CN115989311A - 水基润滑脂组合物及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水基润滑脂组合物，其包括至少40重量％水、盐基增稠剂、聚合物基增稠剂及任选的无机固体基增稠剂。本发明还涉及一种用于制备水基润滑脂组合物的方法，该方法包括掺合适宜量的水与盐基增稠剂以提供增稠的水基润滑脂，其中该盐基增稠剂通过使碱与脂肪接触获得；以及将聚合物基增稠剂添加至增稠的水基润滑脂。

Description

水基润滑脂组合物及其使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年6月15日提交的美国临时申请第63/039,018号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本技术大体上是关于润滑脂，且特定言之是关于包括两种或更多种增稠剂的水基润滑脂，及用于产生此等润滑脂的方法。

技术背景

水基润滑脂是烃油基润滑脂的具有吸引力的替代物，因为水是我们星球上最丰富的自然资源之一(我们地球表面的71％由水覆盖)。水不仅丰富，且其亦无毒，且在缺乏水的情况下生命无法存在。水亦可通过水循环而可回收，且水是有机燃料燃烧的副产物。同样，水比油冷却地快得多，此容许使用水基润滑脂来冷却表面金属并同时使其润滑。此外，水基润滑脂可用于各种应用中，包括农业、林业、海洋、食品级加工、工业、轧钢厂及高温应用。

然而，水基润滑脂具有若干缺点。在润滑脂中使用水的主要缺点之一是此等润滑脂的工作温度范围有限(32至212℉/0至100℃)，因为该润滑脂无法在超过水的沸点，或低于水的冰点的情况下使用。使用水作为润滑脂的基质的第二缺点是水可对润滑金属具有腐蚀效应。另外，水基润滑脂趋于与水基组分中的微生物生长相关联。因此，存在对解决此等缺点的水基润滑脂的需求。

发明内容

在一个方面中，水基润滑脂组合物包括至少40重量％水、盐基增稠剂及聚合物基增稠剂。

在一些实施方案中，组合物进一步包括无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，该组合物可包括约0.1重量％至约20重量％的该无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，该组合物可包括约1重量％至约15重量％的该无机固体基增稠剂。

在一些实施方案中，组合物包括至少60重量％水。在一些实施方案中，该组合物包括约40重量％至约90重量％水或60重量％至约90重量％水。

在一些实施方案中，组合物包括约0.1重量％至约30重量％的盐基增稠剂。在一些实施方案中，该组合物包括约1重量％至约20重量％的该盐基增稠剂。

在一些实施方案中，组合物包括约0.1重量％至约15重量％的聚合物基增稠剂。在一些实施方案中，该组合物包括约1重量％至约10重量％的该聚合物基增稠剂。

在一些实施方案中，组合物包括约0.5重量％至约30重量％的总增稠剂。在一些实施方案中，该组合物包括约1重量％至约20重量％的总增稠剂。

在一些实施方案中，盐基增稠剂包括钠、钾、钙或镁的盐。在一些实施方案中，该盐基增稠剂包括C₈至C₃₂脂肪酸、二羧酸、羟基脂肪酸或氢化蓖麻油的钾、钠、钙或镁盐。在一些实施方案中，该羟基脂肪酸是12-羟基硬脂酸。

在一些实施方案中，聚合物基增稠剂包括天然生成的聚合物或合成聚合物。在一些实施方案中，该聚合物基增稠剂包括羧甲基纤维素或羧乙基纤维素，或其盐或衍生物。在一些实施方案中，该聚合物基增稠剂包括明胶、琼脂、桦木醇(bitulin)、多糖、水溶性蛋白质、木质素、木质素磺酸盐，或其衍生物。在一些实施方案中，该聚合物基增稠剂包括聚乙二醇、聚亚烷基二醇、聚酰胺，或其衍生物。

在一些实施方案中，固体无机基增稠剂包括发烟二氧化硅、硅烷化发烟二氧化硅、疏水化发烟二氧化硅、膨润土、黏土，或其衍生物。

在一些实施方案中，组合物进一步包括一或多种添加剂，该添加剂可包括水溶性抑蚀剂、抗磨及负荷承载能力增强添加剂、水混溶性沸点提升剂、冰点抑制剂，及其任何两种或更多种的混合物。在一些实施方案中，该组合物进一步包括水溶性抑蚀剂。在一些实施方案中，该水溶性抑蚀剂包括磺酸的金属盐、C₈至C₃₂脂肪酸的金属盐、亚硝酸盐、烷醇胺、胺盐、咪唑啉、酰胺，或其组合。

在一些实施方案中，该组合物进一步包括抗磨及负荷承载能力增强添加剂，该添加剂可包括二硫代胺基甲酸钼、二硫代磷酸钼、二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌或过碱性磺酸钙。在一些实施方案中，该组合物亦可包括水混溶性沸点提升剂及冰点抑制剂，其包括乙二醇、聚乙二醇、甘油、丙二醇、碱土金属盐及柠檬酸，其盐或组合。

在一些实施方案中，组合物是高温耐火润滑脂。在一些实施方案中，该组合物在经受直接火焰及或火花时不着火。在一些实施方案中，该高温是超过烃矿物油或烃合成油基润滑脂的闪点的温度，和/或高于500℉的温度。

在一些实施方案中，组合物是用于电动车辆的润滑剂，因此高度期望有导电性。在一些实施方案中，该组合物具有导电性，其防止在烃基润滑脂中出现的且可由于火花而损坏轴承的放电电流。

