CN103429722A - 用于润滑油的消泡剂组合物及利用所述消泡剂组合物的消泡方法 - Google Patents

用于润滑油的消泡剂组合物及利用所述消泡剂组合物的消泡方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供施用于容器内壁的NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物，所述组合物用于消除容器内存在的润滑油产生的泡沫。本发明进一步提供一种使润滑油消泡的方法，特征在于它包括将NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物施用于润滑油容器内壁的步骤，和特征在于在该步骤中，在润滑油的油表面处或高于油表面处或者更高位置处将所述消泡剂组合物施用于内壁表面上。

Description

用于润滑油的消泡剂组合物及利用所述消泡剂组合物的消泡方法
技术领域
本发明涉及容器如油罐中存在的润滑油的消泡技术。
背景技术
润滑油可以减少元件之间的摩擦并用于辅助许多机械部件的运行操作。例如，除了润滑或冷却齿轮外，用于汽车变速箱中的润滑油(汽车变速箱油)用于在湿式离合器的咬合过程中进行摩擦控制或液压操作。但润滑油中气泡增加会产生问题，例如妨碍冷却作用、液压波动和氧化劣化加速，以及可能会最终导致变速箱硬件故障等。因此，润滑油通常含有消泡剂。另外，在基于节省燃料成本而降低润滑油粘度的情况下，降低的粘度会造成发泡性能增强，因此必须注意消泡措施。
通常作为用于润滑油的消泡剂而不是氟基消泡剂描述的，采用普通的硅氧烷基消泡剂(例如聚二甲基硅氧烷)。具体地，经常采用的消泡剂在25℃下的动态粘度为50,000-1,500,000mm2/s。超过这个范围，在高温下的消泡性能不能令人满意。优选的范围为80,000-1,200,000mm2/s。聚二甲基硅氧烷组分可以单独应用或者以其两种或多种类型的组合应用。关于共混量，以组合物的总重量计，聚二甲基硅氧烷组分优选与基油以重量比为1-50ppmw共混。如果共混量小于1ppmw，可能不产生消泡效果；如果共混量大于50ppmw，可以不能达到匹配共混量的有益效果。更优选地，共混量为3-30ppmw。
因此，已经提出氟基消泡剂作为具有高消泡能力的消泡剂。例如，氟改性的硅氧烷可用于具有高溶解性的低粘度润滑油，因为相对于润滑油它们比常规应用的硅氧烷基消泡剂更难溶。另外，氟改性的硅氧烷在高温下也具有高的消泡能力。但氟改性的硅氧烷具有较大的比重，和倾向于在填充前在容器内分离出来。因此，虽然氟基消泡剂作为消泡剂具有高的潜在能力，但由于它们中的一些在贮存稳定性方面存在问题，现在的状况是氟基消泡剂不能有效地用作润滑油的消泡剂。
日本专利公开60000086B提出了一种技术不同于氟基消泡剂与润滑油混合的技术。具体地，日本专利公开60000086B公开了具有优良消泡性能的消泡剂，包括含氟化合物，其中所述含氟化合物在同一分子中包括C3-C20氟代脂族基团和碳数为10或更高的高级脂族基团。另外，除了与润滑油混合的技术外，作为该消泡剂的应用方法，提出了将消泡剂施用于容器边缘的技术。后一种技术的好处解释为：升至顶部的任何泡沫当与已经施用消泡剂的表面接触时均被消散掉(第5页第6块至第4页第7块)。
因此，虽然应用日本专利公开60000086B中描述的氟基消泡剂和其中所描述的技术(将消泡剂施用于容器边缘的技术)可以获得短期的消泡效果，但问题是以这种方式不能获得长期的消泡效果。同样，如果如现有技术一样应用流体，虽然可以达到长期较高的消泡效果，但由于它将在重力作用下向下流动，因此据认为通常通过应用高NLGI级别的凝胶形式组合物来更好地维持长期效果。另外，如果按日本专利公开60000086B中所指出的，应用采用二氧化硅固体微粒的浆糊式消泡剂，二氧化硅成为引起磨损的外来固体，这对润滑性能具有负面效果。
另一个问题是，因为传统的消泡剂预先与润滑油混合，因此在使用过程中由于过滤器的捕集而使消泡组分的量减少。另外，在汽车变速箱(AT、CVT)中，通过应用液压泵使润滑油在容器内循环，并且在该过程中有可能发泡，而这种发泡造成差的润滑，这样有可能产生的后果是例如损失设备控制能力。
