Гидравлическая жидкость
Владельцы патента RU 2362800:
Беланов Александр Адамович (RU)
Сафина Гульназ Дамировна (RU)
Солдатов Валентин Александрович (RU)
Терехина Ольга Борисовна (RU)
Использование: в гидравлических системах машин литья металлов под давлением и в гидроприводах прессов и металлообрабатывающих машин, работающих в пожароопасных условиях. Сущность: жидкость, содержащая воду, алкиленгликоли, антикоррозионные добавки, олеиновую кислоту и пеногаситель, в качестве загустителя содержит 15-25 мас.% статистического сополимера окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 11000-50000 и соотношением оксипропильных и оксиэтильных блоков в пределах 10-40:60-90 мас.%. Технический результат - повышение термической стабильности жидкости и улучшение ее фильтруемости и трибологических свойств, а также улучшение пенообразующих характеристик. 3 табл.
Изобретение относится к составам огнестойких гидравлических жидкостей на водно-гликолевой основе, используемых в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах машин литья металлов под давлением и в гидравлических приводах прессов и металлообрабатывающих машин, работающих в пожароопасных условиях.
Гидравлические жидкости на основе водных растворов гликолей, аналогично традиционным жидкостям на основе нефтяных масел, должны обладать хорошими вязкостно-температурными, смазывающими, антикоррозионными и противопенными свойствами [Негорючие теплоносители и гидравлические жидкости. Справочное руководство. / Под ред. А.М.Сухотина. Л.: Химия, 1979. - 360 с.]. Для достижения этих свойств гидравлические жидкости обычно содержат загуститель, смазывающие добавки, антикоррозионные и антипенные присадки. Основным преимуществом этих жидкостей является их трудновоспламеняемость, что достигается обеспечением содержания воды в композиции в пределах 30-45 мас.%. На сегодняшний день известны различные составы, относящиеся к этому классу жидкостей.
Так, известная гидравлическая жидкость [патент РФ 2028373, МПК 6 С10М 173/02. Опубл. 09.02.95 г.] на основе водного раствора глицерина или алкиленгликолей содержит простые полиэфиры оксидов этилена и пропилена молекулярной массой 3000-20000, соли аминов и карбоновых кислот C7-C13, бензотриазол, морфолин, фосфаты щелочных металлов и пеногаситель. Указанная жидкость наряду с хорошими антикоррозионными свойствами характеризуется нестабильностью продукта при длительном хранении и низкими трибологическими характеристиками.
Известна композиция гидравлической жидкости [патент РФ 2083646, МПК 6 С10М 173/02, C10N 40:08. Опубл. 10.07.97 г.], содержащая воду, алкиленгликоль, загуститель на основе сополимеров окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 600-10000, морфолин, 2-меркаптобензтиазол, бутилцеллозольв, циклогексанон, гидроксид натрия, олеиновую кислоту, пеногаситель и краситель. Данная жидкость характеризуется высокими антикоррозионными и вязкостно-температурными свойствами. Недостатками являются неудовлетворительные трибологические свойства и низкие потребительские свойства при пониженных температурах, что объясняется высоким содержанием используемого загустителя в композиции жидкости.
