CN116601138A - 有机胺和缩水甘油的反应产物及其作为摩擦改良剂的用途 - Google Patents
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Abstract
本公开一般性地涉及包含有机胺和缩水甘油的反应产物的摩擦改良剂及其在非水性润滑剂组合物中的用途。还提供了用于减少发动机的滑动部件之间的摩擦的方法，其通过使该发动机与该非水性润滑剂组合物接触来进行。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年12月16日提交的美国临时申请No.63/126,112的优先权。所提及的申请通过引用并入本文。
关于联邦政府资助研究或开发的声明
不适用。
技术领域
领域
本公开一般性地涉及摩擦改良剂，该摩擦改良剂包含以下物质的反应产物：(i)有机胺，选自烷基胺、脂环胺、芳基胺、烷基烷氧基化单胺及其混合物；和(ii)缩水甘油；并且涉及该摩擦改良剂在非水性润滑剂组合物中用以减少发动机的滑动部件之间的摩擦的用途。
背景技术
背景
发动机油在润滑发动机中的各种滑动部件方面发挥着重要作用，所述滑动部件包括例如活塞环/气缸衬里、曲轴和连杆的轴承以及阀机构(如凸轮和阀挺杆)。发动机油还可在冷却发动机内部、分散燃烧产品以及抑制生锈和腐蚀方面发挥作用。
发动机油的主要考虑因素是防止发动机部件的磨损和卡住。经过润滑的发动机部件大多处于流体润滑状态。然而，阀系统以及活塞的上死点和下死点有可能处于边界和/或薄膜润滑的状态。这类发动机部件之间的摩擦可导致显著的能量损失，从而降低燃料效率。为了提高燃料效率，必须减少发动机部件(例如阀系统以及活塞的部分)之间的摩擦。
有机摩擦改良剂通常是具有直烃链的长分子，由至少10个碳原子和在一端的极性基团组成。极性端基是所述分子作为摩擦改良剂有效性的控制因素之一。常见的有机摩擦改良剂是脂肪酸和多元醇的酯、脂肪酸酰胺、衍生自脂肪酸的胺以及有机二硫代氨基甲酸盐或二硫代磷酸盐化合物。例如，EP1367116、EP0799883、EP0747464、US3,933,659和EP335701公开了已经在润滑剂中使用的各种有机摩擦改良剂。甘油单油酸酯(GMO)是发动机润滑剂组合物中最常用的有机摩擦改良剂之一，例如在以下文献中被描述：美国专利号5,885,942；5,866,520；5,114,603；4,957,651；以及4,683,069。
鉴于对发动机的燃料经济性要求不断增加，仍有必要利用润滑剂组合物进一步改善内燃机的减摩和燃料经济性。因此希望在已经在本领域中常用的已知摩擦改良剂(如甘油单油酸酯)的减摩性能方面得到改善。
发明内容
概述
本公开涉及一种摩擦改良剂，该摩擦改良剂包含以下物质的反应产物：(i)胺，选自烷基胺、脂环胺、芳基胺、烷基烷氧基化单胺及其混合物；和(ii)缩水甘油。该摩擦改良剂可与基础油组合以形成在润滑发动机时使用的非水性润滑剂组合物。
还提供了一种用于减少发动机的滑动部件之间的摩擦的方法，其通过使该滑动部件的至少之一与该非水性润滑剂组合物接触来进行。
最后提供一种减摩添加剂包，其包含本公开的反应产物和一种或多种添加剂。
附图说明
附图的简要说明
图1和2描述了对于单独使用或与本发明摩擦改良剂组合使用的市售油在130℃下的摩擦系数。
详细的说明
以下术语将具有以下含义：
术语“包含(comprising)”及其派生词并不意在排除存在任何额外组分、步骤或程序，而无论其是否在本文中被公开。为了避免任何疑问，本文通过使用术语“包含”要求保护的所有组合物可包含任何额外的添加剂或化合物，除非相反地指出。相比之下，术语“基本上由…组成”如果在本文中出现的话则从任何随后陈述的范围中排除除了对可操作性非必要的那些之外的任何其他组分、步骤或程序，并且术语“由……组成”如果被使用的话则排除了未具体描述或列出的任何组分、步骤或程序。除非另有说明，术语“或”单独地或以任何组合地指所列出的成员。
本文使用的冠词“a”和“an”是指一种或一个或多于一种或多于一个(即至少一种或至少一个)该冠词的语法对象。例如，“a friction modifier(摩擦改良剂)”是指一种摩擦改良剂或多于一种摩擦改良剂。短语“在一种实施方案中”、“根据一种实施方案”等一般是指该短语后的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一种实施方案中，并且可被包括在本公开的多于一种实施方案中。重要地，这种短语并不必然是指相同的方面。如果说明书规定某个组分或特征“可或可以(may)”、“可或能够(can)”、“可或可以(could)”或“可或可以(might)”被包含或具有某个特性，则不要求该特定组分或特征被包含或具有该特性。
