CN104263454A - 牵引油组合物 - Google Patents

Abstract

本发明利用拥有适当粘度/分子量分布的简单的二甲基硅油来改进环脂烃油的低温特性。本发明具体提供一种牵引油基础原料，它由以下组分组成：环脂烃；和在77℉时粘度小于50厘司的二甲基硅油，其中，所述二甲基硅油占所述牵引油基础原料的小于10重量％。向环脂烃油中加入二甲基硅油可提高其低温性能，同时不会降低所需的流体弹性动力剪切强度特性。结合有环脂烃油的低粘度二甲基硅油润滑油适用于无级变速器和其他牵引驱动变速器，可提供良好的低温流动性和高流体弹性动力剪切强度。

Description

牵引油组合物

本申请是国际申请号为PCT/US2006/030479，国际申请日为2006年8月4日的PCT国际申请进入中国国家阶段后的申请，申请号为200680036400.1，发明名称为“牵引油组合物”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案交叉检索

本申请案要求2005年8月4日申请的美国临时申请案60/705,353，和2005年8月16日申请的美国临时申请案60/709,671，和2006年4月13日申请的美国临时申请案60/791,852的优先权，所有三个临时申请案的全部内容通过引用完整地结合到本文中。

技术领域

本发明属于低粘度二甲基硅油领域，这种油适用于无级变速器油，该无级变速器油能提供平衡的优良低温流动性和高流体弹性动力(EHD)剪切强度。

背景技术

无级变速器(牵引驱动装置)油与标准(齿轮的)变速(即自动变速)油有相似的作用，其必须充当润滑剂、冷却剂，并在某些情况作为液压油。牵引油或无级变速器(IVT)油的附加作用是将扭矩从输入设备通过润滑薄膜传递到输出设备，润滑膜在光滑的滚动-传递滑动旋转组件间的接触点形成。所以该油需要在滚动-滑动驱动组件间的接触区域的高剪切应力EHD条件下显示出高剪切强度，而接触区域通过IVT油形成的薄膜隔开并润滑。该油在接触点的抗剪切(剪切强度)作用为油组合物提供扭矩传递能力。

适用于户外应用的大多数设备采用的无级变速器的润滑油需要在良好的低温流动性和高EHD剪切强度之间达成关键的平衡；尤其是在高温和低接触应力的组合下的剪切强度。环脂烃一般具有较佳的剪切强度特性，但其低温特性比起普通的用于制造优良润滑剂的烃基油来说却很弱。可以将其他低温特性好的油合并进来，以提高混合物的低温特性，但是一般来说这样会导致剪切强度特性的显着损失。已经发现，简单的低粘度二甲基硅油就可以令这些特性达到比较理想的平衡。

上述这个理念的一个根据，即用硅油提高环脂油的低温特性并非初为人知。已经有许多报道介绍用于这种目的，特别是用于牵引油的多种含有脂族、环脂族和芳香族的硅油。但是，还没有发现有引用简单的二甲基硅油作为低温改良剂的报道。一个原因可能是大多数二甲基硅油的烃溶解性一般较弱，从而导致其应用上的限制。因此，其他发明者主要精力集中在含有除甲基外其他官能基的硅油上，以尽量避免明显的不兼容问题。或者是回归旧法，向牵引油配方中加入第三种组分油，比如混合物中的芳香烃或酯，来解决二甲基硅油在烃油中的兼容性问题。

这些牵引油大体上由环脂烃结合二甲基硅油作为基油组成，可向其中加入额外的添加剂，形成全配方的用于无级变速器油的自动变速器油。这些添加剂包括抗氧化剂、防磨损剂、极压剂、清洁剂、分散剂、防沫剂、防锈剂、摩擦改进剂和粘度改进剂等添加剂。用于本发明这一目的的硅油除甲基以外大体上还可由少于10％的其他适用官能基、长链脂族基、环脂族基或芳香基，或除甲基外的这些官能基的组合构成，以进一步提高性能和全混合牵引驱动或无级变速器油的性能。

现有技术

无级变速器一般需要在良好的低温流动性和高EHD剪切强度之间达成关键的平衡，尤其是在高温和低接触应力的组合条件下。环脂烃一般具有较佳的剪切强度特性，但是低温特性很弱。可以将其他低温特性好的油合并进来，以提高混合物的低温特性，但是一般来说这样会导致剪切强度特性的显着损失。

大多数传统的二甲基硅油组成成分显示出较弱的烃可溶性，从而导致使用上的限制。所以，这些传统的二甲基硅油要与除所有或大部分甲基以外的其他官能基共享，以避免不兼容问题。

