CN118165780A - 用于低速磨损和擦伤的传动系统和变速器流体 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有一定量的钙和锌的润滑剂,该润滑剂在CEC L‑07(FZG A/8.3/90)的低速FZG擦伤测试中趋于表现良好,并且还包含一定量的低分子量二醇和/或三醇化合物以在FZG磨损测试中实现良好的齿轮磨损性能。本文中的润滑剂适合用作变速器流体(即,手动变速器、自动变速器或双离合器变速器)的工业齿轮油、齿轮流体、轴流体、差速器流体和/或用于配置用于重载应用的润滑流体。

Description

用于低速磨损和擦伤的传动系统和变速器流体
技术领域
本公开涉及包含有效实现耐低速磨损性和耐擦伤性的低分子量二醇和/或三醇化合物的传动系统和/或变速器流体。
背景技术
传动系统硬件如齿轮、轴等通常需要提供抗磨和/或极压保护的润滑剂。在实践中,齿轮和轴可在满载容量下工作和/或频繁地停走操作,从而在硬件上施加额外的应力和应变。因此,用于重载齿轮、轴和变速器应用的润滑剂需要化学添加剂以在满载和停走操作条件下可靠地保护齿轮和轴。通常,用于此类重载应用的润滑剂需要例如流体满足极压、抗磨、摩擦和/或铜腐蚀的一种或多种性能特征,以建议传动系统硬件流体的一些常见要求。润滑剂中可包含多种添加剂以实现此类性能。
更具体地,卡特彼勒公司(Caterpillar Corporation)引入了在卡特彼勒的重型车辆机械和设备中使用的一组变速器和驱动系统流体要求,被指定为所谓的卡特彼勒TO-4规范。满足卡特彼勒TO-4规范要求的润滑剂组合物通常被认为适用于重载和/或越野传动系统或变速器应用。所有卡特彼勒TO-4润滑剂组合物必须符合多个性能标准,包括在卡特彼勒TO-4规范中提出的磨损、粘度和摩擦条件。在传动系统和变速器润滑剂中使用的许多添加剂往往是多功能的,并且在一些情况下,在性能之间可能存在冲突,诸如为正齿轮提供低速磨损性能和/或同时维持可接受的摩擦和擦伤特性。
具体地,卡特彼勒TO-4顺应性润滑剂必须满足根据ASTM D4998的低速磨损以及根据CEC L-07(FZG A/8.3/90)的强擦伤性能等特征的特定要求。常规曲轴箱润滑剂组合物通常不满足根据卡特彼勒TO-4规范的这种耐磨损性或耐擦伤性的要求,因为添加剂混合物往往不能通过磨损、摩擦和/或擦伤测试中的一种或多种。例如,在指定用于越野传动系统和变速器应用的润滑剂中通常避免使用分散剂和/或含钼摩擦改性剂,因为此类添加剂可以例如将静摩擦降低至不再符合卡特彼勒TO-4规范的水平。在其他情况下,具有足够含量的来自抗磨添加剂和/或清净剂的金属(诸如锌和钙)的重载润滑剂可显示出强的低速齿轮磨损性能,但随后提供低于所需的负载级耐擦伤性。
发明内容
在一种方法或实施方案中,本文描述了越野润滑剂组合物,诸如TO-4润滑剂,并且其包含一种或多种具有润滑粘度的基础油;约200ppm至约2,000ppm的由一种或多种二烷基二硫代磷酸锌化合物提供的锌;提供约1,000ppm至约5,000ppm的金属的一种或多种含金属清净剂,所述金属选自钙、镁和/或钠并且由酚酯、磺酸酯、杯芳酯(calixarate)、柳芳酸酯(salixarate)、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的一种或多种C6至C30支链金属盐提供;不超过约300ppm的由一种或多种含氮无灰分散剂提供的氮;以及约0.01重量%至约3.5重量%的低分子量二醇或三醇化合物,诸如C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
在其他方法或实施方案中,前一段落中所述的越野润滑剂组合物可包括任何组合的可选特征或实施方案。这些可选特征或实施方案可包括以下中的一个或多个:其中所述C2至C3二醇或三醇化合物是三羟基丙烷,其中所述C2至C3二醇或三醇化合物、并且优选三羟基丙烷是非酯化化合物;并且/或者其中所述越野润滑剂组合物基本上不含甘油单油酸酯(GMO);并且/或者其中所述越野润滑剂组合物包含约0.01重量%至约2重量%的所述C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物,并且优选0.01重量%至约2重量%的三羟基丙烷;并且/或者其中所述一种或多种含金属清净剂包含支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有至少3个碳原子或至少4个碳原子的支链烯烃,并且其中所述支链聚烯烃具有约100至约800的数均分子量;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有约6至约30个碳和约0.1至约0.4的异构化水平的异构化正α烯烃;并且/或者其中所述支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐具有根据ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN);并且/或者其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙;并且/或者其中所述越野润滑剂组合物满足卡特彼勒TO-4润滑剂的要求,包括至少低速磨损和擦伤测试,其中根据ASTM D4998测量的磨损不超过100mg,优选不超过50mg,并且根据CEC L-07(FZG A/8.3/90)的通过负载级为9或更高、10或更高、11或更高或12;并且/或者其中所述含氮无灰分散剂是琥珀酰亚胺分散剂。
在其他方法或实施方案中,本文的公开内容提供了一种根据依照ASTM D4998和CEC L-07(FZG A/8.3/90)测量的卡特彼勒TO-4要求为齿轮、轴承和/或离合器提供低速磨损和擦伤保护的方法。在一些方面,所述方法包括用润滑组合物润滑所述齿轮、轴承和/或离合器,并且其中所述润滑组合物包含一种或多种具有润滑粘度的基础油;约200ppm至约2,000ppm的由二烷基二硫代磷酸锌化合物提供的锌;提供约1,000ppm至约5,000ppm的金属的一种或多种含金属清净剂,所述金属选自钙、镁和/或钠并且由酚酯、磺酸酯、杯芳酯(calixarate)、柳芳酸酯(salixarate)、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的一种或多种C6至C30支链金属盐提供;不超过约300ppm的由一种或多种含氮无灰分散剂提供的氮;以及约0.01重量%至约3.5重量%的低分子量二醇或三醇化合物,并且优选C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
在其他方法或实施方案中,前一段落中所述的方法可与任选特征、步骤和/或实施方案以任何组合而组合。这些可选特征、步骤或实施方案包括以下中的一个或多个:其中所述C2至C3二醇或三醇化合物是三羟基丙烷;并且/或者其中所述C2至C3二醇或三醇化合物、并且优选三羟基丙烷是非酯化的;并且/或者其中所述润滑组合物包含约0.01重量%至约2重量%的所述C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物;并且/或者其中所述C2至C3二醇或三醇化合物是三羟基丙烷;并且/或者其中所述一种或多种含金属清净剂包含支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有至少4个碳原子的支链烯烃,并且其中所述支链聚烯烃具有约100至约800的数均分子量;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有约4至约100个碳和约0.1至约0.4的异构化水平的异构化正α烯烃;并且/或者其中所述支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐具有根据ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN);并且/或者其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙;并且/或者其中所述一种或又一种或多种含金属清净剂包含具有根据ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN)的一种或多种高碱性含金属清净剂;并且/或者其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙;并且/或者其中所述润滑组合物表现出根据ASTM D4998测量的不超过100mg、优选不超过50mg的磨损,以及根据CEC L-07(FZGA/8.3/90)9或更高、10或更高、11或更高或12的通过负载级;并且/或者其中所述含氮无灰分散剂是琥珀酰亚胺分散剂。
在其他方法或实施方案中,本文描述或公开了本发明内容的任何实施方案的润滑组合物用于实现以下方面的用途:根据ASTM D4998测量的磨损不超过100mg,优选不超过50mg,并且根据CEC L-07(FZG A/8.3/90)测量的通过负载级为9或更高、10或更高、11或更高或12。
通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践,本公开的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。提供以下术语定义以便阐明如本文所用的某些术语的含义。
术语“齿轮油”、“齿轮流体”、“齿轮润滑剂”、“基础齿轮润滑剂”、“润滑油”、“润滑剂组合物”、“润滑组合物”、“润滑剂”和“润滑流体”是指包含主要量的如本文所讨论的基础油和次要量的如本文所讨论的添加剂组合物的成品润滑产品。这种齿轮流体用于极端压力情况下,例如用于具有金属对金属接触情况的变速器和齿轮传动部件,诸如用于变速器(手动或自动)和/或齿轮式差速器中。此类齿轮流体优选是卡特彼勒TO-4认证的齿轮流体。
