CN104010972B - 碳酸钙基磺酸钙油脂组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高碱磺酸钙油脂组合物，包含减少量的高碱磺酸钙，添加的碳酸钙，基础油，一种或多种转化剂，和一种或多种络合酸——如果需要复合油脂时。该磺酸钙油脂组合物提高了稠化剂收率和通过滴点证明的预期的高温效率。在制备复合脂时该碳酸钙可用于与络合酸反应，由此无需加入氧化钙或氢氧化钙。制备该组合物的方法包括以下步骤：将高碱磺酸钙和基础油混合，加入碳酸钙，加入一种或多种转化剂，并加入一种或多种络合酸。所有或一部分的一种或多种络合酸可与一种或多种转化剂同时加入或在其之前加入。

Description

碳酸钙基磺酸钙油脂组合物及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年10月31日提交的申请号为61/553,674的美国临时专利申请的权益。
发明背景
1.技术领域
本发明涉及高碱磺酸钙油脂及其制备方法，该油脂通过加入碳酸钙作为碱源，该制备方法用于改进稠化剂产量以及预期的通过滴点来表现的高温效用。
2.背景技术
高碱磺酸钙油脂多年前就被列入油脂类。用于制造这种油脂的一种已知方法为包括“促进”和“转化”步骤的两步法。通常，第一步(“促进”)是使用过化学计量过量的氧化钙(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)作为碱源与烷基苯磺酸，二氧化碳(CO2)，及其他组分反应以产生一种具有无定形碳酸钙分散于其中的油溶性高碱磺酸钙。这些高碱油溶性磺酸钙通常为透明且明亮的，并具有牛顿流变学性质。在某些情况下，它们可能会稍有混浊，但这种变化并不会阻碍它们用于制备高碱磺酸钙油脂的用途。在本申请中，术语“高碱油溶性磺酸钙”和“油溶性高碱磺酸钙”和“高碱磺酸钙”指任何适用于制备磺酸钙油脂的高碱磺酸钙。通常情况下，第二步(“转化”)是向促进步骤的产物中加入转化剂或试剂，例如丙二醇，异丙醇，水，甲酸或乙酸，以及合适的基础油(如矿物油)，以将无定形碳酸钙转化为非常细分散的结晶碳酸钙分散体。因为使用了过量的氢氧化钙或氧化钙来实现高碱性，因此也可存在少量残余氧化钙或氢氧化钙并且将其分散。碳酸钙的晶型优选为方解石。这种非常细分的碳酸钙，也被称为胶态分散体，它与磺酸钙相互作用形成油脂状粘稠体(consistency)，这种两步法产生的高碱磺酸钙油脂已被称为“简单磺酸钙油脂“，并已被例如，申请号为3,242,079；3,372,115；3,376,222,3,377,283；和3,492,231美国专利申请所公开。
还已知在现有技术中通过小心控制反应使这两个步骤合并成一个步骤。在该一步法中，通过将适量的磺酸与氢氧化钙或氧化钙在二氧化碳和试剂系统存在下进行发生制成该简单磺酸钙油脂，其中该试剂系统同时作为促进剂(通过将二氧化碳与过量的氧化钙或氢氧化钙反应使得无定形碳酸钙高碱化)和和转化剂(将无定形碳酸钙转化为非常精细分散的结晶碳酸钙)。因此，在一步法中形成油脂状粘稠体，其中高碱、油溶性磺酸钙(在两步法中的第一步的产物)实际上从未形成并分离为单独的产物。该一步法公开于，例如，专利号为3,661,622；3,671,012；3,746,643；和3,816,310的美国专利中。
除了简单磺酸钙油脂，磺酸钙复合油脂化合物在现有技术中也是已知的。这些复合油脂通常通过向简单磺酸钙油脂中加入含钙的强碱，如氢氧化钙或氧化钙，并与化学计量等量的络合酸(complexing acid)来制备，该简单磺酸钙油脂通过两步法或一步法制得，该络合酸例如12-羟基硬脂酸，硼酸，乙酸或磷酸。该磺酸钙复合油脂相对于简单油脂所表现的优点包括降低粘性，改善可泵性，并提高了高温效用。磺酸钙复合油脂已公开于，例如，专利号为4,560,489；5,126,062；5,308,514；和5,338,467的美国专利中。
所有这些已知的现有技术教导了使用氧化钙或氢氧化钙作为生产磺酸钙油脂的碱性钙源或作为与络合酸反应生成磺酸钙复合油脂所需的组分的启示。已知的现有技术通常教导了应避免存在碳酸钙作为单独的成分或作为氢氧化钙或氧化钙中的“杂质”，而不是在碳酸化之后分散在磺酸钙中的无定形碳酸钙)的启示，并给出了至少两个原因。第一个原因是碳酸钙通常被认为是一种弱碱，不适合用于与络合酸反应。第二个原因是未反应的固体钙化合物(包括碳酸钙，氢氧化钙或氧化钙)的存在干扰了转化过程，从而导致如果未反应的固体在转化之前或在转化完成之前未被去除，则产生低劣油脂化合物。
此外，现有技术没有提供同时改善稠化剂产量和滴点的磺酸钙复合油脂的技术。已知的现有技术中，为实现合适的属于NGLI2号的且被证实其滴点至少为575°F的油脂需要至少36％的高碱磺酸钙(按最终油脂产品的重量计)。高碱油溶性磺酸钙是制备磺酸钙油脂中最昂贵的成分之一，因此理想的是减少此成分的量同时仍然保持最终油脂中理想水平的硬度(从而改善稠化剂产量)。具体而言，理想的是有一种高碱磺酸钙油脂，其中高碱油溶性磺酸钙的百分比小于36％，且在稠度处于NLGI2级(或该油脂的工作60行程的针入度(penetration)为265至295)时其滴点一致地为575°F或更高。更高的滴点被认为是可取的，因为关于润滑剂的高温使用限制，滴点是首先且最容易被确定的指标。
发明内容
本发明涉及通过加入固体碳酸钙制备的高碱磺酸钙油脂及该油脂制备方法，该制备方法用于同时改进稠化剂产量(需要较少的高碱磺酸钙并保持可接受的针入度测量值)和预期的通过滴点来表现的高温效用。虽然现有技术一贯且不变地教导不通过碱性物质制备高质量磺酸钙基油脂，该碱性物质例如弱碱碳酸钙，其在转化前以不溶形固体存在，但已有人发现可在转化前加入碳酸钙来制备本发明的合适的简单磺酸钙油脂。已知现有技术还教导在生产磺酸钙复合油脂时不使用弱碱碳酸钙作为碱性物质来与络合酸反应；然而，还有人发现改进的磺酸钙复合油脂可根据本发明生产，其通过使用碳酸钙作为添加的碱，且作为唯一加入的碱，来与络合酸进行反应来生产。此外,已知的现有技术通常需要36％或更高量(按最终产品的重量计)的高碱油溶性磺酸钙，为得到足够稳固的油脂同时该油脂的滴点为575°F或者更高。高碱油溶性磺酸钙是制备磺酸钙油脂中最昂贵的成分之一，因此需要减少此成分的量，同时仍然能提供优良的被证实的滴点性质。此种减量已经通过使用本发明的油脂来实现，且没有导致油脂太软或滴点降低。
根据本发明的一个优选的实施方案，提供的高度高碱的油溶性磺酸钙油脂组合物含有按最终油脂产物的重量百分比计的下列成分(尽管某些成分，例如水，可能不在最终的油脂产物中或可能不在所指示加入的浓度中)：20％-36％高碱磺酸钙，4％-15％添加的(added)碳酸钙，2％-5％的水，1％-4％其它转化剂，如醇，醚，二醇类，乙二醇醚类，乙二醇聚醚类，和羧酸，任选1％-4％的烷基苯磺酸；和任选的2.8％-11.0％(总量)的一种或多种络合酸，如硼酸，乙酸，12-羟基硬脂酸，或磷酸(当需要复合油脂时)。根据该优选实施方案的磺酸钙复合油脂为NGLI2号油脂，并具有575°F或更高的滴点。