因此，本发明的目的是提供使润滑油消泡的技术，由此可以通过采用构成固体润滑剂的凝胶形式组合物的消泡剂而在较长时间内维持较高的消泡能力。
发明内容
本发明涉及NLGI级别(按NLGI[National Lubricating GreaseInstitute,USA]规定的NLGI级别分类)为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物，并且涉及使润滑油消泡的方法，所述方法特征在于它包括将该消泡剂组合物施用于润滑油容器内壁的步骤。
按照本发明，通过向润滑油容器的内壁施用NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物，使消泡组分逐渐释放，作为结果，可以证实消泡剂组合物拥有的有益效果是在较长时间内表现出高的消泡能力。另外，按照本发明，润滑油发泡时产生的泡沫与消泡组合物接触，和在每次接触时将消泡组分提供给润滑油，作为结果，所获得的有益效果是即使其本身不适于与润滑油混合的消泡剂组合物(例如具有高比重且易于分离出来的氟基消泡剂)也变得可以应用。另外，按照本发明，已经证实消泡效果不限于具体类型的润滑油(例如，即使在高溶解性和低粘度润滑油的情况下也证实了所述消泡效果)。另外，按照本发明，获得较大的保持力，从而防止了在高温下的软化和滴出。作为结果，获得的有益效果是即使在高温环境下也可以长期维持稳定的消泡能力。
另外，过滤器捕集所造成的消泡剂损失可以通过从容器内壁逐渐释放消泡组分而得到补充。另外，即使在汽车变速箱中，当发泡时的问题如润滑性能差或者设备控制能力损失可以通过从内壁释放消泡剂来克服。
附图说明
图1是在本发明实施例和对比例中应用的设备图。
具体实施方式
虽然本发明在下文中进行了详细描述，但本发明不以任何方式局限于这些具体应用，本发明当然可以应用于可随意选择的多种应用中。应该注意的是虽然在下文中，氟基消泡组合物由于其良好的消泡性能而被当成消泡组合物的一个例子，但不应局限于此，和本发明可以应用于其它消泡剂组合物(例如硅氧烷基消泡剂组合物)。
本发明的实施例涉及施用于润滑油容器内壁的NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物，还涉及特征在于采用这种消泡剂组合物的使润滑油消泡的方法。这种消泡剂组合物必须包含"消泡组分"和"基油"，和可以包含"增稠剂"。但这些术语仅涉及功能，和不必暗指在化学上不同的组分。具体地，例如如果给定的组分同时用作消泡组分和基油，则这种组分同时构成"消泡组分"和"基油"。首先，我们将描述用作活性组分的消泡剂组合物(组成和性能)，和然后描述其应用方法。
氟基消泡剂组合物组分
虽然本发明的消泡剂组合物不局限于氟基消泡剂组合物，但下面将描述氟基消泡剂组合物。氟基消泡剂组合物包含含有氟原子的组分(消泡组分)。可以应用的消泡组分的例子包括：部分或完全氟代的烷烃(例如全氟烷烃)；部分或完全氟代的烷基醚(例如全氟烷基醚)；氟改性的硅氧烷(氟硅氧烷油)；或含全氟烷基的低聚物和全氟烷基环氧乙烷加合物。氟基油脂在下文中作为优选的氟基消泡剂组合物进行描述。
氟基油脂
"氟基油脂"的优选例子是包含基油和增稠剂的凝胶形式组合物(其可以含有添加剂)，和指在基油、增稠剂和/或添加剂至少部分中采用含氟化合物的润滑油。作为氟基油脂，优选基油为氟油的油脂。可以作为例子提到的有基油是消泡组分的模式(即上述消泡组分的氟油(氟基有机溶剂)，例如全氟聚醚(PFPE油)、全氟烷基醚(PFAE油)、氯三氟乙烯的低聚物(CTFE油)、或氟改性的硅氧烷)，或者增稠剂为消泡组分的模式(例如聚四氟乙烯(PTFE))。通过向氟基基油(氟油)中加入自由选择量的增稠剂(例如磷酸三钙)或添加剂而适当地调节NLGI级别获得这种油脂，或者通过向自由选择的基油中加入氟基增稠剂或添加剂而调节NLGI级别获得这种油脂。同样，作为例子可以提及的CaP氟油油脂在2009年的Petroleum Products DiscussionForum(Sekiyu Seihin Toron Kai)发表的论文集第107-110页"Heatresistant grease employing tricalcium phosphate as a thickener"中公开。在这类油脂中，上文所述的CaP氟油油脂、具体为其中选择氟油作为基油和磷酸三钙作为增稠剂的油脂是特别合适的。
