CN101511982A - 功能流体品质控制上的改进 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了金属化合物用于控制功能流体的品质的用途。另外，本发明涉及控制功能流体的品质的方法，该方法包括如下步骤：将金属化合物加到润滑剂的组分中，使该组分与基础油混合，测量功能流体中金属化合物的浓度，和将金属化合物的预期浓度与测得的浓度进行对比。

Description

功能流体品质控制上的改进
背景技术
本发明涉及功能流体品质控制上的改进，和控制功能流体的品质的方法。
功能流体如液压流体或润滑剂的生产是众所周知的工艺。通常，将不同组分，例如基础流体和添加剂如粘度指数改进剂(VI)、倾点降低剂(PPD)、清洁剂/抑制剂组分(DI)混合，由此获得功能流体。但是，有时可能发生差错且由此除了用于生产功能流体的每种化合物的品质控制之外，必须控制最终产物的品质。通常，通过复杂且昂贵的方法来进行该控制。
FR 2617180中公开了示踪剂用于评价钻井的用途。示踪剂用于跟踪良好钻井的结果而非钻井流体的品质。该文献未提及功能流体的品质控制。
另外，大量专利(包括US 5,576,273和US 2004144952)中公开了包括金属的化合物在功能流体中的用途。但是，这些化合物对于功能流体提供了功效。例如US 5,576,273中，有机金属化合物用于改进润滑剂组合物的极压特性。大量其它有机金属化合物被加到润滑剂中。所有情形下加入这些以提供对性能的改进而非品质评价。
发明内容
考虑到现有技术，本发明的目的在于提供用于控制功能流体的品质的简单且廉价的方法。
依据本发明权利要求1使用金属化合物实现了这些任务，以及其它未明确提及、但是可以容易地由前言部分获得或展开的任务。从属权利要求中描述了依据本发明的用途的有利改进形式。
采用金属化合物提供了在功能流体品质控制上预料不到的改进。通过使用至少一种金属化合物，可以以简单且廉价的方式实现功能流体的品质控制。
同时，通过依据本发明的用途可以实现许多其它优点。其中：
该方法可以在非常短的时间内进行。
该控制流体品质的方法仅需要极少量的流体。
该控制流体品质的方法是简单的。由此，可以以自动化方式或者无需高级熟练工人来进行该方法。
本发明的方法可以在所有类型功能流体的生产中进行。这些流体包括液压流体和/或润滑剂。这些流体是本领域中众所周知的，且描述于例如Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，CD-ROM第5版，1997。
优选的功能流体至少包括矿物油和/或合成油和/或生物来源的油。
矿物油是本领域中众所周知的且可商购获得。它们通常由石油或原油通过蒸馏和/或精炼和任选地额外的纯化和加工方法获得，特别是原油或石油的高沸点馏分落入矿物油概念之内。通常，矿物油的沸点在5000Pa下高于200℃，优选地高于300℃。通过页岩油的低温蒸馏、硬煤的焦化、排除空气下褐煤的蒸馏以及硬煤或褐煤的氢化来制备也是可能的。
油也可以由植物源(例如加州希蒙得木、油菜籽(菜籽油)、向日葵、和大豆油)或动物源(例如牛脂或牛骨油(neatfoots oil))的原材料来制备。相应地，每种情形下依据其来源，矿物油显示不同含量的芳族、环状、支化和直链的烃。
通常，原油或矿物油中区分为石蜡基、脂环族和芳族的馏分，其中术语石蜡基馏分表示较长链或高支化的异烷烃，且脂环族馏分表示环烷烃。另外，每种情形中依据来源和加工，矿物油显示不同含量的正烷烃、低度支化的异烷烃(所谓的单甲基支化的石蜡)、和具有导致极性性能的杂原子(特别是O、N和/或S)的化合物。但是，划分归属是困难的，因为各种烷烃分子可以同时具有长链支化的和环烷烃残基和芳族组分。出于本发明的目的，可以依据DIN 51 378进行分类。也可以依据ASTM D 2007确定极性组分。
优选的矿物油中正烷烃的含量小于5重量％，且含O、N和/或S的化合物的含量小于6重量％。芳族化合物和单甲基支化石蜡的含量，每种情形下通常范围为0～40重量％。依据某一感兴趣的方面，矿物油主要包括脂环族和石蜡基烷烃，其通常具有13个以上、优选18个以上且特别优选20个以上的碳原子。这些化合物的含量通常为至少60重量％、优选至少80重量％，但并非由此进行任何限定。优选的矿物油含有0.5～30重量％芳族组分、15～40重量％脂环族组分、35～80重量％石蜡基组分、不高于3重量％正烷烃和0.05～5重量％极性组分，每种情形下相对于矿物油的总重计。
特别优选的采用传统方法如尿素脱蜡和硅胶上的液相色谱进行的矿物油分析显示了例如如下的组分，其中百分比指的是相关矿物油的总重：
具有约18～31个碳原子的正烷烃：0.7～1.0％，
具有18～31个碳原子的低支化烷烃：1.0～8.0％，
具有14～32个碳原子的芳族化合物：0.4～10.7％，
具有20～32个碳原子的异烷烃和环烷烃：60.7～82.4％，
极性化合物：0.1～0.8％，
损失：6.9～19.4％。
关于矿物油分析的贵重设备以及具有其它组成的矿物油系列可以在，例如，Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，CD-ROM第5版，1997在入口＂lubricants and related products＂下找到。
优选地，该功能流体是基于API第I、II和/或III组中的矿物油或者这些的混合物。依据本发明的优选实施方式，所用的矿物油含有至少90重量％的饱和物(saturates)，且至多约0.03％的硫(通过元素分析进行测量)。
合成油，除了别的物质以外，为聚α烯烃、有机酯如羧酸酯和磷酸酯；有机醚如硅油和聚亚烷基二醇；和合成烃(尤其是聚烯烃)。它们在极大程度上比矿物油更贵些，但是它们在性能方面具有优点。关于解释，参照基础油类型的5个API分类(API：美国石油学会)。
美国石油学会(API)基础油分类
 
