ITMI951395A1

ITMI951395A1 - Formulazioni di f-silicone

Info

Publication number: ITMI951395A1
Application number: IT95MI001395A
Authority: IT
Inventors: Gerardo Caporiccio; Hugh A Spikes
Original assignee: Dow Corning
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1996-12-29
Also published as: ITMI951395A0; DE69523147D1; EP0751207A2; IT1276799B1; US5595962A; EP0751207B1; EP0751207A3; DE69523147T2

Abstract

COMPOSIZIONI LUBRIFICANTI O GRASSI A BASE DI OLIO FLUOROSILICONICO A) E LORO USO CON CARATTERISTICHE ANTIUSURA A TEMPERATURE SUPERIORI A 100° C SOTTO INVECCHIAMENTO ALL'ARIA, UNITAMENTE A UN BASSO COEFFICIENTE DI ATTRITO (COF), CHE COMPRENDE B) UN COMPOSTO DI FERROCENE E/O N, N-DISALICILTOENE-DIANIINCALCANO, L'ALCANO AVENDO 3-6 ATOMI DI CARBONIO, E C) TRIFENILFOSFINA, E/O SALE DI BIALCHILDITIOFOSFATO, L'ALCHILE ESSENDO C1-C14.

Description

Descrizione dell'invenzione industriale a nome:

La presente invenzione riguarda fluorosiliconi aventi caratteristiche antiusura migliorate. In particolare riguarda formulazioni f luorosiliconiche che mostrano proprietà antiusura ad alte temperature e all'aria.

Inoltre le formulazioni dell'invenzione permettono inaspettatamente di ottenere contemporaneamente bassi coefficienti di attrito (COF).

E' ben noto che i fluorosiliconi sono usati come olii lubrificanti e fluidi di base per grassi mostrano buone proprietà reologiche e di resistenza alla degradazione e all'ossidazione .

Tuttavia, tale comportamento lubrificante, che è soddisfacente alle temperature basso-medie, fino a 100°C, tende a peggiorare progressivamente alle alte temperature, da 100 a 200°C e oltre. Nella tecnica nota si è tentato di usare additivi come antiossidanti, antiusura, al fine di aumentare l'intervallo d'uso delle temperature dei fluorosiliconi. In particolare, vedi Braun et al, "Silicone Lubrication of Porous Bronze Bearings" ha trovato che alcuni antiossidanti sono inefficaci; si è trovato che alcuni agenti antiusura della classe degli esteri grassi danno un effetto sostanzialmente insoddisfacente .

Kim et al. (vedi USP 3.629.115) ha proposto l'uso di fenilfosfina fluorurata capace di agire sia come additivo antiossidante e come additivo antiusura nei fluorosiliconi. Tuttavia le proprietà antiusura non sono soddisfacenti nella pratica .

Kobzova et al, "Efficiency of Antioxidants in Phthalocyanine Greases" Khim.i Tekhn. Topliv i Masel, No. 10, pag. 59-61 (1971), Transl. Plenum Publishing Corp., New York, 1972, ha mostrato che gli antiossidanti tradizionali, quali l'N-fenilα-naftilammina, sono praticamente inefficaci nei grassi a base di fluorosilicone.

Dal punto di vista dell'applicazione c'è la necessità di trovare additivi che rendono i fluorosiliconi lubrificanti efficaci nell'invecchiamento all'aria a temperature superiori a 100°C, e in particolare da 125°C a 200°C e oltre.

Esperimenti effettuati dalla Richiedente hanno mostrato che molti antiossidanti e molti agenti antiusura noti nell'arte sono risultati insoddisfacenti quando usati come additivi nei fluorosiliconi. Inoltre la Richiedente ha trovato che molte loro combinazioni non erano in grado di migliorare le proprietà lubrificanti da circa 100°C a 200°C, come misurato dalle prove di usura in presenza di aria e/o dal test di usura "Shell four balls", come definito in seguito.

E' oggetto dell'invenzione una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A), che mostra effettive proprietà antiusura in un ampio intervallo di temperatura fino a 200 °C e oltre a contatto prolungato con l'aria in combinazione con un basso coefficiente di attrito (COF), che comprende B) ferrocene e/o N,N-disalicilidene-diamminoalcano, avendo l'alcano 3-6 atomi di carbonio, preferibilmente N,N-disalicilidene-1,3-diamminopropano, e C) trifenilfosfina, e/o sale di dialchilditiofosfato, essendo l'alchile C1.-C14, preferibilmente sale di zinco di 2-etilesil ditiofosfato.

In B), al posto di ferrocene, può essere usato ΙΊ ,Ι'-bis (difeniliosfino)ferrocene.

