Тормозная жидкость и способ ее получения

Тормозная жидкость и способ ее получения

Реферат

Изобретение относится к составам тормозных жидкостей, используемых в гидроприводах тормозов и сцеплений автомобилей, и к способам их получения.

Для гарантированной и безопасной работы тормозов в экстремальных рабочих и климатических условиях тормозные жидкости (ТЖ) должны длительно выдерживать высокие механические и термические нагрузки, обеспечивать защиту от износа, коррозии и образования отложений, нарушающих нормальную работу тормозной системы. Серьезную опасность для работы тормозов представляет образование в жидкости при высокотемпературных режимах эксплуатации пузырьков пара из-за низкой температуры кипения самой жидкости и наличия в ней воды.

Наибольшее значение в качестве основы современных тормозных жидкостей приобрели композиции на основе органических эфиров борной кислоты. Бораты характеризуются достаточно высокой температурой кипения, хорошими смазочными свойствами, высокой термоокислительной стойкостью. Они не разрушают резину и обладают антикоррозионными свойствами. Легкая гидролизуемость борных эфиров позволяет связывать свободную воду и предотвращать негативные последствия ее влияния.

В зависимости от фактических характеристик в соответствии с требованиями международных стандартов по безопасности FM USS 116 а тормозные жидкости подразделяют на классы ДОТ-3, ДОТ-4 и ДОТ-5. Температура кипения «сухой» жидкости для классов ДОТ-3, ДОТ-4 и ДОТ-5, °С, составляет соответственно: не менее 205, 230 и 260, температура кипения «увлажненной» жидкости, содержащей 3,5% воды, °С, - не менее 140, 155 и 180, кинематическая вязкость при минус 40°С, мм²/с, - не более 1500, 1800 и 900, вязкость при 100°С, мм²/с, - не менее 2,0, 2,0 и 1,5, вязкость при 50°С, мм²/с, для всех типов - не менее 5.

Известна тормозная жидкость и способ ее получения (патент РФ №2124043, опубл. 27.12.98). Тормозная жидкость содержит эфиры борной кислоты и моноалкиловых эфиров полиалкиленгликолей общей формулы B[O(R¹CHCH₂O]_nR]₃, где R=СН₃ или С₂Н₅, R¹=H или СН₃, n - целое число 3-6, моноалкиловые эфиры полиалкиленгликолей общей формулы R²(OCH₂CHR¹)_mОН, где R² - алкильный радикал С₃-С₅, m - число 2-3, буферный компонент на основе бората щелочного металла, антиокислительную и антикоррозионную присадки - дифенилолпропан, толлилтриазол, бензотриазол при следующем соотношении компонентов, мас.%: эфиры борной кислоты - 40-89, моноалкиловые эфиры полиалкиленгликоля - 10-54, буферный компонент - 0,5-5,0, антикоррозионная присадка - 0,01-0,20. Тормозную жидкость получают взаимодействием оксида алкилена с метиловым или этиловым спиртом в присутствии щелочного катализатора. После оксиалкилирования спирта из полученной смеси простых эфиров гликолей отгоняют низкомолекулярные компоненты. Остающуюся смесь метиловых (или этиловых) эфиров полиалкиленгликолей подвергают взаимодействию с борсодержащим реагентом. В качестве борсодержащего реагента используют борную кислоту, борный ангидрид или триметилборат. Образующуюся смесь борных эфиров после отгонки легкокипящих компонентов смешивают с моноалкиловыми эфирами полиалкиленгликолей, содержащими в качестве заместителя алкильные радикалы от С₃ до C₅. Свойства получаемой тормозной жидкости соответствуют требованиям спецификации ДОТ-4.

Недостатком описанного способа получения тормозной жидкости является то, что процесс получения ТЖ помимо этерификации борной кислоты оксиалкилированными спиртами дополнительно включает стадию оксиалкилирования спиртов, в результате которой образуется смесь продуктов неопределенного состава. Известная жидкость, кроме того, характеризуется высокой вязкостью при минус 40°С (1437 мм²/с).