基础油组 粘度指数 硫(重量％) 饱和物(重量％)
第I组 80-120 >0.03 <90
第II组 80-120 <0.03 >90
第III组 >120 <0.03 >90
第IV组，所有合成聚α烯烃(PAO)     >120 <0.03 >99
第V组，不包括在第I-IV组中的全部，例如酯、聚亚烷基二醇         >120 <0.03
合成烃、特别是聚烯烃是本领域中众所周知的。特别地优选聚α烯烃(PAO)。这些化合物可通过链烯烃、特别是具有3～12个碳原子的链烯烃如丙烯、己烯-1、辛烯-1和癸烯-1的聚合获得。优选的PAO的数均分子量范围为200～10000g/mol，更优选为500～5000g/mol。
依据本发明的优选方面，该功能流体可以包括含氧的化合物，选自羧酸酯、聚醚多元醇和/或有机磷化合物。优选地，该含氧化合物为含有至少两个酯基团的羧酸酯、含有4～12个碳原子的羧酸的二酯和/或多元醇的酯。通过使用含氧化合物作为基础油，可以改进功能流体的耐火性能。
含磷酯流体可以用作功能流体的组分，如烷基芳基磷酸酯；三烷基磷酸酯如三丁基磷酸酯或三-2-乙基己基磷酸酯；三芳基磷酸酯如混合的异丙基苯基磷酸酯、混合的叔丁基苯基磷酸酯、三二甲苯基磷酸酯、或三甲苯基磷酸酯。其它类型的有机磷化合物为膦酸酯和亚膦酸酯，其可以含有烷基和/或芳基取代基。二烷基膦酸酯如二-2-乙基己基膦酸酯；烷基亚膦酸酯如二-2-乙基己基亚膦酸酯是适用的。作为本文中的烷基，优选包含1～10个碳原子的直链或支化链烷基。作为本文中的芳基，优选可以被烷基取代的包含6～10个碳原子的芳基。特别地，该功能流体可以含有0～60重量％、优选5～50重量％的有机磷化合物。
作为羧酸酯，可以使用醇如多元醇或一元醇和脂肪酸如单羧酸或多羧酸的反应产物。该羧酸酯当然可以是偏酯。
羧酸酯可以具有一个式R-COO-R的羧酸酯基团，其中R独立地为包含1～40个碳原子的基团。优选的酯化合物包含至少两个酯基团。这些化合物可以是基于具有至少两个酸基团的多羧酸和/或具有至少两个羟基的多元醇。
多羧酸残基通常具有2～40、优选4～24、特别是4～12个碳原子。适用的多羧酸酯为，例如，己二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸和/或十二烷酸的酯。多羧酸化合物的醇组分优选地包含1～20、特别是2～10个碳原子。
适用的醇的实例为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇和辛醇。另外，可以使用氧代醇如二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇直到癸二醇。
特别优选的化合物为多羧酸与包含一个羟基的醇的酯。这些化合物的实例描述于Ullmanns 
Figure A200780033450D0009134652QIETU
 der Technischen Chemie，第三版第15卷第287-292页，Urban & Schwarzenber(1964)。
适用于获得包含至少两个酯基团的酯化合物的多元醇通常含有2～40、优选4～22个碳原子。实例为新戊二醇、二乙二醇、二丙二醇、2，2-二甲基-3-羟基丙基-2′，2′-二甲基-3′-羟基丙酸酯、甘油、三羟甲基乙烷、三甲醇丙烷、三羟甲基壬烷、双三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇、甘露醇和二季戊四醇。聚酯的羧酸组分可以含有1～40、优选2～24个碳原子。实例为直链或支化饱和脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、辛酸、己酸、庚酸、羊脂酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、十三烷酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、十九烷酸、花生酸、山
Figure A200780033450D0009112512QIETU
酸、异肉豆蔻酸、异棕榈酸、异硬脂酸、2，2-二甲基丁酸、2，2-二甲基戊酸、2，2-二甲基辛酸、2-乙基-2.3，3-三甲基丁酸、2，2，3，4-四甲基戊酸、2，5，5-三甲基-2-叔丁基己酸、2，3，3-三甲基-2-乙基丁酸、2，3-二甲基-2-异丙基丁酸、2-乙基己酸、3，5，5-三甲基己酸，直链或支化不饱和脂肪酸如亚油酸、亚麻酸、9-十八碳烯酸、十一碳烯酸、反油酸、鲸蜡烯酸、芥子酸、巴西烯酸和可从许多动物脂肪或植物油原料中获得的商业级油酸。可以使用脂肪酸混合物如妥尔油脂肪酸。
特别适用的包含至少两个酯基团的化合物为，例如，新戊二醇妥尔油脂肪酸酯(tallate)、新戊二醇二油酸酯、丙二醇妥尔油脂肪酸酯、丙二醇二油酸酯、二乙二醇妥尔油脂肪酸酯、和二乙二醇二油酸酯。
许多这些化合物可从Inolex Chemical Co.以商品名Lexolube2G-214、从Cognis Corp.以商品名ProEco 2965、从Uniqema Corp.以商品名Priolube 1430和Priolube 1446和从Georgia Pacific以商品名Xtolube 1301和Xtolube 1320商购获得。
另外，醚适用作为功能流体的组分。优选地，聚醚多元醇用作本发明功能流体的组分。这些化合物是众所周知的。实例为聚亚烷基二醇，例如聚乙二醇、聚丙二醇和聚丁二醇。该聚亚烷基二醇可以是基于环氧烷烃的混合物。这些化合物优选地包含1～40个环氧烷烃单元、更优选5～30个环氧烷烃单元。聚丁二醇是用于无水流体的优选化合物。聚醚多元醇可以包括其它基团，例如包含1～40、特别是2～22个碳原子的亚烷基或亚芳基。
