新官能流体组合物

摘要

这里公开了一种用作航空传压流体的新官能流体，所述官能流体含有至少约50％的磷酸三烷基酯和至少一种芳基化合物，该流体同时具有以下的耐火特性：燃点超过177℃，闪点最低160℃，以及自燃温度最低400℃。所述磷酸三烷基酯含有6至18个碳原子，优选含有12至15个碳原子。所述芳基化合物最优选的是聚苯；在芳基部分含有5至24个碳原子的稠环芳基化合物，如：联苯或三联苯；或烷基取代的聚苯，其中，所述烷基含有1至5个碳原子。其它芳基化合物包括稠环芳基化合物，如萘、蒽、二苯醚等。

说明书

发明背景

本发明涉及磷酸酯官能流体组合物，更具体地讲，是涉及用作 航空传压流体的含有磷酸烷基酯和非磷酸酯芳基化合物的组合物。

已经将官能流体用作电子冷却剂、扩散泵用液体、润滑剂、减 振液、润滑脂用基油、电力传输和传压流体、传热流体、热泵用液 体、冷冻设备液体，以及空调系统的过滤介质。操作各种机械装置 和航空控制系统的航空器传压系统中使用的传压流体，必须达到严 格的功能和使用要求。对航空传压流体最重要的要求之一就是，在 升高温度的情况下能保持稳定，不会发生氧化和水解降解。此外， 这样的航空传压流体也必须保持低温倾点、高的自燃温度、高的闪 点和燃点，以及在宽的温度范围内可接受的粘度。

民航使用的大部分航空传压流体含有一些磷酸酯的组合物，所 述磷酸酯包括有磷酸三烷基酯、磷酸二烷基·芳基酯、磷酸烷基·二芳 基酯和磷酸三芳基酯。航空使用的传压流体可以购自申请者的受让 人，商标为Skydrol.RTM.LD4。这种组合物一般含有18～25％重量 的磷酸二丁基苯基酯；50～60％重量的磷酸三丁基酯；4～8％的磷 酸丁基二苯基酯；5～10％的粘度指数改进剂；0.13～1％的二苯基二 硫代乙烷铜阻蚀剂；0.005％至约1％重量，但优选0.0075～0.075％ 的全氟烷基磺酸酸盐抗侵蚀剂；4～8％重量的美国专利3,723,320号 中描述类型的酸清除剂；以及约1％重量的用作抗氧剂的2，6-二叔丁 基-对甲酚。已经证实这种组合物在高性能航空的应用中是令人非常 满意的。

目前商业上成功应用的航空传压流体含有一定量的磷酸芳基 酯。然而，这种流体必须要满足新的要求。这些要求包括：改良的 流体寿命、改良的耐火能力和最低的低温粘度。在研究能满足这些 新要求的流体的过程中，我们发现：磷酸芳基酯并不是必需的，而 且事实上，某些非磷酸酯芳基组分实际提供了改良的热稳定性和更 低的低温粘度。

发明概要

依照本发明，提供了适合用作航空传压流体的新官能流体。所 述流体含有至少一种磷酸三烷基酯和至少一种芳基化合物，其中所 述磷酸三烷基酯占组合物总重量的至少约50％。

一般来说，本发明官能流体含有约50％至约75％的耐火的磷酸 三烷基酯基本原料，和约5％至约20％的芳基化合物。优选的，本 发明组合物含有约55％至约70％的磷酸三烷基酯，和约10％至约15 ％的芳基化合物。更具体地讲，本发明的典型组合物含有约60％至 约65％的磷酸三烷基酯和约10％至约12％的芳基化合物。本发明的 典型组合物含有约60％的磷酸三丁基酯、约10％的磷酸三异丁基酯 和10％异丙基化萘。

当然，用作航空传压流体的本发明组合物也将包含约10％至约 20％的添加剂来提供各种功能，如粘度指数改善、酸清除剂、抗腐 蚀剂、各种类型的阻蚀剂、防沫剂以及抗氧剂，这些将会在下面进 行更详细的说明。

发明详述

本发明官能流体的基本原料含有至少一种具有下式的磷酸三烷 基酯：

其中，R₁、R₂和R₃是含有1至14个碳原子的烷基，其中，R₁、 R₂和R₃中碳原子的总和为9至18，优选约12至约15个碳原子。所 述磷酸酯上的烷基可以是相同或者不同的。已发现，当上述碳原子 范围所给出的磷酸酯，与本领域公知的添加剂和本发明的芳基化合 物结合时，具有适用于航空传压系统的基本特性。所述基本特性是 指：燃点最低177℃、闪点最低160℃、自燃温度最低399℃、倾点 低于-62℃、粘度在-54℃时小于2000cS，而在98.9℃时大于3.0cS。

本发明磷酸酯典型适合的烷基包括：甲基、乙基、丙基、异丙 基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、己基、庚基、 辛基、癸基、十一烷基、十二烷基，以及它们的混合物和异构体。 优选，所述磷酸酯的烷基是C₄和C₅。更优选，上述提到的磷酸酯的 烷基是异烷基。

