КОМПОЗИЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композициям функциональной жидкости, конкретно к композициям функциональной жидкости, которые применяются в качестве гидравлических жидкостей и амортизаторных жидкостей и которые обладают усовершенствованными свойствами набухания прокладок.

Уровень техники

Обычно в авиационных гидравлических жидкостях на минеральной основе используются минеральные масла нафтенового основания для того, чтобы соответствовать свойствам при низких температурах, которые необходимы по армейским техническим условиям для указанных продуктов, а именно MIL-PRF-5606 и MIL-PRF-6083. В указанных технических условиях утверждается, что соответствующие стандарту продукты должны соответствовать требованию, относящемуся к набуханию синтетического каучука. В частности, требуется, чтобы при проведении испытания гидравлических жидкостей по методу FED-STD-791D-3605.5 степень набухания эластомера составляла между 19 и 30% для MIL-PRF-5606 и между 19 и 28% для MIL-PRF-6083. К сожалению, масла нафтенового основания могут вызывать чрезмерное набухание синтетического каучука, и в некоторых случаях гидравлическая жидкость становится непригодной по данным испытания технических условий, что приводит к отказам от продукта или к нежелательному продукту. Указанная проблема осложняется глобальными ограничениями на поставки масел нафтенового основания и общей потерей эксплуатационной готовности.

Следовательно, было бы желательно разработать гидравлическую жидкость нафтенового основания, которая соответствовала бы обязательным требованиям, относящимся к степени набухания эластомера.

Краткое изложение изобретения

Согласно настоящему изобретению разработана композиция функциональной жидкости, пригодной для применения в качестве гидравлической жидкости или амортизаторной жидкости, которая содержит:

(а) от 70% до 99,99%, от массы композиции функциональной жидкости, композиции базового масла, содержащей:

(i) от 50% до 95%, от массы композиции базового масла, масла нафтенового основания; и

(ii) от 5% до 50%, от массы композиции базового масла, базового масла, произведенного в синтезе Фишера-Тропша.

Кроме того, настоящее изобретение относится к гидравлическим амортизаторам и гидравлическим системам, содержащим композицию функциональной жидкости согласно настоящему изобретению.

Неожиданно было обнаружено, что путем замены части масел нафтенового основания, применяемых в гидравлических жидкостях и амортизаторных жидкостях, базовым маслом, произведенным в синтезе Фишера-Тропша, можно значительно снизить наблюдаемую степень набухания синтетического каучука, согласно методу испытаний FED-STD-791D-3605.5.

Поэтому согласно настоящему изобретению разработано применение композиции функциональной жидкости, как описано ниже, с целью снижения степени набухания синтетического каучука.

Кроме того, было обнаружено, что сочетание нафтенового базового масла минерального происхождения и базового масла, произведенного в синтезе Фишера-Тропша, позволяет получить композицию функциональной жидкости, которая обладает повышенной удельной теплоемкостью по сравнению с традиционными гидравлическими жидкостями, содержащими только нафтеновые базовые масла минерального происхождения, что способствует снижению термической деструкции функциональной жидкости в ходе эксплуатации и продлевает эффективный срок службы продукта.

Дополнительно было обнаружено, что для композиции функциональной жидкости настоящего изобретения наблюдается значительное уменьшение потерь продукта за счет испарения по сравнению с композициями функциональной жидкости, содержащими только нафтеновые базовые масла.

Подробное описание изобретения

Композиция функциональной жидкости настоящего изобретения содержит в качестве существенного компонента композицию базового масла.

Указанная композиция базового масла присутствует в диапазоне концентраций от 70% до 99,99% по массе, предпочтительно в диапазоне от 75% до 90% по массе, более предпочтительно в диапазоне от 80% до 85% по массе.

Согласно изобретению одним существенным компонентом композиции базового масла является нафтеновое базовое масло минерального происхождения.

Используемый в изобретении термин «содержание нафтенов» в нафтеновом базовом масле определяется как массовый процент всех молекул с моно- и полициклопарафиновыми функциональными группами. Содержание нафтенов можно определить с использованием сочетания методов жидкостно-хроматографического разделения путем ЖХВД, масс-спектрометрии с полевой ионизацией (FIMS) и протонного ЯМР для олефинов, которые описаны, как указано ниже.

Предпочтительно содержание нафтенов в нафтеновом базовом масле для применения согласно изобретению находится в диапазоне от 50% до 90%, более предпочтительно в диапазоне от 60% до 80%, от массы нафтенового базового масла.

Нафтеновое базовое масло минерального происхождения присутствует в диапазоне концентрации от 50% до 95%, предпочтительно в диапазоне от 70% до 95%, более предпочтительно в диапазоне от 75% до 85%, от массы композиции базового масла.

Отсутствуют конкретные ограничения по типу нафтенового базового масла минерального происхождения, которое может быть использовано в композиции базового масла согласно изобретению. В композиции функциональной жидкости изобретения может быть использовано любое нафтеновое базовое масло минерального происхождения, которое является подходящим для применения в композиции гидравлической жидкости или композиции амортизаторной жидкости.

Нафтеновые базовые масла определяются как базовые масла Группы V по классификации Американского нефтяного института (API).

Указанные базовые масла минерального происхождения получаются с использованием процессов нефтепереработки исходя из нафтеновой сырой нефти. Нафтеновые базовые масла минерального происхождения, применяемые в настоящем изобретении, предпочтительно обладают температурой текучести ниже -20°C и индексом вязкости меньше 70. Такие базовые масла производят из сырья, обогащенного нафтенами, и с низким содержанием парафинов. Нафтеновые базовые масла минерального происхождения хорошо известны и более подробно описаны в книге “Lubricant base oil and wax processing” (Смазывающие базовые масла и переработка парафинов), Avilino Sequeira, Jr., Marcel Dekker, Inc, New York, 1994, ISBN 0-8247-9256-4, стр.28-35.

Способы получения нафтеновых базовых масел можно найти в книге “Lubricants и Lubrication (Смазывающие масла и смазывание; второе издание, полностью переработанное и дополненное)”, изд-во Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, глава 4, стр.46-48.

