CN106164040A

CN106164040A - 用于多金属的金属加工应用的高性能水稀释型润滑性添加剂

Info

Publication number: CN106164040A
Application number: CN201580018460.XA
Authority: CN
Inventors: 罗恩·宾格曼; 查尓斯·弗朗西斯·小帕尔默; 詹姆斯·T·坦纳; 卡尔文·M·小维克尔
Original assignee: Ethox Chemicals LLC
Current assignee: Ethox Chemicals LLC
Priority date: 2014-02-08
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: JP6377179B2; CA2938598C; WO2015120418A1; CN106164040B; DE112015000678T5; CA2938598A1; US20150225666A1; JP2017506261A; US9920276B2

Abstract

本发明提供了一种润滑组合物，包含(1)选自由以下物质构成的组中的反应产物：(a)来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与选自由聚氧乙烯‑聚氧丙烯和聚氧丙烯‑聚氧乙烯‑聚氧丙烯的反向嵌段共聚物构成的组的嵌段共聚物的反应产物；(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和(c)马来化大豆油与(a)的反应产物；以及(2)选自由烷基苯、正链烷烃、异链烷烃、矿物油和α‑烯烃构成的组的至少一种基础油。

Description

用于多金属的金属加工应用的高性能水稀释型润滑性添加剂

根据35U.S.C.第119章的规定，本申请要求于2014年2月8日提交的名称为“用于多金属的金属加工应用的高性能水稀释型润滑性添加剂”的美国临时专利申请No.61/937,490的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及金属加工液。本发明还涉及可用作金属加工工艺中的润滑剂的润滑剂组合物。本发明还涉及用作滑动面油和金属加工油的润滑油组合物，以及使用该润滑油组合物润滑加工机械装置的方法。

本发明另外涉及纯油(neat)型或乳化型金属加工润滑剂。本发明也涉及可用于各种金属加工应用的改良润滑剂。

本发明还涉及润滑剂组合物，其能够广泛地应用于诸如切削、磨削和塑性加工之类的金属加工。

背景技术

众所周知，通过使用矿物油和/或脂肪油实现了金属加工润滑。在早期的技术中，这些脂类和油是单独使用的，但是随着改进技术的出现，为了降低成本、提高冷却能力、并给予更好的性能，制备矿物油和/或脂肪油的水性乳液是有用的。近年来，几乎所有含水润滑剂都是脂肪油和/或矿物油的乳液，该乳液可能含有或可能不含有用于特定应用的各种添加剂。然而，乳液型产品具有若干固有问题，例如，乳液稳定性，因为这一原因和其他原因，其用途经常受到限制。近年来，出现了溶液型的含水润滑剂，并且在冷却能力是首要考虑因素时，水溶性润滑剂显示出极大的优点。然而，在同时要求高度冷却和高度水动力或油膜润滑特性的条件下，由于水溶性润滑剂在水动力条件下不能沉积具有足够润滑性的膜以进行正常工作，所以水溶性润滑剂是不合适的。

在诸如切削、成形、冲压和轧制之类的金属加工操作中，使用金属加工液来为工件和金属加工装置提供冷却和润滑。金属加工液还起到冲掉加工位置处的油和碎屑的功能，并且还为工件和金属加工装置提供防腐作用。最初，金属加工液包含油性材料、或者水和油的乳液。然而，业界越来越多地试图用水性材料代替油类产品。因此，业界正在转向使用水性金属加工液。

水性金属加工液除了提供冷却功能之外，还必须为工件和金属加工装置提供良好的润滑性，并且能够从加工位置隔绝并除去碎屑和污染物，包括油。另外，水性金属加工液应向设备和工件提供良好的防腐作用。为此，该行业已开发了各种水性金属加工液组合物；然而，已经出现了许多与这些组合物的应用相关的问题。

在金属制品的制造中使用了多种金属加工工艺。在金属加工过程中，通常会从工件中除去金属。金属加工工艺的实例包括：机械加工、切削、钻孔、磨削、车削、铣削、攻丝和拉削。金属加工与金属成型不同。在金属成型中，通常不会除去金属。金属成型工艺的实例包括：轧制、锻造、铸造、冲压、压铸、挤拉、拉伸和挤压。在金属成型操作中，通常将金属预热到至少约800℃，使得金属能够更容易地成型为所期望的形状。在金属加工操作中，通常不将金属预热；操作中所产生的唯一的热是金属加工操作本身所造成的。

在所有金属加工操作中，需要润滑工件和工具之间的界面，以降低加工金属所需的力；冷却工件；除去切削区域中的碎屑；赋予良好的表面光洁度；以及延长工件的使用寿命。因为可使用众多化合物作为(例如)抗磨剂、抗腐蚀剂、表面活性剂和杀菌剂，所以润滑剂组合物的配方是复杂的。

