CN108350386A - 润滑油组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是获得一种用于机床的润滑油，其具有良好的润滑特性和耐磨性并且还展现高闪点和低流点。润滑油组合物包含以下基础油作为基础油，所述基础油包括含有占所述基础油总数量的90质量％或更多数量的20质量％到49质量％正链烷烃组分和51质量％到80质量％异链烷烃组分的油，并且在40℃下具有1到5mm2/s的动态粘度。通过在这一基础油中掺合少量β‑二硫代磷酸化丙酸和/或酸性磷酸酯，获得适用于机床主轴的润滑油组合物。用于机床主轴的所述润滑油组合物具有100℃或更高的闪点，‑10℃或更低的流点，以及0.7mm或更小的壳牌四球磨损标记直径。

Description

润滑油组合物
技术领域
本发明涉及适用于机床主轴的润滑油组合物。
背景技术
机床主轴以高速旋转以便提高机床的工作速度。用于主轴的润滑油的功能是冷却和润滑主轴，并且润滑油需要具有低粘度以便实现高冷却效率。耐磨性也是润滑油的所需重要特性，以便应对主轴的冲击负载。另外，在冬天期间的寒冷时段，也需要低温流动性以便获得机床的良好起动性能。
另外，在一些情况下，用于机床的润滑油不仅如上文所提及用于润滑轴承零件，而且用于润滑齿轮零件等，并且在此类情况下，进一步需要作为重要特性的承重特性。
本申请的申请人先前在通过使β-二硫代磷酸化丙酸与矿物油或合成油掺合来研发具有极佳润滑特性的润滑油组合物中已获得良好结果，即使在随着加速、压力增大和工业机器精简变得日益严格以及确保机器寿命的条件下使用时，所述润滑油组合物也能够长时间充分展现性能，参见例如日本专利申请公开第2002-265971号。
本发明的发明人已进行各种检验和研究以便获得具有甚至更好润滑特性和耐磨性以及具有高闪点的润滑油组合物。
用于机床主轴的常规润滑油具有低到低于100℃的闪点并且在消防条例(FireService Act)下进行调节，但通过消防条例下的例外条款覆盖具有高闪点(即100℃或更高的闪点)的油，并且放松这类油的存储和保存调节，这促进其处理。从低温起动性能的角度而言，流点也有必要较低。
发明内容
根据本发明，通过以下获得适用于机床主轴的润滑油组合物：使用以下基础油作为润滑油组合物的基础油，所述基础油包含含有20质量％到49质量％正链烷烃组分和51质量％到80质量％异链烷烃组分，数量占所述基础油总数量的90质量％或更多，并且在40℃下具有1到5mm2/s的动态粘度，并且使少量β-二硫代磷酸化丙酸和/或酸性磷酸酯与所述基础油掺合。
具体实施方式
本发明的润滑油组合物展现良好的润滑特性以及在机床轴承处的良好低温流动性等，并且还展现极佳耐磨性和100℃或更高的高闪点(COC)，并且因此可以有效用作用于机床主轴的润滑油组合物。
本发明的基础油可以是链烷烃类基础油，其通过例如使通过原油的大气压蒸馏获得的煤油/轻质油馏分进行精炼工艺(如加氢裂解)的合适组合获得。
在这种类型的基础油中，以固定比例含有正链烷烃组分和异链烷烃组分，并且在链烷烃组分之间，优选的是正链烷烃组分的含量为20质量％到49质量％并且异链烷烃组分的含量为51质量％到80质量％，并且更优选的是正链烷烃组分的含量为20质量％到29质量％并且异链烷烃组分的含量为71质量％到80质量％。
由这些正链烷烃组分和异链烷烃组分构成的基础油组分占组合物中的基础油总数量的90质量％或更多，并且优选地95质量％或更多。此外，基础油的其余部分可以含有环烷类组分和芳香族组分，但如果环烷类组分和芳香族组分的总含量超过10质量％，那么闪点和氧化稳定性劣化。
