CN102300966A - 多元醇酯润滑油 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于多元醇酯的油,其可由可再生资源获得并且特别地在四冲程发动机油、用于液压或传动的油以及工业润滑剂中用作润滑基础物或润滑添加剂。

Description

多元醇酯润滑油
技术领域
本发明涉及基于多元醇酯的油,其可由可再生资源获得并且可用作润滑基础物(base)或者润滑添加剂,特别是用于四冲程发动机油、液压或传动用油以及工业润滑剂。
背景技术
在发动机或各种车辆部件中或者在工业中用作润滑基础物的油典型地是来源于石油馏分的烃油。
植物来源的油是这些产品的可再生替代物。它们主要包含甘油或其它多元醇和天然脂肪酸的酯。然而,这些产品差的低温性能和低的抗氧化性限制其使用、特别是在马达油配方中的应用。这例如是菜子油和油酸葵花油的情形。
室温下为液体的天然脂肪酸酯是不饱和化合物并且因此对氧化敏感。此外,脂肪酸例如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸或硬脂酸的饱和天然酯自身在室温下为固体,这使得它们不适合用作润滑基础物。
因此,存在对拥有如下可再生来源的化合物的需求:所述可再生来源的化合物具有容许它们在用于车辆(特别是内燃机中)或用于工业应用的润滑组合物中使用的抗氧化性和低温粘度。
发明内容
本发明提出通过提供包含一种或多种多元醇酯的油解决该问题,所述多种多元醇酯即所谓的混合酯,因为在这些化合物的合成中,各多元醇的至少一个醇官能团被天然脂肪酸酯化和该相同多元醇的至少一个醇官能团被合成脂肪酸酯化。
合成脂肪酸典型地是短链饱和酸(典型地包括少于12个碳原子),和天然脂肪酸典型地是长链不饱和酸(典型地包括至少14个碳原子)。
有利地,用于制造根据本发明的油的合成脂肪酸可自身由可再生资源获得,例如由通过蓖麻油的热裂化得到的庚酸、或者由得自天然油例如椰子油的精炼和蒸馏的C8-C10脂肪酸馏分获得。
因此,本发明涉及包含至少一种符合通式(I)的四元酯的油:
Figure BDA0000080443660000021
其中:
-基团R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子的脂族链,
-基团R5、R6、R7、R8是包括6-11个碳原子的短烷烃链,或者包括13-21个碳原子的长烯烃链;
-基团R5、R6、R7、R8的至少一个是包括6-11个碳原子的短烷烃链,并且基团R5、R6、R7或R8的至少一个是包括13-21个碳原子的长烯烃链,
其中,
包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为0.3-2.5,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定,
并且其中,
所述油包含至少15重量%、优选至少18重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的两个是包括6-11个碳原子的短烷烃链并且基团R5、R6、R7、R8的两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
优选地,R1、R2、R3、R4是包括1-4个碳原子的脂族链。
优选地,在所述油的通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成中,包括14-22个碳原子的长脂肪酸甲酯大多数是单不饱和的。
优选地,所述油包含至少30重量%、优选35重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的至少两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯,和/或符合通式(II)的四元酯
Figure BDA0000080443660000031
其中R9、R10、R11、R12是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,和R13是包括13-21个碳原子的长烯烃链。
优选地,所述油包含至多10重量%、优选至多7重量%的式(II)的四元酯。
优选地,所述油包含至多25重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的三个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
优选地,所述油包含至少85重量%的通过一种或多种式(III)的多元醇与一种或多种包括14-22个碳原子的长不饱和脂肪酸和/或一种或多种包括7-12个碳原子的短饱和脂肪酸的反应得到的全酯或偏酯,
Figure BDA0000080443660000032
其中R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链。
优选地,所述油包含至少30重量%的包括40-70个碳原子的式(I)的四元酯,和至少15重量%、优选至少20重量%的包括45-60个碳原子的式(I)的四元酯。
优选地,所述油具有小于10mg KOH/g的根据NF T60-231标准测量的羟值。
优选地,所述油具有小于1mg KOH/g的根据NF ISO 660标准测量的酸值。
优选地,所述油具有小于50、优选小于40、并且甚至更优选小于30gI2/100g的根据NF ISO 3961标准测量的碘值。
优选地,包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为1.5-2.5、优选1.6-2,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
优选地,包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为0.4-1.1、优选0.42-1,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
此外,本发明的目的是包含所述油的润滑组合物。特别地,其涉及包含所述油的用于四冲程发动机的润滑组合物以及适合于该应用的任何类型的基础油和添加剂。
优选地,所述润滑组合物包含10-99%、或10-70%、或10-40%、或者进一步地10-50%、或15-30%、甚至更优选15-25%的如上定义的油。
优选地,所述润滑组合物进一步包含:
·0-70%、或者进一步地5-70%、或者30-70%的一种或多种选自第III类矿物油和/或第IV、V和VI类合成油的基础油,
·0-30%、或2-30%、优选5-20%的一种或多种使粘度指数(VI)改善的聚合物,其优选地选自甲基丙烯酸酯、烯烃、苯乙烯或二烯烃的聚合物和共聚物,
·0.2-10%、优选0.5-5%的一种或多种抗氧化剂添加剂,其优选为胺和/或酚型,
·0.01-5%的一种或多种抑制倾点的添加剂,其优选地选自甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。
优选地,所述润滑组合物包含30-70%的一种或多种具有4-8cSt的在100℃下的运动粘度的第IV类基础油。
优选地,所述润滑组合物具有5.6-9.3cSt的在100℃下的运动粘度(等级20)。
优选地,所述润滑组合物具有9.3-12.5cSt的在100℃下的运动粘度(等级30)。
优选地,所述润滑组合物具有大于160、优选大于175的粘度指数。
本发明还涉及基于混合酯或混合酯的混合物的这些油作为润滑组合物特别是用于发动机、液压、传动的润滑剂和工业润滑剂中的基础油或摩擦改良剂的用途。本发明涉及这样的油作为用于公共工程车辆或农用车辆的发动机、液压和传动的单独润滑基础物或者进一步地作为用于四冲程发动机、优选地用于轻型或重型机动车辆的发动机、优选地用于汽油或柴油发动机的润滑剂的用途。
最后,本发明涉及制造根据本发明的基于混合酯的油的方法。
制造根据本发明的油的方法包括:
i)式(III)的多元醇通过一种或多种包括7-12个碳原子的饱和短脂肪酸甲酯进行酯交换的第一步骤:
其中基团R1-R4是包括1-10个碳原子,优选1-4个碳原子的脂族链,
所述第一步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌的均相或多相酯交换碱性催化剂的存在下,优选地在氮气流、优选为在大气压力下约30mL/分钟的氮气流下,优选地以1/5-1/2.5的初始醇/饱和短脂肪酸甲酯摩尔比进行。
该第一步骤包括以下步骤:
i.1:在约20-25℃的温度下,向由所述多元醇和所述饱和短脂肪酸甲酯形成的反应混合物中引入优选地占饱和短脂肪酸甲酯的量的1-2质量%的量的催化剂,
i.2:将所述反应混合物的温度升高至高于150℃、优选160-180℃的温度,
i.3:优选地通过所述氮气流连续排出所产生的甲醇并且对所述氮气流进行冷凝,
i.4:使所述反应混合物保持在高于150℃、优选160-180℃的温度直到反应停止,所述反应停止优选地通过氮气流中冷凝物形成的停止体现。
所述第一酯交换步骤(i)得到由多元醇偏酯组成的反应产物,
(ii)第一步骤(i)中得到的一种或多种反应产物通过一种或多种包括14-22个碳原子并且优选包括单个不饱和度的长不饱和脂肪酸甲酯进行酯交换的第二步骤。
该第二步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌,优选与第一步骤(i)的均相或多相酯交换碱性催化剂相同的均相或多相酯交换碱性催化剂的存在下,优选地在消泡剂例如二甲基聚硅氧烷(DMS)的存在下,优选在约30毫巴的平均真空下进行,所述消泡剂在反应介质中的含量为约10ppm。
该第二步骤包括以下步骤:
ii.1:根据NFT 60-231标准测量由得自第一步骤(i)的确定量的一种或多种产物形成的起始介质的羟值,并且计算所述介质中存在的未酯化的多元醇羟基的摩尔数nOH,
ii.2:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入N摩尔长不饱和脂肪酸甲酯,N/nOH摩尔比为0.8-1.2、优选等于1,
ii.3:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入占步骤ii.2中引入的长不饱和脂肪酸甲酯量的0.5-1.5质量%、优选约0.75质量%的量的催化剂,
ii.4:任选地,在约20-25℃的温度下向所述介质中引入占总反应混合物的约10ppm的量的消泡剂,
ii.5:将由此形成的反应混合物的温度升高至高于150℃、优选160-170℃的温度,
ii.6:将反应介质保持在该温度下超过3小时的时间。
优选地,该方法进一步包括通过乙酸酐中和未反应的羟基的第三步骤。
优选地,步骤(i)中使用的用于对所述多元醇进行酯交换的包括14-22个碳原子的不饱和长脂肪酸甲酯的混合物包括至少85重量%、优选至少90重量%、甚至更优选至少95重量%的单不饱和脂肪链甲酯,所述百分比通过NF ISO5508确定。
优选地,所述单不饱和甲酯包括16-22个碳原子、优选18个碳原子。
优选地,所述多元醇选自季戊四醇和新戊二醇。
具体实施方式
本发明的目的是包含至少一种符合通式(I)的四元酯的油:
Figure BDA0000080443660000071
其中:
-基团R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子的脂族链,
-基团R5、R6、R7、R8是包括6-11个碳原子的短烷烃链,或者包括13-21个碳原子的长烯烃链,
-基团R5、R6、R7、R8的至少一个是包括6-11个碳原子的短烷烃链,并且基团R5、R6、R7或R8的至少一个是包括13-21个碳原子的长烯烃链,
其中,
包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为0.3-2.5、优选0.4-2,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定,
并且其中
所述油包含至少15重量%、优选至少18重量%、甚至更优选至少20重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的两个是包括6-11个碳原子的短烷烃链并且基团R5、R6、R7、R8的两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
基团R1、R2、R3、R4优选为包括1-4个碳原子的脂族链。
优选地,在所述油的根据NF ISO 5509和NF ISO 5508标准确定的脂肪酸甲酯的组成中,包括14-22个碳原子的长脂肪酸甲酯大多数是单不饱和的。
所述不饱和长脂肪酸与它们在室温下的固体饱和同系物不同,其具有容许将包含它们的油用于润滑组合物中的物化性能。然而,限制二、三或多不饱和长脂肪酸的含量赋予所述油更好的抗氧化性。
优选地,根据本发明的油包含至少30重量%、优选35重量%、甚至更优选至少40重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的至少两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯,和/或符合通式(II)的四元酯
Figure BDA0000080443660000081
其中R9、R10、R11、R12是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,和R13是包括13-21个碳原子的长烯烃链。
实际上,该类型四元酯的最小含量赋予足够高的粘度以便能够将包含它们的油用作润滑组合物,特别是用于本发明所更具体针对的应用,即工业润滑剂和汽车润滑剂(特别是用于发动机、液压和传动)。
根据实施方案,根据本发明的油包含至多10重量%、优选至多9重量%、优选至多7重量%、优选至多6重量%、甚至更优选至多5重量%的式(II)的四元酯。
然而实际上,如果该类型的酯容许保证足够的粘度,则其包括至少4个不饱和度。该类型酯的太高含量可导致低的抗氧化性,这对于将它们用于润滑组合物,特别是发动机润滑剂中可为不利。
出于相同的原因,根据本发明的油优选地包含至多25重量%、或进一步地至多20重量%或至多15重量%的其中R5、R6、R7、R8的三个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
根据本发明的油优选地包含至少85重量%、或进一步地至少95重量%的通过一种或多种式(III)的多元醇与一种或多种包括14-22个碳原子的长不饱和脂肪酸和/或包括7-12个碳原子的短饱和脂肪酸的反应得到的全酯或偏酯:
Figure BDA0000080443660000091
其中R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链。
根据本发明的油中未酯化多元醇并且更通常地未酯化的羟基官能团以太大量存在可能实际对根据本发明的油在润滑组合物中的应用具有不利影响。特别地,可观察到通过在未酯化的羟基官能团之间氢键的形成所引起的粘度强烈增加,这将使得它们不适合用于润滑组合物。
根据本发明的油中存在的不同的多元醇酯和四元酯的质量百分比由它们的GPC(气相色谱)分析确定。
优选地,根据本发明的油包含至少30重量%的包括40-70个碳原子的式(I)的四元酯,和至少15重量%、优选至少20重量%的包括45-60个碳原子的式(I)的四元酯。
通过根据本发明的油的GPC(气相色谱)分析、根据以下在实施例中描述的方法确定具有给定数目的碳原子的四元酯的质量百分比。
根据一个优选实施方案,根据本发明的油具有小于10mg KOH/g的根据NFT60-231标准测量的羟值,羟值容许将油中的未酯化的羟基官能团量化。
与低羟值关联的该游离羟基官能团的有限含量提供了具有拥有对于用于润滑组合物而言足够的粘度性质的油的可能性。使导致粘度非常强烈增加的如上所述的在分子之间的氢键形成最少化。
优选地,根据本发明的油具有小于1mg KOH/g的根据NF ISO 660标准测量的酸值。以mgKOH/g产物计的酸值容许将未反应的脂肪酸量化(该值越高,未反应的脂肪酸越多)。
因此低酸值还表明未反应羟基的有限含量,并且因此提供了获得具有更适于用于润滑组合物中的粘度性质的油的可能性。
优选地,根据本发明的油具有对于100克油小于50、优选小于40、甚至更优选小于30、或小于15、或者小于10g I2的根据NF ISO 3961标准测量的碘值。
碘值与不饱和度的存在有关并且因此与对氧化的敏感性有关。该值越低,不饱和度越少,因此抗氧化性越好。因此具有低碘值的油能够用于其中抗氧化性参数重要的应用,例如发动机润滑剂组合物。
根据替代方案,根据本发明的油具有1.50-2.50、优选1.60-2.00、甚至更优选1.61-1.90的在包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率。该比率基于通过应用NFISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