Промышленно доступные источники нафтеновых базовых масел включают доступные масла под торговой маркой HYDROCAL от фирмы Calumet Lubricants Co., промышленно доступные масла под торговой маркой HYPRENE и HYGOLD от фирмы Ergon Petroleum Specialties, промышленно доступные нафтеновые базовые масла от фирмы Nynas, и нафтеновые базовые масла ряда SNH, промышленно доступные от фирмы Sankyo-Yuku.

Особенно предпочтительные нафтеновые базовые масла для применения в изобретении имеют кинематическую вязкость при 20°С в диапазоне от 4,75 до 5,10 мм²/с, кинематическую вязкость при 40°С в диапазоне от 2,90 до 3,20 мм²/с, минимальную температуру вспышки (стандарт ASTM D92) 101°С и минимальную температуру текучести, равную -66°С.

Дополнительным существенным компонентом композиции базового масла согласно изобретению является базовое масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша.

Используемый в изобретении термин “произведенное в синтезе Фишера-Тропша” означает, что материал представляет собой конденсационный продукт синтеза Фишера-Тропша или произведен из него. Произведенный в синтезе Фишера-Тропша продукт также может называться продуктом “GTL (Газ в жидкое топливо)”.

Базовое масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша, для применения в изобретении, предпочтительно имеет кинематическую вязкость при 100°С (согласно ASTM D445) в диапазоне от 0,5 до 5 мм²/с.

Конденсационный синтез Фишера-Тропша представляет собой процесс, в котором монооксид углерода и водород превращаются в углеводороды с длинной цепочкой, обычно в парафиновые углеводороды:

n(CO+2H₂)=(-CH_2-)_n+nH₂O+теплота,

в присутствии подходящего катализатора и обычно при повышенной температуре (например, от 125 до 300°С, предпочтительно от 175 до 250°С) и/или давлении, например, от 5 до 100 бар (0,5 до 10,0 МПа), предпочтительно от 12 до 50 бар (1,2-5 МПа). По желанию, можно использовать соотношения водород: монооксид углерода, отличающиеся от 2:1.

Смесь монооксида углерода и водорода можно получать из органических или неорганических, природных или синтетических источников, обычно или из природного газа, или из метана органического происхождения. В общем газы, которые превращаются в компоненты жидкого топлива с использованием синтеза Фишера-Тропша, могут включать в себя природный газ (метан), сжиженный нефтяной газ (СПГ, например, пропан или бутан), “конденсаты”, такие как этан, синтез-газ (СО/водород) и газообразные продукты, произведенные из угля, биомассы и других углеводородов.

Синтез Фишера-Тропша может быть использован для получения ряда углеводородных топлив, в том числе фракций СПГ, нафты, керосина и газойля. Из этих фракций газойли применяются в качестве композиций автомобильных дизельных топлив, обычно в смесях с газойлями нефтяного происхождения. Из более тяжелых фракций можно получить после процессов гидроочистки и вакуумной перегонки ряд базовых масел, обладающих различными дистилляционными характеристиками и вязкостью, которые применяются в качестве сырья для смазочного базового масла.

Углеводородные продукты могут быть получены непосредственно в синтезе Фишера-Тропша или косвенно, например, путем фракционирования продуктов синтеза Фишера-Тропша или из продуктов синтеза Фишера-Тропша после гидроочистки. Гидроочистка может включать гидрокрекинг, чтобы отрегулировать диапазон кипения, и/или гидроизомеризацию, которая может улучшать характеристики текучести на холоде, путем увеличения доли разветвленных парафинов. Другие способы переработки после указанного синтеза, такие как полимеризация, алкилирование, дистилляция, крекинг-декарбоксилирование, гидроизмеризация и гидрореформинг, могут использоваться с целью модифицирования свойств конденсационных продуктов синтеза Фишера-Тропша.

Типичные катализаторы синтеза Фишера-Тропша с получением парафиновых углеводородов содержат в качестве каталитически активного компонента металл из группы VIII периодической системы элементов, особенно рутений, железо, кобальт или никель. Примеры подходящих катализаторов описаны, например, в документе ЕР 0583836 (стр.3 и 4).

Примером способа на основе синтеза Фишера-Тропша является SMDS (Синтез среднего дистиллята фирмы Shell), который описал van der Burgt и др. в публикации "The Shell Middle Distillate Synthesis Process", представленной на 5^м Международном симпозиуме по синтетическому топливу, Washington DC, November 1985; см. также публикацию фирмы Shell International Petroleum Company Ltd, London, UK в ноябре 1989. В этом способе (иногда также называется способом получения жидкого топлива из газа фирмы Shell или технологией "GTL") продукты в диапазоне среднего дистиллята получаются путем превращения синтез газа, произведенного из природного газа (главным образом, метана), в тяжелые углеводороды с длинной цепочкой (парафиновый воск), которые затем могут быть подвергнуты гидроконверсии и фракционированию для того, чтобы получить жидкое транспортное топливо, такое как газойль, применяемый в композициях дизельного топлива. Базовые масла, в том числе тяжелые базовые масла, также могут быть получены в указанном способе. Вариант способа SMDS с использованием реактора с неподвижным слоем катализатора на стадии превращения в настоящее время эксплуатируется в Bintulu, Малайзия. Произведенные газойлевые фракции смешивают с газойлями нефтяного происхождения, получая промышленно доступное автомобильное топливо.

Благодаря синтезу Фишера-Тропша получают базовые масла, которые практически не содержат (на уровне детектирования) серу и азот. Соединения, содержащие эти гетероатомы, оказывают отравляющее действие на катализаторы синтеза Фишера-Тропша и поэтому удаляются из исходного синтез-газа. Это может дать дополнительные преимущества для композиции функциональной жидкости согласно настоящему изобретению.

Кроме того, в обычном режиме работы в синтезе Фишера-Тропша не образуются или почти не образуются ароматические компоненты. Содержание ароматических компонентов в базовом масле, произведенном в синтезе Фишера-Тропша, соответственно определяется по стандарту ASTM D-4629 и обычно может составлять ниже 1 масс.%, предпочтительно ниже 0,5 масс.% и более предпочтительно ниже 0,1 масс.% в расчете на моли (но не на атомы).

