Электровязкая композиция

 

Объектом изобретения является электровязкая композиция, содержащая алюминийсодержащее соединение, электронепроводящую гидрофобную жидкость и растворимые целевые добавки, при этом в качестве алюминийсодержащего соединения содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной насыщенной и/или ненасыщенной мономерной, олигомерной и/или полимерной (олефин)карбоновой кислоты, имеющей по меньшей мере две карбоксильные группы с 3 - 32 атомами углерода, ее ангидрида и/или сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 1 - 12 атомами углерода и/или их олигомеры по меньшей мере с одним алкоголятом алюминия, спиртовой компонент которого представляет собой алифатические, неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 1 - 18 атомами углерода, при следующем количественном соотношении компонентов, мас. %: алюминийсодержащее соединение - 2,0-49,9; электронепроводящая гидрофобная жидкость - 50,0-97,9; растворимые целевые добавки - не более 10. 4 з.п.ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к жидкостям с изменяемой путем приложения электрического поля вязкостью, в частности, к электровязкой композиции, которую, в частности, можно использовать в области промышленной и автомобильной гидравлических системах, например, для опор или амортизации машин и двигателей, позиционирования заготовок, регулирования уровня автомобилей, амортизации и подрессорирования автомобилей, а также для преобразователей крутящего момента и автоматических муфт.

Известна электровязкая композиция, содержащая дисперсную фазу на основе силикатов алюминия с водосодержанием 1 - 25 мас.%, атомное соотношение алюминия к силикату на поверхности которых составляет 0,15 - 0,80, электронепроводящую гидрофобную жидкость в качестве жидкой фазы, а также диспергатор на основе производного полисилоксана с молекулярным весом > 800.

Недостаток известной электровязкой композиции, представляющей собой дисперсию, заключается в том, что для уменьшения обусловленной ее ингредиентами склонности к седиментации необходимы диспергаторы. Для использования в современных гидравлических агрегатах пригодность известной жидкости, в частности, при длительной эксплуатации, является неудовлетворительной. В частности, она проявляет технико-гидравлические недостатки, такие, как, например, - склонность к очень сильной абразии; - выпаривание кристаллизационной воды; - отсутствие фильтруемости для удаления посторонних веществ; - несовместимость с эластомерными уплотнительными материалами.

Целью изобретения является разработка гомогенной электровязкой композиции, соответствующей техническим требованиям современной промышленной гидравлической жидкости, которая не имеет вышеупомянутых недостатков, а скорей проявляет высокое электровязкое действие.

Данная цель достигается тем, что предлагаемая электровязкая композиция, содержащая алюминийсодержащее соединение, электронепроводящую гидрофобную жидкость и растворимые целевые добавки, в качестве алюминийсодержащего соединения содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной насыщенной и/или ненасыщенной мономерной, олигомерной и/или полимерной (олефин)карбоновой кислоты, имеющей по меньшей мере две карбоксильные группы и 3 - 32 атома углерода, ее ангидрида и/или сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 1 - 12 атомами углерода и/или их олигомеры, по меньшей мере, с одним алкоголятом алюминия, спиртовой компонент которого представляет собой алифатические, неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 1 - 18 атомами углерода, при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: Алюминийсодержащее соединение - 2,0 - 49,9 Электронепроводящая гидрофобная жидкость - 50 - 97,9 Растворимые целевые добавки - Не более 10 Предлагаемая электровязкая композиция представляет собой полностью гомогенную жидкость.

В качестве алюминийсодержащего соединения предлагаемая электровязкая композиция предпочтительно содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной насыщенной и/или ненасыщенной мономерной, олигомерной и/или полимерной (олефин)карбоновой кислоты, имеющей по меньшей мере две карбоксильные группы и 3 - 18, в частности, 12 - 18 атомов углерода, ее ангидрида и/или сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 1-6, в частности, 2 - 5 атомами углерода, и/или их олигомеры, по меньшей мере с одним алкоголятом алюминия, спиртовой компонент которого представляют собой алифатические, неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 2-8, в частности, 2-5 атомами углерода.

В продукте взаимодействия (далее "алюминиевые мыла") валентности алюминия превращены полностью или только частично. Предпочтительно используют алюминиевые мыла) представляющие собой продукты взаимодействия (олефин)карбоновых кислот, их ангидрида и, в частности, их сложных полуэфиров, имеющих по меньшей мере одну свободную гидроксильную группу, с алкоголятами алюминия. Алюминиевые мыла получают, в частности, путем взаимодействия по меньшей мере одной алкенилянтарной кислоты и/или ее сложного полуэфира с 5-18 атомами углерода, в частности, с 12 -18 атомами углерода, с алкоголятом алюминия.

