可用作i-iv類烴油用潤滑劑添加劑的聚亞烷基二醇的製作方法

2023-09-10 04:28:00

專利名稱：可用作i-iv類烴油用潤滑劑添加劑的聚亞烷基二醇的製作方法
可用作卜IV類烴油用潤滑劑添加劑的聚亞烷基二醇相關申請的交叉引用該申請是非臨時申請，要求來自2009年7月23日提交的題為「可用作I-IV類烴油用潤滑劑添加劑的聚亞燒基二醇(POLYALKYLENE GLYCOLSUSEFUL AS LUBRICANT ADDITIVES FOR GROUPS I-IVHYDROCARBON OILS) 」的美國臨時專利申請號61/227，833的優先權，將所述美國臨時專利申請的教導通過援引在本文中加入，如同在下文完全再現。背景1.發明領域本發明涉及潤滑劑組合物。更具體而言，本發明涉及與廣泛多種的烴油可溶的潤滑劑添加劑。2.
背景技術：
潤滑劑組合物廣泛用於具有運動機械部件的裝置中，其中潤滑劑組合物的作用是減少運動部件之間的摩擦。該減少進而可以減少磨損和撕裂和/或改善裝置的總體性能。 在許多應用中，潤滑劑組合物也適合於相關和非相關的附加目的，諸如減少腐蝕，冷卻組件，減少結垢，控制粘度，去乳化和/或增加泵送性。現在大多數潤滑劑組合物包括基礎油。一般地，該基礎油是烴油或烴油的組合。美國石油學會(American Petroleum Institute)已將烴油指定為分成I、II、III或IV類。 在這些中，I、II和III類油是天然礦物油。I類油由用溶劑萃取方法進一步精煉以改善性質諸如抗氧化性並且以除去蠟的分餾石油組成。II類油由已加氫裂化以將其進一步精煉和純化的分餾石油組成。III類油具有類似於II類油的特徵，其中II和III類都是高度加氫處理的油，其已經經歷了多個步驟以改善它們的物理性質。III類油比II類油具有更高的粘度指數，並且通過Π類油的進一步加氫裂化或通過加氫異構的疏鬆石蠟的加氫裂化製備的，所述加氫異構的疏鬆石蠟是通常用於許多油的脫蠟方法的副產物。IV類油是合成的烴油，其也稱為聚α -烯烴(PAOs)。為了改變多種基礎油的性質，經常採用所謂的添加劑包(package)。所述添加劑包可以包括設計成充當抗氧化劑、腐蝕抑制劑、抗磨添加劑、泡沫控制劑、黃色金屬鈍化劑、分散劑、洗滌劑、極壓添加劑、減摩劑和/或染料的材料。高度合意的是，全部添加劑可溶於基礎油中。在大範圍溫度和其它條件下合意地保持或可保持這樣的溶解度，以便可以運輸、儲存和/或相對延長使用這些組合物。也高度合意的是，所述添加劑提供好的環境性能。這意思是，這些添加劑不需要攜帶任何危險分類警示標籤，和/或是可生物降解的和對於水生物非毒性的。然而，獲得這些合意品質不應當以總性能為代價。遺憾地，包括作為至少一個益處的改善的減磨的許多添加劑遭受低溶解度、不良環境性能或兩者。本領域技術人員已經嘗試確定可以包括在含基礎油的潤滑劑組合物中並且不造成與溶解度和環境兩者都有關的問題的減磨添加劑(本文中稱為「潤滑劑添加劑」)。該問題的一個途徑已經在於在潤滑劑組合物中包括一種或多種共基礎油(co-base oils)，諸如合成的酯或植物油。例如，為此目的，在聚α -烯烴的情況下，已經將酯用作共基礎油。遺憾地，這些酯經常遭受不良的水解穩定性，並且因而可以在總性能方面呈現不可接受的犧牲以便實現溶解度和環境接受性。對於所述問題的另一個途徑已經在於使用含有鋅、硫和/或磷的潤滑劑添加劑。 雖然這些潤滑劑添加劑經常提供合意的減磨和補充的性質諸如耐腐蝕性兩者，但是它們可能是不可生物降解的和/或對於環境毒性的。它們也趨向於是相對昂貴的。這些添加劑的實例可以包括磷酸胺、磷酸酯、氯化石蠟、二烷基二硫代磷酸鋅、二戊基二硫代氨基甲酸鋅和二戊基二硫代氨基甲酸二戊基銨。又一個途徑已經在於使用是聚亞烷基二醇或「PAG」的潤滑劑添加劑。許多PAG基於環氧乙烷或環氧丙烷均聚物，並且在一些情況下是環氧乙烷/環氧丙烷共聚物。