依据本发明的另一方面，该功能流体可以是基于合成基础油的，包括聚α烯烃(PAO)、羧酸酯(二酯、或多元醇酯)、植物酯、磷酸酯(三烷基磷酸酯、三芳基磷酸酯、或烷基芳基磷酸酯)、和/或聚亚烷基二醇(PAG)。优选的合成基础油为API第IV组和/或第V组油。另外，期望地，也可以将这些合成材料与基于矿物或生物的油混合。
依据本发明，使用金属化合物以改进功能流体的品质控制。优选地，该金属化合物另外不存在于功能流体中。该金属化合物应对功能流体或者对该功能流体用于其中的设备硬件无有害影响。另外，该金属化合物应以足以控制品质的含量溶于该功能流体中。
适用的金属化合物包括铋(Bi)、铯(Cs)、钴(Co)、锰(Mn)、钕(Nd)、镍(Ni)、锶(Sr)、钛(Ti)和/或锆(Zr)。
该金属化合物通常包括能够在功能流体中溶剂化该金属化合物的基团。相应地，这些基团取决于功能流体的具体组分，如基础油等。为了控制包含矿物油的功能流体的品质，使用溶于矿物油的金属化合物。
依据本发明的一方面，该金属化合物可以是依据式(I)的化合物
Figure A200780033450D00111
其中，M为金属原子，R为具有8～30个碳原子、优选8～18个碳原子的烷基，其中残基R一起可以成环，n为0～4的整数，且m为0～4的整数，其中n+m至少为1、优选为2～4、且更优选为约4。式(I)中烷基R可以是直链、支化、环状、饱和的或不饱和的。另外，烷基R可以是未取代的或者被例如卤素或氨基取代的。
适用的烷基包括，例如，正辛基、2-乙基己基、2-叔丁基庚基、3-异丙基庚基、壬基、癸基、十一烷基、5-甲基十一烷基、十二烷基、2-甲基十二烷基、十三烷基、5-甲基十三烷基、十四烷基、十五烷基、2-甲基十六烷基、十七烷基、5-异丙基十七烷基、4-叔丁基十八烷基、5-乙基十八烷基、3-异丙基十八烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、鲸蜡基二十烷基、硬脂基二十烷基、二十二烷基、和/或二十烷基三十四烷基。
具体化合物为，例如，硬脂酸镍、辛酸铋、硬脂酸铯、硬脂酸钛、十六烷酸钴、辛醇锶、辛醇钛和/或氧化2-乙基己基钛。
依据本发明的另一方面，具有螯合基团的聚合物可以用作使金属原子或离子溶剂化的一类。例如具有衍生自包含杂原子如氧和/或氮的单体的重复单元的聚合物，可以用于络合金属原子和/或离子。这些单体包括，例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、马来酸、乙烯基醇、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯和氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、醚醇的(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯和杂环乙烯基化合物，如下所述。
优选地，使金属溶剂化的聚合物的重均分子量范围可以为5000～1000000g/mol、更优选为10000～500000g/mol且更优选为25000～250000g/mol。该重均分子量可以通过常规方法如凝胶渗透色谱法(GPC)来测量。
金属和金属化合物各自的用量应高到足以提供对在功能流体中金属的可靠检测。另一方面，非常高的处理比率可能影响功能流体的性能。
优选地，用于控制功能流体品质的功能流体中金属含量范围为5～1000ppm，更优选为10～500ppm且更优选为20～250ppm。功能流体中金属含量可以通过分光镜法来测量，例如X射线荧光(XRF)和感应耦合等离子体(ICP)光谱法。
优选地，加到功能流体中以控制品质的金属化合物的含量范围为0.00001～0.01重量％，更优选为0.0001～0.001重量％。
该金属化合物可以以包含一种金属的单一化合物来使用。另外，该金属化合物可以以不同化合物的混合物来使用。特别地，可以使用具有不同种类金属的两种、三种或更多种化合物的混合物来改进功能流体的品质控制。
优选地，该功能流体可以通过使至少两种组分混合获得。至少一种组分应是上述基础油。
优选地，该功能流体包括至少一种聚合物。适用于功能流体如润滑剂和/或液压流体的优选的聚合物是本领域中众所周知的。
如果使用聚合物，优选地该聚合物的重均分子量范围为5000～1000000g/mol，更优选为10000～500000g/mol且更优选为25000～250000g/mol。重均分子量可以通过常规方法凝胶渗透色谱法(GPC)来测量。
这些聚合物用作例如粘度指数改进剂(VI)和/或倾点降低剂(PPD)。
该功能流体可以包括0.1～50重量％、特别是0.5～30重量％、且优选1～20重量％的一种或多种聚合物，基于该流体的总重计。
粘度指数改进剂和倾点降低剂是众所周知的，且例如公开于Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry，CD-ROM第5版，1997。
适用作为VI改进剂和/或倾点降低剂的优选的聚合物包括衍生自具有至少一个烯属不饱和基团的烷基酯的单元。这些聚合物是本领域中众所周知的。优选的聚合物可以通过特别地使(甲基)丙烯酸酯、马来酸酯和富马酸酯聚合获得。术语(甲基)丙烯酸酯包括甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯以及二者的混合物。这些单体是本领域中众所周知的。该烷基残基可以是直链、环状或支化的。
用于获得包含衍生自烷基酯的单元的优选聚合物的混合物含有0～100重量％、优选0.5～90重量％、特别是1～80重量％、更优选1～30重量％、更优选2～20重量％(基于单体混合物的总重)的一种或多种式(II)的烯属不饱和酯化合物
其中，R1为氢或甲基，R2表示具有1～6、特别是1～5且优选1～3个碳原子的直链或支化烷基残基，R3和R4独立地表示氢或式-COOR′的基团，其中R′表示氢或具有1～6个碳原子的烷基。
