CN101531947A - 全合成四季齿轮轴承油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全合成四季齿轮轴承油及其制备方法，以合成油作为基础油，加入添加剂后调配而成，选择的基础油是酯类油或合成烃类油或酯类油与合成烃类油混合物三者之一，选择的添加剂是高性能复合剂，为齿轮油复合添加剂或风力透平油添加剂或工业润滑油摩擦改进剂、通用齿轮油复合剂或多功能齿轮油添加剂其中之一，基础油与添加剂调配比例是：高性能复合剂1.0％～5.0％重量百分比，其余为基础油。根据齿轮油的粘度等级，将由一种或几种所述组分的合成油按所需比例加入到带搅拌器的调和釜中，在30℃～60℃下搅拌0.5h～1.5h，调配成齿轮油的基础油；在此基础油中加入一定比例的高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本发明的齿轮润滑油。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮轴承油，具体地说是涉及一种宽温度范围、高粘度指数的全合成四季齿轮轴承油及其制备方法，属于润滑剂技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，现代生产对设备运转的连续性要求越来越高，作为各种机械运转设备传动与变速大多采用的齿轮装置对润滑剂的要求也越来越严格。众所周之，齿轮装置所用的传统润滑油即齿轮油主要是以矿物油作为基础油，与多种添加剂调配而成，如中国专利CN1727459A公开了一种新型开式齿轮油组合物，该开式齿轮油组合物中添加了粘度指数改进剂、极压剂、抗磨剂、金属活性剂、防锈剂、油性剂等数种添加剂。这类齿轮油可以满足普通的润滑要求，但随着现代生产设备向更高速、更长期、更清洁的方向发展，以矿物油作为基础油的传统齿轮油已经逐渐无法满足这种要求，其不足之处主要体现在以下几点：
首先，使用温度范围窄：以矿物油为基础油的润滑油闪点较低，如上述中国专利CN1727459A公开的一种通用齿轮油组合物，其闪点仅为165℃，因此使用温度不能很高，因为当工况温度达到80℃以上时，温度每升高10℃～15℃，以矿物油为基础油的润滑油氧化速度就增加一倍，寿命就缩短一半，所以一般推荐以矿物油为基础油的润滑油的短期极限最高使用温度不超过160℃，长期最高使用温度不超过120℃。另外，以矿物油为基础油的润滑油倾点较高，如中国专利CN1962835公开了一种新型开式齿轮油组合物，其倾点仅为-6℃，这种以矿物油为基础油的润滑油，在低温时容易析出(称为结蜡)，而影响润滑油在低温条件下的流动性。所以，一般精制矿物油基润滑油最低使用温度不会低于-20℃。
其次，一般常用矿物基础油的润滑油黏度指数大都不超过100，如上述中国专利CN1727459A公开的一种通用齿轮油组合物，其黏度指数仅为90，这么低黏度指数的齿轮油在使用时要因季节温度的变化而更换不同黏度的齿轮油，给使用带来极大不便。
最后，传统的齿轮油大都用多种添加剂与多种矿物油进行调配，生产工艺繁杂，如中国专利CN1277911C公开了一种齿轮润滑油，在其配方中所加入的添加剂多达11种之多，其生产过程分为制A液、制B液及调和等众多繁杂过程。
另外，矿物基础油是从原油中提取的，其成分杂质较多，并且这些杂质会降低油品的性能，也较易产生油泥、积碳，因此润滑性能不可避免地受到矿物基础油性能的制约。
因此，为了提高齿轮油的油品性能，满足现代齿轮机械的工业要求，开发新型、高性能的齿轮油是当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种全合成四季齿轮轴承油及其制备方法，其克服了上述传统齿轮油的不足，极大地改善了传统齿轮油的综合性能，同时其生产工艺也极为简单。
为实现上述目的，一种全合成四季齿轮轴承油，以合成油作为基础油，加入添加剂后调配而成，其特征在于，选择的基础油是公知的酯类油或合成烃类油或酯类油与合成烃类油混合物三者之一，要求其100℃运动粘度为3mm2/s～100mm2/s或40℃运动粘度为10mm2/s～2000mm2/s满足其中之一，闪点大于200℃，倾点小于-35℃，粘度指数大于130；选择的添加剂是高性能复合剂，为公知的齿轮油复合添加剂或风力透油添加剂或工业润滑油摩擦改进剂、通用齿轮油复合剂或多功能齿轮油添加剂其中之一，要求其100℃运动粘度为10mm2/s～40mm2/s，闪点不小于90℃。