它們通常提供好的性能和環境性質，包括好的水解穩定性，低毒性和生物降解性，高粘度指數值， 合意的低溫性質，和好的成膜性質。遺憾地，它們一般不可溶於烴基礎油。特別是，它們與聚α-烯烴(IV類油)的溶解度特別低。本領域技術人員因此繼續尋求具有提高的油溶解度的聚亞烷基二醇，以便利用它們的許多益處同時使環境問題可能性最小化。發明概述因此，本發明在一個方面中提供一種潤滑劑組合物，所述潤滑劑組合物包含1、11、 III或IV類烴油和PAG，所述聚亞烷基二醇已經通過將C8-C20醇和混合的環氧丁烷/環氧丙烷進料反應而製備，其中環氧丁烷對環氧丙烷的比例在3 1至1 3範圍內，所述烴油和所述聚亞烷基二醇相互可溶。在另一個方面中，本發明提供個種製備潤滑劑組合物的方法，所述方法包括至少將(a) I、II、III或IV類烴油和(b)聚亞烷基二醇在使得所述烴油和所述聚亞烷基二醇相互可溶的條件下摻合，所述聚亞烷基二醇通過使C8-C20醇和混合的環氧丁烷/環氧丙烷進料反應而製備，其中環氧丁烷對環氧丙烷的比例在3 1至1 3範圍內。實施方案詳述本發明是在屬性上可以是合成的或礦物的烴油和一組PAG潤滑劑添加劑的物理摻合物，所述PAG潤滑劑添加劑被定義為提高摻合物的減摩性質的添加劑，以超過可以單獨由烴油所顯示的任何減摩性質。本發明還包括一種製備該摻合物的方法。本文中可用的PAG可以經由它們的一般化製備路線和它們結構的某些普遍方面在本文中表徵。它們的製備路線一般包括醇和包括環氧丁烷和環氧丙烷兩者的進料的反應。可以採用進料環氧烷比的寬比例，以致環氧丁烷對環氧丙烷的比例可以在3 1至 1 3範圍內。在一些非限制性實施方案中，環氧烷單元的無規分布是優選的，而在其它實施方案中，可以通過控制進料以致將環氧烷單獨和/或交替進料而產生嵌段結構。更具體而言，可用於本發明中的這些PAG可以通過至少1，2_環氧丁烷、環氧丙烷和選擇的醇的反應而製備。在一些實施方案中，可以選擇規定的醇引發劑的混合物。所述醇可以從石油化學品或可再生資源獲得，並且通常是在屬性上可以是直鏈或支鏈的C8-C20 醇。在某些非限制性實施方案中，它是C8-C12醇。如本文中所用，用「C」開始的符號，包括但不限於C8、C10、C12和C20，指的是給定分子中的碳原子總數，不考慮這些原子的構型。 包括這樣的碳數符號的連字符連接的表述如C8-C12，指的是可能的分子選擇的組，每一選擇具有屬於給定數值範圍內的碳數。該反應可以由酸性或鹼性催化劑催化。在某些非限制性實施方案中，所述催化劑是強鹼(alkali base)，諸如氫氧化鉀、氫氧化鈉或碳酸鈉，並且所述方法是陰離子聚合。結果是具有比進行陽離子聚合時可以獲得的聚醚結構相對較窄分
4子量分布即相對較低多分散性指數的聚醚結構。然而，在備選的和非限制性實施方案中，可以進行陽離子聚合。聚合物鏈長度也將取決於反應物比例，但是在某些非限制性實施方案中，數均分子量(Mn)可以從500變化至5，000，並且在某些其它非限制性實施方案中可以從 500變化至2，500。在一種備選表徵中，可用於本發明中的PAG可以表徵為環氧丁烷/環氧丙烷擴鏈的共聚物，其基於含伯羥基的引發劑並且具有至少3 1並且在某些實施方案中為3 1 至6 1的碳對氧的比例。在某些特定的但非限制性的實施方案中，所述引發劑是一元醇 (monoIs) 0本發明的一個特定方面是，規定的PAG潤滑劑添加劑不僅可溶於I-III類烴油，而且它們以與其的基本上全部的潤滑劑-對-烴油比例可溶，因此它們可以精確地表徵為可混溶的。如本文中所限定，術語「可溶」和「可混溶」兩者意思都是，兩種組分，其是烴油和潤滑劑PAG添加劑，作為物理摻合物，(1)保持單相至少一星期的時期，和( 在所述時期期間，不顯示濁度；兩者都由未增強的人眼所觀察。區別是，對於「可混溶的」，這樣的溶解性必須在油-對-PAG比例從90/10至10/90重量/重量的比例的全部範圍內存在。