CN101191094A - 食品级润滑剂组合物 - Google Patents

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Abstract

食品级润滑剂组合物和润滑食品加工机械的方法。该食品级润滑剂组合物包括主要量的基油和次要量的至少一种添加剂组合物。该添加剂组合物包括一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂。该润滑剂组合物的优点在于其表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物更低的淤渣形成趋势。

Description

食品级润滑剂组合物
技术领域
本发明所述的实施方案涉及食品级润滑剂组合物，特别涉及与传统食品级润滑剂相比表现出改进的淤渣控制性能的润滑剂组合物。
背景技术
食品加工工业中所用的设备随部门(segment)而变，三个主要部门包括肉禽、饮料和奶制品。尽管部门间的设备不同，但动件，例如轴承、齿轮和滑动装置，是类似的并通常需要润滑。最常使用的润滑剂包括液压、冷冻和齿轮油以及通用润滑油。但是，食品工业油必须符合比其它工业润滑剂更严格的标准。
润滑剂污染是食品和饮料加工工业中的一个问题，其中重大事故可能要求公司作出大规模的产品召回，这会损坏其名声。
机械中的少量润滑剂泄漏是常见的，有时不可避免，且并不总是明显的。仅仅是封条上的正常磨损和撕裂就会造成齿轮箱或液压系统泄漏，从而释放出可能与食品接触的少量油。污染也可以来自从链条上滴流或含有油雾的压缩空气的释放。
如果一种装置使用非食品级润滑剂，美国食品药品管理局(FDA)要求该润滑剂完全不与食品接触。如果润滑剂意外地与食品接触，该批料就必须报废。如果该装置使用无毒无臭无色无味的食品级润滑剂，则FDA将润滑污染限制为百万分之10份。
食品安全检验局(The Food  Safety and Inspection Service)(FSIS)是联邦检验装置中所用的核准化合物的官方名单的监管机构。该官方名单指出，允许偶尔与食品接触的润滑剂和其它物质被视为USDA规章下的间接食品添加剂。因此，这些润滑剂，被分类为H-1或H-2，在用于食品加工装置中之前需要被USDA批准。最严格的分类，H-1，用于被批准偶尔与食品接触的润滑剂。当食品可能接触到机器的润滑部件时，使用符合H-1分类的润滑剂。当没有食品接触的可能并确保在润滑剂中不使用任何已知毒物或致癌物时，使用H-2分类。对于本公开，术语“食品级”和“润滑剂”可互换使用。
除了符合联邦管理机构设定的安全要求外，润滑剂必须对特定应用有效并也可以被要求符合犹太教允许的(Kosher)和伊斯兰教律法的合法食物(Halal)要求。用于食品加工装置的润滑油应该润滑机械部件、防止粘度变化、抗氧化、防锈防腐蚀、提供磨损保护、防发泡和防止在使用中形成淤渣。产品还应该在从流体动力厚膜方案到边界薄膜方案的各种润滑方案下有效工作。符合或超过DIN 51524第II部分规格的润滑剂可能符合上述性能标准。传统的食品级润滑剂含有抗磨剂。在食品级应用中所用的抗磨剂中，酸性磷酸盐的某些胺盐可能导致提高的淤渣/漆膜(varnish)形成。因此，提供克服传统食品级润滑剂的淤渣和漆膜趋势的改进的食品级润滑油是合意的。
发明内容
在本发明的一个实施方案中，提出包括主要量的食品级基油和次要量的至少一种添加剂组合物的食品级润滑剂组合物。所述添加剂组合物包括一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂(wear reducing agents)。该润滑剂组合物的优点在于其表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物更低的淤渣形成趋势。
在另一实施方案中，提供了用于食品加工的机械的操作方法。该方法包括为机械提供含有主要量的食品级基油和次要量的添加剂组合物的食品级润滑剂并操作该机械。该添加剂组合物包括一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂。在用该润滑剂进行机械操作的过程中，该润滑剂组合物可表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物更低的淤渣形成趋势。
具体说来，本发明例如涉及以下内容：
1.食品级润滑剂组合物，其包含：
