ES2719097T3

ES2719097T3 - Aditivo para aceite de engranajes

Info

Publication number: ES2719097T3
Application number: ES09760966T
Authority: ES
Inventors: Stephen Randles; Stephen Boyde; Josephine Anne Lefevre
Original assignee: Croda International PLC
Current assignee: Croda International PLC
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2019-07-08
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2012511076A; EP2352807A1; EP2352807B1; GB0822256D0; AU2009323847A1; CA2744455C; CA2744455A1; US8669215B2; WO2010063989A1; US20110269655A1; JP5675635B2; CN102239239A

Abstract

Una formulación de aceite para engranajes que comprende un aceite para engranajes y un éster polimérico que es el producto de reacción de (a) al menos un neopentil poliol; (b) un ácido graso dímero escogido entre dímeros de ácidos grasos que tienen de 10 a 30 átomos de carbono, que es un ácido dímero hidrogenado con un índice de yodo menor de 25; (c) un ácido dicarboxílico alifático que tiene de 5 a 18 átomos de carbono; y (d) uno o más ingredientes para reducir el índice de acidez del éster polimérico por debajo de 5 mg KOH/g escogido entre ésteres glicidílicos; con el éster polimérico resultante que tiene una viscosidad cinemática a 100 ºC entre 400 y 5000 mm2/s y un peso molecular promedio en peso de 5000 a 20000, y un índice de no polaridad entre 1000 y 4000.

Description

DESCRIPCIÓN

Aditivo para aceite de engranajes

La presente invención se refiere a formulaciones de aceite para engranajes que comprenden un aceite para engranajes y un éster polimérico como agente formador de películas. Cuando se usa como formulación de aceite para engranajes en automoción se satisfacen al menos las especificaciones para aceites de engranajes API GL-4. Se describe el uso de la formulación de aceite para engranajes en transmisiones manuales, cajas de distribución y diferenciales y el uso de la formulación de aceite para engranajes en engranajes industriales adecuados para lubricar engranajes rectos, helicoidales, cónicos, de tornillo sin fin e hipoides. También se describen métodos de lubricación.

Las demandas económicas y medioambientales sobre los aceites para engranajes significan que tales composiciones están siendo constantemente empujadas hacia sus límites de rendimiento. Por lo tanto, la elección de la combinación de un conjunto de fluido base y aditivo es fundamental.

En los aceites para engranajes empleados en automoción una de tales tendencias es ampliar los períodos entre cambios de aceite por lo que es necesario desarrollar formulaciones de aceite para engranajes que tengan mayor resistencia a la oxidación. La tecnología de antioxidantes puede ocuparse parcialmente de conferir resistencia a la oxidación, pero la elección y el diseño del fluido de base y de otros aditivos puede proporcionar también una estabilidad frente a la oxidación beneficiosa. La ampliación de los períodos entre cambios de aceite significa también que los aceites para engranajes deben tener una volatilidad baja para evitar las pérdidas prematuras de fluidos. Los lubricantes para automoción deben mantener también una viscosidad adecuada y resistir el cizallamiento. Los aceites para engranajes, en particular los aceites para engranajes de vida larga y los lubricantes para transmisión manual, experimentan fuerzas de cizallamiento muy grandes.

Estos requisitos de sus propiedades han conducido ya a que aumente el uso de fluidos de base sintética, específicamente de fluidos a base de polialfaolefinas (PAO). Se ha mostrado que estos fluidos de base proporcionan una mayor resistencia al desgaste, una mejor estabilidad térmica y frente a la oxidación y una volatilidad muy reducida cuando se comparan con los fluidos de base formulados a partir de aceites minerales. Entre los ejemplos de estos productos se incluyen los denominados PAO2, PAO4, PAO6 y PAO8 (que, típicamente, tienen viscosidades cinemáticas a 100 °C de 2, 4, 6 y 8 mm s-1, respectivamente), como tales, o en forma de mezclas y también con pequeñas cantidades de PAOs de peso molecular más alto, como por ejemplo el PAO40 y el PAO100. Los PAO de peso molecular más alto, por ejemplo, PAO40, PAO100, PAO1000, PAO3000 y combinaciones de tales PAO, se usan como agentes de lubricación, en combinación con los fluidos de base PAO antes citados, de modo que forman un revestimiento de película delgada de las partes móviles de los engranajes. Sin embargo, estos PAO de alto peso molecular son caros de fabricar y actualmente las fuentes comerciales de estos materiales están limitadas.

El documento de la patente WO-A-99/16849 describe el uso de ésteres complejos como aditivos para composiciones de aceites para engranaje multigrado.