本文中使用的术语“约”可允许值或范围的一定程度的可变性，例如，它可在所陈述的值或所陈述的范围界限的10％内、5％内或1％内。
以范围格式表示的值应以灵活的方式进行解读，不仅包括明确列为该范围的界限的数值，还包括该范围内包含的所有单个数值或子范围，就如每个数值和子范围都被明确列出一样。例如，诸如1至6的范围应当被认为具有具体公开的子范围，例如1至3、2至4、3至6等，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。这无关该范围的宽度而适用。
术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的实施方案。然而，其他实施方案在相同或其他情况下也可是优选的。此外，一种或多种优选的实施方案的陈述并不意味着其他实施方案是无用的，并且也不旨在将其他实施方案排除在本公开的范围之外。
术语“基本上不含”是指其中特定化合物或结构部分的存在量对组合物没有实质影响的组合物。在一些实施方案中，“基本上不含”可指下述这样的组合物：在该组合物中特定化合物或结构部分在该组合物中的存在量基于该组合物的总重量计为小于2％重量、或小于1％重量、或小于0.5％重量、或小于0.1％重量、或小于0.05％重量、或甚至小于0.01％重量，或者在相应的组合物中不存在任何量的该特定化合物或结构部分。
当取代基通过从左到右书写的其传统化学式指定时，它们同样包括从右到左书写结构所产生的化学上相同的取代基，例如，-CH2O-等同于-OCH2-。
术语“烷基”是指具有1个至约100个碳原子的直链或支链饱和烃基。在一些实施方案中，烷基取代基可以是低级烷基。术语“低级”是指具有1-3个碳原子的烷基。“低级烷基”的实例包括但不限于甲基、乙基、正丙基和异丙基。
术语“脂环”是指如本领域中已知的脂环取代基，并且可具有约3个至约12个环碳原子或约3个至10个环碳原子，包括但不限于环戊基和环己基。
术语“芳基”是指如本领域中已知的芳基取代基或官能团，例如但不限于衍生自芳环的任何取代基或官能团，包括但不限于苯基、萘基、噻吩基和吲哚基等。该芳基基团可在环上被一个或多个烷基取代。
术语“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或不发生，并且该描述包括了所述事件或情况发生的实例和不发生的实例。
本公开一般地涉及一种摩擦改良剂，该摩擦改良剂包含以下物质的反应产物：(i)有机胺，选自烷基胺、脂环胺、芳基胺、烷基烷氧基化单胺及其混合物，以及(ii)缩水甘油。
本公开还涉及一种减摩添加剂包，其包含本文公开的摩擦改良剂和一种或多种添加剂。
本公开进一步涉及一种非水性润滑剂组合物，其包含基础油和本文公开的摩擦改良剂。
本公开还涉及一种用于减少发动机中摩擦的方法，其通过使发动机的滑动部件与该非水性润滑剂组合物接触来进行。
已经令人惊讶地发现，当本公开的摩擦改良剂与基础油组合以形成非水性润滑剂组合物时，该非水性润滑剂组合物的润滑性增加，因此极大地降低了与该非水性润滑剂组合物接触或已经接触了该非水性润滑剂组合物的发动机表面或发动机的部件或组件或发动机组件部件的磨损。
根据一种实施方案，该有机胺是具有式N(R1)3的烷基胺，其中每个R1是氢或烷基，条件是至少一个R1是氢。在一种实施方案中，至少一个R1是C1-C50烷基或C1-C30烷基。烷基胺的实例包括但不限于乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、乙二胺、二丙胺、八亚甲基二胺、辛胺、四甲基乙二胺、十三烷胺、2-乙基己胺、四亚乙基五胺；六亚甲基二胺、十二烷胺、椰油胺、油胺、牛油脂肪胺、十五烷胺、硬脂胺和大豆胺。
在另一种实施方案中，该有机胺是脂环胺。脂环胺的实例包括但不限于环戊胺、环己胺、环庚胺、环十二烷胺、4-甲基环己胺、N,N-二甲基环己胺、六亚甲基亚胺、哌啶和异佛尔酮二胺。
在另一种实施方案中，该有机胺是芳基胺。芳基胺的实例包括但不限于苯胺、二氨基甲苯、二苯基丙氨酸、N-苯基苯甲胺和甲苯胺。在另一种实施方案中，该芳基胺被C1-C50基团或C1-C20烷基取代。
在又另一种实施方案中，该有机胺是烷基烷氧基化单胺，其包含一个连接到单醚或聚醚骨架的末端的氨基。如下面进一步讨论的，单醚或聚醚骨架基于以下项(即进一步由以下项定义)：氧化亚烷基基团，例如氧化亚丙基(PO)、氧化亚乙基(EO)、氧化亚丁基(BO)及其混合物。在混合的结构中，比率可以是任何期望的比率，并且可以以嵌段的形式排列(例如重复或交替)或随机分布。在一种非限制性实例中，在混合EO/PO结构中，EO:PO的比率可在约1:1至约1:50的范围内，反之亦然。因此，烷氧基化单胺可基本上定义单或聚氧化亚乙基、单或聚氧化亚丙基和/或单或聚氧化亚丁基。烷基烷氧基化单胺的分子量可以变化，并且可在最高达约6000的分子量的范围内。