如本文所用,术语“烃基取代基”或“烃基基团”以其普通含义使用,这是本领域技术人员熟知的。具体地,它是指具有直接与分子的其余部分连接的碳原子并且主要具有烃特性的基团。每个烃基基团独立地选自烃取代基和含有一个或多个卤素基团、羟基基团、烷氧基基团、巯基基团、硝基基团、亚硝基基团、氨基基团、吡啶基基团、呋喃基基团、咪唑基基团、氧和氮的取代的烃取代基,并且其中对于烃基基团中的每十个碳原子存在不超过两个非烃取代基。
如本文所用,除非另外明确说明,否则术语“按重量的百分比”或“重量%”或“重量百分比”意指所述组分占整个组合物的重量的百分比。除非另有说明,否则本文所有的百分数都是重量百分数。
本文所用的术语“可溶的”、“油溶性的”或“可分散的”可以但不一定指示化合物或添加剂是可溶的、可溶解的、可混溶的或能够以所有比例悬浮于油中。然而,前述术语确实意指它们例如在油中可溶、可悬浮、可溶解或可稳定分散至足以在采用油的环境中发挥其预期效果的程度。此外,如果需要的话,另外掺入其他添加剂也可允许掺入更高含量的特定添加剂。
如本文所采用,术语“烷基”是指约1个至约200个碳原子的直链、支链、环状和/或取代的饱和链部分。如本文所采用,术语“烯基”是指约3个至约30个碳原子的直链、支链、环状和/或取代的不饱和链部分。如本文所采用,术语“芳基”是指单环和多环芳族化合物,其可包括烷基、烯基、烷基芳基、氨基、羟基、烷氧基、卤素取代基和/或包括但不限于氮和氧的杂原子。
如本文所用,分子量通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用市售聚苯乙烯标准物(具有约180至约18,000的Mn作为校准参考物)测定。本文的任何实施方案的分子量(Mn)可用从Waters获得的凝胶渗透色谱法(GPC)仪器等仪器测得,并且用Waters Empower软件等软件处理数据。GPC仪器可以配备有Waters分离模块和Waters折射率检测器(或类似的任选设备)。GPC操作条件可以包括保护柱,4个安捷伦PLgel柱(长度为300×7.5mm;粒径为5μ,并且孔径范围为),柱温度为约40℃。未稳定化的HPLC级四氢呋喃(THF)可用作溶剂,流速为1.0mL/min。GPC仪器可用具有范围为500g/mol至380,000g/mol的窄分子量分布的市售聚苯乙烯(PS)标准物校准。对于质量小于500g/mol的样品,可以外推校准曲线。样品和PS标准物可溶解在THF中并且以0.1重量%至0.5重量%的浓度制备并且不经过滤即可使用。GPC测量也描述于US 5,266,223中,其以引用的方式并入本文中。GPC方法此外提供分子量分布信息;参见,例如,W.W.Yau、J.J.Kirkland和D.D.Bly,“现代尺寸排阻色谱法(Modern Size Exclusion Liquid Chromatography)”,John Wiley and Sons,New York,1979,其也以引用的方式并入本文。
应当理解,在整个本公开中,术语“包含”、“包括”、“含有”等被认为是开放式的,并且包括未明确列出的任何元素、步骤或成分。短语“基本上由……组成”意指包括任何明确列出的元素、步骤或成分以及不实质上影响本发明的基本和新颖方面的任何另外的元素、步骤或成分。本公开还考虑到,使用术语“包含”、“包括”、“含有”描述的任何组合物也被解释为包括“基本上由其具体列出的组分组成”或“由其具体列出的组分组成”的相同组合物的公开内容。
具体实施方式
配置用于适用于TO-4应用的传动系统、齿轮或轴的润滑剂需要在FZG齿轮磨损和擦伤测试等标准中的有效性能。FZG测试装置被配置为评估齿轮润滑剂有助于最小化或防止相互啮合的齿轮的润滑剂间隙处齿面上的磨损或擦伤的程度。通常,任何磨损或擦伤都会局部地发生在齿轮啮合接触的地方,并且取决于例如负载、圆周速度、油槽温度和/或润滑剂的添加剂选择。在齿轮的接触点处,当齿轮旋转时,表面可能短暂地接触并且然后分离,这在一些情况下可能导致磨损和/或擦伤。润滑剂的磨损和擦伤负载能力通常取决于添加剂选择和润滑剂形成保护膜的能力。
如本文的实施例所示,具有一定量的钙和锌的TO-4润滑剂在CEC L-07(FZG A/8.3/90)的低速FZG擦伤测试中趋于表现良好,但在ATSM D4998的低速FZG齿轮磨损测试中趋于提供弱性能,齿轮磨损太大。本文发现可将一定量的低分子量二醇和/或三醇化合物添加到TO-4润滑剂中,以同时在两个性能测试中令人惊讶地实现强性能。本文中的润滑剂适合用作变速器流体(即,手动变速器、自动变速器或双离合器变速器)的工业齿轮油、齿轮流体、轴流体、差速器流体和/或用于配置用于重载应用或基于TO-4的应用的润滑流体。
在本公开的一个方面中,具有TO-4认证的重载和/或越野润滑剂包含选定量的锌、钙和低分子量二醇或三醇化合物,它们的量在FZG擦伤和齿轮磨损测试中均有效实现通过性能。在方法中,TO-4润滑剂包含:一种或多种具有润滑粘度的基础油;至少约200ppm的由二烷基二硫代磷酸锌化合物提供的锌;提供约1,000ppm至约5,000ppm的金属的一种或多种含金属清净剂,所述金属选自钙、镁和/或钠并且由酚酯、磺酸酯、杯芳酯(calixarate)、柳芳酸酯(salixarate)、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的一种或多种C6至C30支链金属盐提供;不超过约300ppm的由一种或多种含氮无灰清净剂提供的氮;以及约0.01重量%至约3.5重量%的低分子量二醇或三醇化合物或它们的混合物。
二醇和/或三醇化合物
在一些实施方案或方法中,低分子量二醇或三醇化合物是C2至C3二醇或三醇化合物,并且更优选地,该化合物是三羟基丙烷,并且最优选地,该三羟基丙烷是非酯化的和/或在一些方法中可包括非酯化的三羟基丙烷的原位形成的盐。例如,合适的二醇和三醇化合物可包括丙二醇、乙二醇或丙三醇(即甘油)。在一些情况下,本文的润滑剂基本上不含酯化二醇或三醇,诸如基本上不含甘油单油酸酯(GMO),并且在这种情况下,润滑剂具有不超过0.1重量%的GMO、不超过0.05重量%的GMO或优选不含GMO。
还如实施例中所示,如果TO-4润滑剂包含太多的C2至C3二醇或三醇化合物,则该润滑剂可实现低齿轮磨损,但在过低的负载级额定值而不能实现擦伤性能。因此,本文的润滑剂优选地包含约0.01重量%至约3.5重量%的C2至C3二醇或三醇化合物,并且更优选约0.01重量%至约2重量%、或约0.02重量%至约2重量%、或约0.03重量%至约2重量%的C2或C3二醇或三醇化合物。优选地,本文的润滑剂包含0.01重量%至约3.5重量%的三羟基丙烷,并且更优选约0.01重量%至约2重量%、或约0.02重量%至约2重量%、或约0.03重量%至约2重量%的三羟基丙烷。
二烷基二硫代磷酸锌化合物
本文中的TO-4润滑剂还优选地包含一定量的一种或多种二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)化合物。一种或多种ZDDP化合物可改善TO-4流体组合物的摩擦和磨损性能,并且与低分子二醇或三醇化合物相容。
一种或多种ZDDP化合物可以基于变速器流体组合物的总重量约0.01重量%至约15重量%、或约0.01重量%至约10重量%、或约0.05重量%至约5重量%、或约0.1重量%至约3重量%、或约1至约2重量%的量存在于变速器流体组合物中。在其他方法中,ZDDP化合物以提供至少约200ppm锌的量提供,并且在其他方法中,约200ppm锌至约2,000ppm锌、或约500ppm锌至约1,800ppm锌、约500ppm锌至约1,500ppm锌、约600ppm至约1,200ppm锌、或约800ppm锌至约1,000ppm锌。
在实施方案中,一种或多种ZDDP化合物可以包括衍生自伯烷基醇、仲烷基醇或者伯烷基醇和仲烷基醇的组合的ZDDP化合物。用于制备一种或多种ZDDP化合物的伯烷基醇和仲烷基醇可以具有包含1至20个碳原子、或约1至约18个碳原子、或约1至约16个碳原子、或约2至约12个碳原子或约3至约10个碳原子的烷基基团。优选地,伯烷基醇在相对于羟基基团的β碳处具有支链。用于制备一种或多种ZDDP化合物的伯烷基醇和仲烷基醇的合适的示例包括正丙醇、异丙醇、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、正戊醇、戊醇、己醇、甲基异丁基甲醇、异己醇、正庚醇、异庚醇、辛醇、壬醇、癸醇、十一烷醇、十二烷醇、十三烷醇、十四烷醇、十五烷醇、十六烷醇、十七烷醇、十八烷醇、十九烷醇、二十烷醇、2-乙基己醇或它们的混合物。
在一些实施方案中,用于制备变速器流体组合物中的一种或多种ZDDP化合物的伯烷基醇与仲烷基醇的摩尔比可以为约100:0至0:100、或约100:0至50:50或100:0至60:40。在其他实施方案中,一种或多种ZDDP化合物可具有约1.08至约1.3、或约1.08至约1.2、或约1.09至约1.15的锌与磷的摩尔比。在一些实施方案中,一种或多种一种或多种ZDDP化合物可以用氧化锌来高碱性化。在一些实施方案中,一种或多种一种或多种ZDDP化合物的100摩尔%的烷基基团可以衍生自一种或多种伯醇基团。
在一些方法中,一种或多种ZDDP化合物可以是二烃基二硫代磷酸的油溶性盐,并且可以用式I表示:
其中R1和R2可以是相同的或不同的含有1至20个碳原子、或约1至18个碳原子、或约1至约16个碳原子、或约2至约12个碳原子或约3至约8个碳原子的烷基基团,并且包括诸如烷基和环烷基部分的部分。因此,所述部分可以是例如乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、戊基、正己基、异己基、4-甲基-戊基、正辛基、癸基、十二烷基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、2-乙基己基、十九烷基、二十烷基、2-乙基己基、环己基或甲基环戊基。