Para muchos engranajes, tanto en automoción como industriales, una causa de preocupación es la rotura de los dientes del engranaje por corrosión por micropicaduras (“micropitting”). Este proceso es la fatiga superficial que se produce en los contactos hercianos provocados por tensiones de contacto cíclicas y el flujo plástico a escala de asperezas. Da como resultado microrroturas, formación de micropozos o micropicaduras y pérdida de material. Se produce bajo películas de aceite de lubricación elastohidrodinámica (EHL, por sus siglas en inglés) en las que el espesor de la película es del mismo orden de magnitud de la rugosidad o irregularidad de la superficie compuesta y la carga es transmitida por las asperezas de la superficie y el lubricante. Cuando las asperezas transportan una parte significativa de la carga, las colisiones entre asperezas de superficies opuestas provocan deformación elástica o plástica, dependiendo de las cargas locales. Se sabe que la corrosión por micropicaduras daña la precisión de los dientes de los engranajes y en algunos casos puede ser un modo primario de fallo de los engranajes. Es una cuestión importante en particular en las cajas de engranajes de los aerogeneradores.

Las investigaciones llevadas a cabo por los inventores han conducido a la identificación de un éster polimérico (conocido también como éster complejo) que es adecuado para usarlo como agente formador de películas en formulaciones de aceites para engranajes tanto industriales como para automoción. Se ha encontrado que el agente formador de películas de la invención proporciona una buena cobertura de espesor de película a bajas velocidades, tiene una capacidad de lubricación superior y tiene una estabilidad al cizallamiento mejorada respecto de los aditivos conocidos de tipo PAO. Además, proporciona una mejora del índice de viscosidad de la formulación de aceite para engranajes cuando se compara con alguno de los aditivos de tipo PAO conocidos. Asimismo, el agente formador de películas proporciona una estabilidad frente a la oxidación beneficiosa a la formulación de aceite para engranajes. La formulación de aceite para engranajes tiene propiedades mejoradas a baja temperatura respecto de las de los aditivos conocidos de tipo PAO.

La presente invención se define en las reivindicaciones en anexo, y mediante ellas.

El aceite para engranajes

Los aceites para engranajes pueden ser de uso industrial o para automoción. Los aceites para engranajes de automoción incluyen aquellos adecuados para usarlos en transmisiones manuales, en cajas de distribución y en diferenciales, en los cuales se usa, típicamente, un engranaje hipoide. Mediante la expresión “caja de distribución” nos referimos a una parte del sistema de tracción a las cuatro ruedas que se encuentra en los sistemas de tracción a las cuatro ruedas y de tracción a todas las ruedas. Está conectado a la transmisión y también a los ejes delantero y trasero por medio de ejes de transmisión. En la bibliografía, se denomina también de otras formas: caja de cambios de transferencia o caja de transferencia. Entre los aceites para engranajes industriales se incluyen aquellos adecuados para usarlos con engranajes rectos, helicoidales, cónicos, de tornillo sin fin e hipoides. Específicamente, se incluyen aquellos adecuados para usarlos en cajas de cambios de aerogeneradores, las cuales tienen, típicamente, engranajes helicoidales.

Los aceites para engranajes de automoción tendrán normalmente una viscosidad comprendida en el intervalo de SAE 50 a sAe 250 y, más habitualmente, de SAE 70W a SAE 140. Entre los aceites de base para automoción se incluyen también calidades multigrado como 75W-140, 80W-90, 85W-140, 85W-90 y similares. Los aceites para engranajes de automoción se clasifican por el American Petroleum Institute (API) (Instituto Americano del Petróleo) empleando índices GL. La clasificación API subdivide todos los aceites de transmisión en 6 clases, como sigue: • API GL-1, aceites para condiciones ligeras. Consisten en aceites de base sin aditivos. Algunas veces contienen pequeñas cantidades de aditivos antioxidantes, inhibidores de la corrosión, agentes tensioactivos y aditivos antiespumantes. Los aceites de tipo API GL-1 están diseñados para usarse en engranajes cónicos de dentadura espiral y helicoidales y transmisiones manuales sin sincronizadores en camiones y maquinaria agrícola.

• API GL-2, aceites para condiciones moderadas. Contienen aditivos antidesgaste y están diseñados para engranajes helicoidales. Recomendados para una lubricación adecuada de transmisiones en tractores y maquinaria agrícola.

• API GL-3, aceites para condiciones moderadas. Contienen hasta un 2,7 % de aditivos antidesgaste. Diseñados para lubricar engranajes cónicos y otros engranajes en transmisiones de camiones. No recomendados para engranajes hipoides.

• API GL-4, aceites para condiciones diversas, de ligeras a pesadas. Contienen una cantidad eficaz de aditivos antidesgaste de hasta el 4,0 %. Diseñados para engranajes cónicos e hipoides que tienen pequeños desplazamientos de los ejes, cajas de cambios de camiones y unidades de ejes. Recomendados para las cajas de cambios no sincronizadas de los camiones en Estados Unidos, para tractores y autobuses y para los engranajes principales y otros de todos los vehículos. Estos aceites son básicos para las cajas de cambios sincronizadas, en especial en Europa.