在一些实施方案中，组合物是食品安全的和/或用于食品加工机械中。在一些实施方案中，该组合物符合食品安全润滑剂的NSF H1规定及饮用水系统润滑剂的NSF标准61。

在一些实施方案中，组合物是环境友好且可生物降解的。在一些实施方案中，根据OECD 301B生物降解性测试方法标准，该组合物中的非水组分于28天内可生物降解超过65％。

在一些实施方案中，组合物是用于农业机械设备、林业设备、铁路弯道及法兰侧轨的润滑剂，和/或用于海洋应用中的润滑剂，在这种海洋应用中，当使用烃基润滑脂时，水生生物处于危险中。

在一个方面中是一种用于制备本文描述的水基润滑脂组合物中任一者的方法，该方法包括：

掺合适宜量的水与盐基增稠剂以提供增稠的水基润滑脂，其中该盐基增稠剂通过使碱与脂肪接触而获得；及

将聚合物基增稠剂添加至该增稠的水基润滑脂。

在一些实施方案中，该方法进一步包括添加无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，该方法进一步包括添加一或多种添加剂。

实施方式的详细说明

下文中描述各种实施方案。应注意，特定实施方案无意作为详尽描述或限制本文讨论的更广泛方面。结合一特定实施方案描述的一个方面未必仅限于该实施方案且可与任何其他实施方案一起实践。

水基润滑脂组合物

本文描述适用于各种应用中的水基润滑脂，包括农业机械、林业、海洋及水路机械、食品级加工机械润滑剂、工业机械、轧钢厂及高温应用。本文描述的水基润滑脂组合物包括增稠剂，诸如盐基增稠剂、聚合物基增稠剂及无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，增稠剂协同作用以增稠该润滑脂。在一些实施方案中，增稠剂在使用期间最小化水蒸发。

本文描述的水基润滑脂是可再生且可持续润滑脂。水非温室物质，且其不引起臭氧消耗。水是充满我们星球的可再生物质。因为本文的水基润滑脂含有水作为主要组分，所以此等润滑脂视为可持续润滑剂。本文所述的可持续润滑是指由基于可再生资源的化合物构成的润滑剂。本文的水基润滑脂组合物可利用其他天然且可再生物质，诸如本文描述的增稠剂及添加剂。

本文描述的水基润滑脂具有优于烃油基润滑脂的下列技术优势中的一或多者。由于添加了发挥作用以提高水沸点的增稠剂或添加剂，且最重要地，透过氢键结合捕获水以减少高温下的水蒸发，因此本文描述的水基润滑脂可以以低的水蒸发在相对高温度下以间歇性时间段使用。提高水沸点的相同增稠剂或添加剂亦降低水冰点，容许该水基润滑脂在比水冰点低得多的温度下操作。因此，该等增稠剂及添加剂共同作用以扩大该水基润滑脂(该等增稠剂及添加剂是水基润滑脂的一部分)的可行范围。

亦可将水溶性抑蚀剂添加至润滑脂以保护润滑的金属表面免受腐蚀。同样，本文描述的水基润滑脂由无毒环境友好物质制成，因此容许注册为符合食品级NSF及NSF 61的润滑剂并容许潜在用于环境敏感领域中。另外，本文描述的水基润滑脂亦可用于其中需耐火润滑脂的领域中，诸如用于高温轧钢厂中。使用水基润滑脂亦容许使用具备所需性质的水溶性化学品，该水溶性化学品原本无法用于烃油基的传统润滑脂中。

本文提供包括至少40重量％水、盐基增稠剂及聚合物基增稠剂的水基润滑脂组合物。该水基润滑脂组合物亦可包括无机固体基增稠剂。

如本文使用，水基润滑脂是指其中水代表润滑脂的基质流体的润滑脂。添加水混溶性及水不混溶性组分(诸如本文描述的增稠剂和/或添加剂)，以赋予该水基润滑脂各种所需性质。在一些实施方案中，该组合物包括至少约40重量％水，包括至少约45重量％、至少约50重量％、至少约55重量％、至少约60重量％、至少约65重量％、至少约70重量％、至少约75重量％、至少约80重量％、至少约85重量％及至少约90重量％。在一些实施方案中，该组合物包括约40重量％至约90重量％水或60重量％至约90重量％水，包括约40重量％、约45重量％、约50重量％、约55重量％、约60重量％、约65重量％、约70重量％、约75重量％、约80重量％、约85重量％及约90重量％。在一些实施方案中，该组合物包括约40重量％至约90重量％水，包括约60重量％至约90重量％水。

本文描述的水基润滑脂组合物可进一步包括无机固体基增稠剂。说明性无机固体基增稠剂包括(但不限于)发烟二氧化硅、硅烷化发烟二氧化硅、疏水化发烟二氧化硅、膨润土、黏土，及其衍生物。其他说明性无机固体基增稠剂包括(但不限于)硅酸、硅胶、云母、滑石、石墨、氮化硼、氧化锌、聚四氟乙烯(PTFE)、及氰尿酸及其盐(例如，氰尿酸锌)。

在一些实施方案中，组合物包括约0.1重量％至约20重量％的无机固体基增稠剂，包括约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约15或约20重量％。在一些实施方案中，其中该组合物包括约0.5重量％至约10重量％或约1重量％至约15重量％的无机固体基增稠剂。