本发明的一种全合成四季齿轮轴承油，包括如下组分和含量，其中，含量以重量百分数计：
高性能复合剂 1.0％～5.0％
基础油 余量
所述的高性能复合剂是指afton HiTEC317工业齿轮油复合添加剂，其含量为1.0％～5.0％，优选1.5％～3.0％。
所述的基础油可以是酯类油、合成烃类油或其混合物，其100℃运动粘度为3mm2/s～100mm2/s或40℃运动粘度为10mm2/s～2000mm2/s，闪点大于200℃，倾点小于-35℃，粘度指数大于130。
所述的酯类基础油为羟基羧酸多元醇酯、脂肪族单羧酸和脂肪族多元羧酸。
所述的羟基羧酸多元醇酯为一种羟基羧酸亚烷基二醇酯，具有下式的化合物：HOCH2C(CH3)2COOCH2C(CH3)2CH2OH，可以是：
(1)一种单、二或聚酯化合物，它是通过由下式表示的一种羟基羧酸，HO—R1—COOH，其中R1为C1—C7直链或支链亚烷基，与选自下列这组物质的一种多羟基化合物的酯化反应所得到的，这组物质包括：
新戊二醇，2，2—二乙基—1，3—丙二醇，2—丁基—2—乙基—1，3—丙二醇，三羟甲基乙烷，三羟甲基丙烷，二三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇，三季戊四醇，乙二醇，二甘醇，聚乙二醇，丙二醇，二丙二醇，聚丙二醇，2—乙基—1，3—己二醇，丙三醇，二丙三醇，聚丙三醇，1，2，4—丁三醇，1，2，6—己三醇，山梨糖醇和甘露糖醇；或
(2)由如下式表示的羟基烷基醛自缩合得到的单酯化合物，HO—R2—CHO，其中R2为C1—C4直链或支链亚烷基。
所述的羟基羧酸多元醇酯是单、二或聚酯化合物，该化合物为一种羟基羧酸和一种多羟基化合物的酯化产物，羟基羧酸选自HO—C(CH3)2—COOH和HO—CH2—C(CH3)2—COOH，多羟基化合物选自三羟甲基丙烷，新戊二醇和季戊四醇。
所述的羟基羧酸多元醇酯是HO—CH2—C(CH3)2—COOH自缩合所得的单酯化合物。
所述的脂肪族单羧酸是由下式表示的一种化合物：
R3—COOH，其中R3—为CH3—，CH3—(CH2)4—，CH3—(CH2)5—，CH3—(CH2)6—，CH3—(CH2)7—，CH3—CH2—C(CH3)2—，CH3—(CH2)3—CH(C2H5)—或CH3—C(CH3)2—CH2—CH(CH3)—CH2—。
所述的脂肪族多元羧酸是草酸或由下式表示的一种二羧酸：HOOC—R4—COOH，其中R4为C1—C8直链或支链亚烷基，可以是为琥珀酸或己二酸。
所述的合成烃类基础油可以是聚-α烯烃、重烷基苯、聚丁烯或其混合物，优选聚-α烯烃。
所述的聚-α烯烃由下述(i)～(vi)规定的聚合物组成：
(i)所述的聚合物含有90～100摩尔％的由从8～20个碳原子的聚-α烯烃中选出的至少一种单体衍生出来的化合物，并且含有0～10摩尔％的由乙烯衍生出来的化合物；
(ii)100℃下运动粘度处于3～500mm2/s范围内；
(iii)利用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量Mn处于500～15,000范围内；
(iv)满足下记式(I)和式(II)：
A≤24.0×Exp(-0.0239×K)…(I)
B≤0.0775×K …(II)
式中，A表示用凝胶渗透色谱法测定的分子量为1000以下的聚合物的含量，B表示分子量处于20,000以上的聚合物的含量，K表示100℃下的运动粘度，所述含量的单位为％，所述运动粘度的单位为mm2/s；
(v)分子量分布Mw/Mn处于1.1～1.8范围内；
(vi)分子一末端的不饱和基团含量处于0.001～10％范围内。
所述的聚-α烯烃聚合物满足下式(III)：
C≥0.3178×K+140…(III)
式中，C表示利用JIS K 2283的方法测定的粘度指数，其中K表示100℃下的运动粘度，所述运动粘度的单位为mm2/s。
由酯类油、合成烃类油或其混合物配制成的基础油粘度等级为ISO32、ISO46、ISO68、ISO100、ISO150、ISO220、ISO320、ISO460。