根据本发明的一个实施方案，通过以下方法来生产简单磺酸钙油脂：将含有无定形碳酸钙的高度高碱油溶性磺酸钙作为主要高碱性物质与适当初始量的合适基础油混合，该基础油例如矿物油，然后将其与细碎的碳酸钙(其作为唯一添加的含钙碱)和一种或多种转化剂混合，然后根据需要加热至约190°F至200°F并持续一段时间，以在之前加入的碳酸钙碱存在下将无定形碳酸钙有效转化为非常精细分散的结晶碳酸钙，然后快速加热至380°F至400°F范围以除去水和挥发性反应副产物，然后冷却，根据需要加入额外的基础油。然后将最终的简单油脂产物根据本领域中已知的方法视情况进行研磨，以得到光滑、均匀的、高质量的简单磺酸钙油脂。
根据本发明的另一个实施方案，通过向简单磺酸钙油脂中加入一种或多种络合酸来提供一种改进的磺酸钙复合油脂，该简单磺酸钙油脂例如上述描述的那种，但不必添加任何氧化钙或氢氧化钙。可在简单磺酸钙油脂转化前添加一种或多种这些络合酸的一部分，并且在转化后添加该一种或多种络合酸的其余部分。尽管碳酸钙被认为是弱碱，但由于添加量为化学计量过量的，因此使得该简单油脂的量对于与一种或多种络合酸反应生成复合油脂高于足够量。根据本发明的这个实施方案，没有必要添加任何氧化钙或氢氧化钙来完成该反应，从而节省了时间，同时减少了现有技术中生产磺酸钙复合油脂方法中额外处理步骤和加入其他成分的相关的费用。此外，如将在随后示出的，本发明的油脂使用碳酸钙作为与络合酸反应的唯一碱优于现有技术的油脂使用氢氧化钙或氧化钙与络合酸反应的情况。
当按照本文描述的本发明的参数进行生产时，可得到一致的高质量磺酸钙油脂，其稠化剂的产量和滴点性质优于现有技术中的油脂的对应属性。根据本发明制备的高碱磺酸钙复合油脂，具有NLGI2号级稠度(或更好)和575°F(或更高)的滴点，且高碱油溶性磺酸钙百分比低于36％。本发明制备的低浓度的高碱油溶性磺酸钙是理想的，因为降低了油脂的成本。其它性能如流动性和可泵送性，特别是在较低温度下，也可通过根据本发明制备的改进的稠化剂产量得到有利的影响。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方案，该高碱简单油脂通过将包括以下化合物的特定物质混合并反应制备：(a)主要的高碱性物质，其包括高碱油溶性磺酸钙，并有无定形碳酸钙分散于该油溶性磺酸钙中；(b)适量的合适的基础油，用于提供可接受的最终产物稠度；(c)化学计量过量的细碎分散的碳酸钙，作为油不溶性固体含钙碱在转化之前添加到该主要的高碱性物质和基础油中；及(d)一种或多种转化剂，其中部分或全部由于制造过程中的挥发可能不在最终成品中。任选地，在本发明的另一实施方案中，可在转化之前加入促进酸。此种促进酸有助于油脂结构的形成。根据这些实施方案，在制备该油脂过程中无需加入氢氧化钙或氧化钙。
在本发明的该实施方案中使用的高度高碱的油溶性磺酸钙可以是任何现有技术中记载的典型类型，该现有技术例如专利号为4,560,489；5,126,062；5,308,514；和5,338,467的美国专利中。该高度高碱的油溶性磺酸钙可以根据这些已知的方法来原位制备，或者可以从市场购买。这些高度高碱的油溶性磺酸钙的总碱值(TBN)将为不低于200，优选不低于300，且最优选约400。市售的这种类型的高碱磺酸钙包括但不限于以下产品：由ChemturaUSA Corporation所提供的Hybase C401；由Kimes Technologies InternationalCorporation提供的Syncal OB400和Syncal OB405-WO；由Lubrizol Corporation提供的Lubrizol75GR,Lubrizol75NS,Lubrizol75P,和Lubrizol75WO。在根据本发明的该实施方案的最终油脂中的高度高碱的油溶性磺酸钙的量可以变化，但一般为10至45％。优选地，在根据本发明的该实施方案的最终油脂中的高度高碱的油溶性磺酸钙的量为20至36％，且最优选为25至32％。
在油脂制造领域中使用和已知的任何石油基的环烷矿物油或石蜡矿物油可用作本发明的基础油。合成基础油也可用于本发明的油脂。此种合成的基础油包括聚α烯烃(PAO)，二酯，多元醇酯，聚醚，烷基化苯，烷基化萘，和硅油。在某些情况下，合成基础油如果在转化过程中存在可能具有不利影响，本领域技术人员对此应理解。在这种情况下，这些合成基础油不应被初始添加，而是应在不利影响被消除或最小化的阶段，例如转化后的阶段加入至该油脂制备工艺中。环烷矿物基础油和石蜡矿物基础油是优选的，因为它们有较低的成本和可用性。基础油的加入总量(包括最初添加的和在油脂工艺中后来添加以实现期望的稠度的那些)，基于油脂的最终重量计，通常为30％至60％，优选为35％至55％，最优选为40％至50％。
本发明的该实施方案使用的碳酸钙为细碎分散的状态，且平均粒度小于20微米，优选小于10微米，最优选小于或等于5微米。此外，该碳酸钙优选具有足够的纯度，从而使得其中的磨蚀性污染物，如二氧化硅和氧化铝的水平足够低，以不会显著影响所得到的油脂的抗磨蚀性。理想的情况下，为获得最佳效果，碳酸钙应为食品级或美国药典级。碳酸钙的加入量为2.0％至20％，优选为4％至15％，最优选为6％至10％，加入量基于油脂的最终重量计。本发明的这个实施方案中，碳酸钙在转化之前被加入，并作为唯一加入的含钙碱成分。虽然氧化钙或氢氧化钙可能已经用于生产高碱磺酸钙，但没有必要在转化之前或之后加入氧化钙或氢氧化钙。
一种或多种转化剂，如醇，醚，二醇，二醇醚，二醇聚醚(glycol polyethers)，羧酸，无机酸，有机硝酸酯或盐，以及包含活性或互变异构氢的任何其他化合物，都能用于本实施方案。此种转化剂的添加量，基于油脂的最终重量计，为0.1％至5％，优选为1.0％至4％，最优选为1.5％至3.0％。取决于所使用的转化剂，它们可以在制备过程中通过挥发除去。特别优选的是低分子量的二醇，如己二醇和丙二醇。水的加入量基于最终油脂的重量计，通常为1.5％至10％，优选为2.0％至5.0％，最优选为2.2％至4.5％。应当指出，一些转化剂也可用作络合酸，以产生本发明另一实施方案的磺酸钙复合油脂，如下所述。此种物质将同时提供转化和络合的功能。
