DE69937000T2

DE69937000T2 - Verwendung von phosphatesterhaltigen basisölen als flugzeughydraulikflüssigkeit

Info

Publication number: DE69937000T2
Application number: DE69937000T
Authority: DE
Inventors: Mark E. Alameda OKAZAKI; Adrian Walnut Creek D'SOUZA; Shlomo Maplewood ANTIKA
Original assignee: Chevron USA Inc; ExxonMobil Research and Engineering Co
Current assignee: Chevron USA Inc; ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2019-10-23
Also published as: US6649080B2; EP1124918A1; US20020117648A1; CA2345971A1; AU1222800A; EP1124918B1; JP2003524673A; DE69937000D1; CA2345971C; US6319423B1; AU761335B2; ATE371714T1; BR9914654A; JP4431281B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer eine spezielle Kombination von Phosphatesterkomponenten aufweisenden Phosphatester-Basismaterialzusammensetzung in dem hydraulischen System von Luftfahrzeugen.
Stand der Technik
In den hydraulischen Systemen von Luftfahrzeugen verwendete Hydraulikfluide müssen von Luftfahrzeugherstellern festgelegte strenge Spezifikationen erfüllen. Entsprechend werden die Komponenten von Luftfahrzeughydraulikfluiden sorgfältig ausgewählt, um neben anderen Eigenschaften die Stabilität, Kompatibilität, Dichte, Toxizität und dergleichen ausgewogen zu machen. Ob die gewählten Komponenten tatsächlich ausgewogen gemacht werden können, um diesen Spezifikationen zu entsprechen, ist nicht vorhersagbar. Weiterhin sind die in Zusammensetzungen, die den Spezifikationen entsprechen, verwendeten Mengen an einzelnen Komponenten nicht a priori vorhersagbar.
Die WO-A-96/17517 lehrt im Allgemeinen ein Luftfahrthydraulikfluid, das etwa 60 bis 90 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, organisches Phosphatester-Basismaterial, welches etwa 60 bis 95 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Basismaterials, Trialkylphosphat umfasst, wobei jede von dessen Alkylgruppen unabhängig 1 bis 12 Kohlenstoffatome besitzt, und etwa 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Basismaterials, einer zweiten Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Triarylphosphat, einer Mischung von Triarylphosphat und einem linearen Polyoxyalkylenmaterial und linearem Polyoxyethylenmaterial, dessen Basismaterial frei von Dialkylarylphosphat und Alkyldiarylphosphat ist, sowie Additive enthält. Es wird angegeben, dass die Trialkylphosphate vorzugsweise Mischungen von Trialkylphosphaten sind, einschließ lich Mischungen von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat in einem Verhältnis von etwa 1 : 1 bis 10 : 1, insbesondere in einem Verhältnis von etwa 2 : 1 bis etwa 3 : 1. Nichts in dieser allgemeinen Beschreibung oder in der WO-A-96/17517 würde einen Durchschnittsfachmann veranlassen, spezielle Mengen von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat auszuwählen, um ein Fluid herzustellen, das eine Ausgewogenheit von bestimmten, von Viskosität, Säureabfang, Erosionskontrolle und Verminderung von elektroabgeschiedenen Feststoffen verschiedenen Leistungseigenschaften ermöglicht.
Es wurde jetzt gefunden, dass eine bestimmte Kombination von Phosphatesterkomponenten, die im Basismaterial von Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzungen eingesetzt werden, überraschende und unerwartete Eigenschaften bereitstellt. Speziell wurde gefunden, dass durch Auswahl bestimmter Verhältnisse der Tri-iso-butyl- und Tri-n-butylphosphatesterkomponenten des Fluids eine unerwartete und überraschende Ausgewogenheit von kombinierten Eigenschaften erhalten wird, die für Luftfahrthydrauliköle entscheidend sind, einschließlich einer akzeptablen hydrolytischen Stabilität, eines hohen Flammpunkts, guter Antiverschleißeigenschaften, akzeptablem Erosionsschutz, akzeptabler Tieftemperaturfließeigenschaften (Viskosität) und Elastomerverträglichkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Phosphatester-Basismaterialzusammensetzung in hydraulischen Systemen von Luftfahrtzeugen, wobei die Zusammensetzung ein Basismaterial mit einer speziellen Kombination von Phosphatesterkomponenten enthält.
Entsprechend ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung einer Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzung gerichtet, die ein Phosphatester-Basismaterial enthält, das eine Mi schung von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphopsphat und eine ausreichende Menge von einem oder mehreren Triarylphosphaten aufweist, so dass die Basismaterialzusammensetzung nicht mehr als 25 % Elastomerdichtungsquellen und eine gewünschte Ausgewogenheit zwischen Dichtungsquellung und Verschleißeigenschaften ergibt.
Die Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzung, die erfindungsgemäß verwendet wird, wird in Anspruch 1 beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzung

(a) 30 bis 40 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, Tri-iso-butylphosphat und
(b) 35 bis 45 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, Tri-n-butylphosphat.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die obigen Luftfahrzeughydraulikfluide ferner:

(g) eine wirksame Menge Rostinhibitor oder einer Mischung von Rostinhibitoren und
(h) eine wirksame Menge Antioxidans oder einer Mischung von Antioxidantien.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit (in μmho/cm) in Abhängigkeit vom Kaliumgehalt (in ppm) für den Erosionsinhibitor FC-98 in TBP-, TIBP- und gemischten TBP/TIBP-Lösungen.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit bei 20 °C (in μmho/cm) in Abhängigkeit vom Kaliumgehalt (in ppm) für den Erosionsinhibitor FC-95 in TBP-, TIBP- und gemischten TBP/TIBP-Lösungen.
3A zeigt eine graphische Darstellung der Leitfähigkeit bei 20 °C (in μmho/cm) in Abhängigkeit vom Anteil von TIBP in gemischten TBP/TIBP-Lösungen, die die Erosionsinhibitoren FC-95 und FC-98 enthalten.
3B zeigt eine graphische Darstellung des spezifischen Gewichts (25 °C/25 °C) in Abhängigkeit vom Anteil von TIBP in gemischten TBP/TIBP-Lösungen, die die Erosionsinhibitoren FC-95 und FC-98 enthalten.
4A zeigt eine graphische Darstellung von Verschleißnarben (in mm) (mittels ASTM D4172 Vierkugel-Verschleißprüfung) in Abhängigkeit vom Anteil von TIBP in gemischten TBP/TIBP-Lösungen.
4B zeigt eine graphische Darstellung des Anteils der Elastomerquellung in Abhängigkeit vom Anteil von TIBP in gemischten TBP/TIBP-Lösungen.
5 zeigt eine graphische Darstellung von aktivem Säurerezeptor (in Gew.-%) in Abhängigkeit von der Zeit bei 121 °C (250 °F) für vollständig formulierte Luftfahrthydraulikfluide, die 0,5 Wasser enthalten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Verwendung einer Phosphatester-Basismaterialzusammensetzung in hydraulischen Systemen von Luftfahrzeugen. Die hier beschriebenen Zusammensetzungen werden herkömmlich hergestellt, indem die Komponenten der Zusammensetzungen miteinander vermischt werden, bis sie homogen sind. Das Mischverfahren kann als Einschrittverfahren durchgeführt werden, bei dem alle Komponenten vereinigt und dann gemischt werden, oder kann als Mehrstufenverfahren durchgeführt werden, bei dem zwei oder mehr der Komponenten vereinigt und gemischt werden und zusätzliche Komponenten zu der gemischten Mischung gegeben und die erhaltene Mischung weiter gemischt wird.
Vorzugsweise wird der Erosionsinhibitor (und gegebenenfalls die Antioxidantien, die normalerweise Feststoffe sind) mit mindestens einer der Phosphatester-Basismaterialkomponenten (vorzugsweise entweder TIBP (Tri-iso-butylphosphat) oder TBP (Tri-n-butylphopsphat), allein oder als Gemisch) vorgemischt, um vor der Zugabe der restlichen Additive und Phosphatesterkomponente(n) eine vollständige Auflösung des Erosionsinhibitors sicherzustellen.
Der Ausdruck „die Basismaterialzusammensetzung ergibt nicht mehr als 25 % Elastomerdichtungsquellung" bedeutet, dass das Elastomerdichtungsquellen unter Industriestandardtestbedingungen, wie NAS-1613 oder D6-3614, bei denen ein geeignetes Ethylen/Propylen-Elastomer in das Luftfahrzeughydraulikfluid eingetaucht und 334 Stunden lang bei 107,2 °C (225 °F) gealtert wird, 25 nicht übersteigt.
Der Begriff „Alkyl" bezieht sich, wie er hier verwendet wird, auf eine einwertige, verzweigte oder unverzweigte, gesättigte Kohlenwasserstoffgruppe, die vorzugsweise 1 bis 12 Kohlenstoffatome, bevorzugter 1 bis 8 Kohlenstoffatome und insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist. Beispielhaft für diesen Begriff sind Gruppen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, tert-Butyl, n-Hexyl, n-Octyl, tert.-Octyl, Triisopropyl (C9), und Tetraisopropyl (C12).
„Cycloalkyl" bezieht sich auf cyclische Alkylgruppen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen mit einem einzigen cyclischen Ring oder mehreren kondensierten Ringen, die gegebenenfalls mit 1 bis 3 Alkylgruppen substituiert sein können. Solche Cycloalkylgruppen schließen beispielsweise Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cyclooctyl, 1-Methylcyclopropyl, 2-Methylcyclopentyl und 2-Methylcyclooctyl ein.
„Aryl" bezieht sich auf eine ungesättigte, aromatische carbocyclische Gruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen mit einem einzigen Ring (z.B. Phenyl) oder mehreren kondensierten Ringen (z.B. Naphthyl). Solche Arylgruppen können unsubstituiert sein, wie Phenyl, Naphthyl und dergleichen, oder können zum Beispiel mit einer oder mehreren Alkylgruppen und vorzugsweise 1 bis 2 Alkylgruppen substituiert sein, einschließlich solcher Alkylarylgruppen wie z.B. 4-Isopropylphenyl, 4-tert-Butylphenyl, Trisopropyl-substituiertes Aryl und Tetraisopropyl-substituiertes Aryl.
Die in dieser Erfindung verwendete Phosphatester-Basismaterialzusammensetzung enthält eine Mischung von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat und eine ausreichende Menge von einem oder mehreren Triarylphosphaten, so dass die Basismaterialzusammensetzung nicht mehr als 25 % Elastomerdichtungsquellung ergibt.
Die in dieser Erfindung verwendeten Phosphatester-Basismaterialien enthalten kein Triethylphosphat.
Die erfindungsgemäß verwendeten Phosphatester-Basismaterialzusammensetzungen können mit einem oder mehreren Additiven kombiniert werden, um neuartige Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzungen bereitzustellen. Wenn das Phosphatester-Basismaterial mit solchen Additiven kombiniert wird, enthält die Hydraulikfluidzusammensetzung bezogen auf das Gesamtgewicht des Hydraulikfluids 4 bis 14, insbesondere 8,5 bis 14 und besonders bevorzugt 10,5 bis 14 Gew.-% eines oder mehrerer Triarylphosphate, wobei der Rest eine Mischung von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat enthält.
Vorzugsweise enthält das Hydraulikfluid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Hydraulikfluids, 34 bis 38 Gew.-% insbeson dere 35 bis 36 Gew.-% Tri-iso-butylphosphat, 38 bis 42 Gew.-%, insbesondere 39,5 bis 40,5 Gew.-% Tri-n-butylphosphat und 10 bis 14 Gew.-% insbesondere 11,5 bis 12,5 Gew.-% eines oder mehrerer Triarylphosphate.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat können unter Verwendung bekannter Verfahren und Reagenzien hergestellt werden oder sind kommerziell von beispielsweise Akzo/Nobel, Bayer und FMC erhältlich.