本文描述的水基润滑脂组合物可包括盐基增稠剂。说明性盐基增稠剂包括(但不限于)钠、钾、钙及镁的盐。经审慎考虑使用的盐基增稠剂包括胺、烷醇胺及其衍生物的脂肪酸金属盐及有机盐。盐基增稠剂的其他实例包括C₈至C₃₂脂肪酸、二羧酸、羟基脂肪酸或氢化蓖麻油的钾、钠、钙及镁盐。在一些实施方案中，该羟基脂肪酸是12-羟基硬脂酸。

在一些实施方案中，组合物包括约0.1重量％至约30重量％的盐基增稠剂，包括约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约15、约20、约25或约30重量％。在一些实施方案中，该组合物包括约1重量％至约15重量％或约1重量％至约20重量％的盐基增稠剂。

本文描述的水基润滑脂组合物可包括聚合物基增稠剂。该聚合物基增稠剂可为天然生成的聚合物或合成聚合物。说明性聚合物基增稠剂包括(但不限于)羧甲基纤维素、羧乙基纤维素，及其盐或衍生物。聚合物基增稠剂的其他实例包括(但不限于)明胶、琼脂、桦木醇(获自桦树皮)、多糖、水溶性蛋白质、木质素、木质素磺酸盐，及其衍生物。在一些实施方案中，该聚合物基增稠剂包括聚乙二醇、聚亚烷基二醇、聚酰胺、聚丙烯酸、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、马来酸/丙烯酸共聚物、苯乙烯/马来酸酐树脂、丙烯酸酯共聚物或氟丙烯酸酯，或其衍生物。该聚合物基增稠剂亦可包括任何两种或更多种本文阐述的此等增稠剂的混合物。

在一些实施方案中，组合物包括约0.1重量％至约30重量％的聚合物基增稠剂，包括约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约15、约20、约25或约30重量％。在一些实施方案中，该组合物包括约0.1重量％至约15重量％、约1重量％至约10重量％、约1重量％至约15重量％的聚合物基增稠剂。

基于水基润滑脂组合物的总重量计，本文描述的水基润滑脂组合物包括约0.5重量％至约30重量％的总增稠剂，包括约0.1、约0.2、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、约10、约15、约20、约25或约30重量％的总增稠剂。在一些实施方案中，该总增稠剂可包括盐基增稠剂及聚合物基增稠剂。在一些实施方案中，该总增稠剂可包括盐基增稠剂、聚合物基增稠剂及无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，该组合物包括约0.5重量％至约20重量％、约1重量％至约20重量％或约1重量％至约15重量％的总增稠剂。

制备本文描述的水基润滑脂组合物以通过FE8测试。该FE8测试是FAG抗磨润滑脂测试，一种用于评估经测试的轴承润滑脂最小化摩擦及磨损的能力的工业标准测试。该FE8测试包括用测试润滑脂装载一对轴承，施加一定的负荷(通常以牛顿量测)并在指定速度及温度下使该等轴承连续运行指定时间(即500小时/21天)。在该测试期间，连续测量扭矩及温度。若该等轴承的扭矩或温度超过指定最大值，则机器自动关闭。若在该扭矩或温度不超过指定最大值的情况下获得500小时，则认为通过该测试。同样，然后记录轴承元件(磙子、内座圈、外座圈及保持架)的重量损失以检查润滑脂成功最小化磨损的程度。在一些实施方案中，轴承类型是锥形磙子轴承。在一些实施方案中，FE8测试条件是50kN(千牛顿)负荷及75RPM旋转速度，及在该测试期间风扇冷却。

亦可将添加剂添加至水基润滑脂组合物以赋予各种所需性质。经审慎考虑本文使用的添加剂包括彼等以下中的一或多者：诸如水溶性抑蚀剂、抗磨及负荷承载能力增强添加剂、水混溶性沸点提升剂、冰点抑制剂，及其任何两种或更多种的混合物。微胶囊化水溶性添加剂亦可并入本文描述的水基润滑脂组合物内。亦可并入清洁剂以去除可在润滑金属表面的摩擦期间形成的磨损及瑕疵。此等清洁剂可改善磨损特性，并增加润滑金属部分的寿命及清洁度。

在一些实施方案中，水基润滑脂组合物包括水溶性抑蚀剂。说明性水溶性抑蚀剂包括(但不限于)烷基或烷基芳基磺酸、烷基或烷基芳基磺酸的金属盐(例如，钠盐、钙盐及镁盐)、C₈至C₃₂脂肪酸的金属盐、亚硝酸盐、烷醇胺、胺盐、咪唑啉、酰胺，或其任何两种或更多种的组合。

在一些实施方案中，水基润滑脂组合物进一步包括抗磨及负荷承载能力增强添加剂。说明性抗磨及负荷承载能力增强添加剂包括(但不限于)二硫代胺基甲酸钼、二硫代磷酸钼、二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌、过碱性磺酸钙、硫代磷酸三苯酯、磷酸酯、脂肪酸酯、多元醇酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇酯、聚亚烷基二醇、聚亚烷基二醇酯，或其任何两种或更多种的混合物。

在一些实施方案中，水基润滑脂组合物进一步包括水混溶性沸点提升剂及冰点抑制剂。说明性水混溶性沸点提升剂及冰点抑制剂包括(但不限于)乙二醇、聚乙二醇、甘油、丙二醇、碱土金属盐、具有在约1000g/mol至约500,000g/mol的范围内的足以增稠本文描述的组合物的分子量的聚乙二醇，及柠檬酸，或其盐或组合。