此前已经提出在金属加工润滑剂组合物中使用三芳基磷酸酯。Berens的美国专利文献No.4,362,634公开了这样的金属加工润滑剂组合物，该金属加工润滑剂组合物包含多元醇酯(如季戊四醇/脂肪酸酯)作为主要成分，并且还一同包含三芳基磷酸酯和脱水山梨糖醇或甘油酯型(如脱水山梨醇单妥油酸酯)的羧酸酯的非离子表面活性剂。该磷酸酯的含量为浓缩的润滑剂组合物的1重量％至10重量％。可用为浓缩组合物的约2重量％至30重量％的水将其分散以形成作为乳液的稀释润滑剂组合物，据报道该乳液在静止条件下保持相稳定至少1小时。

此前，金属加工润滑剂配方是通过将几个已知的各自具有润滑功能的单独成分加以组合而制备的。例如，将各种油、嵌段共聚物、液晶形成体(liquid crystal former)和表面活性剂一起混合并作为共混产品提供给最终使用者。

金属加工润滑剂组合物优选制备成浓缩物，在使用前将其稀释。制造商制备浓缩的润滑剂组合物，并成桶地运送给使用者，使用者可能会将装有浓缩润滑剂组合物的桶储存数周至数月后再使用。因为如果润滑剂组合物发生去乳化，则金属加工润滑剂组合物通常会丧失润滑性，所以浓缩润滑剂组合物在室温下(约25℃)的保质期(稳定性，即去乳化发生之前的时间)应为至少1个月，并且优选为至少六个月。高温(约75℃)稳定性和低温(约-15℃)稳定性应分别为至少5天。在浓缩润滑剂组合物稀释之后，所得的稀释的润滑剂组合物在室温下的保质期应为至少1个月，优选至少六个月，其高温稳定性为至少一天，低温稳定性为至少一天。

已知基于天然脂类和油(甘油三酯)的金属加工润滑剂已经在本领域中使用，其被用于包括轧制、冲压、拉伸、酸洗、切削和挤压在内的各种加工工业中。在钢的冷轧中，普遍采用天然脂类和油的水性制剂作为轧制油，以提供润滑并冷却轧辊。

除了向工件/加工元件提供有效的润滑作用和有效的冷却之外，金属加工润滑剂还必须满足其他标准。例如，轧制油必须能够在金属表面上提供连续的涂层。此外，该涂层或膜必须具有最小的厚度并且必须对金属而言是足量的，使得其能够在轧辊咬入(rollbite)时的高压下得以保持。除了考虑润滑性外，如果轧制油能够向轧制带提供一定的防腐作用并且在退火操作过程中燃烧干净，则是特别有利的。在还原气氛下，通过在大约1300°F下加热使大多数冷轧带退火，以减轻在之前加工操作过程中积累的内部应力，并使成品钢具有所期望的物理性能。残留的轧制油必须挥发干净并且不应残留任何碳质沉淀或表面变色。

鉴于被加工的金属种类的不同、以及所采用的不同操作条件以及应用方法，为了试图获得各种性能的最佳平衡，已经开发了众多的基于天然脂类和油的金属加工油。这些不同的金属加工由大多数涉及使用不同的脂类和油，或涉及使用石油产品(例如，矿物油)或合成润滑剂(例如，合成烃或酯)来代替部分脂类或油。乳化剂体系也存在许多差异，并且使用了添加剂以增强这些油的特性。

在较小的程度上，天然脂类和油经化学改性以改变其性质。美国专利No.3,202,607公开了蓖麻油的乙氧基化和其在用于金属加工的水性分散液中的应用。在英国专利No.847,517中，将2摩尔的甘油三酯和1摩尔的聚乙二醇进行酯交换以制备有用的产品，该产品为单甘油酯、二甘油酯和甘油三酯与聚乙二醇的单酯和二酯的混合物。美国专利No.2,925,429中公开了对于解决油包水乳液有用的产品，该产品为蓖麻油与聚亚烷基二醇和有机二羧酸(例如，二甘醇酸或邻苯二甲酸酐)的反应产物。美国专利No.2,971,923公开了用于破坏石油乳液和矿物油脱盐的类似产品。

美国专利No.3,720,695公开了具有多种用途的酯润滑剂，该酯润滑剂通过如下方式获得：首先用分子量大于1000的聚氧乙二醇与蓖麻油进行酯交换，然后在单独的步骤中，用单羧酸或二羧酸来酯化可用的羟基。

在美国专利No.3,634,245和No.3,928,401中公开了具有显著改善的水溶性的混合酯产品。该混合酯是通过在一步操作中，使甘油三酯与短链的单羧酸或二羧酸以及低分子量的聚氧乙二醇反应而获得的。在美国专利No.4,067,817中公开了易于被水乳化且适合用作金属加工液的混合酯产品，该混合酯产品是通过在酯交换条件下，用聚氧乙二醇和高分子量的二羧酸(例如，聚合脂肪酸)来处理甘油三酯而获得的。在美国专利No.4,108,785中描述了含有烃油(例如，矿物油)的混合酯的混合物。