根据该替代方案的油可例如用作工业润滑剂应用中的润滑基础物。
这些油具有良好的低温性能以及对于用于工业润滑剂领域中的应用所需的粘度。然而,它们的抗氧化性有限。它们根据ASTMD 445的在100℃的粘度优选为4-10mm2/s、优选6-9mm2/s,甚至更优选8-9mm2/s。
它们根据ASTM D5293标准测量的在-25℃的动态粘度典型地小于4,300、优选小于3,500mPa.s。
根据另一个替代方案,根据本发明的油具有0.4-1.49、优选0.4-1.20、甚至更优选0.42-1.10、或者进一步地0.42-1.00的在包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率,所述比率由它们的根据NF ISO 5509和NF ISO 5508标准的脂肪酸甲酯的组成得到。
因此,具有这些长脂肪酸/短脂肪酸摩尔比率值的油具有对于作为用于发动机的润滑组合物中的润滑基础物的应用所需的热氧化性能。以下的一些实施例在高温氧化ICOT试验中和在MCT试验中详述了这些性能,MCT试验对在热的表面上形成沉积物的趋势进行量化。
所述油的粘度也适合于它们特别是用于配制根据SAE(汽车工程师协会)分类的等级20或30的油的应用。
优选地,它们具有4-8mm2/s、优选4-6.5mm2/s的根据ASTM D 445测量的100℃的运动粘度。
它们根据ASTM D2270的粘度指数优选大于或等于150、优选大于或等于155。
它们的低温性能可在合适的配方(特别是具有倾点抑制添加剂和合适的使粘度指数(VI)改善的聚合物)中允许配制多等级(multigrade)5W或甚至0W多等级马达油,特别是根据SAE分类的5W30和0W30油。
此外,本发明的目的是包含如上所述的根据本发明的油的润滑组合物。
更特别地,本发明的目的是包含如下根据本发明的油的润滑组合物,所述油具有0.4-1.49、优选0.4-1.20、并且甚至更优选0.42-1.10或者进一步地0.42-1.00的在包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率。该比率基于通过应用NF ISO5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
所述润滑组合物优选地包含10-99%、或10-70%、或进一步地10-40%、10-50%、或15-30%、或者甚至更优选15-25%的这样的油。
它们可进一步包含:
·0-70%、或进一步地5-70%或者30-70%的一种或多种选自第III类矿物油和/或第IV、V和VI类合成油的基础油,
·0-30%、或2-30%、优选5-20%的一种或多种使粘度指数(VI)改善的聚合物,其优选地选自甲基丙烯酸酯、烯烃、苯乙烯或二烯烃的聚合物和共聚物,
·0.2-10%、优选0.5-5%的一种或多种抗氧化剂添加剂,其优选为胺和/或酚型,
·0.01-5%的一种或多种倾点抑制添加剂,其优选地选自甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。
根据一个特别优选的实施方案,所述组合物包含30-70%的一种或多种具有4-8mm2/s的100℃运动粘度的第IV类基础油。
根据一个实施方案,这些组合物具有5.6-9.3mm2/s的在100℃下的运动粘度,这对应于根据SAE分类的等级20的油。
根据另一个实施方案,这些润滑组合物具有9.3-12.5mm2/s的在100℃下的运动粘度,这对应于根据SAE分类的等级30的油。
它们的粘度指数优选大于160,甚至更优选大于175。
此外,本发明的目的是上述油在润滑组合物中作为润滑基础物和作为摩擦改良剂添加剂的用途。
特别地,本发明的目的是如下的根据本发明的油作为用于液压润滑剂、传动用润滑剂和用于工业润滑剂的润滑基础物的用途,所述油具有1.50-2.50、优选1.60-2.00、甚至更优选1.61-1.90的在包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率。该比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
目的还特别是如下的根据本发明的油作为用于发动机、液压、传动用的润滑剂和用于工业润滑剂的润滑基础物的用途,所述油具有0.4-1.49、优选0.4-1.20、甚至更优选0.42-1.10或者进一步地0.42-1.00的在包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率。该比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
优选地,目的是后一种油作为用于配制可用于公共工程车辆或农用车辆两者的发动机、液压和传动的单独润滑剂的润滑基础物的用途。
本发明还涉及如上所述的润滑组合物作为用于四冲程发动机、优选地用于轻型或重型机动车辆的发动机的润滑剂的用途。
制备油的方法
最后,本发明的目的还是制备如上所述的油的方法,包括:
i)式(III)的多元醇通过一种或多种包括7-12个碳原子的饱和短脂肪酸甲酯进行酯交换的第一步骤:
Figure BDA0000080443660000131
其中基团R1-R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,
所述第一步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌的均相或多相酯交换碱性催化剂的存在下,在优选为在大气压力下约30mL/分钟的氮气流下,以1/5-1/2.5的初始多元醇/饱和脂肪酸甲酯摩尔比进行,
所述第一步骤包括以下步骤:
i.1:在约20-25℃的温度下向由多元醇和饱和短脂肪酸甲酯形成的反应介质中引入占饱和短脂肪酸甲酯的量的1-2质量%、典型地1.4质量%的量的催化剂,
i.2:将所述反应混合物的温度升高至高于150℃、优选160-180℃、优选约170℃的温度,
i.3:优选地通过所述氮气流连续排出所产生的甲醇并且对所述氮气流进行冷凝,
i.4:优选使所述反应混合物保持在160-180℃、优选约170℃的温度直到反应停止,所述反应停止优选地通过氮气流中冷凝物形成的停止体现。
所述第一酯交换步骤(i)得到由多元醇偏酯组成的反应产物,
(ii)在第一步骤(i)中得到的一种或多种反应产物通过一种或多种包括14-22个碳原子并且优选包括单个不饱和度的长不饱和脂肪酸甲酯进行酯交换的第二步骤,
所述第二步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌,优选与第一步骤(i)的均相或多相酯交换碱性催化剂相同的均相或多相酯交换碱性催化剂的存在下,优选地在消泡剂例如二甲基聚硅氧烷(DMS)的存在下,优选在30毫巴的平均真空下进行,所述消泡剂在反应介质中的含量为约10ppm,
所述第二步骤包括以下步骤:
ii.1:根据NFT 60-231标准测量由得自第一步骤(i)的确定量的一种或多种产物形成的起始介质的羟值,并且计算所述介质中存在的未酯化的多元醇羟基的摩尔数nOH,
ii.2:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入N摩尔长不饱和脂肪酸甲酯,N/nOH摩尔比为0.8-1.2、优选0.9-1.1,优选等于1,
ii.3:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入占步骤ii.2中引入的长不饱和脂肪酸甲酯的量的0.5-1.5质量%、优选约0.75质量%的量的催化剂,
ii.4:优选地,在约20-25℃的温度下向所述介质中引入占总反应混合物的约10ppm的量的消泡剂,
ii5:优选地将由此形成的反应混合物的温度升高至160-170℃、优选约165℃的温度,和然后
ii.6:将反应介质保持在该温度下3-7小时。
根据一个实施方案,根据本发明的方法进一步包括用乙酸酐中和未反应的羟基的第三步骤。
优选地,在根据本发明的方法中,步骤(i)中使用的用于对所述多元醇进行酯交换的包括14-22个碳原子的不饱和长脂肪酸甲酯的混合物包括至少85重量%、优选至少90重量%、甚至更优选至少95重量%的单不饱和甲酯,所述百分比通过NF ISO5508确定。
优选地,步骤(i)中用于对多元醇进行酯交换的不饱和长脂肪酸甲酯的混合物包括至少80重量%,优选至少85重量%,优选至少90重量%,甚至更优选至少95重量%的包括16-22个碳原子,优选18个碳原子的单不饱和甲酯,所述百分比由NF ISO5508确定。