制造方法

在一个方面中亦提供一种用于制备水基润滑脂组合物的方法。该方法包括掺合适宜量的水与盐基增稠剂以提供增稠的水基润滑脂，其中该盐基增稠剂通过使碱与脂肪接触获得；以及将聚合物基增稠剂添加至该增稠的水基润滑脂。

在一些实施方案中，该方法进一步包括添加无机固体基增稠剂。在一些实施方案中，该方法进一步包括添加一或多种添加剂，诸如本文描述的添加剂。

在一项实施方案中，水基润滑脂组合物是在开放式锅或压力润滑脂蒸煮锅(诸如Stratco接触器或高压釜)中制备。针对开放式锅蒸煮程序，将适宜量的水(诸如约40％的水)及碱(诸如氢氧化钾或氢氧化钠)泵送至润滑脂蒸煮容器中，然后将脂肪(诸如12-羟基硬脂酸、氢化蓖麻油、硬脂酸及二羧酸)添加至该锅。一经添加，温度即由于皂化反应的放热性质而自发上升。然后该温度维持在适宜范围内(即，约100至150℉)，直至所有脂肪均与碱反应以提供增稠的水基润滑脂。

制备的下一步骤是将第一、适宜量的水添加至增稠的水基润滑脂或形成的皂。此量可为润滑脂组合物所需总水的约10重量％至约80重量％。然后添加聚合物基增稠剂。聚合物基增稠剂的实例包括(但不限于)羧甲基纤维素、羧乙基纤维素及其衍生物，并添加其钠盐及钾盐以赋予二次增稠效应。亦可添加其他天然聚合物，诸如明胶、琼脂、桦木醇、多糖、水溶性蛋白质、木质素、木质素磺酸盐，及其衍生物。然后将该水基润滑脂泵送至精加工锅，在该精加工锅中使该水基润滑脂逐渐冷却。当温度达到适当温度(诸如约100℉)时，可添加无机固体基增稠剂(若使用)。说明性无机固体基增稠剂包括发烟二氧化硅、硅烷化发烟二氧化硅、疏水化发烟二氧化硅、膨润土、黏土，及其衍生物。该等无机固体基增稠剂的实例包括未反应的发烟二氧化硅、有机修饰的二氧化硅及有机处理的膨润土，亦称为流变添加剂。在固体基无机增稠剂后，可添加性能添加剂及其他功能添加剂。说明性功能添加剂包括磷酸酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇酯、胺衍生的抗氧化剂、酚衍生的抗氧化剂、磺酸盐衍生物抑蚀剂及磷酸三苯酯。将该润滑脂研磨(均质化)并与添加剂完全混合。然后进行第二、另一水添加以获得该水基润滑脂的所需稠度(即NLGI等级或柔软度)。可自开始至结束在一个锅中进行相似程序而无需将该润滑脂自蒸煮锅转移至精加工锅。

应用

水基润滑脂组合物可用于各种商业应用中。本文描述的水基润滑脂可用于需耐极端温度的应用中。例如，该等水基润滑脂可用于轧钢厂中，尤其若该水基润滑脂是高滴点润滑脂。本文描述的水基润滑脂亦可用于需耐火的应用中。由于该水基润滑脂组合物的组分无毒且对环境无害，因此本文描述的水基润滑脂亦可用于食品应用及其中关注环境安全的应用(包括林业及农业机械润滑、铁路润滑、非公路机械润滑、海洋及海港起重机润滑、拖船及升船机润滑，及类似物)中。例如，该等水基润滑脂可自NSF(美国国家卫生基金会)注册为食品级润滑脂和/或注册为洁食(Kosher)及清真(Halal)。亦可使用该等水基润滑脂组合物来润滑食品加工厂中的轴承。在一些实施方案中，该等水基润滑脂组合物可用于需高导电性的轴承(例如，电子移动及电动汽车)中。

水基润滑脂组合物可具有高阻燃效应，因此该润滑脂不着火，甚至在经受高温金属加工厂(轧钢厂)遇到的明火及火花时亦不着火。在一些实施方案中，该组合物是高温耐火润滑脂。在一些实施方案中，当经受直接火焰及或火花时，该组合物是耐火的。耐火可包括自熄组合物或完全耐火。在一些实施方案中，高温是超过烃矿物油或烃合成油基润滑脂的闪点的温度，和/或高于500℉的温度。

在一些实施方案中，水基润滑脂组合物可为用于电动车辆的润滑剂，因此高度期望有导电性。在一些实施方案中，该组合物具有导电性，其防止在烃基润滑脂中出现的且可由于火花而损害轴承的放电电流。

在一些实施方案中，水基润滑脂组合物是环境友好且可生物降解的。在一些实施方案中，根据OECD 301B生物降解性测试方法标准，该组合物中的非水组分可于28天内生物降解超过65％。在一些实施方案中，该组合物是用于农业机械设备、林业设备、铁路弯道及法兰侧轨，和/或海洋应用的润滑剂，在该海洋应用中，当使用烃基润滑脂时，水生生物处于危险中。

藉由参考下列实例将更容易了解如此大体上描述的本发明，该等下列实例是藉助于阐述提供且无意限制本发明。

实施例

实例1：具有两种增稠剂的水基润滑脂。

在开放式锅中制造该润滑脂。在开放式锅蒸煮程序中在室温下，将约40重量％H₂O及约1至5重量％KOH或NaOH泵送至润滑脂蒸煮容器中，接着将脂肪添加至该锅。就此实例而言，所使用的脂肪是油酸及硬脂酸。温度由于皂化反应的放热性质而自发上升，形成皂(皂化脂肪)。然后使该温度维持在100至150℉，直至所有脂肪均与KOH或NaOH反应，引发该润滑脂的显著增稠。