虽然没有要求，但在本发明的另一实施方案中，可在转化之前向混合物中加入少量的促进酸。合适的促进酸，如烷基苯磺酸，具有的烷基链长度通常为8至16个碳，这可促进高效的油脂结构形成。最优选地，该烷基苯磺酸包括烷基链长度大多为12个碳的物质的混合物。此种烷基苯磺酸，通常被称为十二烷基苯磺酸(“DDBSA”)。这种类型的市售的烷基苯磺酸包括JemPak GK Inc.提供的JemPak1298磺酸，由Pilot Chemical Company提供的Calsoft LAS-99，以及Stepan Chemical Company提供的Biosoft S-101。当本发明使用烷基苯磺酸时，该烷基苯磺酸在转化之前加入的量，基于油脂的最终重量计，为0.50％至5.0％，优选为1.0％至4.0％，最优选为2.0％至3.6％。如果使用烷基苯磺酸原位制备磺酸钙，则该实施方案中加入的促进酸为除了产生磺酸钙所需要的那些。
本发明的另一实施方案中，生产了高质量高碱磺酸钙复合油脂。此种复合油脂通过将本发明的其他实施方案制备的简单油脂与一种或多种络合酸反应制得。任选地，可在转化之前将一种或多种这些络合酸的一部分加入并且在转化后添加其余部分。根据这些实施方案，在制备该复合油脂过程中无需加入氢氧化钙或氧化钙。
该实施方案中使用的络合酸将包含至少一种以下物质，优选包含两种或多种以下物质：长链羧酸、短链羧酸、硼酸和磷酸。加入的络合酸的总量优选为最终油脂重量的2.8％至11％。适用于本发明的长链羧酸包括具有至少12个碳原子的脂肪族羧酸。优选地，该长链羧酸包括具有至少16个碳原子的脂肪族羧酸。更优选地，该长链羧酸为12-羟基硬脂酸。该长链羧酸的量，基于油脂的最终重量计，为0.5％至5.0％，优选为1.0％至4.0％，最优选为2.0％至3.0％。
适用于本发明的短链羧酸包括具有不超过8个碳原子的脂肪族羧酸，且优选不超过4个碳原子。更优选地，该短链羧酸为乙酸。该短链羧酸的量，基于油脂的最终重量计，为0.05％至2.0％，优选为0.1％至1.0％，最优选为0.2％至0.5％。任何预期能与生产本发明的油脂使用的水或其他组分反应的化合物均适合使用，其中该反应产生长链或短链羧酸。例如，使用乙酸酐，通过与混合物中存在的水反应，形成将用作络合酸的乙酸。同样地，使用甲基12-羟基硬脂酸酯，通过与混合物中存在的水反应，形成将用作络合酸的12-羟基硬脂酸。或者，如果在混合物中没有足够的水存在，则可向混合物中额外加入水用于与此种组分反应以形成必要的络合酸。
如果将硼酸用作本实施方式的络合酸，其加入量，基于油脂的最终重量计，为0.4％至约4.0％，优选为0.7％至3.0％，最优选为1.0％至2.5％。可以首先将硼酸溶解或悬浮于水中后添加，也可以不用水直接进行添加。优选地，该硼酸将在制造过程中加入，使得仍然有水存在。或者，任何已知的无机硼酸盐可以用来代替硼酸。同样，任何既定的硼酸化有机化合物，如硼酸化胺，硼酸化酰胺，硼酸化酯，硼酸化醇，硼酸化二醇，硼酸化醚，硼酸化环氧化物，硼酸化脲，硼酸化羧酸，硼酸化磺酸，硼酸化环氧化物，硼酸化过氧化物等可以用于代替硼酸。如果将硼酸用作络合酸，其加入量，基于油脂的最终重量计，为0.4％至约4.0％，优选为1.0％至3.0％，最优选为1.4％至2.0％。本文所描述的各种络合酸的百分比是指纯的，活性化合物。如果任何这些络合酸可以稀释的形式使用，则它们仍然可能适用于本发明中。然而，这样的稀释的络合酸的百分比将需要进行调整，以便考虑稀释因素和将实际活性物质调整到指定的百分比范围。
该一种或多种络合酸与碳酸钙反应。现有技术的油脂和油脂制备方法需要转化后加入氧化钙或氢氧化钙作为强碱以与络合酸反应。根据本发明，不需要将任何氧化钙或氢氧化钙加入到混合物中。以化学计量过量的量存在的碳酸钙足以与络合酸发生反应，并且所需的唯一加入的碱性成分用于产生本发明的高质量的复合油脂。虽然少量的氧化钙或氢氧化钙可以分散在高碱磺酸钙中，并且还可以与络合酸发生反应，但没有必要添加这些成分用于那些酸的充分的反应，一般情况下，如将在随后的实施例可知，将有少得多的任何这样的少量的氧化钙或氢氧化钙与这批加入的络合酸发生反应。所添加的碳酸钙作为添加的碱性物质的唯一来源与络合酸反应。
在油脂制备领域的其他公认的添加剂也可以被添加到本发明的简单的油脂的实施方案或复合油脂的实施方案中。这类添加剂可以包括锈抑制剂和腐蚀抑制剂，金属减活剂，金属钝化剂(passivators)，抗氧化剂，极压添加剂，抗磨添加剂，螯合剂，聚合物，增粘剂，染料，化学标记物，香料影响剂(imparters)，以及蒸发溶剂。当制备开式齿轮润滑剂和编织钢丝润滑剂时，后者的种类是特别有用的。应理解所有此类添加剂应在本发明的范围之内。在转化后可将额外的碳酸钙加入到本发明的简单油脂或复合油脂的实施方式中，并在复合油脂情况下载与络合酸的所有反应完成后加入。然而，本文中添加的碳酸钙是指在转化前加入的碳酸钙，并且在制备本发明的复合油脂时作为唯一加入的含钙碱用于与络合酸反应。
根据本发明的组合物优选根据本文所描述的方法制成。该方法包括以下步骤：(1)在合适的油脂制造容器中将高度高碱的油溶性磺酸钙和适量的合适基础油在环境空气温度和大约190°F之间的温度下混合；(2)混合细碎分散的碳酸钙；(3)任选地与促进酸混合；(4)与一种或多种转化剂混合；(5)按照需要继续混合并加热至约190°F-200°F，并保持在该温度范围内，直至将无定形碳酸钙转化为非常细碎的结晶碳酸钙的过程完成。这个过程产生了首选的简单磺酸钙油脂。为了产生本发明的磺酸钙复合油脂组合物，该方法优选包括前面的步骤(1)-(5)，和以下附加步骤：(6)添加需要的任何络合酸，且其中它们全部或部分在转化前加入，其余在转化之后加入；(7)混合并加热到足够高的温度，以确保除去水和任何挥发性反应副产物并优化最终产品的质量；(8)冷却该油脂，同时根据需要添加额外的基础油；(9)加入其余所需的添加剂，如本领域中公知的；并且，如果需要的话，(10)根据需要，研磨最终油脂以获得最终平滑均匀的产物。
该流程可在常用于制备油脂的开放或闭合的反应器中进行。转化过程可以在常压或加压下在密闭的反应器中实现。优选在开放反应器中制备，因为此种油脂生产设备是常用的。
该过程的某些方面对于获得本发明的优选磺酸钙油脂组合物不是关键的。例如，碳酸钙，水，和其它转化剂相对于彼此的加入顺序并不重要。另外，碳酸钙，水和其他转化剂添加的温度不是关键的，但优选在温度达到190°F至200°F之前加入。然而，为了方便起见，这些组分通常在程序开始时加入，这将在下文提供的实施例中进行说明。当使用一种以上的络合酸时，它们在转化之前或之后加入的顺序通常不是很重要。
在制备本发明的磺酸钙油脂的优选方法中，在转化后将水从油脂去除。优选地，油脂在转化完成且已加入所有络合酸(如果正在制备复合油脂)后加热，以尽可能快地去除水。这是通常可以在开放的条件下加热并搅拌这批物质来实现。使水在该批油脂反应物中长时间停留可导致稠化剂收率，滴点下降，或两者都下降，且这些不良影响可通过快速除去水来避免。