在本發明中，潤滑劑PAG在全部I、II和III烴油中都是可溶的和可混溶的，並且在全部IV類烴油中是可溶的，其中存在比PAG更多的烴油，即，其中在重量/重量基礎上，PAO對PAG比例大於1 1。這包括低、中等或高粘度的IV類烴油，S卩，其顯示在40°C的運動粘度在5.5釐沲 (cSt)至1400dt範圍內。在一些實施方案中，本發明中使用的PAG可以即使在PAO對PAG 比例是1 1以下的情況下也可溶於低或中等粘度的IV類烴油。這樣的溶解性還限定為溫度的函數。在本發明的潤滑劑組合物中，溶解性必須發生在初始混合時並且在至少一個試驗溫度至少一星期這兩者。在本文中用於溶解性試驗的溫度包括約25攝氏度(°C)的環境溫度；80°C ；和-10°C。為了本文中的目的，由本發明包含的潤滑劑組合物包括在初始混合時和在至少一種試驗溫度下或在三個給定溫度(-io°c 至80°C )的完全範圍內持續至少一星期顯示溶解性的實施方案。相反，工業中已知的常規PAG潤滑劑添加劑基於重量/重量僅大於百分之五(5) 時，通常不可溶於基礎I、II、III或IV類烴油，並且因此也不能被定義為可混溶於任何這些烴油。這意味著，本發明摻合物可以用於從前需要其它非PAG潤滑劑添加劑的許多應用中， 所述其它的非PAG潤滑劑添加劑經常具有有關的環境或其它性能問題，以便確保可用的溶解性程度。
實施例實施例1 (比較的)通過使用可從沙索北美公司(Sasol North America, Inc)獲得的NAFOLtmI2-99， 即一種直鏈C12十二烷醇，作為引發劑，並且將其在作為鹼性催化劑的氫氧化鉀存在下與環氧丙烷/環氧丁烷的混合環氧烷進料陰離子聚合，製備三種潤滑劑添加劑。在氫氧化鉀存在下，在130°C的反應溫度加入所述環氧烷(alkylene oxides)，等於2000份/百萬份 (ppm)的濃度。在環氧烷加入結束時，使反應在130°C消化以使全部殘留環氧烷反應。通過過濾除去催化劑殘留物。藉助於真空汽提除去存在的任何揮發物。在第一種潤滑劑添加劑中，環氧丙烷/環氧丁烷的比例是3 1 ；在第二種添加劑中，所述比例是1 1;並且在第三種添加劑中，所述比例是1 3重量/重量，可以將其備選地描述為75/25、50/50和25/75 的百分數比例。每種潤滑劑添加劑在40°C具有46cSt的最終運動粘度。然後，使用2-乙基己醇，一種C8醇，作為引發劑，並且使用上文中描述的工藝條件，使此與重量/重量比例為3 1、1 1和1 3的環氧丙烷/環氧丁烷的混合氧化物進料反應，製備三種另外的潤滑劑添加劑。這些潤滑劑中的每一種在40°C也具有46dt的最終運動粘度。然後使用上文中描述的潤滑劑添加劑製備物理摻合物。將每種潤滑劑添加劑加入到如表1、2和3中所示的單一烴油，並且在環境溫度攪拌2小時。如表中所示，基於重量/ 重量百分比，每種油對PAG潤滑劑添加劑的重量比範圍包括90/10、75/25、50/50、25/75和 10/90的油/PAG的摻合物。基於未增強的目視觀察，在初始攪拌時期以後立即，發現全部組合物是完全可溶的。然後將摻合物儲存在三個不同溫度，如表1、2和3中所示，範圍包括環境溫度、 80°C和-10°C，各自歷時一星期。然後目視檢查它們並且將結果記錄在表1、2和3中。用於描述摻合物的目視外觀的術語包括「清澈」、「混濁(即，渾濁)」和「流動」，其中包括0、2和 3[層]的數字用於表明是否存在沒有相分離(「0[層]」)、分離成2層(「2」)或分離成 3層(「3」)。本發明的實施方案是用「清澈」和「0」兩者標記的那些。作為比較例的實施方案是用「混濁」和「 0 」，或與「 2 」或「 3 」組合的「清澈」或「混濁」標記的那些。表3中包括描述性的「流動」在區別本發明的實施例與比較例中不相關，而是簡單地為讀者提供一般化理解，即粘度問題看來不抑制或曲解觀察方法。