燃料經濟性機油組合物的製作方法

2023-06-12 10:59:21

燃料經濟性機油組合物的製作方法
【專利摘要】本發明涉及典型地在低粘度的基礎油中的含有鄰二醇和特定清淨劑共混物的潤滑油添加劑，由此表現出改進的燃料經濟性。在這一方面，本發明公開的潤滑油組合物包含：主要量的潤滑粘度基礎油；選自C10-C30鏈烷1,2-二醇和C10-C30鏈烯1,2-二醇的摩擦改進劑；金屬比率低於3.0的過鹼性烷基羥基苯甲酸鹼土金屬鹽清淨劑；和金屬比率為3.5或更高的過鹼性烷基磺酸鈣或過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣。
【專利說明】燃料經濟性機油組合物 發明領域
[0001] 本文所公開的是具有特定的鄰二醇摩擦改進劑和具有至少兩種類型金屬清淨劑 的清淨劑混合物的潤滑油組合物。所述潤滑油組合物顯示出改進的摩擦特性且尤其適合低 粘度潤滑油組合物。
[0002] 發明背景
[0003] 由於全球立法提高燃油效率和市場需求的組合，燃料經濟已經促使發動製造商採 取變化來設計（具有較少公差、較小位移、燃油直噴、渦輪增壓機、提高的吸入量（boosted intakes),啟動/停止等的發動機）。另外地，包括發動機設計改進的油電混合和空轉停止 的硬體技術已經對乘用車用機油提出了重要的新性能的要求。不僅所述車用機油必須針對 這些添加的設計效果，而且發動機油也被視為可以達到附件性能的領域。顯著地，潤滑劑的 燃料經濟性能由所述油料粘度和添加劑相互作用所影響。
[0004] 在所述的兩個因素中，粘度長期被視為導致更大的摩擦減少和燃料經濟性的因 素。採用較低粘度的機油已經是改進汽車燃料經濟性公認的策略。最近發現這一趨勢已經 無法保持，由於開發的油料粘度遠低於之前考慮的那些，且因此不能為繼。例如，當在配方 中使用相同的化學成分時，從SAE粘度等級10W-30的油料轉至5W-30粘度油料會導致燃料 經濟性期望的改進，但是轉至0W-20或更低還未證實這一趨勢。一種解釋是這是在被稱作 邊界潤滑的情形下增加的摩擦的結果。這些邊界潤滑的情形發生在當發動機在低速以及高 溫下運行。所述較低粘度的油料更加不能保持發動機的移動部件之間的隔離，而導致增加 摩擦且降低燃料經濟性。此外，隨著潤滑劑變得稀薄，關於發動機磨損的顧慮隨之增加。
[0005] 使用合適添加劑體系變得越來越重要。潤滑油中的添加劑常包括極性官能團，其 將所述添加劑"拖"到發動機的金屬表面。由於此相互作用的原因，已知許多添加劑可以改 進潤滑劑的摩擦性能。一些添加劑，比如清淨劑，已知通過增加摩擦對燃料經濟性有負面影 響。平衡添加劑在潤滑劑中的相互作用和降低的粘度的益處/潛在的缺點是對如今配方設 計師的挑戰。
[0006] 在此，已經表明清淨劑和鄰二醇的摩擦改進劑的某些組合已被發現，其在常規油 料（尤其是低粘度的潤滑粘度的油料）中顯示出增加的燃料經濟性益處。這些益處已被臺 架和發動機試驗證明。
[0007] 在潤滑油中採用鄰二醇是本領域公知的。US4, 406, 803教導在內燃機用潤滑油中 使用C1(l-C3(l鏈烷1，2-二醇作為摩擦改進劑。US4, 331，222教導在功能性流體中使用C8-C28 鏈烷1，2-二醇，尤其是用於拖拉機，以降低剎車噪音。JP2000-017283教導使用大於C5的 鏈烷1，2-二醇作為潤滑劑。JP2000-273481教導C 14-C22鏈烷1，2-二醇和總鹼值大於60的 清淨劑的組合在粘度指數為80-150的基礎油中用來潤滑。W02010/115864教導在功能性流 體中使用C 1Q-C24二醇，尤其用於溼式制動器。W020111007643教導在潤滑劑中鏈烷或鏈基 1，2-二醇和二硫代磷酸鋅的組合以改進燃料經濟性。包括鏈烷/鏈烯1，2-二醇的摩擦改 進劑類已經使用了幾十年。然而，之前所述的潤滑劑無一針對在很低粘度的機油中摩擦改 進的問題。
[0008] 發明概述