Das oder die erfindungsgemäß eingesetzte(n) Triarylphosphat(e) kann/können irgendein zur Verwendung in Luftfahrzeughydraulikfluiden geeignetes Triarylphosphat sein, einschließlich beispielsweise Tri(unsubstituiertes Aryl)phosphate, wie Triphenylphosphat, Tri(substituiertes Aryl)phosphate, wie Tri(alkyliertes)phenylphosphat, und Triarylphosphate mit einer Mischung von substituierten und unsubstituierten Arylgruppen. Vorzugsweise ist das Triarylphosphat ein Tri(alkyliertes)arylphosphat wie Tri(isopropylphenyl)phosphat, Tri(tert.-butylphenyl)phosphat und Tricresylphosphat. Mischungen von Triarylphosphaten können erfindungsgemäß verwendet werden.
Der Viskositätsindex (VI)-Verbesserer wird in den erfindungsgemäß verwendeten Hydraulikfluidzusammensetzungen in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die Wirkung der Temperatur auf die Viskosität des Luftfahrzeughydraulikfluids zu vermindern. Beispiele für geeignete VI-Verbesserer sind z.B. in den US-A-5 464 551 und US-A-3 718 596 offenbart. Bevorzugte VI-Verbesserer schließen Poly(alkylacrylat)- und Poly(alkylmethacrylat)ester des in der US-A-3 718 596 offenbarten Typs ein, die kommerziell von Rohm & Haas, Philadelphia, PA, USA und anderen erhältlich sind. Solche Ester weisen typischerweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts im Bereich von 50 000 bis 1 500 000 und vorzugsweise 50 000 bis 250 000 auf. Bevorzugte VI-Verbesserer schließen solche mit einem Höchstwert des Molekulargewichts bei 70 000 bis 100 000 (z.B. 85 000 oder 90 000 bis 100 000) ein. Mischungen von VI-Verbesserern können ebenfalls verwendet werden.
Der VI-Verbesserer wird in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die Wirkung der Temperatur auf die Viskosität zu vermindern, d.h. in einem Bereich von 2 bis 10 Gew.-% (auf Basis von aktiven Bestandteilen), vorzugsweise 4 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung. In einer Ausführungsform wird der VI-Verbesserer mit einem Teil des Phosphatester-Basismaterials, typischerweise als 1 : 1-Mischung, formuliert.
Die erfindungsgemäß verwendeten Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzungen enthalten ferner ein Säureregulierungsadditiv oder Säureabfangmittel in einer Menge von 4 bis 10 Gew.-% die wirksam ist, um im Luftfahrzeughydraulikfluid gebildete Säuren, wie Phosphorsäure und ihre partiellen Ester, zu neutralisieren. Geeignete Säureregulierungsadditive sind z.B. in den US-A-5 464 551 , US-A-3 723 320 und US-A-4 206 067 beschrieben.
Bevorzugte Säureregulierungsadditive besitzen die Formel:
in der R¹ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, substituiertem Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und 1 bis 4 Ethersauerstoffatomen und Cycloalkyl mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wobei jedes R² unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und -C(O)OR³, wobei R³ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, substituiertem Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und 1 bis 4 Ethersauerstoffatomen und Cycloalkyl mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Besonders bevorzugte Säureregulierungsadditive der oben genannten Formel sind das Monoepoxid 7-Oxobicyclo[4.1.0]heptan-3-carbonsäure-2-Ethylhexylester, das in der US-A-3,723,320 offenbart ist, und das Monoepoxid 7-Oxabicyclo[4.1.0]-heptan-3,4-dicarbonsäure-dialkylester (z.B. der Di-isobutylester).
Das Säureregulierungsadditiv wird in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die beim Betrieb des Kraftübertragungsmechanismus eines Luftfahrzeugs typischerweise als Partialester von Phosphorsäure generierte Säure abzufangen. Das Säureregulierungsadditiv wird in einer Menge im Bereich von 4 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, bevorzugter 4 bis 8 Gew.-% und besonders bevorzugt 5 bis 6,5 Gew.-% eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Hydraulikfluidzusammensetzungen enthalten typischerweise auch einen Erosionsinhibitor in einer Menge, die wirksam ist, um die strömungsinduzierte elektrochemische Korrosion zu inhibieren. Geeignete Erosionsinhibitoren sind z.B. in der US-A-5 464 551 und US-A-3 679 587 offenbart. Bevorzugte Erosionsinhibitoren schließen die Alkalimetallsalze und vorzugsweise das Kaliumsalz von Perfluoralkyl- oder Perfluorcycloalkylsulfonat ein, wie in der US-A-3 679 587 offenbart ist. Solche Perfluoralkyl- und Perfluorcycloalkylsulfonate besitzen vorzugsweise Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und Cycloalkylgruppen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen. Einige dieser Perfluoralkylsulfonate sind kommerziell unter den Handelsnamen FC-95 und FC-98 von 3M, Minneapolis, Minnesota, USA erhältlich. FC-95 und FC-98 sind Marken von 3M Company.
Der Erosionsinhibitor wird in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die Erosion in dem Kraftübertragungsmechanismus eines Luftfahrzeugs zu inhibieren, und wird in einer Menge von 0,01 bis 0,15 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, und insbesondere 0,05 bis 0,1 Gew.-% eingesetzt. Mischungen solcher Antierosionsmittel können verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäß verwendeten Hydraulikfluidzusammensetzungen ferner ein Antioxidans oder eine Mischung von Antioxidantien in einer Menge, die wirksam ist, um die Oxidation des Hydraulikfluids oder irgendeiner seiner Komponenten zu inhibieren. Geeignete Antioxidantien sind in der US-A-5 464 551 und in anderen Luftfahrzeughydraulikfluidpatenten und -veröffentlichungen beschrieben.
Ausgewählte Antioxidantien schließen beispielsweise Phenol-Antioxidantien, wie 2,6-Di-tert.-butyl-p-cresol (gewöhnlich als butyliertes Hydroxytoluol oder BHT bekannt), Tetrakis-[methylen(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxyhydrocinnamat)]methan (Irganox^® 1010 von Ciba Geigy), Amin-Antioxidantien, einschließlich beispielsweise Diarylamin, wie octylsubstituiertes Diphenylamin (Vanlube^® 81 von R.T. Vanderbuilt), Phenyl-α-naphthylamin, Alkylphenyl-α-naphthylamin oder das Reaktionsprodukt von N-Phenylbenzylamin mit 2,4,4-Trimethylpenten (Irganox^® L-57 von Ciba Geigy), Diphenylamin, Ditolylamin, Phenyltolylamin, 4,4'-Diaminodiphenylamin, Di-p-methoxydiphenylamin oder 4-Cyclohexylaminodiphenylamin, ein. Weitere geeignete Antioxidantien schließen Aminophenole, wie N-Butylaminophenol, N-Methyl-N-amylaminophenol und N-Isooctyl-p-aminophenol, sowie Mischungen irgendwelcher solcher Antioxidanzien, ein.
