DE69701800T2 - Hydraulik-flüssigkeiten - Google Patents

Hydraulik-flüssigkeiten

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C. De Mooij
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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/oleochemischer Basis noch ausreichende Eigenschaften bei "normalen Verwendungs"-Temperaturen zusätzlich zu den verbesserten Tieftemperatureigenschaften aufweist. Bezüglich der "normalen Verwendungs"-Temperaturen ist die kinematische Viskosität bei 40ºC und 100ºC 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 -30ºC 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 einen Ester aus einem Polyol und einer Mischung aus Fettsäuren umfaßt, wobei wenigstens ein Teil (I) der veresterten Fettsäuren eine Kettenlänge von 5 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweist und ein anderer Teil (II) der veresterten Fettsäuren eine gerade Kette und eine Kettenlänge von 16 bis 22 Kohlenstoffatomen aufweist, 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 2 : 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 vorzugsweise 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 Polyole sind vorzugsweise mit Mischungen verestert, die Fettsäuren mit kurzer Kette, die verzweigt- oder geradkettige C8- oder C10-Fettsäuren oder Mischungen davon umfassen. Für den Anteil mit langer Kette wird es bevorzugt, daß diese Ölsäure umfassen.
  • 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 umfaßt ferner ein Verfahren zur Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten, das die Veresterung eines Polyols mit einer Mischung aus Fettsäuren umfaßt, wobei wenigstens ein Teil (I) der Fettsäuren eine kurze Kettenlänge (5-12 Kohlenstoffatome) und ein anderer Teil (II) der Fettsäuren eine gerade Kette und eine lange Kettenlänge (16-22 Kohlenstoffatome) aufweist, und wobei der Fettsäureester in der Zusammensetzung in einer Menge von wenigstens 75 Gew.-% vorliegt, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung und wobei gegebenenfalls die entstandenen gemischten Ester mit anderen Verbindungen vermischt werden. Diese Fettsäuren mit kurzer Kette können eine gerade Kette oder eine verzweigte Kette (oder Mischungen davon) aufweisen.
  • 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 l 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 160ºC erreicht, und das Reaktionswasser wurde abdestilliert. Die Temperatur wurde schrittweise auf 250ºC 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 l 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 160ºC erreicht, und das Reaktionswasser wurde abdestilliert. Die Temperatur wurde schrittweise auf 250ºC 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.
  • Die Eigenschaften des so erhaltenen Esters sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Eigenschaften der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten (Bsp. 1 und 2) und ein Vergleichsbeispiel
  • TMP ist Trimethylolpropan. C&sub8;/C&sub1;&sub0; ist eine Mischung aus Fettsäuren mit 8 oder 10 Kohlenstoffatomen. 2-EH ist 2-Ethylhexansäure (verzweigte C8), C&sub1;&sub8; : &sub1; ist (überwiegend) Ölsäure.

Claims (18)

1. Zusammensetzung, die einen Ester aus einem Polyol und einer Mischung Fettsäuren umfaßt, wobei wenigstens ein Teil (I) der veresterten Fettsäuren eine Kettenlänge von 5 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweist und ein anderer Teil (II) der veresterten Fettsäuren eine gerade Kette und eine Kettenlänge von 16-22 Kohlenstoffatomen aufweist, und wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von 7000 mm²/s oder weniger aufweist, wenn sie gemäß ASTM (D2531) getestet wird, und wobei das Verhältnis veresterte Fettsäure mit kurzer Kette (I): veresterte Fettsäure mit langer Kette (II) zwischen 2 : 1 und 1 : 20 in Gewicht beträgt, mit der Maßgabe, daß der folgende Ester ausgeschlossen ist: ein Produkt, das durch Reaktion von (A) wenigstens einem Polyol, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Neopentylglykol, 2,2-Dimethyl-3-hydroxypropyl-2',2'- dimethyl-3'-hydroxypropionat, Glycerin und Trimethylolpropan, mit (B) einer Carbonsäure, die 15 bis 85 Mol-% Ölsäure, bezogen auf die Gesamtmenge der Carbonsäuren, und 15 bis 85 Mol-% Isostearinsäure, bezogen auf die Gesamtmenge der Carbonsäuren, umfaßt, wobei in diese Carbonsäure 85 Mol-% oder weniger einer Monocarbonsäure mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen, bezogen auf die Gesamtzahl der Fettsäuren (vorausgesetzt, daß Ölsäuren und Isostearinsäuren ausgeschlossen sind), eingearbeitet sind, wobei der synthetische Ester eine kinematische Viskosität von 40 bis 80 mm²/s bei 40ºC und einen Flammpunkt von 290ºC oder höher aufweist.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung eine Viskosität von 5000 mm²/s oder weniger aufweist, wenn sie gemäß ASTM (D2531) getestet wird.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis in Gewicht (I) : (II) zwischen 1 : 1 und 1 : 10 beträgt.
4. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung im wesentlichen frei von einem Emulgator ist.
5. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Antioxidans umfaßt.
6. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Viskositätsindex (VI)-Verbesserungsmittel umfaßt.
7. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Antiverschleiß-Verbindung umfaßt.
8. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Antischaum-Verbindung umfaßt.
9. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen keinen Pourpoint-Erniedriger umfaßt.
10. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus TMP, PE, NPG, di-TMP, tri-TMP, di-PE, tri-PE.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol TMP umfaßt.
12. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäuren mit kurzer Kettenlänge verzweigte oder gerade C8- oder C10-Fettsäuren oder Mischungen davon umfassen.
13. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäuren mit langer Kette Ölsäure umfassen.
14. Zusammensetzung nach irgendeinem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fettsäureester in einer Menge von wenigstens 75 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung vorliegt.
15. Verwendung der Zusammensetzungen nach irgendeinem der Ansprüche 1-14 bei der Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten.
16. Verwendung der Zusammensetzungen nach irgendeinem der Ansprüche 1-14 in einer Hydraulikeinrichtung.
17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikeinrichtung Teil eines mobilen Systems ist.
18. Verfahren zur Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten, das die Veresterung eines Polyols mit einer Mischung aus Fettsäuren wie in Anspruch 1 umfaßt.
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