CN103571573B - 润滑油组合物 - Google Patents
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Abstract
润滑油组合物中次要量的如本文所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(B)与次要量的如本文所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(C)组合在润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机中,降低和/或抑制金属发动机组件腐蚀的用途,其中润滑油组合物在发动机操作期间被生物燃料污染。
Description
发明领域
本发明涉及汽车润滑油组合物,更尤其是用于用生物燃料作为燃料的汽油(火花点火)和柴油(压缩点火)内燃机,尤其是用生物柴油燃料作为燃料的压缩点火内燃机和用醇基燃料(例如生物乙醇)作为燃料的火花点火内燃机、曲轴箱润滑中的汽车润滑油组合物,这类组合物称为曲轴箱润滑剂。
尽管不仅仅如此,本发明特别涉及优选具有低磷含量以及低硫和/或硫酸盐灰含量的汽车润滑油组合物,其在用生物燃料作为燃料的发动机操作期间显示出改进的金属发动机部件腐蚀抑制;和这类组合物中的添加剂在改进润滑油组合物的防腐蚀性能中的用途。
发明背景
曲轴箱润滑剂为用于内燃机中的一般润滑的油,其中油底壳通常位于发动机的曲轴下方且循环油返回其中。考虑内燃机,尤其是用生物燃料作为燃料的发动机中曲轴箱润滑剂的污染或稀释。
生物柴油燃料包含具有低挥发度的组分,其在将燃料注入发动机中以后缓慢挥发。通常,生物柴油的未燃烧部分和一些所得部分燃烧的分解产物变得与气缸壁上的润滑剂混合并冲到油底壳中,从而污染曲轴箱润滑剂。由于发动机润滑期间的极限条件,被污染润滑剂中的生物柴油燃料可形成其它分解产物。发现曲轴箱润滑剂中生物柴油燃料及其分解产物的存在促进金属发动机部件的腐蚀。此外,发现该问题在使用将燃料晚期后注入气缸中以使废气后处理装置再生的柴油机(例如轻型、中型和客车柴油机)中明显更差。
废气后处理装置,例如柴油颗粒过滤器(DPF)需要定期再生以除去烟灰的形成并防止它们对发动机性能具有有害影响。产生引发和维持DPF再生的条件的一种方法包括提高进入DPF中的废气的温度以燃烧烟灰。当柴油机相对冷且贫的运行时,这可通过将燃料加入废气中任选与位于DPF上游的氧化催化剂的使用组合实现。重型柴油机(HDD),例如卡车中的那些通常使用将燃料直接注入气缸外部的废气系统中的晚期后注入,而轻型和中型柴油机通常使用在膨胀冲程期间将燃料直接注入气缸中的晚期后注入。发现当发动机使用将燃料直接注入气缸中的晚期后注入时,金属,特别是含铁发动机组件的腐蚀在用生物柴油作为燃料的柴油机中明显提高。尽管仅是理论的,认为该提高的发动机腐蚀是由于更多生物柴油被更暴露的气缸壁上的润滑剂吸收,从而增加油底壳中润滑剂的污染。
还发现由于存在与曲轴箱润滑剂混合并污染曲轴箱润滑剂的醇基燃料及其分解产物,金属发动机部件,特别是含铁发动机组件的腐蚀在用醇基燃料(例如生物乙醇)作为燃料的火花点火内燃机中发生。
因此,必须确定在用生物燃料操作发动机期间具有关于金属发动机组件,特别是含铁金属发动机组件(例如曲轴组件)的改进防腐蚀性能的润滑油组合物。
发明概述
本发明基于这一发现:可配制润滑油,在用生物燃料作为燃料和操作的发动机操作期间,尤其是在用醇基燃料如乙醇基燃料,尤其是生物醇基燃料如生物乙醇燃料作为燃料和操作的火花点火内燃机操作期间,所述润滑油显示出明显改进的防腐蚀性能,特别是对于金属发动机组件,尤其是含有铁或其合金(例如钢)的那些。
根据第一方面,本发明提供润滑油组合物,其包含:
(A)主要量的具有润滑粘度的油;
(B)次要量的油溶性或油分散性添加剂组分,其可通过如下组分反应而得到:
(b1)具有至少2个碳原子和至少2个氮原子的脂族多胺,其中氮原子中的至少一个以伯胺基团的形式存在,且其余氮原子中的至少一个以伯胺或仲胺基团的形式存在,和
(b2)式I的脂族烃基单酸或其衍生物:
其中式I化合物中的R1表示C9-C29脂族烃基,且X表示–OH或合适离去基团,所述反应在足以使脂族多胺(b1)的至少一个胺基团与式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应以形成至少一个酰胺和/或咪唑啉基团的方式和条件下进行;和
(C)次要量的油溶性或油分散性添加剂组分,其为式R6C(O)NH2伯酰胺,其中R6表示C9-C29脂族烃基。
优选,添加剂组分(B)基本不含含有咪唑啉的基团。基本不含含有咪唑啉的基团意指少于5,优选少于1,最优选少于0.5摩尔%的化合物具有咪唑啉环结构。
优选,本发明润滑油组合物为曲轴箱润滑剂。
优选,具有润滑粘度的油包含组III基本油料。
出乎意料地发现润滑油组合物,特别是包含组III基本油料的润滑油组合物中油溶性或油分散性添加剂组分(B)和油溶性或油分散性添加剂组分(C)的组合可提供润滑剂,所述润滑剂在用于润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机中,尤其是在用醇基燃料如乙醇基燃料,尤其是生物醇基燃料如生物乙醇燃料作为燃料和操作的火花点火内燃机操作期间显示出改进的金属发动机组件,特别是含有铁和/或其合金(例如钢组件)的金属发动机组件中的腐蚀抑制和/或降低。特别地,添加剂组分(B)和添加剂组分(C)在润滑剂中的组合使用在润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机中可提供在降低金属发动机组件,特别是含铁金属发动机组件腐蚀方面的积极责任。
更具体而言,出乎意料地发现润滑油组合物中油溶性或油分散性添加剂组分(B)和油溶性或油分散性添加剂组分(C)的组合通常能使润滑油组合物通过根据PV1492(Issue2012-11)的严格Volkswagen腐蚀台架试验(VCBT),所述试验模拟在润滑油组合物被醇基燃料如乙醇、水和乙酸污染时的环境中在金属曲轴中发现的铁及其合金如钢的腐蚀。
根据第二方面,本发明提供润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机的方法,其包括用润滑油组合物操作发动机,所述润滑油组合物包含:(A)主要量的具有润滑粘度的油;根据本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(B);和根据本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(C)。
合适地,第二方面的方法降低和/或抑制含有金属,尤其是含铁发动机组件的腐蚀。优选金属发动机组件由铁或其合金如钢组成。
根据第三方面,本发明提供降低和/或抑制用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机的金属发动机组件,尤其是由铁或其合金(如钢)组成的金属发动机组件的腐蚀的方法,所述方法包括用润滑油组合物,特别是曲轴箱润滑油组合物润滑发动机,优选操作发动机,所述润滑油组合物包含:(A)主要量的具有润滑粘度的油;根据本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(B);和根据本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(C)。
根据第四方面,本发明提供润滑油组合物中本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(B)与本发明第一方面所定义的次要量的油溶性或油分散性添加剂组分(C)组合在润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机中,降低和/或抑制金属发动机组件,尤其是由铁或其合金(如钢)组成的金属发动机组件的腐蚀的用途,其中润滑油组合物在发动机操作期间被生物燃料污染。