消泡剂组合物的性能
按照本实施方案，在凝胶形式的消泡剂组合物中应用的油脂的NLGI级别为1或更硬(级别高达4，虽然没有规定具体的上限)是合适的，更优选油脂的级别可以为2或3。如果NLGI级别比0级软，可以猜想的是在较长时期的使用后，所述油脂可能会向下流动，这是不希望的。确定NLGI级别的方法在JIS K2220中规定。
关于凝胶形式组合物的形式没有特别限制，和例如它可以是油脂、霜或膏。例如，如果凝胶形式组合物是油脂，则基油在100℃下的动态粘度可以为5-60mm2/s，优选为10-50mm2/s。在100℃下的动态粘度可以按JIS K2283确定。可以猜想的是如果动态粘度变得太低，则有可能发生油分离，缩短了消泡组分的存留时间，或者有助于消泡剂组合物的剥离，后果是降低或损失消泡效果。另一方面，如果动态粘度太高，可以猜想的是消泡组分可能不能在油中适当地分散，结果是起不到消泡剂的作用。
应用方法
本实施方案的应用方法包括向润滑油容器的内壁施用上述凝胶形式的消泡剂组合物的步骤。具体地，这不同于向润滑油中添加消泡剂的常规技术。但这也可以与向润滑油中添加消泡剂的常规技术组合(在这种情况下，如果由于过滤器捕集结果等造成消泡剂不足而使发泡量增加，则通过由以凝胶形式施用的消泡剂组合物向油中配送消泡组分来抑制这种发泡)。在下文中，首先将描述上述方法的应用情形；其次，再描述该方法中的前述步骤。
向容器施用的情形
对于可以在本实施方案中应用的容器没有特别限制，例如作为例子可以提到的有用于汽车或摩托车的变速箱(例如手动变速箱、自动变速箱、或EV减速齿轮)；特别地，本实施方案可以适当地应用于AT用途或CVT用途的变速箱。在AT用途或CVT用途的变速箱中，当应用液压泵在容器内循环润滑油时会发泡，但通过应用本实施方案，可以防止一些问题如润滑性能差和因此发生的设备控制能力损失。
向润滑油施用的情形
对于本实施方案可以应用的润滑油没有特别限制。例如，作为用于润滑油的基油，可以提到的有称为高度炼制基油的矿物油、合成油或它们的混合物(例如在API(American Petroleum Institute)基油类别中属于第1类、第2类、第3类、第4类或第5类的基油，它们单独或以混合物的形式应用)。同时，对于润滑油中基油的含量也没有特别限制，例如基于润滑油组合物的总量，这可以为至少60wt%，优选为至少70wt%，更优选为至少80wt%，和甚至更优选为至少90wt%。
施用步骤
本实施方案的施用步骤通过向润滑油容器的内壁(即其侧面的部分或组件，例如安装在比容器油表面更高位置处的通气管或油表)施用消泡剂组合物来实施。适当地，在润滑油表面处或高于油表面处或者更高位置处施用消泡剂组合物。在这种情况下假定的是只有润滑油发泡时才需要消泡。换句话说，润滑油发泡提升了油表面，使得泡沫到达消泡剂组合物的施用位置和泡沫与消泡剂组合物接触构成了作用机理，由此消泡组分与润滑油混合。通过这种安排，有可能防止由于润滑油和消泡组分间持续接触而在短时间内使消泡组分从容器内壁侧面区域被洗掉。应该注意的是关于施用技术没有特别限制，只要有效施用就可以，和例如这可以通过涂覆或喷涂来实现。
实施例
虽然下面参考实施例和对比例描述了本发明，但是本发明不局限于如下实施例。
实施例1
将约0.03g含全氟聚醚作为氟基消泡剂组合物的油脂(CaP氟油油脂：白色，NLGI级别为2，基油的动态粘度(100℃下)为40mm2/s)通过如下所述的程序施用于测试容器内表面上。在这种情况下，所应用的油脂基油为全氟醚和增稠剂为磷酸三钙。
对比例1
将约0.03g由来自Dow Corning Inc.的高真空硅氧烷油脂组成的消泡剂组合物按如下所述的程序施用于测试容器内表面上。该组合物的NLGI级别为0。
对比例2
将约0.03g由来自Toray/Dow Corning Silicone Inc.的SH200-100,000cSt组成的消泡剂组合物按如下所述的程序施用于测试容器内表面上(应用极高粘度硅氧烷油的例子)。该组合物在25℃下的动态粘度为100,000mm2/s。
