CN103289797B - 一种蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法，所述蜗轮蜗杆油组合物包含A、至少一种聚醚油基础油；B、至少一种极压抗磨剂；C、至少一种油性剂或摩擦改性剂；D、至少一种胺类或酚类或它们的混合物的抗氧剂；E、至少一种金属减活剂；F、至少一种破乳剂；G、至少一种抗泡剂；其中，所述聚醚油基础油根据GB/T265测量得到的40℃粘度为40mm²/s-680mm²/s；所述极压抗磨剂包括具有特定结构的磷酸酯胺盐。本发明的蜗轮蜗杆油组合物具有优异的极压抗磨性，对有色金属尤其是铜无腐蚀作用，并具有优异的高温清净性、氧化安定性、润滑油性、粘温性，并且制备方法简单，适用范围广。

Description

一种蜗轮蜗杆油组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑油组合物，更确切的是一种对金属无腐蚀的清净型蜗轮蜗杆油组合物。

背景技术

蜗杆润滑油对蜗轮蜗杆传动有着举足轻重的影响，它可以减小摩擦、减少磨损、降低温升、提高蜗轮副传动效率及使用寿命。由于蜗轮蜗杆副多以青铜、黄铜蜗轮和钢质蜗轮蜗杆相匹配，因而蜗轮蜗杆油的添加剂要适合钢-铜摩擦副的特殊要求：既要有好的抗极压性能和减磨、抗磨性能，还要对铜不起腐蚀作用。而铜对硫和氯很敏感，因此不宜采用化学活性高的含硫和氯极压剂，以避免齿面发生化学腐蚀和点蚀，这也是蜗轮蜗杆油与其他齿轮油的最大差别。

我国对蜗轮蜗杆油的研制起步较晚，长期以来，一直用齿轮油、汽缸油和机床油等油品，直到最近十年来，才逐渐开发出一批质量稳定的牌号，但其中所添加的极压剂抗磨剂基本上都为含氯或硫的化合物。如CN102051252A公开了一种节能型蜗轮蜗杆油，包括10-20%的三氯苯，0.1-2.0%的硫磷丁辛醇锌盐，0.2-1.0%的石油磺酸钠，0.1-0.9%的硫化棉籽油，0.5-1.5%的磷酸酯及基础油。其中大量的氯元素极易使齿轮发生微点蚀，进一步增大蜗轮蜗杆的磨损，增大摩擦系数。CN1727458A公开一种蜗轮蜗杆油组合物，其中至少包含了1%左右的硫化异丁烯以提高润滑油的极压性能，但由于硫化烯烃含活性硫过高（S含量达40%），会对铜蜗轮造成严重腐蚀，降低齿轮的点蚀。CN1288047A公开的一种齿轮蜗轮用润滑油复合添加剂中，利用磷酸铵盐和亚磷酸铵盐复配，或磷酸铵盐和膦酸胺盐复配来提高极压抗磨性能，以达到低硫或无硫，减小对铜的腐蚀。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是提供一种蜗轮蜗杆油组合物，此组合物含有一种不含硫氯元素、具有特殊结构的极压抗磨剂，在具有优异极压抗磨性能的同时，还对有色金属特别是铜金属无腐蚀作用。此外本发明组合物还具有优异的高温清净性、氧化安定性、润滑油性和粘温性。

本发明的另一个目的是提供上述蜗轮蜗杆油组合物的制备方法。

用于解决问题的方案

为了实现以上目的，本发明提供一种蜗轮蜗杆油组合物，其包含以下组分：A、至少一种聚醚油基础油；B、至少一种极压抗磨剂；C、至少一种油性剂或摩擦改性剂；D、至少一种胺类或酚类或它们的混合物的抗氧剂；E、至少一种金属减活剂；F、至少一种破乳剂；G、至少一种抗泡剂；

其中，所述聚醚油基础油根据GB/T265测量得到的40℃粘度为40mm²/s-680mm²/s；

所述极压抗磨剂包括具有以下结构式的磷酸酯胺盐，

其中，R1和R2相同或不同，且选自C1-C22、优选C4-C12的烷基；R3和R4相同或不同，且为H，或选自C1-C18、优选C5-C12的烷基；R5为C4-C12、优选C8-C12的烷基，或者R为C1-C12，优选C4-C12的烷基。

本发明还提供了上述蜗轮蜗杆油组合物的制备方法，该方法包括：将作为A组分的至少一种聚醚油基础油加入到带搅拌的容器中，再加入上述的B组分、C组分、D组分、E组分、F组分、和G组分，于20-60℃下搅拌至均匀透明。