转化后的油脂应加热到足够高的温度以除去最初被加入作为转化剂的水，以及油脂的形成过程中化学反应生成的水。通常，这个温度将介于250°F和300°F之间，优选为300°F至380°F，最优选为380°F至400°F。如果将聚合物添加剂加入到油脂中，则它们应优选在直到油脂的温度达到300°F时被加入。如果以足够的浓度加入，则聚合物添加剂可以阻碍水的有效挥发。因此，聚合物添加剂优选应在去除所有的水之后再加入该油脂中。
根据本发明的高碱磺酸钙油脂组合物及用于制备这种组合物的方法将参考以下实施例进行进一步描述和说明：
实施例1：根据本发明磺酸钙复合油脂按如下方法制备：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙(其中分散有无定形碳酸钙)加入到一个开放的混合容器中，然后加入33.38份的溶剂中性I组石蜡基础油和1.00份的PAO，该石蜡基础油的粘度为在100°F时约600SUS，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份主要C12烷基苯磺酸作为促进酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙作为基本的钙源，该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入1.80份己二醇和4.5份水作为转换剂。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入2.84份的12-羟基硬脂酸，然后加入0.28份冰醋酸。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。然后将该混合物用电热炉加热。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入8.34份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。然后从混合器中取出油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始(unworked)针入度为252和工作60行程的针入度为253。滴点是608°F。这个批次的油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。注意，制备该油脂时加入的唯一含钙碱为碳酸钙。在该油脂的制作过程中不加入氢氧化钙或氧化钙。
实施例2：另一批油脂使用与实施例1的油脂相同的设备、原料、数量和制造工艺制成，除了在转化后且在加入络合酸(12-羟基硬脂酸，乙酸，和磷酸)之前立即加入碳酸钙。这种油脂的成分组成与之前的实施例1油脂是相同的。该最终油脂的初始针入度为285和工作60行程的针入度为288。滴点是555°F。这个批次的油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。可以看到，本实施例的油脂既比实施例1的油脂软35个点且滴点明显更低。由于这两种油脂之间的唯一区别是碳酸钙相对于转化的加入时间不同，而较软的稠度(低的稠化剂产率)和低的滴点一定是由于该区别所致。因此，根据本发明的一个优选实施例在转化前添加碳酸钙提供了与碳酸钙在转化之后加入具有相同组分的更优越的产品。
实施例1和2的油脂的比较还表明另一重要的一点。当在实施例1中加入络合酸时，此时的油脂为简单磺酸钙油脂，该油脂通过在转化时存在加入的碳酸钙(除了在转化过程中分散在高碱磺酸钙中的无定形碳酸钙转化成结晶分散体)来制成。当在实施例2中加入络合酸时，此时的油脂为简单磺酸钙油脂，该油脂通过在转化过程中不加入碳酸钙，但在转化后加入碳酸钙来制成。在加入络合酸时，实施例1和2中的简单磺酸钙油脂在组成上是相同的。两个实施例中都使用了相同量的同样络合酸。唯一的区别是，该简单磺酸钙油脂是在转化过程中存在加入的碳酸钙来制成，还是在形成油脂后制得。因此，在最终磺酸钙复合油脂的性质上的任何差异必须对应于用于制备这些复合油脂的简单磺酸钙油脂的差别。这表明，通过在转化前存在加入的碳酸钙制备的简单磺酸钙油脂提供了比转化后加入碳酸钙的情况更好的简单油脂组合物。其他实施例3-7提供了对这一事实的进一步证实，以及本发明与现有技术的油脂相比具有有利的性质，其中现有技术中使用了如氢氧化钙的强碱。
实施例3：另一批油脂使用与实施例1的油脂相同的设备、原料、数量和制造工艺制成，除了以下的改变：(1)在即将加入己二醇和水之前加入乙酸，同时这批物质在环境温度下反应；(2)12-羟基硬脂酸是在转化之前于170°F加入，同时加热反应物至190°F；及(3)无碳酸钙加入。该批反应物中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。这批反应物甚至在加热几个小时后都没有转化为油脂结构，因此被放弃。
实施例4：另一批油脂使用与实施例1的油脂类似的方案制备，除了以下改变：碳酸钙直到转化后且在加入络合酸(12-羟基硬脂酸、乙酸和磷酸)后才加入。该最终油脂的初始针入度为308，且工作60行程的针入度为305。滴点是567。这个批次的油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。
实施例3和4继续显示在转化前加入碳酸钙作为唯一加入的含钙碱相对于在转化后加入或根本不加入的重要性。在实施例3油脂中，如果不加入碳酸钙，且在转化前加入乙酸和12-羟基硬脂酸作为转化剂时，转化不会发生，且不会得到油脂结构。在实施例4油脂中，当碳酸钙在转化后加入且在加入三种络合酸之后加入时，该油脂比实施例1油脂软52个点，且滴点也显著降低。
实施例5：根据本发明的优选实施例的磺酸钙复合油脂按如下方法制备：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙(其中分散有无定形碳酸钙)加入到一个开放的混合容器中，然后加入33.15份的溶剂中性I组石蜡基础油以及1.00份的PAO，该石蜡基础油的粘度为在100°F时约600SUS，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份主要C烷基苯磺酸作为促进酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙，且该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入1.80份己二醇和2.2份水作为转化剂。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入2.84份的12-羟基硬脂酸，然后加入0.56份冰醋酸。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入8.29份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。然后从混合器中取出油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为240，且工作60行程的针入度为239。滴点是644°F。这个批次的油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。注意，制备该油脂时加入的唯一含钙碱为碳酸钙。在该油脂的制备过程中不加入氢氧化钙或氧化钙。