本发明提供的齿轮油是按以下方法制备的：根据齿轮油的粘度等级，将由一种或几种所述组分的合成油按所需比例加入到带搅拌器的调和釜中，在30℃～60℃下搅拌0.5h～1.5h，调配成齿轮油的基础油；在此基础油中加入一定比例的复合添加剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本发明的齿轮润滑油。
与现有的工业齿轮油相比，本发明提供的齿轮油具有以下明显的积极效果：
1.使用温度范围宽：本发明提供的齿轮油闪点在220℃以上，倾点在-35℃以下，所以其温度范围很宽。
2.极高的粘度指数，本发明提供的齿轮油黏度指数大于130，因此在使避免了因季节温度的变化而更换不同黏度的齿轮油的必要，使用很是方便。
3.本发明的齿轮油仅采用一种复合添加剂与合成基础按一定比例调配而成，生产方便、工艺简单。
4.本发明的齿轮油具有优良的耐极压性、抗磨性、热安定性、防锈性、抗腐蚀性和抗乳化性等综合性能。
5本发明的齿轮油具有优秀的品质，可用于钢铁、冶金、石化、煤矿、矿山、水泥等行业齿轮传动装置的润滑，同时还可用于用润滑油进行润滑的轴承的润滑。
具体实施方式
下面通过具体实例进一步说明本发明的特点。
实例1
在带搅拌器的调和釜中加入490克聚-α烯烃，在30℃～60℃下搅拌0.5h～1.5h，然后加入10克高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本明的齿轮润滑油。产品性能见表1。
表1 实施实例1一种全合成四季齿轮轴承油性能检测结果
| 项目 | 指标要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 运动黏度(40℃)，mm2/s | 61.2～74.8 | 65.6 | GB/T265 |
| 黏度指数 | >130 | 136 | GB/T1995 |
| 闪点(开口)，℃ | >200 | 222 | GB/T3536 |
| 倾点，℃ | <-30 | -46 | GB/T3535 |
| 铜片腐蚀(100℃，3h)，级 | ≯1 | 1a | GB/T5095 |
| 泡沫性能(mL/mL)24℃93.5℃后24℃ | 75/1075/1075/10 | 50/020/060/0 | GB/T12579 |
| 抗乳化性(54℃)，mL | 40-40-0(30min) | 40-40-0(12min) | GB/T7305 |
| 磨斑直径(75℃，392N，60min)， | / | 0.4 | SH/T0189 |
| PB，N | / | 1280 | |
| PD，N | / | 2452 |
实例2
在带搅拌器的调和釜中加入98克双酯、392克聚-α烯烃，在30℃～60℃下搅拌1h～1.5h，然后加入10克高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本明的齿轮润滑油。产品性能见表2。
表2 实施实例2一种全合成四季齿轮轴承油性能检测结果
| 项目 | 指标要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 运动黏度(40℃)，mm2/s | 135～165 | 147.8 | GB/T265 |
| 黏度指数 | >130 | 157 | GB/T1995 |
| 闪点(开口)，℃ | >200 | 258 | GB/T3536 |
| 倾点，℃ | <30 | -47 | GB/T3535 |
| 铜片腐蚀(100℃，3h)，级 | ≯1 | 1a | GB/T5095 |
| 泡沫性能(mL/mL)24℃93.5℃后24℃ | 75/1075/1075/10 | 50/030/065/0 | GB/T12579 |
| 抗乳化性(54℃)，mL | 40-40-0(30min) | 40-40-0(10min) | GB/T7305 |
| 磨斑直径(75℃，392N，60min)， | / | 0.39 | SH/T0189 |
| PB，N | / | 1211 | |
| PD，N | / | 2539 |
实例3
在带搅拌器的调和釜中加入74克双酯、418克聚-α烯烃，在30℃～60℃下搅拌1h～1.5h，然后加入8克高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本明的齿轮润滑油。产品性能见表3。