然后，将约20重量％的总水添加至所形成的皂，接着添加聚合物基增稠剂。在此实例中，添加羧甲基纤维素以赋予二次增稠效应。

然后将润滑脂泵送至精加工锅，在该精加工锅中使该润滑脂逐渐冷却。当温度达到约100℉时，根据表1添加固体添加剂及其他功能添加剂。将该润滑脂研磨并与添加剂完全混合，且进一步添加水以获得该润滑脂的所需稠度(NLGI等级或柔软度)。

表1显示此实例中制备的润滑脂调配物的特定组分及量。下表2阐述具有两种增稠剂(盐基增稠剂及聚合物基增稠剂)的水基润滑脂的性能特性。

表1：实例1的润滑脂调配物。

表2：实例1的润滑脂调配物的测试。

1＝将润滑脂样品冷却至所需温度，然后用氮在150psi下加压。然后计算在此温度及压力下每分钟泵送的润滑脂的量。

2＝用经测试的润滑脂填充一对锥形磙子轴承，并在指定负荷及速度下运行500小时。在该运行期间不断监测扭矩及温度。基于速度及负荷的设定，将机器自动设定为若该温度或扭矩超过指定值则关闭。在测试结论前后测量所有轴承组件的重量损失并记录。

如自上表可见，具有两种增稠剂的水基润滑脂与油基润滑脂的性能相似，其中滴点与简单锂润滑脂相似，自熟习此项技术者熟知的润滑脂文献，该滴点通常在160至200℃的范围内(例如，Lubricants and Lubrication，第2卷，第16章Lubricating Grease，T.Mang及W.Dresel编，第3版，Wiley-VCH出版，2017)。在低至-20℃(-4℉)的温度下及在高至189℃(372℉)的温度下泵送该水基润滑脂。该润滑脂在相对高负荷50kN及中等速度75RPM下亦通过21天(500小时)抗磨测试FE8，其中磨损极低且未超过此测试条件容许的最大扭矩。

此实例的水基润滑脂亦通过使用合成海水环境的腐蚀轴承测试。该海水测试环境使该润滑脂经受对任何润滑脂而言均为极苛刻的条件，更不用说水基润滑脂。然而，具有两种增稠剂的水基润滑脂在合成海水中通过此测试48小时。所使用的合成海水化学组成如下：

表3：合成海水化学组成。

*＝剩余部分为水。

上文合成海水组成的总盐浓度是4.1953％。

遵循以4球焊接负荷测试ASTM D 2596测试润滑脂的负荷承载能力的标准测试方法，具有两种增稠剂的水基润滑脂显示约200Kgf(“公斤力”)焊接负荷结果的中等范围极端温度能力。经4球磨损标准测试方法ASTM D 2266的小磨斑直径证实，该水基润滑脂显示极佳抗磨损特性。最后，当根据ASTM D 130测试时，该水基润滑脂不引起铜腐蚀。此结果指示本文描述的水基润滑脂可安全用于润滑轴承及含有铜或由铜合金(诸如黄铜、青铜等)制成的其他移动零件中。

实例2：具有三种增稠剂的水基润滑脂。

在开放式锅中制造该润滑脂。在开放式锅蒸煮程序中，将约40重量％的水、约1至5重量％KOH或NaOH连同脂肪一起泵送至润滑脂蒸煮容器中。就此实例而言，所使用的脂肪是油酸、硬脂酸及12-羟基硬脂酸。随着此皂化反应进展，温度自发上升。该温度维持在约100至150℉，直至所有脂肪均与KOH或NaOH反应，引发该润滑脂的显著增稠。

第二步骤是将20％水连同聚合物增稠剂一起添加至所形成的皂。如下表中显示，羧甲基纤维素钠及聚丙烯酸用于此实例中。亦使用天然聚合物(诸如木质素磺酸盐)。

然后将润滑脂泵送至精加工锅，在该精加工锅中使该润滑脂逐渐冷却。当温度达到约100℉时，添加第三无机固体基增稠剂。在此实例中，该第三无机固体基增稠剂是未反应的发烟二氧化硅、有机修饰的二氧化硅及有机处理的膨润土，亦称为流变添加剂。在添加该第三固体基无机增稠剂后，添加性能添加剂及其他功能添加剂。就此实例而言，该功能添加剂是磷酸酯、三羟甲基丙烷酯、季戊四醇酯、胺衍生的抗氧化剂、酚衍生的抗氧化剂、磺酸盐衍生物抑蚀剂及磷酸三苯酯。将润滑脂研磨(均质化)并与该添加剂完全混合且进一步添加水以获得该润滑脂的所需稠度(NLGI等级或柔软度)。

表4显示此实例中制备的润滑脂调配物的特定组分及量。表5列举具有三种增稠剂(盐基增稠剂、聚合物基增稠剂及无机固体基增稠剂)的水基润滑脂的性能资料。

表4：实例2的润滑脂调配物。

表5：实例2的润滑脂调配物的测试。

1＝将润滑脂样品冷却至所需温度，然后用氮在150psi下加压，然后计算在此温度及压力下每分钟泵送的润滑脂的量。

2＝用经测试的润滑脂填充一对锥形磙子轴承，并在指定负荷及速度下运行500小时。在该运行期间不断监测扭矩及温度。基于速度及负荷的设定，将机器自动设定为若该温度或扭矩超过指定值则关闭。在测试结论前后测量所有轴承组件的重量损失并记录。