可以看出，这两个实施例5及实施例1的油脂的滴点比美国专利4,560,489中实施例V的磺酸钙复合油脂报告的值高得多，其中氢氧化钙用作转化后加入的含钙碱以与络合酸反应。还有，该现有技术的油脂的初始稠度报告为271，且使用的400TBN磺酸钙的百分比约为36.7％，以上基于本发明人提供的组成信息。通过对比可看出，即使400TBN磺酸钙的比例为36％，本发明的实施例1和5的工作针入度显著更硬(较小的值)。此外，在美国专利4,560,489的实施例I中，400TBN磺酸钙的百分比为约41.7％，且油脂的工作针入度据报道在NLGI2号范围内，即在265至295之间。通过对比，本发明的实施例1和5的工作针入度显著更硬(较小的值)，即使400TBN磺酸钙的比例为36％。请注意，这两个实施例1和5油脂中，已经需要有更多的油来软化稠度至NLGI2号级。这必然将降低原始油溶性高碱磺酸钙的浓度至低于36％。这表明，与现有技术中加入氢氧化钙用于与络合酸反应的情况相比，本发明同时提供了优异的稠化剂产率和较高的滴点。另外，相比于现有技术的组合物，本发明需要较少的高碱油溶性磺酸钙，从而降低了所涉及的费用。
本发明的优选组合物与现有技术相比具有的优点进一步通过与专利号5,126,062的美国专利中提供的实施例比较证实。在现有技术的专利的实施例1油脂中，400TBN磺酸钙的比例为45％，基于由本发明人提供的成分信息计算。滴点没有精确地披露，但只说是高于600°F其工作60行程针入度被报告为280。在该现有技术油脂中，在转化前加入碳酸钙，但氢氧化钙也在转化后以足有与所有随后添加的络合酸完全反应的量加入。此外，在该现有技术的专利中使用的络合酸是在该发明实施例1和实施例5中使用的那些。正如可以看到的，本发明的实施例1和5油脂的滴点即使不高于，也与现有技术专利号5,126,062的美国专利的实施例1一样好。此外，本发明油脂的实施例1和5油脂的增粘剂产量更优异，因为它们中的400TBN磺酸的百分比为36％，且工作渗透性更硬。该比较表明，即使在转化之前加入碳酸钙，最好使用碳酸钙作为唯一的添加的碱与络合酸反应，而不是在转化后加入氢氧化钙。
实施例6：另一批油脂使用与实施例5的油脂相同的设备、原料、数量和制造工艺制成，除了在转化后且在加入12-羟基硬脂酸，乙酸，和磷酸之前立即加入碳酸钙。该油脂的组成成分与之前的实施例5油脂的成分是相同的。该最终油脂的初始针入度为236和工作60行程的针入度为240。滴点是416°F。这个批次的油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。再次，观察到了转化前加入碳酸钙，而不是转化后加入的明显优势。虽然实施例5和6油脂的针入度是相当的，其中在转化后加入碳酸钙的实施例6油脂的滴点比实施例5油脂低了近200°F，其中实施例5中在转化前加入碳酸钙。
实施例7：为了证明转化前加入碳酸钙作为唯一添加的碱是优于转化前加入氢氧化钙，也优于转化后并与所有络合酸反应后加入碳酸钙，现有油脂制备方法如下：将37.87重量份的400TBN高碱磺酸钙加入到一个开放的混合容器中，然后加入30.13重量份的溶剂中性I组石蜡基础油，该基础油的粘度为在100°F约600SUS。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.19份主要C12烷基苯磺酸。20分钟后，加入3.19份细碎分散的食品级纯的氢氧化钙，且该氢氧化钙的平均粒度为约4微米，并使其混合10分钟。然后加入2.13份己二醇和4.5份水。将混合物加热，直到温度达到190°F。将温度于190°F和200°F之间保持分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入3.19份的12-羟基硬脂酸，然后加入0.32份冰醋酸。然后加入2.02份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂温度达到250°F且看起来所有水已蒸发掉后，加入7.45份的与之前的实施例相同的碳酸钙。当油脂达到300°F时，加入2.13份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，使油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入7.53份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。由于油脂看起来很重，因此再加入20.83份相同的I组石蜡基础油。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。然后从混合器中取出油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为278。这批油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为31.3％，这没有比实施例1和5中高碱油溶性磺酸钙比例显著更好，一旦附加的油加至达到NGLI2号油脂时，特别是当该实施例7油脂的滴点仅为523°F，这比实施例1和5的滴点低得多。
总结到目前为止，这七个实施例一起明显表明以下内容：(1)高碱磺酸钙基油脂可以使用碳酸钙作为唯一加入的含钙碱与络合酸反应来制备；(2)使用转化前加入碳酸钙与转化后加入碳酸钙相比提供了优异的油脂，即使这两种油脂之间的唯一区别；(3)转化前加入碳酸钙作为唯一加入的含钙碱比现有技术中不加入碳酸钙且在转化后加入氢氧化钙的油脂提供了更优异的油脂；(4)将碳酸钙在转化之前加入并作为唯一加入的含钙碱与现有技术中转化前加入碳酸钙且在转化后加入氢氧化钙用于与络合酸反应的那些油脂相比提供了更优异的油脂；(5)将碳酸钙在转化前加入并作为唯一加入的含钙碱，这比在转化前加入氢氧化钙用于与络合酸反应，且碳酸钙在转化后且与络合酸反应后加入的油脂相比提供了更优异的油脂。
下面的六个例子进一步证明了本发明的高碱磺酸钙油脂的优异性质，也证明了在转化过程中使用水的量和一旦完成转化那些水需要被去除的时间的重要性。