含有硅油的混合脂族、环脂族和芳香族已经用于牵引油；但是在本发明之前，将简单的二甲基硅油用作低温流动性改良剂还没有被用于变速器的应用中。如Groenhof在发表于1984年5月的美国4449415号专利中，说明通常硅氧烷的牵引系数过低，不能用于牵引驱动设备，此文献以参考的形式并入本文。此外Groenhof文献说明了有关30-100重量百分比的三甲基硅氧末端嵌段的硅氧烷油和30-70重量百分比的环脂烃或环脂烃混合物的使用。1986年3月25日发表的Groenhof的美国4577523号专利指出聚硅氧烷牵引油适用于低温条件下，此文献以参考的形式并入本文。Fey等人2003年8月发表的美国6602830号专利和2003年9月23日发表的美国6623399号专利，说明了有机油和硅氧烷组合物的混合物的使用，因为有机油在低温条件下会变得非常粘稠，这两份文献以参考的形式并入本文。

下列参考文献报道了加入第三种油，例如混合物中含有芳香烃或酯，以溶解烃油中的二甲基硅油的有关细节：Kulik等人于1980年2月26日发表的美国4190546号专利。该第三种油利用了环烷烃，(环脂烃)或其混合物加上助溶剂和硅油，其中需要助溶剂以确保硅油和环烷烃油完全互溶。

经过高度氢化处理的环烷基油具有适当的低温粘度和还算较高的EHD剪切强度特性，且成本相对较低。这些特征令这类油成为适合供牵引驱动装置和无级变速器油使用的候选烃油。虽然这些油在极低温下有流动性，但它们有一个缺点，即其粘度在更低温下比常见的炼自石油的并有更多的脂族结构或组分分子的烃基油高。所以经过高度氢化处理的环烷基油最好是进行低温粘度改进，让粘度达到一个适合于户外设备应用的牵引驱动油的水平。人们进行了许多尝试，包括酯、芳香族化合物和硅树脂的使用。通常用于这一目的的硅树脂相对复杂，拥有多种烷基和芳香基官能团及分支结构。

除基油外，这些牵引驱动油的调配和普通变速器油非常相似，都利用抗氧化剂、防磨损剂、极压剂、清洁剂、分散剂、防沫剂、防锈剂、摩擦改进剂和粘度改进剂等添加剂。添加剂包并不限于这些特定种类的添加剂，也并不需要囊括所有上述的添加剂。也可以加入少量基本原料微调所需性能特征或油的特性，但这并不是必需的。

此外，用于本发明这一目的的硅油除甲基以外还可含有多达10％但不含10％的其他适用官能基、长链脂族基、环脂族基或芳香基，或这些官能基的组合，以进一步提高性能和全混合牵引驱动或无级变速器油的性能。

发明内容

本发明利用有适当粘度/分子量分布的简单的二甲基硅油，将其加入以改进环脂烃的低温特性。向环脂烃加入二甲基硅油改进了其低温特性，但不会损害必需的EHD剪切强度特性。

拥有适当的粘度/分子量分布的简单的二甲基硅油良好地发挥了显着改进包括环烷基油在内的环脂烃油低温特性的作用，而不会损害所需的EHD剪切强度(牵引)特性。二甲基硅油的优选粘度范围在77℉时大约在>5至<50厘司之间(或在100℃时大约在2-30厘司之间)。未发现更高粘度的二甲基硅油(在77℉时50厘司或更高)适用于这类润滑剂，因为其在低温下(-20℃或0℉及以下)混溶程度不理想。

此外，产物的低温粘度量通过少量的低粘度二甲基硅油得到实质性的改进，而不会降低混合油的EHD剪切强度(牵引系数)。

本技术可将原本在100℃时粘度为3.5-6.0厘司的全配方无级变速器油调配为-20℃时布氏粘度为100泊或更低。-20℃时布氏粘度大约为20泊的无级变速器油，若根据该混合方法制成，不会损害EHD剪切强度特性。

二甲基硅油的优选粘度范围在77℉时小于20厘司，更优选是约5-15厘司，(或100℃时约2-20厘司)。更高粘度(77℉时20厘司或更高)的二甲基硅油不能在所需的-20℃或更低的低温下完全混溶，且不适合于改进本发明应用的的环脂烃。

适当选择二甲基硅油的粘度等级/分子量分布，得到一种在-30℃及以下低温下稳定的油。有利地是，混合产物的低温粘度量通过将轻二甲基油共混合入环烃油可得到实质性改进，而不会降低混合油的EHD剪切强度。

