CN1729278A - 水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂以及使用水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂的金属加工方法 - Google Patents

水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂以及使用水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂的金属加工方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种水基润滑剂，其包含占最终组合物重量的约2％－约20％的苯二甲酸酯和占最终组合物重量的约60％－约93％的水。还提供了一种生产水基润滑剂的方法和使用水基润滑剂的金属加工方法。

Description

水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂以及 使用水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂的金属加工方法
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背景技术
在金属加工业的许多操作中都需要润滑剂。由于水基易于使用和处理，因此水基润滑剂是特别需要的。己二酸酯也已被用作金属加工业中的成功润滑剂。但是己二酸酯在水溶液中是不稳定的，因此不如水基润滑剂理想。过去已经明确，具有空间本体(steric bulk)与酯基紧密相邻的基团的酯可能会赋予润滑剂一定的水解稳定性。金属加工业已经开始使用异丙基酯和2-乙基己酯作为水解稳定性的来源，原因是这些基团的空间本体与酯键相邻。但是仍然需要用于金属加工业中的水解稳定的润滑剂。
发明内容
本发明提供一种水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂和一种使用水解稳定的苯二甲酸酯润滑剂的金属加工方法。本发明中使用的苯二甲酸酯相比其他酯表现出更高的水解稳定性，并且在对润滑剂的ASTM测试中表现出成功的润滑结果。
附图说明
图1比较了丙氧基化Stepanpol PS-2002和己二酸酯在酸性体系中的水解稳定性。
图2表示己二酸酯多元醇在碱性体系中的水解稳定性。
图3表示丙氧基化Stepanpol PS-2002在碱性体系中的水解稳定性。
图4表示己二酸酯多元醇在KOH体系中的水解稳定性。
图5表示丙氧基化Stepanpol PS-2002在KOH体系中的水解稳定性。
具体实施方案
可用在本发明润滑剂中的苯二甲酸酯包括(I)苯二甲酸酯聚酯-醚多元醇、(II)邻苯二甲酸酐，其与等量脂肪醇反应，而后与多摩尔氧化乙烯(或氧化丙烯)发生乙氧基化反应，以及(III)物质(II)的胺中和盐。
关于(I)，所述苯二甲酸酯聚酯-醚多元醇是以下物质的反应产物：
(1)约2-60％的邻苯二甲酸酐或苯二甲酸，以聚酯-醚多元醇的重量计；
(2)约40-98％的至少一种通式为HO-R1-OH的多元醇，以聚酯-醚多元醇的重量计，
其中R1表示：
(a)约2-10个碳原子的亚烷基；
(b)-CH2-R2-CH2-
其中R2表示：
Figure A20038010694700041
和
Figure A20038010694700042
或
(c)-(R3O)n-R3-
其中每个R3独立地是约2-约4个碳原子的亚烷基，n为约1-200之间的整数；以及
(3)约10-80％的烷氧基化试剂，以聚酯-醚多元醇的重量计。
优选的苯二甲酸酯聚酯-醚多元醇是丙氧基化的二甘醇-邻苯二甲酸酐基聚酯多元醇。所述二甘醇-邻苯二甲酸酐基聚酯多元醇由Stepan公司以商品名Stepanpol PS-2002销售。Stepanpol PS-2002具有以下结构式：
Figure A20038010694700051
关于(II)，所述邻苯二甲酸酐-脂肪醇反应描述如下：
Figure A20038010694700052
其中R是支化或直链C4-C22。
邻苯二甲酸酐-脂肪酸反应产物的乙氧基化反应通过使所述产物与多摩尔氧化乙烯(或氧化丙烯或氧化丁烯)发生乙氧基化反应而进行，结果得到以下结构：
其中R1＝H、CH3、CH2CH3，n＝1-20，优选1-10。
关于(III)，在本发明中(II)的胺中和盐也可以用作苯二甲酸酯。可用于实现所述中和反应的胺包括三乙醇胺、三乙胺、三乙醇胺、单乙醇胺、2-乙基己胺、牛油胺乙氧基化物或其他任何常用胺。
在酸性和碱性条件下研究了本发明的苯二甲酸酯的稳定性，并与金属加工业中常用的一种已知润滑剂——己二酸酯进行了比较。
图1比较了丙氧基化Stepanpol PS-2002和己二酸酯在酸性体系中的水解稳定性。图1描述了己二酸酯相对于丙氧基化Stepanpol PS-2002的酸值增加，酸值增加表示酯分解。图1所示结果证实本发明的苯二甲酸酯提供金属加工业中的润滑剂所需的在酸性条件下的水解稳定性。
图2和3分别表示己二酸酯多元醇和丙氧基化Stepanpol PS-2002在碱性体系中的水解稳定性。通过测定酯的分子量随时间的下降可观察到对碱的稳定性。图2和3示出了在0.50M的KOH和0.50M的TEA(三乙胺)中分别采用己二酸酯多元醇和丙氧基化Stepanpol PS-2002的凝胶渗透色谱法(GPC)的分子量下降，其是通过测定最高分子量物质在GPC图中的面积百分比而进行的。图2示出己二酸酯多元醇的面积百分比随时间显著减小。相反，图3示出丙氧基化Stepanpol PS-2002的面积百分比在相同时间段内不减小。
图4和5分别示出己二酸酯多元醇和丙氧基化Stepanpol PS-2002在KOH体系中的水解稳定性。图4和5直接测定了体系的平均分子量，以表明在碱性体系中各自的稳定性。图4示出己二酸酯多元醇的平均分子量随时间显著下降。相反，图5示出丙氧基化Stepanpol PS-2002的平均分子量在相同时间段内不下降，证实了苯二甲酸酯的水解稳定性。
图2、3、4和5都证实本发明的苯二甲酸酯提供金属加工业中的润滑剂所需的在碱性条件下的水解稳定性。