组分(a)的实例特别地为，(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯，其衍生自饱和醇，如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯和(甲基)丙烯酸己酯，(甲基)丙烯酸环烷基酯如(甲基)丙烯酸环戊酯。
另外，用于获得包含衍生自烷基酯的单元的聚合物的单体组合物含有0～100重量％、优选10～99重量％、特别是20～95重量％和更优选30～85重量％(基于单体混合物的总重)的一种或多种式(III)的烯属不饱和酯化合物
Figure A200780033450D00132
其中，R1为氢或甲基，R5表示具有7～40、特别是10～30且优选12～24个碳原子的直链或支化烷基残基，R6和R7独立地表示氢或式-COOR″的基团，其中R″表示氢或具有7～40、特别是10～30且优选12～24个碳原子的烷基。
其中存在(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯，其衍生自饱和醇，如(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸2-叔丁基庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸3-异丙基庚酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸5-甲基十一烷基酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸2-甲基十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸5-甲基十三烷基酯、(甲基)丙烯酸十四烷基酯、(甲基)丙烯酸十五烷基酯、(甲基)丙烯酸2-甲基十六烷基酯、(甲基)丙烯酸十七烷基酯、(甲基)丙烯酸5-异丙基十七烷基酯、(甲基)丙烯酸4-叔丁基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸5-乙基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸3-异丙基十八烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸十九烷基酯、(甲基)丙烯酸二十烷基酯、(甲基)丙烯酸鲸蜡基二十烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂基二十烷基酯、(甲基)丙烯酸二十二烷基酯、和/或(甲基)丙烯酸二十烷基三十四烷基酯；
(甲基)丙烯酸环烷基酯如(甲基)丙烯酸3-乙烯基环己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸冰片酯、(甲基)丙烯酸2，4，5-三叔丁基-3-乙烯基环己酯、(甲基)丙烯酸2，3，4，5-四叔丁基环己酯；和相应的富马酸酯和马来酸酯。
具有长链醇残基的酯化合物、特别是组分(b)，可以例如通过使(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯、马来酸酯和/或相应的酸与长链脂肪醇反应获得，其中通常获得具有不同长链醇残基的酯如(甲基)丙烯酸酯的混合物。这些脂肪醇包括特别是，Oxo 
Figure A200780033450D00141
 7911和Oxo 7900、Oxo  1100(Monsanto)；
Figure A200780033450D00144
 79(ICI)；
Figure A200780033450D00145
1620、 610和
Figure A200780033450D00147
 810(Sasol)；
Figure A200780033450D00148
 610和
Figure A200780033450D00149
 810(Ethyl Corporation)；
Figure A200780033450D001410
 79、
Figure A200780033450D001411
 911和 25L(Shell AG)；Lial 125(Sasol)；和
Figure A200780033450D00152
和
Figure A200780033450D00153
(Cognis)。
关于烯属不饱和酯化合物，特别优选的实施方式中，相对于马来酸酯和富马酸酯特别地优选(甲基)丙烯酸酯，即式(II)和(III)中R3、R4、R6、R7表示氢。
本发明的特定方面中，优选使用式(III)烯属不饱和酯化合物的混合物，和具有至少一种醇残基中具有7～15个碳原子的(甲基)丙烯酸酯与至少一种醇残基中具有16～30个碳原子的(甲基)丙烯酸酯的混合物。醇残基中具有7～15个碳原子的(甲基)丙烯酸酯的含量范围优选为20～95重量％，基于用于制备聚合物的单体组合物的重量计。醇残基中具有16～30个碳原子的(甲基)丙烯酸酯的含量范围优选为0.5～60重量％，基于用于制备包含衍生自烷基酯的单元的聚合物的单体组合物重量计。醇残基中具有7～15个碳原子的(甲基)丙烯酸酯与醇残基中具有16～30个碳原子的(甲基)丙烯酸酯的重量比范围优选为10：1～1：10，更优选范围为5：1～1.5：1。
组分(c)特别地包括可以与式(II)和/或(III)的烯属不饱和酯化合物共聚的烯属不饱和单体。
对应于下式的共聚单体特别适用于依据本发明的聚合：
Figure A200780033450D00154
