CN103201362A - 具有改进的性能的柴油发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了设计用于生物柴油相容性的发动机,包括颗粒过滤器、能够将燃料注入发动机以便提高废气温度的发动机控制单元和润滑剂组合物,其特征在于所述润滑剂组合物包含至少一种含酯基的聚合物。
Description
技术领域
本申请涉及具有改进的性能的柴油发动机。另外,本发明描述了聚合物用于改进包含生物柴油燃料的润滑剂的低温性能的用途。
背景技术
燃料现今大部分由化石源获得。然而,这些资源是有限的,以致正在寻求代替物。因此,对可以用于制备燃料的可再生原材料越来越有兴趣。非常令人感兴趣的代替物尤其是生物柴油燃料。
术语“生物柴油”在很多情况下理解为是指脂肪酸酯,通常脂肪酸甲基酯(FAME)的混合物,其中脂肪酸部分的链长度为12-24个碳原子,具有0-3个双键。碳数越高和存在越少双键,则FAME的熔点越高。典型的原材料是植物油(即甘油酯)例如菜籽油(芥花籽油(canola oil))、向日葵油、大豆油、棕榈油、椰子油和,在个别的情况下,甚至是用过的植物油。生物柴油的另一种典型的源是动物脂肪。通过酯交换,通常用甲醇在碱性催化下,将原材料转化成相应的FAME。然而,它们的应用伴有许多不足和限制,如果它们要变成矿物油基柴油的可行的备选物,则这些不足和限制必须加以解决。
考虑到正在衰退的生态质量和正在降低的世界原油储备量,使用纯生物柴油已经是许多国家的重要的目标。然而,许多问题(从不同燃烧特性到密封材料腐蚀)已经报道为使用生物柴油作为化石柴油代替物的障碍。另一个主要的障碍是柴油机颗粒过滤器的再生。再生是从过滤器除去积累的烟灰的过程。取决于车辆的应用,颗粒过滤器的温度可能太低而不能使由颗粒过滤器过滤的颗粒燃烧。如果车辆在短拖运距离上使用,则这种问题通常发生,导致烟灰在颗粒过滤器中的积累。
通常,计算机监视一个或多个测量背压和/或温度的传感器,并基于预先程序化的设定点,该计算机决定何时激活再生循环。运行该循环太频繁,同时保持废气系统中的背压低将使用额外的燃料。未足够迅速地运行再生循环增加了发动机损坏和/或不受控制的再生(由积累的烟灰过量引起)和可能的DPF失效的风险。品质再生软件对于活性DPF系统的长寿命是必需的。
为了再生,可以将附加燃料注入发动机中以提高废气温度。此种再生类型不需要工程努力并因此是较廉价的。然而,此种循环可能导致油稀释。另一方面,可以使用蒸发器。然而,此种设备是昂贵的并可能引起失效。因此,大多数小汽车安装有能够将燃料注入发动机以提高废气温度的发动机控制单元。
上面所提及的问题取决于客车的使用类型。在非常短程循环上使用小汽车导致非常关键的问题,该问题导致短时间的润滑剂改变。另外,所述问题对具有高度复杂的排放控制系统的发动机和用于燃料节约的其它技术途径是更加关键的。发动机越复杂,发动机对润滑剂衰退越敏感,例如基于过度的生物柴油含量。
润滑剂衰退,特别是高生物柴油含量和不足够的低温性能对发动机的各种性能具有有害的影响。这些对于具有生物柴油相容性的发动机是特别关键的。不足够的低温性能通常可能引起与发动机的冷起动和冷运转特性有关的问题。除此之外,发动机的寿命和燃料消耗受润滑剂的不足够的低温性能不利地影响。
迄今已有许多尝试通过工程技术和新设施改进发动机冷起动和冷运转特性。然而,这些选项与基于高成本的缺点和通常仅最新近的汽车能从这样的改进受益的事实相联系。因此,改进发动机的冷起动和冷运转特性、寿命和燃料消耗的另外的机会将会是有帮助的。
发明内容
鉴于现有技术,本发明的目的因此是提供不限于新发动机设计且可以应用于现有的生物柴油发动机的解决方案。特别是应该改进生物柴油发动机的冷起动和冷运转特性。另外,寿命和燃料消耗的改进是本发明另一个目的。这些改进应该在没有环境缺陷的情况下达到。
本发明另一个目的是提供用于润滑油的添加剂,其提供生物柴油发动机的改进的冷起动和冷运转特性。除此之外,所述添加剂应该改进生物柴油发动机的寿命和燃料消耗。
另外,所述添加剂应该可按简单且廉价的方式制备,特别是应该使用可商购的组分。在这方面,它们应该可按工业规模制备,而为此目的无需新设备或复杂结构的设备。
本发明的另一个目标是提供在润滑剂中带来许多希望性能的添加剂。这可以使不同添加剂的数目最小化。
另外,添加剂不应该对燃料消耗或润滑剂的环境相容性显示任何不利影响。
此外,该添加剂应该改进包含高数量生物柴油的润滑油的特征。
这些目的以及没有明确指明但是可以从在此通过引入方式讨论的上下文立即推导或辨别出的其它目的通过具有权利要求1所有特征的发动机达到。对本发明发动机的合适的改进在引用权利要求1的权利要求中进行保护。
本发明因此提供设计用于生物柴油相容性的发动机,包括颗粒过滤器、能够将燃料注入发动机以便提高废气温度的发动机控制单元和润滑剂组合物,其特征在于所述润滑剂组合物包含至少一种含酯基的聚合物。
因此可以按不可预见的方式提供具有改进的冷起动和冷运转特性的设计用于生物柴油相容性的发动机。除此之外,本发明的发动机显示提高的寿命和降低的燃料消耗。
除此之外,本发明发动机能够实现延长的换油间隔。因此,所述发动机基于以特定里程为基础的较低量的发动机油提供在经济方面的显著改进。
本发明的发动机为了使颗粒过滤器再生不需要复杂设计。另外,再生不使发动机的运转特性衰退。
此外,本发明给出的解决方案不限于新的发动机设计并可以应用于具有能够将燃料注入发动机以提高废气温度的合适发动机控制单元的现有的生物柴油发动机。
另外,本发明的发动机可以具有非常高的压缩,而没有与生物柴油发动机的冷起动和冷运转特性和寿命和燃料消耗有关的有害影响。
另外,为了获得能够解决上述问题的润滑剂而使用的添加剂可以按简单且廉价的方式制备,并可以尤其使用可商购的组分。同时,制备能以工业规模进行,而为此目的无需新设备或复杂结构的设备。
另外,用于根据本发明的用途的聚合物显示尤其有利的性能分布。例如,聚合物可以经配置以致令人惊奇地剪切稳定,以致润滑剂具有非常长的使用寿命。另外,根据本发明用途的添加剂可以在润滑剂中带来许多希望的性能。例如,可以制备具有突出低温性能或粘度性能的润滑剂,该润滑剂包含本发明的含酯基的聚合物。这允许使不同添加剂的数目最小化。另外,本发明含酯基的聚合物与许多添加剂相容。这允许根据各种各样不同的要求调节润滑剂。
另外,用于用途的添加剂不对燃料消耗或润滑剂的环境相容性显示任何不利影响。
令人惊奇地,本发明含酯基的聚合物改进包含高数量的生物柴油的润滑剂的低温性能。
除此之外,可以通过使用本发明聚合物的特殊实施方案改进所述润滑剂的分散能力。考虑这些方面,一些生物柴油燃料包含高数量的对氧化敏感的烯属不饱和键。这些氧化产物仅仅可溶于发动机油并可能引起严重问题。没有生物柴油含量的发动机油中形成的颗粒和淤渣具有不同性能并,另外,没有生物柴油含量的发动机油产生较低量的此类杂质。这些杂质是发动机油变化的原因之一。
另外,本发明发动机基于本发明发动机油的中和当生物柴油燃料退化时形成的酸的能力而包括更低腐蚀。
本发明提供为生物柴油相容性设计的新型发动机。这些发动机通常是生物柴油车辆的一部分。
生物柴油车辆通常可以使用生物柴油和石油基柴油的混合物。优选的生物柴油发动机能够在燃烧室中随着燃料喷射而燃烧任何比例的所得共混物并根据通过电子传感器检测的实际共混物而自动地调节火花定时。
生物柴油车辆包括颗粒过滤器。柴油机颗粒过滤器(有时称作DPF)是设计用来从柴油发动机的废气中除去柴油机颗粒物质或烟灰的设备。壁流柴油机颗粒过滤器通常除去85%或更多烟灰,并有时(重负荷条件)可以达到接近于100%的烟灰除去效率。配备有功能过滤器的柴油动力车辆不将从它的废气管排放可见的烟雾。
优选地,颗粒过滤器具有30%-60%,更优选40%-50%的孔隙率。孔隙率是孔隙体积与颗粒过滤器的总体积之比。
优选地,颗粒过滤器由无机材料,例如硅酸盐、钛酸盐,特别是Tialite(Al2TiO5)、碳化物、陶瓷或金属材料构成。
根据优选的实施方案,颗粒过滤器是壁流过滤器。更优选,颗粒过滤器除去颗粒的至少70%,特别是至少85%,更优选至少95%。
优选地,可以使用堇青石壁流过滤器、碳化硅壁流过滤器、陶瓷纤维过滤器、金属纤维穿流过滤器。
优选地,过滤器可以由堇青石构成。堇青石是本领域中已知的特殊陶瓷材料。堇青石过滤器提供优异的过滤效率并且是廉价的。
根据另一个方面,过滤器可以由碳化硅(SiC)构成。
纤维性陶瓷过滤器由混合在一起形成多孔介质的若干不同类型的陶瓷纤维制成。纤维性过滤器具有产生更低背压的优于壁流设计的优点。
一些核由金属纤维制成,一般而言,将所述纤维"纺织"成整体料。这样的核具有以下优点:电流可以穿过该整体料以便为了再生目的而加热该核,从而允许该过滤器在低废气温度和/或低废气流量下再生。
颗粒过滤器可以具有能够降低例如烟灰的燃烧温度的涂层。
颗粒过滤器的其它信息和规格在Engine Bench and VehicleDurability Test of Si bonded SiC Particulate Filters:A.-Sindlinger等人,SAE2004-01-0952中被提到。为了公开目的引入该文献供参考。
另外,本发明发动机可以包含催化剂以除去废气的NOx及其它有害组分。
除此之外,发动机包括能够将燃料注入发动机以提高废气温度的发动机控制单元。
根据非常优选的实施方案,发动机可以基于用于将燃料注入燃烧室的共轨系统(common rail system)。
术语"共轨"是指如下事实:所有燃料喷射器由公共燃料轨(rail)供应,该公共燃料轨只不过是其中燃料以高压储存的蓄压器。这种燃料储器由高压泵供应,该高压泵提供高达且大于2,500巴的高压。该燃料储器为多个燃料喷射器提供燃料。这简化高压泵的用途,因为它仅必须维持处于目标值的指令压力(机械或电子控制)。燃料喷射器通常是ECU控制的。当电激活燃料喷射器时,机械或液压地打开液压阀(由喷嘴和活塞构成)并将燃料按所需压力喷入气缸。因为燃料压力能量远程储存并且以电力驱动喷射器,所以注射压力在注射开始时和结束时非常接近蓄压器(轨)中的压力,从而产生平方(square)注射速率。如果蓄压器、泵和管道设备尺寸适当,注射压力和速率对于多个注射事件中的每一个将是相同的。