Eine bevorzugte Mischung von Antioxidantien enthält 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol und Di(octylphenyl)amin (z.B. eine 1 : 1-Mischung). Eine weitere bevorzugte Mischung von Antioxidantien ist 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol, Di(octylphenyl)amin und 6- Methyl-2,4-bis[(octylthio)methyl]phenol (z.B. eine 1 : 2 : 4-Mischung). Eine weitere bevorzugte Mischung von Antioxidantien ist 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol, Di(octylphenyl)amin und Tetrakis[methylen(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamat)]methan (z.B. eine 1 : 2 : 3-Mischung).
Das Antioxidans oder die Mischung von Antioxidantien wird in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die Oxidation des Hydraulikfluids zu inhibieren. Vorzugsweise wird das Antioxidans oder die Mischung von Antioxidantien in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 3 Gew.-% bevorzugter 0,5 bis 2,5 Gew.-%, und insbesondere 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäß verwendeten Hydraulikfluidzusammensetzungen ferner einen Rostinhibitor oder eine Mischung von Rostinhibitoren in einer Menge, die wirksam ist, um die Bildung von Rost oder Korrosion auf Metalloberflächen zu vermindern, die dem Hydraulikfluid ausgesetzt sind. Geeignete Rostinhibitoren werden in der US-A-5 464 551 oder anderen Luftfahrzeughydraulikfluidpatenten und -veröffentlichungen beschrieben.
Repräsentative Rostinhibitoren schließen beispielsweise Calciumdinonylnaphthalinsulfonat, ein überbasisches und/oder sulfuriertes Gruppe-I- oder Gruppe-II-Phenolat, eine Verbindung der Formel: R⁴N[CH₂CH(R⁵)OH]₂, ein, in der R⁴ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkyl mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen, -COOR⁶ und -CH₂CH₂N[CH₂CH(R⁵)OH]₂, wobei R⁶ Alkyl mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen ist und jedes R⁵ unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff und Methyl, einschließlich N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin und N,N- bis(2-Hydroxyethyl)talgamin (z.B. N-Talgamin-alkyl-2,2'-iminobisethanol, das unter dem Handelsnamen Ethomeen T/12^® verkauft wird).
Die überbasischen und/oder sulfurierten Gruppe-I- oder Gruppe-II-Metallphenolate sind vorzugsweise entweder sulfurierte Gruppe-I- oder Gruppe-II-Metallphenolate (ohne zugesetztes CO₂) mit einer Gesamtbasenzahl (total base number, TBN) von mehr als 0 bis etwa 200 oder ein überbasisches, sulfuriertes Gruppe-I- oder Gruppe-II-Metallphenolat mit einer TBN von 75 bis 400, das durch die Zugabe von Kohlendioxid bei der Herstellung des Phenolats hergestellt wird. Bevorzugter ist das Metall-phenolat ein Kalium- oder Calciumphenolat. Zusätzlich modifiziert das Phenolat vorteilhaft den pH-Wert, um eine erhöhte hydrolytische Stabilität bereitzustellen.
Jede dieser Komponenten ist entweder kommerziell erhältlich oder kann durch in der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden. Zum Beispiel sind überbasische, sulfurierte Gruppe-II-Metallphenolate kommerziell von Chevron Chemical Company, San Ramon, California, USA unter dem Handelsnamen OLOA^® erhältlich, einschließlich OLOA 219^® und OLOA 216Q^®, und werden von Campbell in der US-A-5 318 710 und von MacKinnon in der US-A-4 206 067 beschrieben. Ebenso wird N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin von MacKinnon in der US-A-4 324 674 offenbart. Gruppe-I- oder -II-Metall-dinonylnaphthalinsulfonate, wie Calcium-dinonylnaphthalinsulfonat und Na-Sul (eine Marke von King Industries) 729, kommerziell von King Industries erhältlich, können ebenfalls als Rostinhibitor in der Hydraulikfluidzusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,2 bis 1 Gew.-% der Hydraulikfluidzusammensetzung verwendet werden.
Der Rostinhibitor oder die Mischung von Rostinhibitoren wird in einer Menge eingesetzt, die wirksam ist, um die Bildung von Rost zu hemmen. Vorzugsweise wird der Rostinhibitor in einer Menge im Bereich von 0,001 bis 1 Gew.-%, bevorzugter 0,005 bis 0,5 Gew.-% und insbesondere 0,01 bis 0,1 Gew.-%, be zogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rostinhibitor eine Mischung von N,N,N',N'-Tetrakis(2-hydroxypropyl)ethylendiamin und überbasischem Gruppe-II-Metallphenolat (z.B. eine 5:1-Mischung). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rostinhibitor eine Mischung von N,N-Bis(2-hydroxyethyl)talgamin (Ethomeen^® T/12) mit überbasischem Gruppe-II-Metallphenolat (z.B. eine 5:1-Mischung).
Die erfindungsgemäß verwendeten Hydraulikfluidzusammensetzungen können gegebenenfalls weitere Additive enthalten, wie Kupferkorrosionsinhibitoren, Antischaummittel, Farbstoffe usw. Solche Additive sind in der Technik bekannt und sind kommerziell erhältlich.
Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäßen Phosphatester-Basisfluide werden zur Herstellung von Luftfahrzeughydraulikfluiden verwendet. Die hier beschriebenen Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzungen sind in Luftfahrzeughydrauliksystemen brauchbar, in denen sie als Kraftübertragungsmedium dienen. Die Komponenten dieser Phosphatester-Basismaterialien und Luftfahrzeughydraulikfluidzusammensetzungen treten synergistisch in Wechselwirkung, und die Auswahl des Verhältnisses von Tri-iso-butyl- und Tri-n-butylphosphatgehalt des Fluids ist wesentlich, um eine unerwartete und überraschende Ausgewogenheit von kombinierten Eigenschaften bereitzustellen, die für Luftfahrhydrauliköle entscheidend sind, einschließlich akzeptabler hydrolytischer Stabilität, hohem Flammpunkt, guten Antiverschleißeigenschaften, akzeptablem Erosionsschutz, akzeptablen Niedrigtemperaturfließeigenschaften (Viskosität) und Elastomerverträglichkeit.
BEISPIELE
Beispiel 1
Erfindungsgemäße Formulierungen

