CN110199010B - 液压流体组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包含烃组分的液压流体组合物，该液压流体组合物包含基于该组合物的总重量的大于5wt％的环烷油和最高达95wt％的可再生或再循环的异构烷烃油。该液压流体组合物用作寒地液压流体组合物、减震剂或自动变速器流体。

Description

液压流体组合物
技术领域
本发明涉及一种包含环烷油和可再生或再循环的异构烷烃油的液压流体(液压液，液压油，hydraulic fluid)组合物。液压流体组合物用作例如减震剂流体、寒地(北极，arctic)液压流体或自动变速器流体(自动变速器油，自动传动液，automatictransmission fluid)。
背景技术
US 2007/0259792 A1公开一种流体组合物，其包含以总液压流体组合物计的70-99.99重量％的易于生物降解的基础油组合物，其包含(i)从80至100重量％的基础油或基础原料，该基础油或基础原料具有含量大于80重量％的链烷烃，含量大于98重量％的链烷烃和饱和物并包含一系列具有n、n+1、n+2、n+3和n+4个碳原子的异构烷烃，并且其中n在15和35之间，并且在100℃下具有最高达5.5mm2/sec的运动粘度；和(ii)以基油组合物计算的，0-20重量％多羟基化合物的酯；和(b)以总液压流体组合物计，量为0.01-30重量％的粘度指数改进剂，其中液压流体组合物的粘度指数在50至1000的范围，并且凝点为-30℃或更低。
环烷油通常用作液压油。它们对在使用液压系统期间可在油中形成的极性添加剂和极性含氧化合物具有良好溶解能力。此外，环烷油具有相对低的挥发性。
低粘度矿物油诸如矿物族III 3cSt基础油也可充当减震剂流体。这些流体通过将在冲击中产生的动能转化为其他形式的能量如热量来将其消散。此外，低粘度矿物油用作自动变速器流体。
需要在低温下与粘度指数改进剂具有高相容性的流体。此外，需要供用于寒地应用的在低温下具有低粘度的低粘度液压流体组合物。
发明内容
本发明提供一种包含环烷油(NBO)组分和异构烷烃油(IPO)组分的液压流体组合物。
包含在本发明的液压流体组合物中的烃组分的粘度指数、凝点和闪点适用于减震剂流体、寒地液压流体或自动变速器流体。寒地液体流体应用于不连续使用且在低温下冷启动的系统中，例如在室外系统中，如船用液压系统和垃圾车液压系统，其中流体在没有预热处理的情况下使用。
本发明还提供一种包含本发明的液体流体组合物的液压系统。
令人惊讶地发现，与仅包含环烷油作为油组分的液压流体相比，通过将异构烷烃油加入环烷油中，液压流体组合物的粘度在低温下显著降低。具体地，当本发明的流体用作液压系统中的液压流体时，在低于-30℃的低温下的液压流体的低粘度显著地促进液压系统的冷启动。此外，有利地需要较低的能量以在冷启动时以及在操作期间建立必要的压力。
具体实施方式
本发明目的是提供一种包含烃组分的液压流体组合物，以组合物的总重量计，该液压流体组合物包含大于5wt％的萘二甲酸油和最高达95wt％的可再生或再循环的异构烷烃油。
液压流体组合物可用作但不限于寒地液压流体组合物、减震剂或自动变速器流体。
在本发明中，术语“环烷油”(缩写为NBO)意指含有大量环状饱和烃化合物(即环烷烃)的油；术语“可再生或再循环的异构烷烃油”(缩写为IPO)意指含有大量异构烷烃化合物的油，所述异构烷烃化合物通过对衍生自可再生或再循环原料的油进行加氢和异构化而制备。油的加氢处理和异构化可以如例如FI 100248中所述进行。可再生或再循环的原料可以源自植物或动物，如植物油、动物脂肪、鱼油及其混合物。合适的可再生和再循环原料的实例包括但不限于菜油、菜籽油、菜子油、妥尔油、向日葵油、大豆油、大麻油、橄榄油、亚麻籽油、芥子油、棕榈油、花生油、蓖麻油、椰子油、动物脂肪如羊脂、牛油、鲸脂。可再生或再循环的原料也可以由微生物如藻类和细菌生产。此外，可再生或再循环的原料包括缩合产物，如酯，以及可再生或再循环原料的其他衍生物。
在一个实施方式中，烃组分由异构烷烃油和环烷油组成。
在一个实施方式中，以组合物的总重量计，环烷油的量小于80wt％，具体地小于70wt％。
在一个实施方式中，以组合物的总重量计，本发明的液压流体组合物包含约20wt％至约30wt％的可再生或再循环的异构烷烃油。
在本发明中使用的异构烷烃油的蒸馏范围为240℃至300℃。在一个实施方式中，蒸馏范围为267℃至288℃。在另一个实施方式中，蒸馏范围为283℃至300℃。在另一个实施方式中，蒸馏范围为265℃至290℃。
根据ASTMD 5950进行测量，蒸馏范围为267℃至288℃的异构烷烃油的凝点为-69℃。根据DIN EN 13016-1进行测定，蒸馏范围为267℃至288℃的异构烷烃油不含挥发性有机物化合物(VOC)。