Вообще говоря, произведенные в синтезе Фишера-Тропша углеводородные продукты имеют относительно низкое содержание полярных компонентов, особенно полярных поверхностно-активных веществ, например, по сравнению с углеводородами нефтяного происхождения. Это может способствовать улучшению антивспенивающих характеристик пеногашения и характеристик помутнения. Такие полярные компоненты могут включать в себя, например, кислородсодержащие соединения и соединения, содержащие серу и азот. Низкое содержание серы в углеводородах, произведенных в синтезе Фишера-Тропша, обычно указывает также на низкое содержание как кислородсодержащих, так и азотсодержащих соединений, поскольку они удаляются в одних и тех же процессах обработки.

Согласно изобретению произведенное в синтезе Фишера-Тропша базовое масло присутствует в композиции функциональной жидкости в концентрации, по меньшей мере 5%, предпочтительно, по меньшей мере 10%, более предпочтительно, по меньшей мере 15%, от массы композиции функциональной жидкости.

Предпочтительно произведенное в синтезе Фишера-Тропша базовое масло присутствует в композиции функциональной жидкости в концентрации, по большей мере 50%, более предпочтительно, по большей мере 40% и еще более предпочтительно, по большей мере 30%, от массы композиции функциональной жидкости.

Подходящими базовыми маслами, произведенными в синтезе Фишера-Тропша, которые удобно могут быть использованы в качестве базового масла в композиции функциональной жидкости настоящего изобретения, являются те, которые описаны, например, в документах EP 0776959, EP 0668342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, EP 1029029, WO 01/18156, WO 01/57166 и WO 04/07647.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения базовое масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша, имеет кинематическую вязкость при 100°C в диапазоне от 0,5 до 2 мм²/с, предпочтительно от 1 до 1,5 мм²/с (согласно изобретению называется как GTL газойль или “GTL GO”).

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения базовое масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша, имеет кинематическую вязкость при 100°C в диапазоне от 2 до 4 мм²/с, предпочтительно в диапазоне от 2 до 3 мм²/с.

Особенно предпочтительным базовым маслом синтеза Фишера-Тропша для применения в изобретении является GTL 3.

Предпочтительно кинематическая вязкость при 40°C композиции базового масла находится в диапазоне от 1 до 30 мм²/с, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 15 мм²/с, еще более предпочтительно между 2 и 10 мм²/с, гораздо более предпочтительно от 3 до 4 мм²/с.

Целесообразно, чтобы композиция базового масла имела кинематическую вязкость при 100°C ниже 20 мм²/с, более предпочтительно меньше 15 мм²/с, еще более предпочтительно в диапазоне от 1 до 10 мм²/с, и гораздо более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 мм²/с, и наиболее предпочтительно меньше 1,5 мм²/с. Предпочтительно температура текучести композиции базового масла составляет -30°C или ниже.

Композиция функциональной жидкости настоящего изобретения предпочтительно имеет кинематическую вязкость при 100°C, равную, по меньшей мере, 3 мм²/с, предпочтительно, по меньшей мере, 4 мм²/с, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 4,9 мм²/с. Предпочтительно композиция функциональной жидкости настоящего изобретения имеет кинематическую вязкость при 100°C, равную, по большей мере, 10 мм²/с, предпочтительно, по большей мере, 7 мм²/с, еще более предпочтительно 6 мм²/с.

Предпочтительно функциональная текучая среда настоящего изобретения имеет температуру текучести, равную -30°C или ниже, предпочтительно равную -50°C или ниже.

Предпочтительно композиция функциональной жидкости согласно изобретению имеет индекс вязкости в диапазоне от 100 до 600. Более предпочтительно композиция функциональной жидкости согласно изобретению имеет кинематическую вязкость при 40°C, по меньшей мере, равную 7 мм²/с.

Температура вспышки композиции базового масла, которая определяется по стандарту ASTM D92, может быть еще больше чем 120°C или даже больше чем 140°C. Температура вспышки композиции базового масла может зависеть от области применения масла. Предпочтительно композиция функциональной жидкости имеет температуру вспышки, равную 80°C или выше.

Композиция функциональной жидкости согласно изобретению содержит один или больше дополнительных базовых масел, кроме нафтенового базового масла минерального происхождения и базового масла, произведенного в синтезе Фишера-Тропша. Удобно, чтобы дополнительное базовое масло содержало меньше чем 20% по массе, более предпочтительно меньше чем 10% по массе, еще более предпочтительно меньше чем 5% от общей массы рецептуры функциональной жидкости. Примерами таких базовых масел являются минеральные базовые масла на основе парафинов и синтетические базовые масла, например поли-альфа-олефины, поли-алкиленгликоли и тому подобное.

Предпочтительно композиция функциональной жидкости дополнительно содержит, по меньшей мере, один другой дополнительный смазывающий компонент в эффективном количестве, такой как, например, полярные и/или неполярные смазывающие базовые масла, и эксплуатационные присадки, такие как, например, но без ограничений, металлсодержащие и беззольные ингибиторы окисления, металлсодержащие и беззольные диспергирующие агенты, металлсодержащие и беззольные моющие присадки, ингибиторы коррозии и ржавчины, дезактиваторы металлов, металлсодержащие и не содержащие металл, низкозольные, фосфорсодержащие и не содержащие фосфор, серосодержащие и не содержащие серу противоизносные присадки, металлсодержащие и не содержащие металл, фосфорсодержащие и не содержащие фосфор, серосодержащие и не содержащие серу противозадирные присадки, противозадирные присадки, депрессорные присадки, понижающие температуру текучести, модификаторы парафинов, модификаторы вязкости, агенты совместимости с уплотнением, модификаторы трения, присадки, повышающие смазывающую способность, антикоррозийные присадки, хромофорные присадки, противовспенивающие присадки, деэмульгаторы и другие обычно применяемые пакеты присадок. Обзор наиболее часто применяемых присадок приведен в работе D. Klamann «Смазывающие вещества и родственные продукты», Verlag Chemie, Deerfield Beach, FL; ISBN 0-89573-177-0, и в материале “Смазывающие присадки” М.W. Ranney, опубликованном фирмой Noyes Data Corporation of Parkridge, N.J. (1973).