Im folgenden sind Beispiele für erfindungsgemäße Formulierungen angegeben. In diesen Beispielen sind alle prozentualen Anteile Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Formulierungsbeispiele A–D können durch Mischen der folgenden Komponenten hergestellt werden:

	Bsp. A	Bsp. B	Bsp. C	Bsp. D
TiBP	35,7%	34,0%	37,2%	36,2%
TBP	39,9%	41,8%	38,2%	39,5%
Trialkylaryl	12,1%	11,9%	12,3%	11,8%
VI-Verbesserer	5%	5,1%	4,9%	5,2%
Säureregulierungsadditiv	5,7%	5,6%	5,8%	5,7%
Erosionsinhibitor	0,07%	0,05%	0,06%	0,05%
Rostinhibitor	0,01%	0,03%	0,02%	0,03%
Antioxidans	1,5%	1,5%	1,3%	2%
Rostregulierungsadditiv	0,05%	0,05%	0,07%	–
Farbstoff	0,0014%	0,0014%	0,0014%	0,0014%
Antischaummittel	0,001%	0,001%	0,001%	0,001%

Beispiel 2
Wirkung der TIBP-Konzentration auf die Leitfähigkeit von Tri alkylphosphatgemischen, die Kaliumperfluoralkylsulfonat-Erosionsregulierungsadditive enthalten