Гидравлическая жидкость [патент РФ 2151786, МПК 7 С10М 173/02, C10N 40:08. Опубл. 27.06.2000 г.] в своем составе содержит воду, алкиленгликоли, морфолин, бензотриазол, 2-меркаптобензтиазол, олеиновую кислоту, гидроксид натрия, моноэфир гликоля, пеногаситель, краситель, а в качестве загустителя - олигомеры уретанового типа. Жидкость обладает хорошими антикоррозионными характеристиками и умеренными трибологическими свойствами. Основным недостатком указанной композиции является низкая ее стабильность в процессе хранения и эксплуатации из-за плохой совместимости компонентов и использования в составе жидкости уретанового загустителя, обладающего изменчивыми физико-химическими характеристиками и нестабильностью состава.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является гидравлическая жидкость [патент РФ 2052496, МПК 6 С10М 173/02, C10N 40/08. Опубл. 20.01.96 г.], содержащая воду, гликоль, водорастворимый загуститель на основе сополимера окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой 4000-10000, бензотриазол, бутилцеллозольв, морфолин, олеиновую кислоту, 2-меркаптобензтиазол, пеногаситель и краситель. Данная композиция за счет использования в ее составе таких эффективных реагентов, как морфолин, бензотриазол и 2-меркаптобензтиазол характеризуется хорошими антикоррозионными свойствами. В качестве смазывающей добавки в жидкости используют олеиновую кислоту, что позволяет обеспечить требуемые противоизносные и противозадирные свойства жидкости.
Недостатками гидравлической жидкости являются ее нестабильность, что характеризуется расслоением жидкости в процессе ее хранения и практического применения и приводит к ухудшению смазывающих, антипенных свойств и фильтруемости жидкости. Эти недостатки, по-видимому, являются следствием использования в составе жидкости высокой дозировки гидрофобного кремнийорганического пеногасителя и плохой стабилизации смазывающей присадки в виде гидрофобной олеиновой кислоты в водно-гликолевой среде.
Задачей данного изобретения является создание композиции гидравлической жидкости, обладающей высокой термоокислительной стабильностью и фильтруемостью.
Поставленная задача решается тем, что гидравлическая жидкость содержит алкиленгликоли, воду, алкиловый эфир этиленгликоля, антикоррозионные добавки, бензойную кислоту, олеиновую кислоту, пеногаситель и водорастворимый загуститель, при этом в качестве загустителя используют статистический сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 11000-50000 и соотношением оксипропильных и оксиэтильных блоков в пределах 10-40:60-90 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкиловый эфир этиленгликоля 0,5-1,5; водорастворимый загуститель 15-25; олеиновая кислота 0,7-1,2; антикоррозионные добавки 1,0-2,4; пеногаситель 0,005-0,3; вода 35-42; алкиленгликоли - остальное.
Использование в составе гидравлической жидкости предлагаемого загустителя на основе статистического сополимера окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 11000-50000 при варьировании соотношения оксипропильных и оксиэтильных блоков в пределах 10-40:60-90 мас.% и определенного соотношения компонентов позволяет существенно повысить термоокислительную стабильность гидравлической жидкости и улучшить ее фильтруемость. Одновременно за счет применения данного статистического сополимера окисей этилена и пропилена, обладающих пониженными пенообразующими свойствами, достигается уменьшение дозировки гидрофобного силиконового пеногасителя, что также способствует повышению стабильности и фильтруемости жидкости.
Для оценки эффективности предлагаемого решения приготовление гидравлической жидкости проводят с применением известных реагентов.
В качестве алкиленгликолей применяют моноэтиленгликоль или пропиленгликоль или диэтиленгликоль или их смеси.
В качестве антикоррозионной присадки используют морфолин, моноэтаноламин, бензотриазол и бензойную кислоту.
Для достижения требуемых деаэрационных свойств используют этилцеллозольв или бутилцеллозольв, в качестве пеногасителя применяют органические силиконовые жидкости: пента 139-282, концентрат эмульсии ЭАП-40 и др.
В качестве смазывающей добавки используют олеиновую кислоту.