尽管已经开发了许多基于未改性和改性的甘油三酯的金属加工润滑剂，但是仍然需要新的产品。在新产品存在经济优势和/或性能优势的情况下更是如此。性能优势包括在有效地配制润滑剂的能力上有更大的自由度。也包括改善了润滑剂的一个或多个性能。如果达到这些改善的同时而没有不利地影响润滑剂的其他重要性能，则是特别有效的。

本领域还需要这样的浓缩和稀释的金属加工润滑剂组合物/乳液，其可长时间保持稳定，从而能够制造并在使用前进行长时间储存。

发明目的

本发明的目的在于提供一种润滑剂组合物，当将该润滑剂组合物用作包括轧制、切削和磨削在内的金属加工的润滑剂时，该润滑剂组合物显示出优异的加工特性，这些特性为：稳定并且即使在用水稀释之后也能够保持其透明性，具有优异的耐分解性，并且不会不利地影响环境。

发明内容

本发明提供了一种式I的化合物

其中R为

其中m＝3-12，n＝3-8并且R₁为

其中x＝1-50，y＝1-100并且R₂为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基。

本发明还提供了一种式II所示的化合物

其中R为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基；R₁选自由马来化大豆油部分、多羟基硬脂酰基、多蓖麻油基和它们的混合物构成的组；x＝1-100并且y＝1-200。

本发明还涉及一种化合物，其选自由以下物质构成的组：(a)来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与聚氧乙烯-聚氧丙烯的嵌段共聚物的反应产物；(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和(c)马来化大豆油与(a)的反应产物。

本发明还提供了润滑剂组合物，包含：(1)选自由以下物质构成的组中的反应产物：(a)来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与选自由聚氧乙烯-聚氧丙烯和聚氧丙烯-聚氧乙烯-聚氧丙烯的反向嵌段共聚物构成的组的嵌段共聚物的反应产物；(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和(c)马来化大豆油与(a)的反应产物；以及(2)选自由烷基苯、正链烷烃、异链烷烃、矿物油和α-烯烃构成的组中的至少一种基础油。

本发明的主旨是通过使各种独立的润滑剂反应而成一个分子来创造新的润滑剂。本发明提供了选自由以下物质组成的组中的化合物：(a)来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与聚氧乙烯-聚氧丙烯的嵌段共聚物的反应产物；(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和(c)马来化大豆油与(a)的反应产物。

具体实施方式

在本发明的第一方面中，提供了改善的金属加工润滑剂，该金属加工润滑剂是通过使(a)、(b)和(c)反应而获得，其中(a)为来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与聚氧乙烯-聚氧丙烯或聚氧丙烯-聚氧乙烯的嵌段共聚物；(b)为(a)与马来酸或马来酸酐的反应产物；(c)为(a)与马来化油的反应产物。尽管从上述反应得到的产物的精确组成尚未明确，但是其为由交换和缩合反应得到的各种酯产物的复杂混合物。

在本发明的第二方面中，提供了一种式I的化合物

其中R为

其中m＝3-12，n＝3-8并且R₁为

其中x＝1-50，y＝1-100并且R₂为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基。x的优选值为5-50并且y的优选值为20-100。

式I的R残基是衍生自具有至少12个碳原子的羟基脂肪酸，例如蓖麻油酸、羟基硬脂酸、多蓖麻油酸和聚羟基硬脂酸。首先用环氧烷(例如，环氧乙烷、环氧丙烷或C₄-C₁₆环氧烷)对羟基脂肪酸进行烷氧基化，然后使所得的烷氧化物与马来酸酐反应，从而制备式I的化合物。

为了进行反应，首先将蓖麻油与所需摩尔数的环氧乙烷反应，并除去产物。将所需量的材料放回至反应器并且在第二步骤中与环氧丙烷反应。然后中和并除去该产物。然后通过在150℃(最大)下加热，将合适量的蓖麻油(具有所需量的环氧乙烷和环氧丙烷)与马来酸酐以1:1的摩尔比进行反应，直到耗尽所有的马来酸酐。

为了制备蓖麻油的烷氧基化物，人们一般首先将蓖麻油乙氧基化。一旦达到了理想的乙氧基化水平，然后用有效量的环氧丙烷或环氧丁烷将所得产物(例如，乙氧基化的蓖麻油)丙氧基化和/或丁氧基化，以确保至少1摩尔的环氧丙烷或环氧丁烷与每摩尔的蓖麻油反应。然而，人们能够容易地想到单烷氧基化工艺，其中将两种或更多种亚氧烷基(alkyleneoxy)的单体混合后进行烷氧基化。