异构烷烃油的碳链分布取决于用于生产它的原料。在一个实施方式中，蒸馏范围为267℃至288℃的异构烷烃油具有以下碳链分布中的一种或多种：
小于约5wt％的<C15链烷烃，
约5wt％至约15wt％的C15链烷烃，其中异构烷烃大于约75wt％，
约50wt％至约65wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃大于约90wt％，
约20wt％至约30wt％的C17链烷烃约，其中异构烷烃大于90wt％，
约5wt％至约15wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃大于约90wt％，
小于约5wt％的>C18链烷烃。
在一个实施方式中，蒸馏范围为267℃至288℃的异构烷烃油具有以下碳链分布：
1.02wt％的<C15链烷烃，
7.86wt％的C15链烷烃，其中异构烷烃是79.81wt％，
58.83wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃是94.33wt％，
23.82wt％的C17链烷烃，其中异构烷烃是97.03wt％，
8.48wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃是99.96wt％，
0.00wt％的>C18链烷烃。
根据ASTMD 5950进行测量，蒸馏范围为283℃至300℃的异构烷烃油的凝点为-42℃。根据DIN EN 13016-1进行测定，蒸馏范围为283℃至300℃的异构烷烃油不含挥发性有机物(VOC)。
在一个实施方式中，蒸馏范围为283℃至300℃的异构烷烃油具有以下碳链分布中的一种或多种：
小于约5wt％的<C16链烷烃，
0wt％至约10wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃大于80wt％，
约5wt％至约20wt％的C17链烷烃，其中异构烷烃含量大于约50wt％，
约70wt％至约85wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃大于90wt％，
0wt％至约10wt％的C19链烷烃，其中异构烷烃大于约90wt％，
0wt％至约10wt％的C20链烷烃，其中异构烷烃大于约90wt％，
小于约5wt％的>C20链烷烃。
在另一个实施方式中，蒸馏范围为283℃至300℃的异构烷烃油具有以下碳链分布：
0.18wt％的<C16链烷烃，
2.02wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃是87.13wt％，
12.44wt％的C17链烷烃，其中异构烷烃是58.41wt％，
81.91wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃是96.82wt％，
1.30wt％的C19链烷烃，其中异构烷烃是97.35wt％，
1.14wt％的C20链烷烃，其中异构烷烃是97.90wt％，
1.01wt％的>C20链烷烃。
在一个实施方式中，本发明的液压流体组合物包含一种或多种粘度指数(VI)改进剂。一种或多种VI改进剂的量为组合物总重量的0.01-30wt％。在另一个实施方式中，一种或多种VI改进剂的量在10wt％至25wt％的范围内。VI改进剂用于增加流体组合物的粘度指数并降低相对粘度随温度的变化。VI改进剂进一步改善本发明的低粘度流体组合物在低温下的可用性，从而有利于液压系统的冷启动。在本发明中合适VI改进剂涵盖常规用于寒地液压液组合物、减震剂和自动变速器流体中的那些，并且包括但不限于丙烯酸酯、丁二烯、烯烃或烷基化苯乙烯的低或高分子量聚合物或共聚物。合适的VI改进剂的实例为可商购的由赢创公司(Evonik)生产的Viscoplex 7系列。
在一个实施方式中，本发明的流体组合物包含一种或多种添加剂，以提供例如对磨损、起泡、腐蚀和氧化的保护。添加剂的量通常高达组合物总重量的5wt％，并且是常规用于特定应用的那些。
根据ENISO3104测量本发明的液压流体组合物的运动粘度。ISO VG15cSt(即寒地液压等级)的本发明的液压流体组合物的运动粘度在-40℃下低于1000cSt。
ISO VG 28cSt(即寒地液压等级)的本发明的液压流体组合物的运动粘度在-30℃下低于1000cSt。
取决于其中使用该组合物的应用，本发明的液压流体组合物的运动粘度可以更高，例如约5000cSt。运动粘度的水平取决于例如在组合物中使用的NBO的量和性质。
根据ASTMD2270进行测量，本发明的组合物的粘度指数在50-1000的范围内。在一个实施方式中，粘度指数在250-1000的范围内。
根据ENISO2592或ASTMD92进行测量，本发明的组合物的闪点高于100℃。
根据ASTMD5950进行测量，本发明的组合物的凝点低于-30℃。