其中R1*和R2*独立地选自氢，卤素，CN，具有1～20、优选1～6且特别优选1～4个碳原子的直链或支化烷基，其可以被1～(2n+1)个卤素原子取代，其中n为烷基的碳原子数(例如CF3)，具有2～10、优选2～6且特别优选2～4个碳原子的α，β-不饱和直链或支化链烯基或炔基，其可以被1～(2n-1)个卤素原子(优选氯)取代，其中n为烷基的碳原子数，例如CH2＝CCl-，具有3～8个碳原子的环烷基，其可以被1～(2n-1)个卤素原子(优选氯)取代，其中n为环烷基的碳原子数；C(＝Y*)R5*、C(＝Y*)NR6*R7*、Y*C(＝Y*)R5*、SOR5*、SO2R5*、OSO2R5*、NR8*SO2R5*、PR5* 2、P(＝Y*)R5* 2、Y*PR5* 2、Y*P(＝Y*)R5* 2、NR8* 2，其可以采用额外的R8*、芳基、或杂环基季盐化，其中Y*可以是NR8*、S或O，优选O；R5*为具有1～20个碳原子的烷基、具有1～20个碳原子的烷基硫代基团、OR15(R15为氢或碱金属)、具有1～20个碳原子的烷氧基、芳氧基或杂环氧基；R6*和R7*独立地为氢或具有1～20个碳原子的烷基，或者R6*和R7*可以共同形成具有2～7、优选2～5个碳原子的亚烷基，其中它们形成3～8元、优选3～6元环，且R8*为具有1～20个碳原子的直链或支化烷基或芳基。
R3*和R4*独立地选自氢，卤素(优选氟或氯)，具有1～6个碳原子的烷基和COOR9*，其中R9*为氢、碱金属或具有1～40个碳原子的烷基，或者R1*和R3*可以一起形成式(CH2)n的基团，其可以被1-2n′个卤素原子或C1-C4烷基取代，或者可以形成式C(＝O)-Y*-C(＝O)的基团，其中n′为2～6、优选3或4，且Y*如前所定义，且其中残基R1*、R2*、R3*和R4*中至少两个为氢或卤素。
共聚单体特别包括(甲基)丙烯酸羟基烷基酯，如(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸3，4-二羟基丁酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、2，5-二甲基-1，6-己二醇(甲基)丙烯酸酯、1，10-癸二醇(甲基)丙烯酸酯；
(甲基)丙烯酸氨基烷基酯和氨基烷基(甲基)丙烯酰胺，如N-(3-二甲基氨基丙基)甲基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸3-二乙基氨基戊酯、(甲基)丙烯酸3-二丁基氨基十六烷酯；
(甲基)丙烯酸的腈类和其它含氮的(甲基)丙烯酸酯，如N-(甲基丙烯酰基氧基乙基)双异丁基酮亚胺、N-(甲基丙烯酰基氧基乙基)双十六烷基酮亚胺、(甲基)丙烯酰基酰胺基乙腈、2-甲基丙烯酰基氧基乙基甲基氰胺、(甲基)丙烯酸氰基甲酯；
(甲基)丙烯酸芳基酯，如(甲基)丙烯酸苄酯或(甲基)丙烯酸苯酯，其中每种情形下丙烯酸残基可以是未取代的或最高四重取代的；
含羰基的(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸2-羧基乙酯、(甲基)丙烯酸羧基甲酯、(甲基)丙烯酸噁唑烷基乙酯、(N-甲基丙烯酰基氧基)甲酰胺、(甲基)丙烯酸丙酮酯、N-甲基丙烯酰基吗啉、N-甲基丙烯酰基-2-吡咯烷酮、N-(2-甲基丙烯酰基氧基乙基)-2-吡咯烷酮、N-(3-甲基丙烯酰基氧基丙基)-2-吡咯烷酮、N-(2-甲基丙烯酰基氧基十五烷基)-2-吡咯烷酮、N-(3-甲基丙烯酰基氧基十七烷基)-2-吡咯烷酮；
醚醇的(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸乙烯基氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸1-丁氧基丙酯、(甲基)丙烯酸1-甲基-(2-乙烯基氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸环己基氧基甲酯、(甲基)丙烯酸甲氧基甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸苄氧基甲酯、(甲基)丙烯酸糠酯、(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙氧基甲酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、乙氧基化(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸烯丙基氧基甲酯、(甲基)丙烯酸1-乙氧基丁酯、(甲基)丙烯酸甲氧基甲酯、(甲基)丙烯酸1-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸乙氧基甲酯；
卤代醇的(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸2，3-二溴丙酯、(甲基)丙烯酸4-溴苯酯、(甲基)丙烯酸1，3-二氯-2-丙酯、(甲基)丙烯酸2-溴乙酯、(甲基)丙烯酸2-碘代乙酯、(甲基)丙烯酸氯代甲酯；
(甲基)丙烯酸环氧烷基(oxiranyl)酯，如(甲基)丙烯酸2，3-环氧丁酯、(甲基)丙烯酸3，4-环氧丁酯、(甲基)丙烯酸10，11-环氧十一烷酯、(甲基)丙烯酸2，3-环氧环己酯，(甲基)丙烯酸环氧烷基酯如(甲基)丙烯酸10，11-环氧十六烷基酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯；
含磷、硼和/或硅的(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸2-(二甲基磷酸基)丙酯、(甲基)丙烯酸2-(乙基亚磷酸基)丙酯、(甲基)丙烯酸2-二甲基膦基甲酯、(甲基)丙烯酸二甲基膦酰基乙酯、二乙基甲基丙烯酰基膦酸酯、二丙基甲基丙烯酰基磷酸酯、(甲基)丙烯酸2-(二丁基膦酰基)乙酯、2，3-亚丁基丙烯酰基乙基硼酸酯、甲基二乙氧基甲基丙烯酰基乙氧基硅烷、(甲基)丙烯酸二乙基磷酸基乙酯；