根据第五方面,本发明提供火花点火或压缩点火内燃机,所述内燃机包含含有根据本发明第一方面所定义的润滑油组合物的曲轴箱,其中发动机用生物燃料作为燃料。优选,发动机用包含生物燃料的燃料操作,且发动机用润滑油组合物润滑。
优选,根据本发明第一方面的润滑油组合物和本发明第2-5方面所定义的润滑油组合物各自独立地被基于润滑油组合物的总质量为至少0.3质量%的生物燃料或其分解产物及其混合物污染。优选,生物燃料为醇基燃料,例如乙醇基燃料,尤其是生物醇基燃料如生物乙醇。
优选,本发明第三和第四方面的金属发动机组件包括包含铁和铁合金(例如钢)的组件,例如曲轴箱组件。
优选,本发明第2-5方面的发动机包括火花点火内燃机。合适地,本发明第2-5方面的优选火花点火内燃机用醇基燃料如乙醇,优选生物醇基燃料如生物乙醇作为燃料和操作。
应当理解当本发明第2-5方面的发动机包括压缩点火内燃机时,则该发动机用生物柴油燃料作为燃料和操作。
优选,本发明第一方面以及本发明第2-5方面所定义的润滑油组合物包含下文所定义的二烃基二硫代磷酸金属盐抗磨剂,例如ZDDP。
合适地,本发明第一方面以及本发明第2-5方面所定义的润滑油组合物包含不同于添加剂组分(B)和(C)的摩擦改进剂,特别是下文所定义的无灰摩擦改进剂或有机钼摩擦改进剂。出乎意料地发现这种摩擦改进剂的存在可进一步增强润滑油组合物的防腐蚀性能。优选的无灰摩擦改进剂包括高级脂肪酸的甘油单酯,例如单油酸甘油酯。优选,当存在无灰摩擦改进剂时,其以基于润滑油组合物的总质量为0.1-5.0质量%,更优选0.1-1.5质量%,最优选0.2-1.0质量%的量存在。优选的有机钼摩擦改进剂包括本文所定义的二硫代氨基甲酸钼和三核钼化合物。优选,当存在有机钼摩擦改进剂时,其以基于润滑油组合物的总质量为0.01-2质量%,更优选0.05-0.5质量%的量存在。
合适地,润滑油组合物可包含次要量的一种或多种不同于添加剂组分(B)和(C)的助添加剂,所述助添加剂选自无灰分散剂、金属清净剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、倾点下降剂、抗磨剂、摩擦改进剂、反乳化剂、消泡剂和粘度改进剂。
优选,油溶性或油分散性添加剂组分(B)与油溶性或油分散性添加剂组分(C)组合形成添加剂包的一部分,所述添加剂包还包含稀释剂,优选基本油料,和次要量的一种或多种不同于添加剂组分(B)和(C)的助添加剂,所述助添加剂选自无灰分散剂、金属清净剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改进剂、反乳化剂和消泡剂;将添加剂包加入具有润滑粘度的油中。
在本说明书中,如果和当使用时,以下措辞和表述具有下文所述含义:
“活性成分”或“(a.i.)”指不是稀释剂或溶剂的添加剂材料;
“醇基燃料”指包含醇,而不管醇的来源,例如甲醇、乙醇、丙醇和丁醇,尤其是乙醇的燃料。术语“醇基燃料”包括纯醇基燃料(即纯乙醇)以及醇基燃料混合物,其包含例如醇和石油汽油的混合物。
“乙醇基燃料”指包含乙醇的燃料并以与“醇基燃料”相同的方式定义;
“生物燃料”指生物柴油燃料、生物醇燃料和本文所定义的醇基燃料(即不仅仅由石油汽油组成的燃料或石油柴油燃料)。优选,生物燃料包括生物柴油燃料、生物醇燃料和本文所定义的乙醇燃料。更优选,术语“生物燃料”意指至少部分地衍生自可再生生物资源的燃料,例如生物柴油燃料或生物醇燃料。甚至更优选,生物燃料包括生物柴油或本文所定义的生物乙醇,尤其是生物乙醇燃料;
“生物柴油燃料”指至少部分地衍生自可再生生物资源(例如可衍生自天然油/脂肪如植物油或动物脂肪)的燃料,其包含至少一种长链脂肪酸的烷基酯,通常单烷基酯。术语“生物柴油燃料”包括纯生物柴油燃料(即通过ASTM D6751-08(美国)和EN 14214(欧洲)定义的B100)以及生物柴油燃料混合物,包括生物柴油燃料和另一燃料如石油柴油燃料的混合物;
“生物醇燃料”指包含衍生自可再生生物资源(例如发酵糖)的醇的燃料,且另外以与“醇基燃料”相同的方式定义;
“生物乙醇燃料”指包含衍生自可再生生物资源的乙醇的燃料,且另外以与“乙醇基燃料”相同的方式定义。术语“生物乙醇燃料”包括纯生物乙醇燃料(即纯生物乙醇E100)以及生物乙醇燃料混合物,其包含例如生物乙醇和石油汽油的混合物;
“石油汽油”指由石油制备的汽油燃料;
“石油柴油燃料”指由石油制备的柴油燃料;
“生物乙醇”指衍生自可再生生物资源的乙醇;
“包含”或任何同类措辞描述所述特征、步骤或整数或组分的存在,但不排除一个或多个其它特征、步骤、整数、组分或其基团的存在或加入。表述“由…组成”或“基本由…组成”或同类词可包括在“包含”或同类词内,其中“基本由…组成”容许包括不实质影响它所应用的组合物的特征的物质;
“烃基”意指化合物的化学基团(即取代基),其含有氢和碳原子并借助碳原子直接键合于该化合物的其余部分上。如果容许的话,该基团可包含一个或多个不同于碳和氢的原子,条件是它们不影响该基团的基本烃基性质。合适取代基包括如下:
1.烃取代基,即脂族(例如烷基或烯基)、脂环族(例如环烷基或环烯基)取代基,芳族-、脂族-和脂环族取代的芳族核等,以及其中环通过配体的另一部分完成(即任何两个所述取代基可以一起形成脂环族基团)的环状取代基;
2.取代的烃取代基,即含有在本发明上下文中不改变取代基的主要烃基性质的非烃基团的那些。本领域技术人员熟悉合适的基团(例如卤素,尤其是氯和氟,氨基、烷氧基、巯基、烷基巯基、硝基、亚硝基、亚硫酰基(sulfoxy)等)。
优选,术语“烃基”意指化合物的化学基团(即取代基),其仅含有氢和碳原子并借助碳原子直接键合于该化合物的其余部分上。
“卤”或“卤素”包括氟、氯、溴和碘;
本文所用“油溶性”或“油分散性”或者同类术语未必表示该化合物或添加剂可以以所有比例可溶、可溶解、可溶混于油中,或者能够悬浮于油中。然而,这些意指它们例如可足够程度地溶于或稳定分散于油中以在使用油的环境中发挥它们意欲的作用。此外,如果需要的话,其它添加剂的另外并入也可容许并入高水平的具体添加剂;
“主要量”意指超过组合物的50质量%;
“次要量”意指少于组合物的50质量%,其关于所述添加剂以及关于组合物中存在的所有添加剂的总质量表示,以一种或多种添加剂的活性成分计算;
“ppm”意指基于润滑油组合物总质量的质量份每百万质量份;
腐蚀控制,特别是铁和铁合金(例如钢)的腐蚀根据PV1492(Issue2012-11)使用Volkswagen腐蚀台架试验(VCBT)测量,如下文中本说明书的实施例部分所述;
“TBN”意指通过ASTM D2896测量的总碱值(mg KOH/g);
“磷含量”通过ASTM D5185测量;
“硫含量”通过ASTM D2622测量;和
“硫酸盐灰含量”通过ASTM D874测量。
除非另外指出,所报告的所有百分数为基于活性成分的质量%,即不考虑载体或稀释油。
另外,应当理解所用必要以及最佳和常规的各种组分可能在配制、储存或使用条件下反应且本发明还提供由于任何这种反应可得到或得到的产物。
另外,应当理解本文所述任何量、范围和比的上限和下限可独立地组合。
发明详述
如果合适的话,关于本发明各个和所有方面的本发明特征现在更详细地描述如下:
具有润滑粘度的油(A)
具有润滑粘度的油(有时称为“基本油料”或“基油”)为润滑剂的主要液体组分,向其中混入添加剂以及可能其它油,例如以产生最终润滑剂(或润滑剂组合物)。基油用于制备浓缩物以及用于由其制备润滑油组合物,并可选自天然(植物、动物或矿物)和合成润滑油及其混合物。
具有润滑粘度的油优选包含组III基本油料。基本油料组定义于AmericanPetroleum Institute (API)出版物“Engine Oil Licensing and CertificationSystem”,Industry Services Department,第14版,1996年12月,附录1,1998年12月中。通常基本油料具有在100℃下优选3-12,更优选4-10,最优选4.5-8mm2/s(cSt)的粘度。