Предпочтительно композиция функциональной жидкости согласно изобретению содержит присадки (b), улучшающие вязкость, в количестве от 0,01 до 30% по массе.

Присадки, улучшающие индекс вязкости (присадки, улучшающие ИВ, модификаторы вязкости, или присадки, улучшающие вязкость), обеспечивают работоспособность смазывающих масел при высокой и низкой температуре. Эти присадки придают сопротивление сдвигу при повышенных температурах и приемлемую вязкость при пониженных температурах. Подходящие присадки, улучшающие индекс вязкости, содержат как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные углеводороды, полиэфиры и присадки, улучшающие индекс вязкости и диспергирующие свойства, которые играют роль присадки, улучшающей одновременно индекс вязкости и диспергирование. Обычно молекулярная масса таких полимеров находится приблизительно между 10000 и 1000000, более предпочтительно от 20000 до 500000 и еще более предпочтительно приблизительно между 50000 и 200000. Примерами подходящих присадок, улучшающих индекс вязкости, являются полимеры и сополимеры метакрилата, бутадиена, олефинов или алкилстиролов. Присадки, улучшающие индекс вязкости, могут быть использованы в количестве от 0,01 до 30% по массе, предпочтительно от 0,01 до 25% по массе, еще более предпочтительно от 0,01 до 20% по массе, гораздо более предпочтительно от 0,1 до 18% по массе и наиболее предпочтительно от 5 до 15% по массе, в расчете на всю композицию функциональной жидкости.

Обычно используемой присадкой, улучшающей индекс вязкости, является полиизобутилен. Другие подходящие присадки, улучшающие индекс вязкости, содержат сополимеры этилен и пропилен, гидрированные блок-сополимеры стирола и изопрена, и полиакрилаты, такие как полимеры на основе стирола-изопрена или стирола-бутадиена с молекулярной массой от 50000 до 200000. Предпочтительно присадки, улучшающие индекс вязкости, содержат полиметилметакрилат (в дальнейшем называется ПММА), то есть сополимер метил- и алкил-метакрилатов с различной длиной цепи. Следовательно, композиция функциональной жидкости согласно изобретению содержит присадки, улучшающие вязкость, которые включают полимер метилметакрилата. Особенно предпочтительными ПММА присадками, улучшающими индекс вязкости, являются те промышленно доступные присадки, улучшающие вязкость, типа Viscoplex (Viscoplex представляет собой торговый знак фирмы Rohm GmbH & CO. KG, Darmstadt, Germany), и в частности Viscoplex 7-310, Viscoplex 7-300 и Viscoplex 7-305.

Предпочтительно с композицией согласно изобретению могут быть использованы дополнительные противоизносные присадки, которые включают алкилтиофосфаты металлов, более конкретно диалкилдитиофосфаты цинка, обычно используемые в количестве приблизительно от 0,4% по массе до 1,4% от общей массы композиции функциональной жидкости.

Другие предпочтительные противоизносные присадки включают триарилфосфаты, такие как присадки, доступные на фирме Chemtura под торговыми знаками Reolube OMTI, Durad 310М, Durad 110, Durad 150B, Reolube ТХР, Durad 220B, Durad 620B, Durad 110B, Fryquel 150 и Fryquel 220, присадки, доступные на фирме Rhein Chemie под торговыми знаками Additin RC 3661, Additin RC 3760 и Additin RC 3680 и промышленно доступными на фирме Supresta под торговыми знаками SynOAd 8475, SynOAd 8484, SynOAd 8485, SynOAd 8478, SynOAd 8477, SynOAd 8499 и SynOAd 9578. Термин триарилфосфаты включает в себя трикрезилфосфаты, такие, которые соответствуют стандарту по техническим условиям ТТ-трет-656.

Другие предпочтительные противоизносные присадки включают в себя не содержащие фосфора противоизносные присадки, такие как серосодержащие алифатические, арилалифатические или алициклические олефиновые углеводороды, содержащие приблизительно от 3 до 30 атомов углерода, более предпочтительно от 3 до 20 атомов углерода. Еще более предпочтительными углеводородными радикалами являются алкильные или алкенильные радикалы, например, описанные в патенте США №4941984.

Другие предпочтительные противоизносные присадки включают полисульфиды тиофосфорных кислот и эфиры тиофосфорных кислот, и фосфоротионил дисульфиды, описанные в патентах США №№ А-2443264; A-2471115; A-2526497; 2591577 и A-3770854. Применение алкилтиокарбамоильных соединений, таких как бис(дибутил)тиокарбамоил, в сочетании с соединениями молибдена, такими как диизопропилфосфородитиоат-сульфид оксимолибдена и фосфорными эфирами, такими как дибутилгидрофосфит, в качестве противоизносной присадки, раскрыто в патенте США А-4501678. В патенте США 4758362 описано применение карбаматных присадок, чтобы обеспечить усовершенствование противоизносных и противозадирных характеристик. Применение тиокарбамата в качестве противоизносных присадок описано в патенте США №А-5693598. В качестве противоизносных присадок могут быть использованы сложные эфиры глицерина. Например, предпочтительно могут быть использованы моно-, ди- и три-олеаты, моно-пальмитаты и моно-миристаты. В патенте США A-5034141 описано сочетание диалкилдитиофосфата цинка, тиодиксантогенового соединения и тиофосфата металла, которое приводит к усовершенствованию противоизносных характеристик. В патенте США А-5034142 описано, что применение металл алкоксиалкилксантата и диксантогена в сочетании с диалкилдитиофосфатом цинка может улучшать противоизносные характеристики. Обычно противоизносные присадки могут быть использованы в количестве приблизительно от 0,01 до 6% по массе, предпочтительно приблизительно от 0,01 до 4% по массе, в расчете на всю массу композиции жидкости.