ZDDP化合物的每摩尔磷的碳原子总数的平均数可以通过将四个烷基基团R1和R2中的碳原子的求和除以二来计算。例如,对于单个ZDDP化合物,如果R1是C3-烷基基团并且R2是C6烷基基团,则碳原子总数为3+3+6+6=18。将其除以每摩尔ZDDP的两摩尔磷得到每摩尔磷的平均碳原子总数为9。对于含有一种或多种ZDDP化合物的组合物,每摩尔磷的平均碳原子总数(ATCP)可以根据下式由用于制备ZDDP化合物的醇计算:
ATCP=2*[(alc1的摩尔%*alc1中C原子数)+(alc2的摩尔%*alc2中
的C原子数)+(alc3中摩尔%*alc3中的C原子数)+…等等]
其中alc1、alc2和alc3各自代表用于制备ZDDP化合物的不同醇,并且摩尔%是存在于用于制备ZDDP化合物的反应混合物中的每种醇的摩尔百分比。“等等”表示如果使用三种以上的醇来制备ZDDP化合物,则该式可以扩展到包括反应混合物中存在的每一种醇。来自ZDDP中的R1和R2二者的平均碳原子总数大于2个碳原子每摩尔磷,并且在一个实施方案中在大于4至40个碳原子、或大于6至约20个碳原子、或大于6至约16个碳原子、或约6至约15个碳原子、或约9至约15个碳原子或约12个碳原子每摩尔磷的范围内。
二烷基二硫代磷酸锌化合物可以根据已知技术通过首先形成二烷基二硫代磷酸(DDPA)(通常通过一种或多种醇的反应),并且接着用锌化合物中和所形成的DDPA来制备。为了制备锌化合物,可以使用任何碱性或中性锌化合物,但通常采用氧化物、氢氧化物和碳酸盐。组分(i)的二烷基二硫代磷酸锌可以通过如美国专利7,368,596中描述的工艺的工艺制备。
本公开的润滑剂可包含作为碱性ZDDP添加剂的高碱性ZDDP添加剂。术语碱性ZDDP添加剂或等同表达在本文中用于描述其中金属取代基以化学计量比磷酸基团更大的量存在的那些锌盐。例如,正常或中性二硫代磷酸锌每两当量(即,2摩尔)二硫代磷酸锌具有两当量(即,l摩尔)锌,而碱性二有机二硫代磷酸锌每两当量二硫代磷酸具有多于两当量锌。
在一些实施方案中,可以用碱性锌化合物(诸如氧化锌)来进行高碱性化。为得到所需的高碱性化所需的碱性锌化合物的量不是关键的,而是在反应混合物中存在足够的锌化合物用于高碱性化反应。尽管它不是绝对必要的,但已经发现如果使用比反应所需量略过量的锌化合物,则反应以更令人满意的方式进行。所述过量应保持在从最终产物中除去大量固体所必需的最低水平。通常,锌化合物的任何过量不应超过约10重量%至约15重量%。
清净剂
本文中的TO-4流体组合物可包含一种或多种中性、低碱性或高碱性清净剂,或它们的任何混合物,并且优选地包含一种或多种高碱性清净剂,其包含酚酯、磺酸酯、杯芳酯、柳芳酸酯、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的支链聚烯烃取代的金属盐。合适的清净剂及其制备方法更详细地描述于多个专利公开中,包括US 7,732,390和其中引用的参考文献。例如,一种或多种清净剂可以是高碱性支链磺酸钙清净剂。如实施例中所示,直链清净剂不适于实现TO-4标准所需的摩擦性能。
在优选的实施方案或方法中,一种或多种含金属清净剂包含支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐。支链聚烯烃可衍生自具有至少3个碳原子、至少4个碳原子(优选4至100个碳原子、4至40个碳原子或4至20个碳原子)的支链烯烃,并且其中支链聚烯烃可具有约100至约1,000(更优选约150至约800)的数均分子量。
在一些方法中,适于在本文的清净剂中使用的支链聚烯烃基团的示例包括衍生自具有至少4个碳原子、或至多12个碳原子、或至多8个碳原子、或至多6个碳原子的支链烯烃诸如C4-C6支链烯烃的聚烯烃基团。合适的支链烯烃包括异丁烯(2-甲基丙烯)、2-甲基丁烯、2-乙基-1-丁烯、2-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-l-戊烯、2-甲基-3-甲基-1-戊烯、2-乙基-1-戊烯、3-乙基-1-戊烯、2-甲基-1-己烯、3-甲基-1-己烯、2-乙基-1-己烯、3-乙基-1-己烯、4-乙基-1-己烯、2-甲基-1-庚烯、3-甲基-1-庚烯、2-甲基-1-辛烯、2-甲基-1-壬烯、2-甲基-1-癸烯、2-甲基-1-十一碳烯以及它们的混合物。每个聚烯烃基团可衍生自至少一个、至少两个、或至少三个、或至少四个、或至多二十个、或至多十八个、或至多十二个支链烯烃单体单元,以形成具有来自主链的至少两个、或至少三个、或至少四个支链的链。在一个实施方案中,聚烯烃包含衍生自至少四个、或至少五个、或至多十八个、或至多八个、或至多七个、或至多六个支链烯烃单元的链。支链烯烃可以在α或β位支化,或进一步沿着最长链支化。
在一些方法中,本文清净剂的支链聚烯烃可以是具有6至50个碳原子、或至少10个碳原子、或至少12个碳原子、或至少14个碳原子、或至少16个碳原子、或至少18个碳原子、或至少20个碳原子、或至少24个碳原子、或至多50个碳、至多40个碳原子、或至多35个碳原子、或至多30个碳原子的聚烯烃。支链聚烯烃基团可具有至少150、或至少200、或至少300、或至多800、或至多600、或至多500、或至多400、或至多360的数均分子量Mn。
在其他方法中,支链聚烯烃可衍生自具有约4至约50个碳(优选6至30个碳)的异构化烯烃或异构化正α烯烃,并且在一些方法中,异构化水平为约0.1至约0.4。如所理解的,正α-烯烃是指在烃链的α或伯位上存在碳-碳双键的直链、非支链烃。异构化的正α-烯烃是指已经经受异构化条件的α烯烃,所述异构化条件导致存在的烯烃物质的分布改变和/或沿着烷基链引入支化。异构化烯烃产物可通过将含有约6至约40个碳原子、或约20至约28个碳原子、或约20至约24个碳原子的直链α烯烃异构化而获得。在一些方法中,本文支链清净剂的正α烯烃的异构化水平为约0.10至约0.40、或约0.10至约0.30、或约0.12至约0.30、或约0.22至约0.30。
在一种方法中,异构化水平可以通过NMR方法(诸如氢-1(1H)NMR)测量。通常,异构化水平表示连接至亚甲基主链基团(-CH2-)(例如,化学位移在1.01ppm-1.38ppm之间)的甲基(CH3)(例如,化学位移0.30ppm-1.01ppm)的相对量,并且其中异构化水平由式m/(m+n)确定,其中m是甲基的NMR积分并且n是亚甲基的NMR积分。
在其他方法中,清净剂基质可以用碱金属或碱土金属(诸如,但不限于钙、镁、钾、钠、锂、钡或它们的混合物)来盐化。在一些实施方案中,清净剂不含钡。在一些实施方案中,清净剂可以含有痕量的其他金属,诸如镁或钙,诸如50ppm或更少、40ppm或更少、30ppm或更少、20ppm或更少、或10ppm或更少的量。合适的清净剂可以包括石油磺酸和长链单或二烷基芳基磺酸的碱金属或碱土金属盐,其中芳基基团为苯甲基、甲苯基和二甲苯基。合适的清净剂的示例包含但不限于苯酚钙、含硫苯酚钙、磺酸钙、杯芳烃醇钙、水杨酸醇钙、水杨酸钙、羧酸钙、磷酸钙、单和/或二硫代磷酸钙、烷基酚钙、硫偶联的烷基苯酚钙化合物、亚甲基桥接酚钙、苯酚镁、含硫苯酚镁、磺酸镁、杯芳烃醇镁、水杨酸醇镁、水杨酸镁、羧酸镁、磷酸镁、单和/或二硫代磷酸镁、烷基酚镁、硫偶联烷基苯酚镁化合物、亚甲基桥接酚镁、苯酚钠、含硫苯酚钠、磺酸钠、杯芳烃醇钠、水杨酸醇钠、水杨酸钠、羧酸钠、磷酸钠、单和/或二硫代磷酸钠、烷基酚钠、硫偶联的烷基苯酚钠化合物,或亚甲基桥接酚钠。
高碱性清净剂添加剂是本领域熟知的并且可以是碱金属或碱土金属高碱性清净剂添加剂。这类清净剂添加剂可通过使金属氧化物或金属氢氧化物与基质和二氧化碳气体反应来制备。基质通常为酸,例如以下酸:如被脂肪族取代的磺酸、被脂肪族取代的羧酸或被脂肪族取代的酚。
术语“高碱性”涉及金属盐,如具有磺酸、羧酸和酚的金属盐,其中存在的金属量超过化学计算量。这类盐可具有超过100%的转化水平(即,它们可包含大于将酸转化为其“正常”、“中性”盐所需的金属的理论量的100%)。表达“金属比率”通常缩写为MR,其用于表示根据已知化学反应性和化学计量,在高碱性盐中金属的总化学当量与中性盐中金属的化学当量的比率。在正常或中性盐中,金属比率是一,而在高碱性盐中,MR大于一。它们通常被称为高碱性、超碱性或超级碱性盐,并且可为有机硫酸、羧酸、或酚的盐。
在方法中,支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐具有根据ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN)。在其他方法中,本文中变速器流体的高碱性清净剂的基于无油的总碱值(TBN)可以为约200mg KOH/g或更大,或如其他示例,为约250mg KOH/g或更大、或约350mg KOH/g或更大、或约375mg KOH/g或更大、或约400mg KOH/g或更大,如通过ASTM D-2896的方法所测量。当此类清净剂组合物在惰性稀释剂(例如工艺用油,通常为矿物油)中形成时,总碱值反映整体组合物的碱度,该组合物包括稀释剂和清净剂组合物中可含有的任何其他材料(例如促进剂等)。
合适的高碱性清净剂的示例包括但不限于:高碱性酚钙、高碱性含硫酚钙、高碱性磺酸钙、高碱性杯芳酸钙、高碱性柳芳酸钙、高碱性水杨酸钙、高碱性羧酸钙、高碱性磷酸钙、高碱性单硫代磷酸钙和/或二硫代磷酸钙、高碱性烷基酚钙、高碱性硫偶联烷基酚钙化合物、高碱性亚甲基桥连酚钙、高碱性酚镁、高碱性含硫酚镁、高碱性磺酸镁、高碱性杯芳酸镁、高碱性柳芳酸镁、高碱性水杨酸镁、高碱性羧酸镁、高碱性磷酸镁、高碱性单硫代磷酸镁和/或二硫代磷酸镁、高碱性烷基酚镁、高碱性硫偶联烷基酚镁化合物、或高碱性亚甲基桥连酚镁。优选的清净剂是支链高碱性磺酸钙清净剂。