本发明的另一方面是提供包含本发明的液压流体组合物的液压系统。液压系统包括但不限于船用液压系统和垃圾车液压系统。
给出以下实施例以进一步说明本发明，而不是将本发明限制于此。
实施例1
根据ENISO3104，在各种温度下测量含有处于各种重量比的异构烷烃油(IPO)和环烷油(NBO)的本发明的液压流体组合物的烃组分的运动粘度。根据ASTMD5950以3℃的间隔检测混合物的凝点。油的凝点被认为是油在其下可用于特定应用的最低温度的指标。NBO含有约55wt％环烷烃、38wt％链烷烃和7wt％芳烃并且在40℃下具有3.9cSt的运动粘度。此NBO也被用作参考。
凝点测试方法ASTMD5950覆盖通过自动仪器测定进行的石油产品的凝点，该仪器在冷却过程中使测试罐倾斜并用光学装置检测样品表面的移动。在该实验中，以3℃的间隔降低样品的温度，直到光学检测器验证无流动的点。对于组合物测量的低于-69℃的低温凝点在表1中表示为“<70℃”。
根据表1制备液压流体组合物。IPO X是蒸馏范围为267℃至288℃的异构烷烃油。IPO Y是蒸馏范围为283℃至300℃的异构烷烃油。
IPO X具有以下碳链分布：
1.02wt％的<C15链烷烃，
7.86wt％的C15链烷烃，其中异构烷烃79.81wt％，
58.83wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃94.33wt％，
23.82wt％的C17链烷烃，其中异构烷烃97.03wt％，
8.48wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃99.96wt％，
0.00wt％的>C18链烷烃。
IPO Y具有以下碳链分布：
0.18wt％的<C16链烷烃，
2.02wt％的C16链烷烃，其中异构烷烃87.13wt％，
12.44wt％的C17链烷烃，其中异构烷烃58.41wt％，
81.91wt％的C18链烷烃，其中异构烷烃96.82wt％，
1.30wt％的C19链烷烃，其中异构烷烃97.35wt％，
1.14wt％的C20链烷烃，其中异构烷烃97.90wt％，
1.01wt％的>C20链烷烃。
表1
Figure BDA0002101497910000051
Figure BDA0002101497910000061
n.d.＝不可检测
在-40℃下，IPO X(样品6)的运动粘度比参考NBO(Ref)的运动粘度低76％(61mm2/s对250mm2/s)。在-50℃下，样品6的运动粘度比Ref的运动粘度低66％。将IPO X加入NBO并未线性改变粘度。例如，考虑到IPO X的粘度在-40℃下为61mm2/s，30wt％添加量的IPO X(组合物3)使在-40℃下的粘度从250mm2/s降低至130mm2/s，这是全部潜能的63％。考虑到在-50℃下IPO X的粘度为312mm2/s，在-50℃下，粘度降低为全部潜能的92％(913mm2/s至360mm2/s)。结果示出NBO和IPO混合物的低温粘度行为不是线性的。
结果进一步表明，凝点保持在寒地压夜组合物中可接受的水平。对于含有IPO X和IPO Y的组合物，粘度保持在低至凝点温度的低水平，而对于凝点<-70的NBO(ref)，粘度在-50℃下开始快速增加。因此，相比于凝点，低温粘度可以被认为是寒地液压流体的冷可操作性更好的指示。
与含NBO(ref)相比，含有IPO组分的混合物(组合物1-9)的粘度行为有很大改善，对于含有IPO X的组合物，最高可达-50℃，并且对于含有IPO Y的组合物，最高可达-40℃。仅从凝点结果中看不到冷可操作性的这种改进。
实施例2
通过改进商业“Neste Hydrauli Arctic 15”配方来制备符合ISO VG 15等级的寒地液压液组合物。Neste Hydrauli Arctic 15的20wt％的NBO组分被实施例1中描述的IPOX代替。Neste Hydrauli Arctic 15的NBO含有约55wt％的环烷烃，38wt％的链烷烃和7wt％的芳烃。将VI改进剂的量调节至15wt％以保持ISO VG 15等级。添加与Neste HydrauliArctic 15中包含的添加剂相同的添加剂。本发明的组合物如下：
Figure BDA0002101497910000062
根据ENISO3104在各种温度下测量本发明组合物的运动粘度和作为参考的上述商业液压流体的运动粘度。结果示出在表2中。
表2
Figure BDA0002101497910000071
结果示出，当将20wt％的异构烷烃油IPO X引入至符合ISO VG 15等级的商业寒地环烷烃组合物时，在40℃下粘度降低47％。因此，在-40℃下，实现低于1000mm2/s的粘度水平，这可以被认为是针对液压系统的良好可操作性的绝对粘度参考值。就液压流体组合物在低温下液压系统的冷启动而言，这被认为是实质改进。