Подходящие ингибиторы окисления тормозят окислительное разрушение композиции функциональной жидкости в ходе эксплуатации. Указанное разрушение может приводить к осаждению металла на поверхности, к появлению шлама или увеличению вязкости жидкости. Известно множество подходящих ингибиторов окисления, например, таких, что описал Klamann в книге «Смазывающие вещества», и например, в патентах США №№А-4798684 и 5084197. Эффективные ингибиторы окисления включают пространственно затрудненные фенолы. Эти фенольные ингибиторы окисления могут представлять собой беззольные (не содержащие металла) фенольные соединения или нейтральные или основные соли металлов и определенных фенольных соединений. Типичные соединения - фенольные ингибиторы окисления являются пространственно затрудненными фенолами, которые содержат пространственно затрудненную гидроксильную группу, причем эти соединения включают производные дигидроксиарильных соединений, в которых гидроксильные группы находятся в орто- или пара-положении друг к другу. Примеры фенольных материалов указанного типа включают 2-трет-бутил-4-гептилфенол; 2-трет-бутил-4-октилфенол; 2-трет-бутил-4-додецилфенол; 2,6-ди-трет-бутил-4-гептилфенол; 2,6-di-трет-бутил-4-додецилфенол; 2-метил-6-трет-бутил-4-гептилфенол и 2-метил-6-трет-бутил-4-додецилфенол. Другие пространственно затрудненные моно-фенольные ингибиторы окисления могут содержать, например, пространственно затрудненные сложноэфирные производные 2,6-диалкилфенолпропионата.

Бис-фенольные ингибиторы окисления также могут быть выгодно использованы в композиции функциональной жидкости. Нефенольные ингибиторы окисления, которые могут быть использованы, включают ингибиторы окисления типа ароматических аминов, причем они могут быть использованы или как таковые, или в сочетании с фенолами. Типичные примеры нефенольных ингибиторов окисления включают алкилированные и неалкилированные ароматические амины, такие как ароматические моноамины с алифатическими, ароматическими или замещенными ароматическими группами заместителями при атоме азота. Типичные ингибиторы окисления - ароматические амины имеют группы алкильных заместителей, по меньшей мере, около 6 атомов углерода. Примеры алифатических групп включают гексил, гептил, октил, нонил и децил. Обычно алифатические группы не могут содержать больше чем приблизительно 14 атомов углерода. Аминные ингибиторы окисления общего типа, эффективные в композициях настоящего изобретения, включают дифениламины, фенилнафтиламины, фенотиазины, имидодибензилы и дифенилфенилендиамины. Кроме того, эффективными являются смеси из двух или более ароматических аминов. Полимерные аминные ингибиторы окисления также могут быть использованы. Конкретные примеры ингибиторов окисления - ароматических аминов, которые эффективны в настоящем изобретении, включают: п,п'-диоктилдифениламин; трет-октилфенил-альфа-нафтиламин; фенил-альфа-нафтиламин и п-октилфенил-альфа-нафтиламин. Сульфированные алкилфенолы и их соли с щелочными или щелочноземельными металлами также являются эффективными ингибиторами окисления. Малосернистые деструкторы пероксидов являются эффективными ингибиторами окисления. Другим классом подходящих ингибиторов окисления являются маслорастворимые соединения меди. Примеры подходящих медных ингибиторов окисления включают дигидрокарбилтионаты или дитио- фосфаты меди и медные соли карбоновых кислот. Другие подходящие медные соли включают дитиакарбаматы, сульфонаты, фенаты и ацетилацетонаты меди. Как известно, основные, нейтральные или кислотные Cu(I) и или Cu(II) медные соли, полученные из алкенилянтарных кислот или ангидридов, являются особенно эффективными. Предпочтительные ингибиторы окисления включают пространственно затрудненные фенолы, ариламины, малосернистые деструкторы пероксидов и другие родственные компоненты. Эти ингибиторы окисления могут быть использованы отдельно по типу или в сочетании с другими ингибиторами. Указанные присадки могут быть использованы в количестве приблизительно от 0,01 до 5% по массе, предпочтительно приблизительно от 0,01 до 2% по массе.

Моющие присадки, применяемые в качестве присадок, могут быть простыми моющими присадками, или гибридными, или комплексными моющими присадками. Последние присадки могут обеспечивать характеристики двух моющих присадок, без необходимости смешивания отдельных материалов, например, как описано в патенте США А-6034039. Подходящие моющие присадки включают анионные соединения, которые содержат длинную цепочку олеофильной части молекулы и меньшую анионную или олеофобную часть молекулы. Обычно анионная часть моющей присадки представляет собой производную органической кислоты, такой как серная кислота, каробоновая кислота, фосфорная кислота, фенол, или их смеси. Противоионом обычно является щелочноземельный или щелочной металл. Соли, которые содержат практически стехиометрическое количество металла, называются нейтральными солями и имеют общее щелочное число (ОЩЧ, измеренное по стандарту ASTM D2896) от 0 до 80. Предпочтительные моющие присадки включают соли щелочноземельных или щелочных металлов - сульфаты, сульфонаты, фенаты, каробоксилаты, фосфаты и салицилаты. Подходящие алкарилсульфонаты обычно содержат приблизительно от 9 до 80 или больше атомов углерода, более типично приблизительно от 16 до 60 атомов углерода. Предпочтительными являются сульфонаты, описанные в книгах Klamann «Смазывающие вещества и родственные продукты», и “Смазывающие присадки”, цитированных ранее, и в работе С.V. Smallheer и R.К. Smith, опубликованной Lezius-Hiles Co. of Cleveland, Ohio (1967). Феноляты щелочноземельных металлов представляют собой другой применяемый класс моющих присадок. Эти моющие присадки являются продуктами взаимодействия гидроксидов или оксидов щелочноземельных металлов с алкилфенолом или сульфурированным алкилфенолом. Применяемые алкильные группы включают C₁-C₃₀ алкильные группы с прямой или разветвленной цепочкой, предпочтительно алкильные группы C₄-C₂₀. Примеры подходящих фенолов включают изобутилфенол, 2-этилгексилфенол, нонилфенол, 1-этилдецилфенол и тому подобное. Металлические соли карбоновых кислот также могут быть использованы в качестве моющих присадок. Другим предпочтительным классом моющих присадок являются салицилаты щелочноземельных металлов, в том числе моноалкил- - тетраалкил-салицилаты, в которых алкильные группы содержат от 1 до 30 атомов углерода. Предпочтительным щелочноземельным металлом является кальций, магний или барий; причем кальций является наиболее предпочтительным. Другой применяемый класс моющих присадок включает в себя фосфаты щелочноземельных металлов. Обычно общая концентрация моющих присадок составляет приблизительно от 0,01 до 6% по массе, предпочтительно приблизительно от 0,1 до 4% по массе, в расчете на всю композицию функциональной жидкости. Кроме того, в смазывающих композициях предпочтительно могут быть использованы неионогенные моющие присадки. Такие неионогенные моющие присадки могут быть беззольными или низкозольными соединениями и могут включать отдельные молекулярные соединения, а также олигомерные и/или полимерные соединения.