In C), al posto di trifenilfosfina, si può usare la trio-tolilfosfina, o 1Ί ,5-bis-difenilfosfinopentano.

La quantità di B) o C) generalmente varia da 0.01 a 0.3% in peso, preferibilmente da 0.03 a 0.25% in peso, più preferibilmente da 0,05 a 0,2% in peso.

Quantità maggiori possono essere usate purché la temperatura di uso permetta all'additivo di essere disperso in modo omogeneo nella composizione lubrificante.

La combinazione di B) e C) della presente invenzione ha mostrato un effetto sinergico nel migliorare le caratteristiche antiusura combinate ad un basso coefficiente di attrito,· di conseguenza questo permette l'uso di tali composizioni a base di F-silicone come lubrificanti stabili e efficaci ad una temperatura superiore a 100°C.

Un altro oggetto dell'invenzione è che è stato sorprendentemente ed inaspettatamente trovato che le caratteristiche antiusura ad alte temperature delle formulazioni di F-silicone in presenza di aria possono essere ulteriormente migliorate aggiungendo un componente D) sali di dialchil naftalene solfonato, l'alchile avendo da 6 a 12 atomi di carbonio, preferibilmente sale di calcio dell'acido dinonilnaftalene solfonico, e/o emiestere dell'acido alchenil succinico, l'alchenile avendo 6-18 atomi di carbonio, preferibilmente metil emiestere dell'acido dodecenil succinico. La quantità di D) è generalmente la stessa di B) o C), preferibilmente da 0.01 a 0.2% in peso.

dove Rf è CnF2n+1, n essendo un intero da 1 a 4, p è un intero tale che la viscosità media a temperatura ambiente dell'olio base varia da 50 a 10.000 cs, preferibilmente 200-3.000 cs, più preribilmente 800-1.600 cs; e commercializato da Dow Corning come FS 1265 quando Rf è CF3.

L'effetto sinergico sopra indicato si ha sia per l'uso dei fluorosiliconi come lubrificanti liquidi che come oli di base per grassi per l'uso ad alte temperature a contatto con l'aria. Il grasso può essere preparato ispessendo il fluido con un addensante, preferibilmente il PTFE, come descritto nella tecnica nota.

Inoltre la presente invenzione mostra anche la riduzione del coefficiente di attrito dei lubrificanti di F-silicone contemporaneamente a migliorate proprietà antiusura.

Secondo lo stato esistente della tecnica nota nel campo degli oli lubrificanti fluorurati, il coefficiente più basso di attrito (COF) è attorno allo 0,1.

E' ben noto all'esperto nel campo dei lubrificanti che più il COF è basso, migliori sono le prestazioni del lubrificante. Questo è estremamente importante alle alte temperature. La Richiedente ha inaspettatamente e sorprendentemente trovato che le formulazioni secondo la presente invenzione permettono non solo di migliorare le caratteristiche antiusura alle alte temperature a contatto con l'aria ma anche di abbassare il coefficiente di attrito, a circa la metà del valore rispetto ai migliori valori noti per i migliori fluidi fluorurati.

Le formulazioni FS della presente invenzione sono risultate avere un COF nell'intervallo di 0,04-0,05.

Gli additivi riportati negli esempi sono elencati nella Tabella 1.

TABELLA 1

I test usati per caratterizzare le formulazioni di F-silicone per le proprietà antiusura sono:

1) Test di usura e di attrito usando un'apparecchiatura con moto alternativo;

2) Test di usura "Shell 4 balls" secondo la norma ASTM D 2266 (1200 rpm, 40 kg, 60 min) alle temperature di 100°, 150° e 200°C.

II primo metodo è stato effettuato come segue:

una sfera di acciaio avente un diametro di 6.0 mm è stata tenuta in un morsetto e caricata verso il basso sulla superficie piana di un disco di acciaio avente un diametro di 10.0 mm. Il disco è stato tenuto in un bagno riempito per due terzi con il lubrificante della prova, cosicché il contatto tra la sfera e la superficie piana era completamente immerso nell'olio. Il bagno è stato riscaldato usando un sistema di controllo di modo che la temperatura era regolata a qualsiasi valore tra la temperatura ambiente e 300°C.

Tre valori sono stati controllati continuamente per tutta la durata della prova e registrati da un microcomputer: la temperatura del lubrificante, il coefficiente di attrito e la resistenza elettrica di contatto. L'ultima grandezza è stata misurata applicando una bassa tensione di 15 mV attraverso il contatto e ha fornito un'indicazione del grado in cui si è formato un film isolante tra la sfera e la superficie piana. Alla fine del test la traccia di usura sulla sfera è stata determinata mediante un microscopio. Questa traccia ha generalmente la forma di un'ellisse di cui sono stati misurati l'asse maggiore e minore e i loro valori medi sono stati usati per calcolare l'area media della traccia di usura.