在一种特别的实施方案中，烷基烷氧基化单胺是具有以下通式的化合物：
其中Z为烷基、脂环基、芳基，每个Z’独立地是氢、甲基或乙基，并且e为约1至约100的整数。在一些实施方案中，Z是C1-C40烷基或C1-C20基团。在又另一种实施方案中，Z是任选地被C1-C40烷基或C1-C20烷基取代的芳基。在其他实施方案中，e为约1至约50或约1至约20或约1-约15的整数。特别的实例包括但不限于具有下式的化合物：
其中Me是甲基，Et是乙基；f是约13至约14的整数；并且e是约2至约3的整数。包括在上述式中的这类聚氧亚烷基单胺包括M-600胺，其具有式(1)，其中PO/EO摩尔比为9/1且分子量为约600；M-1000胺，其具有式(1)，其中PO/EO摩尔比为3/19且分子量为约1000；M-2005，其具有式(1)，其中PO/EO摩尔比为29/6且分子量为约2000；M-2070胺，其具有式(1)，其中PO/EO摩尔比为10/31且分子量为约2000；FL-1000胺，其具有式(3)，其中f是14并且Me或Et是甲基；C-300胺，其具有式(4)，其中e为约2.5；XTJ-435胺，其具有式(2)；以及XTJ-436胺，其具有式(3)，其中Me或Et为甲基且f为约13.5。
取决于起始材料，有机胺和缩水甘油之间的反应可在约25℃至约300℃的温度和约1psi至约2000psi的压力下进行约0.5小时至24小时的时间段。在一种实施方案中，该温度保持在约125℃至约175℃的范围内。该反应可在有机胺与缩水甘油的摩尔比为约0.1至约2的情况下进行。在另一种实施方案中，选择有机胺和缩水甘油的量以产生至少一种具有下式的反应产物(或化合物)：
胺单缩水甘油反应产物
其中Z、Z’和e如上定义。在一种实施方案中，R是C1-C50烷基或C1-C25烷基。在另一种实施方案中，R是环戊基或环己基。在又另一种实施方案中，R是苯基或被C1-C20烷基取代的苯基。在又另一种实施方案中，R是烷基烷氧基化物基团，其中Z是C1-C20烷基，每个Z’独立地是氢或甲基，e是约1至约50或约1至约25的整数。因此，在一种实施方案中，该摩擦改良剂选自具有式(5)的化合物、具有式(6)的化合物、具有式(7)的化合物、具有式(8)的化合物、具有式(9)的化合物及其混合物。在一种优选的实施方案中，该摩擦改良剂包含以下物质之一：2,3-二羟基丙胺、1,3-二羟基丙胺、双(2,3-二羟基丙基)胺、双(1,3-二羟基丙基)胺和(2,3-二羟基丙基)(1,3-二羟基丙基)胺。
已经发现本公开的反应产物作为非水性润滑剂组合物中的摩擦改良剂是令人惊讶地有效的。因此，本公开还提供了包含基础油和摩擦改良剂的非水性润滑剂组合物，该摩擦改良剂包含根据本公开的反应产物。
根据一种实施方案，掺入该非水性润滑剂组合物中的基础油的总量可以为至少约50％重量、或至少60％重量、或至少70％重量、或至少80％重量或至少90％重量或至少约95％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
在另一种实施方案中，掺入该非水性润滑剂组合物中的基础油的量可以是在约50％重量至约99％重量范围内的量，并且在其他实施方案中为约60％重量至约92％重量，在另一些实施方案中为约70％重量至约90％重量，并且在另外的实施方案中为约75％重量至约88％重量，相对于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
在另一种实施方案中，掺入该非水性润滑剂组合物中的包含本公开的反应产物的摩擦改良剂的总量为在约0.0001％重量至约20％重量范围内的量，并且在其他实施方案中为约0.001％重量至10％重量，在另一些实施方案中为约0.01％重量至约5％重量，并且在其他实施方案中为约0.1％重量至约1.5％重量，相对于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
在一些实施方案中，可用于本公开的基础油包括已知的合成油和矿物油及其混合物。
合成油的实例包括二羧酸的烷基酯，聚二醇和醇，聚α-烯烃，包括聚丁烯，烷基苯，磷酸的有机酯和聚有机硅油。合成油包括烃油，例如聚合的和共聚的烯烃(例如聚丁烯，聚丙烯，丙烯-异丁烯共聚物等)；聚(1-己烯)，聚(1-辛烯)，聚(1-癸烯)等，及其混合物；烷基苯(例如十二烷基苯，十四烷基苯，二壬基苯，二-(2-乙基己基)苯等)；聚苯(例如，联苯，三联苯，烷基化的聚苯等)；烷基化的二苯醚和烷基化的二苯硫醚及其衍生物、类似物和同系物等。