含硫的(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸乙基亚磺酰基乙酯、(甲基)丙烯酸4-硫代氰酰基丁酯、(甲基)丙烯酸乙基磺酰基乙酯、(甲基)丙烯酸硫代氰酰基甲酯、(甲基)丙烯酸甲基亚磺酰基甲酯、双(甲基丙烯酰基氧基乙基)硫化物；
杂环(甲基)丙烯酸酯，如(甲基)丙烯酸2-(1-咪唑基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-(4-吗啉基)乙酯和1-(2-甲基丙烯酰基氧基乙基)-2-吡咯烷酮；
乙烯基卤化物，例如，氯乙烯、氟乙烯、偏氯乙烯和偏氟乙烯；
乙烯基酯，如乙酸乙烯酯；
含芳族基团的乙烯基单体，如苯乙烯，侧链中具有烷基取代基的取代苯乙烯如α-甲基苯乙烯和α-乙基苯乙烯，环上具有烷基取代基的取代苯乙烯如乙烯基甲苯和p-甲基苯乙烯，卤代苯乙烯如单氯苯乙烯、二氯苯乙烯、三溴苯乙烯和四溴苯乙烯；
杂环乙烯基化合物，如2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、3-乙基-4-乙烯基吡啶、2，3-二甲基-5-乙烯基吡啶、乙烯基嘧啶、乙烯基哌啶、9-乙烯基咔唑、3-乙烯基咔唑、4-乙烯基咔唑、1-乙烯基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、2-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基吡咯烷、3-乙烯基吡咯烷、N-乙烯基己内酰胺、N-乙烯基丁内酰胺、乙烯基草脲胺、乙烯基呋喃、乙烯基噻吩、乙烯基四氢噻吩(thiolane)、乙烯基噻唑和氢化乙烯基噻唑、乙烯基噁唑和氢化乙烯基噁唑；
乙烯基醚和异戊二烯基醚；
马来酸衍生物，如马来酸酐、甲基马来酸酐、马来酰亚胺、甲基马来酰亚胺；
富马酸和富马酸衍生物，例如，富马酸的单酯和二酯。
具有分散功能的单体也可以用作共聚单体。这些单体是本领域中众所周知的，且通常含有杂原子如氧和/或氮。例如，前述的(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯和氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、醚醇的(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯和杂环乙烯基化合物视为分散共聚单体。
特别优选的混合物含有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸月桂酯和/或甲基丙烯酸硬脂酯。
可以单独地或者以混合物形式使用这些单体。
本发明的功能流体优选地包含聚甲基丙烯酸烷基酯聚合物。可通过使包含甲基丙烯酸烷基酯单体的组合物聚合获得的这些聚合物是本领域中众所周知的。优选地，这些聚甲基丙烯酸烷基酯包含至少40重量％、特别是至少50重量％、更优选至少60重量％且最优选至少80重量％的甲基丙烯酸酯重复单元。优选地，这些聚甲基丙烯酸烷基酯聚合物包括C9-C24的甲基丙烯酸酯重复单元和C1-C8的甲基丙烯酸酯重复单元。
衍生自烷基酯的聚合物的分子量并不是关键的。通常，衍生自烷基酯的聚合物的分子量范围为5000～1 000 000g/mol、优选范围为10000～200 000g/mol且更优选范围为25 000～100 000g/mol，但并不受此任何限制。这些数值表示聚合物的重均分子量。
并不受此任何限制，(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物显示的多分散性(表示为重均分子量与数均分子量的比值Mw/Mn)范围为1～15，优选为1.1～10，特别优选为1.2～5。多分散性可以通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
上述单体混合物可以通过任意已知方法来聚合。可以使用常规自由基引发剂来进行典型自由基聚合。这些引发剂是本领域中众所周知的。这些自由基引发剂的实例为偶氮引发剂如2，2′-偶氮二异丁腈(AIBN)、2，2′-偶氮双(2-甲基丁腈)和1，1-偶氮双环己烷腈；过氧化合物，例如过氧化甲乙酮、过氧化乙酰丙酮、二月桂基过氧化物、过-2-乙基己酸叔丁酯、酮过氧化物、过氧化甲基异丁基酮、过氧化环己酮、过氧化二苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯、过氧异丙基碳酸叔丁酯、2，5-双(2-乙基己酰基过氧)-2，5-二甲基己烷、过氧2-乙基己酸叔丁酯、过氧-3，5，5-三甲基己酸叔丁酯、过氧化二枯烯、1，1-双(叔丁基过氧)环己烷、1，1-双(叔丁基过氧)3，3，5-三甲基环己烷、氢过氧化枯烯和叔丁基过氧化氢。
低分子量聚(甲基)丙烯酸酯可以通过使用链转移剂获得。这种技术是普遍存在已知的和在聚合物工业中实施的且描述于Odian，Principles of Polymerization，1991中。链转移剂的实例为含硫化合物如硫醇，例如正-和叔-十二烷硫醇、2-巯基乙醇，和巯基羧酸酯例如甲基-3-巯基丙酸酯。优选的链转移剂含有高达20个、特别是高达15个且更优选高达12个碳原子。另外，链转移剂可以含有至少1个、特别是至少2个氧原子。
另外，低分子量聚(甲基)丙烯酸酯可以通过使用过渡金属络合物如低自旋钴络合物获得。这些技术是众所周知的且例如描述于USSR专利940,487-A和Heuts等，Macro-molecules 1999，第2511-2519和3907-3912页。
