TWI793346B - 液態有機磨耗改進劑 - Google Patents

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Abstract

一種液態有機磨耗改進劑，包含數目平均分子量範圍為大於3800的酯化物，且該酯化物由包含二聚甘油、單元酸組分及二元酸組分的組成物經酯化反應所形成。該液態有機磨耗改進劑具有減少摩擦的作用，從而與機油搭配使用時，能夠提升該機油的潤滑性，致使應用至內燃機中，能夠降低內燃機的能源耗損的程度，以達到節約能源的效果。

Description

液態有機磨耗改進劑
本發明是有關於一種具有減少摩擦作用的有機磨耗改進劑，特別是指一種包含酯化物的液態有機磨耗改進劑，且該酯化物由包含二聚甘油的組成物所形成。
世界專利公開第2017016825號揭示一種摩擦改進劑。該摩擦改進劑為聚甘油偏酯，且是由聚甘油混合物(polyglycerol mixture)、多官能羧酸、脂肪酸，及聚(羥基硬脂酸)進行酯化反應所形成。該聚甘油混合物的酯化度為羥基團(-OH)的30%至75%且具有3至6的平均縮合度。該多官能羧酸為脂族二羧酸。該脂肪酸為具有8至22個碳原子的脂肪酸。該聚甘油偏酯的羥基值為50至180mgKOH/g。
雖該摩擦改進劑具有減少摩擦的作用，致使應用至發動機中，能夠降低發動機的能源耗損的程度，而達到節約能源的效果，但是該摩擦改進劑在減少摩擦的作用上仍不足以滿足業界需求，以至於在節約能源上仍有待改善。
因此，本發明的一目的，即在提供一種具有優異減少摩擦作用，從而應用至內燃機中，能夠降低該內燃機的能源耗損的程度，以達到節約能源的效果的液態有機磨耗改進劑。
於是，本發明液態有機磨耗改進劑包含數目平均分子量範圍為大於3800的酯化物，且該酯化物由包含二聚甘油、單元酸組分及二元酸組分的組成物經酯化反應所形成。
本發明的功效在於：該液態有機磨耗改進劑具有減少摩擦的作用，從而與機油搭配使用時，能夠提升該機油的潤滑性，致使應用至內燃機中，能夠降低內燃機的能源耗損的程度，以達到節約能源的效果。
以下將就本發明進行詳細說明。
本發明液態有機磨耗改進劑包含數目平均分子量範圍為大於3800的酯化物。該酯化物由包含二聚甘油(diglycerol)、單元酸組分及二元酸組分的組成物經酯化反應所形成。
〔酯化物〕
為使該液態有機磨耗改進劑具有更優異的抗磨耗效果〔即，減少摩擦的作用或潤滑性〕，較佳地，該酯化物的數目平均分 子量範圍為4200至6000。
為使該液態有機磨耗改進劑具有更優異的抗磨耗效果，較佳地，該酯化物的酯化度範圍為80%以上。
〔二聚甘油〕
二聚甘油例如Solvay製造商的產品、Spiga製造商的產品、Lonza製造商的產品，或Sakamoto orient製造商的產品等。
〔單元酸組分〕
為使該液態有機磨耗改進劑的數目平均分子量能夠大於3800，且避免形成凝膠狀或不具流動性的交聯體，較佳地，以該組成物的總量為100wt%計，該單元酸組分的總量範圍為60wt%至85wt%。該單元酸組分包括至少一種脂肪酸。該脂肪酸例如但不限於C14至C22脂肪酸。該C14至C22脂肪酸例如C14至C22飽和脂肪酸或C14至C22不飽和脂肪酸等。該C14至C22飽和脂肪酸可單獨一種使用或混合多種使用，且該飽和脂肪酸例如但不限於肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸，或山嵛酸等。該C14至C22不飽和脂肪酸可單獨一種使用或混合多種使用，且該C14至C22不飽和脂肪酸例如但不限於油酸、棕櫚油酸、亞油酸、亞麻酸，或芥酸等。在本發明的一些實施例中，該脂肪酸為C18脂肪酸，或C18脂肪酸及C16脂肪酸的組合。該單元酸組分包括至少一種C18脂肪酸。進一步地，該單元酸組分還包括至少一種C16脂肪酸。在本發明的一些實施例中，該 單元酸組分包括數種C18脂肪酸及數種C16脂肪酸。為使該液態有機磨耗改進劑能與機油中的礦物油間具有較佳的相容性，較佳地，以該單元酸組分的總量為100wt%計，該C18脂肪酸的總用量範圍為70wt%以上。
〔二元酸組分〕
為使該液態有機磨耗改進劑的數目平均分子量能夠大於3800，且避免形成凝膠狀或不具流動性的交聯體，較佳地，以該組成物的總量為100wt%計，該二元酸組分的總量範圍為10wt%至20wt%。該二元酸組分包括至少一種C6至C10的二元酸。該C6至C10的二元酸例如但不限於己二酸、壬二酸，或癸二酸等。
〔酯化反應〕
在本發明的一些實施例中，該酯化反應的溫度範圍為160℃至240℃。
進一步地，該酯化反應是在觸媒的存在下進行反應。該觸媒可單獨一種使用或混合多種使用，且該觸媒例如但不限於是草酸亞錫(SnC2O4)、氧化亞錫(SnO)、鈦酸四丁基酯(tetrabutyl titanate)、鈦酸四異丙基酯(titanium tetraisopropanolate)，或甲基磺酸(methanesulfonic acid)等。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之 限制。
實施例1 液態有機磨耗改進劑