Die Leitfähigkeit, die in einem Phosphatestergemisch durch Erosionsregulierungsadditive in Abwesenheit von anderen ionischen Spezies bereitgestellt wird, kann als Indikator für die Wirksamkeit eines Additivs verwendet werden, das vorgesehen wird, um die elektrochemische Erosion zu regulieren. Zusammen setzungen wurden unter Verwendung von FC-95 und FC-98 (Marken der 3M Company) mit TBP- und TIBP-Trialkylphosphatester-Basismaterialien hergestellt. Diese Zusammensetzungen wurden hinsichtlich der Leitfähigkeit untersucht, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 (und graphisch in 1 und 2) gezeigt. Tabelle 1 Leitfähigkeitswirkung von Erosionsinhibitor FC-98 (μmho/cm bei 20 °C)

Kalium (ppm)	FC-98/TBP	FC-98/TIBP	FC-98/Gemisch¹
34,40	1,01
52,00	1,26
65,90	1,49
35,40		0,43
53,10		0,54
68,80		0,64
34,80			0,69
51,10			0,86
66,30			1,00

¹ 50 Gew.-% TBP/50 Gew.-% TIBP

Kalium (ppm)	FC-95/TBP	FC-95/TIBP	FC-95/Gemisch¹
32,20	0,72
48,50	0,90
63,10	1,07
34,60		0,32
52,70		0,40
68,60		0,47
33,80			0,50
47,40			0,62
66,70			0,75

¹ 50 Gew.-% TBP/50 Gew.-% TIBP

Die Erosionsregulierungsadditive stellen eine höhere Leitfähigkeit bereit, wenn die Konzentration von TIBP in einem TIBP-Gemisch mit TBP verringert wird. Eine höhere Leitfähigkeit ist für eine bessere elektrochemische Erosionsregulierung erwünscht. Andererseits steigt das spezifische Gewicht bei 25 °C/25 °C an, wenn die Konzentration von TIBP in einem TIBP-Gemisch mit TBP verringert wird. Ein geringes spezifisches Gewicht ist bevorzugt, da ein Phosphatester-Luftfahrthydrauliköl mit einer geringeren Dichte Luftfahrzeughydraulikölsysteme mit einem geringeren Fluidgesamtgewicht füllt, ein Merkmal, das Luftfahrzeugbetreiber schätzen. Spezifische Gewichte von TBP und TIBP sind 0,975 bzw. 0,964 (bei den verwendeten Konzentrationen ist der Einfluss des spezifischen Gewichts des Erosionsinhibitors minimal).
Tabelle 3 und 3A und 3B zeigen die Ausgewogenheit dieser beiden Eigenschaften bei berechneten 50 ppm-Kaliumäquivalentkonzentrationen für FC-95 und FC-98. In beiden Fäl len zeigt sich, dass die optimale Ausgewogenheit zwischen Leitfähigkeit und spezifischem Gewicht bei ungefähr gleichen Konzentrationen von TIBP und TBP liegt. Tabelle 3 Ausgleich zwischen Leitfähigkeit und spezifischem Gewicht

Prozentualer Anteil TIBP FC-95 FC-98 Spezifisches Gewicht

0 0,39 0,52 0,975

50 0,64 0,85

100 0,92 1,23 0,964
Beispiel 3
Wirkung der TIBP-Konzentration auf Schmierfähigkeit und Elastomerquellung
Unter den Eigenschaften, die entscheidend für Luftfahrthy drauliköle sind, ist es wichtig, gleichzeitig eine gute Schmierfähigkeit und ein geringes Elastomerquellen (Dichtungsringe, die in Phosphatester-Schmierstoff gealtert sind) zu erzielen. Untersuchungen der in Tabelle 4/4 gezeigten Zusammensetzungen zeigen, dass die Konzentration von TIBP in der Trialkylphosphatzusammensetzung dazu neigt, beide Eigenschaften zu beeinflussen. Eine erhöhte Konzentration von TIBP verschlechtert die Schmierfähigkeit, die mittels ASTM D 4172 Vierkugel-Verschleißprüfung (Messung des Durchmessers der Verschleißnarben nach 1 Stunde Rotation auf Stahlkugeln bei 75 °C, 1200 UpM und 40 kg angewandte Last) gemessen wird, während das Quellen von geeigneten Ethyleh/Propylen-Elastomerdichtungsringen, die den Schmiermittelzusammensetzungen ausgesetzt sind (334 Stunden bei 107,2 °C (225 °F)), verbessert (verringert) wird.