Наиболее близкой к предлагаемому составу и способу получения является тормозная жидкость по патенту РФ 2176664 (опубл. 10.12.2001 г.). Известная жидкость содержит смесь боратов гликолей и их моноэтиловых эфиров, (43-48) мас.%, полипропиленгликоль с молекулярной массой 1000, (10-14) мас.%, морфолин, (0,5-0,9) мас.%, бензотриазол, (0,0-0,1) мас.%, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля - до 100 мас.%. Жидкость отличается тем, что в качестве смеси боратов содержит борные эфиры смеси гликолей и их моноэтиловых эфиров следующего состава, мас.%: моноэтиловый эфир диэтиленгликоля - (0-7), сумма моноэтиловых эфиров три- и тетраэтиленгликолей (80-100), в том числе моноэтиловый эфир триэтиленгликоля (75-99), сумма ди- и триэтиленгликолей (0-20). Недостатком жидкости известного состава является низкая температура кипения «сухой» и «увлажненной» жидкости, соответствующая по эксплуатационным свойствам классу ДОТ-3

Задачей настоящего изобретения является создание тормозной жидкости, соответствующей требованиям класса ДОТ-4, обеспечивающей бесперебойную работу тормозов при низких температурах окружающей среды, стабильной при хранении и эксплуатации за счет повышенной гидролитической устойчивости, обладающей высокими антикоррозионными свойствами благодаря высоким значениям рН и минимальному содержанию буферных присадок в виде свободных аминов.

Поставленная задача достигается тем, что тормозная жидкость, включающая эфиры борной кислоты, моноалкиловые эфиры полиалкиленгликолей, один из которых моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, полипропиленгликоль, пластификатор и присадки: ионол, бензотриазол, морфолин, дополнительно содержит монобутиловый эфир трипропиленгликоля, полипропиленгликоль со средней молекулярной массой 500, а в качестве эфиров борной кислоты - поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей и их моноэфиров при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей
и их моноэфиров	38-45
Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	2-7
Ионол	0,30-0,60
Бензотриазол	0,05-0,50
Морфолин	0,05-0,30
Пластификатор	4-7
Полипропиленгликоль со средней молекулярной
массой 500	2-5
Монобутиловый эфир трипропиленгликоля	до 100

Поставленная задача достигается также тем, что в способе получения тормозной жидкости путем смешения эфиров борной кислоты с полипропиленгликолем, пластификатором и присадками: ионолом, бензотриазолом, морфолином и моноалкиловыми эфирами полиалкиленгликолей, один из которых моноэтиловый эфир диэтиленгиколя, при перемешивании и повышенной температуре, в качестве эфиров борной кислоты используют поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей и их моноэфиров, который получают этерификацией из реакционной смеси, включающей (14-16) мас.% борной кислоты, (11-20) мас.% ди- или триэтиленгликоля, (60-70) мас.% моноэтилового эфира диэтиленгиколя, (1-15) мас.% монобутилового эфира трипропиленгликоля и (0,05-3,0) мас.% N-метилдиэтаноламина, а присадки перед введением в поликонденсат предварительно растворяют в моноалкиловых эфирах полиалкиленгликолей. Кроме того, в реакционную смесь могут дополнительно вводить (0,15-0,30) мас.% насыщенного водного раствора едкого натра.

Заявляемый состав тормозной жидкости и способ ее получения позволяют создать ТЖ, соответствующую требованиям класса ДОТ-4, обеспечивающую бесперебойную работу тормозов при низких температурах окружающей среды и обладающую высокими антикоррозионными свойствами.

При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных составов и способов получения тормозных жидкостей, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям «новизна» и «изобретательский уровень». Заявляемая тормозная жидкость может быть получена с применением известных материалов и технических средств и использована в автомобильной промышленности, что говорит о соответствии прелагаемого технического решения критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется примерами его осуществления.

