TW202302829A

TW202302829A - 潤滑油組成物

Info

Publication number: TW202302829A
Application number: TW111108808A
Authority: TW
Inventors: 鎌田久美子; 羽生田清志
Original assignee: 荷蘭商蜆殼國際研究公司
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-01-16
Also published as: CN116940658A; WO2022189434A1; EP4305132A1; JP2022140025A; JP6993524B1

Abstract

本發明提供一種潤滑油組成物，其包含基礎油、二硫代胺基甲酸鉬及基於金屬之清潔劑，其中就鉬原子而言，二硫代胺基甲酸鉬之量C _Mo相對於潤滑油組成物之總量大於200 ppm且為2,000 ppm或更小，且磺化灰分之量相對於潤滑油組成物之總量小於0.85質量%。

Description

潤滑油組成物

本發明係關於一種具有極佳耐磨性之潤滑油組成物。

自石油資源枯竭及環境保護角度來看，對汽車的燃油效率要求更高。特定言之，隨著汽車輕量化、發動機在能效方面之改良及傳動系統在驅動力傳輸方面之改良，需要具有極佳效能之潤滑油組成物。

舉例而言，「添加劑類型及效能（1）：抗磨劑/極壓劑（Types of Additives and Performance （1）: Anti-Wear Agents/Extreme Pressure Agents）」, R.J. Hartley等人, Tribologist, 第40卷, 第4期, 第326頁, 1995指出，當將諸如二烷基二硫代磷酸鋅之抗磨劑添加至用於內燃機之潤滑油中時，內燃機中鐵材料之耐磨性得到改良。

習知潤滑油組成物用於作為發動機中之主要材料的鋁及/或鋁合金上時的耐磨性尚未得到充分研究。特定言之，隨著近年來發動機尺寸減小，構成摩擦軸承表面之材料對耐磨性具有極大影響，且已發現，即使在基於鐵之材料具有較高耐磨性的情況下，鋁及/或鋁合金亦未必總能獲得極佳耐磨性。

因此，本發明之一個目標為提供一種即使在用於鋁及/或鋁合金上時亦具有極佳耐磨性之新穎潤滑油組成物。

經過廣泛研究，本發明人發現，一種含有特定量之特定組分的潤滑油組成物可達成此目標。具體言之，本發明如下。

本發明為一種潤滑油組成物，其包含基礎油、二硫代胺基甲酸鉬及基於金屬之清潔劑，其中就鉬原子而言，二硫代胺基甲酸鉬含量C _Mo相對於潤滑油組成物之總量大於200 ppm且為2,000 ppm或更小，且磺化灰分之量相對於潤滑油組成物之總量小於0.85質量%。

基於金屬之清潔劑較佳包括基於鈣之清潔劑及基於鎂之清潔劑。就鈣原子而言，基於鈣之清潔劑含量C _Ca相對於潤滑油組成物之總量可為100 ppm至2,000 ppm。

就鎂原子而言，基於鎂之清潔劑含量C _Mg相對於潤滑油組成物之總量可為50 ppm至1,000 ppm。（C _Mg+C _Mo/2）/C _Ca可為0.4至1.2。

潤滑油組成物可進一步包含二烷基二硫代磷酸鋅。

潤滑油組成物可用於潤滑含有鋁及/或鋁合金之滑動表面。

本發明能夠提供一種即使在用於鋁及/或鋁合金上時亦具有極佳耐磨性之新穎潤滑油組成物。

以下為對本發明之潤滑油組成物之組分、組分之量、物理特點及特性、製造方法及應用的描述。

當提及某一數值範圍之上限值及下限值時，數值範圍之所有組合（包括此等值）包括於其中。此外，「數值A至數值B」意謂「數值A或更大且數值B或更小」。此處，「或更大」及「或更小」可解讀為意謂「大於」及「小於」。