优选地,可以在每个燃烧循环期间通过多个注射步骤注射柴油燃料,以致预先注入气缸以在递送主燃料进料之前温热燃烧室。
可以用以螺线管操作的针形阀达到令人惊讶的改进。另外,对于改进的发动机控制,可以使用压电喷射器。
优选地,共轨系统中的燃料压力包括至少800巴,特别是至少1,000巴,更优选至少1,500巴,最优选至少1,800巴。
尽管存在允许生物柴油发动机基于石油基柴油和生物柴油的任何混合物(从纯汽油至100%生物柴油(B100))运转的技术,但是北美和欧洲生物柴油车辆经优化以基于80%矿物柴油与20%生物柴油的最大共混物(称作B20燃料)运转。设置生物柴油含量方面的这种限制以避免在寒冷气候期间(温度低于11℃(52°F))的冷起动问题。
优选地,本发明的发动机设计用于包含至少5体积%,特别是至少10体积%,尤其是20体积%,更特别是至少50体积%,更优选至少80体积%的生物柴油,例如FAME的燃料。另外,本发明的发动机优选设计用于包含至少5体积%,特别是至少10体积%,尤其是20体积%,更特别是至少50体积%,更优选至少80体积%的矿物柴油的燃料。
优选地,发动机包括至少12,更优选至少16的压缩。根据优选的实施方案,压缩优选是最多26,更优选最多23。
根据本发明一个特殊方面,发动机可以包括燃料喷射泵。
可以通过包括多阀门技术的发动机达到不可预见的优点。
另外,本发明的发动机可以包括废气再循环。该废气再循环优选可以被冷却。
优选地,发动机包括用于优化燃料喷射和火花定时的发动机管理。
此外,发动机可以优选包括涡轮增压器和/或增压器。根据本发明的一个优选的实施方案,发动机可以包括可变几何涡轮增压器(VGT)。
本发明的优选的发动机满足废气排放标准Euro5,更优选Directive No.715/2007/EC中定义的EURO6的要求。所述发动机还可以满足其它要求以便遵循国家或地区标准例如美国的TIER II。
本发明柴油发动机的如上所述的特定组分的其它信息和规格在Handbuch Dieselmotoren:Mollenhauer,Springer Verlag;2007和Otto-und Dieselmotoren:Grohe,Ruβ;Vogel Buch Verlag;2007中被提到。为了公开目的引入该文献供参考。
本发明发动机包含润滑剂组合物,该润滑剂组合物包括至少一种含酯基的聚合物。
本发明描述了优选具有高油溶性的聚合物。术语"油溶性"是指可在没有宏观相形成的情况下制备基础油和含酯基的聚合物的混合物,该混合物具有至少0.1重量%,优选至少0.5重量%所述聚合物。所述聚合物可以按分散和/或溶解形式存在于这种混合物中。可以将所述聚合物添加到新鲜油和/或老化油中。另外,可以将所述聚合物添加到生物柴油中并且可以通过油的稀释导入润滑油中。油溶性特别取决于亲脂性侧链的比例和基础油。这种性能是本领域技术人员已知的并且可以容易地经由亲脂性单体的比例对特定基础油进行调节。
特别感兴趣的尤其是包含酯基的聚合物,优选聚(甲基)丙烯酸烷基酯,并优选具有2000-2000000g/mol,特别是7500-1000000g/mol,更优选10000-600000g/mol,最优选15000-80000g/mol的重均分子量Mw。
数均分子量Mn优选可以是2000-1000000g/mol,特别是5000-800000g/mol,更优选7500-500000g/mol,最优选10000-80000g/mol。
根据本发明一个特殊实施方案,含酯基的聚合物,优选聚(甲基)丙烯酸烷基酯可以具有2000-1000000g/mol,特别是20000-800000g/mol,更优选40000-500000g/mol,最优选60000-250000g/mol的重均分子量Mw。
根据本发明另一个方面,含酯基的聚合物,优选聚(甲基)丙烯酸烷基酯可以具有2000-100000g/mol,特别是4000-60000g/mol,最优选5000-30000g/mol的数均分子量Mn。
具有高分子量的聚合物特别可用作粘度指数改进剂。具有低分子量的聚合物特别可用作倾点下降剂和流动改进剂。
不希望受以下描述的任何限制,包含酯基的聚合物优选显示1-15,更优选1.1-10,特别优选1.2-5的由重均分子量与数均分子量的比例Mw/Mn给出的多分散性。可以通过凝胶渗透色谱(GPC)测定多分散性。
所述包含酯基的聚合物可以具有各种结构。例如,聚合物可以作为具有相应的极性和非极性链段的二嵌段、三嵌段、多嵌段、梳形和/或星形共聚物存在。另外,所述聚合物特别可以作为接枝共聚物存在。
含酯基的聚合物在本发明上下文中被理解为是指可通过使包含具有至少一个酯基的烯属不饱和化合物(它们在下文中称作酯单体)的单体组合物聚合获得的聚合物。酯单体本身是已知的。它们特别包括可以具有不同醇基的(甲基)丙烯酸酯、马来酸酯和富马酸酯。术语“(甲基)丙烯酸酯”包括甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯以及两者的混合物。这些单体是广泛已知的。因此,这些聚合物含有酯基作为侧链的一部分。
所述包含酯基的聚合物可以单独使用或作为具有例如不同分子量、不同重复单元组成和/或不同含酯基单体的聚合物的混合物使用。例如,一些聚合物可以具有倾点下降剂的性能,而其它聚合物是粘度指数改进剂。优选地,可以使用包含一种或多种倾点下降剂和一种或多种粘度指数改进剂的混合物。
所述包含酯基的聚合物优选包含至少40重量%,更优选至少60重量%,特别优选至少80重量%,最优选至少90重量%衍生自酯单体的重复单元。
根据本发明一个优选的实施方案,含酯基的聚合物可以包括聚(甲基)丙烯酸烷基酯(PAMA)、聚富马酸烷基酯和/或聚马来酸烷基酯。更优选,所述含酯基的聚合物是(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物。
制造聚(甲基)丙烯酸烷基酯(PAMA)、聚富马酸烷基酯和/或聚马来酸烷基酯的酯单体是本身已知的。它们特别包括可以具有不同醇部分的(甲基)丙烯酸酯、马来酸酯和富马酸酯。表述“(甲基)丙烯酸酯”包括甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯,以及这两者的混合物。这些单体是广泛已知的。在这方面,烷基部分可以是直链、环状或支链的。烷基部分也可以具有已知的取代基。
术语“重复单元”是本技术领域中公知的。本发明含酯基的聚合物优选可以利用单体的自由基聚合获得,其中ATRP、RAFT和NMP的受控自由基方法技术(将稍后对其进行阐明)被认为属于本发明范围中的自由基方法,但绝不希望这将施加限制。在这些方法中,双键打开以形成共价键。因此,重复单元由所使用的单体获得。
含酯基的聚合物优选含有衍生自醇部分中含7-4000个碳原子的酯单体的重复单元。优选地,所述聚合物包含至少40重量%,特别是至少60重量%,更优选至少80重量%的衍生自醇部分含7-4000个碳原子,优选7-300个碳原子,更优选7-30个碳原子的酯单体的重复单元。
根据一个优选的实施方案,所述聚合物可以包含衍生自醇部分含16-4000个碳原子,优选16-300个碳原子,更优选16-30个碳原子的酯单体的重复单元,和衍生自醇部分含7-15个碳原子的酯单体的重复单元。
所述含酯基的聚合物可以含有5-100重量%,特别是20-98重量%,更优选30-60重量%的衍生自醇部分含7-15个碳原子的酯单体的重复单元。
在一个特别的方面中,所述含酯基的聚合物可以含有0-90重量%,优选5-80重量%,更优选40-70重量%的衍生自醇部分含16-4000,优选16-30个碳原子的酯单体的重复单元。
优选地,所述聚合物可以包含衍生自醇部分中含23-4000个碳原子,优选23-400个碳原子,更优选23-300个碳原子的酯单体的重复单元。
另外,所述含酯基的聚合物可以含有0.1-60重量%,特别是0.5-40重量%,优选1-30重量%,更优选2-20重量%的衍生自醇部分中含1-6个碳原子的酯单体的重复单元。
根据一个优选的实施方案,所述聚合物可以包含衍生自醇部分中含23-4000个碳原子,优选23-400个碳原子,更优选23-300个碳原子的酯单体的重复单元,和衍生自醇部分中含1-6个碳原子的酯单体的重复单元。
所述含酯基的聚合物优选包含至少40重量%,更优选至少60重量%,特别优选至少80重量%,非常尤其是至少95重量%的衍生自酯单体的重复单元。
可用于获得本发明含酯基的聚合物的混合物可以含有0-40重量%,特别是0.1-30重量%,更优选0.5-20重量%的一种或多种以下式(I)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R1是含1-6个碳原子的直链或支链烷基,R2和R3各自独立地是氢或式-COOR’的基团,其中R'是氢或含1-6个碳原子的烷基。
组分(I)的实例包括
衍生自饱和醇的(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯,例如(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)丙烯酸叔丁酯和(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯;
(甲基)丙烯酸环烷基酯,例如(甲基)丙烯酸环戊酯、(甲基)丙烯酸环己酯。
待聚合的组合物优选含有0-100重量%,尤其是5-98重量%,特别是20-90重量%,更优选30-60重量%的一种或多种式(II)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R4是含7-15个碳原子的直链或支链烷基,R5和R6各自独立地是氢或式-COOR''的基团,其中R''是氢或含7-15个碳原子的烷基。
组分(II)的实例包括:
衍生自饱和醇的(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和马来酸酯,例如(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2-丙基庚酯、(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;
衍生自不饱和醇的(甲基)丙烯酸酯,例如(甲基)丙烯酸油烯基酯;
(甲基)丙烯酸环烷基酯,例如(甲基)丙烯酸3-乙烯基环己酯、(甲基)丙烯酸冰片酯;和
相应的富马酸酯和马来酸酯。
另外,优选的单体组合物包含0-100重量%,尤其是0.1-90重量%,优选5-80重量%,更优选40-70重量%的一种或多种式(III)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R7是含16-4000,优选16-400,更优选16-30个碳原子的直链或支链烷基,R8和R9各自独立地是氢或式-COOR'''的基团,其中R'''是氢或含16-4000,优选16-400,更优选16-30个碳原子的烷基。
组分(III)的实例包括衍生自饱和醇的(甲基)丙烯酸酯,例如(甲基)丙烯酸十六烷基酯、(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,例如(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。
另外,根据式(III)的单体特别包括尤其在于2002年8月7日向美国专利局(USPTO)提交的具有申请号10/212,784的US6,746,993;和于2003年8月1日向美国专利局(USPTO)提交的具有申请号10/632,108的US2004/077509中公开的长链支链(甲基)丙烯酸酯。通过参考引入这些文献的公开内容,特别是含至少16,优选至少23个碳原子的(甲基)丙烯酸酯单体。
除此之外,(甲基)丙烯酸C16-C4000烷基酯单体,优选(甲基)丙烯酸C16-C400烷基酯单体包括聚烯烃基大分子单体。所述聚烯烃基大分子单体包含至少一个衍生自聚烯烃的基团。聚烯烃是本技术领域中已知的,并且可通过由元素碳和氢组成的链烯和/或烷二烯烃,例如C2-C10-链烯,例如乙烯、丙烯、正丁烯、异丁烯、降冰片烯,和/或C4-C10-烷二烯烃,例如丁二烯、异戊二烯、降冰片二烯的聚合来获得。所述聚烯烃基大分子单体优选包含至少70重量%,更优选至少80重量%,最优选至少90重量%的衍生于链烯和/或链二烯的基团,基于所述聚烯烃基大分子单体的重量。所述聚烯烃基团可尤其还以氢化形式存在。除了衍生自链烯和/或链二烯的基团以外,衍生于聚烯烃基大分子单体的(甲基)丙烯酸烷基酯单体还可包含其它基团。它们包括小比例的可共聚合单体。这些单体本身是已知的,且尤其包括(甲基)丙烯酸烷基酯、苯乙烯单体、富马酸酯、马来酸酯、乙烯基酯和/或乙烯基醚。基于可共聚合单体的这些基团的比例优选是最多30重量%,更优选最多15重量%,基于聚烯烃基大分子单体的重量。另外,聚烯烃基大分子单体可以包含用于官能化作用或通过制备聚烯烃基大分子单体产生的起始基团和/或端基。这些起始基团和/或端基的比例优选最多30重量%,更优选最多15重量%,基于聚烯烃基大分子单体的重量。
聚烯烃基大分子单体的数均分子量优选在500-50000g/mol,更优选700-10000g/mol,尤其1500-8000g/mol,最优选2000-6000g/mol的范围内。
在经由低分子量和大分子单体的共聚制备梳形聚合物的情况下,这些数值由大分子单体的性能得出。在聚合物相似转变反应的情况下,这种性能例如在考虑主链的被转化的重复单元的条件下由所使用的大分子醇和/或大分子胺得到。在接枝共聚的情况下,可利用没有结合入主链内的所形成的聚烯烃的比例推断出聚烯烃的分子量分布。
聚烯烃基大分子单体优选具有低的熔点,该熔点是利用差示扫描量热法(DSC)测得的。聚烯烃基大分子单体的熔点优选小于或等于-10℃,特别优选小于或等于-20℃,更优选小于或等于-40℃。最优选地,对于聚(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物中衍生自聚烯烃基大分子单体的重复单元,不可测量到DSC熔点。
聚烯烃基大分子单体公开在如下出版物中:于2007年7月9日向德国专利局提交的具有申请号DE102007032120.3的DE 10 2007 032 120A1;和于2007年9月26日向德国专利局提交的具有申请号DE102007046223.0的DE 10 2007 046 223 A1;通过参考在此引入这些文献。
具有长链醇部分的酯化合物,特别是组分(II)和(III),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而得到,这一般产生酯例如醇部分中具有不同的长链烃的(甲基)丙烯酸酯的混合物。这些脂肪醇包括 类型(Sasol); 类型(Cognis);10 (Exxon Chemicals);
在烯属不饱和酯化合物当中,(甲基)丙烯酸酯相对于马来酸酯和富马酸酯是尤其优选的,即式(I)、(II)和(III)的R2、R3、R5、R6、R8和R9在尤其优选的实施方案中各自是氢。
衍生自含7-15个碳原子的酯单体的单元,优选式(II)的单元,与衍生自含16-4000个碳原子的酯单体的单元,优选式(III)的单元的重量比可以在宽范围内。衍生自醇部分中含7-15个碳原子的酯单体的重复单元与衍生自醇部分中含16-4000个碳原子的酯单体的重复单元的重量比优选在30:1-1:30,更优选5:1-1:5,特别优选3:1-1.1:1的范围内。根据另一个优选的实施方案,衍生自醇部分中含7-15个碳原子的酯单体的重复单元与衍生自醇部分中含16-4000个碳原子的酯单体的重复单元的重量比优选在4:1-1:4,更优选3:1-1:3,特别2.4:1-1.1:1的范围内。
所述聚合物可以含有衍生自作为任选的组分的共聚单体的单元。这些共聚单体包括
(甲基)丙烯酸芳基酯,如(甲基)丙烯酸苄基酯或(甲基)丙烯酸苯基酯,其中所述丙烯酰基残基在每种情况下可以是未取代或取代高达四次;
卤化醇的(甲基)丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸2,3-二溴丙酯、(甲基)丙烯酸4-溴苯基酯、(甲基)丙烯酸1,3-二氯-2-丙酯、(甲基)丙烯酸2-溴代乙酯、(甲基)丙烯酸2-碘代乙酯、(甲基)丙烯酸氯代甲酯;
(甲基)丙烯酸的腈及其它含氮甲基丙烯酸酯,例如N-(甲基丙烯酰氧基乙基)二异丁基酮亚胺、N-(甲基丙烯酰氧基乙基)二(十六烷基)酮亚胺、(甲基)丙烯酰氨基乙腈、2-甲基丙烯酰氧基乙基甲基氰胺、(甲基)丙烯酸氰基甲酯;
卤乙烯,例如,氯乙烯、氟乙烯、偏二氯乙烯和偏二氟乙烯;
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的苯乙烯,例如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的苯乙烯,例如乙烯基甲苯和对甲基苯乙烯,卤化苯乙烯例如单氯代苯乙烯、二氯代苯乙烯、三溴代苯乙烯和四溴代苯乙烯;
乙烯基和异戊二烯基醚;
马来酸和马来酸衍生物例如马来酸的单酯和二酯、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;
甲基丙烯酸和丙烯酸。
根据本发明一个特殊方面,含酯基的聚合物包含分散性单体。
分散性单体应理解为特别是指具有官能团的单体,可以假定由于这些官能团,含这些官能团的聚合物可以保持颗粒,特别是烟灰颗粒处于溶解状态(参见R.M.Mortier,S.T.Orszulik(编者):"Chemistry andTechnology of Lubricants",Blackie Academic&Professional,伦敦,第二版,1997)。它们特别包括具有含硼、含磷、含硅、含硫、含氧和含氮基团的单体,优选氧官能化和氮官能化的单体。
适当地,可以特别使用杂环乙烯基化合物和/或以下式(IV)的烯属不饱和的极性酯化合物作为分散性单体
其中R是氢或甲基,X是氧、硫或式-NH-或-NRa-的氨基,其中Ra是含1-40,优选1-4个碳原子的烷基,R10是含2-1000,特别是2-100,优选2-20个碳原子并具有至少一个杂原子,优选至少两个杂原子的基团,R11和R12各自独立地是氢或式 COX’R10’的基团,其中X’是氧或式-NH-或-NRa’-的氨基,其中Ra’是含1-40,优选1-4个碳原子的烷基,R10’是含1-100,优选1-30,更优选1-15个碳原子的基团。
表述“含有2-1000个碳的基团”表示含有2-1000个碳原子的有机化合物的基团。类似的定义适用于相应的术语。它涵盖芳族和杂芳族基团以及烷基、环烷基、烷氧基、环烷氧基、烯基、烷酰基、烷氧基羰基以及杂脂族基团。所提及的基团可以是支化或未支化的。此外,这些基团可以带有常见的取代基。取代基是例如,含1-6个碳原子的线性和支化烷基,如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、2-甲基丁基或己基;环烷基,如环戊基和环己基;芳族基团,如苯基或萘基;氨基,羟基,醚基,酯基以及卤化物。
根据本发明,芳族基团表示优选含有6-20个,特别是6-12个碳原子的单环或多环芳族化合物的基团。杂芳族基团表示这样的芳基,其中至少一个CH基被N代替,和/或至少两个相邻的CH基被S、NH或O代替,其中杂芳族基团含有3-19个碳原子。