这种类型的基础油在40℃下的动态粘度是0.5到10mm2/s，并优选地是1到5mm2/s。
另外，基础油中的总硫含量应为10ppm或更低，并优选地为1ppm或更低，并且基础油中的总氮含量应低于10ppm，并优选地低于1ppm。
在40℃动态粘度为1到5mm2/s的基础油中的烃碳原子的数目分布在10到24范围内。另外，在40℃下动态粘度为1.98到2.42mm2/s的基础油中的碳原子数目分布在12到16范围内。
气相色谱质谱分析方法(Gas chromatography mass spectrometry methods，GC-MS)是已知为用于测量基础油中链烷烃组分、环烷类组分和芳香族组分的含量的方法。GC-MS是其中已通过气相色谱根据滞留时间分离的烃进行质谱分析的方法，其中量测分离烃的分子量和含量比例。
通过将碳数表示为n，链烷烃组份的分子量是2n+2，并且在分子内具有环结构的环烷类组分和芳香族组分不具有2n+2的分子量。通过利用这一特征，有可能通过定量地测定链烷烃组分的比例来确定基础油中的链烷烃组份含量，其中碳原子的数目处于10到24范围内。
此外，气相色谱/火焰离子化检测(flame ionization detection，GC-FID)是一种测量链烷烃组分之中直链正链烷烃和支链异链烷烃的含量值的方法。在GC-FID中，正链烷烃和异链烷烃通过链烷烃之间的滞留时间差异根据碳原子数目分离，并且其含量比例可以根据检测区域定量地测定。因此，通过借助于GC-FID测量C10-24中的正链烷烃的比例，有可能定量地确定正链烷烃的含量。
此外，正链烷烃包括正癸烷、正十一烷、正十二烷、正十三烷、正十四烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、正十八烷、正十九烷、正二十烷、正二十一烷、正二十二烷、正二十三烷和正二十四烷。
作为基础油，通过费托(Fischer Tropsch)聚合方法(其为用于从天然气获得液态燃料的技术)合成的气制油(gas-to-liquid，GTL)基础油可以有利地用作本发明的基础油组份，因为相比于通过精制原油获得的基础油，其具有极低的硫含量和芳香族含量，链烷烃组分的构成比例高，展现极佳的氧化稳定性并具有极低的蒸发损失。
这一GTL基础油的粘度特征在40℃下的动态粘度一般应为1.5到5.5mm2/s并优选地为1.98到2.42mm2/s。此外，总硫含量一般低于1ppm，并且总氮含量一般低于1ppm。这种类型的GTL基础油的一个实例为壳牌GTL溶剂GS250TM。
在这一基础油中掺合少量β-二硫代磷酸化丙酸。这一β-二硫代磷酸化丙酸是如由下式1表示的化合物。
S＝P(-OR1)2S CH2CH(R2)COOH (1)
在式1中，R1表示具有3到8个碳原子的支链烷基，并且R2表示具有1到4个碳原子的氢原子或烷基。
R1可以是支链烷基，如异丙基、支链丁基、支链戊基、支链己基、支链庚基或支链辛基。另外，R2可以是氢原子、甲基、乙基、丙基、丁基等，但尤其较佳的是甲基。
这种类型的化合物的具体实例包括3-(O,O-二异丙基-二硫代磷酰基)-丙酸、3-(O,O-二异丙基-二硫代磷酰基)-2-甲基-丙酸、3-(O,O-二异丁基-二硫代磷酰基)-丙酸和3-(O,O-二异丁基-二硫代磷酰基)-2-甲基-
丙酸。
如上文所提及，相对于润滑油组合物的总数量应以0.01质量％或更高并低于2质量％的数量使用β-二硫代磷酸化丙酸。
有可能在基础油中掺合少量酸性磷酸酯。这一酸性磷酸酯是如由下式2表示的化合物。
在式2中，m表示1或2的整数，并且R表示具有6到22个碳原子的直链或支链饱和或不饱和烃。