主要量的食品级基油和次要量的至少一种添加剂组合物，该添加剂组合物包含一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂，其中该润滑剂组合物表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物低的淤渣形成趋势。
2.上述1的食品级润滑剂组合物，其中一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂选自硫代磷酸三苯酯、胺中和的磷酸酯、及其混合物，其中胺是非支链胺。
3.上述1的食品级润滑剂组合物，其中食品级基油包含选自白油、植物油及其混合物的油。
4.上述1的食品级润滑剂组合物，其中添加剂进一步包含至少一种选自胺抗氧化剂、酚类抗氧化剂及其混合物的抗氧化剂。
5.上述1的食品级润滑剂组合物，其中磨损减轻剂包含硫代磷酸三苯酯和胺中和的磷酸酯的混合物，其中胺是非支链胺。
6.上述1的食品级润滑剂组合物，其中添加剂组合物进一步包含甲基丙烯酸酯防沫剂。
7.上述1的食品级润滑剂组合物，进一步包含选自防腐剂、缓蚀剂和防锈剂的组分。
8.上述1的食品级润滑剂组合物，其中主要量的食品级基油构成基油和添加剂组合物总重量的大约85至大约99.9重量％。
9.上述1的食品级润滑剂组合物，其中添加剂组合物符合HX-1批准标准。
10.上述1的食品级润滑剂组合物，其中润滑剂组合物不含源自动物的基油和添加剂。
11.用于食品加工的机械的操作方法，包括：
为机械提供包含主要量的食品级基油和次要量的至少一种含一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂的添加剂组合物的食品级润滑剂，其中该润滑剂组合物表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物低的淤渣形成趋势，并操作该机械。
12.上述11的方法，其中一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂选自硫代磷酸三苯酯、胺中和的磷酸酯、及其混合物，其中胺是非支链胺。
13.上述11的方法，其中食品级基油包含选自白油、植物油及其混合物的油。
14.上述11的方法，其中添加剂进一步包含至少一种选自胺抗氧化剂、酚类抗氧化剂及其混合物的抗氧化剂。
15.上述11的方法，其中磨损减轻剂包含硫代磷酸三苯酯和胺中和的磷酸酯的混合物，其中胺是非支链胺。
16.上述11的方法，其中添加剂组合物进一步包含甲基丙烯酸酯防沫剂。
17.上述11的方法，其中添加剂组合物进一步包含选自防腐剂、缓蚀剂和防锈剂的组分。
18.上述11的方法，其中主要量的食品级基油构成基油和添加剂组合物总重量的大约85至大约99.9重量％。
如上文简要地描述，本公开的实施方案可以提供表现出降低的淤渣和/或漆膜形成并符合食品级润滑剂的磨损标准的改进的食品级润滑剂组合物。参照下列详述，可以看出本发明所述的组合物和方法的其它特征和优点，这些详述旨在例证实施方案的方面而非限制本发明所述的实施方案。
要理解的是，前述大致描述和下列详述仅是示例性和解释性的，并旨在进一步解释所公开和要求的实施方案。
具体实施方式
根据本发明所述的示例性实施方案，提供了可特别有效地减轻淤渣和漆膜形成并符合用在食品加工工业中的H-1和/或H-2要求的改进的食品级润滑剂组合物。该示例性食品级润滑剂也适合提供良好的磨损保护、合适的防锈和防腐蚀保护、以及良好的发泡和排气性质。如上所述，该润滑剂组合物包括食品级基油。
本发明所述的食品级润滑油中所用的基油可以选自食品级烃油，例如食品级矿物油、食品级聚丁烯、食品级氢化聚丁烯、食品级多元醇酯、食品级二酯、食品级氢化聚(α烯烃)(其中α烯烃单体不少于6个碳原子)和多种植物油。该基油应该基本无臭、无色和无味并符合USDA H-1和/或H-2规格和用在食品加工装置和其它应用中的要求。
在一个示例性实施方案中，基油可以是矿物油，例如由所选润滑剂基料制成的技术级白油。食品级矿物油也可以是符合美国药典(USP)的更严格要求的石蜡油或符合美国国家处方集(National Formulary)(NF)的更严格要求的轻质矿物油。这些食品级矿物油通常经由蒸馏、萃取、脱蜡和重加氢处理的加工步骤直接衍生自原油。合适的由其它方式生成的基油是食品级聚丁烯、食品级加氢处理聚丁烯、食品级多元醇酯、食品级二酯和食品级氢化聚(α烯烃)(其中α烯烃单体不少于6个碳原子)。