为了进行所期望的乙氧基化，重要的是确保反应器处于干净且干燥的条件下。此后，将蓖麻油随着少量的氢氧化钠薄片装入反应器中。然后在反应器内开始搅拌并在25至28英寸的幅度下同样开始真空汽提。此后，将反应器和其中的内容物加热至约100℃至约150℃的温度，同时在反应器内的反应物达到所要的温度后，在反应器中维持一段时间的真空。此后，用氮气破坏反应器中的真空并吹扫反应器，优选进行大约两次，随后排气。然而，反应器内的压力应该保持高达约150psi。在反应器已用氮气吹扫、排空、并建立压力之后，将反应物的温度升高至约145℃-150℃，此时，向反应器中引入所需量的环氧乙烷。当环氧乙烷完全添加后，将反应器保持在上述反应条件下一段时间，以使环氧乙烷与蓖麻油基本上完全反应。真空汽提该反应器，从而除去任何未反应的环氧乙烷，然后为了后续进行的乙氧基化蓖麻油的丙氧基化或丁氧基化，使用惰性气体(例如，氮气)进行再加压。

为了使所得的乙氧基化蓖麻油进行丙氧基化或丁氧基化，可以使用如下步骤。反应器的温度优选降低至约110℃至140℃的温度，并将预定量的环氧丙烷或环氧丁烷添加到反应器中。随着环氧丙烷或环氧丁烷的添加，反应器内的压力应该逐渐增加。在丙氧基化或丁氧基化步骤中，通常反应器内的压力维持在少于约60psi。环氧丙烷或环氧丁烷的反应通常比环氧乙烷的反应稍慢，特别是在环氧丙烷或环氧丁烷的浓度低的情况下。在已经将所有的环氧丙烷或环氧丁烷添加至反应器之后，在反应温度下维持该反应约1小时。此后，将产物真空汽提，以从反应器中除去未反应的组分。此时最好提交所得产物的样品以进行分析，从而查看是否已经发生了所需量的丙氧基化或丁氧基化。如果确定需要额外的丙氧基化或丁氧基化，则可以通过向反应器中添加环氧丙烷或环氧丁烷并将反应器维持在上述反应条件中来容易地获得。

一旦已经达到合适程度的乙氧基化和丙氧基化或丁氧基化，再次汽提产物，以较好地除去任何残留的环氧丙烷或环氧丁烷。此后，将所得的乙氧基化-丙氧基化蓖麻油组合物或乙氧基化-丁氧基化蓖麻油组合物在氮气下冷却至小于约100℃的温度。如果需要，可以使用任何合适的漂白剂(例如，30％的过氧化氢)将所得产品漂白至颜色规格。然后，可以从反应器中回收该产品并根据需要调节pH值。

然后以1:1的摩尔比投入蓖麻油烷氧基化物和马来酸酐。在氮气鼓泡的条件下，在150℃下加热该反应混合物并搅拌，直到该反应混合物的GC分析表明不存在游离的马来酸酐。

在本发明的第三方面中，提供了式II的化合物

其中R为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基；R₁为选自由马来化大豆油部分、多羟基硬脂酰基、多蓖麻油基和它们的混合物构成的组；x＝1-100并且y＝1-200。x的优选范围为10-100并且y的优选范围为10-200。

上述式II的化合物是通过首先使反向嵌段(reverse block)HO-(PO)_y-(EO)_x-(PO)_y-OH乙二醇与大豆油/马来酸酐加成物(soy/maleic adduct)反应以形成酯键而制备的。在该步骤中没有产生水。第二步骤是多蓖麻油酸与反向嵌段聚合物上的其他羟基的酯化反应。这个步骤产生水。该反应在1摩尔的反向嵌段:1摩尔的多蓖麻油基:1摩尔的大豆油/马来酸酐加成物下运行。由于大豆油/马来酸酐/反向嵌段反应快很多，所以将产生产物的混合物，大豆油/马来酸/反向嵌段二酯和一些多蓖酸油/反向嵌段二酯。由于大豆油/马来加成物将与大多数反向嵌段反应，所以也可能没有多蓖酸油酸。

由于1摩尔的反向嵌段HO-(PO)_y-(EO)_x-(PO)_y-OH乙二醇与1摩尔的马来化大豆油(1摩尔马来酸酐/1摩尔大豆甘油三酯)和1摩尔的多羟基硬脂酸(羟基硬脂酸重复单元的平均数目≈3)组合，因此式II中的端基R₁是PHSA和马来化大豆油的统计学混合物(即，一些聚醚将含有PHSA，一些聚醚将具有2个大豆油马来酸酯(soy maleates)，并且一些聚醚将具有1个PHSA和1个大豆油马来酸酯)。