Требуемый сбалансированный комплекс вязкостных, антикоррозионных свойств гидравлической жидкости достигается при приготовлении композиции следующего состава, мас.%:
Вода 35-42
Сополимер окисей этилена и пропилена
с молекулярной массой 11000-50000 и соотношением
оксипропильных и оксиэтильных блоков 10-40:60-90 15-25
Моноалкиловый эфир этиленгликоля 0,5-1,5
Бензойная кислота 0,2-0,6
Олеиновая кислота 0,7-1,2
Моноэтаноламин 0,5-0,8
Морфолин 0,2-0,7
Бензотриазол 0,1-0,3
Гидроксид натрия 0,005-0,3
Пеногаситель 0,005-0,03
Алкиленгликоль до 100
При этом применение статистического сополимера окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 11000-50000 обеспечивает требуемую кинематическую вязкость жидкости при 40°С в пределах 43-52 сСт [Мерзабекова Н.С. Технологические жидкости на водно-гликолевой основе. - Мир нефтепродуктов, 2006, №3, С.29-31]. Количество вводимого загустителя в основном определяется физико-химическими свойствами сополимера и типом используемого в композиции алкиленгликоля. Использование в составе жидкости предложенного загустителя на основе высокомолекулярного статистического сополимера окисей этилена и пропилена в сочетании с известными реагентами позволяет обеспечить высокие показатели стабильности и фильтруемости жидкости. Введение указанного загустителя в состав жидкости и достигаемые результаты испытаний позволяют сделать вывод о том, что данное техническое решение соответствует критериям: новизна и изобретательский уровень.
Предлагаемый статистический сополимер получают анионной полимеризацией смеси окисей этилена и пропилена и предварительно приготовленной стартовой системы на основе алкоголятов таких многоатомных спиртов, как глицерин, триметилолпропан, этилен- и пропиленгликоли, изононилкаликсарены с функциональностью 4 и 6, ксилит и др.
Процесс получения сополимеров осуществляют по нижеприведенной методике. В круглодонную колбу объемом 250 мл загружают 92 г глицерина и 14 г твердого гидроксида калия, при перемешивании и нагревании до температуры 50-60°С щелочь растворяют в исходном спирте. Далее при остаточном давлении 20-30 мм рт.ст. и температуре 120-130°С проводят осушку стартовой системы до остаточного содержания влаги 0,05 мас.%. Далее 50 г полученного алкоголята загружают в металлический реактор объемом 1,0 л, снабженный перемешивающим устройством и терморубашкой, содержимое реактора нагревают до 110°С и начинают подавать из мерника предварительно приготовленную смесь окиси пропилена и окиси этилена при массовом их соотношении 25:75. Процесс анионной сополимеризации проводят при температуре реакционной массы 110-120°С и давлении 3,0-4,0 кгс/см2. После подачи 600 г смеси окисей пропилена и этилена реакционную массу выдерживают в течение 1,0 ч при температуре 115-120°С до остаточного содержания окисей алкиленов не более 0,01 мас.%. Полученную реакционную массу выгружают из реактора. Далее 100 г полученного форполимера загружают в реактор в качестве стартовой системы второй стадии полимеризации. Процесс оксиалкилирования проводят аналогично предыдущей стадии, расход смеси окиси пропилена и окиси этилена при массовом их соотношении 25:75 на второй стадии оксиалкилирования составляет 680 г. После подачи в реактор указанного количества смеси окиси пропилена и этилена реакционную массу выдерживают в течение 1,5 ч при температуре 110-120°С. В результате получают статистический сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 15500, гидроксильным числом 12,4 мг КОН/г продукта. Указанный продукт имеет кинематическую вязкость при 40°С 9100 сСт, температуру застывания минус 12°С и температуру помутнения 1%-ного раствора 79°С.
Физико-химические характеристики полученных сополимеров окисей этилена и пропилена представлены в таблице 1.
Гидравлическую жидкость готовят последовательным растворением компонентов в водно-гликолевой смеси при температуре 50-60°С с последующей фильтрацией.
