ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ
HYDRAULIC FLUID

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.
7
13
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 C-C, 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.
2
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/см. 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 1Физико-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 2Составы 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 3Результаты 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 см<sup>3</sup> жидкости, мин
не более 130
56
65
68
70
9
Склонность к пенообразованию, объем пены, см<sup>3</sup>
- при 25°С
не более 70
24
30
20
28
- при 50°С
не более 200
66
75
55
70
Устойчивость пены - объем пены, см<sup>3</sup>
- при 25С
не более 10
отс.
отс.
отс.
отс.
Примечание: Определение трибологических характеристик жидкостей проводилось на четырехшариковой машине (ЧШМ);