也可以单独使用植物油或与前述油结合作为基油组分。合适的植物油可以包括但不限于，菜籽油、西蒙得木油、桐油、蓖麻油、妥尔油、亚麻籽油、橄榄油、花生油、菜油(rope oil)、椰子油、大豆油及其混合物。对于符合犹太教允许的和/或伊斯兰教律法的合法食物要求的润滑剂应用，避免使用源自肉产品的油，例如猪油、牛油、貂油和类似物。
基油构成含添加剂的润滑剂组合物的大约85.0重量％至99.9重量％，以提供粘度为在40℃为10cSt至在40℃为1000cSt的产品。所用添加剂可以合适地符合提供H-1食品级润滑剂组合物的HX-1标准并可以符合提供H-2食品级润滑剂组合物的HX-2标准。
抗磨添加剂
本发明所述的组合物中可用的抗磨添加剂包括食品级油溶性含硫和/或磷的化合物和中和的磷酸烷基酯，和上述的混合物。
可用的一种硫和/或磷化合物是硫代磷酸三苯酯。目前没有被批准用于食品级应用的其它含硫和/或磷的材料包括：二烷基二硫代磷酸锌、二硫代氨基甲酸锌、二硫代氨基甲酸胺、和亚甲基双二硫代氨基甲酸酯。经过HX-1批准的任何上述化合物都是合适的抗磨添加剂。
合适的中和磷酸烷基酯组分可以包括含有单-和二-C4-C8-烷基磷酸酯和/或已经用非支链胺中和的聚磷酸酯的混合物的组分。非支链胺可以选自四甲基壬胺、C11-C14烷基胺和类似物。
食品级润滑剂可以含有润滑剂组合物总重量的大约0.1至大约0.5％的抗磨添加剂。对于含有硫代磷酸三苯酯组分和中和的磷酸烷基酯磨损减轻剂的食品级润滑剂，该组合物的抗磨添加剂组分可以包括大约0重量％至大约50重量％的硫代磷酸三苯酯组分和大约35重量％至大约100重量％的中和的磷酸烷基酯组分。
抗磨添加剂的标准在于，该添加剂是不促成淤渣的抗磨添加剂。传统抗磨添加剂通常包括已经用C12-C14-叔烷基伯胺中和的中和的磷酸二烷基酯。令人惊讶地，含有未用支链烷基胺中和的抗磨添加剂的食品级润滑剂与含有用C12-C14叔烷基伯胺中和的抗磨添加剂的相同润滑剂相比，表现出降低的淤渣/漆膜形成趋势。
抗氧化添加剂
可用作食品级润滑剂组合物的组分的抗氧化添加剂包括酚类和胺抗氧化剂及其混合物。
酚类抗氧化剂包括但不限于，食品级油溶性位阻酚和苯硫酚。酚类和苯硫酚类抗氧化剂的定义中包括位阻酚类，例如受阻酚和双酚、受阻4，4’-硫代双酚、受阻4-羟基-和4-硫醇苯甲酸酯和二硫酯，和受阻双(4-羟基-和4-硫醇苯甲酸和二硫代酸)亚烷基酯。酚类部分可以在与羟基或硫醇基相邻的两个位置被位阻这些基团的烷基取代。这类烷基取代基通常具有3至10个碳，合适地4至8个碳，其中一个烷基通常是支链而非直链的(例如叔丁基、叔戊基，等等)。
第一类受阻酚类抗氧化剂是单受阻酚。这类化合物的例子包括2，6-二-叔丁基酚、2，6-二-叔丁基-对甲酚、2，6-二叔戊基-对甲酚、和2-叔丁基-6-叔戊基-对甲酚。
第二类受阻酚类抗氧化剂是受阻双酚。这些化合物的例子包括4，4’-亚甲基双(2，6-二-叔丁基酚)、4，4’-二亚甲基双(2，6-二-叔丁基酚)、4，4’-三亚甲基双(2，2-二叔戊基酚)和4，4’-三亚甲基双(2，6-二叔丁基酚)。
另一类受阻酚类抗氧化剂是受阻4，4’-硫代双酚。这些化合物的例子包括4，4’-硫代双(2，6-二-仲丁基酚)、4，4’-硫代双(2-叔丁基-6-异丙基酚)和4，4’-硫代双(2-甲基-6-叔丁基酚)。
第四类受阻酚类抗氧化剂是4烷氧基酚。这些化合物的例子包括丁基化羟基苯甲醚、丁基化羟基苯乙醚、和丁基化氢醌。经过HX-1批准的任何上述化合物都是合适的酚类抗氧化剂。
丁基化羟基甲苯(BHT)是成本有效的、可购得的，并且是HX-1批准的。丁基化羟基甲苯可以在食品级润滑油中以食品级润滑油组合物的少于大约1重量％，最通常大约0.1至大约0.6重量％的量存在。同样地，食品级润滑剂组合物可以含有少于1重量％的酚类抗氧化剂。
合适的食品级油溶性芳胺抗氧化剂是萘基苯胺、烷基化苯基萘基胺、和烷基化二苯胺。芳胺抗氧化剂的例子包括但不限于，萘基胺，例如N-苯基-α-萘基胺、N-对甲基-苯基-α-萘基胺；和二苯胺，例如二叔丁基二苯胺、二异冰片基-二苯胺、和二辛基二苯胺。经过HX-1批准的任何上述化合物都是合适的芳胺抗氧化剂。
特别合适的芳胺抗氧化剂是烷基化和二烷基化二苯胺，例如正苯基苯胺和2，4，4三甲基戊烯的烷基化反应产物。所得产品可以是邻、间和对双(辛基苯基)胺的混合物。双(辛基苯基)胺也可以被称作二辛基二苯基胺并且是食品级胺。另一合适的食品级二苯胺是辛基化的丁基化二苯胺。芳胺可以在润滑剂组合物中以润滑油组合物的少于大约1重量％的量存在。烷基化二苯胺的合适量可以为润滑剂组合物总重量的大约0.05至大约0.5重量％。