Пример 1
В металлический реактор объемом 2,0 л, снабженный терморубашкой и перемешивающим устройством, загружают 300 г воды и 490 г моноэтиленгликоля. Полученную массу при перемешивании нагревает до 50°С, затем по мере полного растворения последовательно загружают 8,0 г этилцеллозольва, 5,0 г моноэтаноламина, 6,0 г морфолина, 2,0 г твердого гидроксида натрия, 3,0 г бензойной кислоты, 8,0 г олеиновой кислоты, 1,0 г бензотриазола, 180 г статистического сополимера на основе окисей этилена, пропилена и глицерина с молекулярной массой 15500 и соотношением оксипропильных и оксиэтильных блоков 25:75 мас.% и 0,2 г кремнийорганического пеногасителя «Пента 139-282». После тщательного перемешивания при температуре 50-55°С в течение 1,0 часа проводят фильтрацию продукта через бельтинг. Результаты испытаний данной жидкости на соответствие современным требованиям представлены в таблице 3.
Примеры 2-4
Приготовление гидравлических жидкостей проводят аналогично примеру 1. Составы полученных жидкостей и результаты их испытаний представлены в таблицах 2 и 3.
Анализ полученных характеристик гидравлических жидкостей, приготовленных с использованием предлагаемого статистического сополимера окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 10000-50000 и соотношением оксипропильных и оксиэтильных блоков в пределах 10-40:60-90 мас.% и при определенном соотношении компонентов, показывает, что указанные жидкости наряду с высокими антикоррозионными характеристиками обладают высокой термоокислительной стабильностью и высокой фильтруемостью. Кроме этого применение в составе жидкости указанного сополимера окисей этилена и пропилена позволяет стабилизировать пенообразующие свойства продукта, что хорошо подтверждается низкой дозировкой кремнийорганического пеногасителя.
| Таблица 1 Физико-химические характеристики статистических сополимеров окисей этилена и пропилена |
|||||||
| № п.п. | Стартовая система | Массовое соотношение оксипропильных и оксиэтильных групп | Гидроксильное число сополимера, мг КОН/г | Средняя молекулярная масса | Вязкость кинематическая при 40°С, сСт | Температура застывания, °С | Температура помутнения 1%-ного водного раствора, °С |
| 1 | Глицерин | 25:75 | 12,4 | 15500 | 9400 | минус 12 | 79 |
| 2 | Триметилолпропан | 10:90 | 7,2 | 30600 | 15500 | плюс 5 | 91 |
| 3 | Монопропиленгликоль | 30:70 | 5,0 | 25000 | 9500 | минус 13 | 71 |
| 4 | Ксилит | 20:80 | 6,8 | 49800 | 17500 | минус 8 | 85 |
| 5 | Ксилит | 40:60 | 10,1 | 30200 | 12800 | минус 12 | 67 |
| 6 | Изононилкаликсарен с функциональностью 4 | 25:75 | 6,0 | 46500 | 13800 | минус 15 | 74 |
| 7 | Триметилолпропан | 25:75 | 16,4 | 11500 | 8900 | минус 12 | 81 |
| Таблица 2 Составы композиций гидравлической жидкости |
||||
| Компоненты, мас.% | Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | Образец 4 |
| Вода | 30,0 | 42,0 | 37,0 | 35,0 |
| Сополимер ОЭ и ОП с молекулярной массой 10000-50000 | 18,0* на основе глицерина | 25,0* на основе ксилита (4 в табл.1) | 15,0* на основе ксилита (5 в табл.1) | 23,0* продукт 2 в табл.1 |
| Моноалкиловый эфир этиленгликоля | 0,8 ЭЦ | 0,5 ЭЦ | 1,5 БЦ | 0,7 БЦ |
| Моноэтаноламин | 0,5 | 0,8 | 0,6 | 0,7 |