根据本发明优选的芳族或杂芳族基团衍生自苯、萘、联苯、二苯醚、二苯基甲烷、二苯基二甲基甲烷、二苯酮、二苯砜、噻吩、呋喃、吡咯、噻唑、唑、咪唑、异噻唑、异唑、吡唑、1,3,4-二唑、2,5-二苯基-1,3,4-二唑、1,3,4-噻二唑、1,3,4-三唑、2,5-二苯基-1,3,4-三唑、1,2,5-三苯基-1,3,4-三唑、1,2,4-二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,4-三唑、1,2,3-三唑、1,2,3,4-四唑、苯并[b]噻吩、苯并[b]呋喃、吲哚、苯并[c]噻吩、苯并[c]呋喃、异吲哚、苯并唑、苯并噻唑、苯并咪唑、苯并异唑、苯并异噻唑、苯并吡唑、苯并噻二唑、苯并三唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、咔唑、吡啶、联吡啶、吡嗪、吡唑、嘧啶、哒嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,4,5-三嗪、四嗪、喹啉、异喹啉、喹喔啉、喹唑啉、噌啉、1,8-萘啶、1,5-萘啶、1,6-萘啶、1,7-萘啶、酞嗪、吡啶并嘧啶、嘌呤、喋啶或喹嗪、4H-喹嗪、二苯醚、蒽、苯并吡咯、苯并噻二唑、苯并二唑、苯并吡啶、苯并吡嗪、benzopyrazidine、苯并嘧啶、苯并三嗪、吲嗪、吡啶并吡啶、咪唑并嘧啶、吡嗪并嘧啶、咔唑、吖啶、吩嗪、苯并喹啉、吩嗪、吩噻嗪、acridizine、苯并喋啶、菲咯啉和菲,它们各自任选还可以被取代。
优选的烷基包括甲基、乙基、丙基、异丙基、1-丁基、2-丁基、2-甲基丙基、叔丁基、戊基、2-甲基丁基、1,1-二甲基丙基、己基、庚基、辛基、1,1,3,3-四甲基丁基、壬基、1-癸基、2-癸基、十一烷基、十二烷基、十五烷基和二十烷基。
优选的环烷基包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基,它们各自任选被支化或未支化的烷基取代。
优选的烷酰基包括甲酰基、乙酰基、丙酰基、2-甲基丙酰基、丁酰基、戊酰基、新戊酰基、己酰基、癸酰基和十二烷酰基。
优选的烷氧基羰基包括甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、丁氧基羰基、叔丁氧基羰基、己氧基羰基、2-甲基己氧基羰基、癸氧基羰基或十二烷氧基羰基。
优选的烷氧基包括其烃基是上述优选的烷基之一的烷氧基。
优选的环烷氧基包括其烃基是上述优选的环烷基之一的环烷氧基。
基团R10中存在的优选的杂原子包括氧、氮、硫、硼、硅和磷,优选氧和氮。
基团R10包含至少一个,优选至少两个,优先至少三个杂原子。
在式(IV)的酯化合物中基团R10优选具有至少2个不同的杂原子。在这种情况下,在至少一种式(IV)的酯化合物中基团R10可以包含至少一个氮原子和至少一个氧原子。
式(IV)的烯属不饱和的极性酯化合物的实例包括(甲基)丙烯酸氨烷基酯、氨基烷基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、醚醇的(甲基)丙烯酸酯、杂环(甲基)丙烯酸酯和/或含羰基的(甲基)丙烯酸酯。
(甲基)丙烯酸羟烷基酯包括(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸3,4-二羟基丁酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸3-羟丙酯、2,5-二甲基-1,6-己二醇(甲基)丙烯酸酯和1,10-癸二醇(甲基)丙烯酸酯。
醚醇的(甲基)丙烯酸酯包括(甲基)丙烯酸四氢糠基酯、(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)丙烯酸环己氧基乙酯、(甲基)丙烯酸丙氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸苄氧基乙酯、(甲基)丙烯酸糠基酯、(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基-2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基-2-乙氧基丙酯、乙氧基化(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸1-乙氧基丁酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基-2-乙氧基-2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸的酯和甲氧基聚乙二醇。
合适的含羰基的(甲基)丙烯酸酯包括,例如,(甲基)丙烯酸2-羧基乙酯、(甲基)丙烯酸羧基甲酯、(甲基)丙烯酸唑烷基乙酯、N-(甲基丙烯酰氧基)甲酰胺、(甲基)丙烯酸丙酮基酯、琥珀酸单-2-(甲基)丙烯酰氧基乙酯、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)丙烯酰氧基乙基)-2-吡咯烷酮、N-(3-(甲基)丙烯酰氧基丙基)-2-吡咯烷酮、N-(2-(甲基)丙烯酰氧基十五烷基)-2-吡咯烷酮、N-(3-(甲基)丙烯酰氧基十七烷基)-2-吡咯烷酮和N-(2-(甲基)丙烯酰氧基乙基)亚乙基脲、(甲基)丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙酯。
杂环(甲基)丙烯酸酯包括(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)丙烯酰氧基乙基)-2-吡咯烷酮。
特别感兴趣的还有(甲基)丙烯酸氨烷基酯和氨基烷基(甲基)丙烯酰胺,例如(甲基)丙烯酸二甲基氨基丙酯、二甲基氨基二甘醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸3-二乙基氨基戊酯和(甲基)丙烯酸3-二丁基氨基十六烷基酯。
另外,可以使用含磷、含硼和/或含硅的(甲基)丙烯酸酯作为分散性单元,例如(甲基)丙烯酸2-(二甲基磷酸基)丙酯、(甲基)丙烯酸2-(亚乙基亚磷酸基)丙酯、(甲基)丙烯酸二甲基膦基甲酯、(甲基)丙烯酸二甲基膦酰基乙酯、(甲基)丙烯酰基膦酸二乙基酯、(甲基)丙烯酰基磷酸二丙基酯、(甲基)丙烯酸2-(二丁基膦酰基)乙酯、2,3-亚丁基(甲基)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。
优选的杂环乙烯基化合物包括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、N-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、乙烯基氧杂环戊烷、乙烯基呋喃、乙烯基噻吩、乙烯基硫杂环戊烷、乙烯基噻唑和氢化乙烯基噻唑、乙烯基唑和氢化乙烯基唑,尤其优选使用N-乙烯基咪唑和N-乙烯基吡咯烷酮用于官能化。
上面详述的单体可以单独地或作为混合物使用。
尤其有利的特别是包含酯基的并且使用以下物质获得的聚合物:甲基丙烯酸2-羟丙基酯、甲基丙烯酸2-羟乙基酯、琥珀酸单-2-甲基丙烯酰氧基乙基酯、N-(2-甲基丙烯酰氧基乙基)亚乙基脲、甲基丙烯酸2-乙酰乙酰氧基乙基酯、甲基丙烯酸2-(4-吗啉基)乙酯、二甲基氨基二甘醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯和/或二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺。
可以用包含酯基的聚合物达到特殊的改进,该包含酯基的聚合物是使用N-乙烯基-2-吡咯烷和/或N-乙烯基-2-吡咯烷酮获得的。
分散性和非分散性单体可以在含酯基的聚合物内统计分布。基于所述含酯基的聚合物的重量,统计聚合物中的分散性重复单元的比例优选在0重量%-20重量%,更优选1重量%-15重量%,最优选2.5重量%-10重量%的范围内。
更优选,分散性重复单元可以选自二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺(DMAPMA)和/或甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEMA),并且分散性重复单元基于含酯基的聚合物的重量计的量优选在0.5重量%-10重量%,更优选1.2重量%-5重量%的范围内。
更优选,分散性重复单元可以选自甲基丙烯酸2-(4-吗啉基)乙酯(MOEMA)、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)和/或甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA),并且分散性重复单元基于含酯基的聚合物的重量计的量优选在2重量%-20重量%,更优选5重量%-10重量%的范围内。
根据本发明另一个方面,含酯基的聚合物可以仅包含少量的分散性重复单元。根据此种方面,分散性重复单元的比例优选是最多5%,更优选最多2%,最优选最多0.5%,基于含酯基的聚合物的重量。
根据本发明一个特殊的方面,用于发动机中的润滑剂优选可以包含聚合物的混合物并且所述聚合物中的至少一种包含大量分散性重复单元并且所述聚合物中至少一种包含少量的上述分散性重复单元。
根据本发明一个优选的实施方案,含酯基的聚合物是具有非分散性(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物作为接枝基础物和具有分散性单体作为接枝层的接枝共聚物。优选地,非分散性(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物主要包含根据如上文和下文所限定的式(I)、(II)和(III)的(甲基)丙烯酸酯单体单元。接枝或嵌段共聚物中分散性重复单元的比例基于含酯基的聚合物的重量计优选在0重量%-20重量%,更优选1重量%-15重量%,最优选2.5重量%-10重量%的范围内。
分散性单体优选是如上文和下文所述的杂环乙烯基化合物。
根据本发明另一个方面,含酯基的聚合物是具有至少一个极性嵌段和至少一个疏水性嵌段的(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物。
优选地,所述极性嵌段包含至少三个彼此直接键接的衍生自式(IV)的单体和/或杂环乙烯基化合物的单元。
优选的聚合物包含至少一个疏水性嵌段和至少一个极性嵌段,所述极性嵌段具有至少八个重复单元且所述极性嵌段中的分散性重复单元的重量比例是至少30%,基于所述极性嵌段的重量。