这一酸性磷酸酯的具体实例包括酸式磷酸油酯、酸式磷酸十八烷酯和酸式磷酸2-乙基己酯。
如上文所提及，相对于润滑油组合物的总数量应以0.01质量％或更高并低于2质量％的数量使用酸性磷酸酯。
这一酸性磷酸酯可以与β-二硫代磷酸化丙酸组合使用。
通过将含氧有机化合物作为增溶剂添加于本发明组合物中，上文所提及的掺合组分的分散性得以改善并且可以进一步提高这些组分的性能。作为增溶剂的这种类型的含氧有机化合物是选自醇、酯、醚、酮、醛、碳酸盐和其衍生物的化合物的至少一种类型。
其中，特别优选的是聚亚烷基二醇(PAG)。这些聚亚烷基二醇是其中多种烷二醇经聚合并且由下式3和式4表示，但不受其特别限制的化合物。
HO-(CnH(2n+1)O)a-H (3)
在式3中，n是2与4之间的整数并且a是整数。
HO-(CpH(2p+1)O)s-(CqH(2q+1)O)t-H (4)
在式4中，p和q各自是2与4之间的整数，并且s与t都是整数，但两者不都是0。
这一PAG是具有低油溶解度的物质，并且因此优选地是至少一种选自由聚乙二醇、聚丙二醇和聚丁二醇组成的群组的化合物。
另外，PAG的重均分子量是200到10,000，优选200到6000，并且更优选地为200到4000。
此外，如果重均分子量低于200，那么基础油中的溶解度得以提高，但蒸发特性劣化，而重均分子量超过10,000，那么基础油中的溶解度恶化。
这一PAG是如上文所提及具有低油溶解度的物质，并且因此相对于润滑油组合物的总数量应以0.01到10.0质量％、优选0.1到5.0％、并且更优选地0.1到3.0％的数量含于其中。
必要时，各种公开已知的添加剂，如胺类和酚类抗氧化剂、防锈剂、空间稳定剂、粘度改性剂、分散剂、流点抑制剂和消泡剂可以按需要掺合在本发明的润滑油组合物中。
实例
现将通过使用工作实例、比较实例和基础油实例更详细地解释本发明的用于机床主轴的润滑油组合物，但绝不受限于这些实例。
制备以下材料以便制备工作实例、比较实例和基础油实例。
基础油
基础油1：气制油(GTL)基础油(40℃下的动态粘度：2.396mm2/s，15℃下的密度：0.7760，正链烷烃组份含量23％和异链烷烃组份含量77％，如通过气相色谱所测定)(壳牌GTL溶剂GS250)。
基础油2：异链烷烃类油(40℃下的动态粘度：2.623mm2/s，15℃下的密度：0.7987，正链烷烃组份含量<1％并且异链烷烃组份含量≥99％，如通过气相色谱测定)(壳牌Paraol250)。
基础油3：十四烷(40℃下的动态粘度：2.087mm2/s，15℃下的密度：0.7664，正链烷烃组份含量≥99％和异链烷烃组份含量<1％，如通过气相色谱测定)。
基础油4：十五烷(40℃下的动态粘度：2.458mm2/s，15℃下的密度：0.7723，正链烷烃组份含量≥99％和异链烷烃组份含量<1％，如通过气相色谱测定)。
基础油5：低粘度环烷基础油(40℃下的动态粘度：2.891mm2/s，15℃下的密度：0.8864，Ca＝10％和Cn＝60％，如通过n-d-M环分析所测定(ASTM D3238))(由Sankyo YukaKogyo Kabushiki Kaisha制造的SNH-3)。
基础油6：API第I族基础油(40℃下的动态粘度：24.54mm2/s，15℃下的粘度：0.8620，Ca＝3.0％，Cn＝28.2％和Cp＝68.7％，如通过n-d-M环分析所测定(ASTM D3238))，链烷烃组份含量：68.7质量％，大部分是异链烷烃。
添加剂
添加剂1：β-二硫代磷酸化丙酸(Irgalube 353)
添加剂2：β-二硫代磷酸化丙酸乙酯(Irgalube 63)