由于本发明的反应产物易于与水相容并且还具有其他所期望的特性，所以发现其尤其适用于为含铁金属或其他金属配制的水性金属加工液，在这些加工液中，除了润滑效果之外，还需要高度的冷却效果。这种类型的水性润滑剂体系(包括分散液和乳液)用于轧制、锻造、铸造、切削、磨削、冲压、挤压和拉伸操作中。由于在轧制操作中会使用大体积的产品，所以轧制油制剂可能是水性金属加工润滑剂的唯一最重要的应用。

可以将式I和II的化合物与多种其他油(如烷基苯、正链烷烃、异链烷烃、矿物油和α-烯烃)一起配制。

在金属加工液中可以包含多种添加剂，以改善液体的质量和/或增强性能。这些添加剂包括但不限于提高性能的添加剂、腐蚀抑制剂、抗磨剂、金属钝化剂、消泡剂、防锈剂、除臭剂、染料、杀真菌剂、杀菌剂、抗氧化剂、乳液或分散液稳定剂等等。这些添加剂和它们在配制的润滑剂中的功能是业内众所周知的并且在文献中广为报道。

然后这些试剂能够与油类和其他润滑剂一起用作润滑器(lubricatingcouplers)或作为独立的金属加工化合物。应该理解的是，必须包含其他添加剂，如腐蚀抑制剂、pH调节剂等。在例子(1)中，铝的microtap测试中的最低摩擦来自100vis的油和由环氧乙烷-环氧丙烷链与蓖麻油(其通过马来酸的附着而具有一定程度的水分散性)反应制备的新添加剂的混合物。在例子(2)中，再次进行铝的microtap测试，在包括竞争者Hocut795H、LT 5200、HOSS 5200和MOSS 5100在内的范围内，由反向嵌段共聚物(Ethox 17-R-2与多蓖麻油酸反应至AV＝15.6)和100vis的油一起制成的聚合物表现最优。在例子(3)中，也进行了迈科泰普测试，最佳实验产品(特别是对铝进行测试)为由1:1:1摩尔比的嵌段共聚物Ethox 17-R-2/多蓖麻油酸和大豆马来酸的反应产物与100vis的油一起制成的分子。这种组合的性能也超过了其商业竞争者Castrol AU-68和Syn 3495。

对于含铁金属和不含铁金属而言，式I和II的化合物都是优异的润滑剂，并能够用于众多润滑应用中。它们能够仅包含润滑剂制剂中的润滑剂、或者可以与一种或多种其他天然的、合成的或源于石油化工原料的润滑剂产品一起使用。如果它们为润滑剂组合物中的一个组分，则式I和II的化合物或其混合物可以为共混物的主要或次要组分。该共混物可以包含0.1％至99.9％的式I和II的化合物或其混合物，并包含99.9％至0.1％的常规脂油或烃油。更通常地，该共混物将包含5％至95％的式I或II的化合物或其混合物、以及95％至5％的常规脂油或烃油。本发明的润滑剂或其混合物能够单独使用，或与合适的载体或稀释剂(其中，本发明的润滑剂或其混合物在该载体或稀释剂中是可溶的、可乳化的或可分散的)一起使用。式I或II的化合物或其混合物通常与合适的溶剂、载体或基础油混合，该基础油除了作为稀释剂之外，还赋予润滑剂制剂所需的性能。通常，为了这一目的，会使用合成制造的或由石油化工产品的蒸馏而获得的烃油。烃油(环烷烃和链烷烃)在100°F下的粘度高达约1000SUS，并且更优选为40SUS至500SUS。代表性的烃油包括矿物油、矿物封油、煤油、气油、聚α烯烃等等。也可以用合成酯和诸如稳定剂、杀真菌剂、杀菌剂、腐蚀抑制剂、润湿剂等添加剂来配制产品，以提高它们在众多不同应用领域中的性能。

由于本发明的式I和II的化合物或其混合物易于与水相容并且具有其他理想的特性，因此其尤其适用于为含铁金属配制的水性金属加工液中，在这些加工液中，除了润滑效果之外，还需要高度的冷却效果。这种类型的水性润滑剂体系(包括分散液和乳液)用于轧制、锻造、铸造、切削、磨削、冲压、挤压和拉伸操作中。由于在轧制操作中会使用大体积的产品，所以轧制油制剂可能是水性金属加工润滑剂的唯一最重要的应用。