本發明中之動黏度為根據JIS K2283：2000量測之值。

潤滑油組成物含有基礎油、基於金屬之清潔劑及二硫代胺基甲酸鉬。潤滑油組成物較佳含有二烷基二硫代磷酸鋅。潤滑油組成物亦可含有其他組分。

不存在對基礎油之特定限制，且可選擇常用於潤滑油組成物中之任何礦物油、合成油、動物油或植物油或其組合。特定實例包括屬於美國石油學會（American Petroleum Institute，API）基礎油類別之第1類、第2類、第3類及第4類的基礎油，其可單獨或以混合物形式使用。

第1類基礎油包括藉由諸如對由常壓蒸餾原油獲得之潤滑油餾分進行溶劑精煉、加氫精煉及脫蠟之適當組合獲得之石蠟礦物油。

第2類基礎油包括藉由諸如對由常壓蒸餾原油獲得之潤滑油餾分進行加氫精煉及脫蠟的精煉法之適當組合獲得之石蠟礦物油。

第3類基礎油及第2類基礎油包括由對由常壓蒸餾原油獲得之潤滑油餾分進行高度加氫精煉所產生的石蠟礦物油；使用對由脫蠟製程產生之蠟進行脫蠟且用異鏈烷烴取代該蠟的Isodewax製程來精煉之基礎油；及使用將天然氣轉化為液體燃料之費-托法（Fischer-Tropsch method）合成之氣轉液（gas-to-liquid，GTL）油。較佳使用此等基礎油。與由原油精煉之礦物油基礎油相比，GTL基礎油具有極低硫含量及芳族物含量以及極高石蠟比率。因此，其具有極佳氧化穩定性且經歷極低蒸發損失。使用此等油作為基礎油為尤其較佳的。

合成油之實例包括聚烯烴、二元酸二酯、偏苯三甲酸三酯、多元醇酯、烷基苯、烷基萘、聚氧伸烷基二醇、聚氧伸烷基二醇酯、聚氧伸烷基二醇醚、聚苯基醚、二烷基二苯基醚、含氟化合物（全氟聚醚、氟化聚烯烴等）及聚矽氧。聚烯烴包括各種烯烴或此等之氫化物之聚合物。可使用任何聚烯烴，且實例包括乙烯、丙烯、丁烯及具有五個或更多個碳原子之α-烯烴。在聚烯烴之製備中，可使用一種類型之烯烴或兩種或更多種類型之組合。尤佳為稱為聚α-烯烴（PAO）之聚烯烴，其為第4類基礎油。

本領域中常見之任何組分均可用作基於金屬之清潔劑。基於金屬之清潔劑之實例包括基於鹼金屬之清潔劑（鹼金屬磺酸鹽、鹼金屬酚鹽及鹼金屬水楊酸鹽）及基於鹼土金屬之清潔劑（鹼土金屬磺酸鹽、鹼土金屬酚鹽及鹼土金屬水楊酸鹽）。此等基於金屬之清潔劑可單獨使用或以兩者或更多者的組合形式使用。

