CN104830438A - 无灰型发动机油组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无灰型发动机油组合物。发动机油组合物具体地包含单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐一起作为摩擦改性剂。因此，通过将硫酸化灰分基于发动机油组合物的总重量维持在0.8wt％或更少，本发明的发动机油组合物提供保护装备在废气后处理设备中的过滤器并且提高汽油里程数与发动机耐久性的优势。

Description

无灰型发动机油组合物
技术领域
本发明涉及无灰型发动机油组合物。具体地，发动机油组合物可包含单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐一起作为摩擦改性剂，从而通过将硫酸化灰分维持在约0.8wt％或更小，以保护装备在废气后处理设备中的过滤器并且提高汽油里程数(gasmileage)和发动机耐久性。
背景技术
发动机油是用于汽车内燃机中的一类润滑油，这种润滑油通常形成为具有基础油和添加剂。包含在润滑油中的基础油按照美国石油学会(API)规定的矿物基础油标准一般分类为I组至V组。I、II和III组的基础油为基于矿物油的基础油，且取决于饱和度、粘度指数和硫的含量而进一步分类。IV组的基础油为基于合成的基础油或聚α-烯烃(PAO)。V组的基础油是指不包含在I组至IV组内的基础油，且包含酯。
一般而言，发动机油循环通过油箱、滤油网(oil strainer)、油泵、滤油器(oil filter)、油冷却器、金属摩擦表面和油箱。具体地，发动机油可降低在各种装置中因发动机的运行而产生的摩擦和磨损，从而使发动机能够平稳地运行。例如，发动机通常包括直线运动的部件(同汽缸和活塞的运转那样)，还包括旋转运动的部件如曲轴和凸轮轴。当产生如上描述的动摩擦的金属部件彼此相接触时，由于动摩擦还产生摩擦热，并且其上产生动摩擦的摩擦表面变得粗糙。因此，粗糙的摩擦表面可能因摩擦导致易磨损，或者因摩擦热而导致粘附。
在现有技术中，发动机油被注入到金属的摩擦表面以防止由摩擦引起的磨损和摩擦热，由于金属表面被发动机油覆盖，故形成了油膜。因此，通过油膜使得金属之间的固体摩擦变为润滑油之间的流体摩擦，金属之间的机械摩擦和磨损大大降低。此外，发动机中产生的热量通过发动机油而得以分散，因此，发动机油可有助于发动机的冷却作用。另外，通过密封作用(防止汽缸高压气体的泄露)、清洁作用(吸收发动机油液体工序中的杂质并清洁发动机)、应力分解作用(分散压力)以及抗腐蚀作用(防止水分或腐蚀性气体的渗透)，发动机油可维持发动机的耐久性。
在现有技术中，分散剂已被用作在发动机油中使用的添加剂，以通过阻碍杂质的聚集而防止油粘度的过度增大。金属盐型分散剂已广泛用作这种分散剂，但当发动机油燃烧时金属盐型分散剂可产生灰分。
另外，作为用于发动机油中的添加剂，已使用净化剂或清洁剂用于通过防止在发动机活塞等中形成沉积物来保护发动机。金属皂类型的材料已用于这种净化剂，这种金属皂材料以有机酸和金属盐形成。然而，当发动机油燃烧时金属皂型净化剂可能产生灰分。
按照已开发出高动力和小型化特征的汽车发动机的趋势，在发动机油中已使用其他添加剂以增强以上描述的功能。然而，理想的是降低添加剂的量或采用无灰型添加剂以保护废气过滤器。
在现有技术中，能够保护废气过滤器的无灰型发动机油可具有：占发动机油约0.3wt％或更少的硫含量、约0.09wt％或更少的磷含量以及约0.8wt％或更少的硫酸化灰分含量。然而，在如上描述的常规无灰型发动机油中，由于高密度和高摩擦，与发动机油相关联的机械装备的性能可能降低，当性能降低时，汽车的汽油里程数可能减小。
在此背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，因此其可能含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
这样，通过开发发动机油组合物，我们现在提供本发明以解决以上描述的技术难题。本发明中的发动机油组合物能够降低无灰型发动机油的流体阻力和摩擦阻力，从而提高汽油里程数和发动机部件的耐久性并保护发动机废气过滤器设备。