3＝用经测试的润滑脂填充一对锥形磙子轴承，并在指定负荷及速度下运行500小时。在该运行期间不断监测扭矩及温度。基于速度及负荷的设定，将机器自动设定为若该温度或扭矩超过指定值则关闭。在测试结论前后测量所有轴承组件的重量损失并记录。

如自表5观测到，具有三种增稠剂的水基润滑脂的性能与正常油基润滑脂相似，其中滴点与锂复合物润滑脂相似，自熟习此项技术者熟知的润滑脂文献，该滴点通常在220至280℃的范围内(例如，Lubricants and Lubrication，第2卷，第16章，LubricatingGrease，T.Mang及W.Dresel编，第3版，Wiley-VCH,2017出版)。在低至-20℃(-4℉)的温度下泵送该水基润滑脂并工作至约260℃(约500℉)的最高温度。该水基润滑脂在相对高负荷50kN及中等速度75RPM下通过21天(500小时)抗磨测试FE8，其中磨损极低且未超过此测试条件容许的最大扭矩(<60N)。

水基润滑脂亦通过使用合成海水环境的腐蚀轴承测试，该海水环境是对任何润滑脂而言均为极苛刻对条件。然而，具有三重增稠剂的水基润滑脂在合成海水中通过此测试48小时。所使用的合成海水化学组成如表3中概述。

遵循以4球焊接负荷测试ASTM D 2596测试润滑脂的负荷承载能力的标准测试方法，水基润滑脂显示250Kgf焊接负荷结果的中等范围极端负荷承载能力。经4球磨损标准测试方法ASTM D 2266的小磨斑直径证实，该水基润滑脂显示极佳抗磨损特性。最后，当根据ASTM D 130测试时，该水基润滑脂不引起铜腐蚀。此结果意谓本文描述的水基润滑脂可安全用于润滑轴承及含有铜或由铜合金(诸如黄铜、青铜等)制成的其他移动零件中。

段落1：一种水基润滑脂组合物，其包含：

至少40重量％水；

盐基增稠剂；及

聚合物基增稠剂。

段落2：如段落1的组合物，其中该组合物进一步包含无机固体基增稠剂。

段落3：如段落2的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约20重量％的该无机固体基增稠剂。

段落4：如段落3的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约15重量％的该无机固体基增稠剂。

段落5：如段落1至4中任一项的组合物，其中该组合物包含至少60重量％水。

段落6：如段落5的组合物，其中该组合物包含约40重量％至约90重量％水或60重量％至约90重量％水。

段落7：如段落1至6中任一项的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约30重量％的该盐基增稠剂。

段落8：如段落7的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约20重量％的该盐基增稠剂。

段落9：如段落1至8中任一项的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约15重量％的该聚合物基增稠剂。

段落10：如段落9的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约10重量％的该聚合物基增稠剂。

段落11：如段落1至10中任一项的组合物，其中该组合物包含约0.5重量％至约30重量％的总增稠剂。

段落12：如段落11的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约20重量％的总增稠剂。

段落13：如段落1至12中任一项的组合物，其中该盐基增稠剂包含钠、钾、钙或镁的盐。

段落14：如段落1至13中任一项的组合物，其中该盐基增稠剂包含C₈至C₃₂脂肪酸、二羧酸、羟基脂肪酸或氢化蓖麻油的钾、钠、钙或镁盐。

段落15：如段落14的组合物，其中该羟基脂肪酸是12-羟基硬脂酸。

段落16：如段落1至15中任一项的组合物，其中该聚合物基增稠剂包含天然生成的聚合物或合成聚合物。

段落17：如段落16的组合物，其中该聚合物基增稠剂包含羧甲基纤维素或羧乙基纤维素，或其盐或衍生物。

段落18：如段落16的组合物，其中该聚合物基增稠剂包含明胶、琼脂、桦木醇、多糖、水溶性蛋白质、木质素、木质素磺酸盐，或其衍生物。

段落19：如段落16的组合物，其中该聚合物基增稠剂包含聚乙二醇、聚亚烷基二醇、聚酰胺，或其衍生物。

段落20：如段落2至19中任一项的组合物，其中该固体无机基增稠剂包含发烟二氧化硅、硅烷化发烟二氧化硅、疏水化发烟二氧化硅、膨润土、黏土，或其衍生物。

段落21：如段落1至20中任一项的组合物，其中该组合物进一步包含一或多种选自以下的添加剂：水溶性抑蚀剂、抗磨及负荷承载能力增强添加剂、水混溶性沸点提升剂、冰点抑制剂，及其任何两种或更多种的混合物。

段落22：如段落1至20中任一项的组合物，其中该组合物进一步包含水溶性抑蚀剂。

段落23：如段落22的组合物，其中该水溶性抑蚀剂包含磺酸的金属盐、C₈至C₃₂脂肪酸的金属盐、亚硝酸盐、烷醇胺、胺盐、咪唑啉、酰胺，或其组合。

段落24：如段落1至20中任一项的组合物，其中该组合物进一步包含抗磨及负荷承载能力增强添加剂，其包含二硫代胺基甲酸钼、二硫代磷酸钼、二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌或过碱性磺酸钙。