采用这种配方可使得拥有100℃时约3.5至约6.0厘司的全配方无级变速器牵引油被调配致-30℃时布氏粘度低达40泊，而不会损害油的EHD剪切强度特性。含有多达10重量百分比在77℉时10厘司的二甲基硅油的环烷基油的EHD剪切强度特性没有任何削弱的事实，说明若具有环烷基原料，即便更多量的二甲基硅油也可用于进一步改进低温特性，而不损失所得产物用油的EHD剪切强度。

这些牵引油含有环脂烃，例如环烷基油，结合以二甲基硅油，起基油的作用，可向其中加入另外的添加剂，形成完全调配的用于无级变速器油的自动变速器油。这些油包括基油的调配和普通变速器油非常相似，都利用抗氧化剂、防磨损剂、极压剂、清洁剂、分散剂、防沫剂、防锈剂、摩擦改进剂和粘度改进剂等添加剂。添加剂包并不限于这些特定种类的添加剂，也并不需要囊括所有上述的添加剂。也可以加入少量基本原料微调所需性能特征或油的特征，但这并不是必需的。

此外，用于本发明这一目的的硅油除甲基以外可含有少于10％的其他适用官能基、长链脂族基、环脂族基或芳香基，或这些官能基的组合，以进一步提高性能和全混合牵引驱动或无级变速器油的性能。

本发明的其他目标、特征和优点通过下文的详述，辅以显示本发明优选实施例的表格，将是显而易见的。

具体实施方式

本发明是关于牵引驱动油的，油与至少两个可相对转动的组件一起使用，组件彼此成扭矩传递关系，油布置在组件牵引表面上，所述牵引油包含环脂烃油和二甲基硅油。

本发明提供一种牵引油基础原料，原料具有良好的测粘性(低粘度)，典型为低温下的二甲基硅油，和高EHD剪切强度特性，典型为环脂烃。添加剂提供所需的特性，以调配牵引驱动油或无级变速器油，比起传统的相同介质的油来说，体现出高热导性和改进过的热传导能力。在本发明中，针对油介质的目标是它的粘性、摩擦力和抗氧化特征，以在最新的牵引驱动装置和无级变速器中发挥作用。

油基本组分

本发明利用在许多种条件下都显示出高EHD剪切强度特性的环脂烃油；但是，它的低温特性非常差。将环脂油用于牵引油和无级变速器油需要在一定程度上改善，甚至是显着改善流动性，改变其低温下粘度至可接受的范围内。

本发明利用有适当粘度/分子量分布的简单的二甲基硅油，将其加入以改进环脂烃的低温特性。向环脂烃加入二甲基硅油改进低温特性，不会损害必需的EHD剪切强度特性。

二甲基硅油的优选粘度范围是77℉时小于20厘司(centistokes)，更优选是约5-15厘司(或100℃时约2-10厘司)。粘度更高(77℉时20厘司或更高)，二甲基硅油在规定的-20℃及更低的低温下不能完全混溶，且不适用于改进用于本发明牵引油的环脂烃。产物的低温粘度通过有限的将低粘度二甲基硅油共混合入环烃油中基本上可得到改进，同时不会降低混合油的EHD剪切强度。

采用这种配方可使得拥有100℃时约3.5-约6.0厘司的全配方的无级变速器牵引油被调配成-30℃布氏粘度低达40泊，而不会损害油的EHD剪切强度特性。

这些牵引油含有环脂烃结合二甲基硅油，用作基油，可向其中加入补充的添加剂，形成全配方的用于无级变速器油的自动变速器油。这些添加剂包括抗氧化剂、防磨损剂、极压剂、清洁剂、分散剂、防沫剂、防锈剂、摩擦改进剂和粘度改进剂等添加剂。

所用硅油除甲基以外还可含有多达10重量百分比的其他官能基，以进一步提高完全混合的无级变速器油的性能。

下列实例为无级变速器基油调配物的配方提供支持。本发明的牵引油基组成成分用来比较的对照物或标准是SANTOTRAC50，因为其高剪切强度特性而在工业中用作参考用油。

润滑剂工业中使用的分散剂

润滑剂工业中所用的分散剂一般用来分散汽油和柴油机里形成的“冷的淤积物”，可以是“无灰分散剂”，或含有金属原子。其可用于本发明，因为人们发现它们是优良的分散剂。也需要分散剂来分散变速过程中的磨损残渣和润滑剂降级产物。

