwendet werden, spielen eine wesentliche Rolle in hydrauischen Flüssigkeiten. Bei den ersten hydraulischen Anwendungen, welche eingesetzt wurden, wurde Wasser als das Medium verwendet. Wasser hat bestimmte allgemein bekannte Nachteile wie Gefrieren bei niedrigen Temperaturen, schlechte Schmiereigenschaften, und es bildet ebenfalls eine günstige Wachstumsumgebung für Mikroben, hieraus ergibt sich die Bildung von Niederschlägen, von schlechtem Geruch, von Korrosion und sogar die Bildung von Wasserstoff, welcher Wasserstoffsprödigkeit bei Strukturmaterialien hervorrufen kann.
Diese Nachteile wurden bei derzeit in Anwendung befindlichen hydraulischen Flüssigkeiten dadurch ausgeschaltet, daß als Medium, beispielsweise Mineralöle, und in neuerer Zeit ebenfalls pflanzliche Öle, zur Herabsetzung des in der Umwelt durch Mineralöle hervorgerufenen Schadens, verwendet wurden. Sowohl pflanzliche Öle als auch Mineralöle haben den Nachteil, daß ihre Viskositäten auf schädlich hohe Werte bei niedrigen Temperaturen ansteigen. Für den größten Teil der hydraulischen Öle liegt die niedrigst mögliche Betriebstemperatur zwischen –20 und –30°C. Öle und Fette haben dadurch einen weiteren Nachteil, daß sie ein Wachstumsmedium für Mikro ben bilden. Die Brennbarkeit ist ebenfalls ein schwerwiegender üblicher schädlicher Faktor, weshalb Anstrengungen unternommen werden, die Verwendung von Ölen zu reduzieren.
Die US 5 451 334 beschreibt eine Möglichkeit zur Vermeidung der ungünstigen Eigenschaften von Mineralölen durch Verwendung von gereinigtem Rapsöl oder Sojabohnenöl als Hauptkomponente, zu welchem Antioxidans in einer Menge von 0,5–5% und Ester mit großem Molekül in einer Menge von im Minimum 20% zugesetzt worden sind. Auf diese Weise kann der Erstarrungspunkt des Öls von dem normalen –16°C auf so niedrige Werte wie –40––45°C erniedrigt werden.
Die WO 9726311 beschreibt ein Hochleistungsfluid, das hauptsächlich für Ölbohren vorgesehen ist, wobei das Fluid besteht aus einem Polymeren zur Erhöhung der Viskosität der wässrigen Lösung und einer wässrigen Lösung, welche Kationen und Anionen enthält, so daß die Lösung sowohl zwei Kationen oder zwei Anionen enthält. Das Ziel ist ein Fluid mit hoher Stabilität im Hinblick auf Alterung, Hitze, mechanische Beanspruchungen und Gleitbeanspruchungen.
Die DE 19 510 012 beschreibt eine Salzlösung oder ein Fluidmedium zur Verwendung in Fluidkreisläufen wie Solarenergieanlagen, Wärmepumpen, Thermostaten, Fahrzeugkühlkreisläufen oder hydraulischen Kreisläufen, welche für die Wärmeübertragung vorgesehen sind, oder bei Rohrleitungen, in denen warme oder kalte Energie in einem Fluidmedium übertragen werden kann und die Gefahr des Temperaturabfalls unter den Gefrierpunkt von Wasser oder den Erstarrungspunkt des Mediums besteht. Die Salzlösung oder das Fluidmedium ist eine Mischung von Wasser und einem Salz von Propionsäure. Gemäß der Veröffentlichung werden gemäß den gemachten Angaben die Nachteile von Mischungen von Wasser und Glycol und von Mischungen von Wasser und Chlorid, welche zuvor eingesetzt wurden, vermie den, und die Lebensmittelanforderungen werden erfüllt. Das angegebene Medium brennt nicht oder explodiert nicht und ist geruchlos, und gemäß der Veröffentlichung kann es bei so niedrigen Temperaturen wie –50°C eingesetzt werden. Eine weitere vorgeschlagene Verwendung ist in wässrigen hydraulischen Flüssigkeiten.
Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, daß die meisten Nachteile des Standes der Technik in hydraulischen Flüssigkeiten vermieden werden können, indem als das hydraulische Medium Formiatlösungen verwendet werden, welche Salze von Ameisensäuren enthalten. Die Lösungen werden bereits derzeit verwendet, beispielsweise als Wärmeübertragungsmedien als Folge ihrer Umweltfreundlichkeit, ihrer niedrigen Gefrierpunkte und ebenfalls der niedrigen Viskositäten bei niedrigen Temperaturen.
Gemäß der Erfindung wird daher eine wässrige Zusammensetzung zur Verwendung als hydraulisches Medium bei hydrostatischer Kraftübertragung bereitgestellt, wobei die Zusammensetzung eine wässrige Lösung eines Salzes von Ameisensäure umfaßt.