| Морфолин | 0,6 | 0,7 | 0,2 | 0,6 |
| Гидроксид натрия | 0,2 | 0,3 | 0,005 | 0,2 |
| Бензойная кислота | 0,3 | 0,2 | 0,6 | 0,4 |
| Олеиновая кислота | 0,8 | 0,9 | 1,2 | 0,7 |
| Бензотриазол | 0,1 | 0,3 | 0,2 | 0,2 |
| Кремнийорганический пеногаситель | 0,02 | 0,005 | 0,03 | 0,02 |
| Алкиленгликоль | до 100 МЭГ | до 100 МПГ | до 100 ДЭГ | до 100 МЭГ |
| Примечание: а) ЭЦ - этилцеллозольв, БЦ - бутилцеллозольв, МЭГ - моноэтиленгликоль, МПГ - монопропиленгликоль, ДЭГ - диэтиленгликоль; б) * - номера использованных сополимеров соответствуют таблице 1 |
| Таблица 3 Результаты испытаний гидравлических жидкостей |
||||||
| № п.п. | Наименование показателей | Требуемые показатели | Образцы жидкости | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| 1 | Вязкость кинематическая при 40°С сСт, в пределах | 43-52 | 46,0 | 51,9 | 43,0 | 50,2 |
| 2 | Массовая доля остатка после выдержки при 120°С в течение 168 ч %, не более | 26,0 | 21,0 | 25,7 | 17,5 | 22,0 |
| 3 | Водородный показатель, | 8,5-11,0 | 9,3 | 9,6 | 9,2 | 9,3 |
| 4 | Щелочность, мл 0,1Н HCL на 100 г жидкости | не менее 150 | 164 | 178 | 160 | 165 |
| 5 | Коррозионное воздействие на металлы (90°С, 168 ч) мг, не более | |||||
| - сталь 10 | 4 | 0,3 | 0,2 | 0,06 | 0,1 | |
| - медь М 3 | 5 | 0,2 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | |
| - латунь Л 68 | 5 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,4 | |
| - чугун СЧ 25 | 4 | 0,4 | 0,2 | 0,15 | 0,2 | |
| 6 | Термостабильность при 90°С в течение 168 ч | прозрачная жидкость без осадка | соот. | соот. | соот. | соот. |
| 7 | Трибологические характеристики на ЧШМ: - нагрузка критическая, Н |
не менее 940 | 1250 | 1300 | 1280 | 1350 |
| - нагрузка сваривания, Н | не менее 1260 | 1380 | 1450 | 1460 | 1520 | |
| - индекс задира | не менее 39 | 43,5 | 45,0 | 45,6 | 48,0 | |
| - показатель износа, мм | не более 0,9 | 0,64 | 0,62 | 0,63 | 0,64 | |
| 8 | Фильтруемость на фильтрах с тонкостью 1,2 мкм: - время фильтрации 1000 см3 жидкости, мин | не более 130 | 56 | 65 | 68 | 70 |
| 9 | Склонность к пенообразованию, объем пены, см3 | |||||
| - при 25°С | не более 70 | 24 | 30 | 20 | 28 | |
| - при 50°С | не более 200 | 66 | 75 | 55 | 70 | |
| Устойчивость пены - объем пены, см3 | ||||||
| - при 25С | не более 10 | отс. | отс. | отс. | отс. | |
| Примечание: Определение трибологических характеристик жидкостей проводилось на четырехшариковой машине (ЧШМ); |
Гидравлическая жидкость, содержащая воду, алкиленгликоли, алкиловый эфир этиленгликоля, водорастворимый загуститель, олеиновую кислоту, антикоррозионные добавки, пеногаситель, отличающаяся тем, что жидкость в качестве водорастворимого загустителя содержит статистический сополимер окисей этилена и пропилена с молекулярной массой 11000-50000 и соотношением оксипропильных и оксиэтильных блоков в пределах 10-40:60-90 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| алкиловый эфир этиленгликоля | 0,5-1,5 |
| водорастворимый загуститель | 15-25 |
| олеиновая кислота | 0,7-1,2 |
| антикоррозионные добавки | 1,0-2,4 |
| пеногаситель | 0,005-0,3 |
| вода | 35-42 |
| алкиленгликоли | остальное |