可用于水性体系中的金属加工润滑剂组合物，特别是轧制油制剂是通过添加合适的乳化剂或分散剂和一种以上的添加剂以赋予液体以所需的特性而获得的。这些配制的组合物可以基于本发明化合物本身、或者为与烃油和/或常规脂类或油的上述共混物。通常，乳化剂的含量为约0.1％至15％，更优选为0.3％至12％，并且其选自已知用于此目的任何常规阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性表面活性剂。本文所用的术语乳化剂、分散剂和表面活性剂可以互换使用。添加剂通常为0.1％至20％，并且更优选为0.1％至15％。上述记载的所有百分数基于除水之外的金属加工组合物的总重量。配制的金属加工润滑剂组合物通常为水性分散液或乳液的0.5％至25％，并且更优选为水性分散液或乳液的1％至20％。

乳化剂/分散剂可以选自众多已知的化合物。有利地是，也可以使用两种或多种相同或不同类型的乳化剂的混合物。特定乳化剂/分散剂的选择主要取决于水的用量、使用的式I或II的化合物、是否存在其他甘油三酯和/或烃类润滑剂、涉及的应用、以及所得的水性乳液或分散液所需的特性。

可以使用的两性表面活性剂包括：烷基-β-亚氨基二丙酸盐、烷基-β-氨基丙酸盐、脂肪咪唑啉和甜菜碱，更具体地为1-椰油-5-羟乙基-5-羧甲基咪唑啉、十二烷基-β-丙氨酸、N-十二烷基-N,N-二甲基氨基乙酸、2-三甲基氨基月桂酸内盐等等。

可以用于获得可接受的乳液或分散液的代表性非离子表面活性剂包括：醇、多元醇、酚、羧酸和羧酸酯的环氧乙烷加成物，如油醇、壬基酚、甘油、山梨糖醇、甘露糖醇、季戊四醇、山梨糖醇单月桂酸酯、甘油单油酸酯、季戊四醇单硬脂酸酯、油酸、硬脂酸等的环氧乙烷加成物。

可使用的阳离子化合物包括：溴化十六烯吡啶、氯化十六烷基吗啉、双十二烷基三乙四胺醋酸盐、二十二烷胺乳酸盐、1-氨基-2-十七碳烯基咪唑啉盐、乙酸十六烷胺、油胺乙酸盐、乙氧基化的动物脂、椰油、硬脂基、油基或大豆胺等等。可使用的阴离子化合物包括：石油磺酸的碱金属盐、脂肪酸的碱金属盐、脂肪酸的胺和铵皂、碱金属二烷基磺基琥珀酸单酯、硫酸化油、磺化油、碱金属烷基硫酸盐等等。

对于轧制油的制剂，阳离子乳化剂和非离子乳化剂和其混合物是特别有效的分散剂/乳化剂。阳离子乳化剂通常的用量为0.1％至4％，并且更优选为0.25％至2％，而非离子乳化剂通常的用量为1％至15％，并且更优选为2％至10％。

金属加工液中可以包含多种添加剂，以改善加工液的质量和/或增强性能。这些添加剂包括但不限于EP添加剂、腐蚀抑制剂、抗磨剂、金属钝化剂、消泡剂、防锈剂、除臭剂、染料、杀真菌剂、杀菌剂、抗氧化剂、乳液或分散液稳定剂等等。这些添加剂和其在配制的润滑剂中的作用是业内众所周知的，并且在文献中广为报道。

通过使几种润滑物质(entities)反应成一个分子而制成的试剂胜过由单独试剂构成的常见混合物。

实施例：

实施例1A

向干净且干燥的10加仑不锈钢Pflaundler反应器中投入12.7kg的蓖麻油和80g的氢氧化钾(片状)。开始搅拌并且在720mm Hg的真空下加热至120℃，然后保持15分钟以除去存在的任何水。用氮气来除去真空并在加压到30psi之后将反应器排空至5psi。在添加25.9kg的环氧乙烷的同时，将温度升高至135℃并保持。将压力维持为小于60psi。在添加完所有的环氧乙烷之后，发现羟基数为68.6mgKOH/g。此时，在压力下除去5.9kg乙氧基化物并丢弃。然后将温度降低至120℃并添加8.4kg的环氧丙烷。在120℃下2小时之后，真空汽提该反应混合物并从反应器中排出7.3kg的产物。相对于每摩尔蓖麻油，这样制备的产物包含约43摩尔的环氧乙烷和约12摩尔的环氧丙烷。

实施例1B

蓖麻油烷氧基化物与马来酸酐的反应

将摩尔比为1:1的蓖麻油烷氧基化物和马来酸酐投入反应器中。在氮气鼓泡下，在150℃下加热反应混合物并搅拌，直到该反应混合物的GC分析表明不存在游离的马来酸酐。这是羟基基团和酸酐之间的反应，从而得到了酸封端的蓖麻油烷氧基化物。

实施例2

大豆油和马来酸酐之间的烯反应(ene reaction)