表3 实施实例3一种全合成四季齿轮轴承油性能检测结果
| 项目 | 指标要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 运动黏度(40℃)，mm2/s | 135～165 | 145.6 | GB/T265 |
| 黏度指数 | >130 | 152 | GB/T1995 |
| 闪点(开口)，℃ | >200 | 267 | GB/T3536 |
| 倾点，℃ | <30 | -45 | GB/T3535 |
| 铜片腐蚀(100℃，3h)，级 | ≯1 | 1a | GB/T5095 |
| 泡沫性能(mL/mL)24℃93.5℃后24℃ | 75/1075/1075/10 | 50/020/070/0 | GB/T12579 |
| 抗乳化性(54℃)，mL | 40-40-0(30min) | 41-39-0(15min) | GB/T7305 |
| 磨斑直径(75℃，392N，60min)， | / | 0.41 | SH/T0189 |
| PB，N | / | 1217 | |
| PD，N | / | 2515 |
实例4
在带搅拌器的调和釜中加入490克聚-α烯烃，在30℃～60℃下搅拌1h～1.5h，然后加入12克高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本明的齿轮润滑油。产品性能见表3。
表4 实施实例3一种全合成四季齿轮轴承油性能检测结果
| 项目 | 指标要求 | 检测结果 | 试验方法 |
| 运动黏度(40℃)，mm2/s | 135～165 | 145.6 | GB/T265 |
| 黏度指数 | >130 | 131 | GB/T1995 |
| 闪点(开口)，℃ | >200 | 252 | GB/T3536 |
| 倾点，℃ | <30 | -42 | GB/T3535 |
| 铜片腐蚀(100℃，3h)，级 | ≯1 | 1a | GB/T5095 |
| 泡沫性能(mL/mL)24℃93.5℃后24℃ | 75/1075/1075/10 | 60/040/070/0 | GB/T12579 |
| 抗乳化性(54℃)，mL | 40-40-0(30min) | 42-38-0(15min) | GB/T7305 |
| 磨斑直径(75℃，392N，60min)， | / | 0.45 | SH/T0189 |
| PB，N | / | 1216 | |
| PD，N | / | 2532 |
通过上述具体实例可以看出使用该发明所得到的齿轮油具有很高的闪点和粘度、倾点低、抗泡性能和抗乳化性能良好，抗极压性能优越；同时还可以看出用双酯与聚-α烯烃作基础油得到的齿轮油性能要优于仅用聚-α烯烃作基础油得到的齿轮油，这是由于所用的高性能复合剂加入到合成油中时加入部分酯类基础油可改善其与基础油的溶解性和相容性。
Claims (10)
1、一种全合成四季齿轮轴承油，以合成油作为基础油，加入添加剂后调配而成，其特征在于，选择的基础油是公知的酯类油或合成烃类油或酯类油与合成烃类油混合物三者之一，要求其100℃运动粘度为3mm2/s～100mm2/s或40℃运动粘度为10mm2/s～2000mm2/s满足其中之一，闪点大于200℃，倾点小于-35℃，粘度指数大于130；选择的添加剂是高性能复合剂，为公知的齿轮油复合添加剂或风力透平油添加剂或工业润滑油摩擦改进剂、通用齿轮油复合剂或多功能齿轮油添加剂其中之一，要求其100℃运动粘度为10mm2/s～40mm2/s，闪点不小于90℃；基础油与添加剂调配比例是：高性能复合剂1.0％～5.0％重量百分比，其余为基础油。
2、根据权利要求1所述全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的高性能复合剂优选afton HiTEC317工业齿轮油复合添加剂，其含量为1.0％～5.0％，优选1.5％～3.0％。
3、根据权利要求1或2所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的酯类基础油可以是双酯、多元酯、复酯或其混合物，如羟基羧酸多元醇酯、脂肪族单羧酸和脂肪族多元羧酸。