本发明中基本油料和基油的定义与American Petroleum Institute(API)出版物“Engine Oil Licensing and Certification System”,Industry Services Department,第14版,1996年12月,附录1,1998年12月发现的那些相同。所述出版物如下分类基本油料:
a)使用表E-1所述测试方法,组I基本油料含有小于90%饱和物和/或大于0.03%硫,且具有大于或等于80且小于120的粘度指数。
b)使用表E-1所述测试方法,组II基本油料含有大于或等于90%饱和物和小于或等于0.03%硫,且具有大于或等于80且小于120的粘度指数。
c)使用表E-1所述测试方法,组III基本油料含大于或等于90%饱和物和小于或等于0.03%硫,且具有大于或等于120的粘度指数。
d)组IV基本油料为聚α烯烃(PAO)。
e)组V基本油料包括不包括在组I、II、III或IV中的所有其他基本油料。
表E-1:基本油料的分析方法
性能 | 试验方法 |
饱和物 | ASTM D2007 |
粘度指数 | ASTM D2270 |
硫 | ASTM D2622 |
ASTM D4294 | |
ASTM D4927 | |
ASTM D3120 |
优选,具有润滑粘度的油包含基于具有润滑粘度的油的总质量大于或等于10质量%,更优选大于或等于20质量%,甚至更优选大于或等于25质量%,甚至更优选大于或等于30质量%,甚至更优选大于或等于40质量%,甚至更优选大于或等于45质量%的组III基本油料。甚至更优选,具有润滑粘度的油包含基于具有润滑粘度的油的总质量大于50质量%,优选大于或等于60质量%,更优选大于或等于70质量%,甚至更优选大于或等于80质量%,甚至更优选大于或等于90质量%的组III基本油料。最优选,具有润滑粘度的油基本由组III基本油料组成。在一些实施方案中,具有润滑粘度的油仅由组III基本油料组成。在后一种情况下,众所周知润滑油组合物中所包含的添加剂可包含不是组III基本油料的载体油。
可包含在润滑油组合物中的其它具有润滑粘度的油详细描述如下:
天然油包括动物油和植物油(例如蓖麻油和猪油);液体石油以及链烷烃、环烷烃和混合链烷烃-环烷烃型的加氢精制、溶剂处理矿物润滑油。衍生自煤或页岩的具有润滑粘度的油也是有用的基油。
合成润滑油包括烃油如聚合和共聚的烯烃(例如聚丁烯、聚丙烯、丙烯-异丁烯共聚物、氯化聚丁烯、聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯));烷基苯(例如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二(2-乙基己基)苯);聚苯(例如联苯、三联苯、烷基化多酚);和烷基化二苯醚和烷基化二苯硫及其衍生物、类似物和同系物。
另一类合适的合成润滑油包括二羧酸(例如苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸和烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚物、丙二酸、烷基丙二酸、烯基丙二酸)与各种醇(例如丁醇、己醇、十二醇、2-乙基己基醇、乙二醇、二甘醇单醚、丙二醇)的酯。这些酯的具体实例包括己二酸二丁酯、癸二酸二(2-乙基己基)酯、富马酸二-正己基酯、癸二酸二辛酯、壬二酸二异辛基酯、壬二酸二异癸基酯、苯二甲酸二辛基酯、邻苯二甲酸二癸基酯、癸二酸二-二十烷基酯、亚油酸二聚物的2-乙基己基二酯,和通过1摩尔癸二酸与2摩尔四甘醇和2摩尔2-乙基己酸反应形成的混合酯。
用作合成油的酯还包括由C5-C12单羧酸和多元醇和多元醇醚如新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇和三季戊四醇制备的那些。
未精炼、精炼和再精炼油可用于本发明组合物中。未精炼油为不经进一步提纯处理,直接由天然或合成来源得到的那些。例如,直接由干馏操作得到的页岩油、直接由蒸馏得到的石油或直接由酯化方法得到且不经进一步处理而使用的酯油为未精炼油。精炼油类似于未精炼油,不同的是已将它们在一个或多个提纯步骤中进一步处理以改进一种或多种性能。许多这类提纯技术,例如蒸馏、溶剂萃取、酸或碱萃取、过滤和渗滤是本领域技术人员已知的。再精炼油通过类似于用于得到精炼油的方法应用于已使用的精炼油而得到。这类再精炼油也称为再生油或再加工油且通常还通过用于除去废添加剂和油分解产物的技术加工。
基油的其它实例为气至液(“GTL”)基油,即基油可以为衍生自费托合成烃的油,所述费托合成烃由含有H2和CO的合成气使用费托催化剂制备。这些烃通常需要进一步加工以用作基油。例如,它们可通过本领域中已知的方法加氢异构化;加氢裂化和加氢异构化;脱蜡;或加氢异构化和脱蜡。
具有润滑粘度的油还可包含组I、组II、组IV或组V基本油料或者上述基本油料的基油混合物。
优选,通过NOACK试验(ASTM D5880)测量,具有润滑粘度的油或油混合物的挥发度小于或等于16%,优选小于或等于13.5%,优选小于或等于12%,更优选小于或等于10%,最优选小于或等于8%。优选,具有润滑粘度的油的粘度指数(VI)为至少95,优选至少110,更优选至少120,甚至更优选至少125,最优选约130-140。
具有润滑粘度的油以主要量提供,与本文所定义的次要量的添加剂组分(B)和本文所定义的次要量的添加剂组分(C),以及如果需要的话一种或多种下文所述助添加剂组合,从而构成润滑油组合物。该制备可通过将添加剂直接加入油中或者通过将它们以其浓缩物的形式加入以分散或溶解添加剂而实现。可通过本领域技术人员已知的任何方法,将添加剂在加入其它添加剂以前、同时或以后加入油中。
优选,具有润滑粘度的油以基于润滑油组合物的总质量大于55质量%,更优选大于60质量%,甚至更优选大于65质量%的量存在。优选,具有润滑粘度的油以基于润滑油组合物的总质量少于98质量%,更优选少于95质量%,甚至更优选少于90质量%的量存在。
本发明润滑油组合物包含所定义的组分,其在与含油载体混合以前和以后可保持或不保持化学上相同。本发明包括包含在混合以前或混合以后,或在混合以前和以后的所定义组分的组合物。
当使用浓缩物制备润滑油组合物时,可将它们例如用3-100质量份,例如5-40质量份具有润滑粘度的油每质量份浓缩物稀释。
优选,本发明润滑油组合物含有低磷含量,即基于组合物的总质量,以磷原子表示,至多且包括0.15质量%,更优选至多0.12质量%,甚至更优选至多0.11质量%,甚至更优选不大于0.10质量%,甚至更优选至多0.09质量%,甚至更优选至多0.08质量%,甚至更优选至多0.06质量%磷的磷。
通常,润滑油组合物可含有低硫含量。优选,润滑油组合物含有基于组合物的总质量,以硫原子表示,至多0.5质量%,更优选至多0.4质量%,甚至更优选至多0.3质量%,最优选至多0.2质量%硫的硫。
通常,润滑油组合物可含有低硫酸盐灰含量。优选,润滑油组合物含有基于组合物的总质量至多且包括1.5质量%,更优选至多1.2质量%,甚至更优选至多1.1质量%,甚至更优选至多1.0质量%,甚至更优选至多0.8质量%硫酸盐灰的硫酸盐灰。
合适地,润滑油组合物可具有4-15,优选5-12的总碱值(TBN)。在重型柴油(HDD)发动机应用中,润滑组合物的TBN为约4-12,例如6-12。在火花点火发动机的客车柴油机润滑油组合物(PCDO)和客车发动机油中(PCMO),润滑组合物的TBN为约5.0至约12.0,例如约5.0至约11.0。
优选,润滑油组合物为通过粘度描述符SAE20WX、SAE15WX、SAE10WX、SAE5WX或SAE0WX识别的多等级,其中X表示20、30、40和50中的任一个;不同粘度等级的特征可在SAEJ300分类中找到。在本发明各方面的一个实施方案中,不取决于其它实施方案,润滑油组合物为SAE10WX、SAE5WX或SAE0WX的形式,优选为SAE5WX或SAE0WX的形式,其中X表示20、30、40和50中的任一个。优选X为20、30或40。
添加剂组分(B)