润滑剂组合物可通常只含一种抗氧化剂添加剂。但是，也可以使用前述抗氧化剂添加剂的组合。当使用抗氧化剂添加剂的组合时，酚类和芳胺抗氧化剂组分的重量比率可以为20∶1至1∶20，然而合适的比率是4∶1至1∶1。
防锈添加剂
防锈添加剂组分可以包括食品级离子型和非离子型表面活性防锈成分的组合。产生所需防锈程度所必须的离子型和非离子型表面活性防锈添加剂的总重量可以明显小于独立的防锈添加剂。
在本发明所述的组合物中可以使用的离子型防锈润滑添加剂可以包括食品级磷酸、单和二己酯化合物以及四甲基壬胺，和C10至C18烷基胺。经过HX-1批准的任何防锈剂化合物都是合适的防锈添加剂。同样，用作抗磨添加剂的酸性磷酸盐的胺盐由于其防锈性质也可用作防锈添加剂。
在本发明所述的组合物中可以使用的非离子型防锈润滑添加剂可以包括食品级脂肪酸及其通过添加脱水山梨糖醇、甘油、或其它多元醇或聚烷撑二醇而形成的酯。其它非离子型防锈润滑添加剂可以包括食品级醚，其来自用环氧烷来烷氧基化的脂肪醇，或用环氧烷来烷氧基化的脱水山梨糖醇，或用环氧烷来烷氧基化的脱水山梨糖醇酯。
合适的食品级非离子型防锈润滑添加剂的例子包括：单油酸脱水山梨糖醇酯、乙氧基化植物油、油酸异丙酯、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪醇、脂肪甘油酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇单油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨糖醇、单油酸甘油酯、二油酸甘油酯、单硬脂酸甘油酯、和二硬脂酸甘油酯。经过HX-1批准的任何上述化合物都是合适的防锈添加剂。
食品级防锈添加剂可以构成食品级润滑油的少于大约1重量％，并可以构成食品级润滑油的少于大约0.01至大约0.3重量％。
缓蚀剂添加剂
在一些实施方案中，缓蚀剂可以构成另一类适合包含在本发明所述的组合物中的添加剂。这类化合物包括食品级噻唑、三唑和噻二唑。这类化合物的例子包括苯并三唑、甲苯基三唑、辛基三唑、癸基三唑、十二烷基三唑、2-巯基苯并噻唑、2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基硫代-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基二硫代-1，3，4-噻二唑、2，5-双(烃基硫代)-1，3，4-噻二唑、和2，5-双(烃基二硫代)-1，3，4-噻二唑。合适的化合物包括1，3，4-噻二唑，其中许多可作为商业制品获得，三唑结合物，例如甲苯三唑与1，3，5-噻二唑，例如2，5-双(烷基二硫代)-1，3，4-噻二唑，和双-烷基-芳烷基苯并三唑烷基胺，例如N，N-双(2-乙基)芳(ar)-甲基-1H-苯并三唑-1-甲烷胺(methanamine)。缓蚀剂在本发明所述的食品级配方中的量可以为润滑剂组合物总重量的大约0.01至大约0.5重量％。
防沫添加剂
在一些实施方案中，防沫剂可以构成适合用在食品级组合物中的另一组分。防沫剂可以选自符合HX-1批准标准的硅酮(silicone)、聚丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、表面活性剂、和类似物。防沫剂在本发明所述的食品级配方中的量可以为食品级润滑剂组合物总重量的大约0.0025重量％至大约0.01重量％。
防腐添加剂
合适的食品级防腐剂包括但不限于维生素E(α-生育酚)和/或C2-C6烷基羟基苯甲酸酯，例如丙基对羟基苯甲酸酯。防腐剂在润滑剂组合物中的量可以为食品级润滑剂组合物总重量的大约0.001至大约0.1重量％。
用于配制本发明所述的组合物的添加剂可以单独或以各种亚组合形式掺入基油。但是，使用添加剂浓缩物(即添加剂加稀释剂，例如基油)同时掺合所有组分是合适的。添加剂浓缩物的使用利用了添加剂浓缩物形式的成分组合所提供的互容性。此外，浓缩物的使用降低了掺合时间和减轻了掺合误差的可能性。
在下表1中，给出传统食品级润滑剂组合物(样品1-4)和根据本发明所述的示例性实施方案的食品级润滑剂组合物(样品5-8)的配方。表2比较了测试流体组合物的结果。