实施例8-13：制备了六批次的油脂，它们均与实施例1相同，除了转化之前添加的水的量和在升高温度前将转化的油脂在190°F至200°F加热的时间长度不同，后者的加热用于除去水分。下面的表1提供了这些差异的细节。
表1
所有六种这些油脂中高碱油溶性磺酸钙的比例为36.0％。从这6个实施例的数据中可以看出，通过使用约2.2％至4.5％之间的水且使水保留在转化的油脂中的时间最短来获得稠化剂产量和滴点的最佳组合。
下面四个实施例显示了在转化之前加入一部分的络合酸的效果。
实施例14：为证明在转化前加入20％的12-羟基硬脂酸同时作为转化剂和络合酸的作用效果，现按照如下方式制备油脂：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙加入到开放的混合容器中，然后加入33.38重量份的溶剂中性I组石蜡基础油以及1.00份的PAO，该石蜡基础油的粘度在100°F时为约600SUS，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份的主要C12烷基苯磺酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙，且该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入0.57份的12-羟基硬脂酸。在混合约10分钟后加入1.80份己二醇和4.5份水。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入2.27份的12-羟基硬脂酸，然后加入0.28份冰醋酸。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。注意在加入的全部12-羟基硬脂酸中，其中20％在转化前加入，其余80％在转化后加入。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入8.34份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。从混合器中取出一部分油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为207。该研磨的油脂返回至混合器中，再加入15.0份同样的石蜡基础油，并混合30分钟。从混合器中取出该油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的工作60行程的针入度为273，且滴点为630°F。注意，该油脂中高碱油溶性磺酸钙的浓度为31.3％。该油脂还按照四球极压试验ASTMD2596进行评价。烧结(weld)负荷为800千克。
实施例15：为证明在转化前加入20％的12-羟基硬脂酸同时作为转化剂和络合酸并使用硼酸作为络合酸的作用效果，现按照如下方式制备油脂：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙加入到开放的混合容器中，然后加入31.68重量份的溶剂中性I组石蜡基础油，该石蜡基础油的粘度在100°F时为约600SUS，以及1.00份的PAO，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt.不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份主要C12烷基苯磺酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙，且该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入0.57份的12-羟基硬脂酸。在混合约10分钟后加入1.80份己二醇和4.5份水。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入2.27份的12-羟基硬脂酸，然后加入2.40份硼酸，该硼酸事先溶解于50毫升热水中。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。注意在加入的全部12-羟基硬脂酸中，其中20％在转化前加入，其余80％在转化后加入。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入7.92份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。从混合器中取出一部分油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为209。该研磨的油脂返回至混合器中，再加入18.9份同样的石蜡基础油，并混合30分钟。从混合器中取出该油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的工作60行程的针入度为305，且滴点为650°F。注意，该油脂中高碱油溶性磺酸钙的浓度为30.3％。该油脂还按照四球极压试验ASTMD2596进行价。烧结负荷为800千克。
实施例16：另一批产物按照类似于实施例15的方法制得，除了在转化之前加入40％的12-羟基硬脂酸。该产物按如下方法制备：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙加入到开放的混合容器中，然后加入31.68份的溶剂中性I组石蜡基础油以及1.00份的PAO，该石蜡基础油的粘度为在100°F时约600SUS，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份主要C12烷基苯磺酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙，且该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入1.14份的12-羟基硬脂酸。在混合约10分钟后加入1.80份己二醇和4.5份水。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。立即加入1.70份的12-羟基硬脂酸，然后加入2.40份硼酸，该硼酸事先溶解于50毫升热水中。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。注意在加入的全部12-羟基硬脂酸中，其中40％在转化前加入，其余60％在转化后加入。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂冷却到250°F时，再加入7.92份相同的I组石蜡基础油。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。从混合器中取出一部分油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为229。该研磨的油脂返回至混合器中，再加入10.0份同样的石蜡基础油，并混合30分钟。从混合器中取出该油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的工作60行程的针入度为275，且滴点高于650°F。注意，该油脂中高碱油溶性磺酸钙的浓度为32.7％。该油脂还按照四球极压试验ASTM D2596进行评价。烧结负荷为800千克。