• API GL-5, aceites para condiciones duras. Contienen una cantidad eficaz de aditivos antidesgaste de hasta el 6,5 %. La aplicación general de los aceites de esta clase es para uso en engranajes hipoides que tienen un desplazamiento significativo de ejes. Se recomiendan como aceites universales para todas las otras unidades de transmisión mecánica (excepto cajas de cambios). Los aceites de esta clase, que tienen una aprobación especial de los fabricantes de vehículos, se pueden usar en cajas de cambio manuales sincronizadas solo. Los aceites de tipo API GL-5 se pueden usar en diferenciales con deslizamiento limitado si corresponden a los requisitos de la especificación MIL-L-2105D o ZF TE-ML-05. En este caso, la designación de la clase será otra, por ejemplo, API Gl-5+ o API GL-5 LS.

• API GL-6, aceites para condiciones muy duras (altas velocidades de deslizamiento y cargas de impacto significativas). Contienen una cantidad eficaz de aditivos antidesgaste de hasta un máximo del 10 %. Están diseñados para engranajes hipoides con desplazamiento significativo de ejes. La clase de lubricantes API GL-6 ya no se aplica, ya que se considera que la clase API-GL 5 cumple suficientemente bien con los requisitos más duros.

La mayoría de las cajas de cambios modernas requieren un aceite GL-4 y los diferenciales separados (cuando están ajustados) requieren un aceite GL-5.

Las especificaciones para aceites para engranajes industriales están reguladas principalmente por la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes (AGMA: American Gear Manufacturers Association) o por los propios fabricantes individuales. En la tabla 1 que va a continuación se muestra una especificación típica americana para aceites para engranajes industriales.

Tabla 1

En Europa, al igual que en el resto del mundo, las especificaciones de aceites para engranajes industriales empleadas son típicamente las editadas por el Instituto Alemán de Normalización (Deutches Institut fur Normung, DIN).

Los aceites para engranajes en los cuales se emplean las composiciones de esta invención pueden basarse en aceites sintéticos o naturales, o en mezclas de ellos, siempre y cuando el lubricante tenga una viscosidad adecuada para su uso en aplicaciones para aceites para engranajes. Los aceites para engranajes para tal uso pueden ser aceites de base mineral, como por ejemplo aceites pesados refinados y neutro parafínicos refinados con disolventes y convencionales, aceites pesados refinados y neutros parafínicos hidrotratados, aceites nafténicos, aceites para cilindros, etc, incluyendo aceites tal como se obtienen directamente y mezclas. También se pueden usar en la práctica de esta invención aceites pesados de base sintética, como por ejemplo PAO, aromáticos alquilados, polibutenos, diésteres, poliol ésteres, poliglicoles, polifeniléteres, etc y mezclas de los mismos. También se sabe que se pueden mezclar PAOs y ésteres con aceites minerales para formar mezclas semisintéticas. Se prefieren los aceites de base sintética, especialmente los aceites de base que tienen un PAO o mezclas de PAOs como componente principal.

Al menos un alcohol polifuncional

El al menos un alcohol polifuncional es preferiblemente un poliol. Preferiblemente, el poliol es de fórmula R(OH)n donde n es un entero, que varía de 2 a 10 y R es una cadena hidrocarbonada, ramificada o lineal, más preferiblemente ramificada, de 2 a 15 átomos de carbono. De manera adecuada, el poliol es de bajo peso molecular, preferiblemente en el intervalo de 50 a 650, más preferiblemente de 60 a 150, y, en particular, de 60 a 100. Ejemplos de polioles adecuados son etilenglicol, propilenglicol, trimetilenglicol, dioles de butano, neopentilglicol, trimetilolpropano y su dímero, pentaeritritol y su dímero, glicerol, inositol y sorbitol. Según la invención, el poliol es un neopentilpoliol.

Ejemplos preferidos de neopentilpolioles son el neopentilglicol, el trimetilolpropano y el pentaeritritol. Preferiblemente el neopentil poliol comprende al menos 50 % en peso de neopentil glicol, más preferiblemente al menos 70 % e incluso más preferiblemente al menos 90 %.