优选的本发明的聚合物可以具有极性和疏水性嵌段。在本文中的术语"嵌段"表示聚合物的片段。所述嵌段可以具有由一个或多个单体单元组成的基本上恒定的组成。另外,所述嵌段可以具有梯度,在这种情况下,不同单体单元(重复单元)的浓度在链段长度内改变。所述极性嵌段经由分散性单体的比例而与疏水性嵌段区分。所述疏水性嵌段可以最多具有小比例的分散性重复单元(单体单元),而极性嵌段包含高比例的分散性重复单元(单体单元)。
所述极性嵌段可以优选包含至少8个,特别优选至少12个,最优选至少15个重复单元。同时,所述极性嵌段包含至少30重量%,优选至少40重量%的分散性重复单元,基于所述极性嵌段的重量。除了分散性重复单元之外,极性嵌段还可以具有没有任何分散作用的重复单元。极性嵌段可以具有无规结构,以致不同的重复单元在链段长度内具有无规分布。另外,极性嵌段可以具有嵌段结构或呈梯度形式的结构,以致极性嵌段内的非分散性重复单元和分散性重复单元具有不均匀分布。
疏水性嵌段可以包含小比例的分散性重复单元,该比例优选小于20重量%,更优选小于10重量%,最优选小于5重量%,基于疏水性嵌段的重量。在尤其合适的配置中,疏水性嵌段基本不包含分散性重复单元。
所述包含酯基的聚合物的疏水性嵌段可以具有5-100重量%,特别是20-98重量%,优选30-95重量%,最优选70-92重量%的衍生自醇基中含7-15个碳原子的酯单体的重复单元。
在一个特别的方面中,所述包含酯基的聚合物的疏水性嵌段可以具有0-80重量%,优选0.5-60重量%,更优选2-50重量%,最优选5-20重量%的衍生自醇基中含16-4000个碳原子的酯单体的重复单元。
另外,所述包含酯基的聚合物的疏水性嵌段可以具有0-40重量%,优选0.1-30重量%,更优选0.5-20重量%的衍生自醇基中含1-6个碳原子的酯单体的重复单元。
所述包含酯基的聚合物的疏水性嵌段优选包含至少40重量%,更优选至少60重量%,特别优选至少80重量%,最优选至少90重量%的衍生自酯单体的重复单元。
疏水性和疏水性嵌段的长度可以在宽范围内变化。疏水性嵌段优选具有至少10,特别是至少40的重均聚合度。疏水性嵌段的重均聚合度优选在20-5000,特别是50-2000的范围内。
基于含酯基的聚合物的重量,分散性重复单元的比例优选是0.5重量%-20重量%,更优选1.5重量%-15重量%,最优选2.5重量%-10重量%。同时,这些重复单元优选在所述含酯基的聚合物内形成链段状结构,以致优选至少70重量%,更优选至少80重量%属于极性嵌段,基于所述分散性重复单元的总重量。
优选地,所述疏水性嵌段和所述极性嵌段的重量比在100:1-1:1,更优选30:1-2:1,最优选10:1-4:1的范围内。
含酯基的聚合物由上述组合物的制备是本身已知的。因此,可特别地通过自由基聚合以及相关的方法,例如ATRP(=原子转移自由基聚合)或RAFT(=可逆加成断裂链转移)获得这些聚合物。
常规的自由基聚合尤其在Ullmanns's Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,第6版中进行了描述。一般而言,为此目的使用聚合引发剂和链转移剂。可使用的引发剂包括本技术领域公知的偶氮引发剂,例如AIBN和1,1-偶氮双环己烷腈,以及过氧化合物,例如甲基乙基酮过氧化物、乙酰丙酮过氧化物、二月桂基过氧化物、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、酮过氧化物、过辛酸叔丁酯、甲基异丁基酮过氧化物、环己酮过氧化物、过氧化二苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁酯、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、过氧化二枯基、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、氢过氧化枯基、氢过氧化叔丁基、双(4-叔丁基环己基)过氧二碳酸酯,两种或更多种上述化合物彼此间的混合物,以及上述化合物与没有提及但同样可以形成自由基的化合物的混合物。适合的链转移剂尤其是油溶性硫醇,如正十二烷基硫醇或2-巯基乙醇,或选自萜类的链转移剂,如萜品油烯。
ATRP方法本身是已知的。假定它是"活性"自由基聚合,但不希望该机理的描述将施加限制。在这些方法中,过渡金属化合物与具有可转移的原子团的化合物进行反应。这将可转移的原子团转移到过渡金属化合物上,这使金属氧化。这种反应形成加成到烯属基团上的自由基。然而,原子团转移到过渡金属化合物上是可逆的,因此原子团转移回生长中的聚合物链上,这形成受控的聚合体系。因此可以控制聚合物的结构、分子量和分子量分布。
这种反应例如由J-S.Wang等人在J.Am.Chem.Soc.,第117卷,第5614-5615页(1995)中,由Matyjaszewski在Macromolecules,第28卷,第7901-7910页(1995)中进行了描述。此外,专利申请WO96/30421、WO97/47661、WO97/18247、WO98/40415和WO99/10387公开了上面说明的ATRP的变体方案。
另外,本发明聚合物例如还可以经由RAFT方法获得。该方法例如在WO98/01478和WO2004/083169中进行了详细描述,为了公开的目的明确对其进行参考。
另外,本发明聚合物可通过NMP方法(氮氧调控聚合)获得,该方法尤其描述在US4581429中。
这些方法全面地,尤其采用进一步的参考文献,尤其描述在K.Matyjaszewski,T.P.Davis,Handbook of Radical Polymerization,Wiley Interscience,Hoboken2002中,出于公开目的明确参考该文献。
聚合可以在常压、减压或升高的压力下进行。聚合温度一般在-20至200℃,优选0-160℃,更优选60-140℃的范围内。
聚合可以在有或者没有溶剂的情况下进行。术语“溶剂”在此应广义理解。
聚合优选在非极性溶剂中进行。这些包括烃溶剂,例如芳族溶剂例如甲苯、苯和二甲苯,饱和烃,例如环己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十二烷,它们也可以呈支化形式存在。这些溶剂可以单独地使用和作为混合物使用。尤其优选的溶剂是矿物油、矿物来源的柴油燃料、天然植物和动物油、生物柴油燃料和合成油(例如酯油例如己二酸二壬酯),以及它们的混合物。这些当中,非常尤其优选矿物油和矿物柴油燃料。
根据本发明一个特殊的方面,基于乙基乙酸乙烯酯的聚合物可以用作含酯基的聚合物。基于乙基乙酸乙烯酯的优选的聚合物描述在EP0739971B1、EP0721492B2和EP0741181B1中。通过参考在此引入于1993年6月29日以申请号96202136.6向欧洲专利局提交的文献EP0739971B1;于1994年7月22日以申请号94924280.4向欧洲专利局提交的EP0721492B2和于1993年6月29日以申请号96202137.4向欧洲专利局提交的EP0741181B1。
优选地,可以使用不同的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)基的聚合物的混合物以便改进包含生物柴油杂质的润滑油的性能。第一EVA基聚合物可以包含乙烯、乙酸乙烯酯和(甲基)丙烯酸、富马酸和/或马来酸的烷基酯。所述烷基酯优选在烷基残基中含有6-20,更优选7-12个碳原子。至于富马酸酯和/或马来酸酯,优选二酯。第一EVA聚合物优选具有50-90mol%的乙烯含量和10-40mol%的乙酸乙烯酯含量。衍生自(甲基)丙烯酸酯、富马酸酯和/或马来酸酯的烷基酯的量优选在1-20mol%,更优选2-10mol%的范围内。第一EVA聚合物的重均分子量Mw可以优选在10000-50000g/mol的范围内。第一EVA聚合物的多分散性Mw/Mn优选在1.1-5,更优选1.5-3的范围内。第二EVA聚合物优选具有60-95mol%的乙烯含量和5-40mol%的乙酸乙烯酯含量。第二EVA聚合物的重均分子量Mw可以优选在1000-10000g/mol的范围内。第二EVA聚合物的多分散性Mw/Mn优选在1.1-5,更优选2.0-4的范围内。
优选地,所述润滑剂包含至少两种含酯基的聚合物的混合物。更优选,所述润滑剂包含如上文和下文所述的(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物和乙烯-乙酸乙烯酯聚合物。
根据本发明一个特殊的方面,本发明发动机的润滑剂优选包含含酯基的聚合物和优选具有粘度指数改进或增稠作用的烯烃类聚合物。此类聚烯烃是早就已知的并在现有技术中提到的文献中进行了描述。
这些聚烯烃尤其包括聚烯烃共聚物(OCP)和氢化的苯乙烯/二烯共聚物(HSD)。
待根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-[sic]和/或另外的含5-20个C原子的烯烃[sic]合成的聚合物,如已经推荐作为VI改进剂的那些。也可以使用已经接枝有少量的含氧或含氮单体(例如0.05-5重量%马来酸酐)的体系。一般将含二烯组分的共聚物氢化以便降低粘度指数改进剂的氧化敏感性和交联倾向。
分子量Mw一般是10000-300000,优选50000-150000。此类烯烃共聚物例如描述在德国公开申请DE-A1644941、DE-A1769834、DE-A1939037、DE-A1963039和DE-A2059981中。
乙烯/丙烯共聚物是尤其有用的并且也可能的是具有已知的三元组分的三元共聚物,例如乙叉基降冰片烯(参见Macromolecular Reviews,第10卷(1975)),但是还必须考虑它们在老化过程中的交联倾向。分布可以是基本上无规的,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/丙烯的比例在一定的限度内可变化,这可以对于乙烯设置到大约75%和对于丙烯设置到大约80%作为上限。由于其降低的在油中溶解的倾向,所以聚丙烯与乙烯/丙烯共聚物相比不太适合。除了具有主要是无规立构的丙烯引入的聚合物之外,还可以使用具有更显著的全同立构或间同立构的丙烯引入的那些。