將218克的二聚甘油、167克的己二酸及696克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分包括數種C18脂肪酸及數種C16脂肪酸，且以該單元酸組分的總量為100wt%計，該等C18脂肪酸的總用量為85±5wt%，而該等C16脂肪酸的總用量為5±5wt%。
比較例1
將225克的二聚甘油、116克的己二酸及728克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例2
將272克的四聚甘油、110克的己二酸及684克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例3
將209克的季戊四醇、187克的己二酸及691克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例4
將229克的季戊四醇、164克的己二酸及688克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例5
市售的有機磨耗改進劑〔廠牌：Croda；型號：PerfadTM 3057〕。
比較例6
將275克的二聚甘油、220克的己二酸及600克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例7
將190克的二聚甘油、85克的己二酸及790克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
比較例8
將235克的二聚甘油、200克的己二酸及650克的單元酸組分混合，並於220±5℃進行酯化反應，形成酯化物。其中，該單元酸組分如實施例1所述，故不再贅述。
評價項目
動黏度(單位：cSt)及黏度指數量測：依據ASTM D445 的動黏度標準試驗方法，利用黏度計(廠牌：Anton Paar Co.Ltd.；型號：SVM 3000)量測實施例1及比較例1至5的有機磨耗改進劑在100℃時的動黏度，並由該動黏度計算出黏度指數。
數目平均分子量量測：將約1克實施例1及比較例1至4及比較例6至8的有機磨耗改進劑加入1升的四氫呋喃，並利用液相層析儀進行量測。使用的標準品為聚苯乙烯，且該液相層析儀包括管柱(廠牌：Waters；型號：ACQUITY APCTM)，其中，分析條件：移動相為四氫呋喃；流速為0.5mL/min；溫度為40℃。
酯化度：〔(二聚甘油的羥基值-各實施例及各比較例的有機磨耗改進劑的羥基值)/二聚甘油的羥基值〕×100%，而羥基值(單位：mgKOH/g)的測量是依據ASTM E222的用乙酸酐乙醯化測定羥基團的標準試驗方法進行。
礦物油相容性：將1克實施例、比較例1至4及比較例7的有機磨耗改進劑加入99克的礦物油(廠牌：SK Corporation Co.,Ltd；型號：Yubase 4)中在80℃混合後，放置室溫24小時，以目測方式確認有無分層、析出或是霧化等現象。○：無分層、無析出及無霧化；X：分層、析出或霧化。
磨耗測試：依據ASTM D4172(2016)的潤滑液耐磨特性標準試驗方法，利用四球磨耗儀對測試樣品進行測試，且獲得磨痕直徑(scar diameter，單位：mm)，而測試條件：溫度為75 ℃、轉速為1200rpm、荷重(load)為40±0.2kgf，且時間為1小時。為能夠清楚描述測試樣品的配置過程，以下以實施例1的液態有機磨耗改進劑進行說明，而各比較例皆依照該過程進行配置。將1wt%的實施例1的液態有機磨耗改進劑與99wt%的礦物油(廠牌：SK Corporation Co.,Ltd；型號：Yubase 4)混合，即為測試樣品。
氧化安定性測試：依據ASTM E2009(2014)的用差別掃描熱量測定法測定烴類氧化開始溫度的標準試驗方法，利用微示差掃描熱卡分析儀(廠牌：TA instruments；型號：Q20)對實施例1、比較例3及比較例5進行測試，且測試條件是在氧氣壓力為500psi以上進行且該氧氣流量為50mL/mins，而由室溫升溫至250℃且升溫速率為5℃/min。
Figure 108124303-A0305-02-0009-1
Figure 108124303-A0305-02-0010-2
Figure 108124303-A0305-02-0010-5
由表1的實施例1與比較例2的實驗數據可知，雖比較例2與實施例1的酯化物的數目平均分子量皆大於3800，但比較例2的酯化物是使用四聚甘油來形成，而本發明的酯化物是使用二聚甘油來形成，因此，相較於比較例2的酯化物的磨痕直徑，本發明的酯化物具有較小的磨耗直徑，由此可知，透過二聚甘油，本發明的酯化物確實能夠具有優異的抗磨耗效果(即，減少摩擦的作用)。再者，由表1的比較例3、比較例4與實施例1的實驗數據可知，比較例3及比較例4的酯化物是使用季戊四醇來形成且數目平均分子量在3800以下，會使得該酯化物具有較大的磨痕直徑，而本發明的酯化物是使用二聚甘油所形成且數目平均分子量大於3800，使得該酯化物具有較小的磨痕直徑，由此可知，透過二聚甘油並將數目平均分子量控制在大於3800，本發明的酯化物確實能夠具有優異的抗磨耗效果。
應用例1
將1wt%的實施例1的有機磨耗改進劑與99wt%的0W16引擎機油混合。