Ácido graso dímero

La expresión “ácido graso dímero” es bien conocida en la técnica y se refiere al producto de la dimerización de ácidos grasos mono o poliinsaturados y/o ésteres suyos. Según la invención, los ácidos grasos dímeros son dímeros de ácidos que tienen cadenas alquílicas de 10 a 30 átomos de carbono, más preferiblemente de 12 a 24, en particular de 14 a 22 y especialmente de 18 átomos de carbono. Ácidos grasos dímeros adecuados son los productos de dimerización de ácido oleico, ácido linoleico, ácido linolénico, ácido palmitoleico y ácido elaídico, siendo especialmente preferido el ácido oleico. Se pueden usar también los productos de dimerización de las mezclas de ácidos grasos insaturados obtenidas en la hidrólisis de grasas y aceites naturales, por ejemplo, aceite de girasol, aceite de soja, aceite de oliva, aceite de colza, aceite de semillas de algodón y aceite de pino (“tall oil”). Estos ácidos grasos dímeros tienen típicamente índices de yodo de al menos 100, medidos según un método de ensayo equivalente al estándar ASTM D1959-85. También se pueden usar ácidos grasos dímeros hidrogenados, obtenidos, por ejemplo, utilizando un catalizador de níquel, paladio o platino. Estos ácidos grasos dímeros hidrogenados tienen valores de yodo menores de 25, preferiblemente menores de 20, más preferiblemente menores de 15, especialmente menores de 10.

Los ácidos dímeros hidrogenados se usan en la presente invención.

Además de los ácidos grasos dímeros, la dimerización normalmente da como resultado la presencia de cantidades variables de ácidos grasos oligoméricos (denominados “trímeros”) y restos de ácidos grasos monoméricos (denominados “monómeros”), o ésteres suyos. La cantidad de monómeros y trímeros se puede reducir, por ejemplo, mediante destilación. Los ácidos grasos dímeros especialmente preferidos en esta invención tienen un contenido de dímeros mayor de 50 %, más preferiblemente mayor de 70 %, particularmente mayor de 85 % y especialmente mayor de 90 % en peso. El contenido de trímeros es preferiblemente menor de 50 %, más preferiblemente está en el intervalo de 1 a 20 %, particularmente es de 2 a 10 % y especialmente es de 3 a 6 % en peso. El contenido de monómeros es preferiblemente menor de 5 %, más preferiblemente está en el intervalo de 0,1 a 3 %, particularmente es de 0,3 a 2 % y especialmente va de 0,5 a 1 % en peso.

Si bien es deseable que el éster polimérico tenga algo de polaridad, es preciso reconocer que una polaridad demasiado alta puede conducir a efectos indeseables tales como hinchazón de las juntas y/o una afinidad superficial demasiado alta que podría provocar interacciones antagonísticas con aditivos antidesgaste inorgánicos también presentes en la formulación del aceite para engranajes. Un método de evaluar la polaridad es el cálculo del índice de no polaridad (NPI, por sus siglas en inglés) que se define como:

Número total de átomos de carbono x peso molecular / Número de grupos carboxilato x 100 El NPI del agente formador de películas está entre 1000 y 4000, preferiblemente entre 1500 y 3000.

Un ácido dicarboxílico alifático

Para optimizar la polaridad del éster polimérico se usa un ácido dicarboxílico alifático que tiene de 5 a 18 átomos de carbono. Ejemplos de ácidos dicarboxílicos alifáticos adecuados son los ácidos glutárico, adípico, pimélico, subérico, azelaico, sebácico, undecanodioico, dodecanodioico, tridecanodioico, tetradecanodioico, pentadecanodioico y hexadecanodioico y sus mezclas. Preferiblemente, el ácido dicarboxílico alifático tiene de 7 a 16 átomos de carbono, más preferiblemente de 8 a 14 átomos de carbono. Preferiblemente, el ácido dicarboxílico alifático es lineal. Los ácidos especialmente preferidos son los ácidos azelaico, sebácico y dodecanodioico. El ácido azelaico es el que se prefiere, especialmente.

Uno o más ingredientes para reducir el índice de acidez del éster polimérico a valores por debajo de 5 mg KOH/g Ejemplos de ingredientes tales son un ácido monocarboxílico alifático que tiene de 5 a 24 átomos de carbono o un alcohol alifático monofuncional que tiene de 5 a 24 átomos de carbono. El monoácido o monoalcohol reacciona con cualquier grupo OH o COOH respectivamente que quede sin reaccionar después de la reacción entre el alcohol polifuncional y el ácido graso dímero. Ejemplos de ácidos monocarboxílicos alifáticos son los ácidos de cadena recta saturados: los ácidos hexanoico, heptanoico, octanoico, nonanoico, decanoico, undecanoico, dodecanoico, tridecanoico, tetradecanoico, pentadecanoico, hexadecanoico, heptadecanoico, octadecanoico, araquídico, behénico y lignocérico, y sus mezclas. Ejemplos son también las variantes insaturadas y/o ramificadas de los ácidos de cadena recta saturados descritos. Preferiblemente, el ácido monocarboxílico alifático tiene de 7 a 20 átomos de carbono, más preferiblemente de 8 a 18 átomos de carbono. Puede ser un ácido de cadena recta o ramificada y preferiblemente es saturado. Los monoácidos particularmente preferidos son una mezcla de los ácidos octanoico y decanoico y el ácido isoesteárico.