Кроме того, присадки могут содержать диспергирующие агенты. Обычно подходящие диспергирующие агенты содержат полярные группы, связанные с углеводородной цепью, имеющей относительно большую молекулярную массу. Обычно полярные группы содержат, по меньшей мере, один элемент из азота, кислорода или фосфора. Типичные углеводородные цепи содержат приблизительно от 50 до 400 атомов углерода. Подходящие диспергирующие агенты включают феноляты, сульфонаты, сульфурированные феноляты, салицилаты, нафтенаты, стеараты, карбаматы и тиокарбаматы. Особенно эффективным классом диспергирующих агентов являются производные алкенилянтарной кислоты, в которых алкенильная цепь представляет собой олеофильную часть молекулы, которая обеспечивает растворимость в масле. Алкенильная цепь может быть полиизобутиленовой группой, такой как группы, описанные в патентах США 3172892; 32145707; 3219666; 3316177; 3341542; 3454607; 3541012; 3630904; 3632511; 3787374 и 4234435.

Другие типы подходящих диспергирующих агентов описаны в патентах США 3036003; 3200107; 3254025; 3275554; 3438757; 3454555; 3565804; 3413347; 3697574; 3725277; 3725480; 3726882; 4454059; 3329658; 3449250; 3519565; 3666730; 3687849; 3702300; 4100082; 5705458; и в документе EP-A-471071.

Конкретно применяются и другие подходящие диспергирующие агенты, включающие гидрокарбил-замещенные соединения янтарной кислоты, такие как сукцинимиды, эфиры янтарной кислоты, или амидэфиры янтарной кислоты, полученные путем взаимодействия алкилзамещенной янтарной кислоты, предпочтительно содержащей, по меньшей мере, 50 атомов углерода в углеводородном заместителе, по меньшей мере, с одним эквивалентом алкиленамина.

Более предпочтительные диспергирующие агенты на основе янтарной кислоты включают борированные и неборированные сукцинимиды, в том числе производные класса моно-сукцинимидов, бис-сукцинимидов, и/или смеси моно- и бис-сукцинимидов, в которых гидрокарбилсукцинимид содержит алкиленовую группу, такую как полиизобутилен, имеющий молекулярную массу (Mn) приблизительно от 500 до 5000. Другие предпочтительные диспергирующие агенты включают эфиры и амиды янтарной кислоты, аддукты алкилфенолполиамина по реакции Манниха, их производные с концевыми группами и другие родственные компоненты. Такие присадки могут быть использованы в количестве приблизительно от 0,1 до 20% по массе, предпочтительно приблизительно от 0,1 до 8% по массе.

Другие применяемые диспергирующие агенты включают кислородсодержащие соединения, такие как полиэфирные соединения, поликарбонатные соединения, и/или поликарбонильные соединения, в виде олигомеров или полимеров, в диапазоне от низкомолекулярных до высокомолекулярных соединений.

Модификатор трения, то есть материал или соединение, которое может изменять коэффициент трения жидкости, может эффективно использоваться в сочетании с компонентами базового масла. Подходящие модификаторы трения могут включать соли металлов или комплексные соединения металлов, причем металлы могут включать щелочные, щелочноземельные металлы или металлы переходных групп, например, описанные в документе WO 2004/053030.

Другие применяемые присадки включают депрессорные присадки, понижающие температуру текучести до минимальной температуры, при которой текучая среда может течь или может выливаться. Примеры подходящих депрессорных присадок, понижающих температуру текучести, включают полиметакрилаты, полиакрилаты, полиариламиды, продукты конденсации галоидпарафинов и ароматических соединений, винилкаробоксилатные полимеры, и тройные полимеры диалкилфумаратов, виниловые эфиры жирных кислот и аллилвиниловые простые эфиры, такие как указанные в документе WO 2004/053030.

Подходящие агенты совместимости с уплотнением включают органические фосфаты, ароматические сложные эфиры, ароматические углеводороды, сложные эфиры (например, бутилбензилфталат) и полибутенилянтарный ангидрид.

Указанные присадки могут быть использованы в количестве приблизительно от 0,01 до 3% по массе.

Антипенные вещества могут быть с выгодой добавлены в композицию функциональной жидкости. Такие вещества замедляют образование стабильных пен. Типичными антипенными веществами являются силиконы и органические полимеры, такие как, например, полисилоксаны. Антипенные вещества являются промышленно доступными и могут быть использованы обычно в малых количествах вместе с другими присадками, такими как деэмульгаторы; обычно добавленное количество таких присадок составляет меньше чем 1% по массе.

