DE69127754T2 - Verfahren zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit von Hydrauliksysteme. - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit von Hydrauliksysteme.

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Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein Hydraulikfluidzusammensetzungen und, im besonderen, Hydraulikfluids, die durch erhöhte Feuerbeständigkeit gekennzeichnet sind.
  • In der Vergangenheit mußten Hydraulikfluids auf Polyalkylenglykolbasis im allgemeinen Wasser enthalten&sub1; um einen Grad der Feuerbeständigkeit aufzuweisen, der ausreicht, um die Zulassung der Factory Mutual Research Group 1, Class No. 6930 (sogeannte "FM-Zulassungn) in Hinblick auf die Feuerbeständigkeit des Fluids zu erhalten. Wasser ist als ein Zusatzstoff in Hydraulikfluids aus mehreren Gründen unerwünscht, vor allem aufgrund der Beschränkung des Arbeitsdrucks, die durch den Dampfdruck des Wassers verursacht wird, und aufgrund der Korrosionsprobleme, die durch das Wasser auf den Metalloberflächen des hydraulischen Systems verursacht werden.
  • In Hinblick darauf besteht bei den Hydraulikfluidherstellern ein großer Bedarf an nichtwäßrigen Hydraulikfluids, die eine verbesserte Kombination der Feuerbeständigkeit und Scherfestigkeit aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit und hydrolytischen Stabilität und Reduzierung der Verschleißeigenschaften eines hydraulischen Systems, wobei zu dem hydraulischen System eine Hydraulikfluidzusammensetzung gegeben wird, enthaltend:
  • (a) ein Fluid auf Polyalkylenglykolbasis und
  • (b) ein Alkylenvinylestercopolymer als Zusatzstoff gegen Nebelbildung, welches ein Molekulargewicht zwischen 5.000 und 100.000 besitzt und in dem Basisfluid löslich ist.
  • Diese und andere Aspekte werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich.
  • Es stellte sich überraschenderweise heraus, daß eine Hydraulikfluidzusammensetzung zur Verfügung gestellt werden kann, welche ausgezeichnete reduzierte Verschleißeigenschaften sowie verbesserte Feuerbeständigkeit im Verlauf ihrer Verwendung aufweist. Das Hydraulikfluid basiert auf Polyalkylenglykol und enthält einen Zusatzstoff gegen Nebelbildung, welcher, im Vergleich zu solchen, die in Hydraulikfluids des Polyolestertyps verwendet werden, verbesserte Scherfestigkeit aufweist.
  • Die Polyalkylenglykole, die als Basisfluid in den Hydraulikfluids der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind im allgemeinen unter Verwendung von beispielsweise eines Alkalimetallsalzes eines niederen Alkanolinitiators anionisch oder kationisch katalysiert. Ein Beispiel dafür ist ein Kaliumhydroxid-katalysiertes, Butanol-initiiertes Polypropylenglykol. Die verschieden Polyalkylenglykole, einschließlich Monole, Diole, Triole und ähnliche, sind unter Fachleuten gut bekannt und unter verschiedenen Handelsbezeichnungen, wie beispielsweise POLY-G von Olin corporation, UCON von Union Carbide Corporation und PLURACOL von BASF Corporation bekannt.
  • Der Zusatzstoff gegen Nebelbildung, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist ein Alkylenvinylestercopolymer mit einem Molekulargewicht zwischen 5.000 und 100.000, wobei es sich bei der Alkylenverbindung bevorzugt um Ethylen, Propylen, Butylen und/oder deren Kombinationen handelt. Das Copolymer kann ein Copolymer des Zufalls- oder Blocktyps sein, wobei das Verhältnis der Alkylengruppen zu den Vinylestergruppen in dem Copolymeren zwischen 1:10 und 10:1 liegt, vorausgesetzt, daß das Copolymer in dem Basisfluid löslich ist. Das bevorzugteste Copolymer ist ein Ethylenvinylestercopolymer, welches als V-152 von Functional Products Corporation of Cleveland, Ohio, kommerziell erhältlich ist. Das Copolymer wird geeigneterweise unter Verwendung bekannter Verfahren für Ethylenvinylestercopolymerisation hergestellt, wie beispielsweise in den US- Patenten 3,254,063 und 3,591,502 offenbart.
  • Beispielsweise wird das Alkylenvinylestercopolymer durch Copolymerisieren der Alkylenverbindung (z. B. Ethylen, Propylen, Butylen oder einer Kombinationen davon) mit einem copolymerisierbaren, ungesättigten Keton hergestellt. Zu geeigneten Ketonen zählen beispielsweise Vinylmethylketon, Vinyl-n-octylketon, Vinylisooctylketon, Vinyldodecylketon, Vinylcyklohexylketon, 3-Penten-2-on und deren Kombinationen. Die Molprozent der Alkylenverbindung zu dem Keton betragen geeigneterweise zwischen 5 und 80 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Alkylenverbindung und des Ketons, die zur Herstellung des Copolymeren verwendet werden.