Ejemplos de alcoholes monofuncionales alifáticos son los siguientes: pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonanol, decanol, undecanol, dodecanol, tridecanol, tetradecanol, pentadecanol, hexadecanol, heptadecanol, octadecanol, y sus mezclas. Ejemplos son también las variantes insaturadas y/o ramificadas de los alcoholes de cadena recta saturados descritos. Preferiblemente, el alcohol monofuncional alifático tiene de 7 a 16 átomos de carbono, más preferiblemente de 8 a 14 átomos de carbono. Puede ser de cadena recta o ramificada y preferiblemente es saturado. Se prefiere, en particular, el 2-etilhexanol.

Según la invención, tal ingrediente es un captador de ácido, que es un éster glicidílico.

El uno o más ingrediente o ingredientes adicionales se puede añadir a la mezcla de reacción al mismo tiempo que a), b) y c), o después de que se haya completado la reacción de a), b) y c).

Preferiblemente, el índice de acidez se disminuye por debajo de 1 mg KOH/g, más preferiblemente por debajo de 0,5 mg KOH/g y, especialmente, por debajo de 0,2 mg KOH/g.

El éster polimérico resultante tiene una viscosidad cinemática a 100 °C de 400 a 5000, preferiblemente de 500 a 3000, más preferiblemente de 500 a 2500, especialmente de 500 a 2200 mm2/s.

El éster polimérico tiene un peso molecular promedio en peso entre 5000 y 20000. Un peso molecular promedio en peso por debajo de 5000 se considera inadecuado en relación con la capacidad del agente formador de películas para formar una película de forma fiable. Un éster polimérico con un peso molecular promedio en peso por encima de 20000 se considera inadecuado para cumplir las necesidades de la presente invención porque se cree que con un peso molecular tan alto no tendrá la necesaria estabilidad frente al cizallamiento. Preferiblemente, el éster polimérico tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo de 5000 a 18000, más preferiblemente de 5000 a 17000 y especialmente de 5000 a 15000. En los casos en los que el éster polimérico tiene un peso molecular alto (típicamente, por encima de 13000), puede ser necesario añadir a la formulación de aceite para engranajes un éster de peso molecular más bajo, por ejemplo, un diéster o un poliol éster, para asegurarse de que el éster polimérico sea completamente soluble en el aceite para engranajes. Un ejemplo adecuado de tal codisolvente es Priolube™ 3970 comercializado por Croda Europe Ltd. La tasa de dosis del éster de peso molecular más bajo se escoge de tal forma que el éster polimérico sea completamente soluble, pero también de modo que la polaridad de los ésteres en conjunto sea adecuada de modo que no lleve a efectos no deseables como los detallados anteriormente.

De manera adecuada, el éster polimérico tiene un índice de yodo menor de 50, más preferiblemente menor de 35, incluso más preferiblemente menor de 25, especialmente menor de 15 y más especialmente menor de 10. El análisis del índice de yodo se realizó siguiendo un método de ensayo equivalente al estándar ASTM D1959-85.

Los agentes formadores de películas preferidos incluyen un éster polimérico que es el producto de reacción según se define en la reivindicación anexa 1.

La formulación del aceite para engranajes

Para aceites de engranajes de automoción, la formulación de aceite para engranajes satisface al menos los requisitos de la clasificación GL-4 del Instituto Americano del Petróleo (API, por sus siglas en inglés).

Preferiblemente, las formulaciones de aceites para engranajes de la invención presentan una disminución de viscosidad en porcentaje, medida utilizando una versión modificada del ensayo CEC L-40-A-93, durante un período de 20 horas, menor del 20 %, más preferiblemente menor del 10 % y especialmente menor del 5 %. Preferiblemente, las formulaciones de aceites para engranajes de la invención presentan una disminución de viscosidad en porcentaje, medida utilizando una versión modificada del ensayo CEC L-40-A-93, durante un período de 100 horas, menor del 25 %, más preferiblemente menor del 20 % y especialmente menor del 15 %.

Cuando el espesor de la película de la formulación de aceite para engranajes se hace menor que el nivel de la mayor aspereza de la superficie del engranaje, entonces se produce desgaste. Se sabe que tales espesores de película delgados se producen en condiciones de baja velocidad y/o de alta carga. Por lo tanto, para prevenir el desgaste es ventajosa la formación de una película de un buen espesor a bajas velocidades. El agente formador de películas de la invención forma preferiblemente espesores de películas de 5 nm a velocidades de menos de 0,04 ms-1, preferiblemente de menos de 0,025 ms-1.