例如,磺酸钙清净剂可以是具有约200mg KOH/g或更大、或约250mg KOH/g或更大、或约300mg KOH/g或更大、或约350mg KOH/g或更大、或约375mg KOH/g或更大或约400mgKOH/g或更大的总碱值(TBN)的基于无油的高碱性支链磺酸钙清净剂,如通过ASTM D-2896的方法所测量。
支链清净剂、并且特别是支链磺酸钙可基于变速器流体组合物的总重量为变速器流体组合物提供约1,000ppm的钙并且在其他方法中约1,000ppm至约5,000ppm的钙、或约2,250ppm的钙至约4,500ppm的钙、或约2,500ppm的钙至约4,000ppm的钙、或约2,750ppm的钙至约3,750ppm的钙的量存在。在一些方法中,支链磺酸钙清净剂可具有1.1:1、或2:1、或4:1、或5:1、或7:1、或10:1或更大的金属与基质的比率。在其他方法中,支链清净剂可以约0.1重量%至约10重量%、或约0.1重量%至约8重量%、或约1重量%至约4重量%、或大于约4重量%至约8重量%存在。
基础油
在一种方法中,在本文的TO-4润滑组合物或齿轮流体中使用的合适基础油包括矿物油、合成油,并且包括所有常见的矿物油基础油料。矿物油可以是环烷油或石蜡油。在方法或实施方案中,本文中TO-4重载或工业齿轮油的粘度可在约5cSt至约50cSt、或约6cSt至约40cSt、或约6cSt至约30cSt、或约6cSt至约22cSt的KV100(ASTM 445)范围内。矿物油可以通过常规方法使用酸、碱和粘土或其他试剂诸如氯化铝来精制,或者可以是提取的油,例如通过用溶剂诸如苯酚、二氧化硫、糠醛或二氯二乙醚进行溶剂萃取来生产。矿物油可以经过加氢处理或加氢精制、通过冷却或催化脱蜡工艺脱蜡,或加氢裂化,诸如来自SKInnovation Co.,Ltd.(韩国首尔(Seoul,Korea))的系列加氢裂化基础油。矿物油可以由天然原油来源生产或由异构化的蜡材料或其他精制过程的残余物组成。
本文中用于组合物的基础油或具有润滑粘度的基础油可选自用于传动系统或齿轮油应用的任何合适的基础油。示例包括如《美国石油协会(API)基础油互换性指南(American Petroleum Institute(API)Base Oil Interchangeability Guidelines)》中指定的I-V类中的基础油。这三类基础油如下:
表1:基础油类型
第I类、第II类和第III类是矿物油加工原料,可优选用于本申请的传动系统或齿轮流体。应当注意,尽管第III类基础油衍生自矿物油,但这些流体经历的严格加工导致它们的物理性质非常类似于一些真正的合成油,诸如PAO。因此,衍生自第III类基础油的油在工业中可称为合成流体。合适的油可以衍生自加氢裂解、氢化、加氢精制、未精制、精制和再精制油以及其混合物。在一些方法中,基础油可以是第I类油和第II类油的共混物,并且共混物可以是约0%至约100%的第I类油、约0%至约100%的第II类油、约0%至约100%的第III类油,或第I类和第II类、第I类和第III类的各种共混物,或第II类和第III类油共混物。
未精制油是衍生自天然、矿物或合成来源的那些油,没有或几乎没有进一步纯化处理。精制油类似于未精制油,不同之处在于它们经过了一个或多个纯化步骤的处理,这可能会导致一种或多种特性的改善。合适的纯化技术的示例是溶剂萃取、二次蒸馏、酸或碱萃取、过滤、渗滤等。精制到可食用品质的油可能有用也可能没用。食用油也可以称为白油。在一些实施方案中,润滑油组合物不含食用油或白油。
再精制油也称作再生油或再加工油。类似于精制油,使用相同或类似的加工获得这些油。通常这些油通过针对于去除废添加剂和油分解产物的技术进一步加工。
矿物油可包括通过钻井获得的油或来自植物和动物的油或它们的任何混合物。例如,此类油可包括但不限于蓖麻油、猪油、橄榄油、花生油、玉米油、大豆油和亚麻籽油,以及矿物润滑油,诸如液体石油和溶剂处理或酸处理的链烷、环烷或混合链烷-环烷类型的矿物润滑油。如果需要,此类油可部分或完全氢化。来源于煤或页岩的油也可以是适用的。
本文的齿轮流体中包括的大量基础油可选自以下组成的组:第I类、第II类、第III类以及前述中的两种或更多种的组合,并且其中大量基础油不是由在组合物中提供添加剂组分或粘度指数改进剂而产生的基础油。在另一个实施方案中,润滑组合物中包括的大量基础油可选自由以下组成的组:第I类、第II类以及前述中的两种或更多种的组合,并且其中大量基础油不是由在组合物中提供添加剂组分或粘度指数改进剂而产生的基础油。
基础油也可以是任何合成基础油。有用的合成润滑油可包括烃油,诸如聚合的、低聚的或共聚的烯烃(例如,聚丁烯、聚丙烯、丙烯异丁烯共聚物);聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、1-癸烯的三聚物或低聚物,例如聚(1-癸烯),此类材料通常被称为α-烯烃,以及它们的混合物;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);聚苯(例如联苯、三联苯、烷基化聚苯);二苯基烷烃、烷基化二苯基烷烃、烷基化二苯基醚和烷基化二苯基硫化物及其衍生物、类似物和同系物或它们的混合物。聚α-烯烃通常是氢化材料。
其他合成润滑油包括含磷酸的多元醇酯、二酯、液体酯(例如,磷酸甲苯、磷酸三辛酯和癸烷膦酸的二乙酯)或聚四氢呋喃。合成油可以通过费舍尔-托普希反应(Fischer-Tropschreaction)产生并且通常可以是加氢异构化的费舍尔-托普希烃或蜡。在一个实施方案中,油可通过费托气液合成程序以及其他气液油制备。
在本文的组合物中,具有润滑粘度的基础油的量可以是从100重量%中减去性能添加剂的量之和后剩余的余量。例如,可存在于成品流体中的润滑粘度的油可以是“主要量”,诸如大于约50重量%、大于约60重量%、大于约70重量%、大于约80重量%、大于约85重量%、大于约90重量%或大于约95重量%。
在一些方法中,优选的基础油或润滑粘度的基础油具有小于约25ppm的硫、大于约120ppm的粘度指数以及在约100℃处约2cSt至约8cSt的运动粘度。在其他方法中,润滑粘度的基础油具有小于约25ppm的硫、大于120的粘度指数以及在100℃处约4cSt的运动粘度。基础油可具有大于40%、大于45%、大于50%、大于55%或大于90%的CP(链烷烃碳含量)。基础油可具有小于5%、小于3%或小于1%的CA(芳族碳含量)。基础油可以具有小于60%、小于55%、小于50%或小于50%且大于30%的CN(环烷碳含量)。基础油可具有的1环环烷与2-6环环烷的比率小于2或小于1.5或小于1。
本文的合适的传动系统、变速器或齿轮润滑剂组合物可包含以下表2中列出的范围内的添加剂组分。
表2:合适和优选的传动系统或齿轮流体组合物
组分 重量%(合适的实施方案) 重量%(其他实施方案)
ZDDP 0.1-5.0 1.0-1.5
含支链金属的清净剂 0.5-5.0 2.0-4.0
二醇/三醇化合物 0.01-3.5 0.01-2.0
抗氧化剂 0.1-5.0 0.01-4.0
清净剂 0.0-15.0 1.0-8.0
腐蚀抑制剂 0.0-5.0 0.1-3.0
不含灰分的磷化合物 0.0-15.0 0.1-5.0
消泡剂 0.0-1.0 0.001-0.5
抗磨剂 0.0-1.0 0.0-0.8
降凝剂 0.0-1.0 0.01-0.5
粘度指数改进剂 0.0-20.0 0.1-10.0
分散剂 0.0-10.0 1.0-6.0
分散剂粘度指数改进剂 0.0-10.0 0.0-5.0
摩擦改性剂 0.0-10.0 0.01-4.0
极压剂 0.0-1.05 0.035-0.35
基础油 余量 余量
总计 100 100
基于总最终添加剂或润滑油组合物的重量,以上每种组分的百分比表示每种组分的重量百分比。润滑油组合物的其余部分由一种或多种基础油或溶剂组成。用于配制本文所描述的组合物的添加剂可以单独地或以各种子组合形式掺合到基础油或溶剂中。然而,使用添加剂浓缩物(即,添加剂加稀释剂,诸如烃溶剂)同时共混所有组分可以是合适的。
可配制本文所述的润滑组合物以针对各种应用提供润滑、增强的摩擦性能和改善的铜腐蚀。本文的传动系统润滑组合物可用于润滑机器零件,诸如齿轮。根据本公开的润滑流体可用于齿轮应用,诸如工业齿轮应用、汽车齿轮应用、车轴和固定齿轮箱。齿轮类型可以包括但不限于正齿轮、螺旋齿轮、蜗杆齿轮、齿条齿轮、渐开线齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮、行星齿轮和准双曲面齿轮,以及限滑应用和差速器。本文公开的传动系统润滑组合物也适用于自动或手动变速器,包括有级自动变速器、无级变速器、半自动变速器、自动手动变速器、环形变速器和双离合器变速器。本文的传动系统润滑组合物特别适用于车轴、分动箱、差速器,诸如直差速器、转向差速器、限滑差速器、离合器型差速器和锁止式差速器等。
任选的添加剂
在其他方法中,包含上述此类添加剂的润滑剂还可包含一种或多种任选组分,只要此类组分及其量不影响如以上段落中所述的性能特征即可。这些任选的部件在以下段落中进行了描述。
含磷化合物
本文的润滑剂组合物可包含一种或多种可赋予流体抗磨益处的含磷化合物。一种或多种含磷化合物在润滑油组合物的存在量为润滑油组合物的约0重量%至约15重量%、或约0.01重量%至约10重量%、或约0.05重量%至约5重量%、或约0.1重量%至约3重量%的范围。含磷化合物可向润滑剂组合物提供至多5000ppm的磷、或约50至约5000ppm的磷、或约300至约1500ppm的磷、或至多600ppm的磷、或至多900ppm的磷。
一种或多种含磷化合物可包括无灰含磷化合物。合适的含磷化合物的示例包括但不限于硫代磷酸盐、二硫代磷酸盐、磷酸盐、磷酸酯,磷酸盐酯,亚磷酸盐,膦酸盐,含磷的羧酸酯、醚或它们的酰胺盐和它们的混合物。含磷抗磨剂在欧洲专利0612839中有更充分的描述。