Le condizioni di prova del test di usura in condizioni di moto alternativo sono elencate nella Tabella 1A.

Per queste misure è stata usata una nuova sfera e un nuovo disco per ogni test. Prima di una prova, la sfera, il disco, il bagno e il contenitore della palla sono stati puliti due volte con gli ultrasuoni nell'acetone. E' stata poi montata l'apparecchiatura e il bagno è stato riempito con l'olio della prova. E' stato applicato il carico e la temperatura è stata quindi innalzata al valore desiderato. Quindi si è avviato il movimento alternativo e la prova è stata effettuata. Alla fine della prova la sfera è stata risciacquata nell'acetone e si è misurato il segno di usura.

ESEMPI

Le misure di usura e di attrito sono state effettuate su fluidi fluorosiliconici aventi la formula generale

disponibili in commercio da parte di Dow Corning, Midland (Mi), U.S., come FS 1265 con viscosità nominale di 300 cs (25°C) e 1000 cs (25°C), qui intesi, rispettivamente, come FS 300 e FS 1000.

Gli additivi sono stati sciolti nei fluidi a temperatura di 80°C, mantenuti per 4 ore a tale temperatura in un generatore di ultrasuoni, quindi lasciate raffreddare a temperatura ambiente per una notte.

I risultati sono riportati nelle tabelle da 2 a 5 per l'apparecchiatura di prova a moto alternativo per la misura dell'usura e del coefficiente di attrito (COF), e nelle tabelle 6-7 per le prove di usura con l'apparecchiatura "Shell 4 balls".

Dai dati sperimentali si può concludere che il bilancio delle proprietà combinate delle varie prove è effettivo per tutti gli FS esaminati, specialmente il miglioramento è più evidente quando la viscosità del fluido è più alta.

In tutti i casi i migliori risultati sono stati ottenuti con un sistema ternario di additivi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) avente caratteristiche antiusura a temperature superiori a 100°C sotto invecchiamento nell'aria, combinate con un basso coefficiente di attrito (COF), comprendente B) un composto del ferrocene e/o Ν,Ν-disalicilidene-diamminoalcano, avendo l'alcano 3-6 atomi di carbonio e C) trifenilfosfina, e/o sale di dialchilditiofosfato, essendo l'alchile C1-C14 2. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A), secondo la rivendicazione 1, in cui il composto del Ferrocene B) è ferrocene oppure l'l,l'bis-(difenilfosfino)ferrocene, e/o in C) al posto di trifenilfosfina viene usato tri-o-tolilfosfina o 1,5-bis-difenilfosfinopentano. 3. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-2 in cui la quantità di B) o C) varia da 0,01 a 0,3% in peso. 4. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A), secondo la rivendicazione 3, in cui B) e C) variano da 0,05 a 0,2% in peso. 5. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-4, comprendente un componente D) sali di dialchilnaftalensolfonato, l'alchile avendo da 6 a 12 atomi di carbonio, e/o emiescere dell'acido alchenilsuccinico, l'alchenile avendo 6-18 atomi di carbonio. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo la rivendicazione 5) in cui D) è scelto fra il sale di calcio dell'acido dinonilnaf talensolfonico e il metil emiestere dell'acido dodecenilsuccinico. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 5-6, in cui la quantità di D) varia da 0,01 a 0,2% in peso. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-7, in cui i fluorosiliconi (FS) usati sono poli{3,3 ,3-trifluoropropilmetilsilossano) aventi la formula dove Rf è CnF2n+1, n essendo un intero da 1 a 4, p è un intero tale che la viscosità media a temperatura ambiente dell'olio base varia da 50 a 10.000 cs. 9. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo la rivendicazione 8, in cui la viscosità varia da 200-3.000 cs e Rf è CF3 . 10 Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-9, in cui B) è ferrocene o N,N-disalicilidene-l, 3-diamminopropano e C) è trifenilfosfina e/o zinco 2-etil-esil ditiofosfato . 11. Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-9, in cui B) è ferrocene o N,N-disalicilidene-1, 3-diamminopropano, C) è trifenilfosf ina e/o zinco 2-etil-esil ditiofosfato e D) è dinonilnaf talene-calcio-solfonato e/o metilemiestere di acido dodecenilsuccinico . 12 . Uso di una composizione lubrificante a base di olio fluorosiliconico A) o loro formulazioni per grassi secondo le rivendicazioni l-ll, in cui la temperatura varia da 125° a 200°C. 13. Lubrificanti o loro formulazioni per grassi a base di olio fluorosiliconico A) secondo le rivendicazioni 1-12.