4A und 4B zeigen, dass ungefähr gleiche Konzentrationen von TBP und TIBP, d.h. Verhältnisse von etwa 3 : 2 bis 2 : 3 oder etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% TIBP in (TBP + TIBP), eine gewünschte Ausgewogenheit zwischen Verschleiß- und Dichtungsquelleigenschaften bereitstellen. Tabelle 4 Wirkung des prozentualen Anteils von TIBP in TIBP/TBP-Basismaterialien auf Elastomerquellung und 4-Kugelverschleißprüfungsnarbendurchmesser

Komponente	Gemisch Nummer
Komponente	8223	8224	8225^⊕	8226	8227
% TBP	80	60	40	20	7,5
% TIBP	0	20	40	60	72,5
Triarylphosphat	15	15	15	15	15
% VI-Verbesserer (Wirksamer Bestandteil)	5	5	5	5	5
% TIBP in (TBP + TIBP)	0	25	50	75	91
Testergebnisse
4-Kugelverschleißnarbe (mm)	0,8	0,84	0,9	0,94	0,98
% Elastomerquellung (334 h/107,2 °C (225 °F))	23,3	21,4	20,9	19,7	18,2

^⊕ erfindungsgemäß

Beispiel 4
Wirkung der TIBP-Konzentration auf hydrolytische Stabilität, Flammpunkt und Tieftemperaturviskosität
Tabelle 5 (und 5) vergleichen Zusammensetzungen mit allen Bestandteilen, die notwendig sind, um die Luftfahrthydraulikölspezifikationen zu erfüllen, die durch solche Luftfahrzeughersteller wie Airbus, Boeing und McDonnell/Douglas gestellt werden. Zusammensetzungen unter Verwendung von wesentlichen Mengen an TIBP sind hinsichtlich zwei entscheidender Eigenschaften grenzwertig, nämlich Flammpunkt und kinematischer Tieftemperaturviskosität (–54 °C). Es wird erwartet, dass Luftfahrthydrauliköle mit geringer Dichte einen minimalen Flammpunkt von 160 °C erreichen (entspricht den Entzündbarkeitseigenschaften des Schmiermittels), während sie gleichzeitig gute Fließeigenschaften bereitstellen, die durch eine maximal erlaubte kinematische Viskosität von 2000 cSt bei –54 °C ausgedrückt wird. Es kann beobachtet werden, dass Zusammensetzungen mit hohem Gehalt an TIBP (etwa 68 % TIBP/(TBP+TIBP)) sehr dicht sowohl an der Flammpunkt- als auch der kinematischen Tieftemperaturviskositätsgrenze liegen und in Anbetracht der Veränderlichkeit der Eigenschaften der Rohmaterialien, die bei der Herstellung verwendet werden, und der Veränderlichkeit der Prüfungen in einem kommerziellen Anlagenlabor schwierig herzustellen sein würden. Ein ausreichender Puffer zur Herstellung kann erhalten werden, indem das Verhältnis von TIBP/(TBP+TIBP) auf etwa 50 % oder weniger verringert wird. Wenn zu sehr geringen Konzentrationen von TIBP in dem Luftfahrthydraulikfluid gegangen wird, würde dies das Befolgen der Spezifikationen der Luftfahrzeughersteller erleichtern, aber die Zusammensetzungen würden wie vorher erwähnt mit einem Gewichtsnachteil daherkommen.

Hydrolyse ist der Hauptmechanismus, durch den Phosphatester-Hydrauliköle in Luftfahrzeugsystemen abgebaut werden. Gewöhnlich treten in Luftfahrzeugsystemen hohe Konzentrationen von Wasser auf. Die Geschwindigkeit der Reaktion mit Wasser (Hydrolyse, die saure Spezies bildet) legt letztlich die Lebensdauer des Schmiermittels im Betrieb fest (bestimmt die Zeit, um das Öl zu ersetzen). Die in Tabelle 5 gezeigten Änderungen des Schmiermittelbasismaterials wirken sich nicht auf die hydrolytische Stabilität der Schmiermittelzusammensetzungen aus. Tabelle 5 Wirkung der TIBP-Konzentration auf hydrolytische Stabilität, Flammpunkt und Tieftemperaturviskosität