[0009] 本發明的一個方面涉及典型地在低粘度的基礎油中的含有鄰二醇和特定清淨劑 共混物的潤滑油添加劑，由此表現出改進的燃料經濟性。在這一方面，本文公開的潤滑油組 合物包含：主要量的潤滑粘度基礎油；選自C 1(|-c3(l鏈烷1，2-二醇和C1(|-C3(l鏈烯1，2-二醇 的摩擦改進劑；金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基羥基苯甲酸鹼土金屬鹽清淨劑；金屬比率 為3. 5或更高的過鹼性烷基磺酸鈣或過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣。在一進一步的方面，所述 鹼土金屬是鈣。
[0010] 一方面涉及潤滑油組合物，其中所述鄰二醇摩擦改進劑選自式Ri-CH(OH) CH2 (0H)， 其中&為含有10-28個碳原子的烷基。本發明更具體地公開的是其中所述摩擦改進劑為 得自含有14-18個碳原子的線性烷基的C 1(l-C3(l鏈烷1，2-二醇。關於這一點，所述摩擦改進 劑典型地以約0. 02-約5. Owt. %的量使用，基於所述潤滑油組合物的總重量。
[0011] 一方面涉及潤滑油組合物，其包含：主要量的潤滑粘度基礎油；選自C1(l-c 3(l鏈烷 1，2-二醇和C1(l-C3(l鏈烯1，2-二醇的摩擦改進劑；金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基羥基苯 甲酸鹼土金屬鹽清淨劑，其烷基鏈長為14-18個碳原子；和金屬比率為3. 5或更高的過鹼性 烷基磺酸鈣或過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣。在一進一步的方面，所述烷基鏈為線性烷基。在 一進一步的方面，所述鹼土金屬選自鈣。
[0012] 一方面涉及潤滑油組合物，其包含：主要量的潤滑粘度基礎油；選自c1(l-c 3(l鏈烷 1，2-二醇和C1(l-C3(l鏈烯1，2-二醇的摩擦改進劑；金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基羥基苯 甲酸鹼土金屬鹽清淨劑；和金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基磺酸鈣或過鹼性烷基羥基 苯甲酸鈣，其烷基鏈長為20-28個碳原子。在一進一步的方面，所述金屬比率為3. 5或更高 的清淨劑為過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣；在另一方面，所述金屬比率為3. 5或更高的清淨劑 為過喊性燒基橫酸隹丐。
[0013] 本發明一方面涉及所述基礎油的特徵，因此，在一方面，所述潤滑粘度基礎油的粘 度指數大於110。更具體地，選擇的所述潤滑油基礎油在150°c按照ASTM D4683測量的HTHS 粘度低於2. 9mPa ? s。所述基礎油和添加劑的這類其它的特徵可被如此選擇以使得配製所 述潤滑油組合物以滿足SAE粘度等級0W20。在合適的基礎油的選擇中的較低的粘度已為本 發明潤滑油組合物提供了摩擦特性的改進，因此一方面涉及其中所述潤滑油組合物可以具 有按照ASTM D4683測定的HTHS粘度在150°C低於2. 6mPa ? s的潤滑油基礎油和甚至其中 所述潤滑油基礎油具有按照ASTM D4683測定的HTHS粘度在150°C低於2. 3mPa ? s。在這 方面，可配製所述潤滑油組合物以含有低於3wt %的粘度指數改進劑組分。在一進一步的方 面，所述潤滑組合物基本上不含有粘度指數改進劑組分。