其中末端羟基已通过酯化、醚化等进行了改性的环氧烷聚合物和互聚物及其衍生物构成了另一类可使用的已知合成油。这类油的实例是通过环氧乙烷或环氧丙烷的聚合制备的油，这些聚氧化烯聚合物的烷基和芳基醚(例如平均分子量为约1000的甲基-聚异丙二醇醚，分子量为约500-1000的聚乙二醇的二苯醚，分子量为约1000-1500的聚丙二醇的二乙醚等)或者其单羧酸酯和多羧酸酯，例如乙酸酯，混合的C3-C8脂肪酸酯，或四甘醇的含氧酸二酯。
可使用的另一类合成油包括二羧酸(例如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸、烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚体、丙二酸、烷基丙二酸、烯基丙二酸等)与各种醇(例如丁醇、己醇、十二烷醇、2-乙基己醇、乙二醇、二甘醇单醚、丙二醇等)的酯。这些酯的具体实例包括己二酸二丁酯、癸二酸二(2-乙基己基)酯、富马酸二正己酯、癸二酸二辛酯、壬二酸二异辛酯、壬二酸二异癸酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二癸酯、癸二酸二(二十烷基)酯、亚油酸二聚体的2-乙基己基二酯、通过一摩尔癸二酸与两摩尔四甘醇和两摩尔2-乙基己酸反应形成的复合酯等。
可用作合成油的酯还包括由以下物质制备的那些：C5-C12一元羧酸和多元醇以及多元醇醚，例如新戊二醇，三羟甲基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇、三季戊四醇等。
基础油可包含次要量或主要量的聚α-烯烃(PAO)。典型地，该聚α-烯烃衍生自具有约4至约30个或约4至约20个或约6至约16个碳原子的单体。有用的PAO的实例包括衍生自辛烯、癸烯、其混合物等的那些。PAO在100℃下可具有约2至约15厘沲(cSt)、或约3至约12cSt、或约4至约8cSt的粘度。PAO的实例包括在100℃下4cSt的聚α-烯烃、在100℃下6cSt的聚α-烯烃及其混合物。可以使用矿物油与上述PAO的混合物。
基础油可以是衍生自费托合成烃的油。费托合成烃使用费托催化剂由含有H2和CO的合成气体制备。这种烃典型地要求进一步加工才可用作基础油。例如，所述烃可使用美国专利号6,103,099或6,180,575中公开的方法进行加氢异构化；使用美国专利号4,943,672或6,096,940中公开的方法进行加氢裂化和加氢异构化；使用美国专利号5,882,505中公开的方法进行脱蜡；或使用美国专利号6,013,171、6,080,301或6,165,949中公开的方法进行加氢异构化和脱蜡。
本文公开类型的未精制、精制和再精制油无论是矿物的还是合成的(以及任意这些物质中两种或更多种的混合物)都可被用在基础油中。未精制油是指未经进一步纯化处理而直接从天然或合成来源获得的那些。例如，直接从干馏操作获得的页岩油、直接从初级蒸馏获得的石油或直接从酯化过程获得并在没有进一步处理的情况下使用的酯油则是未精制油。精制油与未精制油类似，只是它们在一个或多个纯化步骤中经过了进一步的处理以改善一种或多种性能。许多这类的纯化技术是本领域技术人员已知的，例如溶剂萃取、二次蒸馏、酸或碱萃取、过滤、渗滤等。再精制油通过应用于已经在运行中被使用的精制油的与用于获得精制油的方法类似的方法而获得。这种再精制油也被称为再生油或再加工油，并且通常通过旨在去除废添加剂、污染物和油分解产物的技术进行额外处理。
矿物油包括液体石油和链烷、环烷或混合链烷/环烷类型的溶剂处理或酸处理的矿物润滑油，其可通过加氢精制工艺和/或脱蜡进一步精制。
环烷基础油具有低粘度指数(VI)(通常为40-80)和低倾点。这类基础油由富含环烷和低蜡含量的原料生产，并且主要用于下述这样的润滑剂：在该润滑剂中，颜色和颜色稳定性是重要的并且VI和氧化稳定性具有次要的重要性。
链烷基础油具有较高的VI(通常>95)和较高的倾点。这些基础油由富含链烷烃的原料生产，并且用于下述这样的润滑剂：在该润滑剂中，VI和氧化稳定性是重要的。
在一些实施方案中，基础油由矿物油和/或合成油组成，其包含超过80％重量的饱和物(saturates)，并且在其他实施方案中包含超过90％重量的饱和物，根据ASTM D2007测量。在其他实施方案中，基础油包含小于1.0％重量的硫，并且在其他实施方案中包含小于0.1％重量的的硫，以元素硫计算并根据ASTM D2622、ASTM D4294、ASTM D4927或ASTMD3120测量。