本发明官能流体的另一个重要组分是至少一种芳基化合物、取 代芳基化合物、稠环芳基化合物、取代稠环芳基化合物、氢化芳基 化合物，以及它们的混合物。典型芳基化合物选自：单环化合物、 聚苯、芳基部分含有5至24个碳原子的稠环芳基化合物。为了能提 供这里提及的所需特性，使用了某些取代芳基化合物。所述取代芳 基化合物总共可以含有大约10至约40个碳原子。典型的芳基化合 物包括：联苯、三联苯、呋喃、噻吩、苯、苯并呋喃、茚满、吡啶、 四联苯，以及部分氢化的聚苯(如部分氢化的三联苯)。本发明组合物 中使用的典型芳基化合物包括：苄基化的甲苯/二甲苯混合物(可自 Huls购得商品Marlotherm S)、乙基化联苯(可从Nippon Steel购得商 品Therm.S 600)、烷基化二苯醚、C₁₄至C₃₀烷基芳基化合物(商品 Therminol 55可购自Solutia Inc.)、混合乙基苯(商品Therminol 59可 购自Solutia Inc.)、二烷基苯(商品Therminol ALD可购自Solutia Inc.) 以及Diphyl DT(可购自Bayer AG的二甲苯基醚)。

环芳基化合物的典型例子包括萘和蒽。典型的环芳基化合物是 苯乙烯化萘满，商品Dowtherm RP可从Dow Chemical Co.获得。

这里所用的术语“取代芳基化合物”是指包括烷基取代的芳基化 合物，其中，所述烷基取代基含有1至大约30个碳原子以及它们的 衍生物。该术语“取代芳基化合物”所包括的其它取代基包括：甲基、 乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基及其 混合物；烷氧基和芳氧基及其混合物；环烷基取代基，如环戊基、 环己基及其混合物。这样的芳基化合物包括如：甲基联苯、二甲基 联苯、二甲基三联苯、二异丙基联苯、异丙基联苯、异丙基三联苯、 异丙基萘，以及二异丙基萘。

这里说明书和权利要求书中提到的所有百分数，除非另有说明， 都是指重量百分数。

如上所述，本发明官能流体，含有本技术领域周知的许多添加 剂，它们可以为该流体提供各种有益特性或者有助于防止使用中的降 解或者降解结果。这样的添加剂在Deetman的RE 37，101 E中进行了 描述，该文献以引用的方式并入本文。

用以下实施例说明本发明。

实施例1

含有表1中所列组分的传压流体，是通过在室温条件下，在适 当的容器中充分搅拌混合而制成的。首先将磷酸酯组分加入桶中， 在最初混合30分钟后，加入芳基化合物。对这些组分进行充分混合 后，按照表1中的顺序加入其它的添加剂。然后对组合物的以下性 质进行了测定：自燃温度(AIT)、闪点(闪)、燃点(燃)、粘度、倾点和 比重。表1中，所有例子都基于100克样品。

在表1中，“TBP”和“TIBP”分别是指磷酸三丁基酯和磷酸三异丁 基酯。“Van Lube”是指商品化的防锈剂，商品Van Lub RIG可从 Vanderbilt获得。“FC-98”是指含有全氟辛基磺酸钾盐的抗侵蚀剂， 也称作全氟辛基磺酸。“Ionol”是指2，6-二叔丁基-对甲酚，是一种抗 氧剂，可从Shell Chemical Company购得。“E-330”是指1，3，5-三甲基- 2，4，6-三(3，5-二叔丁基羟基苯基)苯，是一种抗氧剂，商品 Ethanox.RTM.330可以从Ethyl Corporation购得。“DODPA”是指二辛 基二苯胺，可从Vanderbilt获得。“FH-132”是指1，2-二(苯基硫代)乙 烷，是一种铜抗蚀剂，“MCS-1562”是指环氧环己基羧酸2-乙基己基 酯，可以从Dixie Chemicals购得，“Ruetasolv DI”是二异丙基萘， “Ruetasolv BP-4201”是二异丙基联苯，“KMC 500”是异丙基联苯，可 从Rutgers Kureha购得，“Therminol 66”是含有部分氢化三联苯的传 热流体，可以从Solutia Inc.购得，“HF411”和“HF460”是指聚(甲基丙 烯酸丁基/己基酯)粘度指数改进剂，“防沫剂”是指2，6-二叔丁基-对甲 酚，可以从Dow Corning Co.购得。