通常用于汽车工业的无灰分散剂含有亲脂烃基和极性官能亲脂基团。极性官能团可以是羧酸酯、酯、胺、亚胺、羟基、醚、环氧化物、磷、酯羧基、酐或腈。亲脂官能团上可以是寡聚的或多聚的，通常有70-200个碳原子，以确保油的可溶性。用不同试剂处理烃聚合物，引入极性基团，烃聚合物包括通过处理聚烯烃而制备的产物，例如聚异丁烯首先用马来酐或硫化磷或氯化磷处理，或经热处理，然后用聚胺、胺、环氧乙烷等试剂处理。

在这些无灰分散剂当中，一般用于石油工业的包括N-取代基聚异丁烯琥珀酰亚胺、甲基丙烯酸烷酯-乙烯基吡咯烷酮共聚物、甲基丙烯酸烷酯-甲基丙烯酸二烷基胺乙酯共聚物、甲基丙烯酸烷酯-甲基丙烯酸乙二醇酯共聚物，和聚硬脂酰胺。本应用中最重要的优选油基分散剂包括化学级别的分散剂：烷基琥珀酰亚胺、琥珀酸酯、高分子量胺、Mannich碱和磷酸衍生物。某些特殊实例为聚异丁烯琥珀酰亚胺-聚乙烯聚胺、聚琥珀酸异丁烯酯、聚异丁烯羟苄基-聚乙烯聚胺、双-羟丙基磷酸化物。适用于变速器油的商用分散剂为，例如，Lubrizol890(无灰PIB琥珀酸酯)、Lubrizol6420(高分子量PIB琥珀酸酯)、ETHYL HITEC646(非硼化PIB琥珀酸酯)。分散剂可结合其他用于润滑剂工业的添加剂，形成供变速器油使用的分散剂-清洁剂添加剂包，例如LUBRIZOL9677MX，并且整个分散剂-清洁剂包可用作分散剂。

其他类型分散剂

可用于本发明的另外分散剂可以是具有低HLB值(一般小于或等于8)的表面活性剂或表面活性剂的混合物，优选为非离子的表面活性剂，或非离子表面活性剂与离子表面活性剂的混合物。

所选择的分散剂应当能溶于或分散于液体介质中。分散剂的量应当位于下述的范围中：0.01-30％，优选0.5-20％，更优选1-15％，最优选2-13％。

其他化合物

这种分散剂还可以含有大量的一种或多种其他化合物，优选是聚合物，并非是用来帮助分散，而是为了达到增稠或其他需要的油特征。可添加这些化合物，但减少微粒的量，所用的微粒不会让粘稠度变得过大。

用于润滑剂工业的粘性改良剂可用于本发明的油介质，改良剂包括石蜡共聚物(OCP)、聚甲基丙烯酸酯(PMA)、氢化苯乙烯二烯(STD)和苯乙烯-聚酯(STPE)聚合物。石蜡共聚物是橡胶类的物质，用乙烯和丙烯混合物通过基于钒的Ziegler-Natta催化法制得。苯乙烯二烯聚合物是通过苯乙烯和丁二烯或异戊二烯的阴离子聚合反应来制造。聚甲基丙烯酸酯是通过甲基丙烯酸烷酯的自由基聚合反应来制造。苯乙烯-聚酯聚合物是通过先共聚合苯乙烯和马来酐，然后用醇类混合物酯化中间产物而制得

其他可用于本发明油介质的化合物包括：丙烯酸聚合物，例如聚丙烯酸和聚丙烯酸钠，环氧乙烷的高分子量聚合物，例如Union Carbide生产的Polyox WSR，纤维素化合物，例如羧甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、黄原胶和瓜尔胶，聚糖化物，链烷醇酰胺，聚酰胺的胺盐，例如King Industries生产的DISPARLON AQ系列，疏水性改质环氧乙烷脲烷(例如Rohmax生产的ACRYSOL系列)，硅酸酯和填充剂，如云母、硅土、纤维素、木粉、粘土(包括有机粘土)，以及树脂聚合物，例如聚乙烯丁缩醛树脂、聚脲烷树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂。