如本领域技术人员容易理解的，基础油的粘度取决于应用。因此，用于在本文中使用的基础油的粘度在100℃下通常可在约2cSt至约2000cSt的范围内。通常，单独地，用作发动机油的基础油将具有在100℃下的运动粘度范围为约2cSt至约30cSt，在一些实施方案中为约3cSt至约16cSt，并且在其他实施方案中为约4cSt至约12cSt，并且将根据所需最终用途和成品油中的添加剂进行选择或共混以得到所需等级的发动机油，例如具有0W、OW-20、0W-30、OW-40、OW-50、OW-60、5W、5W-20、5W-30、5W-40、5W-50、5W-60、10W、1OW-20、10W-30、1OW-40、1OW-50、15W、15W-20、15W-30或15W-40的美国汽车工程师学会(SAE)粘度等级的润滑剂组合物。用作齿轮油的基础油可具有在100℃下的粘度范围为约2cSt至约2000cSt。
该非水性润滑剂组合物可用于润滑基本上任何火花点火或压缩点火的内燃机，包括汽车和卡车发动机、二冲程发动机、柴油发动机、航空活塞发动机、船舶和铁路发动机等。还设想了用于燃气发动机、醇(例如甲醇)动力发动机、固定动力发动机、涡轮机等的非水性润滑剂组合物。该非水性润滑剂组合物还可被用作自动传动流体、齿轮润滑剂、压缩机润滑剂、金属加工润滑剂或液压流体。
该非水性润滑剂组合物可进一步包含额外添加剂，如抗氧化剂、抗磨添加剂、清净剂、分散剂、第二摩擦改良剂(其可包含一种或多种其他摩擦改良剂)、粘度指数改进剂、倾点降低剂、腐蚀抑制剂、消泡剂和密封固定剂(seal fix)或密封相容性试剂(sealcompatibility agents)及其混合物。这些添加剂的实例可见于例如美国专利号5,498,809和美国专利号7,696,136，每份公开的相关内容通过引用并入本文，不过本领域技术人员清楚地知道，这仅包括了可用润滑剂添加剂的部分清单。还众所周知的是，一种添加剂可以能够提供或改善多于一种的性能，例如抗磨剂还可起到抗疲劳和/或极压添加剂的作用。
可方便使用的抗氧化剂包括选自胺类抗氧化剂和/或酚类抗氧化剂的那些。在一种实施方案中，抗氧化剂的存在量为0.1％重量至约5.0％重量，而在其他实施方案中的量为0.3％重量至约3.0％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
可方便使用的胺类抗氧化剂的实例包括烷基化二苯胺、苯基-a-萘胺、苯基-p-萘胺和烷基化a-萘胺。
在一种实施方案中，胺类抗氧化剂包括二烷基二苯胺，例如p,p’-二辛基-二苯胺，p,p’-二-a-甲基苄基-二苯胺和N-p-丁基苯基-N-p’-辛基苯胺，单烷基二苯胺，例如单叔丁基二苯胺和单辛基二苯胺，双(二烷基苯基)胺，例如二-(2,4-二乙基苯基)胺和二(2-乙基-4-壬基苯基)胺，烷基苯基-1-萘胺，例如辛基苯基-1-萘胺和n-叔十二烷基苯基-1-萘胺，1-萘胺，芳基萘胺，例如苯基-1-萘胺，苯基-2-萘胺，N-己基苯基-2-萘胺和N-辛基苯基-2-萘胺，苯二胺，例如N,N’-二异丙基-p-苯二胺和N,N’-二苯基-p-苯二胺，以及吩噻嗪类，例如吩噻嗪和3,7-二辛基吩噻嗪。
可方便使用的酚类抗氧化剂的实例包括3,5-双(1,1-二甲基-乙基)-4-羟基-苯丙酸的C7-C9支化烷基酯，2-叔丁基苯酚，2-叔丁基-4-甲基苯酚，2-叔丁基-5-甲基苯酚，2,4-二叔丁基苯酚，2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚，2-叔丁基-4-甲氧基苯酚，3-叔丁基-4-甲氧基苯酚，2,5-二叔丁基对苯二酚，2,6-二叔丁基-4-烷基苯酚，例如2,6-二叔丁基苯酚，2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚，2,6-二叔丁基-4-烷氧基苯酚，例如2,6-二叔丁基-4-甲氧基苯酚和2,6-二叔丁基-4-乙氧基苯酚，3,5-二叔丁基-4-羟基苄基巯基辛基乙酸酯，烷基-3-(3,5-二叔丁基-A-羟基苯基)丙酸酯，例如正十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯，正丁基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和2’-乙基己基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯，2,6-二叔丁基-a-二甲基氨基对甲酚，2,2’-亚甲基双(4-烷基-6-叔丁基苯酚)，例如2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚和2,2-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