4、根据权利要求3所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的羟基羧酸多元醇酯为一种羟基羧酸亚烷基二醇酯，具有下式的化合物：HOCH2C(CH3)2COOCH2C(CH3)2CH2OH，羟基羧酸多元醇酯可以是单酯、二酯或聚酯化合物，该化合物为一种羟基羧酸和一种多羟基化合物的酯化产物，羟基羧酸选自HO—C(CH3)2—COOH和HO—CH2—C(CH3)2—COOH，多羟基化合物选自三羟甲基丙烷，新戊二醇和季戊四醇；
羟基羧酸多元醇酯是HO—CH2—C(CH3)2—COOH自缩合所得的单酯化合物，如
(1)一种单酯、二酯或聚酯化合物，它是通过由下式表示的一种羟基羧酸，HO—R1—COOH，其中R1为C1—C7直链或支链亚烷基，与选自下列这组物质的一种多羟基化合物的酯化反应所得到的，这组物质包括：
新戊二醇，2，2—二乙基—1，3—丙二醇，2—丁基—2—乙基—1，3—丙二醇，三羟甲基乙烷，三羟甲基丙烷，二三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇，三季戊四醇，乙二醇，二甘醇，聚乙二醇，丙二醇，二丙二醇，聚丙二醇，2—乙基—1，3—己二醇，丙三醇，二丙三醇，聚丙三醇，1，2，4—丁三醇，1，2，6—己三醇，山梨糖醇和甘露糖醇；或
(2)由如下式表示的羟基烷基醛自缩合得到的单酯化合物，HO—R2—CHO，其中R2为C1—C4直链或支链亚烷基。
5、根据权利要求3所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的脂肪族单羧酸是由下式表示的一种化合物：R3—COOH，其中R3为C1—C11直链或支链的烷基，如：R3—COOH，其中R3—为CH3—，CH3—(CH2)4—，CH3—(CH2)5—，CH3—(CH2)6—，CH3—(CH2)7—，CH3—CH2—C(CH3)2—，CH3—(CH2)3—CH(C2H5)—或CH3—C(CH3)2—CH2—CH(CH3)—CH2—。
6、根据权利要求3所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的脂肪族多元羧酸是草酸或由下式表示的一种二羧酸：
HOOC—R4—COOH，其中R4为C1—C8直链或支链亚烷基。
7、根据权利要求1或2所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的合成烃类基础油可以是聚-α烯烃、重烷基苯、聚丁烯或其混合物，优选聚-α烯烃。
8、根据权利要求7所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的聚-α烯烃由下述(i)～(vi)规定的聚合物组成：
(i)所述的聚合物含有90～100摩尔％的由从8～20个碳原子的聚-α烯烃中选出的至少一种单体衍生出来的化合物，并且含有0～10摩尔％的由乙烯衍生出来的化合物；
(ii)100℃下运动粘度处于3～500mm2/s范围内；
(iii)利用凝胶渗透色谱法测定的数均分子量Mn处于500～15,000范围内；
(iv)满足A≤24.0×Exp(-0.0239×K)和B≤0.0775×K；
式中，A表示用凝胶渗透色谱法测定的分子量为1000以下的聚合物的含量，B表示分子量处于20,000以上的聚合物的含量，K表示100℃下的运动粘度，所述含量的单位为％，所述运动粘度的单位为mm2/s；
(v)分子量分布Mw/Mn处于1.1～1.8范围内；
(vi)分子一末端的不饱和基团含量处于0.001～10％范围内。
9、根据权利要求8所述的全合成四季齿轮轴承油，其特征在于，所述的聚-α烯烃聚合物满足下式：
C≥0.3178×K+140；式中，C表示利用JIS K 2283的方法测定的粘度指数，其中K表示100℃下的运动粘度，所述运动粘度的单位为mm2/s。
10、根据权利要求1所述的全合成四季齿轮轴承油的制备方法，其特征在于，根据齿轮油的粘度等级，将由一种或几种所述组分的合成油按所需比例加入到带搅拌器的调和釜中，在30℃～60℃下搅拌0.5h～1.5h，调配成齿轮油的基础油；在此基础油中加入一定比例的高性能复合剂，在30℃～60℃下搅拌1h～3h，得到本发明的齿轮润滑油。
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