[0014] 本發明的一方面涉及燃料經濟的潤滑油組合物，其尤其適用於潤滑內燃機，例如 安裝於陸地旅行車輛的柴油發動機、汽油發動機，和燃氣發動機。關於這一點，本文所公開 的是內燃機用潤滑油組合物，其包含：主要量的潤滑粘度基礎油；量為約〇. 1-3質量％的 C1Q-C3(I烴基1，2-二醇；以鹼土金屬計，量為約0. 01-0. 4質量％的金屬比率低於3. 0的過鹼 性烷基（C14_C18)羥基苯甲酸鹼土金屬鹽清淨劑；以鈣計，量為0.01-0.4質量％的金屬比率 為3. 5或更高的過鹼性烷基（C2(l-C28)磺酸鈣或過鹼性烷基（C2(l-C 28)羥基苯甲酸鈣；按氮含 量計，量為約〇. 01-0. 3質量％的含氮分散劑；按磷含量計，量為0. 01-0. 1 %的二烷基二硫 代磷酸鋅；量為0.1-7質量％的選自酚類抗氧劑或二苯胺類抗氧劑（或它們的混合物）的 氧化抑制劑；和其中所述質量％是基於所述潤滑油組合物的總量。
[0015] 詳細說明
[0016] 所述術語"鹼金屬"是指鋰、鈉或鉀。
[0017] 所述術語"鹼土金屬"是指鈣、鋇、鎂和鍶。
[0018] 所述術語"烷基芳基磺酸鹼土金屬鹽"是指烷基芳基磺酸的鹼土金屬鹽。換言之， 這是被（1)烷基基團和（2)能夠形成金屬鹽的磺酸基團取代的芳基的鹼土金屬鹽。
[0019] 所述術語"烷基"是指直鏈和支鏈的烷基基團。
[0020] 所述術語"烷基酚鹽"是指烷基酚的金屬鹽。
[0021] 所述術語"烷基酚"是指具有一個或多個烷基取代基的酚，其中所述烷基取代基中 至少之一具有足夠數目的碳原子以給與酚油溶性。
[0022] 所述術語"芳基"是取代的或未取代的芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、乙基苯 基和異丙苯基。
[0023] 所述術語"鈣鹼"是指氫氧化鈣、氧化鈣、醇鈣等，以及它們的混合物。
[0024] 所述術語"烴基"是指含有碳和氫原子且通過碳原子鍵合至分子剩餘部分的基團 或自由基。它可含有雜原子，即除了碳和氫的原子，條件是它們並不改變烴的基本性質和所 述基團的特性。作為烴基的例子，可以提到有的烷基和鏈烯基。
[0025] 所述術語"烴基酚"是指具有一個或多個烴基取代基的酚；所述烴基取代基中至少 之一具有足夠數目的碳原子以給與酚油溶性。
[0026] 所述術語"石灰"指氫氧化|丐，又稱為熟石灰（slaked lime)或消石灰（hydrated lime)。
[0027] 所述術語"金屬"是指鹼金屬、鹼土金屬或它們的混合物。
[0028] 所述術語"金屬鹼"指代金屬氫氧化物、金屬氧化物、金屬醇鹽等和它們的混合物， 其中所述金屬選自鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鍶、鋇或它們的混合物。
[0029] 所述術語"過鹼性"指代一類金屬鹽或絡合物。這些材料還被稱作"鹼性"、"超鹼 性（superbased) "、"高鹼性（hyperbased) "、"絡合物"、"金屬絡合物"、"高金屬含量鹽"等。 過鹼性產物是金屬鹽或絡合物，其特徵在於金屬含量超過了按照金屬和與該金屬反應的特 定酸性有機化合物（例如羧酸）的化學計量所本應存在的金屬含量。
[0030] 所述術語"酚鹽"是指酚的金屬鹽。
[0031] 所述術語"總鹼值"或"TBN"指中和1克樣品需要的K0H的毫克當量數。因此，高 的TBN反映強過鹼性的產物，且，因而更多鹼性儲備以中和酸。產物的TBN可用ASTM D2896 或等價方法來測定。
[0032] 所述術語"SAE J300"是指2009年 1 月的版本的SAEJ300 'Engine Oil Viscosity Classification，'。
[0033] 烴基二醇：
[0034] 預期在本發明中使用的所述烴基二醇是具有鄰位羥基的烴基二醇。它們具有下 式：R-(0H) 2其中R是含有10-30個碳原子的烴基基團，包括它們的混合物。R可以是線性 或支化的，飽和或不飽和的。特別地，R是直鏈烷基或鏈烯基基團，其中所述鏈烯基基團具 有兩個或更少的不飽和鍵，單個不飽和鍵。所述兩個羥基基團優選接近烴基鏈的末端且在 相鄰的碳原子上（鄰位）。