添加剂组分B通过脂族多胺(b1)与(b2)式I脂族烃基单酸或其衍生物反应而形成,其中脂族多胺(b1)具有至少2个碳原子和至少2个氮原子,且其中氮原子中的至少一个以伯胺基团的形式存在且其余氮原子中的至少一个以伯胺或仲胺基团的形式存在,
其中式I化合物中的R1表示C9-C29脂族烃基,且X表示–OH或合适的离去基团。反应在足以使脂族多胺(b1)的至少一个胺基团与式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应以形成至少一个酰胺和/或咪唑啉基团的方式和条件下进行。
应当理解添加剂组分(B)为无灰有机添加剂组分。
脂族多胺(b1)含有至少2,通常2-60,优选2-40,更优选2-20,甚至更优选4-20,甚至更优选4-12,尤其是6-10个总碳原子。
脂族多胺(b1)的分子中含有至少2个氮原子,优选至少3,更优选3-15,甚至更优选3-12,甚至更优选3-9,尤其是4-6个氮原子。
脂族多胺(b1)中的氮原子中的至少一个以伯胺基团的形式存在,且其余氮原子中的至少一个,优选至少2个以伯胺或仲胺基团的形式存在。优选,本文所定义的脂族多胺(b1)包含至少2个伯胺基团形式的氮原子。
以下胺描述经受以上关于碳原子含量和氮原子含量的约束条件,且下式的可变基团符合该约束条件进行选择。另外,以下胺描述还限于必须具有至少一个以伯胺基团的形式存在的氮原子且其余氮原子中的至少一个以伯胺或仲胺基团的形式存在的胺。
合适地,脂族多胺(b1)为脂族烃基多胺、无环脂族烃基多胺。优选,脂族多胺(b1)为未取代的直链或支化无环脂族烃基多胺,或者被一个或多个选自如下的基团取代的直链或支化无环脂族烃基多胺:羟基;烷氧基、酰胺基团和腈基团。特别优选的脂族多胺(b1)为未取代的直链或支链无环脂族烃基多胺,特别是未取代的直链无环脂族烃基多胺。合适地,多胺(b1)的脂族烃基可以为饱和或不饱和的,优选脂族烃基为饱和脂族烃基如亚烷基如亚乙基或亚丙基。最优选,脂族多胺(b1)的脂族烃基仅包含碳和氢原子。特别优选的脂族多胺(b1)包括多亚烷基多胺,更优选多亚乙基多胺或多亚丙基多胺,尤其是多亚乙基多胺。
当脂族多胺(b1)为多亚烷基多胺时,多亚烷基多胺在分子中含有至少3,更优选3-15,甚至更优选3-12,甚至更优选3-9,尤其是4-6个氮原子。优选,多亚烷基多胺包含至少2个伯胺基团形式的氮原子,更优选多亚烷基多胺包含至少2个伯胺基团形式的氮原子且其余氮原子中的至少一个为仲胺基团的形式。
合适的,脂族多胺(b1)可表示的合适多亚烷基多胺包括式II化合物:
其中:各个R2每次出现时独立地表示氢、C1-C12烷基、C2-C6烯基或C1-C12烷基胺;R3和R4各自独立地表示氢、C1-C12烷基、C2-C6烯基或C1-C12烷基胺;a为0-10的整数;各个n每次出现时独立地表示2-6的整数;且条件是当a为0时,R3或R4中的至少一个表示氢。
优选,式II化合物中的各个R2每次出现时独立地表示氢、C1-C12烷基或C1-C12烷基胺如–(CH2)nN(R3)R4,其中n、R3和R4如本文中所定义。更优选,式II化合物中的各个R2每次出现时独立地表示氢或C2-C6烷基胺,例如–(CH2)nN(R3)R4,其中n为2-6,R3和R4如本文中所定义。甚至更优选,式II化合物中的各个R2每次出现时独立地表示氢或C2-C4烷基胺,例如–(CH2)nN(R3)R4,其中n为2-4,R3和R4如本文中所定义。最优选,式II化合物中的各个R2每次出现时独立地表示氢或–C2H4NH2(即氨基乙基)。
优选,式II化合物中的R3表示氢或C1-C6烷基,尤其是氢。
优选,式II化合物中的R4表示氢或C1-C6烷基,尤其是氢。
优选,式II化合物中的a为1-6,更优选2-4,甚至更优选2或3,尤其是3的整数。
优选,式II化合物中的各个n每次出现时独立地表示2-4的整数。
优选,式II化合物中的各个n是相同的。
最优选,式II化合物中的各个n为2。
合适脂族多胺化合物(b1)的非限定性实例包括:多亚乙基多胺如二亚乙基三胺;三亚乙基四胺;四亚乙基五胺;五亚乙基六胺;N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺;和多亚丙基多胺如二-(1,2-亚丙基)三胺;二(1,3-亚丙基)三胺;及其混合物。非常优选的脂族多胺化合物(b1)为多亚乙基多胺如二亚乙基三胺;三亚乙基四胺;四亚乙基五胺;五亚乙基六胺;N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺及其混合物。最优选的脂族多胺化合物(b1)为四亚乙基五胺和N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺及其混合物,尤其是四亚乙基五胺。
可有利地使用胺化合物的商业混合物。例如,多亚烷基多胺的一种制备方法包括亚烷基二卤化物(二氯化乙烯或二氯化丙烯)与氨的反应,其可产生复杂混合物,其中氮原子对通过亚烷基连接,形成这类化合物如四亚乙基五胺、N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺和异构哌嗪,例如N-(2-(4-(2-氨基乙基)哌嗪-1-基)乙基)乙二胺和N1-(2-氨基乙基)-N2-(2-(哌嗪-1-基)乙基)乙-1,2-二胺。
非常优选的脂族多胺化合物(b1)为四亚乙基五胺。四亚乙基五胺可单独使用,或者作为选择可形成胺混合物的一部分,所述胺混合物还包含N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺和异构哌嗪,例如N-(2-(4-(2-氨基乙基)哌嗪-1-基)乙基)乙二胺和N1-(2-氨基乙基)-N2-(2-(哌嗪-1-基)乙基)乙-1,2-二胺。
合适地,当脂族多胺化合物(b1)包含前文所定义的至少两种或更多种脂族多胺(b1)的混合物时,该混合物可包含四亚乙基五胺和N2-(氨基乙基)三亚乙基四胺。
上述脂族多胺(b1)与式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应以形成添加剂组分(B):
其中式I化合物中的R1表示C9-C29脂族烃基,X表示–OH或合适离去基团。反应在足以使脂族多胺(b1)的至少一个胺基团与式I的脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应以形成至少一个酰胺和/或咪唑啉基团的方式和条件下进行。
X可表示的合适离去基团包括–OC(O)R1、-OR5或卤素,其中R1表示本文所定义的C9-C29脂族烃基,R5表示C1-C8脂族烃基。更优选,X表示-OH或–OC(O)R1,即C9-C29脂族烃基单羧酸或其酐衍生物。最优选,式I化合物中的X表示-OH,即式I化合物表示具有末端羧酸基团的C9-C29脂族烃基单羧酸。
式I化合物中的R1表示C9-C29脂族烃基,优选C11-C23脂族烃基,甚至更优选C15-C20脂族烃基,甚至更优选C16-C18脂族烃基,尤其是C17脂族烃基。
合适地,式I化合物中R1表示的脂族烃基可以为饱和或不饱和、无环或部分无环和部分环状的,或者直链或支链。
优选,式I化合物中R1表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为饱和脂族烃基,尤其是烷基。
优选,式I化合物中R1表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为无环脂族烃基。
优选,式I化合物中R1表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为支链脂族烃基。
优选,式I化合物中的R1表示C9-C29饱和无环支链脂族烃基,更优选无环支链C9-C29烷基,甚至更优选无环支链C11-C23烷基,甚至更优选无环支链C15-C20烷基,甚至更优选无环支链C16-C18烷基,最优选无环支链C17烷基。
