DE69701800T3 - Hydraulik-flüssigkeiten - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikflüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung auf Estern basierende Hydraulikflüssigkeiten mit verbesserten Tieftemperatur-Eigenschaften.
- Hydraulische Systeme werden in einer großen Vielzahl von mechanischen Einrichtungen wie Automobilen, LKW's, Kränen, Zügen, anderen Transporteinrichtungen, landwirtschaflichen Einrichtungen, Schiffen und Marineeinrichtungen (alles mobile Systeme) und nicht-mobilen Systemen wie in Fabriken und Eisenbahnen verwendet. Solche hydraulische Systeme enthalten eine Hydraulikflüssigkeit, die auf einer petrochemischen Flüssigkeit (traditionell) oder auf einer Ester/oleochemischen-Basis (höhere Umweltverträglichkeit) basieren kann.
- Bei einer Anzahl von Anwendungen werden diese hydraulischen Systeme tiefen Temperaturen, entweder in der Umgebung oder in dem hydraulischen System selbst ausgesetzt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn hydraulische Systeme in Ländern nahe oder innerhalb des Polarkreises verwendet werden. Es ist bekannt, daß eine Anzahl der Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeiten sich verändern, wenn die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit verändert wird. Es ist auch bekannt, daß niedrige Temperaturen im allgemeinen einen ungünstigen Einfluß auf eine Anzahl von Eigenschaften der Hydraulikflüssigkeit haben, indem der Pourpoint und die (dynamische) Viskosität zu hoch sind, und eine ungenügende Tieftemperaturstabilität, etc.
- Für Hydraulikflüssigkeiten, die auf petrochemischen Flüssigkeiten basieren, wurde eine Anzahl von Lösungen vorgeschlagen, um einige der Tieftemperatureigenschaften zu verbessern. Z.B. durch die Verwendung von Zusatzstoffen wie Pourpoint-Erniedrigern. Jedoch ist es, bis heute, bekannt, daß solche Zusatzstoffe nicht in Hydraulikflüssigkeiten, die auf Estern/Oleochemikalien basieren, verwendet werden können, weil sie entweder mit den Ester/Oleochemikalien nicht kompatibel sind, oder weil solche Zusatzstoffe einen ungenügenden Einfluß aufweisen (der gewünschte Effekt sind gute Eigenschaften bei tiefen Temperaturen).
- Somit war ein Bedarf für eine Hydraulikflüssigkeit auf Ester/oleochemischer Basis mit verbesserten Tieftemperatureigenschaften im Vergleich zu konventionellen Hydraulikflüssigkeiten auf Ester/oleochemischer Basis vorhanden. Die "Flüssigkeiten auf Ester/oleochemischer Basis" sollen hier als Flüssigkeiten verstanden werden, die für die Anwendung als eine hydraulische (Basis) Flüssigkeit für die Verwendung in einem hydraulischen System geeignet sind, wobei wenigstens der größere Anteil (d.h. mehr als 50 Gew.-%) aus einem Ester eines Polyols und einer Carbonsäure besteht. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist der, daß die Hydraulikflüssigkeit auf Ester/oleo-chemischer Basis noch ausreichende Eigenschaften bei "normalen Verwendungs"-Temperaturen zusätzlich zu den verbesserten Tieftemperatureigenschaften aufweist. Bezüglich der "normalen Verwendungs"-Temperaturen ist die kinematische Viskosität bei 40°C und 100°C eine wichtige Eigenschaft. Unter verbesserten Tieftemperatureigenschaften versteht man, daß die Eigenschaften der Hydraulik-flüssigkeit in wenigstens einem Aspekt, vorzugsweise ist das die Tieftemperaturstabilität, verbessert werden.
- Tieftemperaturstabilität bedeutet, daß die Flüssigkeit noch geeignete Eigenschaften aufweist, nachdem sie für eine beträchtliche Zeitdauer (mehrere Tage) bei einer tiefen Temperatur gehalten worden ist. Ein Weg, die Tieftemperaturstabilität zu quantifizieren, ist das Testverfahren gemäß ASTM D2531. Kurz zusammengefaßt, besteht die Methode aus der Messung der (kinematischen) Viskosität der Flüssigkeit, nachdem sie für 168 h bei –30°C gehalten wurde. Die so gemessene Viskosität sollte dann unter einem bestimmten Limit liegen.