段落25：如段落1至20中任一项的组合物，其中该组合物进一步包含水混溶性沸点提升剂及冰点抑制剂，其包含乙二醇、聚乙二醇、甘油、丙二醇、碱土金属盐及柠檬酸，或其盐或组合。

段落26：如段落1至25中任一项的组合物，其中该组合物是高温耐火润滑脂。

段落27：如段落26的组合物，其中当经受直接火焰及或火花时，该组合物不着火。

段落28：如段落26的组合物，其中该高温是超过烃矿物油或烃合成油基润滑脂的闪点的温度，和/或高于500℉的温度。

段落29：如段落1至25中任一项的组合物，其中该组合物是用于电动车辆的润滑剂，因此高度期望导电性。

段落30：如段落29的组合物，其中该组合物具有这样的导电性，其防止在烃基润滑脂中出现的且可由于火花而损害轴承的放电电流。

段落31：如段落1至25中任一项的组合物，其中该组合物是食品安全的和/或用于食品加工机械中。

段落32：如段落31的组合物，其中该组合物符合食品安全润滑剂的NSF H1规定及饮用水系统润滑剂的NSF标准61。

段落33：如段落1至25中任一项的组合物，其中该组合物是环境友好且可生物降解的。

段落34：如段落33的组合物，其中根据OECD 301B生物降解性测试方法标准，该组合物中非水组分于28天内可生物降解超过65％。

段落35：如段落34的组合物，其中该组合物是用于农业机械设备、林业设备、铁路弯道及法兰侧轨，和/或海洋应用的润滑剂，在该海洋应用中，当使用烃基润滑脂时，水生生物处于危险中。

段落36：一种用于制备如段落1的水基润滑脂组合物的方法，该方法包括：

掺合适宜量的水与盐基增稠剂以提供增稠的水基润滑脂，其中该盐基增稠剂通过使碱与脂肪接触获得；及

将聚合物基增稠剂添加至该增稠的水基润滑脂。

段落37：如段落36的方法，其中该方法进一步包括添加无机固体基增稠剂。

段落38：如段落36或37的方法，其中该方法进一步包括添加一或多种添加剂。

如本文使用，除非另有指示，否则术语的下列定义应适用。

如本文使用，“约”将由一般技术者了解且将取决于使用其的内文而在一定程度上变化。若存在一般技术者不清楚的术语的用途，鉴于使用该术语的内文，“约”将意谓高达加上或减去该特定术语的10％。

除非本文另有指示或与内文明显矛盾，否则术语“一”及“一个”及“该”及在描述元件的内文中(尤其在随附申请专利范围的内文中)的相似参考物的用途应视为涵盖单数及复数两者。除非本文另有明确指示，否则本文对值范围的引用仅意欲充当个别提及落于该范围内的各单独值的速记方法，且将各单独值并入本说明书内，该引用的程度就如同将其个别地引入本文中一样。除非本文另有明确指示或与内文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以任何适宜的顺序进行。除非另有规定，否则本文提供的任何及所有实例或例示性语言(例如，“诸如”)的用途仅意欲更好地阐述实施方案且不对随附申请专利范围的范围构成限制。本说明书中的任何语言均不应解释为指示任何本文未主张的元件是必不可少的。

本文中说明性描述的实施方案可适当地在缺乏本文未明确揭示的任何一或多个元件、一或多个限制的情况下实践。因此，例如，应广泛且无限制地解读术语“包含”、“包括”、“含有”等。另外，本文采用的术语及表达已用作描述而非限制的术语，且在使用此等术语及表达时无意排除本文显示并描述的特征或其部分的任何等同物，但应知晓各种修饰可能于本文主张的技术的范围内。另外，应了解词组“基本上由……构成”包括彼等本文明确列举的元件及彼等不实质上影响本文主张的技术的基本及新颖特性的另外元件。词组“由……构成”排除本文未指定的任何元件。

如熟习此项技术者将了解，出于任何及所有目的，特别就提供书面描述而言，本文揭示的所有范围亦包含任何及所有可能的子范围及其子范围的组合。可容易地将任何列举的范围识别为充分描述并可使相同范围分解成至少相等的一半、三分的一、四分的一、五分的一、十分的一等。作为一非限制性实例，可容易地将本文讨论的各范围分解成下三分的一、中三分的一及上三分的一等。如熟习此项技术者亦将了解，所有语言(诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”及类似物)包括本文列举的数字且是指可后续分解成如上文讨论的子范围的范围。最后，如熟习此项技术者将了解，一范围包括各个别成员。

本说明书中提及的所有公开案、专利申请案、发布专利及其他档案均以引用的方式并入本文中，该引用的程度就如同将各个别公开案、专利申请案、发布专利或其他档案明确且个别地以全文引用的方式并入本文中一样。以引用的方式并入的文本中含有的定义在其与本发明中的定义矛盾的程度上被排除。

经审慎考虑，本文描述的组合物中的任一者可具有上文描述的性质的任何组合。熟习此项技术者应知晓，可在不背离如随附申请专利范围中定义的本发明在其更广泛态样中的范围或精神的情况下，作出各种修饰及改变。

Claims (38)