式I化合物的典型实例包括单羧酸(即脂肪酸),例如壬酸(壬酸);癸酸(癸酸);十一烷酸;十二烷酸(月桂酸);十三烷酸;十四烷酸(肉豆蔻酸);十五烷酸;十六烷酸(棕榈酸);十七烷酸(十七酸);十八烷酸(硬脂酸和异硬脂酸);十九烷酸;二十烷酸(花生酸);二十二烷酸(山萮酸);二十四烷酸(二十四酸);二十六烷酸(二十六酸);壬烯酸;癸烯酸;十一碳烯酸;十二碳烯酸;十三碳烯酸;十五碳烯酸;十六碳烯酸;十七碳烯酸;十八碳烯酸(油酸);及其混合物。
式I脂族烃基单酸可表示的非常优选的单羧酸包括硬脂酸、异硬脂酸及其混合物。最优选的式I化合物为异硬脂酸(即16-甲基十七烷酸)。合适地,最优选的添加剂组分(B)为异硬脂酸和四亚乙基五胺的反应产物。
式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)与脂族多胺(b1)反应形成添加剂组分(B)通常在升高的温度下任选在合适溶剂如甲苯的存在下进行约2-10小时。通常该反应在100-250℃,更优选120-200℃的温度下进行,并例如使用迪安-斯达克装置除去缩合反应期间产生的任何水(即当式I化合物中的X表示-OH时)。由于通过酰胺化反应原位形成水,大多数(如果不是所有的话)咪唑啉基团水解成伯胺基团。使式I化合物与脂族多胺(b1)反应形成添加剂组分(B)的合适方法描述于US5,395,539和US4,705,643中。
因此,在式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)与脂族多胺(b1)反应期间,使用足量式I化合物以赋予所得脂族聚酰胺(B)油溶性或油分散性。合适地,式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应与脂族多胺(b1)反应物的摩尔比为每摩尔脂族多胺(b1)反应约2-10,优选3-10,最优选3-5,尤其是3-4摩尔当量式I化合物。合适地,使用足量的式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)使得所得脂族聚酰胺(B)具有至少一个反应性胺基团,即所得脂族聚酰胺(B)中的伯胺或仲胺基团。因此,例如当其中X表示-OH的最优选式I脂族烃基单酸(b2),即异硬脂酸与最优选的脂族多胺(b1),即四亚乙基五胺(含有5个反应性胺基团)反应时,则每摩尔四亚乙基五胺,反应优选3摩尔当量异硬脂酸,缩合反应得到产物混合物,但缩合优先在四亚乙基五胺的两个伯胺基团和一个仲胺基团上进行。
因此,例如当X表示-OH时,最优选的式I脂族烃基单酸(b2),即异硬脂酸,与最优选的脂族多胺(b1),即四亚乙基五胺之间的反应可由以下方程式表示:
其中“产物混合物”表示产物,包括以下式III、IV、V、VI和VII的那些的混合物:
由于通过酰胺化反应原位形成水,结构V、VI和VII的大多数咪唑啉基团(如果不是所有的话)水解成胺基团。
合适地,脂族聚酰胺(B)以基于润滑油组合物的总质量%为0.01-5.0质量%,优选0.01-2.0质量%,更优选0.01-1.5质量%,甚至更优选0.05-1.5质量%,甚至更优选0.05-1.0质量%,甚至更优选0.05-0.5质量%,最优选0.1-0.5质量%的量存在。
添加剂组分(C)
添加剂组分(C)为式R6C(O)NH2的伯酰胺,其中R6表示C9-C29脂族烃基。通常,这类添加剂作为减摩添加剂用于润滑油组合物中以改进燃料经济性能。合适地,这类添加剂为无灰有机添加剂组分,并可通过例行化学合成技术,例如通过相应的酯、酸基氯或酸酐的氨解而制备。
式R6C(O)NH2化合物中的R6表示C9-C29脂族烃基,优选C11-C23脂族烃基,甚至更优选C15-C20脂族烃基,甚至更优选C16-C18脂族烃基,尤其是C17脂族烃基。
合适地,式R6C(O)NH2化合物中R6表示的脂族烃基可以为饱和或不饱和、无环或部分无环和部分环状,或者直链或支链的。
优选,式R6C(O)NH2化合物中R6表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为不饱和脂族烃基,更优选烯基,尤其是具有单一双键的烯基。
优选,式R6C(O)NH2化合物中R6表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为无环脂族烃基。
优选,式R6C(O)NH2化合物中R6表示的本文所定义的C9-C29脂族烃基为直链脂族烃基。
优选,式R6C(O)NH2化合物中的R6表示C9-C29不饱和无环直链脂族烃基,更优选具有单一双键的无环直链C9-C29烯基,甚至更优选具有单一双键的无环直链C11-C23烯基,甚至更优选具有单一双键的无环直链C15-C20烯基,甚至更优选具有单一双键的无环直链C16-C18烯基,最优选具有单一双键的无环直链C17烯基。
通过关于烯基,例如具有单一双键的直链C9-C29烯基的术语“直链”,我们意指链内存在的各个碳碳双键的各个碳原子具有连接于其上的氢原子,优选单一氢原子。合适地,各个烯基可独立地为顺(Z)或反(E)构型。优选各个烯基以顺(Z)构型存在。
其中R6表示饱和C9-C29脂族烃基的式R6C(O)NH2添加剂组分(C)的典型实例包括壬酰胺、癸酰胺、月桂酰胺、肉豆蔻酰胺、棕榈酰胺、十七烷酰胺、硬脂酰胺、异硬脂酰胺、花生酰胺、山萮酰胺、二十四烷酰胺和二十六烷酰胺。
其中R6表示更优选的不饱和C9-C29脂族烃基的式R6C(O)NH2添加剂组分(C)的典型实例包括壬烯基酰胺、癸烯基酰胺、十一碳烯基酰胺、十三碳烯基酰胺、十四碳烯基酰胺、十五碳烯基酰胺、十六碳烯基酰胺、十七碳烯基酰胺、十八碳烯基酰胺(包括油酰胺)、十九碳烯基酰胺、二十碳烯基酰胺、二十二碳烯基酰胺、二十三碳烯基酰胺、二十四碳烯基酰胺、二十五碳烯基酰胺、二十六碳烯基酰胺、二十七碳烯基酰胺、二十八碳烯基酰胺和二十九碳烯基酰胺。
最优选的添加剂组分(C)为十八碳烯基酰胺,尤其是油酰胺。
合适地,添加剂组分(C)以基于润滑油组合物的总质量%为0.01-5.0(例如0.1-5.0)质量%,优选0.01-2.0质量%,更优选0.05-1.5(例如0.1-1.5)质量%,甚至更优选0.05-1.0质量%,最优选0.1-1.0(例如0.2-1.0)质量%的量存在。
发动机
本发明润滑油组合物可用于通过向机械发动机组件中加入该组合物而润滑机械发动机组件,特别是内燃机中的机械发动机组件,例如火花点火或压缩点火2冲程或4冲程往复式发动机。发动机可以为设计成分别通过汽油或石油燃料提供动力的常规汽油机或柴油机;作为选择,发动机可以具体地改进以通过醇基燃料或生物柴油燃料提供动力。优选,润滑油组合物为曲轴箱润滑剂。
优选,润滑油组合物用于润滑火花点火内燃机,尤其是用醇基燃料如乙醇基燃料、更优选生物醇基燃料、尤其是生物乙醇作为燃料的火花点火内燃机。这类发动机包括客车火花点火内燃机。更优选,润滑油组合物用于润滑上述发动机的曲轴箱。
当润滑油组合物如曲轴箱润滑剂用于润滑至少部分用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机时,润滑剂在发动机操作期间变得被生物燃料或其分解产物污染。因此,根据本发明的优选实施方案,本发明润滑油组合物包含至少0.3质量%,优选至少0.5质量%,更优选至少1质量%,甚至更优选至少5质量%,甚至更优选至少10质量%,甚至更优选至少15质量%,甚至更优选至少20质量%的生物燃料和/或其分解产物。尽管润滑油组合物可包含至多50质量%的生物燃料和/或其分解产物,优选它包含少于35质量%,更优选少于30质量%的生物燃料和/或其分解产物。
在火花点火内燃机的情况下,生物燃料包括醇基燃料,优选生物醇燃料,尤其是生物乙醇燃料。
在压缩点火内燃机的情况下,生物燃料包括生物柴油。
生物燃料
术语“生物燃料”指本文所定义的生物柴油燃料、生物醇燃料和醇基燃料(即不是仅由石油汽油或石油柴油燃料组成的燃料)。生物燃料包括由可再生生物资源产生的燃料并包括本文所定义的生物柴油燃料和可衍生自发酵糖的生物乙醇燃料。术语生物燃料还包括“醇基燃料”,例如“乙醇基燃料”,而不管醇的来源(即醇可衍生自可再生生物来源或不可再生来源,例如石油)。
醇基燃料