应注意,术语膦酸酯和亚磷酸酯在润滑剂工业中经常互换使用。例如,膦酸氢二丁酯通常被称为亚磷酸氢二丁酯。本发明润滑剂组合物包含可被称为亚磷酸酯或膦酸酯的含磷化合物在本发明的范围内。
在任何上述含磷化合物中,该化合物可具有约5重量%至约20重量%的磷、或约5重量%至约15重量%的磷、或约8重量%至约16重量%的磷、或约6重量%至约9重量%的磷。
将含磷化合物与上述分散剂组合加入润滑剂组合物中出乎意料地赋予润滑剂组合物以正摩擦特性,诸如低摩擦系数。在某些情况下,本发明的效果甚至在含磷化合物本身赋予流体负摩擦特性的情况下更加显著。当这些相对较差的降低摩擦的含磷化合物与本文所述的烯烃共聚物分散剂组合时,润滑剂组合物具有改进的即较低的摩擦系数。即,本文的分散剂倾向于将包含具有相对较差的摩擦系数的含磷化合物的流体转变成具有改善的摩擦性能的流体。
包含本文所述的含磷化合物和烯烃共聚物分散剂的润滑组合物的摩擦性能的这种改善是令人惊讶的,因为流体的摩擦性能优于含磷化合物与其他类型的分散剂的组合,包括不具有上述共聚物的指定特性的聚异丁烯琥珀酰亚胺分散剂和烯烃共聚物琥珀酰亚胺分散剂。
当与本文的烯烃共聚物分散剂组合时,赋予润滑组合物改善的摩擦特性的另一种类型的含磷化合物是无灰(不含金属)的含磷化合物。
在一些实施方案中,无灰含磷化合物可以是二硫代磷酸二烷基酯、磷酸戊酯、磷酸二戊酯、膦酸氢二丁酯、十八烷基膦酸二甲酯、它们的盐以及它们的混合物。
无灰含磷化合物可以具有下式:
其中R1是S或O;R2是-OR、-OH或-R";R3是-OR"、-OH或SR”'C(O)OH;R4是-OR”;R”'是C1至C3支链或直链烷基链;并且R”是C1至C18烃基链。当含磷化合物具有式XIV所示的结构时,该化合物可具有约8至约16重量%的磷。
在一些实施方案中,润滑剂组合物包含式XIV的含磷化合物,其中R1是S;R2是-OR”;R3是S R”'COOH;R4是-OR”;R”'是C3支链烷基链;R”是C4;并且其中含磷化合物以向润滑剂组合物递送80ppm至900ppm的磷的量存在。
在另一个实施方案中,润滑剂组合物包含式XIV的含磷化合物,其中R1是O;R2是-OH;R3是-OR”或-OH;R4是-OR”;R”是C5;并且其中含磷化合物以向润滑剂组合物递送80ppm至1500ppm的磷的量存在。
在另外的实施方案中,润滑剂组合物包含式XIV的含磷化合物,其中R1是O;R2是OR”;R3是H;R4是-OR”;R”是C4;并且其中一种或多种含磷化合物以向润滑剂组合物递送80ppm至1550ppm的磷的量存在。
在其他实施方案中,润滑剂组合物包含式XIV的含磷化合物,其中R1是O;R2是-R”;R3是-OCH3或-OH;R4是-OCH3;R”是C18;并且其中一种或多种含磷化合物以向润滑剂组合物递送80ppm至850ppm的磷的量存在。
在一些实施方案中,含磷化合物具有式XIV所示的结构,并向润滑剂组合物中输送约80ppm至约4500ppm的磷。在其他实施方案中,含磷化合物的存在量为向润滑剂组合物输送约150ppm至约1500ppm的磷、或约300ppm至约900ppm的磷、或约800ppm至1600ppm的磷、或约900ppm至约1800ppm的磷。
抗磨剂
润滑剂组合物还可包含为不含磷化合物的其他抗磨剂。这种抗磨剂的示例包括硼酸酯、硼酸酯环氧化物、硫代氨基甲酸酯化合物(包括硫代氨基甲酸酯、亚烷基偶联的硫代氨基甲酸酯和双(S-烷基二硫代氨基甲酰基)二硫化物、硫代氨基甲酸酯酰胺、硫代氨基甲酸酯醚、亚烷基偶联的硫代氨基甲酸酯和双(S-烷基二硫代氨基甲酰基)二硫化物及其混合物)、硫化的烯烃、十三烷基己二酸酯、钛化合物和羟基羧酸的长链衍生物,诸如酒石酸酯衍生物、酒石酰胺、酒石酰亚胺、柠檬酸盐及其混合物。合适的硫代氨基甲酸酯化合物是二硫代氨基甲酸钼。合适的酒石酸酯衍生物或酒石酰亚胺可含有烷基酯基团,其中烷基基团上的碳原子总数可以是至少8。酒石酸酯衍生物或酒石酰亚胺可含有烷基酯基团,其中烷基基团上的碳原子总数可以是至少8。在一个实施方案中,抗磨剂可包括柠檬酸酯。额外的抗磨剂可以在包括润滑油组合物的约0重量%至约15重量%、或约0.01重量%至约10重量%、或约0.05重量%至约5重量%、或约0.1重量%至约3重量%的范围内存在。
极压剂
本公开的润滑剂组合物还可包含其他极压剂,只要本文的润滑组合物包括本文所述的注明的量和分布。任选的极压剂可含有硫,并且可含有至少12重量%的硫。在一些实施方案中,添加到润滑油中的极压剂足以向润滑剂组合物提供至少350ppm的硫、500ppm的硫、760ppm的硫、约350ppm至约2,000ppm的硫、约2,000ppm至约30,000ppm的硫、或约2,000ppm至约4,800ppm的硫、或约4,000ppm至约25,000ppm的硫。
多种含硫极压剂是合适的,并且包括硫化的动物或植物脂肪或油、硫化的动物或植物脂肪酸酯、磷的三价或五价酸的完全或部分酯化的酯、硫化的烯烃(参见例如美国专利号2,995,569;3,673,090;3,703,504;3,703,505;3,796,661;3,873,454 4,119,549;4,119,550;4,147,640;4,191,659;4,240,958;4,344,854;4,472,306;和4,711,736)、二烃基多硫化物(参见例如美国专利号2,237,625;2,237,627;2,527,948;2,695,316;3,022,351;3,308,166;3,392,201;4,564,709;和英国1,162,334)、官能取代的二烃基多硫化物(参见例如美国专利号4,218,332)和多硫化物烯烃产物(参见例如美国专利号4,795,576)。其他合适的示例包括选自硫化烯烃、含硫的氨基杂环化合物、5-二巯基-1,3,4-噻二唑、具有大部分S3和S4硫化物的多硫化物、硫化脂肪酸、硫化支链烯烃、有机多硫化物及其混合物的有机硫化合物。
在一些实施方案中,极压剂以至多约3.0重量%或至多约5.0重量%的量存在于润滑组合物中。在其他实施方案中,基于全部润滑剂组合物,极压剂以约0.05重量%至约0.5重量%存在。在其他实施方案中,基于全部润滑剂组合物,极压剂以约0.1重量%至约3.0重量%存在。在其他实施方案中,基于全部润滑剂组合物,极压剂以约0.6重量%至约1重量%的量存在。在另外的实施方案中,基于全部润滑剂组合物,清净剂以约1.0重量%的量存在。
一类合适的极压剂是由一种或多种下式表示的化合物组成的多硫化物:Ra-Sx-Rb,其中Ra和Rb是烃基基团,每个烃基基团可包含1至18并且在其他方法中3至18个碳原子,x可以在2至8的范围内,通常在2至5的范围内,尤其是3。在某些方法中,x是3到5的整数,其中x的30%到60%是3或4的整数。烃基基团可以具有广泛不同的类型,诸如烷基、环烷基、烯基、芳基或芳烷基。可以使用叔烷基多硫化物,诸如二叔丁基三硫化物,和包含二叔丁基三硫化物的混合物(例如,主要或全部由三、四和五硫化物组成的混合物)。其他有用的二烃基多硫化物的示例包括二戊基多硫化物、二壬基多硫化物、十二烷基多硫化物和二苄基多硫化物。
另一类合适的极压剂是通过使诸如异丁烯的烯烃与硫反应而制得的硫化异丁烯。硫化异丁烯(SIB),特别是硫化聚异丁烯,通常具有按重量计约10%至约55%、期望地约30%至约50%的硫含量。多种其他烯烃或不饱和烃,例如异丁烯二聚体或三聚体,可用于形成硫化烯烃极压剂。现有技术中已经公开了用于制备硫化烯烃的各种方法。参见例如授予Myers的美国专利号3,471,404;授予Papay等人的美国专利号4,204,969;授予Zaweski等人的美国专利号4,954,274;授予DeGonia等人的美国专利号4,966,720;和授予Horodysky等人的美国专利号3,703,504,所述专利中的每一者以引用的方式并入本文。
用于制备硫化烯烃的方法,包括上述专利中公开的方法,通常包括形成通常称为“加合物”的材料,其中烯烃与卤化硫例如一氯化硫反应。然后使加合物与硫源反应以提供硫化烯烃。硫化烯烃的质量通常通过各种物理性质来测量,包括例如粘度、硫含量、卤素含量和铜腐蚀测试失重。美国专利号4,966,720涉及在润滑油中用作极压添加剂的硫化烯烃,并涉及用于其制备的两步反应。
抗氧化剂
本文中的润滑油组合物还可任选地含有一种或多种抗氧化剂。抗氧化剂化合物是已知的,并且包含例如酚盐、酚盐硫化物、硫化烯烃、磷硫化萜、硫化酯、芳族胺、烷基化二苯胺(例如,壬基二苯胺、二壬基二苯胺、辛基二苯胺、二辛基二苯胺)、苯基-α-萘胺、烷基化苯基-α-萘胺、受阻非芳香族胺、酚、受阻酚、油溶性钼化合物、大分子抗氧化剂或其混合物。抗氧化剂化合物可单独或组合使用。
受阻酚抗氧化剂可含有仲丁基和/或叔丁基作为空间受阻基团。酚基可以进一步被烃基基团和/或连接到第二芳族基团的桥连基团取代。合适的受阻酚抗氧化剂的示例包括2,6-二-叔丁基酚、4-甲基-2,6-二-叔丁基酚、4-乙基-2,6-二-叔丁基酚、4-丙基-2,6-二-叔丁基酚或4-丁基-2,6-二-叔丁基酚、或4-十二基-2,6-二-叔丁基酚。在一个实施方案中,受阻酚抗氧化剂可以是酯并且可以包括例如可从巴斯夫(BASF)购得的L-135或衍生自2,6-二叔丁基苯酚和丙烯酸烷酯的加成产物,其中烷基基团可以含有约1至约18、或约2至约12、或约2至约8、或约2至约6、或约4个碳原子。另一种可商购的受阻酚抗氧化剂可为酯,并且可以包括可从雅保公司(Albemarle Corporation)购得的/>4716。
有用的抗氧化剂可包括二芳基胺和酚。在一个实施方案中,润滑油组合物可以含有二芳基胺与苯酚的混合物,使得每种抗氧化剂可以足以提供基于润滑剂组合物的重量至多约5重量%的量存在。在一个实施方案中,基于润滑剂组合物,抗氧化剂可以是约0.3重量%至约1.5重量%的二芳基胺和约0.4重量%至约2.5重量%的苯酚的混合物。