基於金屬之清潔劑較佳包括基於鈣之清潔劑及/或基於鎂之清潔劑。基於鈣之清潔劑較佳為水楊酸鈣。基於鎂之清潔劑較佳為磺酸鎂。

水楊酸鈣及磺酸鎂係基於金屬之清潔劑的較佳形式。將詳述此等基於金屬之清潔劑，但基於金屬之清潔劑不限於此等實例。

可使用本領域中常見之任何水楊酸鈣。一個實例為由下式（1）表示之化合物。

在此式中，R可為具有4至30個碳原子之烴基，但具有6至18個碳原子之直鏈或分支鏈烷基為較佳的。

可使用本領域中常見之任何磺酸鎂。實例為由下式（2）表示之化合物。

可使用本領域中常見之任何二硫代胺基甲酸鉬（MoDTC）。實例為由下式（3）表示之化合物。

在此式中，R1至R4表示烷基，且X1至X4表示氧原子或硫原子。更具體言之，在此式中，烷基R1、R2、R3及R4各獨立地為具有2至30個碳原子之親油性基團。

此處，二硫代胺基甲酸鉬較佳為由下式（4）表示之化合物。

在此式中，R1至R4表示烷基。更具體言之，烷基R1、R2、R3及R4各自獨立地為具有2至30個碳原子之親油性基團。

可使用本領域中常見之任何二烷基二硫代磷酸鋅。其通常為由下式（5）表示之化合物。

在此式中，R ^a、R ^b、R ^c及R ^d各自獨立地表示具有3至24個碳原子之烴基。烴基之較佳實例包括具有3至24個碳原子之直鏈或分支鏈烷基、具有3至24個碳原子之直鏈或分支鏈烯基、具有5至13個碳原子之環烷基或直鏈或分支鏈烷基環烷基、具有6至18個碳原子之芳基或直鏈或分支鏈烷芳基以及具有7至19個碳原子之芳烷基。此等烷基及烯基可為一級、二級或三級基團。

二烷基二硫代磷酸鋅之特定實例包括二異丙基二硫代磷酸鋅、二異丁基二硫代磷酸鋅、二-二級丁基二硫代磷酸鋅、二-二級戊基二硫代磷酸鋅、二-正己基二硫代磷酸鋅、二-二級己基二硫代磷酸鋅、二辛基二硫代磷酸鋅、二-2-乙基己基二硫代磷酸鋅、二-正癸基二硫代磷酸鋅、二正十二烷基二硫代磷酸鋅、二異十三基二硫代磷酸鋅及其任何組合及混合物。此等抗磨劑可單獨或以兩者或更多者之組合形式使用。

取決於預期應用，潤滑油組成物除了上文所描述之彼等者以外亦可含有本領域中常見之其他組分。此等其他組分之實例包括添加劑，諸如分散劑、消泡劑、傾點下降劑、金屬去活化劑、抗氧化劑及黏度指數改良劑。潤滑油組成物亦可含有除上文所描述之組分以外的清潔劑或抗磨劑。

基礎油含量相對於潤滑油組成物之總量較佳為50至95質量%，更佳為60至90質量%，且甚至更佳為70至85質量%。

基於金屬之清潔劑含量相對於潤滑油組成物之總量可根據金屬原子測定，且例如較佳為0.05至0.5質量%，更佳0.1至0.4質量%，且甚至更佳0.13至0.25質量%。

基於金屬之清潔劑的較佳實施例為水楊酸鈣及磺酸鎂，且現將解釋此等基於金屬之清潔劑的特定含量。

就鈣原子而言，水楊酸鈣含量C _Ca相對於潤滑油組成物之總量較佳為100至2,000 ppm，更佳為500至1,800 ppm，甚至更佳為700至1,500 ppm，且再更佳為900至1,400 ppm。

就鎂原子而言，磺酸鎂含量C _Mg相對於潤滑油組成物之總量較佳為50至1,000 ppm，更佳200至800 ppm，且甚至更佳300至600 ppm。

就鉬原子而言，二硫代胺基甲酸鉬含量C _Mo相對於潤滑油組成物之總量較佳大於200 ppm且為2,000 ppm或更小，更佳250 ppm至1,700 ppm，甚至更佳300至1,500 ppm，且再更佳400至1,200 ppm。當二硫代胺基甲酸鉬之量在此範圍內時，可改良鋁與鋁合金之耐磨性，同時維持極佳燃料經濟性。

比率（C _Mg+C _Mo/2）/C _Ca較佳為0.4至1.2（亦即，0.35或更大且小於1.25），且更佳為0.4至0.9（亦即，0.35或更大且小於0.95）。

C _Ca、C _Mg及C _Mo（C _Ca+ C _Mg+ C _Mo）之總量較佳為1,000至4,000 ppm，更佳1,500至3,000 ppm，甚至更佳1,700至3,000 ppm，且再更佳1,800至2,750 ppm。

就磷原子而言，二烷基二硫代磷酸鋅含量C _Zn相對於潤滑油組成物之總量較佳為200至2,000 ppm，更佳300至1,500 ppm，且甚至更佳500至1,000 ppm。