在試驗中使用的烴油如下· NEXBASE 2004是來自耐斯特石油(Neste Oil)的聚α -烯烴基礎油(IV類)， 其在100°C具有如乂的運動粘度並且是傾點為-69°C的低粘度基礎流體。· SPECTRASYN 8是來自埃克森美孚化學公司(Exxon Mobil Chemicals)的聚 α -烯烴基礎油(IV類)，其在100°C具有的運動粘度並且是傾點為的中等粘度基礎油。· SPECTRASYN 40是來自埃克森美孚化學公司的聚α -烯烴基礎油(IV類)，其在100°C具有40cSt的運動粘度並且是傾點為-36°C的高粘度基礎油。· NEXBASE 3080是來自耐斯特石油(Neste Oil)的加氫處理的礦物油基礎流體， 其歸類為III類礦物油。它具有-12°C的傾點。· SHELL HVI 65是礦物油基礎流體，其可從殼牌化學(SHELL Chemicals)獲得並且分類為I類礦物油。它具有_12°C的傾點。表1_25°C 歷時 1 周
權利要求
1.一種潤滑劑組合物，所述潤滑劑組合物包含Ι、Π、ΙΙΙ或IV類烴油和聚亞烷基二醇， 所述聚亞烷基二醇已經通過使C8-C20醇和混合的環氧丁烷/環氧丙烷進料反應而製備，其中環氧丁烷對環氧丙烷的比例在3 1至1 3範圍內，所述烴油和所述聚亞烷基二醇相互可溶。
2.權利要求1所述的潤滑劑組合物，其中所述醇是C8-C12醇。
3.權利要求2所述的潤滑劑組合物，其中所述醇是2-乙基己醇、十二烷醇或其混合物。
4.權利要求1所述的潤滑劑組合物，其中所述聚亞烷基二醇和烴油在烴油對聚亞烷基二醇的比例在90/10至10/90範圍內相互可溶。
5.權利要求4所述的潤滑劑組合物，其中所述烴油是IV類烴油，並且所述聚亞烷基二醇和所述烴油在烴油對聚亞烷基二醇的比例在90/10至大於50/50範圍內相互可溶。
6.權利要求1所述的潤滑劑組合物，其中所述烴油和所述聚亞烷基二醇在選自25°C、 80°C或-10°C的至少一個溫度下相互可溶至少一星期。
7.權利要求6所述的潤滑劑組合物，其中所述烴油和所述聚亞烷基二醇在-10°C至 80°C範圍內的溫度下相互可溶至少一星期。
8.權利要求1所述的潤滑劑組合物，其中所述醇是十二烷醇，並且環氧丁烷對環氧丙烷的比例是3 1至1 1。
9.權利要求8所述的潤滑劑組合物，其中所述聚亞烷基二醇和所述烴油在-10°C至 80°C的溫度在至少一星期期間相互可溶。
10.權利要求1所述的潤滑劑組合物，其中所述聚亞烷基二醇的碳對氧的比例為至少 3 I0
11.權利要求10所述的潤滑劑組合物，其中所述聚亞烷基二醇的碳對氧的比例為 3 1 至 6 1。
12.—種製備潤滑劑組合物的方法，所述方法包括至少將(a)I、II、III或IV類烴油和(b)聚亞烷基二醇在使得所述烴油和所述聚亞烷基二醇相互可溶的條件下摻合，所述聚亞烷基二醇通過使C8-C20醇和混合的環氧丁烷/環氧丙烷進料反應而製備，其中環氧丁烷對環氧丙烷的比例在31至13範圍內。
全文摘要
可用作潤滑劑添加劑的某些聚亞烷基二醇與全部四種類型的烴基礎油(I-IV類)在油對聚亞烷基二醇的廣泛多種比例下並且在多種條件下可溶。這些聚亞烷基二醇通過將C8-C20醇和混合的環氧丁烷/環氧丙烷進料反應而製備，其中環氧丁烷對環氧丙烷的比例在3∶1至1∶1範圍內。本發明提供一種提供可以造成更少環境問題的合意潤滑劑組合物的手段。
文檔編號C10N30/06GK102471720SQ201080032300
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月23日 優先權日2009年7月23日
發明者埃韋林·曹格-胡澤曼斯, 納賈特·凱利吉, 羅納德·萬伍斯特, 馬丁·格裡夫斯, 馬丁內斯·米爾滕斯 申請人:陶氏環球技術有限責任公司