- Es wurde jetzt herausgefunden, daß die oben genannten Ziele mit einer Zusammensetzung erreicht werden können, die mehr als 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, eines Esters aus einem Polyol und einer Mischung von Fettsäuren umfasst, wobei das Polyol aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus TMP, PE, NPG, di-TMP, tri-TMP, di-PE und tri-PE und die Fettsäuren im Wesentlichen bestehen aus einem Teil (I) aus geradkettigen und/oder verzweigtkettigen C8- und/oder C10-Säuren sowie einem anderen Teil (II) aus Ölsäure, wobei, in Gewicht, das Verhältnis von veresterten Säuren (I):(II) im Bereich von 1:1 bis 1:20 liegt, und wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von 7000 mm2/s oder weniger aufweist, wenn sie gemäß ASTM(D2531) getestet wird. Solch ein Ester wird oft als ein gemischter Ester bezeichnet, was bedeutet, daß (im Durchschnitt) jedes Ester-Molekül wenigstens 2 verschiedene Carbonsäure-Anteile enthält. Die Fettsäuren mit kurzer Kette können eine gerade Kette oder eine verzweigte Kette (oder Mischungen davon) aufweisen.
- Die Zusammensetzung weist vorzugsweise eine Viskosität von 5000 mm2/s oder weniger auf, wenn sie gemäß ASTM (D2531) getestet wird.
- Für eine Kombination aus guten Tief- und Hochtemperatureigenschaften wird es bevorzugt, daß das Verhältnis Fettsäure mit kurzer Kette:Fettsäure mit langer Kette in den gemischten Estern zwischen 1:1 und 1:20 in Gewicht betragen sollte. Es wurde gefunden, daß für viele Fälle eine relativ kleine Menge an Fettsäuren mit kurzer Kette benötigt wird, um den gewünschten Effekt zu erzielen, und somit ist es sogar stärker bevorzugt, daß das oben angegebene Verhältnis zwischen 1:1 und 1:10 in Gewicht liegt.
- Obwohl die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorzugsweise frei von Zusatzstoffen wie einem Emulgator oder einem Pourpoint-Erniedriger sind, können spezifische Zusatzstoffe wie ein Antioxidans (d.h. Antioxidantien vom Amin- oder Phenol-Typ), ein Viskositätsindex (VI)-Verbesserungsmittel (d.h. Polymethacrylat-Verbindungen), eine Antiverschleiß-Verbindung (d.h. Dithiophosphate, Calciumsulfonate, Bariumsulfonate) und eine Antischaum-Verbindung (d.h. modifizierte Dimethylpolysiloxane) zu den Zusammensetzungen hinzugegeben werden.
- Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weisen Ester aus Polyolen auf, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus TMP (Trimethylolpropan), PE (Pentaerythrit), NPG (Neopentylglykol), di-TMP, tri-TMP, di-PE, tri-PE. Ein am stärksten bevorzugtes Polyol ist TMP.
- Die erfindungsgemäßen Ester weisen vorzugsweise eine Säurezahl von weniger als 5.0, vorzugsweise weniger als 1.0 mg KOH/g auf.
- Die Zusammensetzung, die als eine Hydraulikflüssigkeit verwendet wird, umfaßt vorzugsweise wenigstens 75 Gew.-%, stärker bevorzugt wenigstens 85 Gew.-% der gemischten Ester, wie zuvor definiert. Am stärksten bevorzugt ist eine Hydraulikflüssigkeit, die wenigstens 95 Gew.-% der oben definierten Ester umfaßt.
- Obwohl die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen für manche Fälle als solche in einem Hydrauliksystem verwendet werden können, ist es auch möglich, daß solche Zusammensetzungen bei der Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten, z.B. durch das Kompoundieren mit anderen Flüssigkeiten oder Zusatzstoffen, verwendet werden.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung der Zusammensetzungen gemäß oben in einer Hydraulikvorrichtung. Solche Hydraulikvorrichtungen können Teil eines mobilen Systems sein.
- Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, die nicht als Beschränkung der Erfindung verstanden werden sollen.
- Beispiele
- Beispiel 1
- Ein Vierhalskolben mit einem inneren Volumen von 2 1 wurde mit einem Rührer, einer Thermometer/Temperatursteuerungsvorrichtung, einem Stickstoffgasanschluß und einem Dean-Stark-Wasserabscheider, der an einem Rückflußkühler angeschlossen war, ausgerüstet. Es wurden 220,1 g (1,64 mol) Trimethylolpropan, 165 g (0,96 mol) einer Octan/Decansäuremischung (in einem Gewichtsverhältnis von etwa 55:45) und 1115 g (3,97 mol) Ölsäure in den Kolben gegeben. Die Mischung wurde unter Erwärmung mit einem Heizmantel in einen Stickstoffstrom verestert. Nachdem etwa 1 h Wärme zugeführt wurde, nachdem bei Raumtemperatur gestartet wurde, wurde eine Temperatur von 160°C erreicht, und das Reaktionswasser wurde abdestilliert. Die Temperatur wurde schrittweise auf 250°C erhöht, und es wurden 90 ml Wasser gesammelt. An diesem Punkt wurde der Wasserabscheider entfernt und es wurde ein Vakuum an die Reaktionsmischung angelegt. In einer Gesamtreaktionszeit von etwa 7 h wurde die Reaktion vervollständigt. Es wurde eine Gesamtmenge von 75 g organisch leichten Fraktionen während der letzten Stufe der Reaktion abdestilliert. Schließlich wurde das Ester-Produkt gefiltert, um irgendeine mechanische Verunreinigung zu entfernen.