可硫化以形成硫化烯烃的合适烯烃的示例包括丙烯、丁烯、异丁烯、聚异丁烯、戊烯、己烯、庚烯、辛烯、壬烯、癸烯、十一烯、十二烯、十三烯、十四烯、十五烯、十六烯、十七烯、十八烯、十九烯、二十烯或其混合物。在一个实施方案中,十六烯、十七烯、十八烯、十九烯、二十烯或其混合物,以及其二聚物、三聚物以及四聚物是特别适用的烯烃。另选地,烯烃可以是二烯(诸如1,3-丁二烯)与不饱和酯(诸如丙烯酸丁酯)的狄尔斯-阿尔德加合物(Diels-Alder adduct)。
另一类硫化烯烃包括硫化脂肪酸及其酯。脂肪酸通常获自植物油或动物油且通常含有约4至约22个碳原子。合适脂肪酸及其酯的示例包括甘油三酯、油酸、亚油酸、棕榈油酸或其混合物。通常,脂肪酸获自猪油、松油、花生油、大豆油、棉籽油、葵花籽油或其混合物。脂肪酸和/或酯可以与烯烃(诸如α-烯烃)混合。
该一种或多种抗氧化剂可存在于润滑油组合物的约0重量%至约20重量%、或约0.1重量%至约10重量%、或约1重量%至约5重量%的范围中。
分散剂
润滑剂组合物中含有的分散剂可包括但不限于具有能够与待分散的颗粒缔合的官能团的油溶性聚合烃主链。通常,分散剂包含通常经由桥连基团连接到聚合物主链上的胺、醇、酰胺或酯极性部分。分散剂可选自如美国专利号3,634,515、3,697,574和3,736,357中所述的曼尼希分散剂;如美国专利号4,234,435和4,636,322中所述的无灰琥珀酰亚胺分散剂;如美国专利号3,219,666、3,565,804和5,633,326中所述的胺分散剂;如美国专利号5,936,041、5,643,859和5,627,259中所述的科赫分散剂以及如美国专利号5,851,965;5,853,434;和5,792,729。
在一些实施方案中,额外分散剂可衍生自聚α-烯烃(PAO)琥珀酸酐、烯烃顺丁烯二酸酐共聚物。作为一个示例,额外分散剂可被描述为聚-PIBSA。在另一个实施方案中,额外分散剂可衍生自与乙烯-丙烯共聚物接枝的酸酐。另一种额外分散剂可为高分子量酯或半酯酰胺。
分散剂通常称为无灰型分散剂,因为在混入润滑油组合物之前,其不含有形成灰分的金属,并且当添加至润滑剂中时,其通常不提供任何灰分。无灰型分散剂的特征在于极性基团连接到相对较高分子量烃链。典型的无灰分散剂包括N-取代的长链烯基琥珀酰亚胺。N-取代的长链烯基琥珀酰亚胺的示例包括聚异丁烯琥珀酰亚胺,其中,如GPC所测量,聚异丁烯取代基的数均分子量在约350到约50,000或到约5,000或到约3,000的范围内。琥珀酰亚胺分散剂及其制备公开于例如美国专利号7,897,696或美国专利号4,234,435中。烯基取代基可以由含有约2到约16、或约2到约8、或约2到约6个碳原子的可聚合单体制备。琥珀酰亚胺分散剂通常是由多胺,通常是聚(亚乙基胺)形成的酰亚胺。
优选的胺选自多胺和羟胺。可以使用的多胺的示例包括但不限于二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)和更高的同系物,诸如五乙胺六胺(PEHA)等。
合适的重质多胺为包含少量低级多胺寡聚物(诸如TEPA和PEHA(五亚乙基六胺)但主要是每分子具有6个或更多个氮原子、2个或更多个伯胺和比常规多胺混合物更广泛支化的寡聚物的聚亚烷基-多胺的混合物。重质多胺优选地包括每分子含有7个或更多个氮并且每分子具有2个或更多个伯胺的多胺寡聚物。重质多胺包含大于28重量%(例如>32重量%)的总氮和120-160克/当量的伯胺基团的当量重量。
在一些方法中,合适的多胺通常被称为PAM,并且含有亚乙基胺的混合物,其中TEPA和五亚乙基六胺(PEHA)是多胺的主要部分,通常少于约80%。
通常,PAM具有每克8.7-8.9毫当量的伯胺(每当量伯胺的当量重量为115克至112克)和约33重量%-34重量%的总氮含量。几乎没有TEPA且仅含极少量PEHA但主要含有具有大于6个氮和更广泛支化的寡聚物的PAM寡聚物的重馏分可产生具有改进分散性的分散剂。
在一个实施方案中,本公开还包含至少一种聚异丁烯琥珀酰亚胺分散剂,其衍生自数均分子量在约350到约50,000或到约5000或到约3000范围内的聚异丁烯,如通过GPC所测定。聚异丁烯琥珀酰亚胺可以单独或与其他分散剂组合使用。
在一些实施方案中,聚异丁烯(当被包括时)可具有大于50mol%、大于60mol%、大于70mol%、大于80mol%或大于90mol%含量的末端双键。这类PIB也被称为高度反应性PIB(“HR-PIB”)。如通过GPC所测定,数均分子量在约800到约5000范围内的HR-PIB适用于本公开的实施方案。常规PIB通常具有小于50mol%、小于40mol%、小于30mol%、小于20mol%或小于10mol%含量的末端双键。
如通过GPC所测定,数均分子量在约900到约3000范围内的HR-PIB可为合适的。这类HR-PIB是可商购的或可以通过在非氯化催化剂(诸如三氟化硼)存在下聚合异丁烯来合成,如在Boerzel等人的美国专利号4,152,499和Gateau等人的美国专利号5,739,355中所描述。当用于前述热烯反应中时,由于增强的反应性,HR-PIB可以提高反应中的转化率,以及降低沉降物形成量。合适的方法描述于美国专利号7,897,696中。
在一个实施方案中,本公开还包含至少一种衍生自聚异丁烯琥珀酸酐(“PIBSA”)的分散剂。PIBSA平均每聚合物可具有约1.0和约2.0之间的琥珀酸部分。
可使用色谱技术确定烯基或烷基琥珀酸酐的活性%。这种方法描述于美国专利号5,334,321的第5栏和第6栏中。使用美国专利号5,334,321的第5列和第6列中的等式,由活性%计算聚烯烃的转化百分比。
在一个实施方案中,分散剂可衍生自聚α烯烃(PAO)琥珀酸酐。在一个实施方案中,分散剂可衍生自烯烃马来酸酐共聚物。例如,分散剂可被描述为聚PIBSA。在实施方案中,分散剂可衍生自接枝到乙烯-丙烯共聚物的酸酐。
合适类别的含氮分散剂可衍生自烯烃共聚物(OCP),更具体地,乙烯-丙烯分散剂,其可接枝有马来酸酐。可以与官能化OCP反应的更完整的含氮化合物列表描述于美国专利号7,485,603;7,786,057;7,253,231;6,107,257;和5,075,383;并且/或者是可商购获得的。
一类合适的分散剂还可以是曼尼希碱(Mannich base)。曼尼希碱为由较高分子量的烷基取代的酚、聚亚烷基多胺和醛(诸如甲醛)的缩合形成的物质。曼尼希碱更详细地描述于美国专利号3,634,515中。
一类合适的分散剂还可以是高分子量酯或半酯酰胺。合适的分散剂还可以由常规方法通过与各种试剂中的任一种反应进行后处理。在这些中为硼、脲、硫脲、二巯基噻二唑、二硫化碳、醛、酮、羧酸、烃取代琥珀酸酐、马来酸酐、腈、环氧化物、碳酸酯、环状碳酸酯、受阻酚酯以及磷化合物。US 7,645,726;US 7,214,649;和US 8,048,831全文以引用方式并入本文。
除了碳酸酯和硼酸后处理之外,两种化合物都可用被设计成改进或赋予不同性质的多种后处理法进行后处理或进一步后处理。这类后处理包括在美国专利号5,241,003的第27到29列中概述的那些,以引用的方式并入本文中。这类处理包括用以下处理:无机亚磷酸或无水物(例如美国专利号3,403,102和4,648,980);有机磷化合物(例如美国专利号3,502,677);五硫化磷;如以上已提到的硼化合物(例如美国专利号3,178,663和4,652,387);羧酸、聚羧酸、酸酐和/或酸卤化物(例如美国专利号3,708,522和4,948,386);环氧化物、聚环氧化物或硫代环氧化物(例如美国专利3,859,318和5,026,495);醛或酮(例如美国专利号3,458,530);二硫化碳(例如美国专利号3,256,185);缩水甘油(例如美国专利号4,617,137);脲、硫脲或胍(例如美国专利号3,312,619;3,865,813;和英国专利GB 1,065,595);有机磺酸(例如美国专利号3,189,544和英国专利GB 2,140,811);烯基氰化物(例如美国专利号3,278,550和号3,366,569);双烯酮(例如美国专利号3,546,243);二异氰酸酯(例如美国专利第3,573,205号);烷烃磺内酯(例如美国专利号3,749,695);1,3-二羰基化合物(例如美国专利号4,579,675);烷氧基化醇或酚的硫酸盐(例如美国专利号3,954,639);环状内酯(例如美国专利号4,617,138;4,645,515;4,668,246;4,963,275;和4,971,711);环状碳酸酯或硫代碳酸酯线性单碳酸酯或聚碳酸酯,或氯甲酸酯(例如美国专利号4,612,132;4,647,390;4,648,886;4,670,170);含氮羧酸(例如美国专利号4,971,598和英国专利GB 2,140,811);羟基保护的氯二羰基氧基化合物(例如美国专利号4,614,522);内酰胺、硫内酰胺、硫内酯或二硫内酯(例如美国专利号4,614,603和4,666,460);环状碳酸酯或硫代碳酸酯线性单碳酸酯或聚碳酸酯,或氯甲酸酯(例如美国专利号4,612,132;4,647,390;4,646,860;和4,670,170);含氮羧酸(例如美国专利号4,971,598和英国专利GB 2,440,811);羟基保护的氯二羰基氧基化合物(例如美国专利号4,614,522);内酰胺、硫内酰胺、硫内酯或二硫内酯(例如美国专利号4,614,603和4,666,460);环状氨基甲酸酯、环状硫代氨基甲酸酯或环状二硫代氨基甲酸酯(例如美国专利号4,663,062和4,666,459);羟基脂肪族羧酸(例如美国专利号4,482,464;4,521,318;4,713,189);氧化剂(例如美国专利号4,379,064);五硫化二磷和聚亚烷基聚胺的组合(例如美国专利号3,185,647);羧酸或醛或酮和硫或氯化硫的组合(例如美国专利号3,390,086;3,470,098);肼和二硫化碳的组合(例如美国专利号3,519,564);醛和酚的组合(例如美国专利号3,649,229;5,030,249;5,039,307);醛和二硫代磷酸的O-二酯的组合(例如美国专利号3,865,740);羟基脂肪族羧酸和硼酸的组合(例如美国专利号4,554,086);羟基脂肪族羧酸,然后甲醛和酚的组合(例如美国专利号4,636,322);羟基脂肪族羧酸与然后脂肪族二羧酸的组合(例如美国专利号4,663,064);甲醛和酚与然后乙醇酸的组合(例如美国专利号4,699,724);羟基脂肪族羧酸或草酸,并且然后二异氰酸酯的组合(例如美国专利号4,713,191);磷的无机酸或酸酐或其部分或全部硫类似物与含硼化合物的组合(例如美国专利号4,857,214);有机二酸、然后不饱和脂肪酸与然后亚硝基芳族胺、任选地随后硼化合物以及然后乙醇酸化试剂的组合(例如美国专利号4,973,412);醛和三唑的组合(例如美国专利号4,963,278);醛和三唑,然后硼化合物的组合(例如美国专利号4,981,492);环状内酯和硼化合物的组合(例如美国专利号4,963,275和4,971,711)。上文所提及的专利以其全文并入本文中。