另外，可以应用新的聚合技术如ATRP(原子转移自由基聚合)和/或RAFT(可逆加成断裂链转移)以获得衍生自烷基酯的有用聚合物。这些技术是众所周知的。ATRP反应方法描述于例如J-S.Wang等，J.Am.Chem.Soc，第117卷，第5614-5615页(1995)中，和Matyjaszewski，Macromolecules，第28卷，第7901-7910页(1995)。另外，专利申请WO 96/30421、WO 97/47661、WO 97/18247、WO 98/40415和WO 99/10387公开了上述为了本公开目的而特意提及作为参考的ATRP的变形。RAFT方法详尽地描述于例如WO 98/01478，出于本公开的目的而特意提及作为参考。
聚合可以在常压、减压或升压下进行。聚合温度并不是关键的。但是，通常其范围为-20～200℃，优选为0～130℃且特别优选为60～120℃，并不受此任何限制。
聚合可以使用或不使用溶剂来进行。在此术语溶剂应宽泛地理解。
依据优选实施方式，该聚合物可通过在API第II组或第III组矿物油中的聚合获得。这些溶剂如上所述。
另外，优选可通过在聚α烯烃(PAO)中的聚合获得的聚合物。更优选地，该PAO的数均分子量范围为200～10000，更优选为500～5000。这种溶剂如上所述。
功能流体可以包含0.1～50重量％、特别是0.5～30重量％、且优选1～20重量％(基于流体的总重)的一种或多种衍生自烷基酯的聚合物。
另一类适应于功能流体的聚合物为聚烯烃。这些聚烯烃特别地包括聚烯烃共聚物(OCP)和氢化苯乙烯/二烯共聚物(HSD)。依据本发明使用的聚烯烃共聚物(OCP)本身是已知的。它们主要是由乙烯、丙烯、异戊二烯、丁烯和/或具有5～20个碳原子的其它烯烃合成的聚合物。也可以使用已用少量含氧或氮的单体(例如0.05～5重量％的马来酸酐)接枝的体系。通常将含有二烯组分的共聚物氢化以降低粘度指数改进剂的交联趋势和氧化敏感性。
聚烯烃的分子量Mw通常为10 000～300 000，优选为50 000～150000。这种烯烃共聚物描述于例如德国公开申请DE-A 16 44 941、DE-A17 69 834、DE-A 19 39 037、DE-A 19 63 039、和DE-A 20 59 981。
乙烯/丙烯共聚物是特别适用的，且具有已知的三元组分如亚乙基降冰片烯(参考Macromolecular Reviews，第10卷(1975))的三元聚合物也是可能的，但是也必须在老化过程中考虑它们的交联趋势。分布可以是充分无规的，但是也可以有利地使用包含乙烯嵌段的序列聚合物。单体乙烯/丙烯的比例在一定范围之内变化，作为上限可以设定为约75％的乙烯和约80％的丙烯。由于溶于油的趋势降低，聚丙烯不如乙烯/丙烯共聚物适用。除了具有占主导的无规立构的丙烯插入部分的聚合物之外，也可以使用具有更显著的合同立构或间同立构丙烯插入部分的那些。
这些产物可商购获得，例如以商品名Dutral
Figure A200780033450D0021113137QIETU
 CO 034、Dutral
Figure A200780033450D0021113137QIETU
CO 038、Dutral
Figure A200780033450D0021113137QIETU
CO 043、Dutral
Figure A200780033450D0021113137QIETU
 CO 058、Buna
Figure A200780033450D0021113137QIETU
 EPG 2050或Buna
Figure A200780033450D0021113137QIETU
EPG 5050。
氢化苯乙烯/二烯共聚物(HSD)同样是已知的，这些聚合物描述于例如DE 21 56 122中。它们通常是氢化的异戊二烯/苯乙烯或丁二烯/苯乙烯共聚物。二烯与苯乙烯的比例范围优选为2:1～1:2，特别优选为约55:45。分子量Mw范围通常为10000～300 000，优选为50000～150000。依据本发明的特定方面，氢化之后双键的比例不超过15％，特别优选地不超过5％，基于氢化之前的双键数计。
氢化苯乙烯/二烯共聚物可以以商品名SHELLVIS
Figure A200780033450D0021113137QIETU
 50、150、200、250或260商购获得。
依据本发明的优选方面，该流体可以包含至少两种具有不同单体组成的聚合物。优选地，至少一种聚合物为聚烯烃和/或衍生自烷基酯的聚合物。
优选地，混合物的至少一种聚合物包括衍生自选自丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、富马酸酯单体和/或马来酸酯单体的单元。这些聚合物如上所述。
聚烯烃与包含衍生自选自丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、富马酸酯单体和/或马来酸酯单体的单元的聚合物的重量比范围可以为1：10～10：1，特别是1：5～5：1。
另外，本发明提供了控制功能流体的品质的方法，其包括如下步骤：
将金属化合物加到功能流体的组分中；
使该组分与基础油混合；
测量功能流体中金属化合物的浓度；和
将金属化合物的预期浓度与测得的浓度进行对比。
本发明中，通过使用金属化合物作为示踪剂，可以实现品质控制。通常，通过将不同添加剂如粘度指数改进剂、倾点降低剂、和清洁剂-抑制剂包或分开的清洁剂-抑制剂组分等加到基础油中制得功能流体。这些添加剂容许使基础流体适应于消费者的需求。但是，存在如上所述的许多不同的添加剂，且因此现有技术中通过进行昂贵实验来实现品质控制。与之相反地，本发明容许通过确定特定添加剂中特定金属化合物来实现品质控制。
优选地，将至少两种不同组分加到包含不同金属化合物的基础油中。在功能流体的不同添加剂中使用不同金属化合物，容许评价功能流体的整体品质。
本发明的功能流体可以包括本领域中众所周知的其它添加剂，如粘度指数改进剂、抗氧剂、抗磨剂、缓蚀剂、清洁剂、分散剂、极压(EP)添加剂、消泡剂、减摩剂、倾点降低剂、染料、添味剂和/或破乳剂。以常规用量使用这些添加剂。通常，功能流体含有0～50重量％、优选0.1～20重量％且更优选0.2～10重量％的添加剂。