Пример 1

В круглодонную колбу, емкостью 500 мл, загружают 35,3 г (14,12 мас.%) борной кислоты (по ГОСТ 9656-75), 27,5 г (11,00 мас.%) диэтиленгликоля (по ТУ 18-16-136-83), 3,4 г (1,36 мас.%) N-метилдиэтаноламина, 150,0 г (60,00 мас.%) моноэтилового эфира диэтиленгликоля (по ТУ 6-01-5757583-89), 33,8 г (13,52 мас.%) монобутилового эфира трипропиленгликоля. Реакцию проводят с вакуумной отгонкой реакционной воды при температуре 140°С, остаточном давлении 70 кПа в течение 3 ч. Выдержка реакционной смеси в течение указанного промежутка времени в выбранных условиях позволяет удалять вместе с реакционной водой в виде конденсата 15,25 г (6,1 мас.%) моноэтилового эфира диэтиленгликоля, добавленного в реакционную смесь для полноты этерификации борной кислоты. Выход поликонденсата составляет 202,0 г, что составляет 99% от расчетного количества. Полученный поликонденсат характеризуется температурой кипения «сухой» жидкости 267°С, температурой кипения «увлажненной» жидкости - 201°С, вязкостью при 50°С - 9,58 мм²/с, при 100°С - 3,38 мм²/с, значением рН - 5,83.

К 200 г полученного поликонденсата добавляют раствор, содержащий 26,3 г (5 мас.%) пластификатора «ЛЗ-ЭК» (по ТУ 38.101525-75), 26,3 г (5 мас.%) полипропиленгликоля со средней молекулярной массой 500 («Лапрол-502», по ТУ 2226-012-0576-6801-93), 1,05 г (0,2 мас.%) морфолина (по ГОСТ 19433-88), 0,26 г (0,05 мас.%) бензотриазола, 2,63 г (0,5 мас.%) ионола (по ТУ 38.59011237-90), 243,4 г (46,25 мас.%) монобутилового эфира трипропиленгликоля и 26,3 г (5,0 мас.%) моноэтилового эфира диэтиленгликоля (по ТУ 6-01-5757583-89). Смесь выдерживают в течение 1 ч при атмосферном давлении при температуре 60°С и перемешивании. Характеристика полученной жидкости, содержащей 38% поликонденсата, приведена в таблице 6, пример 1.

Примеры 2 и 3 аналогичны примеру 1. Они отличаются различном соотношением реагентов при синтезе поликонденсатов и компонентов в составе ТЖ. В примерах 4 и 5 при синтезе поликонденсата борной кислоты в реакционную смесь был дополнительно введен насыщенный водный раствор едкого натра в количестве 0,15 и 0,30 мас.% соответственно.

Данные по соотношению реагентов при синтезе поликонденсатов борной кислоты приведены в таблице 1. Поликонденсаты представляют собой жидкости светло-желтого цвета с температурой кипения при атмосферном давлении (264-270)°С и уровнем кинематической вязкости при 50°С (8,79-11,23) мм²/с, необходимым и достаточным для получения тормозной жидкости с требуемыми вязкостно-температурными свойствами путем смешения с растворителем (моноалкиловыми эфирами полиалкиленгликолей) и присадками (таблица 2).

Введение в поликонденсат полиалкиленгликолей и N-метилдиэтаноламина повышает гидролитическую стабильность продукта. Испытание гидролитической стабильности проводили по исследовательской методике (Yao Y., Dong Y. Improvement of hydrolitic stability of borate esters used as lubricant additives // Lubrication Engineering. - 1995. - T.51, №6. - С.475-479). Состояние продуктов оценивали 2 раза в сутки. Сравнение производили по времени до появления мути и количеству осадка, выделившегося после двухнедельного выдерживания в эксикаторе, насыщенном парами воды. Результаты приведены в таблице 3.

Синтез поликонденсата, содержащего N-метилдиэтаноламин, а также введение в реакционную среду насыщенного водного раствора едкого натра позволяет получить на его основе тормозную жидкость с требуемым значением рН (7-11) без дополнительного введения буферной присадки (таблица 4).