在“烯”反应中，将马来基(maleic)接枝到大豆油上。在这种情况下，马来酸酐没有打开。将摩尔比为1:1的马来酸酐和大豆油投入反应器中。在氮气鼓泡下，将反应混合物加热至210℃并搅拌。将该反应混合物在210℃下保持4-6小时，直到该反应混合物的GC分析表明不存在游离的马来酸酐即可。所得的大豆油/马来酸酐加成物的皂化值为268mg KOH/g。

实施例3

烷氧基化三羟甲基丙烷(TMP)和1:1大豆油/马来酸酐加成物的反应

以1:1的摩尔比投入烷氧基化三羟甲基丙烷(TMP)和1:1大豆油/马来酸酐加成物。在氮气鼓泡下，将反应混合物加热至150℃并搅拌。将该反应混合物保持在这个温度下，直到该反应混合物的红外分析显示没有酸酐吸收带为止，这表明大豆油/马来酸酐加成物完全反应。未使用催化剂。

实施例4

HO-(PO)y-(EO)x-(PO)y-OH(17-r-2)与大豆油/马来酸酐加成物和多蓖麻油酸的反应

在这个过程中发生两个反应。第一个且最快的一个反应是大豆油/马来酸酐加成物的打开，以形成酯键。没有产生水。另一个反应是多蓖麻油酸与17-r-2上的羟基的酯化反应。该反应产生水。这个反应以1摩尔17-r-2:1摩尔多蓖麻油酸:1摩尔大豆油/马来酸酐加成物的比例进行。由于大豆油/马来酸酐/17-r-2反应更快，所以导致产生产物混合物，即：大豆油/马来酸酐/17-r-2二酯和一些多蓖麻油酸/17-r-2二酯。由于大豆油/马来酸酐加成物与大部分17-r-2反应，所以可能也存在游离的多蓖麻油酸。

以1:1:1的摩尔比投入1:1大豆油/马来酸酐加成物、多蓖麻油酸和17-r-2。基于反应物的总投入量，添加0.1重量％的次磷酸。在氮气鼓泡下，将反应混合物缓慢加热至180℃并搅拌。当停止产生酯化的水时，将反应混合物进一步加热至200℃，直到不再产生水为止。

润滑组合物的实施例

在各实施例中，将化学组分预混合，并在300ppm硬度的水中将该混合物活性减少至8％，然后在攻丝扭矩(Trapping Torque)仪器中在铝和冷轧钢上进行测试。

缩写的关键词：

PROA＝多蓖麻油酸

PHSA＝聚羟基硬脂酸(polyhydroxystedaric acid)

DO-9＝PEG 400二油酸酯

CO-5＝POE(5)蓖麻油

TMP＝三羟甲基丙烷[CH₃-CH₂-C(CH₂OH)₃]

MO＝矿物油(100vis)-Hydrocal 100

W＝水

CP＝浊点

CI pak(腐蚀抑制剂)＝预制缓蚀剂包，由以下物质构成：

A)碳链长为9-12的单羧酸和二羧酸的混合物

B)烷醇胺

C)多元醇偶联剂

Ethfac 140＝具有4摩尔EO并且随后被磷酸酯化的未中和油醇(olyel alcohol)

17-R-2＝POP-PEO-POP反向嵌段共聚物。

AMP-95＝2-氨基-2-甲基-丙醇

NDA＝新癸酸

ISO-C9＝异壬酸

2976＝POP(6)POE(34)(混合)蓖麻油

Poly30/70＝30％蓖麻油酸和70％羟基硬脂酸的聚合物

TEA＝三乙醇胺

本发明中使用的Microtap攻丝仪器为工业攻丝机械，该工业攻丝机械已被修改用于各种冶金上的金属切削润滑剂的实验室评估。最常用的金属是1018钢和6061铝合金(含铁和不含铁的铝合金)。目标是获得有效用于含铁和不含铁应用中的润滑剂；这是相当困难的，因为每一类应用都具有独特的要求。

该Microtap单元使用高速钢(HSS)丝锥将内螺纹加工成预钻孔。对于这项工作，需要使用6mm的成型丝锥。在攻丝工艺过程中，测量并记录力或转矩(牛顿厘米Ncm)，较低的值是期望的。Tappong速度在500至1000rpm的常规范围内变化。

该Microtap仪器是相对较新(10年)的技术，其代替了几十年来使用的Falex针和V形块(V-block)仪器以用于评价金属切削润滑剂。该针式仪器和V形块仪器为摩擦发生装置，其能够提供扭矩数据但并没有复制在实际应用中出现的金属切削(碎屑形成)。

实施例5

评价实施例组(5)ERS 02157[POP(40)POE(16)蓖麻油，AV＝15]和ERS 02158[POP(40)POE(16)蓖麻油，AV＝25)以探讨酸值的影响。