Подходящими ингибиторами коррозии являются те, что указаны в цитированной выше книге Klamann. Примеры подходящих ингибиторов коррозии включают тиадиазолы, толутриазолы, дитиофосфаты цинка, феноляты металлов, основные сульфонаты металлов, жирные кислоты и амины. Указанные присадки могут быть использованы в количестве приблизительно от 0,01 до 5% по массе, предпочтительно приблизительно от 0,01 до 1,5% по массе, более предпочтительно приблизительно от 0,01 до 1% по массе. Примеры подходящих ингибиторов коррозии можно найти, например, в патентах США A-2719125; 2719126; и 3087932. Примерами подходящих ингибиторов коррозии являются промышленно доступные ингибиторы под торговым знаком Irgamet 39, Irgamet ТТА и Irgamet 42 от фирмы Ciba и промышленно доступные ингибиторы под торговой маркой Vanlube 887 от Vanderbilt.

Кроме того, в композицию функциональной жидкости настоящего изобретения могут быть введены присадки дополнительного типа, которые могут включать одну или несколько присадок, таких как, например, деэмульгаторы, солюбилизаторы, средства улучшения текучести, окрашивающие агенты, хромофорные присадки и тому подобное. Каждая присадка может содержать индивидуальные присадки или их смеси.

Кроме того, настоящее изобретение относится к гидравлическим амортизаторам и гидравлическим системам, содержащим функциональную текучую среду согласно изобретению, а также к транспортному средству, содержащему гидравлический амортизатор и/или гидравлическую систему. Полагают, что гидравлические амортизаторы будут обладать высокими значениями отклика уже при низкой температуре, в то же время при эксплуатации будет продемонстрирована высокая способность к биологическому разложению, а также отличные низкотемпературные характеристики.

Гидравлический амортизатор (иногда также называется демпфером) представляет собой механическое устройство, предназначенное для сглаживания или амортизации внезапного ударного импульса и рассеивания кинетической энергии. Гидравлические амортизаторы являются важной частью автомобильной или велосипедной подвески, опоры шасси самолета и опор для многих промышленных механизмов. Кроме того, крупные гидравлические амортизаторы применяются в архитектуре и гражданском строительстве с целью снижения восприимчивости конструкций к повреждению в результате землетрясения и резонанса. Амортизаторы, применяемые для конструкции, такой как здание или мост, могут быть частью сейсмической модификации или частью новой, устойчивой к землетрясению конструкции. В этом изобретении амортизатор также обеспечивает ограничение деформации и поглощение энергии резонанса, которая иначе могла бы вызвать чрезмерное перемещение и окончательное разрушение конструкции.

Обычно задачей гидравлических амортизаторов является превращение кинетической энергии в тепловую энергию, которая затем может рассеиваться. Обычно гидравлические амортизаторы состоят из цилиндра, внутри которого имеется скользящий поршень. Цилиндр заполнен текучей средой. Комбинация поршень/цилиндр, заполненная текучей средой, также называется демпфером. В устройстве транспортного средства, таком как велосипедная вилка, например, описанном в документе JP-A-2004-44643, или подвеска заднего колеса велосипеда, легкового автомобиля или тяжелого грузового транспортного средства или опора шасси самолета, обычно колесная подвеска содержит несколько гидравлических амортизаторов, главным образом, в сочетании с устройством пружинистого сжатия, таким как винтовая пружина, пластинчатая пружина или торсионный валик. Эти пружины не являются гидравлическими амортизаторами, так как пружины только сохраняют и не рассеивают или поглощают энергию. Если колесо приводится в движение по горизонтали, пружина может поглощать усилия, направленные вверх и вниз, и превращать его в теплоту. Гидравлический амортизатор, наряду с гистерезисом, например, в шинах колес, погашает движение непружинящей массы вверх и вниз, и, таким образом, эффективно гасится подпрыгивание колес.

Это достигается путем преобразования кинетической энергии в теплоту под действием трения жидкости при течении амортизаторной жидкости сквозь узкое отверстие, такое как внутренний клапан. Функциональная текучая среда согласно изобретению особенно эффективна в качестве амортизирующей жидкости в связи с тем, что удельная теплоемкость продуктов, содержащих базовые масла, произведенные в синтезе Фишера-Тропша, выше теплоемкости среды, содержащей только нафтеновые базовые масла. При поглощении одинакового количества энергии приземления текучая среда с повышенной удельной теплоемкостью нагревается до меньшего значения температуры, чем текучая среда с пониженной удельной теплоемкостью. Это позволяет снизить степень термической деструкции жидкости при ее эксплуатации и продлевает эффективный срок службы продукта.

Предпочтительно композиция функциональной жидкости настоящего изобретения имеет удельную теплоемкость согласно ASTM E1269 (при 70°C) в диапазоне от 1,0 до 3,0, предпочтительно в диапазоне от 1,5 до 2,5, наиболее предпочтительно в диапазоне от 1,9 до 2,2 джоуль/г/°C.

В гидравлических системах роль жидкости сводится к переносу кинетической энергии из одного местоположения в другое внутри замкнутой системы, например, при регулировании управления и опор шасси самолета. Было обнаружено, что композиции функциональной жидкости согласно изобретению являются особенно эффективными в качестве авиационных гидравлических жидкостей, благодаря их желательным свойствам при низких температурах в совокупности с тем, что для композиций функциональной жидкости настоящего изобретения значительно снижается наблюдаемая степень набухания синтетического каучука.

Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на следующие ниже примеры.

Примеры

Сравнительный пример 1

Композиция жидкости в сравнительном примере 1 была приготовлена путем смешивания нафтенового базового масла, характеристики которого указаны ниже в таблице 1, со стандартным пакетом присадок. Концентрация указанного пакета присадок составляет приблизительно 16,5% от массы композиции жидкости. В состав пакета присадок входят полиалкилметакрилатная присадка, улучшающая вязкость, разбавленная в минеральном масле, триарилфосфат, ВНТ ингибитор окисления (бутилокситолуол или булигидрокситолуол) и ингибитор коррозии - толутриазол.

Содержание нафтенов в нафтеновом базовом масле, использованном в сравнительном примере 1, определяется с использованием сочетания методов жидкостно-хроматографического разделения путем ЖХВД, масс-спектрометрии с ионизацией полем (FIMS) и протонного ЯМР для олефинов. Жидкостно-хроматографическое разделение с помощью ЖХВД проводится согласно модифицированному методу на основе документа IP368/95. Модифицирование заключается в использовании пентана вместо гексана в качестве растворенного вещества. В указанном методе насыщенные и ароматические фракции базового масла разделяются согласно полярности. Относительное содержание насыщенных и ароматических соединений, а также суммарный процент извлечения показаны ниже в таблице 2.