表3呈现本发明组合物的闪点、凝点和粘度指数。对于寒地液压流体，闪点处于可接受的水平。与参考相比，凝点略有增加。然而，如实施例1中所述，相比于凝点，粘度指数是适当的冷温可操作性的更好指示。与参考相比，本发明组合物的粘度指数被改善。
表3
Figure BDA0002101497910000072
n.a.＝未分析
实施例3
通过改进商业“Neste Hydrauli Arctic 28”配方来制备符合ISO VG 28等级的寒地液压液组合物。Neste Hydrauli Arctic 28的20wt％NBO组分被实施例1中描述的IPO X代替。Neste Hydrauli Arctic 28的NBO含有约55wt％环烷烃，38wt％链烷烃和7wt％芳烃。将VI改进剂的量调节至15wt％以保持ISO VG 28等级。添加与Neste Hydrauli Arctic 28中包含的添加剂相同的添加剂。本发明的组合物如下：
Figure BDA0002101497910000073
Figure BDA0002101497910000081
根据ENISO3104在各种温度下测量本发明组合物的运动粘度和作为参考的上述商业液压流体的运动粘度。结果示出在表4中。
表4
Figure BDA0002101497910000082
n.d.＝不可检测
结果示出，在本发明的组合物中在-30℃下实现低于1000mm2/s的绝对粘度水平，而在参考配方下超过1000mm2/s。同样在-40℃下，与参考物相比，本发明的组合物的粘度水平显著降低。在-50℃下，由于其接近凝点(-51℃)并且组合物变浑浊，因此无法确定粘度。类似地，参考制剂的粘度超出良好可操作性的水平。可以得出结论，可操作性在本发明的组合物的情况下降低至-40℃而得到改善。
表5中示出本发明的组合物以及参考物的闪点、凝点和粘度指数。
表5
Figure BDA0002101497910000083
本发明的组合物的闪点处于可接受的水平。与参考物相比，凝点增加9℃。同样，相比于凝点，粘度指数是适当的低温可操作性比的更好指示。在低至-40℃下，在本发明组合物的情况下，可操作性被改善。与参考物相比，粘度指数被改善。
实施例4
通过将实施例1中描述的IPO X与化石基础油BO X组合来制备本发明的减震剂流体。制备含有化石基础油组分BO X和BO Y的参考制剂。
BO X是较高粘度的III族化石基础油，其含有约58wt％萘并萘。BO X的运动粘度在40℃下为12.1mm2/s，在100℃下为3.0mm2/s。BO X的凝点为-24℃。
BO Y是含有环烷烃的化石基础油，并且在40℃下的运动粘度为2.9mm2/s，在100℃下的运动粘度为1.2mm2/s。BO Y的凝点为-40℃。
表6示出本发明的减震剂流体的组成和物理性质以及参考制剂的组成和物理性质。根据ASTMD445测量运动粘度(KV)。根据ASTMD5950测量凝点。
表6
Figure BDA0002101497910000091
结果示出，在减震剂流体中的满足KV40(12-13mm2/s)、KV100(min.4mm2/s)凝点(<-45℃)和闪点(min.115℃)的要求的减震剂流体可以配制成含有本发明的烃组分。根据DIN51398测量的在-40℃下通过布鲁克菲尔德粘度测试验证的在低温下粘度行为示出与前述实施例相同的改进性能。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (19)

1.一种包含烃组分的液压流体组合物，基于所述组合物的总重量，所述液压流体组合物包含大于5wt％的环烷油和从20wt％至最高达95wt％的可再生或再循环的异构烷烃油，
其中所述异构烷烃油具有从267℃至288℃的蒸馏范围并且具有以下碳链分布中的一种或多种：
小于5wt％的<C15链烷烃，
从5wt％至15wt％的C15链烷烃，C15链烷烃中的异构烷烃大于75wt％，
从50wt％至65wt％的C16链烷烃，C16链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
从20wt％至30wt％的C17链烷烃，C17链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
从5wt％至15wt％的C18链烷烃，C18链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
小于5wt％的>C18链烷烃；或者
其中所述异构烷烃油具有从283℃至300℃的蒸馏范围并且具有以下碳链分布中的一种或多种：
小于5wt％的<C16链烷烃，
从0wt％至10wt％的C16链烷烃，C16链烷烃中的异构烷烃大于80wt％，
从5wt％至20wt％的C17链烷烃，C17链烷烃中的异构烷烃大于50wt％，