优选地,所述多元醇选自季戊四醇和新戊二醇。
此外,本发明的目的是可通过上述方法得到的产品。
油的表征
根据本发明的油主要由两种类型的分析来表征。
1.所述油的脂肪酸甲酯组成,并且更特别地通过由其推导的在长链脂肪酸甲酯的数目与短链脂肪酸甲酯的摩尔数之间的比率(其等于包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率)。
该比率通过经由如下应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定:
以两个步骤得出油的脂肪酸甲酯的组成:
-根据EN ISO 5509标准由所述油制备脂肪酸甲酯,
-然后根据EN ISO 5508标准通过气相色谱分析得到的甲酯混合物。
于是得到油中不同脂肪酸甲酯的质量百分比。通过知晓这些不同甲酯的摩尔质量,因此可计算存在于所分析的油中的这些不同酯之间的摩尔比。
根据本发明的油包含通过两种类型的脂肪酸酯化的多元醇酯:
所谓的“长”脂肪酸被定义为包括14-22个碳原子的脂肪酸。这些长脂肪酸基本上是不饱和的,但实践中用于合成所述油的混合物可包含少量的饱和物质(参见以下的实施例1)。为了计算根据本发明的油的特征摩尔比,将考虑包括14-22个碳原子的所有脂肪酸的甲酯。
所谓的“短”脂肪酸被定义为包括7-12个碳原子的脂肪酸。这些短脂肪酸基本上只是饱和的。然而,为了计算根据本发明的油的特征摩尔比,将考虑包括7-12个碳原子的所有脂肪酸的甲酯。
而且,由通过NF ISO 5509/5508得到的组成,可确定在根据本发明的油中,包括14-22个碳原子的长脂肪酸的甲酯是否大多数是单不饱和的。这是当根据所述根据NF ISO 5509/5508的组成,一种或多种单不饱和甲酯是最充裕的物质(以单不饱和甲酯的摩尔数/可用色谱法分析的物质的摩尔数计)时的情形。
2.通过GPC分析(气相色谱)和通过所述油包含的多元醇酯的平均碳数(也由GPC分析得到)得到所述油的多元醇酯的质量组成。
所用的方法(在以下的实施例1中详述)再次采用用于确定甘油三酸酯的IUPAC 2.323方法的特征。
不同物质的分离是按照增加碳数完成的。根据所述IUPAC方法,柱子是通过使具有已知组成的参照物甘油三酸酯的混合物通过所述柱子来校正的。根据本发明的油的多元醇酯以与具有相同碳数的甘油三酸酯的保留时间相同的保留时间流出。
采用该方法,可区分包括以下的多元醇四元酯:
-四个“长”酸链(以下由4C18酯表示)
-三个长酸链和一个短酸链(以下由3C181C8表示)
-两个长酸链和两个短链(以下由2C182C8表示)。
术语长酸和短酸具有上面规定的含义。
所谓的“偏”酯即包括一个或多个未酯化的OH官能团的酯、包括三个短链和一个长链的四元酯(3C81C18)、包括四个短链的四元酯(4C8)由于它们太接近的碳数而不能用该方法分离。
结果作为基于可用色谱分析的物质的总和的质量百分比给出。可用色谱分析的物质包括:
-未反应的反应产物(多元醇、C7-C12短脂肪酸甲酯、C14-C22长脂肪酸甲酯),
-偏酯(对于根据本发明的所有产品,偏酯包括具有三个短链和一个长链的四元酯、以及具有四个短链的四元酯和其上留有一个或多个游离OH官能团的酯)
-四元酯(除了包括在所述偏酯中的那些之外)。
该方法对存在的不同物质进行鉴别,这取决于它们的碳数。因此,该方法将用于计算根据本发明的油中,包括40-70个碳原子或进一步地45-60个碳原子的多元醇酯的质量百分比。
为此,基于可用色谱分析的物质的总和计算具有在具有40和70个碳原子或者具有45和60个碳原子的参照物甘油三酸酯的保留时间之间的保留时间的物质的质量百分比。
润滑组合物
此外,本发明的目的是包含根据本发明的基于多元醇酯的油的润滑组合物,这与它们的应用无关,无论是将它们例如意图用于发动机、液压、传动应用还是工业应用。
更特别地,本发明涉及用于四冲程发动机的润滑组合物,其包括根据本发明的油和适合于其应用的任何类型的添加剂或基础油。
特别地,本发明涉及优选地包含10-99%、或10-70%、或进一步地10-40%、10-50%、或15-30%、还更优选15-25%的这样的油的用于四冲程发动机的润滑组合物。
它们可进一步包含:
·0-70%、或进一步地5-70%、或者30-70%的一种或多种选自第III类矿物油和/或第IV、V和VI类合成油的基础油,
·0-30%、或2-30%、优选5-20%的一种或多种使粘度指数(VI)改善的聚合物,其优选地选自甲基丙烯酸酯、烯烃、苯乙烯或二烯烃的聚合物和共聚物,
·0.2-10%、优选0.5-5%的一种或多种抗氧化剂添加剂,其优选为胺和/或酚型,
·0.01-5%的一种或多种倾点抑制添加剂,其优选地选自甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。
根据一个特别优选的实施方案,所述组合物包含30-70%的一种或多种具有4-8mm2/s的在100℃下的运动粘度的第IV类基础油。
根据还更优选的实施方案,根据本发明的用于四冲程发动机的润滑组合物还包含:
-0-45%的一种或多种在100℃具有6mm2/s粘度的第IV类基础油,
-0-45%的一种或多种在100℃具有4mm2/s运动粘度的第IV类基础油,
-5-10%的一种或多种使粘度指数(VI)改善的聚合物
-0.2-5%的一种或多种抗氧化剂添加剂
-0.01-5%的一种或多种倾点抑制添加剂。
可进入根据本发明的润滑组合物的添加剂的非限制性例子在下面给出。
抗氧化剂添加剂:
这些添加剂延缓了操作期间油的分解,其可通过沉积物的形成、油泥(sludge)的存在或者油粘度的增加表明。它们起到自由基抑制剂或氢过氧化物破坏剂的作用。在当前使用的抗氧化剂中发现酚、胺型抗氧化剂。这些添加剂的一些例如磷硫添加剂可为灰分产生剂。
酚抗氧化剂可没有任何灰分,或者为中性或碱性金属盐的形式。典型地,这些是包含空间受阻的羟基的化合物,例如当2个酚基相对彼此处于邻或对位时,或者当酚被至少6个碳原子的烷基取代时。
氨基化合物是可使用的另一类抗氧化剂,其任选地与酚化合物组合。典型的例子是式R8R9R10N的芳族胺,其中R8是脂族基团或者任选取代的芳族基团,R9是任选取代的基团,R10是氢或者烷基或芳基、或者式R11S(O)xR12的基团,其中R11是亚烷基、亚烯基或亚芳烷基,和x等于0、1或2。
硫化的烷基酚或它们的碱和碱土金属盐也用作抗氧化剂。
有机硼衍生物例如酯或琥珀酰亚胺也可用作抗氧化剂。
另一类抗氧化剂是可溶于所述油的铜化合物,例如硫代或二硫代磷酸铜、铜和羧酸的盐、二硫代碳酸铜、磺酸铜、酚铜、乙酰丙酮化铜。使用与琥珀酸或酸酐的铜(I)和(II)盐。
使倾点降低的添加剂
它们通过减缓石蜡晶体的形成而改善油的热性能。
例如,这些是聚甲基丙烯酸烷基酯,聚丙烯酸酯,富马酸或马来酸和重质醇的酯的聚合物,丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸或马来酸的不同酯的共聚物,或者进一步地富马酸酯和脂肪酸乙烯酯的共聚物,富马酸酯、羧酸乙烯酯和烷基乙烯基醚的共聚物,或者它们的混合物。
在这类添加剂中,特别地发现聚丙烯酰胺、聚烷基酚、聚烷基萘、烷基聚苯乙烯...,石蜡(paraffin,链烷烃)或卤化蜡和芳族化合物例如苯、萘、蒽、酚的缩合产物。
使粘度改善的聚合物
使用它们,可保证良好的耐寒性(cold resistance)和在高温下的最小粘度,特别是对于配制多等级油而言。将这些化合物引入到润滑组合物中使得它们能够达到使它们具有良好“生态”或燃料节省性能的粘度指数(VI)值。
因此,根据本发明的润滑组合物具有大于或等于160、优选大于175、优选大于180的根据ASTM D2270测量的VI值。
例如在使粘度指数改善的这些化合物中,可提及聚合物型的酯,烯烃共聚物(OCP),苯乙烯、丁二烯或异戊二烯的均聚物或共聚物,聚甲基丙烯酸酯(PMA)。常规地,在用于四冲程发动机的润滑组合物中,它们以约0-40重量%、优选0.01-15重量%的水平存在。
优选的使粘度指数(VI)改善的聚合物选自甲基丙烯酸酯、烯烃、苯乙烯或二烯烃的聚合物和共聚物。
其它添加剂
根据本发明的用于发动机的润滑组合物可另外包含适合于它们的应用的任何类型的添加剂,例如:
·通过与金属表面反应而保护摩擦表面的抗磨损和极压试剂,
·摩擦改良添加剂,其形成吸附在摩擦表面上的保护膜,并且其中例如发现脂肪胺、脂肪醇、脂肪酯,
·确保使不溶固体污染物保持悬浮并且将其排出的分散剂,
·高碱性或非高碱性的去污剂,其通过二次氧化和燃烧产物的溶解减少在金属部件表面处沉积物的形成,
·防锈和防腐添加剂
·消泡添加剂,...