本发明的功能流体具有良好低温性能。低温性能可以通过许多众所周知的方法来评价，包括依据ASTM D 4684的微型旋转粘度计和依据ASTM D 2983的Brookfield粘度计。
本发明的功能流体适用于例如工业、汽车、采矿、发电、船舶和军事应用。移动装置应用包括建筑、林业、运载工具和市政车队(包括垃圾收集、扫雪机等)。船舶应用包括船用甲板起重机。
本发明的功能流体适用于发电液压装置如电动液压涡轮机控制系统。
另外，本发明的功能流体适用作为变压器液体或淬火油。
下面通过实施例和对比实施例更详细地描述本发明，但并非将本发明限定于这些实施例。
实施例1
金属离子浓度测量
将硬脂酸镍粉末以0.5重量％浓度在100N油中于60℃下混合3小时。将所获溶液以不同处理率加到基于聚甲基丙烯酸烷基酯的PPD中，以在每个样品中实现如表I中所示的镍离子浓度。随后使样品进行X射线荧光光谱分析(XRF)以测量金属离子的浓度。测得的金属离子浓度与计算得的输入浓度(表I)良好匹配。
表I：计算得的输入镍浓度与测量值的对比
 
样品 计算得的Ni含量(ppm) 实验Ni含量(ppm)
1 47 44
2 23 27
3 471 458
实施例2
被追踪的功能流体的性能
有机金属示踪剂的存在对添加剂如倾点降低剂的性能未产生不利影响。在5W-30发动机油配方中，不管存在镍基示踪剂与否，低温性能如MRV/TP-1粘度、扫描Brookfield粘度和凝胶指数仍保持在相同范围内。表II中显示了的低温性能结果。
表II：与SAE5W-30配方中具有硬脂酸镍的性能对比
 
共混物# 0 1 2 3
W/O 硬脂酸镍 硬脂酸镍 硬脂酸镍
处理率，重量％ --- 0.0001 0.0002 0.0003
TP-1，-35℃下
粘度，P 232 233 232 234
屈服应力，Pa 0 0 0 0
SBT
℃，30,000cP下 -32.13 -31.86 -31.85 -31.75
凝胶指数 -33.8/6.8 -33.3/7.5 -33.2/7.6 -32.2/7.2
cP，-25℃下 7,119 7,231 7,280 7,275

Claims (20)

1、金属化合物用于控制功能流体的品质的用途。
2、权利要求1的用途，其中该功能流体包括至少一种聚合物。
3、权利要求1或2的用途，其中该功能流体为润滑剂或液压流体。
4、前述权利要求中至少一项的用途，其中该金属化合物包括铋(Bi)、铯(Cs)、钴(Co)、锰(Mn)、钕(Nd)、镍(Ni)、锶(Sr)、钛(Ti)和/或锆(Zr)。
5、前述权利要求中至少一项的用途，其中该金属化合物是依据下式的化合物：
Figure A200780033450C00021
其中，M为金属原子，R为具有8～30个碳原子的烷基，n为0～4的整数，且m为0～4的整数，其中n+m为至少1。
6、前述权利要求中至少一项的用途，其中该金属化合物的用量为10～500ppm。
7、前述权利要求中至少一项的用途，其中该功能流体包括0.00001～0.01重量％的一种或多种金属化合物。
8、前述权利要求中至少一项的用途，其中将至少两种不同的金属化合物加到功能流体的组分中。
9、权利要求2～8中至少一项的用途，其中该聚合物的重均分子量范围为5000～1000000g/mol。
10、权利要求2～9中至少一项的用途，其中该聚合物为粘度指数改进剂和/或倾点降低剂。
11、权利要求2～10中至少一项的用途，其中该聚合物包括衍生自选自丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸酯单体、富马酸酯单体和/或马来酸酯单体的单体单元。
12、权利要求2～11中至少一项的用途，其中该聚合物为聚甲基丙烯酸烷基酯聚合物。
13、前述权利要求中至少一项的用途，其中该功能流体包括可通过使烯属不饱和单体的混合物聚合获得的聚合物，该混合物由如下组成：
a)基于烯属不饱和单体总重为0～100重量％的一种或多种式(II)的烯属不饱和酯化合物
Figure A200780033450C00031
其中，R1为氢或甲基，R2表示具有1～6个碳原子的直链或支化烷基残基，R3和R4独立地表示氢或式-COOR′的基团，其中R′表示氢或具有1～6个碳原子的烷基，
b)基于烯属不饱和单体总重为0～100重量％的一种或多种式(II)的烯属不饱和酯化合物
Figure A200780033450C00032
其中，R1为氢或甲基，R5表示具有7～40个碳原子的直链或支化烷基残基，R6和R7独立地表示氢或式-COOR″的基团，其中R″表示氢或具有7～40个碳原子的烷基，
c)基于烯属不饱和单体总重为0～50重量％的共聚单体。
14、权利要求2～13中至少一项的用途，其中该聚合物可通过使包括分散剂单体的混合物聚合获得。
15、权利要求2～14中至少一项的用途，其中该聚合物可通过使包括含有芳族基团的乙烯基单体的混合物聚合获得。
16、权利要求2～15中至少一项的用途，其中该聚合物的分子量范围为10000～500000g/mol，特别地为25000～250000g/mol。
17、前述权利要求中至少一项的用途，其中该流体包括0.1～50重量％聚合物。
18、前述权利要求中至少一项的用途，其中该流体包括至少两种具有不同单体组成的聚合物。
19、一种控制功能流体的品质的方法，其包括如下步骤：
将金属化合物加到功能流体的组分中；
使该组分与基础油混合；
测量功能流体中金属化合物的浓度；和
将金属化合物的预期浓度与测得的浓度进行对比。
20、权利要求19的方法，其中将至少两种不同组分加到包含不同金属化合物的所述基础油中。
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