醇基燃料用于火花点火内燃机中。醇基燃料可包括一种或多种选自甲醇、乙醇、丙醇和丁醇的醇。醇可衍生自可再生生物来源或不可再生来源,例如石油。醇基燃料可包含100体积%的一种或多种醇(即纯醇)。作为选择,醇基燃料可包含醇和石油汽油的混合物;合适的混合物包含基于醇和汽油混合物的总体积为5、10、15、20、25、30、35、40、50、60、70、80、85和90体积%的醇。
优选,醇基燃料包含乙醇基燃料。更优选,醇基燃料包含生物醇燃料,尤其是生物乙醇燃料。
生物乙醇燃料包含衍生自可再生生物来源的乙醇(即生物乙醇),优选仅衍生自可再生生物来源的乙醇。生物乙醇可衍生自作物如玉米、玉米、小麦、大米草(cord grass)和高粱植物的糖发酵。生物乙醇燃料可包含100体积%生物乙醇(指定为E100);作为选择,生物乙醇燃料可包含生物乙醇和石油汽油的混合物。生物乙醇燃料混合物可具有牌号“Exx”,其中xx指基于生物乙醇燃料混合物的总体积以体积%表示的E100生物乙醇的量。例如,E10指包含10体积%E100生物乙醇燃料和90体积%石油汽油的生物乙醇燃料混合物。为避免怀疑,术语“生物乙醇燃料”包括纯生物乙醇燃料(即E100)和生物乙醇燃料混合物,生物乙醇燃料混合物包含生物乙醇燃料和石油汽油燃料的混合物。
通常,生物乙醇燃料包括E100、E95、E90、E85、E80、E75、E70、E65、E60、E55、E50、E45、E40、E35、E30、E25、E20、E15、E10、E8、E6或E5。非常优选的混合物包括E85 (ASTM D5798(美国))、E10(ASTM D4806(美国))和E5(EN 228:2004(欧洲))。
生物柴油燃料
生物柴油燃料包含至少一种可衍生自植物油或动物脂肪的长链脂肪酸的烷基酯,通常单烷基酯。优选,生物柴油燃料包含一种或多种这类长链脂肪酸的甲基或乙基酯,尤其是一种或多种甲基酯。
长链脂肪酸通常包含含有碳、氢和氧原子的长链。优选长链脂肪酸包含10-30,更优选14-26,最优选16-22个碳原子。非常优选的脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸。
生物柴油燃料可衍生自一种或多种植物油和动物脂肪,例如玉米油、腰果油、燕麦油、羽扇豆油、南非槿麻油、金盏花油、棉油、大麻油、大豆油、亚麻子油、榛子油、大戟油、南瓜子油、棕榈油、菜子油、橄榄油、牛油、向日葵油、米糠油、芝麻油或藻油的酯化或酯交换。优选的植物油包括棕榈油、菜子油和大豆油。
一般而言,满足ASTM D6751-08标准(美国)或EN 14214标准(欧洲)规格的纯生物柴油燃料指定为B100。纯生物柴油燃料可与石油柴油燃料混合以形成可降低排放和改进发动机性能的生物柴油混合物。这类生物柴油混合物以牌号“Bxx”给出,其中xx指基于生物柴油混合物的总体积以体积%表示的B100生物柴油的量。例如,B10指包含10体积%B100生物柴油燃料和90体积%石油柴油燃料的生物柴油混合物。为避免怀疑,术语“生物柴油燃料”包括纯生物柴油燃料(即B100)和生物柴油燃料混合物,生物柴油燃料混合物包含生物柴油燃料和石油柴油燃料的混合物。
通常,生物柴油燃料包含B100、B95、B90、B85、B80、B75、B70、B65、B60、B55、B50、B45、B40、B35、B30、B25、B20、B15、B10、B8、B6、B5、B4、B3、B2或B1。优选,生物柴油燃料包含B50牌号或更低,更优选B5-B40,甚至更优选B5-B40,最优选B5-B20。
助添加剂
还可存在的不同于添加剂组分(B)的助添加剂与典型的有效量列于下面。所有所列值以质量%活性成分描述。
(1)粘度改进剂仅用于多级油中。
通常通过将所述或各个添加剂混入基油中而制备的最终润滑油组合物可含有5-25质量%,优选5-18质量%,通常7-15质量%的助添加剂,其余为具有润滑粘度的油。
上述助添加剂在下文进一步详细地讨论;如本领域中所知,一些添加剂可提供多重效果,例如单一添加剂可充当分散剂和氧化抑制剂。
分散剂为主要功能是保持固体和液体污染物悬浮,从而使它们钝化并在减少淤渣沉积的同时减少发动机沉积物的添加剂。例如,分散剂保持润滑剂使用期间由氧化产生的油不溶性物质悬浮,因此防止淤渣絮凝和沉淀或沉积于发动机的金属部件上。
分散剂通常如上所述为“无灰的”,其为燃烧时基本不形成灰的非金属有机材料,其与含金属,因此形成灰的材料相反。它们包含具有极性头的长烃链,极性衍生自例如O、P或N原子的包括。烃为赋予油溶性,例如具有40-500个碳原子的亲油基团。因此,无灰分散剂可包含油溶性聚合物骨架。
一类优选的烯烃聚合物由聚丁烯组成,具体而言聚异丁烯(PIB)或聚正丁烯构成,例如可通过C4精炼料流的聚合制备。
分散剂包括例如长链烃取代羧酸的衍生物,实例为高分子量烃基取代琥珀酸的衍生物。一组值得注意的分散剂由烃基取代的琥珀酰亚胺构成,其例如通过使以上酸(或衍生物)与含氮化合物,有利地多亚烷基多胺,例如多亚乙基多胺反应而制备。特别优选多亚烷基多胺与烯基琥珀酸酐的反应产物,例如描述于US-A-3,202,678;-3,154,560;-3,172,892;-3,024,195;-3,024,237,-3,219,666;和-3,216,936中,可将其后处理以改进它们的性能,例如硼酸化(如US-A-3,087,936和-3,254,025所述)、氟化和氧基化。例如,硼酸化可通过将酰基含氮分散剂用选自硼氧化物、硼卤化物、含硼酸(boron acid)和含硼酸的酯的硼化合物处理而实现。
优选,润滑油组合物包含油溶性含硼化合物,尤其是硼酸化分散剂。优选硼酸化分散剂包括无灰含氮硼酸化分散剂,例如硼酸化聚烯基琥珀酰亚胺,尤其是硼酸化聚异丁烯基琥珀酰亚胺。
清净剂为减少发动机中活塞沉积物形成,例如高温清漆和漆沉积物形成的添加剂;它通常具有酸中和性能并能够保持细碎固体悬浮。多数清净剂基于“皂”,即为酸性有机化合物的金属盐。
清净剂通常包含具有长疏水尾的极性头,极性头包含酸性有机化合物的金属盐。当它们通常描述为正或中性盐时,该盐可含有实质化学计量量的金属,且通常具有0-80的总碱值或TBN(可通过ASTM D2896测量)。大量金属碱可通过过量金属化合物如氧化物或氢氧化物与酸性气体如二氧化碳反应而包括在内。所得过碱性清净剂包含中性清净剂作为金属碱(碳酸盐)胶束的外层。这类过碱性清净剂可具有150或更大,通常250至500或更大的TBN。
可使用的清净剂包括金属,特别是碱金属或碱土金属如钠、钾、锂、钙和镁的油溶性中性和过碱性磺酸盐、酚盐、硫化酚盐、硫代膦酸盐、水杨酸盐和环烷酸盐和其它油溶性羧酸盐。最常用的金属为钙和镁,其都可存在于润滑剂中所用的清净剂中,以及钙和/或镁与钠的混合物。
特别优选的金属清净剂为具有50-450的TBN,优选50-250的TBN的中性和过碱性碱金属或碱土金属水杨酸盐。非常优选的水杨酸盐清净剂包括碱土金属水杨酸盐,特别是镁和钙,尤其是水杨酸钙。优选碱或碱土金属水杨酸盐为润滑油组合物中的唯一清净剂。
可选的优选金属清净剂为中性和过碱性的碱金属或碱土金属磺酸盐和/或中性和过碱性的碱金属或碱土金属酚盐,尤其是中性和过碱性的磺酸钙和磺酸镁和/或中性和过碱性的苯酚钙。
摩擦改进剂包括高级脂肪酸的甘油单酯,例如单油酸甘油酯;长链聚羧酸与二醇的酯,例如二聚不饱和脂肪酸的丁二醇酯;唑啉化合物;和烷氧基化烷基取代的单胺、二胺和烷基醚胺,例如乙氧基化牛脂胺和乙氧基化牛脂醚胺。
其它已知的摩擦改进剂包括油溶性有机钼化合物。这类有机钼摩擦改进剂还提供给润滑油组合物抗氧化剂和抗磨剂责任。合适的油溶性有机钼化合物具有钼-硫核心。作为实例,可提及二硫代氨基甲酸盐、二硫代磷酸盐、二硫代次膦酸盐、黄原酸盐、硫代黄原酸盐、硫化物等,及其混合物。特别优选二硫代氨基甲酸钼、二烷基二硫代磷酸钼、烷基黄原酸钼和烷基硫代黄原酸钼。钼化合物为二核或三核的。
用于本发明所有方面的一类优选有机钼化合物为式Mo3SkLnQz的三核钼化合物及其混合物,其中L独立地选自具有足够碳原子数的有机基团的配体以使化合物可溶于或可分散于油中,n为1-4,k为4-7,Q选自中性给电子化合物,例如水、胺、醇、膦和醚,且z为0-5并包括非化学计量值。在所有配体的有机基团中应存在至少21个总碳原子,例如至少25、至少30或至少35个碳原子。