氢化的苯乙烯/二烯共聚物(HSD)同样是已知的,这些聚合物例如描述在DE2156122中。它们一般是氢化的异戊二烯/苯乙烯或丁二烯/苯乙烯共聚物。二烯与苯乙烯之比优选在2:1-1:2的范围内,更优选大约55:45。分子量Mw一般是10000-300000,优选5000-150000。根据本发明一个特别的方面,在加氢后双键的比例不超过15%,尤其优选不超过5%,基于加氢之前的双键的数目。
根据本发明的一个非常优选的实施方案,含酯基的聚合物是嵌段共聚物,该嵌段共聚物包含含酯基的单元的嵌段和烯烃类嵌段。优选地,烯烃类嵌段衍生自HSD聚合物和/或OCP聚合物。
包含含酯基的单元的嵌段和烯烃类嵌段的嵌段共聚物公开在如下出版物中:于1983年10月28日向德国专利局提交的具有申请号P3339103.3的DE3339103A1;和于1979年2月16日向德国专利局提交的具有申请号P2905954.9的DE2905954A1;这些文献通过参考引入本文。
除了含酯基的聚合物之外,用于本发明发动机中的润滑剂包括基础油。优选的基础油特别包括矿物油、合成油和天然油。
矿物油本身是已知的并且可商购。它们通常是从矿物油或原油通过蒸馏和/或精制以及任选的进一步的纯化和整理工艺而获得,其中术语“矿物油”特别包括原油或矿物油的较高沸点级分。一般而言,在5000Pa下,矿物油的沸点高于200℃,优选高于300℃。同样可以通过页岩油的低温碳化、烟煤的焦化、隔绝空气下蒸馏褐煤以及氢化沥青或褐煤而进行制备。因此,矿物油根据其来源而具有不同比例的芳烃、环烃、支化烃和线性烃。
通常,在原油或矿物油中区分为链烷烃基、环烷烃类和芳族级分,其中术语“链烷烃基级分”表示较长链或较高度支化的异烷烃,环烷烃类级分表示环烷烃。此外,矿物油根据其来源和整理而具有不同比例的正烷烃、具有低支化度的异烷烃(称为单甲基支化链烷烃),和含有杂原子,尤其是O、N和/或S的化合物,极性性质的程度归因于所述杂原子。然而,难以指定,因为各烷烃分子可以既有长链支化的基团和环烷烃基团,又具有芳族部分。就本发明目的而言,例如可以根据DIN51378进行指定。极性级分也可以根据ASTM D2007确定。
在优选的矿物油中正烷烃比例小于3重量%,含有O、N和/或S的化合物的分数小于6重量%。芳族化合物和单甲基支化链烷烃的分数在每种情况下通常为0-40重量%。根据一个感兴趣的方面,矿物油主要含有环烷烃类和链烷烃基烷烃,它们通常有大于13个,优选大于18个,最优选大于20个碳原子。这些化合物的分数通常≥60重量%,优选≥80重量%,但不希望这将施加限制。优选的矿物油含有0.5-30重量%芳族级分、15-40重量%环烷烃类级分、35-80重量%链烷烃基级分,至多3重量%正烷烃和0.05-5重量%极性化合物,在每种情况下基于矿物油的总重量。
通过常规方法,如脲分离和硅胶上的液相色谱,对尤其优选的矿物油进行的分析显示,例如有以下成分,其中百分率涉及所使用的具体矿物油的总重量:
含大约18-31个碳原子的正烷烃:
0.7-1.0%,
含18-31个碳原子的轻微支化的烷烃:
1.0-8.0%,
含14-32个碳原子的芳族化合物:
0.4-10.7%,
含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%。
改进类别的矿物油(降低的硫含量、降低的氮含量、更高的粘度指数、更低的倾点)由矿物油的氢处理(加氢异构化、加氢裂化、加氢处理、加氢整理)得到。在氢气存在下,这显著地减少芳族组分并累积环烷烃类组分。
与矿物油的分析有关的有用信息和具有不同组成的矿物油列举可以参见,例如,T.Mang,W.Dresel(编者):"Lubricants andLubrication",Wiley-VCH,Weinheim2001;R.M.Mortier,S.T.Orszulik(编者):"Chemistry and Technology of Lubricants",BlackieAcademic&Professional,伦敦,第二版,1997;或J.Bartz:"Additivefür Schmierstoffe",Expert-Verlag,Renningen-Malmsheim1994。优选地,矿物油可以选自第I组,第II组和/或第III组油,其中第II组和第III组油是优选的。
合成油包括有机酯,例如二酯和聚酯,聚亚烷基二醇,聚醚,合成烃,特别是聚烯烃,其中优选聚α-烯烃(PAO),硅酮油和全氟烷基醚。另外,可以使用源自气至液(GTL)、煤至液(CTL)或生物质至液(BTL)工艺的合成基础油。它们通常比矿物油稍贵,但是具有与它们的性能有关的优点。
天然油是动物或植物油,如牛骨油或霍霍巴油。
用于润滑油配方的基础油根据API(美国石油协会)分成几组。矿物油划分为第I组(非氢处理的)并且,取决于饱和度、硫含量和粘度指数,划分为第II和III组(都经加氢处理)。PAO对应于第IV组。所有其它基础油包含在第V组中。
这些润滑油还可以作为混合物使用并且在很多情况下是可商购的。
含酯基的聚合物在润滑油组合物中的浓度优选是0.01-30重量%,更优选0.1-20重量%,最优选0.5-10重量%,基于所述组合物的总重量。
含酯基的聚合物可以与润滑油混合。另外,可以在如上所述的润滑油中制备所述聚合物。除此之外,所述含酯基的聚合物还可以作为浓缩物或作为添加剂包的组分形式使用。可以将所述包含酯基的聚合物添加到新鲜油和/或老化油中。另外,可以将含酯基的聚合物直接地添加在发动机油中或经由使用包含这些聚合物的柴油混合物的稀释效应间接地添加。
除了含酯基的聚合物用于根据本发明用途之外,这里详述的润滑油组合物还可以包含其它添加剂。这些添加剂包括粘度指数改进剂、倾点改进剂和DI添加剂(分散剂、清净剂、消泡剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、抗磨和极压添加剂、摩擦改进剂)。
额外可用的VI改进剂包括聚(异)丁烯(PIB)、富马酸酯-烯烃共聚物、苯乙烯-马来酸酯共聚物、氢化的苯乙烯-二烯共聚物(HSD)和烯烃共聚物(OCP)。
用于润滑油的VI改进剂和倾点改进剂的汇编还在T.Mang,W.Dresel(编者):"Lubricants and Lubrication",Wiley-VCH,Weinheim2001:R.M.Mortier,S.T.Orszulik(编者):"Chemistry and Technologyof Lubricants",Blackie Academic&Professional,伦敦,第二版,1997;或J.Bartz:"Additive für Schmierstoffe",Expert-Verlag,Renningen-Malmsheim1994中进行了详述。
合适的分散剂包括聚(异丁烯)衍生物,例如聚(异丁烯)琥珀酰亚胺(PIBSI);含N/O官能团的乙烯-丙烯低聚物。
优选的清净剂包括含金属的化合物,例如苯氧化物;水杨酸盐;硫代膦酸盐,特别是硫代焦膦酸盐、硫代膦酸盐和膦酸盐;磺酸盐和碳酸盐。作为金属,这些化合物可以特别包含钙、镁和钡。这些化合物可以优选以中性或过碱性形式使用。
特别感兴趣的还有消泡剂,它们在很多情况下划分为含硅酮和无硅酮消泡剂。含硅酮消泡剂包括线性聚(二甲基硅氧烷)和环状聚(二甲基硅氧烷)。可以使用的无硅酮消泡剂在很多情况下是聚醚,例如聚(乙二醇)或磷酸三丁酯。
在一个特定的实施方案中,本发明润滑油组合物可以包含腐蚀抑制剂。它们在很多情况下划分为防锈添加剂和金属钝化剂/减活化剂。所使用的防锈添加剂尤其可以是磺酸盐,例如石油磺酸盐或(在很多情况下过碱性)合成烷基苯磺酸盐,例如二壬基萘磺酸盐;羧酸衍生物,例如羊毛蜡(羊毛脂)、氧化链烷烃、环烷酸锌、烷基化琥珀酸、4-壬基苯氧基乙酸、酰胺和酰亚胺(N-酰基肌氨酸、咪唑啉衍生物);胺中和的单和二烷基磷酸盐;吗啉、二环己胺或二乙醇胺。金属钝化剂/减活化剂包括苯并三唑、甲苯基三唑、2-巯基苯并噻唑、二烷基-2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑;N,N'-二亚水杨基亚乙基二胺、N,N'-二亚水杨基亚丙基二胺;锌的二烷基二硫代磷酸盐和二烷基二硫代氨基甲酸盐。
另一组优选的添加剂是抗氧化剂。抗氧化剂包括例如酚,例如2,6-二-叔丁基苯酚(2,6-DTB)、丁基化羟基甲苯(BHT)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4,4′-亚甲基-双(2,6-二-叔丁基苯酚);芳族胺,特别是烷基化二苯胺、N-苯基-1-萘胺(PNA)、聚合物型2,2,4-三甲基二氢醌(TMQ);包含硫和磷的化合物,例如金属二硫代磷酸盐,例如二硫代磷酸锌(ZnDTP),"OOS-三酯"=二硫代磷酸与来自烯烃、环戊二烯、降冰片二烯、α-蒎烯、聚丁烯、丙烯酸酯、马来酸酯(燃烧时无灰分)的活化双键的反应产物;有机硫化合物例如二烷基硫醚,二芳基硫醚、多硫化物、改性硫醇、噻吩衍生物、黄原酸酯、硫代甘醇、硫醛、含硫羧酸;杂环的硫/氮化合物,特别是二烷基二巯基噻二唑、2-巯基苯并咪唑;锌-和亚甲基-双(二烷基二硫代氨基甲酸盐(酯));有机磷化合物,例如三芳基亚磷酸酯和三烷基亚磷酸酯;有机铜化合物和过碱性的基于钙和基于镁的酚盐和水杨酸盐。
优选的抗磨(AW)和极压(EP)添加剂包括含磷化合物,例如磷酸三烷基酯、磷酸三芳基酯如磷酸三甲苯酯、胺-中和的单烷基和二烷基磷酸酯、乙氧基化的单烷基和二烷基磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、膦;包含硫和磷的化合物,例如金属二硫代磷酸盐如C3-12二烷基二硫代磷酸锌(ZnDTP)、二烷基二硫代磷酸铵、二烷基二硫代磷酸锑、二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫代磷酸铅、"OOS三酯"=二硫代磷酸与来自烯烃、环戊二烯、降冰片二烯、α-蒎烯、聚丁烯、丙烯酸酯、马来酸酯、三苯基硫代磷酸酯(TPPT)的活化双键的反应产物;包含硫和氮的化合物,例如双(戊基二硫代氨基甲酸)锌或亚甲基-双(二正丁基二硫代氨基甲酸酯);包含元素硫的硫化合物以及H2S-硫化的烃(二异丁烯、萜烯);硫化的甘油酯和脂肪酸酯;过碱性磺酸盐;含氯化合物或固体,如石墨或二硫化钼。