合适的分散剂的TBN在无油基础上可以是约10mg到约65mg KOH/g的分散剂,如果对含有约50%稀释油的分散剂样品测量,则与约5TBN到约30TBN相当。TBN通过ASTM D2896的方法测量。
在另外的实施方案中,任选的分散剂添加剂可以是烃基取代的琥珀酰胺或琥珀酰亚胺分散剂。在方法中,烃基取代的琥珀酰胺或琥珀酰亚胺分散剂衍生自与聚亚烷基多胺反应的烃基取代的酰化剂,并且其中如通过使用聚苯乙烯作为校准参考的GPC所测量,琥珀酰胺或琥珀酰亚胺分散剂的烃基取代基是数均分子量为约250到约5,000的直链或支链烃基基团。
在一些方法中,用于形成分散剂的聚亚烷基多胺具有式
其中每个R和R'独立地为二价C1到C6亚烷基连接基团,每个R1和R2独立地为氢、C1到C6烷基基团或与它们所连接的氮原子一起形成任选地与一个或多个芳族或非芳族环稠合的5或6元环,并且n是0至8之间的整数。在其他方法中,聚亚烷基多胺选自由以下组成的组:平均具有5到7个氮原子的聚乙烯多胺的混合物、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和其组合。
分散剂如果存在的话,则基于润滑油组合物的最终重量,可以足以提供至多约20重量%的量加以使用。基于润滑油组合物的最终重量,可以使用分散剂的另一量可以是约0.1重量%到约15重量%、或约0.1重量%到约10重量%、或约0.1重量%到约8重量%、或约1重量%到约10重量%、或约1重量%到约8重量%、或约1重量%到约6重量%。在一些实施方案中,润滑油组合物利用混合的分散剂体系。可以使用按任何期望比率的单一类型分散剂或两种或更多种类型的分散剂的混合物。
分散剂如果存在的话,则基于润滑油组合物的最终重量,可以足以提供至多约10重量%的量加以使用。基于润滑油组合物的最终重量,可使用的分散剂的另一量可以是约0.1重量%至约10重量%、或约0.1重量%至约10重量%、或约3重量%至约8重量%、或约1重量%至约6重量%。
粘度指数改进剂
本文中的润滑剂组合物还可任选地含有一种或多种粘度指数改进剂。适合的粘度指数改进剂可以包含聚烯烃、烯烃共聚物、乙烯/丙烯共聚物、聚异丁烯、氢化苯乙烯-异戊二烯聚合物、苯乙烯/顺丁烯二酸酯共聚物、氢化苯乙烯/丁二烯共聚物、氢化异戊二烯聚合物、α-烯烃顺丁烯二酸酐共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚烷基苯乙烯、氢化烯基芳基共轭二烯共聚物,或其混合物。其他粘度指数改进剂可包含星形聚合物,并且适合的示例描述于美国公开号20120101017A1中,其以引用的方式并入本文。
本文中的润滑油组合物除了粘度指数改进剂之外或代替粘度指数改进剂,还可以任选地含有一种或多种分散剂粘度指数改进剂。合适的粘度指数改进剂可包括官能化聚烯烃,例如已经用酰化剂(诸如马来酸酐)和胺的反应产物官能化的乙烯-丙烯共聚物;用胺官能化的聚甲基丙烯酸酯,或与胺反应的酯化马来酸酐-苯乙烯共聚物。
粘度指数改进剂和/或分散剂粘度指数改进剂的总量可以是润滑油组合物的约0重量%至约20重量%、约0.1重量%至约15重量%、约0.1重量%至约12重量%、或约0.5重量%至约10重量%、约3重量%至约20重量%、约3重量%至约15重量%、约5重量%至约15重量%、或约5重量%至约10重量%。
在一些实施方案中,粘度指数改进剂是数均分子量为约10,000至约500,000、约50,000至约200,000或约50,000至约150,000的聚烯烃或烯烃共聚物。在一些实施方案中,粘度指数改进剂是数均分子量为约40,000至约500,000、约50,000至约200,000或约50,000至约150,000的氢化苯乙烯/丁二烯共聚物。在一些实施方案中,粘度指数改进剂是数均分子量为约10,000至约500,000、约50,000至约200,000或约50,000至约150,000的聚甲基丙烯酸酯。
其他任选的添加剂
可选择其他添加剂以执行润滑剂组合物需要的一种或多种功能。另外,一种或多种所提及的添加剂可为多官能的并且提供除了本文中规定官能之外的或不同于本文中指定官能的官能。该其他添加剂可以是除本公开的指定添加剂之外的添加剂和/或可以包含以下中的一种或多种:金属去活化剂、粘度指数改进剂、无灰TBN促进剂、抗磨剂、腐蚀抑制剂、防锈剂、分散剂、分散剂粘度指数改进剂、极压剂、抗氧化剂、泡沫抑制剂、解乳化剂、乳化剂、降凝剂、密封溶胀剂以及其混合物。通常,全配方润滑油将含有这些添加剂中的一种或多种。
合适的金属钝化剂可包括苯并三唑的衍生物(通常为甲苯基三唑)、二巯基噻二唑衍生物、1,2,4-三唑、苯并咪唑、2-烷基二硫代苯并咪唑或2-烷基二硫代苯并噻唑;泡沫抑制剂,包括丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯以及任选的乙酸乙烯酯的共聚物;破乳剂,包括磷酸三烷基酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和(环氧乙烷-环氧丙烷)聚合物;降凝剂,包括马来酸酐-苯乙烯的酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺。
合适的泡沫抑制剂包括基于硅的化合物,诸如硅氧烷。
合适的降凝剂可以包括聚甲基丙烯酸甲酯或其混合物。降凝剂可以足以提供基于润滑油组合物的最终重量约0重量%至约1重量%、约0.01重量%至约0.5重量%、或约0.02重量%至约0.04重量%的量存在。
合适的防锈剂可为具有抑制铁金属表面腐蚀的特性的单一化合物或化合物混合物。本文中有用的防锈剂的非限制性示例包括:油溶性高分子量有机酸,诸如2-乙基己酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、山嵛酸、以及蜡酸;以及包括二聚酸和三聚酸的油溶性聚羧酸,诸如由松油脂肪酸、油酸和亚油酸产生的那些。其他合适的腐蚀抑制剂包括分子量在约600至约3000范围内的长链α,ω-二羧酸,和其中烯基含有约10或更多个碳原子的烯基琥珀酸,诸如四丙烯基琥珀酸、十四烯基琥珀酸和十六烯基琥珀酸。另一种可用类型的酸性腐蚀抑制剂为在烯基中具有约8至约24个碳原子的烯基琥珀酸与醇(诸如聚乙二醇)的半酯。此类烯基琥珀酸的对应半酰胺也是有用的。有用的防锈剂为高分子量有机酸。在一些实施方案中,发动机油不含防锈剂。
防锈剂(如果存在)可以足以提供基于润滑油组合物的最终重量约0重量%至约5重量%、约0.01重量%至约3重量%、约0.1重量%至约2重量%的任选的量使用。
润滑剂组合物也可包括腐蚀抑制剂(应注意,一些其他提到的组分也可具有铜腐蚀抑制性质)。合适的铜腐蚀抑制剂包括醚胺,聚乙氧基化化合物诸如乙氧基化胺和乙氧基化醇,咪唑啉,单烷基和二烷基噻二唑等。
噻唑、三唑和噻二唑也可用于润滑剂中。示例包括苯并三唑、甲苯基三唑、辛基三唑、癸基三唑;十二烷基三唑、2-巯基苯并三唑、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑、2-巯基-5-烃基硫基-1,3,4-噻二唑和2-巯基-5-烃基硫代-1,3,4-噻二唑。在一个实施方案中,润滑剂组合物包含1,3,4-噻二唑,诸如2-烃基二硫代-5-巯基-1,3,4-二噻二唑。
消泡剂/表面活性剂也可以包含在根据本发明的流体中。已知各种试剂用于这种用途。可以使用丙烯酸乙酯和丙烯酸己酯的共聚物,诸如可从美国首诺公司(Solutia)获得的PC-1244。在其他实施方案中,可以包括硅酮流体,诸如4% DCF。润滑剂组合物中也可以存在消泡剂的混合物。
实施例
以下实施例是本公开的示例性实施方案的说明。在这些实施例中,以及在本申请的其他地方,除非另有说明,否则所有比率、份数和百分比均按重量计。旨在仅出于说明的目的呈现这些实施例,而并不旨在限制本文所公开的本发明的范围。
实施例1
根据ASTM D4998对下表3的TO-4润滑剂的低速磨损进行了评估,并根据CEC L-07(A/8.3/90是指齿轮类型A,圆周速度为8.3m/s,并且油槽温度为90℃)对负载级擦伤进行了评估。通过低速磨损性能为100mg以下,优选50mg或以下的磨损。通过擦伤是实现9或更高、优选10或更高、更优选11或更高、或最优选12的通过负载级(LS)。本文中报告的通过负载级意味着这种负载级是用这种流体可实现的最高通过负载级(意味着,例如,下一个更高的负载级会出现故障)。