添加剂3：酸式磷酸2-乙基己酯(Phoslex A-8)
添加剂4：酸式磷酸油酯(Phoslex A-18D)
添加剂5：磷酸三甲苯酯
添加剂6：磷酸氢二油酯(Chelex H-18D)
添加剂7：聚二醇(UCON OSP18)
制备以下基础油实例1到5以便调查构成润滑油组合物的基础油组合物的特性和性能。
基础油实例
基础油实例1仅包含基础油2。
基础油实例2到5
基础油实例2到5由表3中所展示的组合物构成。
制备以下给出的工作实例和比较实例。
工作实例1
工作实例1的润滑油组合物通过将0.05质量％添加剂1添加到99.95质量％基础油1并彻底混合获得。
工作实例2到5
以与工作实例1相同的方式获得工作实例2到5的润滑油组合物，不同之处在于使用表1中所展示的组合物。
比较实例1到7
以与工作实例1相同的方式获得比较实例1到7的润滑油组合物，不同之处在于使用表2中所展示的组合物。此外，比较实例1与基础油实例1相同。
试验
视需要进行以下试验以便调查工作实例、比较实例和基础油实例的特性和性能。
40℃下的动态粘度
根据JIS K2283测量40℃下的动态粘度(mm2/s)。
密度
根据JIS K2249-1使用振动方法测量15℃下的密度(g/cm3)。
闪点
使用克利夫兰(Cleveland)敞口杯类型自动闪点测量装置根据JIS K2265-4测量闪点。
使用的温度计为在JIS B7410(COC)中指定的第32号温度计。
使用以下准则进行试验评估。
100℃或更高：○(通过)
低于100℃：×(失败)
流点
根据JIS K2269测量流点(℃)。使用的温度计为在JIS B7410(PP)中指定的第10号温度计。使用以下准则进行试验评估。
-10℃或更低：○(通过)
高于-10℃：×(失败)
耐磨性试验：壳牌四球磨损试验
试验设备和测试方法如下：根据ASTM D4172进行试验，施加15kgf载荷，测试仪在54℃的油温度下以1800rpm的速度旋转30分钟，并且测量在接触点所产生的磨蚀标记的直径(mm)。
使用以下准则进行试验评估。
0.70mm或更小的磨蚀标记直径：○(通过)
超过0.70mm的磨蚀标记直径：×(失败)
结果
工作实例和比较实例的测试结果展示于表1和2中。
基础油实例的测试结果展示于表3中。
如表3中所示，掺合异链烷烃组分的数量高于正链烷烃组分的基础油，所述基础油由基础油实例2和3表示，就闪点而言其比仅包含异链烷烃组分的基础油实例1更优选。另外，发现基础油实例2和3所显示的流点优于含有50％异链烷烃组分和50％正链烷烃组分的基础油实例4，以及仅包含正链烷烃组分的混合物的基础油实例5。
关于工作实例和比较实例，如表1中所示通过在基础油1中掺合添加剂1获得工作实例1，但实现极佳结果，即126℃的高闪点，-25℃的低流点和在耐磨性试验中0.50mm的磨蚀标记直径。工作实例2通过在基础油1中掺合添加剂3获得，并且还实现极佳结果，即122℃的高闪点，-25℃的低流点，和在耐磨性试验中0.57mm的磨蚀标记直径。
工作实例3通过在基础油1中掺合添加剂4获得，并实现甚至更好的结果，即128℃的高闪点，-25℃的低流点和在耐磨性试验中0.10mm或更小的磨蚀标记直径。
工作实例4通过在工作实例1中掺合添加剂5获得，并且实现极佳结果，即128℃的高闪点，-25℃的低流点，和在耐磨性试验中0.32mm的磨蚀标记直径。