)，双酚，例如4,4’-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚，4,4’-亚甲基双(2,6-叔丁基苯酚)，4,4’-双(2,6-二叔丁基苯酚)，2,2-(二对羟基苯基)丙烷，2,2-双(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烷，4,4’-亚环己基双(2,6-叔丁基苯酚)，六亚甲基二醇-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]，三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]，2,2’-硫代-[二乙基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]，3,9-双[1,1-二甲基-2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷，4,4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)和2,21-硫代双(4,6-二叔丁基间苯二酚)，多酚，例如四[亚甲基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷，1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷，1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯，双-[3,3’-双(4’-羟基-3’-叔丁基苯基)丁酸]二醇酯，2-(3’,5’-二叔丁基-4-羟基苯基)甲基-4-(2”,4”-二叔丁基-3”-羟基苯基)甲基-6-叔丁基苯酚和2,6-双(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苄基)-4-甲基苯酚，以及对-叔丁基苯酚-甲醛缩合物和对-叔丁基苯酚-乙醛缩合物。
在另一种实施方案中，该非水性润滑剂组合物可包含单一的二硫代磷酸锌或者两种或更多种二硫代磷酸锌的组合作为抗磨添加剂，每种二硫代磷酸锌选自二烷基-、二芳基-或烷基芳基-二硫代磷酸锌。该非水性润滑剂组合物可通常包含约0.4％重量至约1.0％重量范围的二硫代磷酸锌，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。在该非水性润滑剂组合物中也可以方便地使用额外的或替代的已知抗磨添加剂。
可被用在该非水性润滑剂组合物中的清净剂包括一种或多种水杨酸盐和/或酚盐和/或磺酸盐清净剂。然而，由于用作清净剂的金属有机和无机碱盐可有助于非水性润滑剂组合物的硫酸灰分含量，因此在一种实施方案中，将这类添加剂的量最小化。此外，为了保持低硫水平，优选水杨酸盐清净剂。因此，在一种实施方案中，该非水性润滑剂组合物可包含一种或多种水杨酸盐清净剂。该清净剂的用量可为约0.05％重量至约12.5％重量，在一些实施方案中为约1.0％重量至约9.0％重量，并且在其他实施方案中为约2.0％重量至约5.0％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
可使用可包含一种或多种额外摩擦改良剂的第二摩擦改良剂，包括包含一种或多种有机钼化合物的金属基摩擦改良剂，例如二烷基二硫代氨基甲酸钼，二烷基二硫代磷酸钼，二硫化钼，二烷基二硫代氨基甲酸三钼簇，非硫钼化合物等；例如可以存在二烷基二硫代氨基甲酸钼摩擦改良剂。这些钼化合物中的许多是众所周知的，并且许多是市售的。也可以存在的第二摩擦改良剂包括有机脂肪酸和有机脂肪酸的衍生物，酰胺，酰亚胺和其他有机金属物质，例如锌和硼化合物等。可添加到该非水性润滑剂组合物中的这些第二摩擦改良剂的量的范围为约0.001％重量至约5％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
本公开的非水性润滑剂组合物可另外包含无灰分散剂，其可以基于该非水性润滑剂组合物的总重量计为约5％重量至约15％重量的量掺混。
可使用的无灰分散剂的实例包括聚烯基琥珀酰亚胺和聚烯基琥珀酸酯。在一种实施方案中，该无灰分散剂包括硼酸化琥珀酰亚胺。
可方便地用于本公开的非水性润滑剂组合物中的粘度指数改进剂的实例包括苯乙烯-丁二烯共聚物，苯乙烯-异戊二烯星形共聚物以及聚甲基丙烯酸酯共聚物和乙烯-丙烯共聚物。基于该非水性润滑剂组合物的总重量计，这类粘度指数改进剂可方便地以约1％重量至约20％重量的量使用。