发明的效果

在本发明所提供的蜗轮蜗杆油组合物中，所包含的B组分极压抗磨剂不含硫元素，不会对铜蜗轮造成腐蚀，同时又具有比含硫极压剂更优异的极压性能，使齿面免于被擦伤、烧结、磨损等，此外B组分还可降低润滑油的摩擦系数，大大减小传动摩擦造成的能量损失。适用于铜-铜匹配的有冲击载荷的蜗轮减速装置，也用于矿山及机械、碾碎设备、电梯等剧烈运动和高速运转的蜗轮副。

本发明组合物选用聚醚油代替传统矿物油为基础油，聚醚油氧化降解一直进行到低分子羰基或羧基化合物，在高温下低分子羰基或羧基化合物气化挥发，不生成沉积物和胶状物质，保证了油品和蜗轮蜗杆的清洁性和抑制沉积物形成能力，无需添加金属清净剂，因此本发明属于清净型蜗轮蜗杆油组合物。

本发明组合物具有较宽的工作温度范围，可承受较高的工作温度，倾点低，便于低温下启动。此外还具有极高的粘度指数，能在宽温度范围形成良好的润滑油膜，具备很好的剪切稳定性和低摩擦性能。

具体实施方式

根据本发明提供的蜗轮蜗杆油组合物，其包含以下组分：A、至少一种聚醚油基础油；B、至少一种极压抗磨剂；C、至少一种油性剂或摩擦改性剂；D、至少一种胺类或酚类或它们的混合物的抗氧剂；E、至少一种金属减活剂；F、至少一种破乳剂；G、至少一种抗泡剂；

其中，所述聚醚油根据GB/T265测量得到的40℃粘度为40mm²/s-680mm²/s；

所述极压抗磨剂包括具有以下结构式的磷酸酯胺盐，

其中，R1和R2相同或不同，且选自C1-C22、优选C4-C12的烷基；R3和R4相同或不同，且为H，或选自C1-C18、优选C5-C12的烷基；R5为C4-C12、优选C8-C12的烷基，或者R为C1-C12，优选C4-C12的烷基，特别的，当R5为烷基取代苯基时，本发明所选磷酸酯胺盐化合物还具有一定的抗氧化性能。

本发明中磷酸酯胺盐的优选实例为磷酸二丁酯与4-四亚丙基苯胺的化合物（CAS:68127-32-2）。

所述磷酸酯胺盐主要通过使酸性磷酸酯和胺类化合物发生中和反应来制备。

为了增加本发明蜗轮蜗杆油组合物的抗磨性能，本发明的极压抗磨剂还包括除磷酸酯胺盐之外的其它含磷抗磨剂，其优选选自磷酸酯、酸式磷酸酯、亚磷酸酯、含磷羧酸和含磷有机羧酸酯中的一种或多种。具体可以提及磷酸三甲酚酯、氨基磷酸酯、酸性亚磷酸二正丁酯、异辛基酸性磷酸酯十八胺盐、亚磷酸二正辛酯、亚磷酸二异丁酯、三丁基磷酸酯、和三辛基磷酸酯等中的一种或几种，且基于100重量份A组分聚醚油基础油，其含量优选为0.5-2重量份。

适合本发明的A组分聚醚油优选包括聚氧亚烷基聚合物、及使用其中末端羟基通过例如酯化或醚化加以改性的环氧烷聚合物，即其均聚物、共聚物和衍生物。这些油示例为通过环氧乙烷或环氧丙烷的聚合制备的聚合物，和这些聚氧亚烷基聚合物的烷基和芳基醚，例如具有1000数均分子量的甲基聚异丙二醇醚，具有500～1000数均分子量的聚乙二醇二苯基醚；还可包括具有1000～1500数均分子量的聚丙二醇二乙基醚或其单和多羧酸酯例如乙酸酯、混合的C3～C8脂肪酸酯、或四甘醇的C13含氧酸二酯。

更具体的适合本发明的聚醚油基础油包括聚烷氧基(如乙氧基或丙氧基)二醇、聚烷氧基(如乙氧基或丙氧基)单醚、聚烷氧基(如乙氧基或丙氧基)双醚、聚烷氧基(如乙氧基或丙氧基)醚酯、聚烷氧基(如乙氧基或丙氧基)双酯。可以提及的有混合环氧烷聚二醇醚、聚异丙醇双醚、混合环氧烷聚二醇单醚、聚异丙二醇、混合环氧烷二醇、聚丁二醇、聚丙二醇、环氧乙烷-环氧丙烷共聚三羟基醚、环氧乙烷-环氧丙烷无规共聚单乙醚、聚丙二醇单乙醚、聚丙二醇双乙醚等。通常使用的聚醚油基础油的商购产品有Croda ChemicalCompany的Emkarox VG222和Emkarox VG462，南京威尔化工有限公司的SDT06A和SDT07A。