Una herramienta de examen para la investigación del desgaste es el ensayo de fricción oscilante de alta frecuencia (HFRR, por sus siglas en inglés). Cuando se usa la formulación de aceite para engranajes, se mide un valor de desgaste por abrasión usando HFRR según el método CEC F-06-A-96 menor de 600 pm, preferiblemente menor de 550 pm, más preferiblemente menor de 500 pm y especialmente menor de 450 pm.

El aditivo formador de películas actúa también como un mejorador del índice de viscosidad. El aditivo formador de películas proporciona un aumento del índice de viscosidad a la formulación de aceite para engranajes de al menos 40 %, preferiblemente al menos 55 %, más preferiblemente al menos 65 % y especialmente al menos 70 %.

Las formulaciones de aceites para engranajes según la invención tienen buenas propiedades a bajas temperaturas. La viscosidad de tales formulaciones a -35 °C es menor de 120.000 centipoise (cP), más preferiblemente menor de 100.000 cP, especialmente menor de 90.000 cP.

Para obtener solo efectos de superficie, por ejemplo, una mejora del espesor de la película, el agente formador de películas está presente preferiblemente a niveles entre 0,3 y 2 % en peso, preferiblemente de 0,4 a 1 % en peso, especialmente de 0,5 % en peso.

Para obtener también efectos en toda la masa, por ejemplo, estabilidad frente a la oxidación, estabilidad frente al cizallamiento y aumento del índice de viscosidad, el agente formador de películas está presente preferiblemente a niveles entre 3 y 50 % en peso, más preferiblemente de 5 a 35 % en peso y especialmente de 5 a 25 % en peso, en la formulación de aceite para engranajes.

La formulación de aceite para engranajes puede comprender además un antioxidante, preferiblemente en cantidades en el intervalo de 0,2 a 2 %, más preferiblemente de 0,4 a 1 % en peso. Entre los antioxidantes se incluyen fenoles estéricamente impedidos, alquil difenilaminas y derivados y fenil alfa naftilaminas y derivados suyos. Antioxidantes especialmente preferidos son Irganox™ L57 e Irganox™ L06, productos comercializados por Ciba. Las formulaciones de aceite para engranajes que incluyen antioxidante presentan preferiblemente un porcentaje de pérdida de viscosidad, medido utilizando una versión modificada del ensayo CEC L-40-A-93, durante un período de 100 horas, menor del 20 %, más preferiblemente menor del 15 % y especialmente menor del 10 %.

En la formulación de aceite para engranajes pueden estar presentes otros aditivos de funcionalidad conocida, a niveles entre 0,01 y 30 %, más preferiblemente entre 0,01 y 20 % y más especialmente entre 0,01 y 10 % del peso total de la formulación de aceite para engranajes. Entre dichos aditivos pueden incluirse detergentes, aditivos antidesgaste para presiones extremas, dispersantes, inhibidores de la corrosión, inhibidores de la oxidación, modificadores de la fricción, depresores de espuma, depresores del punto de fluidez, y sus mezclas. Entre los aditivos antidesgaste par presiones extremas se incluyen ZDDP, fosfato de tricresilo y aminofosfatos. Inhibidores de la corrosión son los derivados de sarcosina, por ejemplo, el producto Crodasinic O comercializado por Croda Europe Ltd. Entre los depresores de espuma se incluyen siliconas y polímeros orgánicos. Los depresores del punto de fluidez incluyen polimetacrilatos, poliacrilatos, poliacrilamidas, productos de condensación de ceras de haloparafinas y compuestos aromáticos, polímeros de carboxilato de vinilo, terpolímeros de dialquilfumaratos, ésteres vinílicos de ácidos grasos y alquil viniléteres. Entre los detergentes sin contenido de cenizas se incluyen dispersantes carboxílicos, dispersantes aminados, dispersantes tipo Mannich y dispersantes poliméricos. Entre los modificadores de fricción se incluyen amidas, aminas y ésteres parciales de ácidos grasos de alcoholes polihídricos. Entre los dispersantes que contienen cenizas se incluyen las sales básicas de metales alcalinotérreos de compuestos orgánicos ácidos. Los aditivos pueden incluir una o más funcionalidad en una única sustancia.

Según una realización adicional de la presente invención, la formulación del aceite para engranajes mencionada previamente se usa en una máquina tal como una transmisión manual, una caja de distribución y/o un diferencial. Según una realización adicional de la presente invención, la formulación del aceite para engranajes mencionada previamente se usa en engranajes industriales.

Según una realización adicional de la presente invención, la formulación del aceite para engranajes mencionada previamente se usa en la caja de cambios de un aerogenerador.

A continuación, se describirá la invención con más detalle a título de ejemplo solamente haciendo referencia a los ejemplos siguientes.