[0035] 如上所公開的，所述優選的鄰二醇含有10-30個碳原子。這一範圍是優選的，由於 具有遠低於10或12個碳原子的二醇具有顯著較低的減摩性質，同時在具有多於30個碳原 子的那些中，溶解性的約束變得顯著。更優選的是C 14_C18烴基基團和這種烴基基團的混合 物，在其中溶解性、摩擦特性和其它性質似乎被最大化了。
[0036] 更優選的鄰二醇用式Ri-OKOlDCHdOH)的鏈烷-1，2-二醇代表，其中札是含有 8-28個碳原子的烷基或它們的混合物。可以採用直鏈和支鏈烷基基團。尤其有用的是線 性烯烴或線性烯烴的混合物，為端烯烴，與內烯烴對比。所述優選的線性烯烴是具有主要 量的n-a-烯烴的a-烯烴餾分。如本文所使用的，主要量是指大於約50wt%的n-a-烯 烴，和優選地大於約80wt%。所述a-烯烴的例子包括1-癸烯、1-十一碳烯、1-十二碳烯、 卜十三碳烯、I -十四碳烯、I-十五碳烯、I-十六碳烯、I-十七碳烯、I -十八碳烯、I-十九碳 烯、1-二十碳烯、1-二i^一碳烯、1-二十二碳烯、1-二十四碳烯等。可使用的市售的a-烯 煙饋分包括 C15_18 ct _ 細煙，C12_16 ct _ 細煙，C14_16 ct _ 細煙，C14_18 ct _ 細煙，C16_18 ct _ 細煙， Cl6-20 a _ 烯經，C18-24 a _ 烯經，C2(|-24 a _ 烯經，C22-28 a _ 烯經，C24-28 a _ 烯經，Offi-28 a _ 烯經等。 合適的n_ a -烯烴可以得自乙烯鏈增長工藝。該工藝從受控的齊格勒聚合反應中產出偶數 數目的直鏈1-烯烴。非-齊格勒乙烯鏈增長的低聚路線也是本領域所周知的。製備本發 明所述烯烴的其它方法包括蠟裂化以及正鏈烷的催化脫氫。然而，後面這些工藝通常 要求進一步的加工技術以提供合適的a-烯烴碳分布。
[0037] 可以採用單一碳數的二醇，例如癸烷-1，2-二醇、十八烷-1，2-二醇、二十 烷-1，2-二醇、三十烷-1，2-二醇等，但是數種碳數目的混合物是優選的。典型的混合物包 括10-30 (包括邊界值）個碳原子鏈烷基的1，2-二醇；12、14、16、18和20個碳原子鏈烷的 1，2-二醇；15-20 (包括邊界值）個碳原子鏈烷的1，2-二醇；15-18 (包括邊界值）個碳原 子鏈烷的1，2-二醇；20-24 (包括邊界值）個碳原子鏈烷的1，2-二醇；24、26和28個碳原 子鏈烷的1，2-二醇；16-18 (包括邊界值）個碳原子鏈烷的1，2-二醇等。
[0038] 本發明有用的二醇是市售的或通過本領域公知的方法從相應的1-烯烴容易製備 的。例如，所述烯烴首先與過酸如過氧乙酸或過氧化氫加上甲酸反應以形成鏈烷-1,2-環 氧化物，鏈烷基-1，2-環氧化物在酸或鹼催化下容易水解為鏈烷-1，2-二醇。在另一方法 中，所述烯烴首先滷化為1，2-雙滷代-鏈烷和隨後通過首先與醋酸鈉反應和然後與氫氧化 鈉反應水解為鏈烷-1，2-二醇。鄰二醇還可以通過過氧三氟乙酸方法製備，其它程序的羥 基化是公知的且可發現於美國專利No. 2, 411，762 ;2, 457, 329和2, 455, 892。所述二醇還 可以通過合適的烯烴的催化環氧化隨後通過水解來製備。
[0039] 想到的特別優選的二醇是1，2-癸烷二醇、1，2-十二烷二醇、1，2-十四烷二 醇、1，2-十五烷二醇、1，2-十六烷二醇、1，2-十七烷二醇、1，2-十八烷二醇等，混合的 1，2-C 15-C18鏈烷二醇、混合的1，2-C13-C16鏈烷二醇、混合的1，2-C 16-C18鏈烷二醇，和所有 這類二醇的混合物，包括類似的二醇的混合物。其它合適的二醇衍生自C12-16 a -烯烴、 C14-16 a -烯烴、C14-18 a -烯烴，和C16-20 a -烯烴商業餾分。
[0040] 清淨劑混合物：
[0041] 所述清淨劑混合物至少包含金屬比率少於或等於3的第一過鹼性金屬烴基-取代 羥基苯甲酸鹽。清淨劑混合物還包括與所述第一清淨劑不同的金屬比率為大於或等於3. 5 的第二金屬清淨劑。所述第二清淨劑是過鹼性金屬烴基-取代羥基苯甲酸鹽或過鹼性金屬 烷基芳基磺酸鹽。