Под олефинкарбоновыми кислотами следует понимать карбоновые кислоты, получаемые путем взаимодействия ненасыщенных карбоновых кислот с ненасыщенными карбоновыми кислотами или с олефинами. В качестве их олигомеров используют такие соединения, которые состоят из 2-10, предпочтительно 2 - 6 звеньев.

Предпочтительно используют алкоголяты алюминия, все связи с алюминием которых имеют алкоголятные группы. Однако можно также использовать такие алкоголяты алюминия, в которых одна или две связи алюминия заняты гидроксильными группами.

В качестве электронепроводящей гидрофобной жидкости можно использовать любую обычную гидравлическую среду, такую, как, например, селективные рафинаты минерального масла, продукты гидрокрекинга, продукты гидрирований, поли-олефины, синтетические сложные эфиры.

Выбор вязкости этих жидкостей осуществляют в соответствии с предъявляемыми к предлагаемой композиции требованиями.

В качестве примеров стандартных гидравлических сред можно назвать: рафинат веретенного масла марки 6/20 фирмы ДЭА, Гамбург, DE:
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 4,2 мм²/с,
плотность при температуре 15^oC - 840 кг/м³;
полученный селективной очисткой рафинат марки SN 45 фирмы ДЭА, Гамбург, DE:
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 6,5 мм²/с,
плотность при температуре 15^oC - 842 кг/м³;
продукт гидрокрекинга марки VHVI-легкий фирмы ДЭА, Гамбург, DE:
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 30,4 мм²/с,
плотность при температуре 15^oC - 854 кг/м³;
торговый продукт Хайтек 162, РАО, фирмы Эзил, Ст. Люиз, US:
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 5,0 мм²/с,
плотность при температуре 15^oC - 800 кг/м³;
торговый продукт Прайолюб 3958, фирмы Унихема, Гоуда, NL:
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 10,5 мм²/с,
плотность при температуре 15^oC - 921 кг/м³.

Под понятием "целевые добавки" следует понимать обычные добавки к гидравлическим средам, служащие для оптимизации гидравлических свойств композиции, как, например, защиты от износа, стабильности к старению, характеристик трения, характеристик предотвращения пенообразования, защиты от коррозии или поведения при холоде.

Предлагаемую электровязкую композицию предпочтительно получают следующим образом.

К (олефин)карбоновой кислоте в разбавленном виде добавляют целевые добавки, после чего при исключении влаги смешивают с алкоголятом алюминия, который также используют в разбавленном виде. В качестве разбавителя используют электронепроводящую гидрофобную жидкость. После окончания химической реакции перерабатывают реакционную смесь и в случае необходимости номинальную вязкость электровязкой композиции устанавливают путем добавления дальнейшего количества электронепроводящей гидрофобной жидкости.

Предлагаемая композиция показывает в поле напряжений, начиная примерно с 500 В/мм, сильно увеличивающуюся вязкость по мере усиления поля. Оптимум срабатываемости лежит в пределах 3 - 8 кВ/мм напряженности поля при содержании алюминия предпочтительно 0,1 - 0,5%. Исходная вязкость предлагаемой композиции может составлять 15 - 6000 мПа·с при температуре 40^oC.

Пример 1. 100 г сложного полуэфира алкенилянтарной кислоты со следующей характеристикой:
плотность при температуре 15^oC - 985 кг/м³,
кинематическая вязкость при температуре 40^oC - 1750 мм²/с,
вязкость при температуре 100^oC - 31 мм²/с,
точка воспламенения - 175^oC,
содержание минерального масла - 37 мас.%,
кислотное число - 144 мг КОН/г,
гидроксильное число - 43 мг КОН/г
разбавляют 100 г нафтеновой фракции минерального масла. Затем добавляют 0,1% имеющегося в торговле деэмульгатора на основе неионогенного алкиленоксидного аддукта, продукта LZ 5957 фирмы Любризоль, и 0,1% имеющегося в торговле пеногасителя на основе силоксана, продукта PC 1244 фирмы Монсанто.

100 г полученной таким образом смеси смешивают при исключении влаги в течение 30 мин при интенсивном перемешивании с раствором 2,5 г втор.бутилата алюминия в 10 мл легкого масла. Температуру медленно повышают в течение 60 мин до 80^oC и реакционную смесь поддерживают в течение дальнейших 90 мин при той же температуре. После охлаждения продукт реакции разбавляют 100 мл петролейного эфира и промывают 4 раза 60 мл воды. После фильтрации и упаривания петролейного эфира получают 75 г электровязкой композиции вязкостью 330 мм²/с при температуре 40^oC, состоящей из 30 мас.% алюминиевого мыла, 69,8 мас. % электронепроводящей жидкости и 0,2 мас.% указанных целевых добавок. Содержание алюминия в композиции составляет 0,24%.

Композиция проявляет сильный электровязкий эффект, что видно по данным, представленным в табл. 1 и на фиг. 1.