一方面，本发明提供无灰型发动机油组合物，其能减少在汽车发动机油燃烧时产生的灰分，无灰型发动机油组合物可包含占发动机油组合物中约0.8wt％或更少的硫酸化灰分含量。
具体地，本发明的无灰型发动机油组合物可通过维持硫酸化灰分含量为约0.8wt％或更少、磷含量为约0.09wt％或更少，且硫含量为约0.3wt％或更少(基于本发明发动机油组合物的总重量而言)，使发动机的摩擦阻力降低，从而保护发动机废气后处理过滤器并提高汽油里程数。
应理解，除非另外指明，否则本文所公开的组分的重量百分数(wt％)是基于发动机油的总重量而言的。
在示例性实施方式中，无灰型发动机油组合物可包括：基础油；无灰分散剂；金属净化剂；摩擦改性剂和常见的发动机油添加剂。在某些示例性实施方式中，摩擦改性剂可包含单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐，组合物中硫酸化灰分含量可为0.8wt％或更少。
在另外某些示例性实施方式中，由于基于发动机油的总重量，硫酸化灰分含量可维持在约0.8wt％或更少，磷含量可维持在约0.09wt％或更少，且硫含量可维持在约0.3wt％或更少，发动机油组合物可保护发动机废气后处理过滤器。
根据本发明的各示例性实施方式，由于降低的摩擦阻力，发动机油组合物可提高汽油里程数和耐久性。
在下文中讨论本发明的以上和其它特征。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。
除非具体说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
现在将在下文中详细地参照本发明的各示例性实施方式，其实施例在下文中描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书无意于将本发明局限于这些示例性实施方式。相反，本发明不仅要涵盖这些示例性实施方式，还要涵盖由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、修改、等效形式和其它实施方式。
一方面，本发明的发动机油组合物可包括：(1)基础油、(2)无灰分散剂、(3)金属净化剂和(4)摩擦改性剂。具体地，可组合单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐用作摩擦改性剂。
根据本发明发动机油组合物的各组分如下面所描述。
(1)基础油
一方面，发动机油组合物可包含基础油。本文所使用的基础油可包含润滑粘度在各范围内的油，或可以为一种或多种天然油、一种或多种合成油、或其混合物。基于发动机油组合物的总重量，基础油可以以约50wt％或更大的量包含在组合物内。在某些示例性实施方式中，基于发动机油组合物的总重量，包含的基础油可以在约80wt％至约92wt％的范围内，或具体在约82wt％至约90wt％的范围内。
另外，基础油可以是选自动物油、植物油、矿物油及其组合的天然油。矿物油可以是但不局限于液体石油，或者，一种或多种基于石蜡的矿物油、基于环烷的矿物油以及基于石蜡/基于环烷的混合矿物油，其随后可通过氢解或含氢精加工(hydrogenous finishing)进行纯化。或者，可使用经溶剂处理的或经酸处理的矿物油作为矿物油。
此外，基础油可以是合成油。合成油可以是但不限于：烃油如聚合和互聚的烯烃，其也称为聚α-烯烃；卤素取代的烃油；聚苯；烷基化二苯醚；烷基化二苯硫醚；或其衍生物、类似物和同系物。其它示例性合成油可以是可从各种醇制备的酯和二元羧酸的酯，或是可从C4至C15一元羧酸和多元醇制备的酯或多元醇醚。
天然油和合成油可以是经纯化、未纯化或再纯化的，而不加以限制。本文中使用的术语“未纯化的油”是指不经任何纯化能够从天然或合成供应来源直接获得的油。本文中使用的术语“再纯化的油”是指在一个或多个纯化步骤中(不加以限制)进一步处理以改善一种或多种特性的油。示例性的再纯化的油可具有改善的稳定性，并可通过氢化和氧化进行生产。