这些添加剂可单独地或者以添加剂料包或者添加剂浓缩物的形式引入到润滑组合物中。
优选地调节根据本发明的润滑组合物中的不同的基础油和添加剂的性质和比例使得所述润滑组合物根据SAE分类为等级20或30,具有5.6-9.3或者9.3-12.5cSt的100℃运动粘度,和它们的对于等级20的油可大于或等于160和对于等级30的油可大于或等于175的高粘度指数。
甚至更优选地,这些润滑组合物是多等级油,例如根据SAE分类为5W或0W,例如等级5W30或0W30。
用途:
本发明还涉及根据本发明的油作为润滑组合物中的摩擦改良添加剂的用途。
作为摩擦改良剂的用途利用了脂肪酸酯例如存在于根据本发明的油中的那些具有的在摩擦路径的表面形成如下膜的性质:借助于所述膜,可在强负荷下保持液力流动(hydrodynamic flow)。
当它们用作摩擦改良剂时,根据本发明的油典型地以小于10%或甚至小于5%、典型地1-2%的含量引入。
本发明还涉及根据本发明的油单独地或者与天然、动物或植物、矿物来源的油或者合成油混合作为润滑基础物的用途。
特别地,本发明涉及根据本发明的油作为用于发动机、液压、传动和工业润滑剂的润滑基础物的用途。
根据本发明的油作为润滑基础物的用途特别适合于户外和休闲应用,例如农业机械、工地施工(site construction)机械、其中期望生物降解性的休闲车辆,但根据本发明的油可用于多种应用,包括工业润滑剂。
根据本发明的油可用作用于车辆发动机、液压和传动的单独润滑基础物,特别是用于配制可在相同车辆的发动机、液压和传动中同样使用的润滑剂。这种类型的单独润滑剂可特别地应用于公共工程车辆或农用车辆。
制造油的方法:
这些油典型地通过如下获得:在碱性酯交换催化剂的存在下,多元醇通过包括7-12个碳原子的短链合成脂肪酸甲酯进行酯交换,随后通过包括14-22个碳原子的长链天然脂肪酸甲酯进行酯交换。
这些催化剂可例如选自均相催化剂例如甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠,或者多相催化剂例如氧化锰或氧化锌。
可增加在乙酸酐存在下的额外的酯化步骤以中和剩余的羟基官能团和得到更好的四元酯产率,这改善了得到的油的物理特性,特别是粘度和倾点。
该合成的操作程序详述于下面的实施例1中。
多元醇
用于获得根据本发明的化合物的多元醇是四醇。优选地,用于制备根据本发明的油的四醇符合下式(III),其中R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链。
Figure BDA0000080443660000211
优选的四醇是季戊四醇(R1=R2=R3=R4=C2H4)和新戊二醇(R1=R2=R3=R4=CH2)。
根据本发明的油具有包含通过不饱和长脂肪酸和饱和短脂肪酸两者酯化的多元醇四元酯的特性。
不饱和长脂肪酸:
“长”脂肪酸在这里是指包括14-22个碳原子的脂肪酸。饱和长酸在室温下为固体并且因此不适合用于润滑剂的合成。因此,在这里使用不饱和长酸。
为了赋予根据本发明的油适合于目标应用(特别是在发动机润滑剂中的应用)的抗氧化性,优选单不饱和长酸。优选棕榈油酸、油酸、二十碳烯酸、芥酸,特别是油酸。
这些长酸的优点是它们可来源于天然资源。为了合成根据本发明的油,因此优选使用天然来源的不饱和长脂肪酸。它们以它们的甲酯形式存在于植物或动物来源的油(其可精炼、富集、基因改性以增加所感兴趣的它们的脂肪酸含量)例如棕榈油、葵花油、菜子油、橄榄油、花生油中。
为了实现根据本发明的化合物的合成,有利地使用菜子油或富含油酸甲酯的葵花油。
这些天然原料是混合物,其还通常包含较显著量或不太显著量的多不饱和脂肪酸(例如亚油酸、亚油烯酸)甲酯,以及少量饱和脂肪酸(例如肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、山萮酸)甲酯。
饱和短脂肪酸:
“短”脂肪酸在这里是指包括7-12个碳原子的脂肪酸。这些饱和酸具有增强根据本发明的油的抗氧化性而对它们的润滑性能没有任何有害影响的优点。
特别地提及己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸。特别优选包括7和8个碳原子的脂肪酸。
然而,与上述长酸不同,它们在自然界中是得不到的。因此使用合成饱和短脂肪酸。它们可例如由石油馏分获得。可有利地使用通过蓖麻油的热裂化得到的庚酸。也可有利地使用C8-C10馏分,主要是贫乏的C10馏分。
实施例:
实施例1:基于混合酯的油的合成和表征
制备方法:
通过如下制备若干种油:在第一步骤中,季戊四醇(PET)通过饱和C8-C10脂肪酸甲酯(VOME)进行酯交换,然后所得产物在第二步骤中通过不饱和长脂肪酸甲酯(SOME)进行酯交换。所得油PET 9-1、PET 12-1、PET 25-3、PET28-2、PET 29-1是根据本发明的油。
原料:
多元醇:使用由Aldrich出售、具有98%纯度的式C(CH2OH)4的季戊四醇(PET)(CAS no.115-77-5,M.W:136)作为四醇。
饱和短脂肪酸甲酯:使用由Oleon出售的癸酸甲酯和辛酸甲酯的混合物(VOME),其包含55重量%辛酸酯和40重量%癸酸酯并且具有169g/mol的平均摩尔质量。
不饱和长脂肪酸甲酯:使用富含单不饱和油酸甲酯的油酸葵花油甲酯的混合物(SOME)。其组成(NF ISO 5509/5508)在下表中给出。其平均摩尔质量为M=295.5g/mol。
  甲酯的性质   组成(%)
  C 14:0   0.0
  C 16:0   3.8
  C 16:1   0.1
  C 18:0   3.2
  C 18:1   78.6
  C 18:2   11.0
  C 18:3   0.7
  C 20:0   0.3
  C 20:1   0.4
  C 22   0.9
  C 24   0.3
表1:不饱和长脂肪酸甲酯混合物的组成
第一步骤的操作程序:
-在装有回流加热回路和Dean-Stark的250mL反应器中,将x当量PET与y当量VOME(x和y是由反应物的平均摩尔质量计算的摩尔数)混合。使混合物处于恒定的N2流下并且进行搅拌(600rpm),所述氮气流用于逐渐带走形成的甲醇。
-在一些情况下,将反应混合物预热至145℃的温度,在其它情况下将其保持在室温(20℃)。
-停止N2鼓泡和搅拌以将催化剂MeONa(基于初始引入的VOME质量的1.4%)引入反应介质中。一旦该加入完成,立即重新开始N2鼓泡和搅拌。
-然后使混合物达到145-170℃的反应温度。
-保持该温度直到反应完成,所述反应完成通过流出物中甲醇馏出物产生的停止确定。(反应时间是期间保持该温度的时间)。
-将馏出物(通过N2流逐渐排出的甲醇)回收并且分析反应原料。
√未观察到泡沫的形成。
√大部分甲醇是在反应的第1个小时期间蒸馏的。
√在反应结束时测量基于最终粗产物的羟值OHN(mg KOH/g产物,根据NF T 60-231标准)以评价反应进度。计算初始多元醇的未反应羟基的摩尔量nOH。在x克最终产物中,因此有:nOH=x.(NOH/56100)摩尔未反应的OH。
√由此计算待引入到第二步骤中的油酸甲酯等价物的质量y,其对应于N摩尔油酸甲酯等价物,
√将N/nOH设置为1,因此y=M.N=M.x(OHN/56100),M是用于第二酯交换步骤的油酸甲酯混合物(SOME)的平均摩尔质量M(g/mol)。
第二步骤的操作程序:
-在装有真空蒸馏组件的250mL反应器中,将x克得自第一步骤的PET酯与y克预先在90℃下在10毫巴真空下干燥1小时的SOME混合。
-将反应混合物搅拌(600rpm)并且任选地加热:在一些情况下,将反应混合物预热至80℃的温度,在其它情况下将其保持在室温(20℃)。然后引入MeONa(催化剂)和DMPS(消泡剂,二甲基聚硅氧烷),并且使该介质处于30毫巴的真空中。