实施例17：另一批产物按照类似于实施例15和16的方法制得，除了在转化之前加入100％的12-羟基硬脂酸。该产物按如下方法制备：将36.00重量份的400TBN高碱磺酸钙加入到开放的混合容器中，然后加入31.68份的溶剂中性I组石蜡基础油以及1.00份的PAO，该石蜡基础油的粘度为在100°F时约600SUS，该PAO的粘度为在100℃时为4cSt。不加热采用行星式搅拌桨开始搅拌。然后加入3.60份主要C12烷基苯磺酸。20分钟后，加入7.58份细碎分散的碳酸钙，且该碳酸钙的平均粒度为小于5微米，并使其混合10分钟。然后加入2.84份的12-羟基硬脂酸。在混合约10分钟后加入1.80份己二醇和4.5份水。将混合物加热，直到温度达到190°F。在190°F和200°F之间保持45分钟，直到傅立叶变换红外光谱(FTIR)显示无定形碳酸钙转化为结晶碳酸钙(方解石)的过程已发生。转化过程中，生成的油脂变得坚固，由此再加入7.92份相同的I组石蜡基础油。在转化完成后立即加入2.40份硼酸，该硼酸事先溶解于50毫升热水中。然后加入1.90份75％磷酸水溶液。这三种酸是用于该批量反应的络合酸。注意全部12-羟基硬脂酸都在转化前加入。加入磷酸后，再加入6.02份相同的I组石蜡基础油。然后将该混合物用电热炉加热并持续搅拌。当油脂达到300°F时，加入2.78份的苯乙烯-异戊二烯共聚物作为屑状形成固体。对油脂进一步加热至约390°F，此时所有聚合物熔融并充分溶解在油脂混合物中。除去电热炉，油脂在敞开的空气中连续搅拌逐渐冷却。当油脂的温度冷却到200°F时，加入0.50份的聚异丁烯聚合物。继续搅拌，直到该油脂温度为170°F。从混合器中取出一部分油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的初始针入度为245。该研磨的油脂返回至混合器中，再加入6.49份同样的石蜡基础油，并混合30分钟。从混合器中取出该油脂，并进行3次通过三辊磨机的研磨以获得最终平滑均匀的质地。该油脂的工作60行程的针入度为269，且滴点高于650°F。注意，该油脂中高碱油溶性磺酸钙的浓度为32.0％。该油脂还按照四球极压试验ASTM D2596进行价。烧结负荷为800千克。
实施例18：本实施例演示如何将本发明应用到制备增稠的组合物中，该组合物用作开式(open)齿轮润滑剂或编织钢丝绳润滑剂。它的制备方法如下：将761.6克环烷基础油装载至开放的混合器中，其中该环烷基础油的粘度在100°F为约2,000SUS。向其中加入816g的400TBN高碱磺酸钙。采用行星式搅拌桨开始混合。然后加入81.6份主要C2烷基苯磺酸并混合15分钟。此时，加入163.2g食品级碳酸钙并混合15分钟。加入40.80g部分的己二醇和101.3g水，并采用电加热炉将混合物加热。一旦温度达到190°F，则保持于190°F至200°F之间45分钟，直到从高碱油溶性磺酸转化为无定形碳酸钙全部完成。制得的经转化的简单磺酸钙油脂在加入的碳酸钙作为唯一加入的含钙碱存在时加热至300°F以除去水。除去加热炉，并在该批次物质开始降温时，加入163.20克的食品级无水硫酸钙。然后立即加入1632克聚丁烯聚合物和1679.33克与以前添加的相同的环烷基础油。然后加入57.61克有机胺磷酸盐抗磨损/抗腐蚀抑制剂，28.8克吗啉，5.76克来自R.T.Vanderbilt Company的有机钼络合物Molyvan855，5.76克烷基化二苯胺抗氧化剂，和1.63克粉末状的油溶蓝染料。然后再加入177.69克环烷基础油和158.46克聚丁烯聚合物。该简单磺酸钙油脂搅拌30分钟。然后将其移走，并通过三辊研磨机研磨3次。所得到的油脂非常光滑且为半流体。它的初始针入度为385。将该批料放回混合器中，加热至150°F并混合，并加入8.64克高分子量聚异丁烯聚合物溶液，并混合45分钟。然后将该批料再移走，不经任何进一步研磨，并冷却到77°F其初始的稠度为403。该简单磺酸钙油脂中高碱油溶性磺酸钙浓度为14.1％。
几种实验室批次物质按照上述方法制备并进行测试。这些试验的平均结果如下：
表2
初始针入度 403
四球极压(EP)
最大无卡咬负荷，Kg 126
烧结负荷，Kg 620
载荷磨损指数 74.8
四球磨斑，mm 0.41
铜条腐蚀，24hr，100C 1A
铜条腐蚀，24hr，150C 1A
密度，g/ml 0.93
总碱值 80
随后用蒸发的溶剂稀释，如在润滑剂技术领域中已知并使用的溶剂，由此实施例18的简单磺酸钙油脂适合用作高性能开式齿轮润滑剂或编织钢丝绳润滑剂。总碱数约为典型的CJ-4重型发动机油的10倍。这种特性是在采矿应用中是非常重要的，因为采矿应用中的地下水可能是酸性且pH值低至2.5。
虽然本文提供的实施例主要是在NLGI2号或3号级范围内，但2号级是最优选的，应当进一步理解，本发明的范围包括所有NLGI稠度级包括比第2级更硬或更软的情况。然而，对于本发明提供的不属于NLGI2号级的这类油脂，它们的性质应与使用更多或更少的基础油得到的性质一致，后者用于提供2号级的产品，这对于本领域普通技术人员应被理解。
本文所用的，术语“稠化剂产量”应用与本发明时应为其常规含义，即，用于提供具有特别需要的稠度的油脂的高度高碱油溶性磺酸钙的浓度，其中该稠度通过标准渗透试验ASTM D217或D1403进行测试，这两种试验为润滑油脂生产领域常用的手段。类似地，本文中使用的油脂的“滴点”指通过使用标准的滴点测试ASTM D2265得到的值，该测试为润滑油脂制造中常用的方案。本文所用的，通过百分比或份数来确定的成分的量是按最终油脂产品的重量计，即使特定成分(例如水)可能不存在于最终油脂中或可能在最终油脂中作为一种成分的加入量无法确定。本领域的普通技术人员通过阅读本说明书，包括本文所包括的实施例，应当理解对于制备该组合物的组成成分和方法的修改和变更，可在本发明的范围内进行，并且本文所公开的发明范围仅由所附的权利要求书的最宽泛的解释进行限定，其中本申请发明人对于该权利要求书在法律上有权。