Ejemplo uno

Se llevaron a cabo ensayos de estabilidad frente al cizallamiento de acuerdo con el estándar CEC L-40-A-93 modificado en el sentido de que se usó un recipiente más pequeño.

Las condiciones de ensayo fueron: temperatura de inicio: 60 °C; 1450 revoluciones por minuto; carga de 50 kg; tiempo de operación: 20 o 100 horas; muestra de 20 g.

La tabla 2 presenta la pérdida de viscosidad en porcentaje después de 20 y de 100 horas para formulaciones de aceite para engranajes 75W-140 con aceite para engranajes PAO6 y Priolube™ 3970 como agente solubilizante para el agente formador de películas en formulaciones de aceite para engranajes que contienen ésteres de la presente invención y ésteres de comparación.

Tabla 2

El éster A según la invención es el producto de reacción de neopentilglicol (167 kg) con ácido dímero con un contenido presente de dímero de al menos 95 % (833 kg) y ácido dicarboxílico de 9 átomos de carbono (12,5 kg). Se añadió Cardura™ E10 luego, en proporción 5% peso/peso, para disminuir el índice de acidez. El éster tiene una viscosidad a 100 °C de aproximadamente 1800 mm2/s. El éster tiene un NPI de 2624 y un índice de yodo de 33 g/100g.

El éster B, que no es según la invención, es el producto de reacción de neopentilglicol (167 kg) con ácido dímero hidrogenado con un contenido presente de dímero de al menos 95 % (833 kg). Se añadió Cardura™ E10 luego, en proporción 5% peso/peso, para disminuir el índice de acidez. El éster tiene una viscosidad a 100 °C de aproximadamente 1600 mm2/s. El éster tiene un índice de yodo de 4,3 g/100g.

El éster C, que no es según la invención, es el producto de reacción de monoetilenglicol (> 2 mol) con ácido dímero con un contenido presente de dímero de al menos 65 % (1 mol). El éster tiene una viscosidad a 100 °C de aproximadamente 60 mm2/s.

El éster D, que no es según la invención, es el producto de reacción de monoetilenglicol (> 2 mol) con ácido dímero hidrogenado con un contenido presente de dímero de al menos 65 % (1 mol). El éster tiene una viscosidad a 100 °C de aproximadamente 60 mm2/s.

Los resultados de la tabla muestran claramente que las formulaciones de aceite para engranajes que comprenden un agente formador de películas según la presente invención tienen una pérdida de viscosidad mucho más baja después de 20 horas y que, por lo tanto, son más estable frete al cizallamiento que las formulaciones de aceites para engranajes que tienen los aditivos PAO1000 o PAO3000. En consecuencia, son mucho más adecuadas para ser usadas en formulaciones de aceites para engranajes que se sabe que están sometidas a intensas fuerzas de cizallamiento. Además, los resultados después de 100 horas muestran que las formulaciones de aceites de la invención todavía presentan pérdidas bajas de viscosidad.

Ejemplo dos

La tabla 3 ilustra los resultados de porcentajes de pérdida de viscosidad después de 100 horas para formulaciones de aceite para engranajes 75W-140 que contienen ésteres de la presente invención con arreglo al ejemplo 1 con adición además de 0,5 % en peso del antioxidante Irganox™ L57 comercializado por Ciba.

Tabla 3

Puede verse que la presencia del antioxidante disminuye todavía más el porcentaje de pérdida de viscosidad.

Ejemplo tres

La tabla 4 indica el tamaño de las cicatrices en el ensayo de desgaste para disoluciones de 150 ppm (peso/peso) de ésteres poliméricos de la presente invención y ésteres de comparación en diésel con contenido de azufre extra-bajo (o diésel ULSD por sus siglas en inglés). Se midió el tamaño de las cicatrices de desgaste en pm utilizando un equipo oscilante de alta frecuencia (HFRR) en las condiciones de ensayo según el procedimiento EN590, CEC-0-A-96.

Tabla 4

Los resultados muestran que una formulación ULSD que comprende un agente formador de películas según la invención tiene resultados más bajos en los valores de tamaño de cicatrices en el ensayo de desgaste que las que comprenden materiales de comparación.

Ejemplo cuatro

Se midió el espesor de las películas, usando el principio de interferometría óptica, en un equipo para películas ultradelgadas PCS Instruments con un disco de vidrio revestido con sílice posicionado encima de una bola cargada en la formulación de aceite para engranajes para diversas velocidades.

Las condiciones fueron: temperatura 40 °C; carga de 50 N; velocidades de 4 m/s a 0,004 m/s; aceite para engranajes: PAO 2 con viscosidad de aproximadamente 2,6 mms'1 a 100 °C.