應用例2
將1wt%的實施例1的有機磨耗改進劑與99wt%的0W40機油混合。
比較應用例1
將1wt%的比較例1的有機磨耗改進劑與99wt%的0W16引擎機油混合。
比較應用例2
將1wt%的比較例2的有機磨耗改進劑與99wt%的0W16引擎機油混合。
比較應用例3
將1wt%的比較例5的有機磨耗改進劑與99wt%的0W16引擎機油混合。
比較應用例4
將1wt%的比較例5的有機磨耗改進劑與99wt%的0W40機油混合。
比較應用例5
僅為0W16引擎機油。
比較應用例6
僅為0W40引擎機油。
評價項目
能量耗損(單位：J)量測及改善效率(單位：%)：利用塊對環(block-on-ring)表面磨耗測試機(廠牌：Reichert)對應用例1、比較應用例1至3及比較應用例5進行量測摩擦係數並獲得斯特里貝克曲線(Stribeck curve)。量測條件是在溫度為120℃ 及荷重為20±0.2kg下，以200rpm/min加速，從0到400rpm進行測試。接著，對該斯特里貝克曲線進行積分，而獲得能量損耗(單位：J)。該改善效率為〔(比較應用例5的能量耗損值-應用例及比較應用例的能量耗損值)/比較應用例5的能量耗損值〕×100%。
磨耗測試：利用塊對環(block-on-ring)表面磨耗測試機對應用例2、比較應用例4及比較應用例6進行量測，並獲得磨損面積(單位：mm2)。該測試條件是在溫度為120℃、荷重為20±0.2kg，及轉速為400rpm下進行。
Figure 108124303-A0305-02-0013-4
由表3的應用例1、比較應用例1至3及比較應用例5的實驗數據可知，比較應用例5為0W16引擎機油且能量耗損值為101.3J，當比較例1、2及5的酯化物加入至比較應用例5中時，能量耗損值由101.3J降為99.1J至100.4J，但當實施例1的酯化物加入至比較應用例5中時，能量耗損值由101.3J降為95.4J，由此可知，相較於比較例1、2及5的酯化物的節約能源效果，本發明的酯化物具有優異的節約能源效果。再者，由表3的應用例2、比較應用例4及比較應用例6的實驗數據可知，比較應用例6為0W40引擎機油且磨損面積為0.52mm2，當比較例5的酯化物加入至比較應用例6中時，磨損面積由0.52mm2降為0.50mm2，但當實施例1的酯化物加入至比較應用例6中時，磨損面積由0.52mm2降為0.48mm2，由此可知，相較於比較例5的酯化物的抗磨耗效果，本發明的酯化物具有優異的抗磨耗效果，基於此，本發明液態有機磨耗改進劑確實能夠更有益地提升機油的潤滑性。
綜上所述，透過使用二聚甘油來且將數目平均分子量控制在大於3800，本發明液態有機磨耗改進劑確實具有減少摩擦的作用，從而與機油搭配使用時，能夠提升該機油的潤滑性，致使應用至內燃機中，能夠降低內燃機的能源耗損的程度，以達到節約能源的效果，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此 限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
無。

Claims (8)

  1. 一種液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，該液態有機磨耗改進劑包含：數目平均分子量範圍為大於3800的酯化物，且該酯化物由包含二聚甘油、單元酸組分及二元酸組分的組成物經酯化反應所形成，其中，以該組成物的總量為100wt%計，該單元酸組分的用量範圍為60wt%至85wt%。
  2. 如請求項1所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，該單元酸組分包括至少一種飽和脂肪酸及至少一種不飽和脂肪酸。
  3. 如請求項1所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，該單元酸組分包括至少一種C18脂肪酸，且以該單元酸組分的總量為100wt%計，該C18脂肪酸的總用量範圍為70wt%以上。
  4. 如請求項1所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，該二元酸組分包括至少一種C6至C10的二元酸。
  5. 如請求項4所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，該C6至C10的二元酸為己二酸。
  6. 如請求項1所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，以該組成物的總量為100wt%計，該二元酸組分的用量範圍為10wt%至20wt%。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，該酯化物的酯化度範圍為80% 以上。
  8. 如請求項4至5中任一項所述的液態有機磨耗改進劑用於車輛抗磨耗的用途，其中，以該組成物的總量為100wt%計，該二元酸組分的用量範圍為10wt%至20wt%。
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