[0042] 所述過鹼性金屬烴基_取代羥基苯甲酸鹽典型地具有以下結構：
[0043]
【權利要求】
1. 潤滑油組合物，包含： a. 主要量的潤滑粘度的基礎油； b. 選自C1(l-C3(l鏈烷1，2-二醇和C1(l-C3(l鏈烯1，2-二醇的摩擦改進劑； c. 金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基羥基苯甲酸鹼土金屬鹽清淨劑；和 d. 金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基磺酸鈣或過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣。
2. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述摩擦改進劑選自式RfCH(OH) CH2 (0H)，其 中札為含有8-28個碳原子的烷基。
3. 權利要求2所述的潤滑油組合物，其中所述摩擦改進劑為得自含有14-18個碳原子 的線性烷基的C1(l-C3(l鏈烷1，2-二醇。
4. 權利要求3所述的潤滑油組合物，其中所述摩擦改進劑的量為0. 02-5. Owt. %，基 於所述潤滑油組合物的總重量。
5. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基羥基苯 甲酸鹼土金屬鹽清淨劑的烷基鏈長為14-18個碳原子。
6. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基磺 酸鈣或過鹼性烷基羥基苯甲酸鈣的烷基鏈長為20-28個碳原子。
7. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基磺 酸鈣的烷基鏈長為20-28個碳原子。
8. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基羥 基苯甲酸鈣的烷基鏈長為20-28個碳原子。
9. 權利要求1所述的潤滑油組合物，其中所述潤滑粘度的基礎油的粘度指數大於110。
10. 權利要求9所述的潤滑油組合物，其中所述潤滑油的基礎油按照ASTM D4683測定 的HTHS粘度在150°C低於2. 9mPa ? s。
11. 權利要求10所述的潤滑油組合物，其中配製所述潤滑油組合物以滿足SAE粘度等 級 0W20。
12. 權利要求9所述的潤滑油組合物，其中所述潤滑油組合物的按照ASTM D4683測定 的HTHS粘度在150°C低於2. 6mPa ? s。
13. 權利要求9所述的潤滑油組合物，其中所述潤滑油組合物的按照ASTM D4683測定 的HTHS粘度在150°C低於2. 3mPa ? s。
14. 權利要求13所述的潤滑油組合物，其中所述潤滑油組合物含有低於3wt %的粘度 指數改進劑組分。
15. 內燃機用潤滑油組合物，它包含： a. 主要量的潤滑粘度的基礎油； b. 量為約0. 1-3質量％的C1Q-C3Q烴基1，2-二醇； c. 以鹼土金屬含量計量為約0. 01-0. 4質量％的金屬比率低於3. 0的過鹼性烷基 (C14_C18)羥基苯甲酸鹼土金屬鹽清淨劑； d. 以鈣含量計量為0. 01-0. 4質量％的金屬比率為3. 5或更高的過鹼性烷基（C2(l-C28) 磺酸鈣或過鹼性烷基（C2crC28)羥基苯甲酸鈣； e. 以氮含量計量為約0.01-0. 3質量％的含氮分散劑； f. 以磷含量計量為〇. 01-0. 1 %的二烷基二硫代磷酸鋅； g.量為0. 1-7質量％的選自酚類抗氧劑或二苯胺類抗氧劑的氧化抑制劑；和 其中質量％是基於所述潤滑油組合物的總量。
【文檔編號】C10M169/04GK104449977SQ201410473047
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】N·烏施歐度 申請人:雪佛龍日本有限公司