本发明所述的C组分油性剂或摩擦改性剂，优选选自脂肪酸类、脂肪酸酯以及胺盐类、有机铜类等，例如有苯三唑十八胺盐、油酸乙二醇酯、十八酸、油酸、油酸丁酯、油酸三己醇胺、和油酸环氧酯中的一种或多种，更优选苯三唑十八胺盐。

所述的D组分为抗氧剂，其优选选自烷基二苯胺、萘胺、苯二胺、受阻酚类等，具体实例为二异辛基二苯胺、单叔丁基二苯胺、单辛基二苯胺、对，对-二叔丁基二苯胺、辛基/丁基二苯胺、苯基-1-萘胺，苯基-2-萘胺，辛基苯基-1-萘胺、N,N’-二异丙基-p-苯二胺、N,N’-二苯基-p-苯二胺和2,6-二叔丁基对甲酚的一种或任意两种以上的组合。

金属表面能引发烃类的链反应，微量的金属离子尤其是Cu²⁺，Fe³⁺，对烃类的氧化起着催化作用。润滑油中加入金属减活剂，可以抑制金属离子对氧化的催化作用。适合本发明的E组分金属减活剂优选选自苯并三唑、甲苯基三唑、4-甲基苯并三唑、5-甲基苯并三唑，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、苯并咪唑、苯并噻唑和甲苯吲唑衍生物中的一种或多种。

所述的F组分破乳剂优选选自聚氧亚烷基醚、聚氧亚烷基脂肪酸酯、胺与环氧化合物的缩合物、和磺酸盐型破乳剂中的一种或多种，例如环氧丙烷/环氧乙烷嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚，聚氧乙烯聚氧丙烯乙二胺，十二烷基苯磺酸钠等。

所述的G组分抗泡剂可优选选自聚硅氧烷、有机硅酸酯、聚烷基丙烯酸酯、和表面活性剂中的一种或多种。可以提及：二甲基聚硅氧烷、氟硅氧烷、二乙基硅酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、全氟聚醚等。

根据本发明提供的蜗轮蜗杆油组合物，基于100重量份A组分聚醚油基础油，极压抗磨剂B组分的含量为0.1～2重量份，优选0.5～1.5重量份；油性剂或摩擦改性剂C组分的含量为0.1～1重量份，优选0.1～0.5重量份；抗氧剂组分D的含量为0.1～2重量份，优选0.2～1重量份；金属减活剂E组分的含量为0.01～0.5重量份，优选0.03～0.1重量份；破乳剂组分F组分含量为0.0001～0.5重量份，优选0.003～0.1重量份；抗泡剂G组分含量可以为0.0001～0.1重量份、优选0.001～0.01重量份。

根据本发明提供的蜗轮蜗杆油组合物还可以含有除上述添加剂以外的其它添加剂，如其它抗氧剂、抗磨剂、防锈剂、摩擦改性剂、分散剂、清洁剂、降凝剂等润滑油常见添加剂，所有这些添加剂可使用可商购的材料根据常规方法共混。一般情况下，基于100重量份的聚醚油基础油，其它添加剂的总含量为0.1-5重量份。

本发明提供的蜗轮蜗杆油组合物的制备方法包括：根据组合物的粘度等级，将一种或几种聚醚油按比例加入到带搅拌的容器中，再按比例加入以上添加剂组分，于20-60℃下搅拌至均匀透明。

在本发明所提供的蜗轮蜗杆油组合物中，所包含的B组分极压抗磨剂不含硫元素，不会对铜蜗轮造成腐蚀，同时又具有比含硫极压抗磨剂更优异的极压性能，使齿面免于被擦伤、烧结、磨损等，此外B组分还可降低润滑油的摩擦系数，大大减小传动摩擦造成的能量损失。适用于铜-铜匹配的有冲击载荷的蜗轮减速装置，也用于矿山及机械、碾碎设备、电梯等剧烈运动和高速运转的蜗轮副。