消泡测试
消泡测试应用图1所示设备进行。通过如下方法进行评价，应用均化器(20)评价发泡量。
应用的设备
均化器(20)：IKA Labortechnik Ultra-Turaax T25
发动机轴(22)：S-25N-25F(由上文所提到的均化器相同的公司制造)
汽缸(24)：由玻璃制造，高度20-160mm(每个1mm)，标有刻度，内径36mm，厚度2mm，高度200mm
加热器(26)：当将油加入上述汽缸(24)时，加热器具有足够的电容量将油加热至140℃的温度。
热电偶(28)：能够以10℃的间隔测量80-140℃的温度。
参比油
对于参比油(润滑油)，应用如下油：由Showa Shell Sekiyu Ltd生产的排除了消泡剂Shell ATF。
测量准备
1.取62.5mL体积的实施例1、对比例1或对比例2中制备的样品(刻度标尺为55mm)。
2.按图中所示搭建设备。
3.匹配均化器(20)的位置。具体地，轴上孔的位置与气缸(24)的50-60mm的位置相匹配(室温下油表面65-66mm)。在这点处，容器底部与轴顶端的距离接近20mm。
4.均化器(20)以8000rpm旋转，和通过加热器将油加热至测量温度。
施用消泡剂组合物的方法
将测试设备设置在搅拌轴(外部)上的位置处，然后在90-95mm的位置处用注射器施用消泡剂组合物(参比油发泡时的体积为117mm，因此设定前述位置，以有可能确定消泡能力)。
测量程序
1.在测量温度(120℃)下在均化器(20)停止的条件下记录油表面位置(搅拌前)。
2.均化器(20)在8000rpm下旋转，和重新调节加热器输出至测量温度。
3.当达到测时温度时，开始在20,000rpm下均化器(20)的旋转。
4.搅拌1分钟后，保持均化器(20)旋转，记录油表面位置和泡沫表面高度(搅拌1分钟后的油表面位置)。由"(搅拌后泡沫表面读数)-(搅拌前油表面读数)"通过计算获得发泡量(mm)。
测试结果
测试结果示于下表1中。
表1
Figure BDA0000375666100000081
在实施例1中，通过观察用于发泡测试的气缸的内部周边，如下现象得到确认：当已经产生的泡沫与消泡剂组合物接触时，消泡发生，并且不再进一步发泡。另外，确定的是即使在测试开始1分钟后，消泡效果仍然持续。猜想的是以这种方式在较长时间内持续表现出好的消泡效果的原因是，当消泡剂组合物与气泡接触时，这些气泡经历部分破裂而不会受到油的过分推动，和具有消泡效果的全氟聚醚在油中持续配送至合适的程度。
与之相比，在对比例1中，即使产生的气泡与消泡剂组合物接触，仍然发泡而没有表现出消泡效果。测试开始1分钟后，相比于没有施用消泡剂组合物的情况，发泡量实际上有所增加；换句话说，这确认了可以描述为发泡效果的效果。因此，发现的是与本发明目的效果相反的效果。
另外，在对比例2中，不管是否施用了消泡剂组合物，结果是泡沫增/减程度相同。因此，发现的是消泡剂组合物没有消泡效果。
因此，发现的是相比于对比例1和对比例2中采用的消泡剂组合物，通过在油表面上方向内壁施用本发明中应用的消泡剂组合物，在抑制原始产生的泡沫方面具有高度有益的效果。

Claims (7)

1.施用于容器内壁的NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物，所述组合物用于消除容器内存在的润滑油产生的泡沫。
2.权利要求1的消泡剂组合物，它是基油为含氟油的油脂。
3.权利要求2的消泡剂组合物，特征在于所述油脂的增稠剂是磷酸三钙。
4.权利要求1-3任一项的消泡剂组合物，它在润滑油的油表面处或高于油表面处或者更高位置处施用于内壁表面上。
5.权利要求1-4任一项的消泡剂组合物，其中所述容器是变速箱。
6.使润滑油消泡的方法，特征在于它包括将NLGI级别为1或更硬的凝胶形式的消泡剂组合物施用于润滑油容器内壁的步骤，和特征在于在该步骤中，在润滑油的油表面处或高于油表面处或者更高位置处将所述消泡剂组合物施用于内壁表面上。
7.权利要求6的消泡方法，特征在于所述容器是变速箱。
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