例如油封膨胀剂或增塑剂的化合物也可用于本发明，其可以从下列物中选择：邻苯二甲酸酯、己二酸酯、癸二酸酯，更特定地从下列物中选择：三乙酸基硬脂酸甘油酯、环氧化大豆油、环氧化亚麻油、N,正丁基苯磺酰胺、脂族聚亚胺酯、环氧化豆油、戊二酸聚酯、三甘醇癸酸酯/辛酸酯、长链烷醚、戊二酸二烷二酯、单聚物、多聚物和环氧增塑剂，基于己二酸的聚酯、氢化二聚酸、蒸馏二聚酸、多聚脂肪酸三聚物、水解胶原质的乙酯、异硬脂酸和山梨油酸酯和椰油基水解角蛋白、PPG-12/PEG-65羊毛脂油、己二酸二烷酯、磷酸烷芳酯、磷酸烷二芳酯、改质磷酸三芳酯、磷酸三芳酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸辛苄酯、邻苯二甲酸辛烷酯、乙氧基乙基己二酸二丁氧酯、磷酸2-乙己基二苯酯、二丁氧基乙氧基乙基甲酸基、己二酸二异丙酯、癸二酸二异丙酯、油酸异癸酯、二癸酸新戊基乙二醇酯、二辛酸新戊基乙二醇酯、新戊酸异己酯、乙氧基化羊毛脂、聚氧乙烯胆固醇、丙氧基化(2分子)羊毛脂醇、丙氧基化羊毛脂醇、羊毛脂的乙酰基化丙氧基乙烯衍生物，和二甲基聚硅氧烷。其他可取代上述增塑剂和/或一起使用的增塑剂包括甘油、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯，和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，和邻苯二甲酸二异壬酯，所有都溶于溶剂载体。也可以使用其他油封膨胀剂例如Lubrizol730。

抗氧化剂是变速器油的重要组成部分。普通种类的抗氧化剂包括二烷基二硫代磷酸锌、烷基和芳香剂苯酚、烷基和芳香剂胺，和硫化烯烃。商用实例为CIBA L57(苯基胺)和ETHYL HITEC1656。

倾点下降剂，无论是聚甲基丙烯酸甲酯型还是乙烯丙烯石蜡共聚物型都可用于降低油的低温布氏粘度。实例包括ROHMAX3008、ROHMAX1-333、LUBRIZOL6662A。

摩擦改进剂用于控制油的摩擦力和扭矩特征。商用实例包括LUBRIZOL8650和HITEC3191。

实例

下列实例描述本发明的优选实施方式。其他属于权利要求书精神范围内的实施方式对领域内技术人员来说，只要考虑了说明书所述内容或实际操作，将是显而易见的。说明书内容及实例都仅仅起示例的作用，不超出实例后文权利要求书的范畴和精神。实例中涉及的所有百分比除非另行指出，都是指重量百分比。

基本对照

实例1

实例2

实例3

实例4

参考上文的详述，辅以下表1，表中相同的数字在几个表中指相同的部份，可以更好理解本发明。

表1是一张特性及性能数据表，显示二甲硅油对环烷基润滑剂配方的低温特性的影响。

提供上述细节主要是为了能清楚地理解本发明，并非要将其限制在所述范围内，熟练的技术人员阅读公开内容后，在不背离本发明的精神和附属权利要求书的前提下，可以作出显而易见的变化。因此不能将本发明限定在本文已述的特定实施方式范畴内。相反，要涵盖的内容都在附属权利要求书的精神和范畴内。

Claims (13)

1.一种牵引油基础原料，它由以下组分组成：

环脂烃；和

在77℉时粘度小于50厘司的二甲基硅油，其中，所述二甲基硅油占所述牵引油基础原料的小于10重量％。

2.如权利要求1所述的牵引油基础原料，其特征在于，所述二甲基硅油含有不大于10重量％的除甲基外的官能团。

3.如权利要求1所述的牵引油基础原料，其特征在于，所述二甲基硅油在77℉时粘度小于20厘司。

4.如权利要求1所述的牵引油基础原料，其特征在于，所述环脂烃是环烷基油。

5.如权利要求1所述的牵引油基础原料，其特征在于，所述二甲基硅油在77℉时粘度为5-15厘司。

6.一种牵引油，其包含：

牵引油基础原料，它由环脂烃和在77℉时粘度小于50厘司的二甲基硅油组成，其中，所述二甲基硅油占所述牵引油基础原料的小于10重量％；和

至少一种添加剂。

7.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述二甲基硅油含有不大于10重量％的除甲基外的官能团。

8.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂选自抗氧化剂、防磨损剂、极压剂、清洁剂、分散剂、防沫剂、防锈剂、摩擦改进剂、粘度改进剂、倾点下降剂、油封膨胀剂、增塑剂以及它们的组合。

9.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂以最高至30重量％存在。

10.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂以最高至20重量％存在。

11.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂以最高至15重量％存在。

12.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂以最高至13重量％存在。

13.如权利要求6所述的牵引油，其特征在于，所述至少一种添加剂以最高至9.2重量％存在。