本发明组合物选用聚醚油代替传统矿物油为基础油，聚醚油氧化降解一直进行到低分子羰基或羧基化合物，在高温下低分子羰基或羧基化合物气化挥发，不生成沉积物和胶状物质，保证了油品和蜗轮蜗杆的清洁性和抑制沉积物形成能力，无需添加金属清净剂，因此本发明属于清净型蜗轮蜗杆油组合物。

本发明组合物具有较宽的工作温度范围，可承受较高的工作温度，倾点低，便于低温下启动。此外还具有极高的粘度指数，能在宽温度范围形成良好的润滑油膜，具备很好的剪切稳定性和低摩擦性能。

本发明在实验室采用烘箱氧化实验进行模拟CRC L-60齿轮台架的热氧化安定性试验，试验条件：将100g试样油放入250ml烧杯中，并在油中与杯底成30℃角浸入磨光45号钢试片（45mm×25mm×2mm），然后将烧杯置于烘箱中，在150℃下恒温氧化192h，然后取出钢片，用石油醚冲洗，观察钢片变色和杯底沉积物情况。0级为不变色；1级为稍变色；2级为局部淡白色；3级为大部分淡白色；4级为灰、兰、黄色，或灰白色；5级为局部灰黑色，且有剥落。

以下采用实施例的方式对本发明进行进一步详细说明，以下实施例仅为示例性的说明，本发明不限于这些实施例。

实施例1

将100重量份水不溶聚醚油基础油Emkarox VG222（Croda ChemicalCompany,Inc)加入到带搅拌器的不锈钢调和釜中，维持釜温在40℃，再依次将1重量份的作为极压抗磨剂的磷酸二丁酯与4-四亚丙基苯胺的化合物Vanlube692（R.T.Vanderbilt Company,Inc，下同）、0.2重量份作为油性剂或摩擦改性剂的苯三唑十八胺盐T406（锦州康泰润滑油添加剂有限公司，下同）、0.5重量份丁基辛基二苯胺抗氧剂、0.1重量份的金属减活剂苯三唑类衍生物T551（锦州康泰润滑油添加剂有限公司，下同），0.002重量份作为抗泡剂的甲基硅油（锦州康泰润滑油添加剂有限公司，下同）、0.003重量份破乳剂环氧丙烷/环氧乙烷嵌段共聚物（Lubrizol5957，Lubrizol Corporation，下同），加入到调和釜中，开动搅拌至混合物全部溶解，均匀透明，得到成品蜗轮蜗杆油A。

实施例2

将100重量份水不溶聚醚油基础油Emkarox VG462（Croda ChemicalCompany,Inc）加入到带搅拌器的不锈钢调和釜中，维持釜温在30℃，再依次将0.8重量份的作为极压抗磨剂的Vanlube692、0.5重量份作为其它含磷抗磨剂的磷酸三甲酚酯、0.2重量份作为油性剂或摩擦改性剂的苯三唑十八胺盐T406、0.5重量份丁基辛基二苯胺抗氧剂、0.1重量份的T551，0.002重量份作为抗泡剂的甲基硅油、0.003重量份Lubrizol5957，加到调和釜中，开动搅拌至混合物全部溶解，均匀透明，得到成品蜗轮蜗杆油B。

比较例1

除了将实施例2中的极压抗磨剂Vanlube692换成氨基硫代酯T323（锦州康泰润滑油添加剂有限公司）以外，按照与实施例2相同的方法，制得成品蜗轮蜗杆油C。

实施例3

将100重量份水不溶聚醚基础油Emkarox VG222加入到带搅拌器的不锈钢调和釜中，维持釜温在50℃，再依次将1.5重量份的作为极压抗磨剂的磷酸脂胺盐Vanlube672（R.T.Vanderbilt Company,Inc，下同）、0.5重量份作为其它含磷抗磨剂的磷酸三甲酚酯T306、0.15重量份作为油性剂或摩擦改性剂的苯三唑十八胺盐类T406、0.5重量份丁基辛基二苯胺抗氧剂、0.1重量份作为金属减活剂的的苯三唑类衍生物T551，0.002重量份作为抗泡剂的甲基硅油、0.003重量份Lubrizol5957，加入到调和釜中，开动搅拌至混合物全部溶解，均匀透明，得到成品蜗轮蜗杆油D。

比较例2

除了将实施例3中的水不溶聚醚油基础油Emkarox VG222换成由35重量份500SN矿物油(江苏迎龙石化有限公司)和65重量份150BS矿物油(江苏迎龙石化有限公司)组成的基础油以外，按照与实施例3相同的方法，制得成品蜗轮蜗杆油E。