-然后将反应介质加热至130℃(在预热的情况下)-165℃(没有预热的情况下)的反应温度。
-在保持该温度2-6小时后,切断真空,停止加热和搅拌。(反应时间是期间保持该温度的时间)。
√在真空中操作以降低反应温度
√取消N2鼓泡:实际上,如果该步骤在N2流下进行,则观察到起泡,结果是将反应介质带出反应器,并且因此不可能将反应进行至完全。
剩余OH的中和(任选):
进行试验以减少介质中未反应的羟基官能团的量。实际上,游离羟基官能团具有形成分子间氢键的特性,其使介质的粘度增加。为了避免该现象,可在反应结束时通过酸或甚至乙酸酐将最终产物酯化。
处理
粗反应混合物用盐水洗涤3次,然后用软化水洗涤3次。在第一次洗涤期间离心可为必需的以增加滗析(decantation)速率。
将有机相在10毫巴真空中在100℃下干燥以除去残余水。
下表2归类了其下进行这两个(任选地三个)相继步骤的不同实验条件。
Figure BDA0000080443660000241
表2:用于PET酯合成的条件
样品的表征:
通过以下方法表征如前所述制备的PET酯的样品:
1.1脂肪酸甲酯(FAME)的组成:NF ISO 5509(由样品制备脂肪酸甲酯),随后是NF ISO 5508(制备的FAME的GPC分析)。
NF ISO 5508得到样品中存在的不同FAME的质量百分比。由该质量组成并且已知不同FAME的摩尔质量,可分别计算基于样品中存在的FAME摩尔总数的短脂肪酸甲酯的摩尔百分比n1和长脂肪酸甲酯的摩尔百分比n2。
然后计算长脂肪酸摩尔数与短脂肪酸摩尔数之间的比率(作为根据本发明的油的特征)n2/n1。
“短”脂肪酸甲酯为其中R是包括6-11个碳原子的烯烃或链烷烃链的式RCOOCH3(进一步地通过C8-C10表示)。
“长”脂肪酸甲酯为其中R是包括13-21个碳原子的烯烃或链烷烃链的式RCOOCH3(进一步地通过C18表示)。
1.2:通过GPC的酯组成:这是所存在的不同种类多元醇(这里是PET)酯的基于总样品重量的质量百分比的测定。
使用的方法是通过气相色谱(GPC)的方法,其再次采用用于测量甘油三酸酯的IUPAC 2.323方法的特征。
给出根据本发明的油的PET酯组成的GPC方法的独特特征在下面说明:
使用DB1 HT类型的短的非极性(apolar)柱(长度:15m,内径:0.32mm和膜厚:0.1μm)。
注射器为柱上类型并且检测通过FID进行。
于是分离仅按照增加碳原子数完成。为了确定不同酯的保留时间,使已知组成的甘油三酸酯混合物从其中通过作为参照物,并且鉴别具有相等碳原子数的化合物。
这里使用的参照物是涵盖具有24-56个碳原子的化合物的混合物:AMF:由EEC赋予的牌号。
需要预先甲硅烷基化以将偏酯与全酯区分。在未甲硅烷基化的样品中,偏酯上OH的存在导致峰的上游拖尾(smear)。一旦样品甲硅烷基化,则该拖尾消失。
因此分别基于未甲硅烷基化样品和甲硅烷基化样品进行两种测量,并且偏酯和全酯的相应量通过差值获得。
甲硅烷基化在以下条件下完成:将10mg样品与200μL BSTFA(双-三甲基甲硅烷基三氟乙酰胺)/TMSC1(氯三甲基甲硅烷基)(80/20体积)混合物混合。将整个放在65℃烘箱中1小时并且不时地晃动旋转(vortex)。然后将样品稀释在异辛烷中以得到1mg/mL的浓度。
GPC分析条件如下:
√以10℃/分钟,50-370℃/分钟,10分钟平台
√1μL注射
√1.2巴H2
借助于该方法,可区分包括如下的多元醇(实施例中为PET)四元酯:
4个长链(以下在实施例中由4C18表示)
3个长链和1个短链(以下在实施例中由3C181C8表示)
2个长链和2个短链(以下在实施例中由2C182C8表示)。
“偏”酯在这里包括:具有一个或多个未酯化OH官能团的酯、包括3个短链和1个长链的四元酯(实施例中3C81C18)、包括4个短链的四元酯(实施例中为4C8)。这三种类型的化合物由于它们太接近的碳原子数而不能彼此分离。
结果作为基于总的可用色谱分析的物质的质量百分比给出。所述可用色谱分析的物质包括:
未反应的反应产物(多元醇、C7-C12短脂肪酸甲酯、C14-C22长脂肪酸甲酯),
偏酯(对于根据本发明的所有产物,偏酯包括具有3个短链和1个长链的四元酯、以及具有4个短链的四元酯和具有一个或多个未酯化OH官能团的酯),
四元酯(除了包括在所述偏酯中的那些之外)。
在实施例中分析的不同物质的保留时间详述于下表3中。这些保留时间根据柱的条件略微变化。根据IUPAC说明,本领域技术人员知晓如何通过使参考物再次通过柱对柱进行重新校正来考虑这些发展。
而且,对于根据本发明的任何产物并且取决于使用的原料(甲酯和多元醇)的性质,本领域技术人员还知晓如何使用参照物甘油三酸酯的足够混合物来校正柱和按照相等的碳原子数鉴别物质。
  可用色谱分析的物质   保留时间(min)
  短甲酯(C7H15COOCH3)   0.8
  短甲酯(C10H21COOCH3)   2.2
  季戊四醇   5.0
  长甲酯(C15H31COOCH3)   8.0
  长甲酯(C18H37COOCH3)   9.5-10.5
  偏酯   10.7-27.7
  四元酯2C182C8   28-29.9
  四元酯3C181C8   30.3-31.7
  四元酯4C18   32.9-35.6
表3:样品中的可用色谱分析的物质的GPC分析保留时间
测量的特性是
·酸值(NF EN ISO 660),以mg KOH/克产物计,使用该酸值可量化未反应的脂肪酸(该值越高,未反应的脂肪酸越多)
·碘值(NF EN ISO 3961),以g I2/克产物计,其与不饱和度的存在有关和因此与对氧化的敏感性有关(该值越高,不饱和度越多,因此抗氧化性不那么好)
·羟值(NF T 60-231),以mg KOH/克产物计,使用该羟值可量化未反应的羟基官能团(该值越高,介质中未反应的羟基官能团越多)
·在40℃下的运动粘度(KV40)和在100℃下的运动粘度(KV100),(ASTM D445),以mm2/s计,计算VI(ASTM D2270)
·低温动态粘度(在-25℃下的CCS,ASTM D5293),以mP计。
制备的油的组成和物化特性归类于下表4中。
油PET 9-1、PET 12-1、PET 25-3、PET 28-2和PET 29-1是根据本发明的油。油PET 15-3不是根据本发明的。
Figure BDA0000080443660000281
Figure BDA0000080443660000291
表4:PET酯的特性和性能
经历通过乙酸或乙酸酐中和剩余羟基官能团的步骤的样品PET 9-1和PET 12-1具有与作为润滑油的用途相容的粘度。然而,它们对于发动机应用而言有点粘稠:它们在100℃下的粘度为8-9cSt,而5W30型配方中基础油的混合物在约4-5cSt变粘。另一方面,它们的粘度非常适合于工业润滑剂应用。
低温性能(-25℃的CCS)对于根据本发明的油而言是优良的,而对于油PET 15-3,这些性能差以致于它们不能测量。
样品PET 15-3具有在100℃下2.7cSt的粘度,于是对于发动机或工业应用而言变得太低。
样品PET 25-3、PET 28-2和PET 29-1是根据本发明的油。它们的100℃粘度接近于6cSt的目标并且适合于发动机应用。
低温性能看起来不如样品PET 9-1、12-1和15-3的那些好:PET 25-3、PET 28-2和PET 29-1在-25℃下的CCS粘度可与第I类矿物油的那些相比。
然而考虑到这些值,可能的是通过在配方中包括合适的聚合物和倾点添加剂(PPD)配制具有与用于发动机的应用适应的粘度等级的油。
可预期与在菜子油的情况下一样,这些油具有低挥发性。
稳定性:
在试管中在气候封闭下进行稳定性试验。大多数样品在室温下和在60℃下透明并且稳定。在0℃下长时间储存后观察到沉积物形成的趋势,这可能由具有高倾点的化合物或杂质的存在引起。这点可通过产物更好的纯化改善。
实施例2:基于PET酯的油的热氧化性能
实施例1中所述的PET酯的热氧化性能在由91.9重量%所述油和8.1重量%由Lubrizol以牌号7819H出售的具有用于发动机油的标准性能的添加剂料包组成的筛选(screening)配方中评价。作为比较,还由两种可广泛获得的植物油(具有85%油酸的油酸葵花油和菜子油)制备这些筛选配方。
该评价由实验室ICOT和MCT试验完成。
ICOT评价
ICOT(铁催化氧化试验)描述于ASTM D4871-06标准(或ASTM D4871)中。其由以下组成:在流速为1.3-13L/h的空气、氧气、氮气或另外的气体存在下,在有或没有铁催化剂的情况下使润滑剂达到50-375℃的温度。然后测量在ICOT试验后得到的在40℃下的粘度的相对变化RKV40(%)。
这里在没有铁的存在下在170℃下进行试验72小时。
结果归类于表5中:
  RKV40%
  PET 9-1   超过5,000
  PET 12-1   超过5000
  PET 25-3   2400
  PET 29-1   950
  精炼菜子油   超过5,000
  85%油酸葵花油   超过5,000
表5:氧化试验ICOT后KV40增量(RKV40%)
与标准植物油相比,根据本发明的油25-3和29-1具有显著改善的抗氧化性,这由ICOT试验后在40℃下的粘度的较少增量表示。
MCT评价:
MCT(微焦化(Micro Coking)试验)是这样的试验:借助于该试验,可评价热的表面上形成沉积物(焦化)的趋势。
MCT试验对经历与发动机的最热部分中遇到的温度条件类似的温度条件(230-280℃)的薄膜润滑剂的热稳定性进行评价。通过视频分级器测量沉积物和光泽面(varnish,表面光泽)。结果以称作品级的10分制形式表示。
试验条件如下:
-600μL油(+10ppm消泡剂)
-持续时间:90分钟
-1-2%倾斜的板,其包括槽
-230-280℃的温度梯度
-板方法2的光泽面视频分级,所谓的“正方形划分(/10)”法:从0-10记分,最好结果10。
在该评价中,还包括与本领域技术人员公知的矿物或合成基础物PAO8(第IV类)、330 NS(第I类)、Priolube 1976(单酯,第V类)和Priolube3985(二元酯,第V类)的比较。
该分级结果归类于表6中。
在用油330 NS、PET 9-1、PET 29-1的MCT试验后的板的外观表明用PET29-1获得的显著改进。
  样品   MCT试验品质/10,方法2视频分级
  PET 9-1   5.8
  PET 12-1   5.5
  PET 28-2   6.9
  PET 25-3   6.5
  PET 29-1   8.4
  精炼菜子油   6.5
  85%油酸葵花油   5.5
  PAO8   7.5
  330 NS   7.5
  Priolube 1976   7.2
  Priolube 3985   8.6
表6:MCT试验后的分级
与矿物基础物(33NS)和合成基础物(PAO8、Priolube 3985)相比,混合酯9-1和12-1具有非常差的性能。它们的性能与植物油类似,具有显著的沉积物形成。
另一方面,根据本发明的混合酯28-2、25-3和29-1呈现出良好的性能,或者甚至在油29-1的情形下,性能高于或相当于商业矿物基础物和合成基础物的性能。
实施例3:用于四冲程发动机的润滑组合物
组成和物化特性
将实施例1中得到的基于PET酯的油以20%的量包括在两种用于四冲程发动机的润滑剂组合物配方中。
在两种配方的每一种中,所述基于混合酯的油通过与商业酯Priolube3970和公知的植物油菜子油和85%油酸葵花油的比较进行评价。
这些基于酯的油在这里与来自第IV类(聚α烯烃)的商业基础物:PAO4Durasyn(在100℃下的运动粘度为4cSt)、PAO6 Durasyn(在100℃下的运动粘度为6cSt)和PAO8 Durasyn(在100℃下的运动粘度为8cSt)组合用作润滑基础物。调节这些商业基础物的量以配制等级30的油(组合物A-I)和等级20的油(组合物J-P)。
组合物A-I和J-P分别地还区别在于使用的添加剂的性质。下表给出了制备的两种配方的添加剂的特性。
Figure BDA0000080443660000321
Figure BDA0000080443660000331
表7:用于4冲程发动机的油配方的添加剂添加
得到的不同润滑组合物的组成和物化性能以及ICOT和MCT试验的结果在表8和表9中给出。
组合物D、E、F以及组合物K、L、M是根据本发明的润滑组合物。
组合物A、B、C以及组合物J使用不是根据本发明的油的基于混合酯的油制备。
组合物G、H以及组合物O、P用已知的植物油菜籽油和85%油酸葵花油制备。
组合物I和N用商业的酯Priolube 3970制备。
ICOT氧化试验(T°170℃,试验持续时间72小时,40ppmFe)
根据配方1添加添加剂的根据本发明的润滑组合物具有比根据配方2添加添加剂的那些好的抗氧化性。
在任何情况下,与由标准植物基础物(85%油酸葵花油和菜籽油)配制的组合物相比,由基于PET酯的油配制的根据本发明的润滑组合物呈现出显著改善的性能。组合物F具有接近于基于商业酯的组合物I的性能的性能。
MCT试验:试验条件
-600μL油(+10ppm消泡剂)
-持续时间P90分钟
-1-2%倾斜的板,其包括槽
-230-280℃的温度梯度
-板方法2的光泽面视频分级,所谓的“正方形划分(/10)”法。
用基于混合酯的油制备的所有润滑组合物介于植物基础物(菜子油和油酸葵花油)与商业合成酯Priolube 3970之间。
特别地,根据配方2添加添加剂的润滑组合物具有比植物基础物的性能显著高的性能。在两种类型的添加剂添加中,根据本发明的润滑组合物F和M与用商业酯Priolube 3970制备的组合物相当。
粘度性质:
等级30的润滑剂(组合物D、E、F)和等级20的润滑剂(组合物K、L、M)能够由根据本发明的PET 28-2、PET 25-3、PET 29-1配制。
考虑到组合物D、E、F在-35℃下的CCS值,SAE分类中等级5W30的发动机润滑剂的配制是可能的。
另一方面,在-35℃下的这些CCS值不遵循对于根据SAE分类的等级0W30的发动机润滑剂所要求的规格,然而,考虑到这些相同的值,似乎可通过通过对添加剂添加进行修改(特别是就聚合物和倾点抑制剂添加剂(ppd)的性质而言)配制等级0W30的这样的润滑剂。
Figure BDA0000080443660000341
表8:四冲程发动机润滑剂:配方1的组成和性能
Figure BDA0000080443660000342
Figure BDA0000080443660000351
表9:四冲程发动机润滑剂:配方2的组成和性能

Claims (28)

1.包含至少一种符合通式(I)的四元酯的油:
Figure FDA0000080443650000011
其中:
-基团R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子的脂族链,
-基团R5、R6、R7、R8是包括6-11个碳原子的短烷烃链,或者包括13-21个碳原子的长烯烃链;
-基团R5、R6、R7、R8的至少一个是包括6-11个碳原子的短烷烃链,并且基团R5、R6、R7或R8的至少一个是包括13-21个碳原子的长烯烃链,
其中,
包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为0.3-2.5,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定,