工作实例5是基础油1与5质量％第I族基础油一起使用的实例。基础油6含有68.7质量％链烷烃组分，大部分链烷烃组分是异链烷烃组分，并且即使含有少量基础油6，组合物中的异链烷烃组分与正链烷烃组分的比例也不显著改变，并且基础油6较好地显示良好结果，即126℃的高闪点，-25℃的低流点和在耐磨性试验中0.49mm的磨蚀标记直径。此外，表1中所展示的基础油组合物中的链烷烃组分(正链烷烃组分和异链烷烃组分的总含量)的含量相对于总基础油数量是98.5质量％，并且这些基础油组合物含有除链烷烃组分以外的组分。
然而，比较实例1仅包含基础油2，如表2中所示，并且显示优选的-50℃或更低的流点，但具有100℃或更低的闪点并在耐磨性试验中引起发作，并且因此可能无法获得有利结果。比较实例2通过在基础油2中掺合添加剂1获得，并且实现优选的-50℃或更低的流点和优选的0.50mm的磨蚀标记直径，但具有100℃或更低的闪点，并且因此可能无法获得有利结果。
比较实例3通过在基础油5中掺合添加剂1获得，并且实现优选的-50℃或更低的流点和优选的0.30mm的磨蚀标记直径，但基础油5是环烷基础油并具有约30％的低链烷烃组份含量，并且因此具有96℃的不可接受的闪点。
比较实例4通过在基础油1中掺合添加剂2获得，并且就流点和闪点而言实现优选的结果，但具有0.93mm的高度不利的磨蚀标记直径。比较实例5通过在基础油1中掺合添加剂5获得，并且就流点和闪点而言实现优选的结果，但具有不可接受的磨蚀标记直径。
比较实例6通过在基础油1中掺合添加剂6获得，并且就流点和闪点而言实现优选的结果，但具有不利的磨蚀标记直径。另外，比较实例7通过向比较实例4添加添加剂7获得，并且就流点和闪点而言为可接受的，但判断具有不可接受的磨蚀标记直径。
表1
表2
表3

Claims (6)

1.一种用于机床主轴的润滑油组合物，所述组合物包含基础油，所述基础油包括含有占所述基础油总数量的90质量％或更多数量的20质量％到49质量％正链烷烃组分和51质量％到80质量％异链烷烃组分的油，并且在40℃下具有1到5mm2/s的动态粘度，其中所述基础油含有选自下式1表示的β-二硫代磷酸化丙酸和由下式2表示的酸性磷酸酯的至少一种组分：
S＝P(-OR1)2SCH2CH(R2)COOH (1)
其中在式1中，R1表示具有3到8个碳原子的支链烷基，并且R2表示氢原子或具有1到4个碳原子的烷基；并且在式2中，m表示1或2的整数，并且R表示具有6到22个碳原子的直链或支链烃。
2.根据权利要求1所述的用于机床主轴的润滑油组合物，其中所述β-二硫代磷酸化丙酸是3-(O,O-二异丁基-二硫代磷酰基)-2-甲基-丙酸并且相对于所述组合物的总数量以0.01质量％或更多并且低于2质量％的数量含于其中。
3.根据权利要求1所述的用于机床主轴的润滑油组合物，其中所述酸性磷酸酯是其中式2中的R是具有8到18个碳原子的直链或支链烃并且相对于所述组合物的总数量以0.01质量％或更多并且低于2质量％的数量含于其中的化合物。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的用于机床主轴的润滑油组合物，其中所述基础油是来源于费舍尔-托普希(Fischer-Tropsch)聚合的基础油。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的用于机床主轴的润滑油组合物，其进一步包含含氧有机化合物作为增溶剂，相对所述组合物的总数量占0.01到5质量％的数量。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的用于机床主轴的润滑油组合物，其中所述组合物的所述闪点(COC)是100℃或更高。
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