本方法获得的蜗轮蜗杆油组合物，经测试结果验证见表1。

表1

由表1可以看出，相对于含硫极压抗磨剂T323氨基硫代酯，本发明所述磷酸酯胺盐化合物具有更好的极压性能，可制备出对铜无腐蚀的综合性能良好的蜗轮蜗杆油。综上，由本发明制备的极压清净型蜗轮蜗杆油组合物适用于铜-铜匹配的有冲击载荷的蜗轮减速装置，也可用于矿山及机械、碾碎设备、电梯等剧烈运动和高速运转的蜗轮副。

另外，相对于矿物油，本发明选用的聚醚基础油具有更高的粘度指数，表现出了很好粘温特性。同等配方条件下，在烘箱氧化实验中，由聚醚油所调制的蜗轮蜗杆油没有产生油泥，而由矿物油调制的蜗轮蜗杆油产生了较多的油泥，表现出了较好的清洁型。四球试验中本发明组合物D比对比例产物E具有更高的PB和PD值，润滑油性高。

Claims (11)

1.一种蜗轮蜗杆油组合物，其由以下组分组成：

A、至少一种聚醚油基础油；

B、至少一种极压抗磨剂；

C、至少一种油性剂或摩擦改性剂；

D、至少一种胺类或酚类或它们的混合物的抗氧剂；

E、至少一种金属减活剂；

F、至少一种破乳剂；

G、至少一种抗泡剂；

其中，所述聚醚油根据GB/T 265测量得到的40℃粘度为40mm²/s-680mm²/s；

所述极压抗磨剂包括具有以下结构式的磷酸酯胺盐，

其中，R1和R2相同或不同，且选自C1-C22的烷基；R3和R4相同或不同，且为H，或选自C1-C18的烷基；R5为C4-C12的烷基，或者或R为C1-C12的烷基；

基于100重量份A组分聚醚油基础油，所述B组分的含量为0.1～2重量份；所述C组分的含量为0.1～1重量份；所述D组分的含量为0.1～2重量份；所述E组分的含量为0.01～0.5重量份；所述F组分含量为0.0001～0.5重量份；所述G组分含量为0.0001～0.1重量份。

2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述磷酸酯胺盐的结构式中，R1和R2为C4-C12的烷基；R3和R4为C5-C12的烷基；R5为C8-C12的烷基；R为C4-C12的烷基。

3.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述磷酸酯胺盐为磷酸二丁酯与4-四亚丙基苯胺的化合物。

4.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，基于100重量份A组分聚醚油基础油，所述B组分的含量为0.5～1.5重量份；所述C组分的含量为0.1～0.5重量份；所述D组分的含量为0.2～1重量份；所述E组分的含量为0.03～0.1重量份；所述F组分含量为0.003～0.1重量份；所述G组分含量为0.001～0.01重量份。

5.根据权利要求1或2所述蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述聚醚油选自聚氧亚烷基聚合物、和其中末端羟基通过酯化或醚化而改性的环氧烷聚合物或其衍生物中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述油性剂或摩擦改性剂选自脂肪酸、脂肪酸酯、胺盐和有机铜中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述抗氧剂选自烷基二苯胺、萘胺、苯二胺和受阻酚类中的一种或多种。

8.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述金属减活剂选自苯并三唑、甲苯基三唑、4-甲基苯并三唑、5-甲基苯并三唑，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、苯并咪唑、苯并噻唑和甲苯吲唑衍生物中的一种或多种；所述破乳剂选自聚氧亚烷基醚、聚氧亚烷基脂肪酸酯、胺与环氧化合物的缩合物、和磺酸盐型破乳剂中的一种或多种；所述的抗泡剂选自聚硅氧烷、有机硅酸酯、聚烷基丙烯酸酯和表面活性剂中的一种或多种。

9.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述极压抗磨剂还包括除磷酸酯胺盐以外的其它含磷抗磨剂；且基于100重量份所述聚醚油基础油，所述除磷酸酯胺盐以外的含磷抗磨剂的含量为0.5-2重量份。

10.根据权利要求9所述的蜗轮蜗杆油组合物，其中，所述除磷酸酯胺盐以外的其它含磷抗磨剂选自磷酸酯、酸式磷酸酯、亚磷酸酯、含磷羧酸和含磷有机羧酸酯中的一种或多种。

11.权利要求1-10任一项所述的蜗轮蜗杆油组合物的制备方法，将作为A组分的至少一种聚醚油基础油加入到带搅拌的容器中，再加入上述的B组分、C组分、D组分、E组分、F组分、和G组分，于20-60℃下搅拌至均匀透明。