  • Die Menge des Zusatzstoffs gegen Nebelbildung in dem Hydraulikfluid der vorliegenden Erfindung beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 20 Gew.-% und bevorzugter zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Zusatzstoffes gegen Nebelbildung und Basisfluid in dem Hydraulikfluid.
  • Das Hydraulikfluid der vorliegenden Erfindung ist nicht wäßrig oder "im wesentlichen wasserfrei", was heißt, daß das Hydraulikfluid nicht mehr als 5 Gew.-% Wasser, bevorzugt nicht mehr als 2 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Gewicht des Hydraulikfluids, enthält.
  • In den Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, daß die beiden Komponenten (a) und (b) vorliegen, um die gewünschten Eigenschaften der Feuerbeständigkeit und Reduzierung der Verschleißeigenschaften zu verleihen. Weitere wahlfreie Zusatzstoffe können ebenso, wenn gewünscht, verwendet werden; die zweckmäßigen Fluids dieser Erfindung enthalten normalerweise sehr geringe Mengen, typischerweise von 0,01 % bis 5,0 Gew.-%, verschiedener Zusatzstoffe, die allgemein in Hydraulikfluids und Schmiermittel eingearbeitet werden, wie Rost- und Oxidationsinhibitoren, Korrosionsinhinitoren, Metallpassivatoren, Antiverschleißmittel und andere Zusatzstoffe mit bestimmtem Zweck.
  • Zu geeigneten Rost- und Korrosionsinhibitoren und Metallpassivatoren zählen Tolyltriazol, Benzothiazol und Benzotriazol und deren Derivate, Alkyl- und Arylphosphite und Sarkosin und Bemsteinsäurederivate. Zu Antioxydantien zählen Dialkylthiodiproprionat, beispielsweise Dilaurylthiodiproprionat, organische Amine, beispielsweise Dioctyldiphenylamin, Phenylnaphtylamin, gehinderte Phenole, Phenothiazin, usw.. Zu Antiverschleißzusatzstoffen zählen Dithiophosphate, Aminphosphite, Organomolybdänverbindungen, Phosphorthionate, Carbamate usw.. Die Eignung dieser wahlfreien Zusatzstoffe ist abhangig von den Betriebsbedingungen und den Leistungserfordernissen für die bestimmte Verwendung des Hydraulikfluids. Mit Ausnahme der oben erwähnten Erfordernisse sind die relativen Verhältnisse und Höchstmengen jeder dieser vorliegenden Komponenten und deren Kombination für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend. Bei der Bestimmung der optimalen Mengen sind auch ökonomische Faktoren hilfreich. Die wahlfreien Zusatzstoffe werden bei Verwendung geeigneterweise in einer Menge bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des Hydraulikfluids, verwendet.
  • Die Hydraulikfluidzusammensetzung der vorliegenden Erfindung besitzt bevorzugt eine Viskosität zwischen 15 und 3.000 Zentistokes bei 40 ºC.
  • Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, ohne sie auf irgendeine Weise in ihrem Umfang einzuschränken.
    • Beispiel 1 Herstellung von Hydraulikfluids und deren Verwendung im Pumpentest
  • Anhand des folgenden Verfahrens und unter Verwendung der folgenden Formulierung wurden Hydraulikfluidzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung hergestellt: Komponentenmenge
  • Als Vergleich wurde ein kommerziell erhältliches Polyolester-Hydraulikfluid, nämlich Cosmolubrik HF130 Hydraulikfluid, hergestellt von E.F. Houghton Co., Valley Forge PA., verwendet.
  • Die Formulierungen wurden unter Verwendung eines Hydraulikfluidpumpentests, entsprechend ASTM-D2882, getestet, um das Ausmaß des Pumpenverschleißes durch die Verwendung eines bestimmten Fluids zu bestimmen. Kurzgefaßt wird dieser Test folgendermaßen durchgeführt.
  • Fünf Gallonen eines Hydraulikfluids werden 100 Stunden bei einer Pumpengeschwindigkeit von 1.200 ± 60 rpm und einem Pumpenausgangsdruck von 1,41x10&sup6;±2,81x10&sup4; kg/m² (2000±40 psi) durch ein Drehflügelpumpensystem umgewälzt. Die Fluidtemperatur am Pumpeneingang beträgt 65,5±2,8 ºC (150±5 ºF) Das erhaltene Ergebnis ist der Gesamtgewichtsverlust des Nockenrings und des Flügels (12) während des Tests.
  • Die Ergebnisse verschiedener Pumpenverschleißtests lagen im Bereich von 0,1 mg bis 10,0 mg, was zeigt, daß dieses Fluid ein Prämiumleistungshydraulikfluid ist. Im Vergleich lag die Verschleißmenge des Polyolesterhydraulikfluids im Bereich von 2,0 bis 15 mg Gewichtsverlust während des 100-stündigen Verschleißtests.