Пример 2. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют раствор 1,7 г втор.бутилата алюминия в 8 мл легкого масла.

Получаемая электровязкая композиция имеет вязкость 826 мм²/с при температуре 40^oC и содержание алюминия 0,17%. Она состоит из 30 мас.% алюминиевого масла, 69,8 мас.% электропроводящей жидкости и 0,2 мас.% указанных целевых добавок.

Она проявляет сильный электровязкий эффект, что видно по данным, представленным в табл. 2.

Пример 3. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют раствор 1,2 г втор.бутилата алюминия в 5 мл легкого масла.

Получаемая электровязкая композиция имеет вязкость 800 мм²/с при температуре 20^oC и содержание алюминия 0,14%. Она состоит из 30 мас.% алюминиевого масла, 69,8 мас.% электропроводящей жидкости и 0,2 мас.% указанных целевых добавок.

Композиция проявляет сильный электровязкий эффект, что видно по данным, представленным в табл. 3 и на фиг. 2.

Пример 4. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют сложный полуэфир тетрапропенилянтарной кислоты с 1,2-этандиолом, или 1,2-неопентилгликолем, или 1,2-пропандиолом, или 1,6-гександиолом, или дипропиленгликолем. При этом во всех случаях достигается электровязкий эффект, который не уступает эффекту композиции по примеру 1.

Пример 5. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют а) тетрапропенилянтарную кислоту и б) ее ангидрид. При этом в обоих случаях достигается электровязкий эффект, который не уступает эффекту композиции по примеру 1.

Пример 6. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют этилгексилмалоновую кислоту и б) диизобутенилянтарную кислоту. При этом в обоих случаях достигается электровязкий эффект, который не уступает эффекту композиции по примеру 1.

Пример 7. Повторяют пример 1 с той лишь разницей, что применяют олигомерный сополимер сложного дибутилового эфира малеиновой кислоты и α -олефинов, имеющий молярный вес 900 (торговый продукт "Кетченлуб 106" фирмы Акцо, DE; кислотные группы высвобождены направленным омылением гидроокисью калия и частично этерифицированы 1,2-пропандиолом). При этом получают композицию, электровязкий эффект которой не уступает эффекту композиции по примеру 1.

Формула изобретения

1. Электровязкая композиция, содержащая алюминийсодержащее соединение, электронепроводящую гидрофобную жидкость и растворимые целевые добавки, отличающаяся тем, что в качестве алюминийсодержащего соединения она содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной насыщенной и/или ненасыщенной мономерной, олигомерной и/или полимерной (олефин) карбоновой кислоты, имеющей по меньшей мере две карбоксильные группы и 3 - 32 атомов углерода, ее ангидрида и/или сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 1 - 12 атомами углерода и/или их олигомеры по меньшей мере с одним алкоголятом алюминия, спиртовый компонент которого представляет собой алифатические, неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 1 - 18 атомами углерода, при следующем количественном соотношении компонентов, мас. %:
Алюминийсодержащее соединение - 2,0 - 49,9
Электронепроводящая гидрофобная жидкость - 50,0 - 97,9
Растворимые целевые добавки - Не более 10
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюминийсодержащего соединения содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной насыщенной и/или ненасыщенной мономерной, олигомерной и/или полимерной (олефин) карбоновой кислоты, имеющей по меньшей мере две карбоксильные группы и 3 - 18, в частности 12 - 18, атомов углерода, ее ангидрида и/или сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 1 - 6, в частности 2 - 5, атомами углерода, и/или их олигомеры по меньшей мере с одним алкоголятом алюминия, спиртовой компонент которого представляет собой алифатические, неразветвленные или разветвленные, одно- или многоатомные спирты с 2 - 8, в частности 2 - 5, атомами углерода.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве алюминийсодержащего соединения она содержит продукт взаимодействия по меньшей мере одной алкенилянтарной кислоты с 5 - 18, в частности 12 - 18, атомами углерода и/или ее сложного полуэфира, спиртовой компонент которого представляет собой неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 1 - 6, в частности с 2 - 5, атомами углерода, по меньшей мере с одним алкоголятом алюминия, спиртовой компонент которого представляет собой алифатические неразветвленные или разветвленные одно- или многоатомные спирты с 2 - 8, в частности 2 - 5, атомами углерода.

4. Композиция по одному из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она в качестве алюминийсодержащего соединения содержит продукт взаимодействия, в котором (олефин) карбоновая кислота, ее ангидрид и/или сложный полуэфир имеют по меньшей мере одну свободную гидроксильную группу.

5. Композиция по одному из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она в качестве алюминийсодержащего соединения содержит продукт взаимодействия, в котором спиртовой компонент сложного полуэфира представляет собой двух-, четырехатомные спирты с 1 - 6, в частности 2 - 5, атомами углерода, а также их олигомеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4