Полученные поликонденсаты в количестве (38-45)% смешивают с раствором присадок, полипропиленгликоля и пластификатора в моноалкиловых эфирах полиалкиленгликолей (растворителе) при перемешивании под атмосферным давлением при температуре (60-80)°С. Уменьшение содержания поликонденсата ниже 38% снижает температуру кипения увлажненной жидкости, увеличение концентрации свыше 45% требует повышенного количества буферных компонентов.

В качестве пластификатора, улучшающего совместимость тормозной жидкости с резиновыми уплотнениями, предлагается использовать «ЛЗ-ЭК» - сложный эфир моноэтилового эфира диэтиленгликоля и фракции жирных кислот С₇-С₉, для улучшения термоокислительной стабильности - добавлять антиокислительную присадку - ионол или дифенилолпропан. Защиту металлов от коррозии осуществляют введением в состав тормозной жидкости антикоррозионных присадок, например смеси бензотриазола с морфолином. Возможно использование других антикоррозионных присадок, известных из уровня техники.

Состав полученных образцов жидкости приведен в таблице 5, а их физико-химические характеристики - в таблице 6. Для сравнения в таблице 6 приведены требования к тормозным жидкостям, сформулированные в спецификации ДОТ-4. Как следует из данных таблицы 6, предлагаемые тормозные жидкости соответствуют требованиям указанной спецификации, отличаются пологой вязкостно-температурной зависимостью и низким значением вязкости при минус 40°С.

Повышенная гидролитическая стабильность, возможность регулирования значений рН при минимальном использовании коррозионно агрессивных свободных аминов в качестве буферных присадок и улучшение низкотемпературных характеристик расширяет возможности применения предлагаемых тормозных жидкостей в меняющихся температурных условиях, т.е. обеспечивает получение нового технического результата.

Таблица 1Соотношение реагентов при синтезе поликонденсатов борной кислоты, мас.%
Реагент	Пример
1	2	3	4	5
Борная кислота	14,12	16,00	14,36	15,00	14,00
Диэтиленгликоль	11,00	17,90	-	13,00	12,00
Триэтиленгликоль	-	-	20,00	-	-
Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	60,00	58,10	63,99	70,00	58,65
Монобутиловый эфир трипропиленгликоля	13,52	5,00	1,00	1,80	15,00
N-метилдиэтаноламин	1,36	3,00	0,65	0,05	0,05
Насыщенный водный раствор едкого натра	-	-	-	0,15	0,30

Таблица 2Физико-химическая характеристика поликонденсатов борной кислоты полиалкиленгликолей и их моноэфиров
Показатели	Пример
1	2	3	4	5
Температура кипения жидкости, °С	«сухой»	267	265	270	264	266
«увлажненной»	201	196	202	194	200
Вязкость кинематическая, мм2/с, при температуре, °С	+50	9,58	11,18	11,23	8,78	9,34
+100	3,38	3,37	3,80	3,10	3,41
Время прохождения пузырька воздуха через слой жидкости после выдерживания 6 ч. при -50°С	47	50	49	39	46
Текучесть после выдерживания в течение 6 ч при -40°С в присутствии воды	33	38	40	31	35
Значение рН	5,83	6,95	4,96	5,17	5,45

Таблица 3Гидролитическая стабильность поликонденсатов борной кислоты различного состава
Состав реакционной смеси при синтезе поликонденсата, мас.%	Время до появления мути, ч	Состояние жидкости через две недели
Борная кислота	Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	Диэтиленгликоль	N-метилдиэтаноламин
13	87	-	-	12	Очень большой осадок
16	70	14	-	36	Большой осадок
16	70	9	3	48	Небольшое количество кристаллов на стенках бюкса

Таблица 4Значение рН тормозных жидкостей, содержащих поликонденсат эфиров борной кислоты различного состава (при концентрации поликонденсата в тормозной жидкости 38%)
Состав реагентов в реакционной смеси при синтезе поликонденсата, мас.%	рН
Борная кислота	Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	Монобутиловый эфир трипропиленгликоля	Диэтиленгликоль	N-метилдиэтаноламин	Насыщеный водный раствор NaOH
15,00	70,00	2,00	13,00	-	-	4,41
15,00	69,75	2,00	13,00	-	0,25	6,73
15,00	69,75	2,00	11,50	1,50	0,25	7,41