钼化合物可以以0.01-2质量%的浓度,或提供至少10质量ppm,例如50-2,000质量ppm钼原子的浓度存在于润滑油组合物中。
优选来自钼化合物的钼以基于润滑油组合物的总重量为10-1500ppm,例如20-1000ppm,更优选30-750ppm的量存在。对于一些应用,钼以大于500ppm的量存在。
抗氧化剂有时称为氧化抑制剂;它们提高组合物对氧化的抗性,并可通过与过氧化物组合并改进过氧化物以使它们无害、通过将过氧化物分解、或者通过使氧化催化剂惰性而作用。氧化劣化可通过润滑剂中的淤渣、金属表面上的清漆状沉积物、以及通过粘度增大证明。
它们可归类为自由基捕获剂(例如位阻酚、仲芳族胺和有机铜盐);氢过氧化物分解剂(例如有机硫和有机磷添加剂);和多功能物(例如二烃基二硫代磷酸锌,其也可充当抗磨添加剂,和有机钼化合物,其也可充当摩擦改进剂和抗磨添加剂)。
合适抗氧化剂的实例选自含铜抗氧化剂、含硫抗氧化剂、含芳族胺抗氧化剂、受阻酚抗氧化剂、二硫代磷酸衍生物、金属硫代氨基甲酸盐和含钼化合物。优选的抗氧化剂为含芳族胺抗氧化剂、含钼化合物及其混合物,特别是含芳族胺抗氧化剂。优选抗氧化剂存在于润滑油组合物中。
抗磨剂降低摩擦和过度磨损,且通常基于含硫或磷或二者的化合物,例如能够使多硫化物膜沉积于所包括的表面上的那些。值得注意的是二烃基二硫代磷酸金属盐,其中金属可以为碱金属或碱土金属,或铝、铅、锡、钼、锰、镍、铜,或优选锌。
二烃基二硫代磷酸金属盐可根据已知技术如下制备:首先通常使一种或多种醇或酚与P2S5反应而形成二烃基二硫代磷酸(DDPA),然后将所形成的DDPA用金属化合物中和。例如,二硫代磷酸可通过使伯和仲醇的混合物反应而制备。作为选择可制备多种二硫代磷酸,其中一种二硫代磷酸上的烃基性质上完全为仲,其他种二硫代磷酸上的烃基性质上完全为伯。为制备金属盐,可使用任何碱性或中性金属化合物,但最通常使用氧化物、氢氧化物和碳酸盐。由于在中和反应中使用过量碱性金属化合物,商业添加剂通常含过量金属。
优选的二烃基二硫代磷酸金属盐为二烃基二硫代磷酸锌(ZDDP),其为二烃基二硫代磷酸的油溶性盐,并可通过下式表示:
其中R1和R2可以为相同或不同的含有1-18,优选2-12个碳原子的烃基,包括基团如烷基、烯基、芳基、芳烷基、烷芳基和脂环族基团。特别优选作为基团R1和R2的有具有2-8个碳原子的烷基,尤其是伯烷基(即R1和R2主要衍生自伯醇)。因此,所述基团可例如为乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、戊基、正己基、异己基、正辛基、癸基、十二烷基、十八烷基、2-乙基己基、苯基、丁基苯基、环己基、甲基环戊基、丙烯基、丁烯基。为得到油溶性,二硫代磷酸中的碳原子(即R1和R2)总数通常为约5或更大。优选二烃基二硫代磷酸锌包括二烷基二硫代磷酸锌。
优选,润滑油组合物包含一定量的二烃基二硫代磷酸金属盐,其将0.02-0.10质量%,优选0.02-0.09质量%,优选0.02-0.08质量%,更优选0.02-0.06质量%的磷引入组合物中。
为将引入润滑油组合物中的磷的量限制在不多于0.10质量%,二烃基二硫代磷酸金属盐应优选以基于润滑油组合物的总质量不多于1.1-1.3质量%(a.i.)的量加入润滑油组合物中。
无灰抗磨剂的实例包括1,2,3-三唑、苯并三唑、硫化脂肪酸酯和二硫代氨基甲酸酯衍生物。
锈和腐蚀抑制剂用于保护表面以防锈和/或腐蚀。作为防锈剂,可提及非离子聚氧化烯多元醇及其酯、聚氧化烯苯酚、噻二唑和阴离子烷基磺酸。
倾点下降剂,另外称为润滑油流动改进剂,降低油流动或可以倾倒时的最小温度。这类添加剂是熟知的。这些添加剂的典型为富马酸C8-C18二烷基酯/乙酸乙烯酯共聚物和聚甲基丙烯酸烷基酯。
聚硅氧烷类型的添加剂,例如硅油或聚二甲基硅氧烷可提供泡沫控制。
可使用少量反乳化剂组分。优选的反乳化剂组分描述于EP-A-330,522中。它可通过氧化烯与通过双环氧化物与多元醇反应而得到的加合物反应而得到。反乳化剂应以不超过0.1质量%活性成分的水平使用。0.001-0.05质量%活性成分的处理率是方便的。
粘度改进剂(或粘度指数改进剂)赋予润滑油高温和低温操作性。还充当分散剂的粘度改进剂也是已知的,并可如上文关于无灰分散剂描述的制备。通常,这些分散剂粘度改进剂为官能化聚合物(例如与活性单体如马来酸酐后接枝的乙烯-丙烯共聚物),其然后用例如醇或胺衍化。
润滑剂可用或不用常规粘度改进剂且用或不用分散剂粘度改进剂配制。适用作粘度改进剂的化合物通常为高分子量烃聚合物,包括聚酯。油溶性粘度改进聚合物通常具有10,000-1,000,000,优选20,000-500,000的重均分子量,其可通过凝胶渗透色谱法或通过光散射测定。
添加剂可以以任何方便的方式并入具有润滑粘度的油(也称为基油)中。因此,各添加剂可通过将它以所需浓度水平分散或溶于油中而直接加入油中。该混合可在环境温度下或在升高的温度下进行。通常添加剂可作为与基油的混合物得到使得其处理更容易。
当使用多种添加剂时,尽管不是必需的,但可理想地制备一种或多种包含添加剂和稀释剂的添加剂包(也称为添加剂组合物或浓缩物),所述稀释剂可以为基油,从而除粘度改进剂、多功能粘度改进剂和倾点下降剂外,可将添加剂同时加入基油中以形成润滑油组合物。添加剂包在具有润滑粘度的油中的溶解可通过稀释剂或溶剂以及通过混合,同时温和加热而促进,但这是不是必需的。通常配制添加剂包以含有合适量的添加剂以在添加剂包与预订量的具有润滑粘度的油结合时在最终配制剂中提供所需浓度。因此,可将一种或多种清净剂与其它理想添加剂一起加入少量基油或其它相容溶剂(例如载体油或稀释油)中以形成含有基于添加剂包的质量以活性物质计算为2.5-90质量%,优选5-75质量%,最优选8-60质量%添加剂的添加剂包。最终配制剂通常可含有5-40质量%添加剂包,其余为具有润滑粘度的油。
优选,添加剂组分(B)和(C)形成添加剂包的一部分,所述添加剂包还包含稀释剂,优选基本油料,和一种或多种次要量的不同于添加剂组分(B)和(C)的助添加剂,所述助添加剂选自无灰分散剂、金属清净剂、腐蚀抑制剂、抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改进剂、反乳化剂和消泡剂;将添加剂包加入具有润滑粘度的油中。
实施例
本发明现在特别描述于以下实施例中,所述实施例不意欲限制其权利要求书的范围。
腐蚀控制:Volkswagen腐蚀台架试验(VCBT)
腐蚀控制根据PV 1492(Issue 2012–11)使用Volkswagen腐蚀台架试验(VCBT)测量。该试验方法模拟金属曲轴中发现的铁及其合金如钢在被醇基燃料污染的润滑剂中的腐蚀;所研究的腐蚀过程通过润滑剂化学而不是润滑剂劣化或污染引发。
试样为曲轴(材料号030.105.101.BG)的支撑轴颈的四分之一。该四分之一元件的运行表面用于评估待测试润滑油的保护作用。将试样在超声浴中用石脑油清洗,然后通过将它完全浸入新鲜油中并将它在60℃烘箱中加热1小时而预调节。
通过将乙醇-水混合物(9ml,乙醇:水2:1)随着搅拌加入润滑油组合物(91ml)中,然后将所得混合物在30-40℃下搅拌30分钟而制备被乙醇及其分解产物(即乙酸和水)污染的试验润滑油组合物。其后,将一部分润滑油组合物(50ml)转移至试验容器中并向其中加入乙酸(2.5%,1.25ml),并将所得混合物在振动器上均化3分钟。
然后将预调节的试样不经冷却转移至并完全浸入试验润滑油组合物中,将试验容器气密密封并在室温(23±2℃)和50±5%空气湿度下储存7天(168小时)。其后,将试样取出,擦净(即用石脑油清洗)并目测腐蚀信号。根据以下评定量表评定试样上的腐蚀量。
0-合格-无腐蚀/无变化
1-合格-无腐蚀信号;表面颜色无光泽但无变化
2-不合格-部件上或整个表面上轻微腐蚀,可察觉的变色
3-不合格-表面上均匀的重腐蚀,暗色至黑色变色