1.一种组合物，其包含：

至少40重量％水；

盐基增稠剂；及

聚合物基增稠剂；

其中该组合物是水基润滑脂。

2.如权利要求1所述的组合物，其中该组合物进一步包含无机固体基增稠剂。

3.如权利要求2所述的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约20重量％的无机固体基增稠剂。

4.如权利要求3所述的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约15重量％的无机固体基增稠剂。

5.如权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中该组合物包含至少60重量％水。

6.如权利要求5所述的组合物，其中该组合物包含约40重量％至约90重量％或60重量％至约90重量％的水。

7.如权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约30重量％的盐基增稠剂。

8.如权利要求7所述的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约20重量％的盐基增稠剂。

9.如权利要求1-8中任一项所述的组合物，其中该组合物包含约0.1重量％至约15重量％的聚合物基增稠剂。

10.如权利要求9所述的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约10重量％的聚合物基增稠剂。

11.如权利要求1-10中任一项所述的组合物，其中该组合物包含约0.5重量％至约30重量％的总增稠剂。

12.如权利要求11所述的组合物，其中该组合物包含约1重量％至约20重量％的总增稠剂。

13.如权利要求1-12中任一项所述的组合物，其中该盐基增稠剂包含钠、钾、钙或镁的盐。

14.如权利要求1-13中任一项所述的组合物，其中该盐基增稠剂包含C₈至C₃₂脂肪酸、二羧酸、羟基脂肪酸或氢化蓖麻油的钾、钠、钙或镁的盐。

15.如权利要求14所述的组合物，其中该羟基脂肪酸为12-羟基硬脂酸。

16.如权利要求1-15中任一项所述的组合物，其中该聚合物基增稠剂包含天然聚合物或合成聚合物。

17.如权利要求16所述的组合物，其中该聚合物基增稠剂包括羧甲基纤维素或羧乙基纤维素，或其盐或衍生物。

18.如权利要求16所述的组合物，其中该聚合物基增稠剂包括明胶、琼脂、桦木醇(bitulin)、多糖、水溶性蛋白质、木质素、木质素磺酸盐，或其衍生物。

19.如权利要求16所述的组合物，其中该聚合物基增稠剂包括聚乙二醇、聚亚烷基二醇、聚酰胺，或其衍生物。

20.如权利要求2-19中任一项所述的组合物，其中该固体无机基增稠剂包含发烟二氧化硅、硅烷化发烟二氧化硅、疏水化发烟二氧化硅、膨润土、黏土，或其衍生物。

21.如权利要求1至20中任一项所述的组合物，其中该组合物进一步包含一或多种选自以下的添加剂：水溶性抑蚀剂、抗磨及负荷承载能力增强添加剂、水混溶性沸点提升剂、冰点抑制剂，及其任何两种或更多种的混合物。

22.如权利要求1至20中任一项所述的组合物，其中该组合物进一步包含水溶性抑蚀剂。

23.如权利要求22所述的组合物，其中该水溶性抑蚀剂包含磺酸的金属盐、C₈至C₃₂脂肪酸的金属盐、亚硝酸盐、烷醇胺、胺盐、咪唑啉、酰胺，或其组合。

24.如权利要求1至20中任一项所述的组合物，其中该组合物进一步包含抗磨及负荷承载能力增强添加剂，其包含二硫代氨基甲酸钼、二硫代磷酸钼、二硫化钼、二烷基二硫代磷酸锌或过碱性磺酸钙。

25.如权利要求1至20中任一项所述的组合物，其中该组合物进一步包含水混溶性沸点提升剂及冰点抑制剂，其包含乙二醇、聚乙二醇、甘油、丙二醇、碱土金属盐及柠檬酸，或其盐或组合。

26.如权利要求1至25中任一项所述的组合物，其中该组合物为高温耐火润滑脂。

27.如权利要求26所述的组合物，其中该组合物在经受直接火焰和/或火花时不着火。

28.如权利要求26所述的组合物，其中该高温为超过烃矿物油或烃合成油基润滑脂的闪点的温度，和/或为高于500℉的温度。

29.如权利要求1至25中任一项所述的组合物，其中该组合物为用于电动车辆的润滑剂，因此高度期望有导电性。

30.如权利要求29所述的组合物，其中该组合物具有这样的导电性，其防止在烃基润滑脂中出现的且可由于火花而损坏轴承的放电电流。

31.如权利要求1至25中任一项所述的组合物，其中该组合物为食品安全的和/或用于食品加工机械中。

32.如权利要求31所述的组合物，其中该组合物符合食品安全润滑剂的NSF H1规定及饮用水系统润滑剂的NSF标准61。

33.如权利要求1至25中任一项所述的组合物，其中该组合物为环境友好且可生物降解的。

34.如权利要求33所述的组合物，其中根据OECD 301B生物降解性测试方法标准，该组合物中的非水组分于28天内可生物降解超过65％。

35.如权利要求34所述的组合物，其中该组合物是用于农业机械设备、林业设备、铁路弯道及法兰侧轨，和/或海洋应用的润滑剂，其中在该海洋应用中，当使用烃基润滑脂时，水生生物处于危险中。

36.一种用于制备包含至少40重量％水、盐基增稠剂及聚合物基增稠剂的水基润滑脂组合物的方法，该方法包括：

掺合适宜量的水与该盐基增稠剂以提供增稠的水基润滑脂，其中该盐基增稠剂通过使碱与脂肪接触而获得；及

将该聚合物基增稠剂添加至该增稠的水基润滑脂。

37.如权利要求36所述的方法，其中该方法进一步包括添加无机固体基增稠剂。

38.如权利要求36或37所述的方法，其中该方法进一步包括添加一或多种添加剂。