聚甲基丙烯酸酯可方便地用于本发明的非水性润滑剂组合物中作为有效的倾点降低剂。
此外，化合物如烯基琥珀酸或其酯结构部分、苯并三唑基化合物和噻二唑基化合物可方便地用在本公开的非水性润滑剂组合物中作为腐蚀抑制剂。
化合物如聚硅氧烷、二甲基聚环己烷和聚丙烯酸酯可方便地用在本公开的非水性润滑剂组合物中作为消泡剂。
可方便地用在本公开的非水性润滑剂组合物中作为密封固定剂或密封相容性试剂的化合物包括例如市售的芳族酯。
如上所述，该非水性润滑剂组合物可包含任何数目的这些添加剂。因此，在一些实施方案中，本公开的最终非水性润滑剂组合物通常包含添加剂的组合，包括根据本公开的反应产物以及其他常见添加剂，组合的浓度为约0.1％重量至约30％重量，例如约0.5％重量至约10％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。在其他实施方案中，组合的反应产物和添加剂的存在量为约1％重量至约5％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。该反应产物和添加剂的油浓缩物可包含约30％重量至约75％重量的添加剂，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
根据另一种实施方案，提供了一种非水性润滑剂组合物，其包含：A)基于该非水性润滑剂组合物的总重量计为约70％重量至约99.9％重量的基础油；B)如本文所公开的摩擦改良剂；和C)一种或多种额外添加剂，其中该组合物中存在的B)和C)的组合量基于该非水性润滑剂组合物的总重量计为约0.1％重量至约30％重量。
在另一种实施方案中，基础油可以约90％重量至约99.5％重量的量存在，并且B)和C)的组合量为约0.5％重量至约10％重量；并且在另一种实施方案中，基础油以约95％重量至约99％重量的量存在，并且B)和C)的组合量为约1％重量至约5％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
包含本公开的反应产物的摩擦改良剂可自己直接添加到基础油中或者与一种或多种添加剂组合添加到基础油中。因此，在一种实施方案中，提供了一种减摩添加剂包，其包含含有本公开的反应产物的摩擦改良剂以及一种或多种添加剂。还可以将包含本公开的反应产物的摩擦改良剂添加到已经包含所有或大部分其他配方组分和添加剂的预配制的非水性润滑剂组合物中。
由于包含本公开的反应产物的摩擦改良剂表现出的令人惊讶改善的减摩性能，因此本公开的非水性润滑剂组合物可被用于改善燃气发动机和柴油发动机的燃料经济性。因此，还提供了一种通过将包含本公开的反应产物的摩擦改良剂添加到非水性润滑剂中来改善非水性润滑剂组合物的减摩性能的方法，并且因此提供一种通过使发动机与本公开的非水性润滑剂组合物接触来减少发动机的滑动部件之间的摩擦的方法。在一些实施方案中，滑动部件可以是活塞环/气缸衬里、曲轴和连杆的轴承以及阀机构，包括凸轮和阀挺杆。
在又另一种实施方案中，摩擦改良剂(以及任选的一种或多种上述添加剂)可被添加到石油馏出物燃料(例如但不限于汽油、柴油等)中，以形成用于润滑该非水性润滑剂组合物无法到达的滑动部件的润滑组合物。在这样的实施方案中，石油馏出物燃料如汽油燃料还可包含抗爆剂如甲基环戊二烯基锰三羰基、四甲基或四乙基铅，或其他分散剂或清净剂如各种取代的琥珀酰亚胺、胺等。该润滑剂组合物可容易地通过以下方式制备：例如通过将包含本公开的反应产物的摩擦改良剂分散在选定的石油馏出物燃料中，如通过将摩擦改良剂添加到石油馏出物中并搅拌或搅动所得溶液以将该反应产物均匀分散在该组合物中。在这方面，可以采用任何传统的共混燃料的方法。分散在燃料中的包含本公开的反应产物的摩擦改良剂的量可以为约0.1％重量至约30％重量，例如大于约0.5％重量至约10％重量，基于该润滑剂组合物的总重量计。在其他实施方案中，摩擦改良剂的组合量基于该润滑剂组合物的总重量计为约1％重量至约5％重量。
现在将参考以下非限制性实施例进一步描述本公开。
实施例
实施例1
牛油脂肪胺与缩水甘油反应以制备两种反应产物(FM-A和FM-B)。该反应通过在150℃下向牛油脂肪胺中添加缩水甘油来进行，添加后的消化时间为4小时。由牛油脂肪胺缩水甘油开环反应制备的两种反应产物列于下表中：
| FM-A | FM-B | |
| 残余牛油脂肪胺 | 41.1％重量 | 0 |
| 胺单缩水甘油累加 | 30.8％重量 | 62.2％重量 |
| 胺二缩水甘油累加 | 28.2％重量 | 37.8％重量 |
烷基烷氧基化单胺接下来与缩水甘油反应以制备两种额外的反应产物(FM-C和FM-D)。该烷基烷氧基化单胺的结构具有下式