将本发明润滑剂与金属加工业的润滑剂标准物(油酸异丙酯和油酸2-乙基己酯)进行比较。具体地，进行的试验是四球磨损(4-ball wear)、特压销和V型槽(Extreme Pressure Pin & Vee)，以及轻扣扭矩(Tapping Torque)。所有试验都采用ASTM方法进行。
表1给出ASTM D-4172四球磨损试验的结果。
表I
  产物   磨损直径(mm)
  Stepan MWA-560HS   0.598
  油酸2-乙基己酯   0.752
  油酸异丙酯   0.628
表II给出ASTM D-3233特压销和V型槽试验的结果。
表II
  产物   破坏负荷(lbs)
  Stepan MWA-560HS   1000
  油酸2-乙基己酯   1250
  油酸异丙酯   1250
表III给出ASTM D-5619轻扣扭矩试验的结果。
表III
  产物   效率(％)
  Stepan MWA-560HS   96.20
  油酸异丙酯   110.28
表I、II和III给出的结果表明，本发明润滑剂提供与金属加工业的标准物相当的润滑性能。如此，本发明润滑剂可用在需要润滑剂例如油酸异丙酯或油酸2-乙基己酯的金属加工业的任何应用中。
金属加工业中使用的标准润滑剂组合物可由最多约90％的水、约5％的苯二甲酸酯和约5％的三乙醇胺组成。本领域的熟练技术人员认识到，许多润滑剂组合物保持为所拥有的商业秘密信息，上述公开的苯二甲酸酯可以用作那些所拥有的润滑剂组合物中的主要润滑成分。这样，本发明包括这些使用苯二甲酸酯作为主要润滑成分的润滑剂组合物。换句话说，本领域的熟练技术人员可以采用他或她的所拥有的组合物，并使用苯二甲酸酯代替现有的主要润滑成分以得到本发明的润滑剂组合物。所述所拥有的组合物通常包括水、主要润滑成分和至少一种其他成分。所述至少一种其他成分可以是如上述组合物中所述的单一成分，其中所述至少一种其他成分是三乙醇胺，或者可以包括多种组分。
目前，典型的水基润滑剂包含约60％-约93％，优选约75％-约87％的水，以及约2％-约20％，优选约5％-约10％的主要润滑成分，上述含量以组合物的总重计。上述公开的苯二甲酸酯可以所述的量用作所述水基润滑剂中的主要润滑成分。目前，典型的水解润滑剂还包含总重为占最终组合物重量的约2％-约20％的至少一种其他成分。所述至少一种其他成分的一个典型组分是胺，其含量为组合物总重的约2％-约10％。所述胺通常用于调节润滑剂的pH值。因此，通过使用所公开的苯二甲酸酯来代替目前的润滑剂中的主要润滑成分，能够在目前使用的润滑剂中使用上述公开的苯二甲酸酯，以提供本发明的润滑剂。
上述公开的苯二甲酸酯还可以在所述的包含该至少一种其他成分的水基润滑剂中用作主要润滑成分。
已经参考优选和替代实施方案描述了本发明。当阅读和理解本说明书时，会想到对本发明进行改进和变化。本发明将涵盖权利要求书或其等同方案范围内的所有改进和变化。
1.生产水基润滑剂组合物的方法，其包括以下步骤：提供水；
提供具有至少一个端羟基的苯二甲酸酯，其中所述苯二甲酸酯是由以下反应形成的反应产物：
a.使邻苯二甲酸酐与至少一种醇反应，其中所述醇是
(1)通式为ROH的脂肪醇，其中R是支化或直链C4-C22；或
(2)通式为HO-R1-OH的多元醇，其中R1表示：
(a)2-10个碳原子的亚烷基；
(b)-CH2-R2-CH2-，其中R2表示：
和
Figure A20038010694700082
或
(c)-(R3O)n-R3-
其中每个R3独立地是2-4个碳原子的亚烷基，n为1-200之间的整数；以及
b.使邻苯二甲酸酐-醇反应得到的产物与烷氧基化试剂反应，以生成具有至少一个端羟基的苯二甲酸酯反应产物；以及
混合苯二甲酸酯和水。
2.权利要求1的方法，其进一步包括以下步骤：
提供至少一种其他所需成分；以及
混合苯二甲酸酯、水和至少一种其他所需成分。
3.权利要求1的方法，其中
提供占最终组合物重量的2％-20％的苯二甲酸酯；以及
提供占最终组合物重量的60％-93％的水。
4.权利要求2的方法，其中
提供占最终组合物重量的2％-20％的苯二甲酸酯；
提供占最终组合物重量的60％-93％的水；以及提供总量为占最终组合物重量的2％-20％的至少一种其他所需成分。
5.水基润滑剂组合物，其包含：
占最终组合物重量的60％-93％的水；
占最终组合物重量的2％-20％的苯二甲酸酯，其中所述苯二甲酸酯具有至少一个端羟基且其是由以下反应形成的反应产物：
a.使邻苯二甲酸酐与至少一种醇反应，其中所述醇是：
(1)通式为ROH的脂肪醇，其中R是支化或直链C4-C22；或
(2)通式为HO-R1-OH的多元醇，其中R1表示：
(a)2-10个碳原子的亚烷基；
(b)-CH2-R2-CH2-，其中R2表示：
和
Figure A20038010694700092
或
(c)-(R3O)n-R3-
其中每个R3独立地是2-4个碳原子的亚烷基，n为1-200之间的整数；以及
b.使邻苯二甲酸酐-醇反应得到的产物与烷氧基化试剂反应，以生成具有至少一个端羟基的苯二甲酸酯反应产物。
6.权利要求5的水基润滑剂，其进一步包含：
总量为占最终组合物重量的2％-20％的至少一种其他所需成分。
7.权利要求6的水基润滑剂，其中苯二甲酸酯构成最终组合物的5重量％，水构成最终组合物的90重量％，且所述至少一种其他所需成分总共构成最终组合物的5重量％。
8.权利要求5的水基润滑剂，其中所述至少一种其他所需成分是三乙醇胺。
9.金属加工方法，其包括以下步骤：
使用水基润滑剂组合物，其包含：
占最终组合物重量的60％-93％的水；
占最终组合物重量的2％-20％的苯二甲酸酯，其中所述苯二甲酸酯具有至少一个端羟基且其是由以下反应形成的反应产物：
a.使邻苯二甲酸酐与至少一种醇反应，其中所述醇是
(1)通式为ROH的脂肪醇，其中R是支化或直链C4-C22；或
(2)通式为HO-R1-OH的多元醇，其中R1表示：
(a)2-10个碳原子的亚烷基；
(b)-CH2-R2-CH2-，其中R2表示：
Figure A20038010694700101
和 或
(c)-(R3O)n-R3-
其中每个R3独立地是2-4个碳原子的亚烷基，n为1-200之间的整数；以及
b.使邻苯二甲酸酐-醇反应得到的产物与烷氧基化试剂反应，以生成具有至少一个端羟基的苯二甲酸酯反应产物。
10.权利要求9的方法，其中水基润滑剂进一步包含总量为占最终组合物重量的2％-20％的至少一种其他所需成分。