除非另外说明,实施例中所述所有添加剂可作为标准添加剂由润滑剂添加剂公司如Infineum UK Ltd、Lubrizol Corporation和Afton Chemicals Corporation得到。异硬脂酸和四亚乙基五胺的反应产物(添加剂组分(B))由KMCO得到,且油酰胺(添加剂组分(C))由Croda Chemicals得到。
实施例1-5
通过将组III基本油料与已知添加剂,包括任选硼酸化分散剂、非硼酸化无灰分散剂、ZDDP、胺类和/或酚类抗氧化剂、粘度指数改进剂浓缩物、任选油酰胺无灰摩擦改进剂和任选有机钼摩擦改进剂、消泡剂、润滑油流动改进剂(LOFI)和增粘剂混合而制备表1详述的一系列5W-30和5W-40多级润滑油组合物。润滑油组合物包含各种不同的清净剂体系,所述清净剂体系选自过碱性水杨酸钙清净剂(TBN350mgKOH/g)、中性水杨酸钙清净剂(TBN64mgKOH/g)、过碱性水杨酸钙清净剂(TBN217mgKOH/g)、过碱性水杨酸镁清净剂(TBN345mgKOH/g)、过碱性磺酸钙清净剂(TBN295mgKOH/g)、过碱性磺酸镁清净剂(TBN395mgKOH/g)和过碱性硫化苯酚钙清净剂(TBN135mgKOH/g)及其组合。表1中所列所有添加剂基于质量%活性成分,粘度改进剂除外,其基于粘度改进剂浓缩物的质量%。
表1详述的本发明润滑剂1-5(分别为润滑油1、润滑油2、润滑油3、润滑油4和润滑油5)包含添加剂组分(B)和添加剂组分(C),所述添加剂组分(B)为3摩尔当量异硬脂酸与1摩尔当量四亚乙基五胺的缩合产物,所述添加剂组分(C),即油酰胺无灰摩擦改进剂。表1详述的参比润滑剂(参比1A、参比1B、参比2、参比3和参比4)缺少添加剂组分(B)和(C)(参比1A和参比4),仅包含添加剂组分(B)(参比1B和参比2),或仅包含添加剂组分(C)(参比3)。
表1详述的各润滑剂在被乙醇基燃料及其分解产物(即乙酸)污染时控制腐蚀的能力使用上文所述Volkswagen腐蚀台架试验(VCBT)评估。
参比润滑剂1A和1B与本发明润滑剂1的VCBT结果的对比证明:(i)在不存在添加剂组分(B)和(C)(参比1A)下,润滑剂显示出极差的腐蚀控制并且不通过VCBT;(ii)仅包含添加剂组分(B)(参比1B),润滑剂仍不通过VCBT,但腐蚀控制与参比1A相比轻微改进;和(iii)包含添加剂组分(B)和(C)(润滑油1),腐蚀控制显著改进且润滑剂在VCBT中显示出强合格。通过参比润滑剂2与本发明润滑剂2的VCBT结果对比也证明润滑剂中需要具有添加剂组分(B)和(C)以在VCBT中显示出强合格。
参比润滑剂3与本发明润滑剂3的VCBT结果对比再次证明润滑剂(润滑油3)中需要包含添加剂组分(B)和(C)以在VCBT中显示出强合格,同时仅包含添加剂组分(C)(参比3)提供不通过腐蚀试验的润滑剂。
参比润滑剂4与本发明润滑剂4和5的VCBT结果对比证明当润滑剂包含水杨酸盐清净剂体系时,还需要添加剂组分(B)和(C)以通过VCBT试验。
Claims (22)
1.润滑油组合物,其包含:
(A)主要量的具有润滑粘度的油;
(B)次要量的油溶性或油分散性添加剂组分,其通过如下组分反应而得到:
(b1)具有至少2个碳原子和至少2个氮原子的脂族多胺,其中氮原子中的至少一个以伯胺基团的形式存在,且其余氮原子中的至少一个以伯胺或仲胺基团的形式存在,和
(b2)式I的脂族烃基单酸或其衍生物:
其中式I化合物中的R1表示C9-C29脂族烃基,X表示–OH或合适的离去基团,所述反应在足以使脂族多胺(b1)的至少一个胺基团与式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)反应以形成至少一个酰胺和/或咪唑啉基团的方式和条件下进行;和
(C)次要量的油溶性或油分散性添加剂组分,其为式R6C(O)NH2伯酰胺,其中R6表示C9-C29脂族烃基。
2.根据权利要求1的润滑油组合物,其中润滑油组合物被基于润滑油组合物的总质量为至少0.3质量%的生物燃料或其分解产物及其混合物污染。
3.根据权利要求2的润滑油组合物,其中生物燃料为醇基燃料。
4.根据权利要求3的润滑油组合物,其中醇基燃料为乙醇基燃料。
5.根据权利要求3的润滑油组合物,其中醇基燃料为生物乙醇。
6.根据前述权利要求1-5中任一项的润滑油组合物,其中添加剂组分(B)包含至少一个伯胺或仲胺基团。
7.根据前述权利要求1-5中任一项的润滑油组合物,其中脂族多胺(b1)为脂族C2-C20烃基多胺,其中氮原子中的至少两个以伯胺基团的形式存在。
8.根据前述权利要求1-5中任一项的润滑油组合物,其中脂族多胺(b1)为具有至少3个氮原子和4-20个碳原子的多亚烷基多胺,其中氮原子中的至少两个以伯胺基团的形式存在,且其余氮原子中的至少一个以仲胺基团的形式存在。
9.根据权利要求8的润滑油组合物,其中(b1)表示的多亚烷基多胺为多亚乙基多胺。
10.根据权利要求9的润滑油组合物,其中多亚乙基多胺包括四亚乙基五胺。
11.根据权利要求1-5中任一项的润滑油组合物,其中脂族多胺(b1)包括式II化合物:
其中:各个R2每次出现时独立地表示氢、C1-C12烷基、C2-C6烯基或C1-C12烷基胺;R3和R4各自独立地表示氢、C1-C12烷基、C2-C6烯基或C1-C12烷基胺;a为0-10的整数;n每次出现时各自独立地表示2-6的整数;且条件是当a为0时,R3或R4中的至少一个表示氢。
12.根据前述权利要求1-5中任一项或权利要求9-10中任一项的润滑油组合物,其中式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)中的R1表示无环C9-C29烷基。
13.根据权利要求12的润滑油组合物,其中式I化合物中的R1表示的无环C9-C29烷基为支链无环C9-C29烷基。
14.根据前述权利要求1-5中任一项或权利要求9-10中任一项或权利要求13的润滑油组合物,其中式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)包括异硬脂酸或其衍生物、硬脂酸或其衍生物。
15.根据前述权利要求1-5中任一项或权利要求9-10中任一项或权利要求13的润滑油组合物,其中式I脂族烃基单酸或其衍生物(b2)包括异硬脂酸。
16.根据前述权利要求1-5中任一项或权利要求9-10中任一项或权利要求13中任一项的润滑油组合物,其中添加剂组分(C)表示的式R6C(O)NH2化合物中的R6为具有单一双键的无环C9-C29烯基。
17.根据前述权利要求1-5中任一项或权利要求9-10中任一项或权利要求13中任一项的润滑油组合物,其中添加剂组分(C)为油酰胺。
18.润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机的方法,其包括:用润滑油组合物操作发动机,所述润滑油组合物包含:(A)主要量的具有润滑粘度的油;次要量的根据前述权利要求中任一项所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(B);和次要量的根据前述权利要求中任一项所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(C)。
19.润滑油组合物中次要量的根据权利要求1-17中任一项所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(B)与次要量的根据权利要求1-17中任一项所定义的油溶性或油分散性添加剂组分(C)组合在润滑用生物燃料作为燃料的火花点火或压缩点火内燃机中,降低和/或抑制金属发动机组件腐蚀的用途,其中润滑油组合物在发动机操作期间被生物燃料污染。
20.根据权利要求19的用途,其中金属发动机组件由铁或其合金组成。
21.根据权利要求19的用途,其中金属发动机组件由钢组成。
22.根据权利要求19-21任一项的用途或根据权利要求18的方法,其中发动机包括用醇基燃料作为燃料的火花点火内燃机。
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