表1

 成分  样品  I  样品  II  样品  III  样品  IV  样品  V  样品  VII  样品  VII  TBP  70.3285  60.4285  60.4285  62.4285  62.4285  71.1885  61.1285  TIBP  10  10  10  10  10  VanLube  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  FC-98  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  0.025  IONOL  0.7  0.7  0.7  0.7  0.7  0.7  0.7  E330  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  DODPA  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  0.45  FH-132  0.5  0.5  0.5  0.5  0.5  0.5  0.5  染料(Dye)  0.001  0.001  0.001  0.001  0.001  0.001  0.001  MCS-1562  6  6  6  6  6  6  6  Ruetasolv DI  10  10  10

 Ruetasolv  BP-4201  10  Therminol  66  10  10  10  HF411  (35.5％  固体)  6.4  6.34  6.34  6.34  6.34  5.92  5.96  HF.460  (58％固体) 5.12  5.08  5.08  5.08  5.08  4.74  4.76  防沫剂 0.0005  0.0005  0.0005  0.0005  0.0005  0.0005  0.0005

对表1所述的流体进行试验，来确定其防火安全性、低温粘度 和比重。这些试验结果如下表2所示。在表2中，“AIT”是指样品的 自燃温度。同时，“4-ball@40kg”是指流体润滑性的四球磨损试验。 试验结果如下表2所示。

表2

试验  样品  I   样品   II  样品  III  样品  IV  样品  V  样品  VI  样品  VII AIT℃  412   422  424  418  405  408  408 闪点℃  164   164  174  181  166  164  173 燃点℃  189  188  189  195  194  193  196 粘度@ -54℃  809  921  930  1009  903  895  1067 粘度@ 37.7℃  8.79  8.88  8.91  925  8.85  8.97  9.17 粘度 @98.9℃  3.16  3.15  3.15  3.22  3.17  3.15  3.21 倾点@ -62.2℃ 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 比重 0.979  0.978  0.978  0.978  0.98  0.985  0.983 4-ball@ 40kg 0.6  0.67  0.63  0.65

为了将本发明中新流体的上述试验结果与先前技术的代表流体 进行比较，对先前技术的几种流体进行了制备和试验。如上表1，样 品基于100g。在表3中，S-154是指Santicizer 154，是磷酸叔丁基苯 基·二苯基酯，可从Ferro Corp.获得。下表3中对先前技术的组合物(样 品VIII)和同时含有磷酸芳基酯和本发明芳基化合物的样品(样品IX 和X)进行了说明。

表3

  成分  样品  VIII   样品   IX   样品   X  TBP  62.4885   52.5285   54.0785  TIBP  10   10   10  VanLube  0.025   0.025   0.025  FC-98  0.025   0.025   0.025  IONOL  0.7   0.7   0.7  E330  0.45   0.45   0.45  DODPA  0.45   0.45   0.45  FH-132  0.5   0.5   0.5  染料(Dye)  0.001   0.001   0.001  MC8-1562  6   6   6  S-154  9   9   9  RuetasolvDI   10  Ruetasolv BP-4201  KMC 500  Therminol 66   10  HF411(35.5％固体)   5.76   5.72   4.87  HF460(58％固体)   4.6   4.6   3.9  防沫剂   0.0005   0.0005   0.0005

对上表3所述组合物进行了与描述于表1中并报道于表2中的 组合物类似的试验，这些先前技术流体的试验结果如下表4所示。

表4

 试验   样品   VIII   样品   IX   样品   X  AIT℃   409   420   409  闪点℃   176   183   176  燃点℃   189   194   194  粘度@-54℃   904   1679   1826  粘度@37.7℃   8.78   9.83   9.45  粘度  @98.9℃   3.09   3.28   3.11  倾点@-62.2℃   通过   通过   通过  比重   0.995   0.995   1  4-ball@40kg   0.64   0.68   0.65

上表4的数据说明本发明取得了令人惊讶的结果。对低温粘度 的比较说明，仅仅将本发明中的芳基化合物加入到商品化流体中， 低温粘度受到了很大的不利影响。上述数据表明，不但将磷酸芳基 酯从商品化官能流体中去除是可能的，而且，通过用本发明中的烷 基芳基化合物替换先前技术中的磷酸芳基酯，可以获得改良的性质。 然而，如表2数据所示，特别如样品I的数据所示，与样品VIII例 举的传统流体相比，本发明组合物具有良好的低温粘度。

尽管以各种具体的实施例和实施方案描述了本发明，但是应该 理解，本发明并不仅局限于这些。具体地讲，本发明所述组合物含 有磷酸三烷基酯基本原料和芳基化合物，所述芳基化合物选自：取 代芳基化合物、稠环芳基化合物、取代稠环芳基化合物、氢化芳基 化合物，及其混合物。与先前技术的官能流体一样，在本发明组合 物中可以加入很多其它组分，包括如：其它基本原料和其它添加材 料。加入这些其它组分可以从本质上影响所得组合物的一些特性， 例如粘度、润滑性、起泡能力、可燃性等，但是这决不会降低本发 明的实用性。因此很显然，本发明组合物并不仅局限于这里所规定 的基本组分，但可以与许多其它组分结合、混合使用，这一点对本 领域的技术人员来说是显而易见的。