Das Salz von Ameisensäure kann ein Alkalimetallsalz von Ameisensäure, wie ein Natrium- oder Kaliumsalz, ein Erdalkalimetallsalz wie Calcium- oder Magnesiumsalz oder ein Ammoniumsalz sein. Kaliumformiat ist ein besonders vorteilhaftes Salz von Ameisensäure.
Die geeignete Konzentration des Salzes von Ameisensäure beträgt annähernd 1–75 Gew.-%, bevorzugt annähernd 5–60 Gew.-% und besonders bevorzugt annähernd 10–60 Gew.-%, abhängig von der ins Auge gefaßten Verwendung.
Die wässrige Zusammensetzung gemäß der Erfindung kann zusätzlich Additive, wie ein Verdickungsmittel und/oder einen Korrosionsinhibitor, enthalten.
Die geeignete Menge von Verdickungsmittel beträgt annähernd 0,1–5 Gew.-%, bevorzugt annähernd 0,2–1,0 Gew.-%. Bevorzugte Verdickungsmittel schließen Acrylsäurepolymere und -copolymere ein, von denen Natriumpolyacrylat und ein Copolymeres von Natriumacrylat und Acrylamid erwähnt werden können.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verwendung einer wässrigen Lösung eines Salzes von Ameisensäure als ein hydraulisches Medium.
Die Erfindung bezieht sich zusätzlich auf die Verwendung eines Salzes von Ameisensäure in einem wässrigen hydraulischen Medium, in welchem das Salz von Ameisensäure einen Hemmeffekt auf das mikrobielle Wachstum und einen Erniedrigungseffekt auf den Gefrierpunkt wie auch einen Erniedrigungseffekt auf die Viskosität bei niedrigen Temperaturen hat.
Im Vergleich mit der Mischung von Wasser und einem Salz von Propionsäure, die in der veröffentlichten DE-Anmeldung 19 510 012 angegeben ist, werden die folgenden Vorteile mit den wässrigen Lösungen von Salzen von Ameisensäure gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. Formiatlösungen, erreicht.
Formiatlösungen haben niedrigere Gefrierpunkte. Es ist angegeben, daß mit der in der DE 19 510 012 angegebenen Propionatlösung eine Temperatur von –50°C erreicht werden kann, während mit einer 50%igen Kaliumformiatlösung eine Temperatur von –60°C erreicht werden kann, und Temperaturen selbst niedriger als dieser Wert können bei Verwendung einer stärkeren Lösung erreicht werden.
Weiterhin sind die Viskositäten von Formiatlösungen bei niedrigeren Temperaturen geringer als diejenigen von entsprechenden Propionatlösungen. Beispielsweise beträgt die Viskosität einer 50%igen wässrigen Lösung von Kaliumformiat bei –40°C 18,9 cSt.
Ameisensäure, welche für die Herstellung von Formiaten verwendet wird, ist gegenüber Mikroben wirksamer als Propionsäure. Beispielsweise ist der EC 50-Wert gegen das Bakterium Pseudomonas putila für Ameisensäure 46,7 mg/l, und der entsprechende Wert für Propionsäure ist 59,6 mg/l. Es kann angenommen werden, daß die Verhältnisse der entsprechenden Eigenschaft der entsprechenden Salze dieser Säuren die gleichen sind.
Die Erfindung wird im folgenden mehr im einzelnen unter Heranziehung von Beispielen beschrieben. Die in der vorliegenden Beschreibung angegebenen Prozentsätze sind Gewichtsprozentsätze, falls nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
In diesem Beispiel wurde die antimikrobielle Wirkung von Kaliumformiat untersucht, und die im folgenden angegebenen Testergebnisse zeigen, daß Kaliumformiat ein Wachstumsmedium für Mikroben nicht bildet.
Die folgenden Testlösungen wurden bei dem Test eingesetzt: "Fr/3 y verwendet" ist eine Kaliumformiatlösung, welche in einer Kühlanlage während 3 Jahren als Wärmeübertragungsmedium verwendet wurde.
"Fr" ist eine Kaliumformiatlösung, welche für die Verwendung als ein Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist, und in welche, wegen der vorgesehenen Verwendung, eine kleine Menge eines Korrosionsinhibitors eingemischt wurde, um die Vorrichtung gegen Korrosion zu schützen.
"Kfo" ist eine Kaliumformiatlösung; und
"Rapsöl" ist ein handelsübliches Rapsöl.
Der Test wurde so durchgeführt, daß jede zu untersuchende Lösung in zwei Kunststoffprobenflaschen, 60 ml in jede, eingefüllt wurde. Eine der zwei Flaschen wurde mit 2 g von Abfallschlamm aus der Papierindustrie, welcher verschiedene Mikroben enthielt, beimpft, wobei ein solcher Schlamm als ein günstiges Wachstumsmedium für Mikroben bekannt ist. Nach dem Mischen wurden die Proben bei Zimmertemperatur für 2 Tage stehen gelassen.
Kulturtests wurden an den Proben in einem für mikrobiologische Untersuchungen spezialisierten Laboratorium durchgeführt. Die Untersuchungsmethoden waren wie folgt.