在其它某些示例性实施方式中，基础油可以是由美国石油学会(API)定义的第II组油、第III组油、第IV组油和第V组油或其混合物。应理解，在本发明中，对于第II组油，YUBASE 3(SK Corporation,South Korea)提供了一系列选择，对于第III组油，YUBASE 6(SKCorporation,South Korea)提供了一系列选择。示例性的第IV组油可以是但不局限于聚α-烯烃，示例性的第V组油可以是但不局限于酯。
根据各示例性实施方式，基础油可选自具有单一粘度范围的油以及高粘度范围油与低粘度范围油的混合物。
(2)无灰分散剂
一方面，发动机油组合物可包含无灰分散剂。基于发动机油组合物的总重量，无灰分散剂可以以按重量计为约3wt％至8wt％的量，或具体地，以约3wt％至5wt％的量包含在内。当以小于约3wt％的量包含无灰分散剂时，由于发动机油组合物中杂质的分散效果可能显著降低，粘度等可能增大。当以大于约8wt％的量包含无灰分散剂时，不能充分地改善分散效果，并且由于粘度相当高，粘度调节效果可能降低。
在某些示例性实施方式中，无灰分散剂可具有降低的灰分含量，并实质性地分散杂质，如发动机油中的水和煤烟。另外，无灰分散剂可以是但不局限于：长链烃基琥珀酰亚胺、长链烃基琥珀酰胺、长链烃基取代的琥珀酸酯/酰胺的混合物、长链烃基取代的琥珀酸羟基酯、长链烃基取代的酚、甲醛和聚胺的曼尼希缩合产物等。此外，还可使用如上描述的无灰分散剂的混合物。如本文使用的，长链烃基基团是指具有约10至40个碳原子的链的烃基基团。
在其它示例性实施方式中，无灰分散剂可以是，但不局限于，长链烯基琥珀酰亚胺，其可包含采用现有技术中各种胺或胺衍生物制备的非环状长链烃基取代的琥珀酰亚胺。另外，无灰分散剂可以是用磷的无机酸或其酸酐和硼化剂处理的长链烯基琥珀酰亚胺。长链烯基琥珀酰亚胺对弹性体密封件可具有相当大的相容性，其中弹性体密封件由物质如氟弹性体和含硅弹性体制备。如本文使用的长链烯基或长链烃基基团指具有约10至40个碳原子的链的烯基或烃基基团。
具体地，无灰分散剂可包含琥珀酰亚胺衍生物和琥珀酰胺衍生物(其可通过使多胺与烯基琥珀酸酐反应而获得)或其混合物。多胺可以是但不局限于，三亚乙基四胺、四亚乙基五胺或其混合物。烯基琥珀酸酐可以是以烯基基团取代的琥珀酸酐，其中所述烯基基团具有约2至12个碳原子且包含一种或多种具有双键的不饱和烃。另外，发动机油组合物的流体阻力、分散性和摩擦系数可通过调节形成无灰分散剂的取代烯基的碳的数量进行调节。
根据各示例性实施方式，以上描述的无灰分散剂可以不加限制地单独使用或作为组合使用。
(3)金属净化剂
一方面，发动机油可包含金属净化剂。基于发动机油组合物的总重量，金属净化剂可以以约3wt％至6wt％的量，或具体地以约3wt％至5wt％的量包含在内。当以小于约3wt％的量包含金属净化剂时，沉积物去除的效果可能显著地下降。当以大于约6wt％的量包含金属净化剂时，净化效果不会随后增强，且当发动机油燃烧时由于灰分的增多，废气后处理过滤器设备可能损坏。
金属净化剂可以是金属盐，其可通过使碱土金属与具有约4至20个碳原子的有机酸反应而获得。示例性金属净化剂可以是但不局限于，水杨酸钙、水杨酸镁等作为碱土金属水杨酸盐。
(4)摩擦改性剂
一方面，发动机油组合物可包含摩擦改性剂。摩擦改性剂可以是但不局限于，单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐，具体的示例性摩擦改性剂可以是二(C8～C20烷基)二硫代磷酸锌，ZnDDP。如本文使用的，具体地与金属净化剂一起混合并使用的摩擦改性剂可通过从摩擦改性剂和金属净化剂获得的协同作用而降低发动机油的流体阻力和摩擦阻力，从而提供特殊的效果以提高汽油里程数和耐久性。
在某些示例性实施方式中，基于发动机油组合物的总重量，可包含约0.8wt％至1.5wt％的单油酸甘油酯、约0.4wt％至1wt％的二硫代氨基甲酸钼和约1wt％至2wt％的二烃基二硫代磷酸金属盐作为摩擦改性剂。
当以小于约0.8wt％的量包含单油酸甘油酯时，摩擦降低效果可降低约一半。同时，当以大于约1.5wt％的量包含单油酸甘油酯时，摩擦降低效果不会相应地增强。当以小于约0.4wt％的量包含二硫代氨基甲酸钼时，保持摩擦降低效果的时间可能显著缩短。当以大于约1wt％的量包含二硫代氨基甲酸钼时，摩擦降低效果不会相应地增强。另外，当以小于约1wt％的量包含二烃基二硫代磷酸金属盐时，摩擦降低效果可能降低约一半。当以大于约2wt％的量包含二烃基二硫代磷酸金属盐时，由于磷含量增加，后处理设备的使用寿命可能降低。