Метод FIMS используется для полуколичественного определения концентрации типов углеводородов в единицах числа атомов углерода и водородного дефицита. Классификация типа соединений в масс-спектрометрии определяется по образовавшимся характеристическим ионам и обычно классифицируется по “числу z”. При этом общая формула для всех углеводородных частиц задается как: C_nH_2n+z, где n означает число атомов углерода и z представляет собой степень водородного дефицита. Если известны значения n и z, то стехиометрия и сам углеводород полностью описаны. Для компонентов, присутствующих в базовых маслах, существует степень перекрывания пиков для определенных типов углеводородов, например, для алкилбензолов, а также для тетрациклических циклопарафинов z=-6. Следовательно, чтобы обеспечить различие между такими типами углеводородов, необходимо предварительно разделить образец на насыщенную и ароматическую фракции до масс-спектрометрического анализа. Ниже в таблице 3 приведены относительные доли (%) компонентов нафтенового базового масла, использованного в сравнительном примере 1 в соответствии с числом z в последовательности.

Из результатов FIMS следует, что нафтеновое базовое масло, использованное в сравнительном примере 1, содержит значительные количества материалов со значениями Z=0, -2 и -4, которые отнесены к моно-, ди- и три-нафтенам. Однако метод FIMS может указать только число z, но не точный тип структуры молекулы. Поэтому существует вероятность, что присутствуют олефины, так как они могут иметь такую же массу и формулу, что и нафтены. С целью подтверждения, что молекулы, присутствующие в нафтеновом базовом масле сравнительного примера 1, конечно, являются нафтеновыми, а не олефиновыми углеводородами, был проведен анализ ¹Н-ЯМР для насыщенной фракции, чтобы определить массовую долю олефинов. Найдено, что она составляет менее 100 м.д. Следовательно, можно считать, что суммарное содержание нафтенов в насыщенной фракции составляет около 85%. Поскольку насыщенная фракция составляет приблизительно 91% от общей массы базового масла, можно считать, что суммарное содержание нафтенов в базовом масле составляет приблизительно 76,5%.

Кроме содержания нафтенов для нафтенового базового масла из сравнительного примера 1 была найдена массовая доля индивидуальных атомов углерода в среде насыщенных циклических углеводородов с использованием метода Brandes ИК-спектроскопии. В методе определяется массовая доля атомов углерода в каждой из следующих сред: линейные парафины (С_P); циклопарафины (С_N) и олефины (С_A). Результаты приведены ниже в таблице 4.

Примеры 1-3

Образцы в примерах 1-3 были приготовлены путем смешивания нафтенового базового масла с базовым маслом, произведенным в синтезе Фишера-Тропша, в количествах, указанных ниже в таблице 6. Используемое в примерах 1-3 нафтеновое базовое масло было таким же, что и в сравнительном примере 1.

Произведенное в синтезе Фишера-Тропша базовое масло, используемое в примерах 1 и 2, представляет собой “GTL 3” и имеет вязкость при 100°С, равную 2,68 мм²/с. Произведенное в синтезе Фишера-Тропша базовое масло, используемое в примере 3, представляет собой “GTL-GO”, то есть произведенный в синтезе Фишера-Тропша газойль, имеющий вязкость 1,255 мм²/с при 100°C. Масла GTL 3 и GTL-GO могут быть получены способом, который описан в документе WO 2004/07647. Свойства GTL 3 и GTL GO указаны ниже в таблице 5.

Используемый в сравнительном примере 1 пакет присадок смешивают с каждым маслом из примеров 1-3 в таких же количествах, которые использованы в сравнительном примере 1.

Ниже, в таблицах 7 и 8 приведены различные физические характеристики, определенные для текучих сред из примеров 1-3 и сравнительного примера 1.

Измерения объема эластомера

С целью определения свойств набухания прокладок для текучих сред из сравнительного примера 1 и примеров 1-3 флюиды подвергают стандартному испытанию по методу FED-STD-791-3603 (70°C, 168 часов с использованием эластомеров, соответствующих техническим условиям SAE AMS 3217/2). В каждом примере испытания проводили три раза. Усредненные результаты указаны ниже в таблице 9.

Как видно из приведенной выше таблицы 9, в композициях жидкости из примеров 1-3 (содержащие, кроме нафтенового базового масла, базовое масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша), наблюдается значительно меньшая степень набухания прокладок по сравнению с композицией жидкости из сравнительного примера 1 (содержащей только нафтеновое базовое масло), на что указывает пониженная степень изменения объема эластомера для композиций жидкости из примеров 1-3, по сравнению с композицией из сравнительного примера 1.

Измерения удельной теплоемкости

Удельную теплоемкость композиций жидкости из сравнительного примера 1 и из примера 1 измеряют согласно испытанию по стандарту ASTM E 1269 при различных температурах. В испытании ASTM E 1269 измеряют удельную теплоемкость с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Результаты испытания указаны ниже в таблице 10.

Как можно увидеть из таблицы 10, композиция жидкости из примера 1 (содержащая в композиции базового масла, кроме нафтенового базового масла, масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша) обладает более высокой удельной теплоемкостью, чем композиция жидкости из сравнительного примера 1 (содержащая только нафтеновое базовое масло в композиции базового масла).

Измерения потерь при испарении

Потери при испарении композиции из сравнительного примера 1 и из примера 1 измеряют при 71°C в течение 6 часов, используя стандартное испытание по методу ASTM 972. Полученные результаты указаны ниже в таблице 11.

Как можно увидеть из таблицы 8, для композиции жидкости из примера 1 (содержащая в композиции базового масла, кроме нафтенового базового масла, масло, произведенное в синтезе Фишера-Тропша) наблюдаются значительно меньшие объемные потери за счет испарения по сравнению с композицией жидкости из сравнительного примера 1 (содержащая только нафтеновое базовое масло в композиции базового масла).