Komponente		Gemisch	Nummer
		8117	8118^⊕
TIBP (%)		51,98	34,48
Durad^® 110¹ (%)		10,5
Reolube^® 140¹ (%)			12
TBP (%)		16,2	30,7
TEP (%)		1,5
PA 7570² (40% aktiv, Rest TBP) (%)		12,5	12,5
Monoepoxid³ (%)		5,7	5,7
Irganox^® 1010 (%)		0,75	0,75
Vanlube^® 81 (%)		0,5	0,5
BHT (%)		0,25	0,25
Ethomeen^® T/12 (%)		0,05	0,05
Farbstoff (%)		0,0014	0,0014
DC 200⁴ Antischaum (%)		0,001	0,001
FC-98⁵ (%)		0,06	0,06
OLOA^® 216Q (%)		0,01	0,01

TIBP/(TBP + TBIP) (%)		68,6	47,4
Testergebnisse
% Elastomerquellung (70 h bei 70 °C)		11,58	11,54
Flammpunkt (°C)		160	171
Spezifisches Gewicht (25/25 °C)		0,994	0,996
Viskosität bei –54 °C (cSt)		1965	1816
Gehalt aktiver Säurerezeptor (Öl bei 0,5 % Wasser, Stunden der Alterung bei 121°C (250 °F))
	Stunden
	0	0,333	0,336
	48	0,29	0,278
	96	0,253	0,198

Komponente		Gemisch	Nummer
		8117	8118^⊕
	144	0,132
	192	0,081	0,053
	240	0,023	0,038

¹ Marke eines isopropylsubstituierten Triphenylphosphats von FMC.
² Marke eines Polyalkylmethacrylat-VI-Verbesserers von Rohm und Hass.
³ 7-Oxybicyclo[4.1.0]heptan-3-carbonsäure-2-ethylhexylester.
⁴ Silikon von Dow Corning.
⁵ Marke eines Perfluoralkylsulfonats von 3M Company.
^⊕ erfindungsgemäß

Tabelle 6 befasst sich mit der Möglichkeit Triethylphosphat (TEP) auszuschließen, um den Flammpunkt zu verbessern. Es kann beobachtet werden, dass obwohl sogar der Fähigkeit der Fluide, den Flammpunkt einzuhalten, ein Sicherheitsbereich hinzugefügt wurde, dies zu einer erheblichen Belastung der kinematischen Viskosität bei –54 °C führt. Tabelle 6 Flammpunkt- und Tieftemperaturviskositätswirkungen

Komponente	Gemisch Nummer
Komponente	8148^⊕	8150^⊕	8149^⊕
TIBP (%)	51,98	34,48	34,48
Durad^® 110¹ (%)	10,5
Reolube^® 140¹ (%)		12	12
TBP (%)	16,2	30,7	30,7
TEP (%)	1,5
PA 7570² (40% aktiv in TBP) (%)	12,5	12,5	12,5
Monoepoxid³ (%)	5,7	5,7	5,7

Komponente	Gemisch Nummer
Komponente	8148^⊕	8150^⊕	8149^⊕
Irganox^® 1010 (%)	0,75	0,75	0,75
Vanlube^® 81 (%)	0,5	0,5	0,5
BHT (%)	0,25	0,25	0,25
Ethomeen^® T/12 (%)	0,05	0,05	0,05
Farbstoff (%)	0,0014	0,0014	0,0014
DC 200⁴ Antischaum (%)	0,001	0,001	0,001
FC-98⁵ (%)	0,06	0,06	0,06
OLOA^® 216Q (%)	0,01	0,01	0,01

TIBP/(TBP + TIBP) (%)	68,6	47,4	47,7
Testergebnisse
Flammpunkt (°C)	160	162	169
Viskosität bei –54 °C (cSt)	1950	2425	1760

Claims

Verwendung einer Hydraulikfluidzusammensetzung im hydraulischen System eines Luftfahrzeugs, um nicht mehr als 25 Elastomerdichtungsquellung zu erreichen und eine gewünschte Ausgewogenheit zwischen Dichtungsquellen und Verschleißeigenschaften bereitzustellen, wobei die Fluidzusammensetzung ein Phosphatester-Basismaterial enthält, das frei von Triethylphosphat ist und 4 bis 14 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, eines oder mehrerer Triarylphosphate enthält, wobei der Rest des Basismaterials eine Mischung von Tri-iso-butylphosphat und Tri-n-butylphosphat, 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Hydraulikfluids, Viskositätsindexverbesserer, 4 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, Säureregulierungsadditiv und 0,01 bis 0,15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hydraulikfluidzusammensetzung, Erosionsinhibitor enthält, wobei die Menge von Tri-iso-butylphosphat 30 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, beträgt, die Menge von Tri-n-butylphosphat 30 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, beträgt und das Gewichtsverhältnis von Tri-iso-butylphosphat zu Tri-n-butylphosphat 3 : 2 bis 2 : 3 beträgt.
Verwendung nach Anspruch 1, bei der die Menge von Tri-iso-butylphosphat 30 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, ist.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Fluidzusammensetzung ferner 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, eines Rostinhibitors oder einer Mischung von Rostinhibitoren und 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluids, eines Antioxidans oder einer Mischung von Antioxidantien enthält.