实施例组(5)中最好的是用于冷轧钢的Ethox 17-R-2和POP(40)POE(16)蓖麻油(AV＝25)(ERS 02156)的合成混合物、和用于铝的100SUS矿物油和POP(40)POE(16)蓖麻油(AV＝20)(ERS 02159)的半合成混合物。

参见表1。

表2概述了实施例组(5)配制物中的非润滑剂部分的组成

表2

实施例6

实施例组(6)：具有一系列酸值和油含量的POP(25)POE(16)蓖麻油的评价。

实施例组(6)中最好的是反应至AV＝11.05的POP(25)POE(16)蓖麻油和100SUS矿物油的组合。(ERS 02086)。参见表3。

表4概述了实施例组(6)配制物的非润滑剂部分的组成。

表4

实施例7

实施例组(7)：组(7)中最好的是Ethox 17-R-2与多蓖麻油酸以1:1反应至AV＝15.6，并与100SUS矿物油共混。(ERS 02115)。

参见表5。

表6概述了组(7)配制物中的非润滑剂部分的组成。

表6

实施例8

实施例组8：组(8)中最好的是100SUS VIS矿物油与摩尔比为1:1:1的Ethox 17-R-2：多蓖麻油酸：大豆油马来酯的共混物。(ERS02132)。参见表7。

表7

表8概述了组(8)配制物中的非润滑剂部分的组成。

表8

实施例9

实施例组9：商业上成功产品的评价。参见表9。

实施例10

进一步的Microtap测试

1018钢：

在100ppm的水中，2％的添加剂4718(本发明的式I)

500rpm＝181Ncm 750rpm＝181Ncm

在100ppm的水中，2％的02332添加剂

500rpm＝154Ncm 750rpm＝177Ncm

6061铝：

在100ppm的水中，2％的添加剂4718(本发明的式I)

1,000rpm＝118Ncm

2％的添加剂02332

1,000rpm＝118Ncm

如果这些参考文献均在文本中充分表达，则本发明说明书中引用的所有参考文献的内容以及在这些参考文献中所有引用的文献通过引用的方式将其全部内容并入本文中。

尽管上文已经公开了本发明的许多实施方案并且包括目前优选的实施方案，但是许多其它实施方案和变型可能也在本发明和其随附的权利要求的范围之内。因此，提供的优选的实施方案和实施例的细节并不能理解为对本发明的限制。可以理解的是，本文中使用的属于仅仅是描述性的，而不是限制性的，以及只要不违背本发明的精神和范围，可以做出各种改变和许多等同方式。

Claims

1.一种式I的化合物

其中R为

其中m＝3-12，n＝3-8并且R₁为

其中x＝1-50，y＝1-100并且R₂为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基。

2.根据权利要求1所述的化合物，其中m＝5-7；n＝3-6；x＝3-50并且y＝10-100。

3.根据权利要求2所述的化合物，其中m＝7；n＝5；x＝5-50并且y＝20-100。

4.一种式II的化合物

5.根据权利要求4所述的化合物，其中R为甲基，R₁为马来化大豆油，x＝10-100并且y＝10-200。

6.根据权利要求4所述的化合物，其中R为甲基，R₁为多羟基硬脂酰基，x＝10-100并且y＝10-200。

7.根据权利要求4所述的化合物，其中R为甲基，R₁为多蓖麻油基，x＝10-100并且y＝10-200。

8.一种化合物，选自由以下物质构成的组：

(a)来源于羟基脂肪酸的聚链烷酸或聚链烯酸与选自由聚氧乙烯-聚氧丙烯和聚氧丙烯-聚氧乙烯-聚氧丙烯的反向嵌段共聚物构成的组的嵌段共聚物的反应产物；

(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和

(c)马来化大豆油与(a)的反应产物。

9.根据权利要求8所述的化合物，其中所述化合物(b)具有式I：

其中R为

其中m＝3-12，n＝3-8并且R₁为

其中x＝1-50，y＝1-100并且R₂为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基。

10.根据权利要求8所述的化合物，其中所述化合物(c)具有式II：

11.一种润滑组合物，包含：

(1)选自由以下物质构成的组中的反应产物：

(b)马来酸或马来酸酐与(a)的反应产物；和

(c)马来化大豆油与(a)的反应产物；以及

(2)选自由烷基苯、正链烷烃、异链烷烃、矿物油和α-烯烃构成的组的至少一种基础油。

12.根据权利要求11所述的润滑组合物，其中所述化合物(b)具有式I：

其中R为

其中m＝3-12，n＝3-8并且R₁为

其中x＝1-50，y＝1-100并且R₂为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基。

13.根据权利要求11所述的润滑组合物，其中所述化合物(c)具有式II：

其中R为C₁-C₁₆伯烷基或仲烷基；R₁为选自由马来化大豆油部分、多羟基硬脂酰基、多蓖麻油基和其混合物构成的组；x＝1-100并且y＝1-200。