Claims (10)

1.生产水基润滑剂的方法，其包括以下步骤：
提供苯二甲酸酯；
提供水；以及
混合苯二甲酸酯和水。
2.权利要求1的方法，其进一步包括以下步骤：
提供至少一种其他所需成分；以及
混合苯二甲酸酯、水和至少一种其他所需成分。
3.权利要求1的方法，其中
提供占最终组合物重量的约2％-约20％的苯二甲酸酯；以及
提供占最终组合物重量的约60％-约93％的水。
4.权利要求2的方法，其中
提供占最终组合物重量的约2％-约20％的苯二甲酸酯；
提供占最终组合物重量的约60％-约93％的水；以及
提供总量为占最终组合物重量的约2％-约20％的至少一种其他所需成分。
5.水基润滑剂，其包含：
占最终组合物重量的约2％-约20％的苯二甲酸酯；以及
占最终组合物重量的约60％-约93％的水。
6.权利要求5的水基润滑剂，其进一步包含：
总量为占最终组合物重量的约2％-约20％的至少一种其他所需成分。
7.权利要求6的水基润滑剂，其中苯二甲酸酯构成最终组合物的5重量％，水构成最终组合物的90重量％，且所述至少一种其他所需成分总共构成最终组合物的5重量％。
8.权利要求5的水基润滑剂，其中所述至少一种其他所需成分是三乙醇胺。
9.金属加工方法，其包括以下步骤：
使用水基润滑剂，其包含：
占最终组合物重量的约2％-约20％的苯二甲酸酯；以及
占最终组合物重量的约60％-约93％的水。
10.权利要求9的方法，其中水基润滑剂进一步包含总量为占最终组合物重量的约2％-约20％的至少一种其他所需成分。
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