Таблица 5Состав образцов тормозной жидкости
Компонент	Содержание по примерам, массовая доля, %
1	2	3	4	5
Поликонденсат	38,00	38,00	38,00	43,00	45,00
Монобутиловый эфир трипропиленгликоля	46,25	56,55	48,25	44,10	37,80
Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	5,00	-	7,00	2,00	4,00
Пластификатор («ЛЗ-ЭК»)	5,00	5,00	4,00	5,00	7,00
Полипропиленгликоль («Лапрол-502»)	5,00	-	2,00	5,00	5,00
Морфолин	0,20	0,05	0,20	0,20	0,30
Бензотриазол	0,05	0,10	0,05	0,10	0,50
Ионол	0,50	0,30	0,50	0,60	0,40

Таблица 6Физико-химические показатели тормозных жидкостей
Показатели	Единицы измерения	Нормы ДОТ-4 стандарта FM USS №116а	Пример
1	2	3	4	5
Температура кипения жидкости	°С
«сухой»		>230	244	243	240	243	246
«увлажненной»		>155	162	163	162	164	165
Вязкость кинематическая при	мм2/с
температуре, °С:	+50		>5,0	5,69	5,96	6,74	6,10	6,49
+100		>2,0	2,20	2,10	2,35	2,10	2,20
-40		<1800	1115	1125	1092	980	1043
Термостабильность	°С	<3	1,0	1,0	1,0	2,0	1,0

Продолжение таблицы 6
Показатели	Единицы измерения	Нормы ДОТ-4 стандарта FM USS №116а	Пример
1	2	3	4	5
Низкотемпературные свойства (после выдерживания 6 ч при минус 50°С): Внешний вид		Прозрачная, без осадка	Соответствует
Время прохождения пузырька воздуха через слой жидкости при опрокидывании сосуда	с	<35	18	20	19	18	21
Совместимость с водой при минус 40 С в течение 6 ч.: Внешний вид		Прозрачная, без осадка	Соответствует
Текучесть	с	<10	6	7	7	6	7
Внешний вид после выдерживания при плюс 60°С в течение 24 ч.		Прозрачная, без осадка	Соответствует
РН		7-11	7,7	8,5	7,7	7,8	7,9

1. Тормозная жидкость, включающая эфиры борной кислоты, моноалкиловые эфиры полиалкиленгликолей, один из которых моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, полипропиленгликоль, ионол, бензотриазол, морфолин и пластификатор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит монобутиловый эфир трипропиленгликоля, полипропиленгликоль со средней молекулярной массой 500, а в качестве эфиров борной кислоты - поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей и их моноэфиров при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей
и их моноэфиров	38-45
Моноэтиловый эфир диэтиленгликоля	2-7
Ионол	0,3-0,6
Бензотриазол	0,05-0,50
Морфолин	0,05-0,30
Пластификатор	4-7
Полипропиленгликоль со средней
молекулярной массой 500	2-5
Монобутиловый эфир трипропиленгликоля	До 100

2. Способ получения тормозной жидкости по п.1 путем смешения эфиров борной кислоты с моноалкиловыми эфирами полиалкиленгликолей, один из которых моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, при перемешивании и повышенной температуре с полипропиленгликолем, пластификатором и присадками: ионолом, бензотриазолом, морфолином, отличающийся тем, что в качестве эфиров борной кислоты используют поликонденсат борной кислоты полиалкиленгликолей и их моноэфиров, который получают этерификацией из реакционной смеси, включающей 14-16 мас.% борной кислоты, 11-20 мас.% ди- или триэтиленгликоля, 60-70 мас.% моноэтилового эфира диэтиленгликоля, 0,05-3,00 мас.% N-метилдиэтаноламина, 1-15 мас.% монобутилового эфира трипропиленгликоля, а присадки перед введением в поликонденсат предварительно растворяют в моноалкиловых эфирах полиалкиленгликолей.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в реакционную смесь дополнительно вводят 0,15-0,30 мас.% насыщенного водного раствора едкого натра.