La tabla 5 presenta la velocidad a la cual se formaron dos espesores de película específicos para estas formulaciones de aceite para engranajes que incluyen agentes formadores de películas de la invención y para productos de comparación.

Tabla 5

La tabla 6 muestra los espesores obtenidos a una velocidad baja específica, 0,057 ms-1, para un agente formador de películas según la invención y para productos de comparación.

Tabla 6

Los datos de las tablas 5 y 6 muestran que el uso de un agente formador de películas según la invención en una formulación de aceite para engranajes conduce a una formación más rápida del espesor de la película, es decir, hay buenos espesores de película a bajas velocidades que ayudan a reducir el desgaste.

Se postula que tal espesor de película reducirá la fatiga de la superficie de los engranajes, ayudando de este modo a reducir el fenómeno de micropicaduras (“micropitting”).

Ejemplo cinco

La tabla 7 muestra el aumento del índice de viscosidad para formulaciones de aceite para engranajes 75W-140 según la invención y comparadores. Las medidas de viscosidad cinemática se realizaron utilizando un viscosímetro Anton Parr SVM 3000. Para el éster A la viscosidad a 40 °C era demasiado alta como para registrar una medida. Por lo tanto, la viscosidad se midió a 80 °C y a 100 °C y tanto la viscosidad a 40 °C como el índice de viscosidad se calcularon luego a partir de estas medidas usando el estándar ASTM D2270. El aceite para engranajes usado era PAO2 con un índice de viscosidad de 124.

Tabla 7

Los datos de la tabla 7 ilustran el aumento del índice de viscosidad proporcionado por el agente formador de películas de la invención. Debe notarse que el propio PAO1000 proporciona por si mismo un aumento del índice de viscosidad mayor, pero no tiene todas las otras propiedades según la invención.

Ejemplo seis

La tabla 8 muestra la viscosidad a -35 °C para formulaciones de aceite para engranajes 75W-140 según la invención, medida usando un simulador de arranque en frío Brookfield.

Tabla 8

Los datos de la tabla 8 ilustran que una formulación de aceite para engranajes según la invención tiene una viscosidad baja a una baja temperatura, -35 °C. Esto es importante para el arranque en frío.

Ejemplo siete

Se midió la estabilidad frente a la oxidación de los agentes formadores de películas según la invención y otros productos de comparación utilizando una versión modificada del ensayo de tubo caliente, IP 280/85.

La duración del ensayo fue de 168 horas durante las cuales se sopló aire a través de un primer tubo, que contenía una muestra de acero y la formulación de aceite para engranajes a 140 °C, seguido de un segundo tubo que contenía agua a temperatura ambiente.

Se midieron la pérdida de peso de la muestra en g, la acidez volátil en el agua (mg KOH/g) y el aumento neto de ácido de la formulación de aceite para engranajes.

La tabla 9 muestra la estabilidad frente a la oxidación para los agentes formadores de películas según la invención en aceite para engranajes PAO 6.

Tabla 9

Como puede verse, el agente formador de películas según la invención proporciona estabilidad oxidativa. El propio PAO1000 proporciona una estabilidad oxidativa mejorada, pero no tiene las otras propiedades requeridas según la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una formulación de aceite para engranajes que comprende un aceite para engranajes y un éster polimérico que es el producto de reacción de

(a) al menos un neopentil poliol;

(b) un ácido graso dímero escogido entre dímeros de ácidos grasos que tienen de 10 a 30 átomos de carbono, que es un ácido dímero hidrogenado con un índice de yodo menor de 25;

(c) un ácido dicarboxílico alifático que tiene de 5 a 18 átomos de carbono; y

(d) uno o más ingredientes para reducir el índice de acidez del éster polimérico por debajo de 5 mg KOH/g escogido entre ésteres glicidílicos;

con el éster polimérico resultante que tiene una viscosidad cinemática a 100 °C entre 400 y 5000 mm2/s y un peso molecular promedio en peso de 5000 a 20000, y un índice de no polaridad entre 1000 y 4000.

2. Una formulación de aceite para engranajes según la reivindicación 1, en la que el índice de acidez del éster polimérico se reduce por debajo de 1 mg KOH/g.

3. Una formulación de aceite para engranajes según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en la que el éster polimérico resultante tiene una viscosidad cinemática a 100 ° C entre 500 y 3000 mm2/s.

4. Una formulación de aceite para engranajes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el éster polimérico resultante tiene un peso molecular promedio en peso entre 5000 y 18000.

5. Uso de la formulación de aceite para engranajes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en una máquina escogida entre una transmisión manual, una caja de distribución y/o un diferencial.

6. Uso de la formulación de aceite para engranajes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en un engranaje industrial.

7. Uso de la formulación de aceite para engranajes según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en la caja de cambios de un aerogenerador.