餘量可為其他組分。其他組分之量相對於潤滑油組成物之總量可為1質量%或更大、3質量%或更大、或5質量%或更大，及25質量%或更小、20質量%或更小、或15質量%或更小。

硫酸化灰分之量相對於潤滑油組成物之總量的較佳小於0.85質量%或0.84質量%或更小。當硫酸化灰分之量在此範圍內時，本發明之影響增加且發動機符合排放規定。下限值沒有特殊限制，可為0.1質量%、0.3質量%或0.5質量%。

可使用JIS K 2272中規定之方法來量測硫酸化灰分含量。可藉由改變例如所使用的基於金屬之清潔劑的量來調節硫酸化灰分含量。

使用由合金鋼（AISI 4620）製成之環及鋁合金（AC8A-T6）塊，經由Falex塊對環摩擦測試儀（LFW-1）評估耐磨性。測試條件包括1,000 rpm旋轉速度，200 N負荷，80℃油溫及在施加200 N負荷之後15分鐘操作時間。在測試之後量測該塊上之磨損寬度（mm）。

就耐磨性而言，在測試之後該塊上之磨損寬度較佳為5 mm或更小，且尤其較佳為4.5 mm或更小。當耐磨性在此範圍內時，尺寸縮減的發動機具有足夠的耐久性。

可使用本領域中常見之任何方法製造潤滑油組成物。適當時，組分可混合在一起，且組分混合在一起的次序不存在特定限制。添加劑可以含有不同添加劑之混合物的添加劑封裝形式添加。

本發明之潤滑油組成物可提高清潔度、燃料經濟性以及耐磨性（尤其鋁及/或鋁合金之耐磨性）之間的平衡。本發明之潤滑油組成物適用於具有廢氣調節措施（配備有GPF或汽油微粒過濾器）之汽油機，及與類似於歐洲ACEA C2、C3及C5 Mid SAPS類別（用於與催化劑及GPF/DPF裝置相容之汽油機車及柴油機車的低硫酸化灰分機油標準）之低硫酸化灰分機油相容的汽油機。本發明之潤滑油組成物為SAE黏度級別為0W-20、0W-16及0W-8之低黏度機油，其適用於具有高燃油效率之發動機。

對此等潤滑油組成物之應用不存在特定限制，且其在廣泛範圍之機械中可用作潤滑油。舉例而言，其可在車輛及生產機器中用於潤滑旋轉組件及滑動組件。此等潤滑油組成物較佳用作用於含有鋁及/或鋁合金之組件（或在其組件中含有此等金屬材料之內燃機）之滑動表面的潤滑油。實例

以圖表中所示之量（質量%）將以下成分混合在一起，以產生實例及比較實例中之潤滑油組成物。各實例之SAE黏度級別為0W-20。 ● 基礎油-GTL基礎油 ● 黏度指數改良劑-聚甲基丙烯酸酯 ● 基於金屬之清潔劑A-基於鈣之清潔劑：超鹼性水楊酸鈣 ● 基於金屬之清潔劑B-基於鎂之清潔劑：超鹼性磺酸鎂 ● 抗磨劑-二烷基二硫代磷酸鋅 ● 摩擦調節劑-二硫代胺基甲酸鉬 ● 無灰分散劑-無硼分散劑：烯基丁二醯亞胺；含硼分散劑：烯基丁二醯亞胺 ● 抗氧化劑-基於胺之抗氧化劑及基於苯酚之抗氧化劑之混合物 ● 消泡劑-含有3質量%二甲基聚矽氧烷（DCF）之煤油溶液