更优选,所述抗磨添加剂和/或极压添加剂选自含磷化合物、含硫和磷的化合物、含硫和氮的化合物、含元素硫的硫化合物和H2S硫化的烃、硫化的甘油酯和脂肪酸酯、过碱性磺酸盐、氯的化合物、石墨或二硫化钼。
另一组优选的添加剂是摩擦改进剂。所用摩擦改性剂可以包括机械活性化合物例如二硫化钼、石墨(包括氟化的石墨)、聚(三氟乙烯)、聚酰胺、聚酰亚胺;形成吸附层的化合物,例如长链羧酸、脂肪酸酯、醚、醇、胺、酰胺、酰亚胺;通过摩擦化学反应形成层的化合物,例如饱和脂肪酸、磷酸和硫代磷酸酯、黄原酸酯、硫化脂肪酸;形成聚合物类层的化合物例如乙氧基化的二羧酸偏酯、邻苯二甲酸二烷基酯、甲基丙烯酸酯、不饱和脂肪酸、硫化烯烃或有机金属化合物例如钼化合物(二硫代磷酸钼和二硫代氨基甲酸钼MoDTC)以及它们与ZnDTP、含铜有机化合物的组合。
上面详述的一些添加剂可以履行多重功能。例如,ZnDTP主要是抗磨添加剂和极压添加剂,但是还具有抗氧化剂和腐蚀抑制剂(这里:金属钝化剂/减活化剂)的特征。
上面详述的添加剂尤其在T.Mang,W.Dresel(编者):"Lubricantsand Lubrication",Wiley-VCH,Weinheim2001;J.Bartz:"Additivefür Schmierstoffe",Expert-Verlag,Renningen-Malmsheim1994;R.M.Mortier,S.T.Orszulik(编者):"Chemistry and Technologyof Lubricants",Blackie Academic&Professional,伦敦,第二版,1997中进行了更详细地描述。
优选的润滑油组合物具有10-120mm2/s,更优选20-100mm2/s的根据ASTM D445在40℃下测量的粘度。在100℃下测量的运动粘度KV100优选是至少3.5mm2/s,特别是至少4.0mm2/s,更优选至少5.0mm2/s,最优选至少5.4mm2/s。
在本发明的一个特别的方面中,优选的润滑油组合物具有100-400,更优选125-325,最优选150-250的根据ASTM D2270测定的粘度指数。
另外,用于本发明发动机中的润滑剂组合物优选可以包括至少2.4mPas,更优选至少2.6mPas的根据ASTM D4683在150℃下测量的高温高剪切(HTHS)粘度。根据本发明另一个方面,润滑剂优选可以包括最多10mPas,特别是最多7mPas,更优选最多5mPas的根据ASTM D4683在100℃下测量的高温高剪切。在100℃和150℃下测量的高温高剪切(HTHS)粘度之间的差值HTHS100-HTHS150优选包括最多4mPas,特别是最多3.3mPas,更优选最多2.5mPas。在100℃下测量的高温高剪切(HTHS)粘度(HTHS100)与在150℃下测量的高温高剪切(HTHS)粘度(HTHS150)之比HTHS100/HTHS150优选包括最多2.0mPas,特别是最多1.9mPas。可以根据D4683测定高温高剪切(HTHS)粘度。
除此之外,可用作本发明发动机的组分的润滑剂还可以包括高剪切稳定性指数(SSI)。根据本发明的一个有用的实施方案,根据ASTM D2603Ref.B(12.5分钟声波处理)测量的剪切稳定性指数(SSI)优选可以等于35或更低,更优选等于20或更低。优选地,可以使用包括根据DIN51381(30个循环的Bosch-泵)测量的最多5,特别是最多2,更优选最多1的剪切稳定性指数(SSI)的润滑剂。
可用于本发明的润滑剂优选可以设计用来满足SAE J300中规定的SAE分类的要求。例如,可以调节粘度等级0W、5W,10W、15W、20W、25W、20、30、40、50和60(单一等级)和0W-40、10W-30、10W-60、15W-40、20W-20和20W-50(多等级)的要求。
令人惊奇地,本发明的润滑剂可以含有至少大约1体积%,特别是至少5体积%,尤其是至少10体积%,更尤其是至少20体积%的生物柴油。令人惊讶地,此种高数量的水不赋予发动机特性,例如寿命、冷运转性能和燃料消耗的过度高的降低。
令人惊讶地,机油的燃料稀释仅具有对性能例如粘度和粘度指数,和低温性能的可接受的影响。除此之外,添加剂还与发动机油中的生物柴油燃料杂质具有高相容性,以致这些添加剂的效率不过度衰退。另外,可以按令人惊讶的方式将通过生物柴油燃料形成的颗粒和淤渣分散在润滑剂中,特别是如果使用具有分散性基团的聚合物。至于生物柴油组分的影响,芥花籽油甲基酯(RME)通常具有高数量的不饱和基团。因此,具有分散性单元的润滑剂是优选的。另一方面,棕榈油甲基酯(PME)通常对低温性能具有有害的影响。此类影响可以令人惊奇地分别由本发明发动机和含酯基的聚合物抵消。
油在低温下的可泵送性,通过微旋转粘度计(MRV)测量,与在低剪切条件下在发动机起动时的粘度有关。因为MRV试验是可泵送性的量度,所以发动机油必须足够流动性以致它可以在发动机起动后泵送到所有发动机部分以提供足够的润滑。ASTM D-4684-08涉及-10至-40℃的温度范围中的粘度测量并描述TP-1MRV试验。SAE J300发动机油粘度分级(1999年12月)允许在-35℃下使用ASTM D-4684-08试验程序对于SAE5W-30油的60帕斯卡*秒(pa*sec)或600泊的最大值。通过TP-1MRV试验测量的低温性能的另一个方面是屈服应力(以帕斯卡计记录);屈服应力的目标值是"零"帕斯卡,但是小于35帕斯卡的任何值(设备灵敏度的限制)记录为"零"屈服应力。大于35帕斯卡的屈服应力值表示不太希望的性能的增加程度。
可以由本发明发动机达到的改进可以通过使用发动机油的老化样品评价。老化样品可以通过遵循CEC(Coordinating European Council),或GFC(Groupement Francais de Coordination)方法A或B,或ROBO(Romaszewski Oil Bench Oxidation)试验或发动机油的标准氧化试验报道的试验方法程序制备。
以下通过实施例和对比实施例更详细地举例说明本发明,并不意图将本发明限制于这些实施例。除非另有说明,所有数量以重量百分率显示。
具体实施方式
实施例1和对比实施例1
新鲜发动机油已经在柴油发动机中长时间使用。已经测定这种老化发动机油中生物柴油的含量至至少5.5重量%(对比实施例1)。
虽然该发动机油最初满足规格SAE5W-30,但是老化油没有满足该规格,特别是在低温性能方面。已经通过添加0.1重量%倾点下降剂改性该老化发动机油,该倾点下降剂基于包含大约67.8重量%LMA、32.0重量%SMA和0.2重量%DPMA的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物(实施例1)。
LMA(甲基丙烯酸月桂基-肉豆蔻基酯)是直链的烷基残基中含12和14个碳原子的甲基丙烯酸酯混合物。
DPMA(甲基丙烯酸十二烷基-十五烷基酯)是烷基残基中含12-15个碳原子的包含大约20重量%支链烷基残基和大约80重量%直链烷基残基的甲基丙烯酸酯混合物;
SMA(甲基丙烯酸鲸蜡基-硬脂基酯)是直链的烷基残基中主要含16和18个碳原子的甲基丙烯酸酯混合物。
进行根据ASTM D-4684-08的MRV-TP1测量。另外,根据ASTM D445测量在40℃((KV40)和100℃(KV100)的运动粘度。获得的结果在表1中显示。
表1
实施例1清楚地显示添加含酯基的聚合物,特别是聚(甲基)丙烯酸烷基酯,改进老化油的冷起动性能至新鲜油的特征。至于粘度数据,请考虑老化油在SAE J3005W-30油的规格范围内。
对比实施例2和3
根据改进的GFC规格在170℃下按更大的体积将可商购的15W-40发动机油氧化72h。除此之外,以同样方式制备和氧化10重量%生物柴油(B100,菜籽油甲基酯)和90重量%相同的SAE15W-40发动机油的混合物。使用MRV-TP1测量根据ASTM D-4684-08在-25℃的温度下评价低温性能。
表2
实施例2和3
用少量的倾点下降剂处理包含大约90重量%可商购的15W-40发动机油、大约10重量%如对比实施例3中提到的生物柴油(B100)的油混合物,该倾点下降剂基于包含大约66.2重量%LMA和33.8重量%SMA的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物。基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的倾点下降剂可从Evonik Industries AG商购。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。
以重量%给出的倾点下降剂(PPD)的量和达到的结果在表3中提到。
实施例4
用0.3重量%的倾点下降剂处理包含大约90重量%可商购的15W-40发动机油、大约10重量%如对比实施例3中提到的生物柴油(B100)的油混合物,该倾点下降剂基于包含大约57.5重量%LMA和42.5重量%SMA的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物。基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的倾点下降剂可从Evonik Industries AG商购。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。达到的结果在表3中提及。
表3
实施例2-4的结果清楚地显示,添加少量的含酯基的聚合物,特别是聚(甲基)丙烯酸烷基酯,保持油的冷起动性能。