- Die GLC-Analyse des so erhaltenen Esters zeigte, daß er 13 Gew.-% der C8/C10-Mischung (Verhältnis: 56,9:43,1) und 87 Gew.-% Ölsäure (neben der Ölsäurefraktion sind kleinere Mengen von anderen Fettsäuren mit langer Kette vorhanden) enthielt.
- Die Eigenschaften des Esters sind in Tabelle 1 angegeben.
- Beispiel 2
- Ein Vierhalskolben mit einem inneren Volumen von 2 1 wurde mit einem Rührer, einer Thermometer/Temperatursteuerungsrichtung, einem Stickstoffgasanschluß und einem Dean-Stark-Wasserabscheider, der an einem Rückflußkühler angeschlossen wurde, ausgerüstet. Es wurden 227,4 g (1,70 mol) Trimethylolpropan, 164 g (1,14 mol) 2-Ethylhexansäure und 1109 g (3,95 mol) Ölsäure in den Kolben gegeben. Die Mischung wurde unter Erwärmung mit einem Heizmantel in einem Stickstoffstrom verestert. Nach etwa 1 h wurde eine Temperatur von 160°C erreicht, und das Reaktionswasser wurde abdestilliert. Die Temperatur wurde schrittweise auf 250°C erhöht, und es wurden 90 ml Wasser gesammelt. Bei diesem Punkt wurde der Wasserabscheider entfernt und es wurde ein Vakuum an die Reaktionsmischung angelegt. Die Reaktion wurde in einer Gesamtreaktionszeit von etwa 7 h vervollständigt. Es wurde eine Gesamtmenge von 75 g organisch leichten Fraktionen während der letzten Stufe der Reaktion abdestilliert. Schließlich wurde das Ester-Produkt gefiltert, um irgendwelche mechanischen Verunreinigungen zu entfernen.
- Die GLC-Analyse des so erhaltenen Esters zeigte, daß er 13,4 Gew.-% 2-Ethylhexansäure und 86,6 Gew.-% Ölsäure (neben der Ölsäurefraktion waren kleinere Mengen von anderen Fettsäuren mit langer Kette vorhanden) enthielt.
-
- TMP ist Trimethylolpropan. C8/C10 ist eine Mischung aus Fettsäuren mit 8 oder 10 Kohlenstoffatomen. 2-EH ist 2-Ethylhexansäure (verzweigte C8), C18:1 ist (überwiegend) Ölsäure.
Claims (11)
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung, die mehr als 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, eines Esters aus einem Polyol und einer Mischung von Fettsäuren umfasst, wobei das Polyol aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus TMP, PE, NPG, di-TMP, tri-TMP, di-PE und tri-PE und die Fettsäuren im Wesentlichen bestehen aus einem Teil (I) aus geradkettigen und/oder verzweigtkettigen C8- und/oder C10-Säuren sowie einem anderen Teil (II) aus Ölsäure, wobei, in Gewicht, das Verhältnis von veresterten Säuren (I):(II) im Bereich von 1:1 bis 1:20 liegt, und wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von 7000 mm2/s oder weniger aufweist, wenn sie gemäß ASTM(D2531) getestet wird.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine Viskosität von 5000 mm2/s oder weniger aufweist, wenn sie gemäß ASTM(D2531) getestet wird.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (I):(II) in Gewicht zwischen 1:1 und 1:10 liegt.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung im Wesentlichen emulgatorfrei ist.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem ein Antioxidans umfasst.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Verbesserer des Viskositätsindex (VI) umfasst.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Antiverschleiß-Verbindung umfasst.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Antischaum-Verbindung umfasst.
- Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen kein Mittel zur Erniedrigung des Pourpoints umfasst.
- Hydraulikflüssigkeitszusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyol TMP umfasst.
- Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fettsäureester in einer Menge von wenigstens 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, vorhanden ist.
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