各潤滑油組成物中基於金屬之清潔劑及摩擦調節劑的量表述為此等試劑之金屬組分中的鈣、鎂或鉬相對於潤滑油組成物之總質量的量（質量ppm）。

對於其他添加劑，參考一般添加量，其相對於潤滑油組成物之總質量，在無灰分散劑之情況下，為500至1,500 ppm之氮當量（0至200 ppm之硼當量）；在抗磨劑之情況下，為500至1,200 ppm之鋅當量；且在消泡劑之情況下，為3至20 ppm之矽當量。黏度指數改良劑的量為20質量%或更小，且抗氧化劑的量為5質量%或更小。

根據熟知方法量測各組分之當量。舉例而言，JPI-5S-38用於鈣、鎂及鉬，且JIS K 2609用於氮。

如各表中所示，在各潤滑油組成物中使用磺化灰分。

使用上述方法進行耐磨性測試。在完成測試之後，各塊中之磨損寬度（mm）展示於表中。至於評估標準，當磨損寬度係4.5 mm或更小時，指定評估為¤。當磨損寬度為5.0 mm或更小時，指定評估為¡。當磨損寬度大於5.0 mm時，指定評估為x。表1

			實例1	實例2	實例3	實例4	實例5
組成	基礎油		餘量	餘量	餘量	餘量	餘量
基於金屬之清潔劑A	Ca量	質量ppm	900	900	1200	1400	1400
基於金屬之清潔劑B	Mg量	質量ppm	300	600	600	300	300
摩擦調節劑	Mo量	質量ppm	500	500	500	500	1,000
(Mg+Mo/2)/Ca	-	0.6	0.9	0.7	0.4	0.6
Ca+Mg+Mo	-	1,700	2,000	2,300	2,200	2,700
評估	KV100	mm ²s-1	7.40	7.47	7.58	7.55	7.67
磺化灰分	%	0.65	0.75	0.81	0.77	0.77
耐磨性評估（LFW-1）	mm	4.64	4.47	3.74	4.31	4.50
通過 ≤4.5 mm ¤ ≤5.0 mm ¡ 未通過＞5.0 mm x	¡	¤	¤	¤	¤

表2

			比較實例1	比較實例2	比較實例3	比較實例4
組成	基礎油		餘量	餘量	餘量	餘量
基於金屬之清潔劑A	Ca量	質量ppm	400	900	400	1400
基於金屬之清潔劑B	Mg量	質量ppm	0	100	400	600
摩擦調節劑	Mo量	質量ppm	200	200	200	200
(Mg+Mo/2)/Ca	-	0.3	0.2	1.3	0.5
Ca+Mg+Mo	-	600	1,200	1,000	2,200
評估	KV100	mm ²s-1	7.25	7.41	7.25	7.66
磺化灰分	%	0.38	0.56	0.48	0.85
耐磨性評估（LFW-1）	mm	7.11	6.04	5.96	7.78
通過 ≤4.5 mm ¤ ≤5.0 mm ¡ 未通過＞5.0 mm x	x	x	x	x

無

Claims

一種潤滑油組成物，其包含基礎油、二硫代胺基甲酸鉬及基於金屬之清潔劑，其中就鉬原子而言，該二硫代胺基甲酸鉬含量C _Mo相對於潤滑油組成物之總量大於200 ppm且為2,000 ppm或更小，及磺化灰分之量相對於潤滑油組成物之總量小於0.85質量%。
如請求項1之潤滑油組成物，其中該基於金屬之清潔劑包括基於鈣之清潔劑及基於鎂之清潔劑。
如請求項2之潤滑油組成物，其中就鈣原子而言，該基於鈣之清潔劑含量C _Ca相對於潤滑油組成物之總量為100 ppm至2,000 ppm，就鎂原子而言，該基於鎂之清潔劑含量C _Mg相對於潤滑油組成物之總量為50 ppm至1,000 ppm，及（C _Mg+C _Mo/2）/C _Ca為0.4至1.2。
如請求項1至3中任一項之潤滑油組成物，其中該潤滑油組成物進一步包含二烷基二硫代磷酸鋅。
如請求項1至4中任一項之潤滑油組成物，其中該潤滑油組成物係用於潤滑含有鋁及/或鋁合金之滑動表面。