其中Z是C12-C14烷基，Z’是甲基，e是平均为约2至约5的整数。该反应通过在150℃下向烷基烷氧基化单胺中添加缩水甘油来进行，添加后的消化时间为4小时。由烷基烷氧基化单胺缩水甘油开环反应制备的两种反应产物列于下表中：
| FM-C | FM-D | |
| 残余烷基烷氧基化单胺 | 2.3％重量 | 0.1％重量 |
| 胺单缩水甘油累加 | 75.2％重量 | 15.3％重量 |
| 胺二缩水甘油累加 | 22.5％重量 | 84.6％重量 |
然后，使用在光滑盘上带有3/4英寸球的Mini Traction Machine在100℃和130℃下测定市售油和进一步包含0.5％上述反应产物的摩擦系数。施加的载荷为36N(1GPa接触压力)，旋转速度为0.01m/s至2m/s。130℃下的结果显示在下表1和2中：
表1：在Mobil 1 5W-30油中在130℃下的结果
表2：在Pennzoil 0W-20油中在130℃下的结果
表1和2中的结果表明，包含反应产物(FM-A、B、C和D)的本发明的摩擦改良剂可显著降低Mobil 1 5W-30油和Pennzoil 0W-20油的摩擦系数。为了更好地呈现结果，FM-A和B的摩擦系数的整个范围在图1和2中示出。
因为本发明的反应产物在极性头部中包含多个OH基团，所以反应产物能够强烈地吸附到表面。FM-A、B、C和D中疏水性尾部的线性结构使得反应产物能够在其尾部之间具有强范德华力的情况下很好地排列在表面上。这些独特的分子结构使得这些反应产物在油中成为优异的摩擦改良剂。
Claims (16)
1.包含基础油和摩擦改良剂的非水性润滑剂组合物，该摩擦改良剂包含以下物质的反应产物：(i)胺，选自烷基胺、脂环胺、芳基胺、烷基烷氧基化单胺及其混合物，以及(ii)缩水甘油。
2.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该有机胺是具有式N(R1)3的烷基胺，其中每个R1是氢或C1-C50烷基，条件是至少一个R1是氢。
3.权利要求2的非水性润滑剂组合物，其中该有机胺是脂环胺，选自环戊胺、环己胺、环庚胺、环十二烷胺、4-甲基环己胺、N,N-二甲基环己胺、六亚甲基亚胺、哌啶和异佛尔酮二胺。
4.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该有机胺是被C1-C20烷基取代的芳基胺。
5.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该有机胺是具有下式的烷基烷氧基化胺
其中Z为C1-C30烷基或脂环基或芳基，每个Z’独立地为氢、甲基或乙基，并且e为约1至约100的整数。
6.权利要求6的非水性润滑剂组合物，其中Z是C1-C30烷基。
7.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该摩擦改良剂的存在量为约0.1％重量至约1.5％重量，基于该非水性润滑剂组合物的总重量计。
8.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该基础油是合成油。
9.权利要求1的非水性润滑剂组合物，其中该基础油是矿物油。
10.用于减少发动机的滑动部件之间的摩擦的方法，其通过使该发动机与权利要求1的非水性润滑剂组合物接触来进行。
11.减摩添加剂包，其包含权利要求1的摩擦改良剂和一种或多种添加剂，该添加剂选自抗氧化剂、抗磨添加剂、清净剂、分散剂、第二摩擦改良剂、粘度指数改进剂、倾点降低剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、密封固定剂、密封相容性试剂及其混合物。
12.包含基础油和摩擦改良剂的非水性润滑剂组合物，该摩擦改良剂包含具有下式的化合物：
其中R是C1-C100烷基或脂环基或芳基或具有下式的烷基烷氧基化物基团
其中Z为烷基、脂环基、芳基，每个Z’独立地为氢、甲基或乙基，并且e为约1至约100的整数。
13.权利要求12的非水性润滑剂组合物，其中R是C1-C25烷基。
14.权利要求12的非水性润滑剂组合物，其中R是苯基或被C1-C20烷基取代的苯基。
15.权利要求12的非水性润滑剂组合物，其中R是烷基烷氧基化物基团，其中Z是C1-C20烷基，每个Z’独立地是氢或甲基，并且e是约1至约25的整数。
16.权利要求12的非水性组合物，其中该摩擦改良剂包含以下物质中的至少之一：2,3-二羟基丙胺、1,3-二羟基丙胺、双(2,3-二羟基丙基)胺、双(1,3-二羟基丙基)胺或(2,3-二羟基丙基)(1,3-二羟基丙基)胺。
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