并且其中,
所述油包含至少15重量%、优选至少18重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的两个是包括6-11个碳原子的短烷烃链并且基团R5、R6、R7、R8的两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
2.根据权利要求1的油,其中R1、R2、R3、R4是包括1-4个碳原子的脂族链。
3.根据权利要求1-2中任一项的油,其中在通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成中,包括14-22个碳原子的长脂肪酸甲酯大多数是单不饱和的。
4.根据权利要求1-3中任一项的油,其包含至少30重量%、优选35重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的至少两个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯,和/或符合通式(II)的四元酯
Figure FDA0000080443650000021
其中R9、R10、R11、R12是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,和R13是包括13-21个碳原子的长烯烃链。
5.根据权利要求4的油,其包含至多10重量%、优选至多7重量%的式(II)的四元酯。
6.根据权利要求1-5中任一项的油,其包含至多25重量%的其中基团R5、R6、R7、R8的三个是包括13-21个碳原子的长烯烃链的式(I)的四元酯。
7.根据权利要求1-6中任一项的油,其包含至少85重量%的通过一种或多种式(III)的多元醇与一种或多种包括14-22个碳原子的长不饱和脂肪酸和/或一种或多种包括7-12个碳原子的短饱和脂肪酸的反应得到的偏酯或全酯,其中R1、R2、R3、R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,
8.根据权利要求1-7中任一项的油,其包含至少30重量%的包括40-70个碳原子的式(I)的四元酯,和至少15重量%、优选至少20重量%的包括45-60个碳原子的式(I)的四元酯。
9.根据权利要求1-8中任一项的油,其中包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为1.5-2.5、优选1.6-2,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
10.根据权利要求1-8中任一项的油,其中包括14-22个碳原子的长脂肪酸的摩尔数与包括7-12个碳原子的短脂肪酸的摩尔数之间的比率为0.4-1.1、优选0.42-1,所述比率基于通过应用NF ISO 5509和NF ISO 5508标准由所述油得到的脂肪酸甲酯的组成确定。
11.包含根据权利要求1-10中任一项的油的润滑组合物。
12.根据权利要求11的润滑组合物,其包含10-99%或10-70%、或10-40%、或进一步地10-50%、或15-30%、还更优选15-25%的根据权利要求1-14之一的油。
13.根据权利要求11或12之一的组合物,其进一步包含:
·0-70%、或进一步地5-70%或者30-70%的一种或多种选自第III类矿物油和/或第IV、V和VI类合成油的基础油,
·0-30%、或2-30%、优选5-20%的一种或多种使粘度指数改善的聚合物,其优选地选自甲基丙烯酸酯、烯烃、苯乙烯或二烯烃的聚合物和共聚物,
·0.2-10%、优选0.5-5%的一种或多种抗氧化剂添加剂,其优选为胺和/或酚型,
·0.01-5%的一种或多种倾点抑制剂添加剂,其优选地选自甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物。
14.根据权利要求11-13之一的组合物,其包含30-70%的一种或多种在100℃下具有4-8cSt的运动粘度的第IV类基础油。
15.根据权利要求11-14之一的润滑组合物,其在100℃下的运动粘度为5.6-9.3cSt(等级20)。
16.根据权利要求11-14之一的润滑组合物,其在100℃下的运动粘度为9.3-12.5cSt(等级30)。
17.根据权利要求1-16之一的润滑组合物,其具有大于160、优选大于175的粘度指数。
18.根据权利要求1-10中任一项的油作为摩擦改良剂添加剂的用途。
19.根据权利要求1-10中任一项的油作为润滑基础物的用途。
20.根据权利要求9的油作为用于如下的润滑基础物的用途:用于液压、传动的润滑剂,和工业润滑剂。
21.根据权利要求10的油作为用于如下的润滑基础物的用途:用于发动机、液压、传动的润滑剂,和工业润滑剂。
22.根据权利要求10的油作为用于配制可用于公共工程车辆或农用车辆两者的发动机、液压和传动的单独润滑剂的润滑基础物的用途。
23.根据权利要求11-17之一的润滑组合物作为用于四冲程发动机、优选用于轻型或重型机动车辆的发动机、优选用于汽油或柴油发动机的润滑剂的用途。
24.制备根据权利要求1-10任一项的油的方法,包括:
i)式(III)的多元醇通过一种或多种包括7-12个碳原子的饱和短脂肪酸甲酯进行酯交换的第一步骤:
Figure FDA0000080443650000041
其中基团R1-R4是包括1-10个碳原子、优选1-4个碳原子的脂族链,
所述第一步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌的均相或多相碱性酯交换催化剂的存在下,以1/5-1/2.5的初始醇/饱和脂肪酸甲酯摩尔比进行,
所述第一步骤包括以下步骤:
i.1:在约20-25℃的温度下将所述催化剂引入到由所述多元醇和所述饱和短脂肪酸甲酯形成的反应混合物中,
i.2:将所述反应混合物的温度升高至高于150℃的温度,
随后
(ii)第一步骤(i)中得到的一种或多种反应产物通过一种或多种包括14-22个碳原子并且优选包括单个不饱和度的长不饱和脂肪酸甲酯进行酯交换的第二步骤,
所述第二步骤在优选地选自甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化锰或氧化锌、优选与第一步骤(i)的均相或多相碱性酯交换催化剂相同的均相或多相碱性酯交换催化剂的存在下进行,
所述第二步骤包括以下步骤:
ii.1:根据NF T 60-231标准测量由得自第一步骤(i)的确定量的一种或多种产物形成的起始介质的羟值,并且计算所述介质中存在的未酯化的多元醇羟基的摩尔数nOH,
ii.2:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入N摩尔长不饱和脂肪酸甲酯,N/nOH摩尔比为0.8-1.2、优选等于1,
ii.3:在约20-25℃的温度下向所述介质中引入占步骤ii.2中引入的长不饱和脂肪酸甲酯的量的0.5-1.5质量%的量的所述催化剂。
25.根据权利要求24的方法,其进一步包括通过乙酸酐中和未反应的羟基的第三步骤。
26.根据权利要求24或25的方法,其中步骤(i)中使用的用于对多元醇进行酯交换的包括14-22个碳原子的不饱和长脂肪酸甲酯的混合物包含至少85重量%、优选至少90重量%、甚至更优选至少95重量%的单不饱和脂肪酸甲酯,所述百分比由NF ISO5508确定。
27.根据权利要求26的方法,其中所述单不饱和甲酯包括16-22个碳原子、优选18个碳原子。
28.根据权利要求24-27之一的方法,其中所述多元醇选自季戊四醇和新戊二醇。
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