Der Versuch von aeroben Bakterien wurde unter Verwendung eines PCA-Substrates und einer Inkubation für 2 Tage bei 37°C durchgeführt. Für den Versuch von anaeroben Bakterien wurden Brewer's Agar und Inkubation für 2 Tage in einem anaeroben Behälter bei 37°C angewandt. Bei dem Versuch von schleimbildenden Bakterien wurden PCA-Agar + Saccharose 50 g/l sowie Inkubation für 2 Tage bei 37°C angewandt. Die Schleimkolonien wurden ausgezählt. Hefen und Schimmelpilze wurden unter Verwendung eines Saboraud-Maltoseagarsubstrates sowie Inkubation für 3–4 Tage bei 30°C untersucht.
Die Analysenergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1 Mengen von Mikroben in mit einer Bakterienimpfung kontaminierten Proben und nicht-kontaminierten Proben
Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse zeigen an, daß nicht mit Mikroben beimpfte Formiatlösungen vollständig frei von aeroben, anaeroben und schleimbildenden Bakterien wie auch von Hefen und Schimmelpilzen nach Kultur von zwei Tagen wa ren, und daß Formiatlösungen, welche mit Mikroben beimpft worden waren, in der Lage waren, die Mikroben fast vollständig innerhalb von zwei Tagen zu zerstören. Andererseits zeigen die Ergebnisse deutlich, daß das Wachstum von aeroben und anaeroben Bakterien in Rapsöl kräftig war, und insbesondere in Rapsöl, das mit Mikroben beimpft worden war.
Beispiel 2
Die Viskosität von hydraulischen Fluiden sollte bevorzugt innerhalb eines Bereiches von 20–40 cSt liegen. Die Viskosität sollte nicht zu niedrig sein. Falls die Viskosität sehr niedrig ist, beispielsweise in der Größenordnung von 1 cSt, müssen einfache Dichtungen in Form von O-Ringen in der hydraulischen Ausrüstung verlassen werden, und andere Optionen müssen angewandt werden. Es ist möglich, die Viskosität einer Kaliumformiatlösung durch Zugabe von beispielsweise Natriumpolyacrylat oder irgendeinem anderen Verdickungsmittel, von denen zahlreiche bekannt sind, zu erhöhen.
Das vorliegende Beispiel untersucht die Möglichkeit der Beeinflussung der Viskosität von Kaliumformiat durch Zugabe, bei verschiedenen Temperaturen, in einer Menge von 0,15% von Fennopol A 392 (einem Copolymeren von Natriumacrylat und Acrylamid), hergestellt von der Vaasa-Anlage von Kemira Chemicals Oy. Unter dem Einfluß dieses Verdickungsmittels erhöhte sich die Viskosität einer 50%igen Kaliumformiatlösung in der in Tabelle 2 gezeigten Weise.
Tabelle 2 Einfluß von Verdickungsmittel auf die Viskosität einer Kaliumformiatlösung
Falls höhere Viskositäten erwünscht sind, ist es möglich, diese durch Zugabe von mehr Verdickungsmittel zu erreichen. So ist es möglich, die Lösung so zu modifizieren, daß sie für eine beliebige vorgegebene Verwendung geeignet ist. Die Retention des Verdickungsmittels in der Lösung wurde auch bei niedrigen Temperaturen durch Abkühlen der Lösung in einem Gefrierschrank auf eine Temperatur von –28°C beobachtet, wobei die Lösung klar blieb.
Eine Formiatlösung entsprechend der in der Erfindung angegebenen, wie Kaliumformiat, kann, nachdem sie entleert wurde, dadurch entsorgt werden, daß sie durch eine Abwasserbehandlungsanlage geleitet wird, sofern Sorge getragen wird, den pH des behandelten Wassers zu kontrollieren. Mikroben, welche einen biologischen Reinigungsprozeß durchführen, können den in dem Formiat vorliegenden Kohlenstoff zur Ernährung ausnutzen.

Claims

Verwendung einer wässrigen Lösung eines Salzes von Ameisensäure als hydraulisches Medium.
Verwendung nach Anspruch 1, bei welcher das Salz der Ameisensäure ein Alkalimetallsalz, ein Erdalkalimetallsalz oder ein Ammoniumsalz ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Salz von Ameisensäure Kaliumformiat ist.
Verwendung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die wässrige Lösung das Salz von Ameisensäure in einer Menge von annähernd 1–75 Gew.-%, bevorzugt annähernd 5–60 Gew.-%, enthält.
Verwendung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die wässrige Lösung zusätzlich ein Verdickungsmittel enthält.
Verwendung nach Anspruch 5, bei welcher die Menge des Verdickungsmittels annähernd 0,1–5 Gew.-%, bevorzugt annähernd 0,2–1,0 Gew.-%, beträgt.
Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher das Verdickungsmittel ein Polymeres oder Copolymeres von Acrylsäure, wie Natriumpolyacrylat oder ein Copolymeres von Natriumacrylat und Acrylamid, enthält.
Verwendung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die wässrige Lösung zusätzlich einen Korrosiosinhibitor enthält.