实施例5-9
包含大约85.8重量%基础油混合物、8.7重量%DI-包和5.5重量%改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的SAE15W-40发动机油混合物。这种组合物包含大约82.6重量%IDMA、大约5.2重量%MMA、大约5.6重量%SMA、大约3.8重量%NVP和大约2.73重量%LMA。
IDMA(甲基丙烯酸异癸基酯)是包含在支链烷基残基中含大约10个碳原子的甲基丙烯酸酯混合物。
MMA是甲基丙烯酸甲酯,NVP是N-乙烯基-2-吡咯烷酮。
所述聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物可从Evonik Industries AG商购。
用不同量的生物柴油(根据FAME EN14214的B100)处理如上所述的包含5.5重量%的改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的油混合物。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。以重量%给出的生物柴油的量和达到的结果在表4中提到。
表4
实施例10-13
用不同量的包含大约15体积%生物柴油的矿物柴油(根据FAME EN14214的B15)处理如上所述的包含5.5重量%的改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的油混合物。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。以重量%给出的生物柴油的量和达到的结果在表5中提到。
表5
实施例14-22
包含大约83.4重量%基础油混合物、13.3重量%DI-包和3.3重量%改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的SAE5W-30发动机油混合物。
这种组合物包含大约82.6重量%IDMA、大约5.2重量%MMA、大约5.6重量%SMA、大约3.8重量%NVP和大约2.73重量%LMA。
改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物包含大约3.7重量%的倾点下降剂和96.3重量%的VI改进剂。所述聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物可从Evonik Industries AG商购。
用不同量的生物柴油(根据FAME EN14214的B100)处理如上所述的包含3.3重量%的改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的油混合物。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。以重量%给出的生物柴油的量和达到的结果在表6中提到。
表6
用不同量的包含大约15体积%生物柴油的矿物柴油(根据FAME EN14214的B15)处理如上所述的包含3.3重量%的改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物的油混合物。
根据改进的GFC规格在170℃下氧化该油混合物72h。以重量%给出的生物柴油的量和达到的结果在表7中提及。
表7
实施例5-22表明,含酯基的聚合物,特别是改进粘度指数和倾点的聚(甲基)丙烯酸烷基酯组合物,也保持油的冷起动性能。
Claims (22)
1.设计用于生物柴油相容性的发动机,包括颗粒过滤器、能够将燃料注入发动机以便提高废气温度的发动机控制单元和润滑剂组合物,其特征在于所述润滑剂组合物包含至少一种含酯基的聚合物。
2.根据权利要求1的发动机,其特征在于所述发动机满足废气排放标准EURO5的要求。
3.根据权利要求1或2的发动机,其特征在于所述发动机包括共轨系统。
4.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述发动机包括废气再循环。
5.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述颗粒过滤器是壁流过滤器。
6.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物是(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物。
7.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述润滑剂包含至少两种含酯基的聚合物的混合物。
8.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述润滑剂包含(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物和乙烯-乙酸乙烯酯聚合物。
9.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述润滑剂包含含酯基的聚合物和烯烃类聚合物。
10.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物是具有分散性基团的(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物。
11.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物是具有衍生自含23-4000个碳原子的(甲基)丙烯酸酯的单元的(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物。
12.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物是具有非极性的(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物作为接枝基础物和具有分散性单体作为接枝层的接枝共聚物。
13.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物具有10000-600000g/mol的重均分子量。
14.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物可通过将包含以下组分的单体组合物聚合获得:
a)基于用于制备所述聚合物的单体组合物的重量计0-40重量%的一种或多种下式(I)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R1是含1-6个碳原子的线性或支化烷基,R2和R3各自独立地是氢或式-COOR'的基团,其中R'是氢或含1-6个碳原子的烷基,
b)基于用于制备所述聚合物的单体组合物的重量计5-100重量%一种或多种以下式(II)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R4是含7-15个碳原子的线性或支化烷基,R5和R6各自独立地是氢或式-COOR''的基团,其中R''是氢或含7-15个碳原子的烷基,
c)基于用于制备所述聚合物的单体组合物的重量计0-80重量%的一种或多种下式(III)的烯属不饱和酯化合物
其中R是氢或甲基,R7是含16-4000个碳原子的线性或支化烷基,R8和R9各自独立地是氢或式-COOR'''的基团,其中R'''是氢或含16-4000个碳原子的烷基,
d)基于用于制备所述聚合物的单体组合物的重量计0-50重量%的共聚单体。
15.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物包含衍生自在醇部分含7-15个碳原子的酯单体的单元和衍生自在醇部分含16-4000个碳的酯单体的单元,其中衍生自在醇部分中含7-15个碳原子的酯单体的单元与衍生自在醇部分中含16-4000个碳原子的酯单体的单元的重量比在3:1-1.1:1的范围内。
16.根据权利要求15的发动机,其特征在于所述聚合物的极性嵌段所述分散性重复单元衍生自一种或多种杂环乙烯基化合物和/或以下式(IV)的烯属不饱和极性酯化合物
其中R是氢或甲基,X是氧、硫或式-NH-或-NRa-的氨基,其中Ra是含1-40个碳原子的烷基,R10是含2-1000个碳原子并具有至少一个杂原子的基团,R11和R12各自独立地是氢或式-COX'R10'的基团,其中X'是氧或式-NH-或-NRa’-的氨基,其中Ra’是含1-40个碳原子的烷基,R10'是含1-100个碳原子的基团,和/或衍生自杂环乙烯基化合物。
17.根据权利要求15或16中至少一项的发动机,其特征在于所述疏水性嵌段和所述极性嵌段的重量比在100:1-1:1的范围内。
18.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述含酯基的聚合物是包含含酯基的单元的嵌段和烯烃类嵌段的嵌段共聚物。
19.根据上述权利要求中至少一项的发动机,其特征在于所述润滑剂组合物包含至少一种添加剂。
20.根据权利要求19的发动机,其特征在于所述添加剂是粘度指数改进剂、倾点改进剂、分散剂、清净剂、消泡剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、抗磨添加剂、极压添加剂和/或摩擦改进剂。
21.根据权利要求20的发动机,其特征在于所述抗磨添加剂和/或极压添加剂选自含磷化合物、含硫和磷的化合物、含硫和氮的化合物、含元素硫的硫化合物和H2S硫化的烃、硫化的甘油酯和脂肪酸酯、过碱性磺酸盐、含氯化合物、石墨或二硫化钼。
22.含酯基的聚合物在根据权利要求1-21中至少一项的发动机中用于改进含生物柴油的润滑剂的低温性能的用途。
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