  • Die Hydraulikfluids wurden ebenso auf Feuerbeständigkeit gemäß dem Testverfahren der Factory Mutual Research Group II, Class No. 6930 durchgeführt. Kurzgefaßt wurde dieser Test folgendermaßen durchgeführt:
  • Eine Fluidprobe wird in einem Stahlbehälter auf 60 ºC (140 ºF) erhitzt und dann mit Stickstoff unter einen Druck von 7,03x10&sup4; kg/m² (100 psig) gesetzt. Die Probe wird von einer 80º-Hohlkegel-HAGO-Ölbrennerdüse mit 5,67 Liter/Stunde (1,5 gal/Std.) bei 7,03x10&sup4; kg/m² (100 psig) in einen offenen Raum entladen. Diese Vorrichtung wird sowohl für den Flammenausbreitungs- als auch für den Heißoberflächentest, die im folgenden beschrieben werden, verwendet.
    • Flammenausbreitungstest
  • Für jedes Fluid wird in ein verdüstes Spray im Abstand von 15,2 cm (6 inches) und 45,7 cm (18 inches) von der Düsenspitze eine Propanflamme eingeführt. Bei jeder Distanz werden zehn Entzündungsversuche durchgeführt und der Zeitpunkt jeder Fluidentzündung bestimmt. Eine Entzündung, die bei einem der zehn Versuche mehr als 5 Sekunden dauerte, wird als Ausbleiben der Entzündung betrachtet.
    • Heißflächenentzündungstest
  • Ein Stahlkanaleisen, welches mit 300 von der Horizontalen geneigt und mit seitlichen Hitzeschutzschildern ausgestattet ist, wird von unten durch zwei Propan-Luft-Brenner auf 704 ºC (1300 ºF) erhitzt. Die Brenner werden entfernt und dann das Fluid für 60 Sekunden bei einer Distanz von 15,2 cm (6 inches) aufgesprüht Im Fall der Entzündung kann das Fluid den Test bestehen, wenn die Flamme nicht dem Sprühnebel folgt, wenn er von der heißen Oberfläche weggeführt wird.
  • Die Ergebnisse des Feuerbeständigkeitstest zeigen, daß die polyalkylenglykolhaltigen Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung den Test bestanden und ihre Feuerbeständigkeit für einen Zeitraum aufrecht erhielten, der mindestens dreimal länger war als bei dem Vergleichsfluid des Polyolestertyps (durchschnittlich 24 Stunden gegenüber durchschnittlich weniger als 8 Stunden bei dem Vergleichsfluid in dem Pumpentest) . Dies basiert auf periodischer Probenentnahme der zwei Fluids während des ASTM D2882-Pumpentests. Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausrüstung, die als Teil dieser Pumpenvorrichtung verwendet wurde, ein Druckkontrollventil beinhaltet, wodurch extreme Scherbedingungen erzeugt werden, deren Grad normalerweise nicht vorkommt. Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß der Feuerbeständigkeitstest mit einer Formulierung durchgeführt wurde, die zu der oben beschriebenen analog ist, wobei aber das Butanol-initiierte Polypropylenglykol durch Polyproylenglykoldiol ersetzt wurde. Diese analoge Formulierung bestand ebenso den Feuerbeständikgeitstest.
  • Die Fluids wurden außerdem mittels GPC analysiert, um den Molekulargewichtsverlust des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Zusatzstoffs gegen Nebelbildung im Vergleich zu dem in dem Vergleichsfluid verwendeten Zusatzstoff zu bestimmen. Der Zusatzstoff der vorliegenden Erfindung wies eine Abnahme des Molekulargewichts mit der Zeit in der Pumpe auf, veränderte jedoch nicht signifikant seine Konzentration in der Hydraulikfluidformulierung im Verlauf der Zeit. Im Gegensatz dazu trat bei dem Vergleichsfluid im Verlauf der Zeit in der Pumpe sowohl eine Abnahme des Molekulargewichts als auch der Konzentration in dem Vergleichshydraulikfluid während der Dauer des Pumpentests auf.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit und Reduzierung der Verschleißeigenschaften eines hydraulischen Systems, wobei zu dem hydraulischen System eine Hydraulikfluidzusammensetzung gegeben wird, enthaltend:
(a) ein Fluid auf Polyalkylenglykolbasis und
(b) ein Alkylenvinylestercopolymer als Zusatzstoff gegen Nebelbildung, welches ein Molekulargewicht zwischen 5.000 und 100.000 besitzt und in dem Basisfluid löslich ist, wobei das Verhältnis der Alkylengruppen zu den Vinylestergruppen in dem Copolymeren zwischen 1:10 und 10:1 liegt, und wobei der Zusatzstoff gegen Nebelbildung in einer Menge zwischen 0,1 und 20 Gew.%, bezogen auf die Gesamtmenge des Zusatzstoffes gegen Nebelbildung und Basisfluid in der Zusammensetzung, vorliegt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fluid auf Polyalkylenglykolbasis um Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol und/oder deren Kombinationen handelt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylenvinylestercopolymer die Alkylenanteile Ethylen, Propylen, Butylen und/oder deren Kombinationen aufweist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid auf Polyalkylenglykolbasis ein niederes, alkanolgestartetes Polyalkylenglykol ist.
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