(5)其它添加剂
一方面，发动机油组合物可独立地包含本领域通常使用的各种添加剂。添加剂可以是但不局限于如下物质：粘度改进剂、抗磨损剂、抗氧化剂、倾点降低剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、染料等。
本文使用的粘度改进剂可通过防止粘度在升高的温度下下降而维持油膜，并且通过防止粘度在相当低的温度(例如，降低的温度)下大幅地增大，可用于降低油流动性和流体阻力。这样的粘度改进剂可以是但不局限于如下物质：聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚烯烃、苯乙烯-马来酸酐共聚物，和可在现有技术中广泛使用的类似的均聚物、共聚物或接枝共聚物。基于发动机油组合物的总重量，粘度改进剂可以约1wt％至10wt％，或具体地约2wt％至5wt％的量包含在发动机油组合物中。
抗磨损剂可以是但不局限于，现有技术中可广泛使用的基于磷的抗磨损剂。在某些示例性实施方式中，基于磷的抗磨损剂可以是亚磷酸的有机酯或有机亚磷酸酯，或亚磷酸的胺盐。基于发动机油组合物的总重量，可以以约0.05wt％至2.0wt％，或具体地约0.1wt％至1.0wt％的量包含基于磷的抗磨损剂。
抗氧化剂可以是但不局限于，选自可广泛地用于现有技术中的基于芳香胺的和基于受阻酚的化合物的物质。在某些示例性实施方式中，基于发动机油组合物的总重量，可以以约0.05wt％至2.0wt％，或具体地约0.1wt％至1.0wt％的量包含抗氧化剂。
本文使用的倾点降低剂可提高降低温度下的流动性。这种倾点降低剂可以是但不局限于，可在现有技术中广泛使用的聚甲基丙烯酸酯等。基于发动机油组合物的总重量，可以以约0.05wt％至2.0wt％，或具体地约0.1wt％至1.0wt％的量包含倾点降低剂。
本文使用的腐蚀抑制剂可减少与发动机油组合物接触的金属组分的分解。腐蚀抑制剂可以是但不局限于，可在现有技术中广泛使用的噻二唑(thiadia)等。在某些示例性实施方式中，基于发动机油组合物的总重量，可以以约0.01wt％至2.0wt％，或具体地约0.1wt％至1.0wt％的量包含腐蚀抑制剂。
本文使用的消泡剂可延迟泡沫形成。消泡剂可以是但不局限于，硅油、有机硅烷化合物如聚二甲基硅氧烷和可在现有技术中广泛使用或可以是商购产品的有机聚合物。在某些示例性实施方式中，消泡剂可以以降低的量与其它添加剂如抗乳化剂组合使用，基于发动机油组合物的总重量，可以以小于约1wt％，或具体地小于约0.01wt％的量包含消泡剂。
在本发明的各示例性实施方式中，可将具有上述组合物组分和组成比例的发动机油组合物混合以在约100℃的温度具有约5至15cSt、约8.0至13cSt，或具体地约9.3至12.5cSt的运动粘度。当发动机油组合物的运动粘度小于预定的值，例如小于约5cSt时，由于摩擦阻力增大，汽车的汽油里程数可能降低。当运动粘度大于预定的值，例如大于约15cSt时，由于流体阻力增大，汽车的汽油里程数可能降低。
另外，基于发动机油组合物的总重量，本发明的发动机油组合物可维持硫酸化灰分含量在约0.8wt％或更少，磷含量在约0.09wt％或更少，硫含量在约0.3wt％或更少。结果，可通过降低发动机油燃烧时的灰分产生来保护发动机废气过滤器，同时，可通过降低发动机的摩擦阻力提高汽油里程数。
将参照下面的实施例更详细地描述本发明，但本发明不局限于这些实施例。
实施例
下文中，在各实施例中阐述本发明，但本发明的方面不局限于下面的实施例。除非另外规定，否则所有的份数和百分数都是基于发动机油组合物的重量。实施例代表根据本发明的发动机油组合物。
不局限于本领域的方法，通过混合下列表1示出的组分来制备发动机油组合物。
材料和反应物
(1)基础油：API第III组油购自SK公司
(2)无灰分散剂：通过使聚亚烷基多胺和烯基琥珀酸酐反应而获得无灰分散剂，其中烯基琥珀酸酐购自Infineum International Ltd公司(美国专利第3,202,678号)。