用于该评估的润滑剂包含TBN为300的支链磺酸钙清净剂,提供表3中列出的流体钙含量。润滑剂还包含二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP),其提供的锌含量也列出于表3中。所有评估的润滑剂还包含相同的基础添加剂包,其包含API组I基础油中的抗氧化剂、腐蚀抑制剂和消泡剂,以获得具有约6至约6.5cSt的KV100(ASTM D445)的流体。润滑剂还包含表3中所示含量的甘油。测试结果在下表4中提供。
表3:TO-4型润滑剂
Ca,ppm(来自清净剂) 锌,ppm(来自ZDDP) 甘油(重量%)
比较例1 3600 1000 0
本发明1 3600 1000 0.0125
本发明2 3600 1000 0.025
本发明3 3600 1000 0.03
本发明4 3200 850 0.03
本发明5 3600 1000 0.05
本发明6 3600 1000 2
比较例2 3600 1000 4
表4:结果
ASTM D4998 FZG磨损 CEC L-07 FZG A/8.3/90 性能
比较例1 146、242、248 通过LS 12 不通过
本发明1 15 预期通过LS 11-12 通过
本发明2 32 预期通过LS 11-12 通过
本发明3 4 预期通过LS 11-12 通过
本发明4 15 通过LS 11 通过
本发明5 6 预期通过LS 11-12 通过
本发明6 25 通过LS 11 通过
比较例2 32 通过LS 8 不通过
如表4所示,尽管比较例1实现了12的高通过负载级,但该流体具有不可接受的低速磨损。另一方面,比较例2具有良好的低速磨损,但该流体不能实现足够高的负载级并且也会引起故障。只有包含约0.01重量%至约2重量%甘油的本发明润滑剂1至6在FZG测试中实现了通过低速磨损和可接受的通过负载级。尽管比较例2包含甘油,但该对比流体也包含过多的甘油,并且在保持ASTM D4998性能中的低磨损值的同时,该润滑剂的极压负载级对于通过的流体而言过低。
实施例2
将包含实施例1的组合物但使用提供3600ppm钙的直链300TBN钙清净剂的对比TO-4润滑剂与包含支链300TBN钙清净剂的实施例1的本发明TO-4润滑剂进行比较。具有直链清净剂添加剂的对比润滑剂预计不能达到TO-4摩擦性能,如VC70摩擦,序列1222测试。另一方面,具有支链清净剂添加剂的实施例1的本发明润滑剂通过了VC70摩擦,序列1222测试。
应注意,除非明确地且肯定地限于一个指示物,否则如本说明书和所附权利要求书中所使用,单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包括多个指示物。因此,例如,提及“抗氧化剂”包括两种或更多种不同抗氧化剂。如本文所用,术语“包括”和其语法变型旨在为非限制性的,使得列表中项目的叙述不排除可取代或添加到所列项目中的其他类似项目。
对于本说明书和所附权利要求书来说,除非另有说明,否则在说明书和权利要求书中使用的表示数量、百分比或比例的所有数字以及其他数值应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。因此,除非相反地指示,否则以下说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数是可以取决于试图通过本公开获得的所需特性而变化的近似值。最低限度地,并且不试图限制等效物原则应用于权利要求书的范围,至少应根据所报告的有效数字的数目并且通过应用一般四舍五入技术来解释每个数值参数。
应理解,本文所公开的每种组分、化合物、取代基或参数应解释为公开以单独地或与本文所公开的每一种其他组分、化合物、取代基或参数中的一个或多个组合使用。
应另外理解,本文所公开的每个范围应解释为具有相同有效数字数值的在所公开范围内的每个具体值的公开。因此,例如,1到4的范围应解释为值1、2、3和4以及此类值的任何范围的明确公开。
应另外理解,本文所公开的每个范围的每个下限应解释为与本文中针对相同组分、化合物、取代基或参数所公开的每个范围的每个上限和每个范围内的每个具体值组合公开。因此,本公开应解释为通过将每个范围的每个下限与每个范围的每个上限或与每个范围内的每个具体值组合、或通过将每个范围的每个上限与每个范围内的每个具体值组合衍生的所有范围的公开。也就是说,还应另外理解,本文还论述在宽范围内的端点值之间的任何范围。因此,1到4的范围还意指1到3、1到2、2到4、2到3等的范围。
此外,本说明书或实施例中所公开的组分、化合物、取代基或参数的特定量/值应解释为一定范围的下限或上限的公开,并且因此可以与针对本公开中其他地方所公开的相同组分、化合物、取代基或参数的范围的任何其他下限或上限或特定量/值组合,以形成那种组分、化合物、取代基或参数的范围。
虽然已经描述特定实施方案,但是申请人或本领域的其他技术人员可想到当前未预见到或当前可能未预见到的替代方案、修改、变化、改进和实质性等同方案。因此,如提交并且如其可以被修正的所附权利要求书旨在涵盖所有此类替代方案、修改、变化、改进和实质性等同方案。

Claims (14)

1.一种越野润滑剂组合物,包含:
一种或多种具有润滑粘度的基础油;
约200ppm至约2,000ppm的由二烷基二硫代磷酸锌化合物提供的锌;
提供约1,000ppm至约5,000ppm的金属的一种或多种含金属清净剂,所述金属选自钙、镁和/或钠并且由酚酯、磺酸酯、杯芳酯、柳芳酸酯、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的一种或多种C6至C30金属盐提供;
不超过约300ppm的由一种或多种含氮无灰分散剂提供的氮;以及
约0.01重量%至约3.5重量%的C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
2.根据权利要求1所述的越野润滑剂组合物,其中所述C2至C3二醇或三醇化合物是三羟基丙烷;并且/或者其中所述三羟基丙烷是非酯化的;并且/或者其中所述越野润滑剂组合物包含约0.01重量%至约2重量%的所述C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的越野润滑剂组合物,其中所述一种或多种含金属清净剂包含支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐。
4.根据权利要求3所述的越野润滑剂组合物,其中所述支链聚烯烃衍生自具有至少4个碳原子的支链烯烃,并且其中所述支链聚烯烃具有约100至约800的数均分子量;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有约6至约30个碳和约0.1至约0.4的异构化水平的异构化正α烯烃;并且/或者其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙。
5.根据权利要求3所述的越野润滑剂组合物,其中所述支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐具有根据
ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN)。
6.根据权利要求1所述的越野润滑剂组合物,其中所述越野润滑剂组合物满足卡特彼勒TO-4低速磨损和擦伤测试的要求,其中根据
ASTM D4998测量的磨损不超过100mg,并且根据CEC L-07(FZG
A/8.3/90)的通过负载级为9或更高。
7.根据权利要求1所述的越野润滑剂组合物,其中所述含氮无灰分散剂是琥珀酰亚胺分散剂。
8.一种用于根据依照ASTM D4998和CEC L-07(FZG A/8.3/90)测量的卡特彼勒TO-4要求为齿轮、轴承和/或离合器提供低速磨损和擦伤保护的方法,所述方法包括:
用润滑组合物润滑所述齿轮、轴承和/或离合器;
其中所述润滑组合物包含
一种或多种具有润滑粘度的基础油;
约200ppm至约2,000ppm的由二烷基二硫代磷酸锌化合物提供的锌;
提供约1,000ppm至约5,000ppm的金属的一种或多种含金属清净剂,所述金属选自钙、镁和/或钠并且由酚酯、磺酸酯、杯芳酯、柳芳酸酯、水杨酸酯、羧酸或它们的组合的一种或多种C6至C30金属盐提供;
不超过约300ppm的由一种或多种含氮无灰分散剂提供的氮;以及
约0.01重量%至约3.5重量%的C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述C2至C3二醇或三醇化合物是三羟基丙烷;并且/或者其中所述三羟基丙烷是非酯化的;并且/或者其中所述润滑组合物包含约0.01重量%至约2重量%的所述C2至C3二醇或三醇化合物或它们的混合物。
10.根据权利要求8所述的方法,其中所述一种或多种含金属清净剂包含支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述支链聚烯烃衍生自具有至少4个碳原子的支链烯烃,并且其中所述支链聚烯烃具有约100至约800的数均分子量;并且/或者其中所述支链聚烯烃衍生自具有约4至约100个碳和约0.1至约0.4的异构化水平的异构化正α烯烃;并且/或者其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙;并且/或者
其中所述一种或多种高碱性清净剂是支链磺酸钙。
12.根据权利要求10所述的方法,其中所述支链聚烯烃取代的酚盐、磺酸盐和/或水杨酸盐清净剂的高碱性金属盐具有根据ASTM D2896测量的基于无油的至少约250mg KOH/g的总碱值(TBN)。
13.根据权利要求8所述的方法,其中所述润滑组合物表现出根据ASTM D4998测量的不超过50mg的磨损,以及根据CEC L-07(FZG A/8.3/90)9或更高的通过负载级。
14.根据权利要求8所述的方法,其中所述含氮无灰分散剂是琥珀酰亚胺分散剂。
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