表1
组分     样品1     样品2     样品3     样品4
基油     90     90     90     90
防沫剂     0.0     0.0     0.02     0.02
传统抗磨剂     0.20     0.15     0.0     0.0
不形成淤渣的抗磨剂     0.0     0.0     0.15     0.15
硫代磷酸三苯酯     0.20     0.20     0.20     0.20
维生素-E     0.01     0.01     0.01     0.01
防腐剂     0.01     0.01     0.01     0.01
抗氧化剂1     0.20     0.20
抗氧化剂2     0.50     0.50
缓蚀剂     0.10     0.10     0.10     0.10
防锈剂     0.05     0.05     0.05     0.05
表2
试验结果 样品1  样品2     样品3     样品4
CCMA试验
淤渣重量(毫克/100毫升) 39.11  39.72     9.4     11.68
FZG擦伤试验 ---  ---     11次     12次
4球磨损20千克/1475rpm/1小时/环境 ---  ---     0.28     0.27
4球磨损20千克/1475rpm/1小时/环境 ---  ---     0.47     0.46
如表2中所示，根据本公开的流体组合物(样品3-4)在CCMA试验中与25mg/100mls的极限相比提供了小于15mg/100ml的相对较低的淤渣结果。
作为比较，传统抗磨剂的使用(样品1-2)表现出比样品3-4高得多并超过25mg/100ml的淤渣结果。含有样品1-2的烧杯上具有比样品3-4的烧杯多得多的漆膜。样品3-4的FZG擦伤和磨损数据表明，即使在低淤渣下，通过含有不形成淤渣的抗磨剂的样品3-4的配方，也可以获得合适的磨损保护。
前述实施方案可以在实践中进行显著修改。相应地，这些实施方案不限于上述具体示例。相反，上述实施方案在所附权利要求，包括其依据法律得出的等同物的精神和范围内。
专利权人并非要将任何公开的实施方案贡献给公众，并且就任何公开的修改或变动可能在字面上不落在权利要求的范围内而言，它们在等同原则下被视为权利要求的一部分。

Claims (8)

1.食品级润滑剂组合物，其包含：
主要量的食品级基油和次要量的至少一种添加剂组合物，该添加剂组合物包含一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂，其中该润滑剂组合物表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物更低的淤渣形成趋势。
2.权利要求1的食品级润滑剂组合物，其中一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂选自硫代磷酸三苯酯、胺中和的磷酸酯、及其混合物，其中胺是非支链胺。
3.权利要求1的食品级润滑剂组合物，其中添加剂进一步包含至少一种选自胺抗氧化剂、酚类抗氧化剂及其混合物的抗氧化剂。
4.权利要求1的食品级润滑剂组合物，其中磨损减轻剂包含硫代磷酸三苯酯和胺中和的磷酸酯的混合物，其中胺是非支链胺。
5.用于食品加工的机械的操作方法，包括：
为机械提供包含主要量的食品级基油和次要量的至少一种含一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂的添加剂组合物的食品级润滑剂，其中该润滑剂组合物表现出比含有传统磨损减轻剂的润滑剂组合物更低的淤渣形成趋势；并
操作该机械。
6.权利要求5的方法，其中一种或多种不促成淤渣的磨损减轻剂选自硫代磷酸三苯酯、胺中和的磷酸酯、及其混合物，其中胺是非支链胺。
7.权利要求5的方法，其中添加剂进一步包含至少一种选自胺抗氧化剂、酚类抗氧化剂及其混合物的抗氧化剂。
8.权利要求5的方法，其中磨损减轻剂包含硫代磷酸三苯酯和胺中和的磷酸酯的混合物，其中胺是非支链胺。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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