(3)净化剂：水杨酸钙购自Finetech Industry有限公司。
(4)摩擦改性剂：
①单油酸甘油酯购自Sigma-Aldrich公司；
②二硫代氨基甲酸钼(MoDTc)购自Adeka公司；
③二烃基二硫代磷酸锌(异葵基ZnDDP)购自ChemFrog。
(5)其它添加剂
表1中列举的化合物购自Infineum International公司。
表1
另外，根据广泛已知的性能测试方法来测试制备的各个发动机油组合物的性能，结果示于以下表2中。此外，作为“对照”，对商购的发动机油进行了相同的测试。测试结果示于以下表2中。
测试例
性能测试方法
(1)组分分析
磷(P)组分分析：标准ASTM D5185
硫(S)组分分析：标准ASTM D5185
钙(Ca)组分分析：标准ASTM D5185
(2)硫酸化灰分测试：标准ASTM D874
(3)摩擦系数测试(SRV)：标准ASTM D6425
(4)运动粘度：根据标准ASTM D-445，在约100℃KV100下测量运动粘度
(5)汽油里程数(FTP 75模式)：EPA联邦测试程序(EPA：美国环境保护局)
表2
在实施例1中，发动机油组合物包含恒定含量比例范围内的单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸盐作为摩擦改性剂。组分分析结果证实，磷含量维持在约0.09wt％或更少，硫含量维持在约0.3wt％或更少，硫酸化灰分含量在约0.8wt％或更少。因此，可通过降低发动机油燃烧时灰分的产生而保护发动机废气过滤器，此外，可通过降低发动机的摩擦阻力而提高汽油里程数。
同时，对于不包含作为金属净化剂或摩擦改性剂的几种组分的比较例1至比较例6的发动机油组合物，由于高摩擦系数，未能获得汽油里程数提高的效果。另外，比较例7中的发动机油组合物包含水杨酸钙金属净化剂的量大于预定量并且金属净化剂的量大于预定的量。然而，摩擦系数不会相应地降低，并且由于过量的硫酸化灰分含量，组合物不适于装备有汽油微粒过滤器(GPF)的汽车。
已参照本发明的优选实施方式详细地描述本发明。然而，本领域技术人员应理解，可在不偏离本发明的原理和精神、随附权利要求及其等同物中所定义的范围的情况下，对这些实施方式作出改变。

Claims (7)

1.一种无灰型发动机油组合物，其包括：
基础油；
无灰分散剂；
金属净化剂；
摩擦改性剂；以及
常用发动机油添加剂，
其中所述摩擦改性剂包括单油酸甘油酯、二硫代氨基甲酸钼和二烃基二硫代磷酸金属盐；且
以所述发动机油组合物的总重量为基准，所述发动机油组合物中的硫酸化灰分含量按重量计为0.8wt％或更少。
2.根据权利要求1所述的无灰型发动机油组合物，其中，以所述发动机油组合物的总重量为基准，所述摩擦改性剂包括含量为0.8wt％至1.5wt％的单油酸甘油酯、含量为0.4wt％至1wt％的二硫代氨基甲酸钼和含量为1wt％至2wt％的二烃基二硫代磷酸金属盐。
3.根据权利要求1所述的无灰型发动机油组合物，其中所述二烃基二硫代磷酸金属盐为二(C8～C20烷基)二硫代磷酸锌盐。
4.根据权利要求1所述的无灰型发动机油组合物，其包括：
以所述发动机油组合物的总重量为基准，
含量为80wt％至92wt％的所述基础油；
含量为3wt％至8wt％的所述无灰分散剂；
含量为3wt％至6wt％的所述金属净化剂，其为碱土金属水杨酸盐；
含量为0.8wt％至1.5wt％的所述单油酸甘油酯；
含量为0.4wt％至1wt％的所述二硫代氨基甲酸钼；和
含量为1wt％至2wt％的所述二烃基二硫代磷酸金属盐。
5.根据权利要求4所述的无灰型发动机油组合物，其中所述无灰分散剂通过使聚亚烷基多胺和烯基琥珀酸酐反应而获得。
6.根据权利要求1所述的无灰型发动机油组合物，其中所述油组合物在100℃的温度下的运动粘度在5至15cSt的范围内。
7.根据权利要求1所述的无灰型发动机油组合物，其中，以所述发动机油组合物的总重量为基准，磷含量维持在0.09wt％或更少，硫含量维持在0.3wt％或更少。
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