从70wt％至85wt％的C18链烷烃，C18链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
从0wt％至10wt％的C19链烷烃，C19链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
从0wt％至10wt％的C20链烷烃，C20链烷烃中的异构烷烃大于90wt％，
小于5wt％的>C20链烷烃。
2.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述烃组分由所述异构烷烃油和所述环烷油组成。
3.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述环烷油的量小于80wt％。
4.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述环烷油的量小于70wt％。
5.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中基于所述组合物的总重量，所述液压流体组合物包含从20wt％至30wt％的所述可再生或再循环的异构烷烃油。
6.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述异构烷烃油具有从267℃至288℃的蒸馏范围并且具有以下碳链分布：
1.02wt％的<C15链烷烃，
7.86wt％的C15链烷烃，C15链烷烃中的异构烷烃是79.81wt％，
58.83wt％的C16链烷烃，C16链烷烃中的异构烷烃是94.33wt％，
23.82wt％的C17链烷烃，C17链烷烃中的异构烷烃是97.03wt％，
8.48wt％的C18链烷烃，C18链烷烃中的异构烷烃是99.96wt％，
0.00wt％的>C18链烷烃。
7.根据权利要求1或6所述的液压流体组合物，其中所述异构烷烃油具有从267℃至288℃的蒸馏范围并且所述异构烷烃油的凝点是根据ASTMD 5950测量的-69℃。
8.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述异构烷烃油具有从283℃至300℃的蒸馏范围并且具有以下碳链分布：
0.18wt％的<C16链烷烃，
2.02wt％的C16链烷烃，C16链烷烃中的异构烷烃是87.13wt％，
12.44wt％的C17链烷烃，C17链烷烃中的异构烷烃是58.41wt％，
81.91wt％的C18链烷烃，C18链烷烃中的异构烷烃是96.82wt％，
1.30wt％的C19链烷烃，C19链烷烃中的异构烷烃是97.35wt％，
1.14wt％的C20链烷烃，C20链烷烃中的异构烷烃是97.90wt％，
1.01wt％的>C20链烷烃。
9.根据权利要求1或8所述的液压流体组合物，其中所述异构烷烃油具有从283℃至300℃的蒸馏范围并且所述异构烷烃油的凝点是根据ASTMD 5950测量的-42℃。
10.根据权利要求1所述的液压流体组合物，基于所述组合物的总重量，所述液压流体组合物包含0.01wt％至30wt％的量的一种或多种粘度指数改进剂。
11.根据权利要求1所述的液压流体组合物，基于所述组合物的总重量，所述液压流体组合物包含5wt％至15wt％的量的一种或多种粘度指数改进剂。
12.根据权利要求1所述的液压流体组合物，基于所述组合物的总重量，所述液压流体组合物包含最高达5wt％的一种或多种添加剂。
13.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述组合物的运动粘度是根据ENISO3104测量的在-30℃下低于5000cSt。
14.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述组合物的运动粘度是根据ENISO3104测量的在-30℃下低于1000cSt。
15.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述组合物的粘度指数是在根据ASTMD2270测量的50-1000的范围内。
16.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述组合物的粘度指数是在根据ASTMD2270测量的250-1000的范围内。
17.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述组合物的闪点是根据ENISO2592或ASTMD92测量的高于100℃。
18.根据权利要求1所述的液压流体组合物，其中所述流体组合物选自极地液压流体组合物、减震剂流体组合物和自动变速器流体组合物。
19.一种液压系统，其包含权利要求1所述的液压流体组合物。
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