Claims (20)

1.一种磺酸钙复合油脂，包含以下原料：
10％至36％的高碱油溶性磺酸钙，所述高碱油溶性磺酸钙包含分散于其中的无定形碳酸钙，以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一；
2％至20％加入的碳酸钙，所述加入的碳酸钙的平均粒度为小于20微米；
一种或多种转化剂；
一种或多种络合酸；
基础油；
其中所述磺酸钙复合油脂的工作60行程的针入度为220至295，且滴点为575°F或更高，
其中除了所述高碱油溶性磺酸钙中含有的残余氧化钙或氢氧化钙的量以外没有氧化钙或氢氧化钙加入；且
其中分散的无定形碳酸钙以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一的量是以所述高碱油溶性磺酸钙的重量计，而所有其他的量都是以最终磺酸钙复合油脂的重量计；
其中所述碳酸钙在转化之前被加入。
2.根据权利要求1所述的磺酸钙复合油脂，还包含2％至10％的水；
其中，所述一种或多种转化剂的总量为0.5％至5％，所述一种或多种络合酸的总量为2.8％至11％。
3.根据权利要求2所述的磺酸钙复合油脂，其特征在于，所述一种或多种转化剂选自：醇，醚，羧酸，无机酸，有机硝酸酯或有机硝酸盐，以及任何其他包含活性氢的化合物和任何其他包含互变异构氢的化合物；且
其中，所述一种或多种络合酸选自：长链羧酸，短链羧酸，硼酸和磷酸。
4.根据权利要求3所述的磺酸钙复合油脂，还包含0.5％至5％的十二烷基苯磺酸。
5.根据权利要求1所述的磺酸钙复合油脂，其特征在于，所述高碱油溶性磺酸钙的量为10％至32％。
6.一种磺酸钙复合油脂，包含以下原料：
高碱油溶性磺酸钙，所述高碱油溶性磺酸钙中包含分散于其中的分散的无定形碳酸钙，以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一；
加入的碳酸钙，所述加入的碳酸钙的平均粒度为小于20微米；
一种或多种转化剂；
一种或多种络合酸；
基础油；
其特征在于，除了所述高碱油溶性磺酸钙中含有的任何量的残余氧化钙或氢氧化钙以外不加入氧化钙或氢氧化钙；
其中分散的无定形碳酸钙以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一的量是以所述高碱油溶性磺酸钙的重量计，而所有其他的量都是以最终磺酸钙复合油脂的重量计；
其中所述碳酸钙在转化之前被加入。
7.根据权利要求6所述的磺酸钙复合油脂，其中所述油脂的工作60行程的针入度为265至295，且滴点为575°F或更高。
8.根据权利要求7所述的磺酸钙复合油脂，含有10％至45％的高碱油溶性磺酸钙。
9.根据权利要求6所述的磺酸钙复合油脂，其特征在于，所述加入的碳酸钙相对于络合酸的总量以化学计量上过量加入。
10.一种简单磺酸钙油脂，包含以下原料：
14.1％至45％的高碱油溶性磺酸钙，所述高碱油溶性磺酸钙包含分散于其中的残余氧化钙或氢氧化钙；
2％至20％加入的碳酸钙，所述加入的碳酸钙的平均粒度为小于20微米；
基础油；
一种或多种转化剂；
其特征在于，所述简单磺酸钙油脂的工作针入度为240至475；且
其中除了所述高碱油溶性磺酸钙中含有的任何量的残余氧化钙或氢氧化钙的量以外没有氧化钙或氢氧化钙加入；
其中，通过百分比来确定的成分的量都是以最终简单磺酸钙油脂的重量计；
其中所述碳酸钙在转化之前被加入。
11.根据权利要求10所述的简单磺酸钙油脂，还包括
0.5％至5.0％的十二烷基苯磺酸；和
一种或多种转化剂，所述转化剂选自：醇，醚，羧酸，无机酸，有机硝酸酯或有机硝酸盐，以及任何其他包含活性氢的化合物和任何其他包含互变异构氢的化合物；且所述转化剂的总量为0.1％至5.0％。
12.一种制备磺酸钙复合油脂的方法，所述方法包括以下步骤：
提供10至45份的高碱油溶性磺酸钙，所述高碱油溶性磺酸钙含有分散于其中的无定形碳酸钙，以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一；
提供2至20份的碳酸钙作为除了所述高碱油溶性磺酸钙含有的无定形碳酸钙的量以外单独加入的成分，所述单独加入的碳酸钙的平均粒度为小于20微米；
将所述高碱油溶性磺酸钙与30至60份的基础油、单独加入的碳酸钙、2至10份的水，和总份数为0.5至5份的一种或多种转化剂混合得到转化前混合物，其中所述高碱油溶性磺酸钙含有分散于其中的无定形碳酸钙；
通过加热至无定形碳酸钙至结晶碳酸钙的转化已经发生，将所述转化前混合物转化为转化的混合物；和
将总份数为2.8至11份的一种或多种络合酸与所述转化前混合物、转化的混合物或两者混合；
其中，除了所述高碱油溶性磺酸钙中含有的任何量的残余氧化钙或氢氧化钙以外不加入氧化钙或氢氧化钙，且所述单独加入的结晶碳酸钙作为唯一与一种或多种络合酸反应的单独成分加入的含钙碱性物质；和
其中所述无定形碳酸钙以及残余氧化钙或氢氧化钙两者之一的量是以所述高碱油溶性磺酸钙的重量计，而其他所有的量是以最终磺酸钙复合油脂产物的重量计。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤:
在加入所述一种或多种转化剂之前混合0.5至5份的促进酸；和
在将所述一种或多种络合酸加入至所述转化的混合物后对混合物加热。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在任何转化剂加入之前，将所述一种或多种络合酸总重量的15％至45％加入至所述转化前混合物，且将所述一种或多种络合酸总重量的其余85％至55％加入至转化的混合物中。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，与所述转化前混合物混合的所述一种或多种络合酸与同所述转化的混合物混合的所述一种或多种络合酸不同。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述转化前混合物在进行加热前在环境温度混合5至20分钟。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述一种或多种络合酸总重量的15％至45％与所述转化前混合物混合，而所述一种或多种络合酸的总重量的其余85％至55％与所述转化的混合物混合。
18.根据权利要求12所述的方法制备的磺酸钙复合油脂产物。
19.根据权利要求14所述的方法制备的磺酸钙复合油脂产物。
20.根据权利要求15所述的方法制备的磺酸钙复合油脂产物。
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