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CN102224229A - 润滑油组合物 - Google Patents

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CN102224229A
CN102224229A CN200980146681XA CN200980146681A CN102224229A CN 102224229 A CN102224229 A CN 102224229A CN 200980146681X A CN200980146681X A CN 200980146681XA CN 200980146681 A CN200980146681 A CN 200980146681A CN 102224229 A CN102224229 A CN 102224229A
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CN
China
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lubricating oil
oil composition
acid
compound
oil
Prior art date
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CN200980146681XA
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English (en)
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E·S·雅玛骨奇
K-S·恩基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chevron Oronite Co LLC
Original Assignee
Chevron Oronite Co LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Chevron Oronite Co LLC filed Critical Chevron Oronite Co LLC
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Abstract

一种润滑油组合物，该润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷。

Description

润滑油组合物
发明背景
1.技术领域
本发明总体上涉及用于降低发动机磨损的润滑油组合物。
2.相关技术描述
汽车火花点火和柴油发动机具有气门机构系统，包括例如阀门、凸轮和摇臂，其存在特别的润滑关切。极其重要的是保护这些部件免于磨损的润滑剂即发动机油(engine oil)。还重要的是发动机油抑制发动机中沉积物的产生。这些沉积物由不可燃物和烃燃料(例如汽油和柴油燃料油)的不完全燃烧产生并且由所用机油的劣化所致。
发动机油典型地使用矿物油或合成油作为基础油。然而，单一基础油单独不具有提供内燃机保护所需要的必要磨损防护、沉积控制等的必要性能。因此，为了赋予辅助功能，用各种添加剂例如无灰分散剂、金属清净剂(即含金属的清净剂)、抗磨损剂、抗氧化剂(即氧化抑制剂)、粘度指数改进剂等与基础油一起配制以提供配制油(即润滑油组合物)。
实际上已知并且使用了许多这些发动机油添加剂。例如，二烷基二硫代磷酸锌通常包含在商购的内部组合物发动机油中，特别是用于汽车的那些，这是因为它们作为抗磨损剂的有利特性和作为氧化抑制剂的性能。
然而，与使用二烷基二硫代磷酸锌有关的问题是它们的磷和硫衍生物毒害催化转化器的催化剂组分。这是主要的顾虑，因为需要有效的催化转化器降低污染并且满足针对减少内燃机废气排放物中的有毒气体例如烃、一氧化碳和氮氧化物的政府法规。这类催化转化器通常使用催化金属(例如铂)和金属氧化物的组合并且安装在废气流例如汽车尾气管中以将有毒气体转化为无毒气体。如先前所提及的，这些催化剂组分被二烷基二硫代磷酸锌的磷和硫组分、或者磷和硫的分解产物毒害；因此，含有磷和硫添加剂的发动机油的使用可以很大地降低催化转化器的寿命和有效性。
对于降低磷和硫含量还存在政府和汽车工业压力。例如，当前的GF-4机油说明书要求成品油含有分别小于0.08wt.％和0.7wt.％的磷和硫，CJ-4机油说明书(最新一代重型柴油发动机油)要求油含有分别小于0.12wt.％和0.4wt.％的磷和硫，以及1.0wt.％的硫酸盐灰分。普遍认为降低这些极限可以对发动机性能、发动机磨损和发动机油的氧化具有严重影响。这是因为历来发动机油中磷含量的主要促因一直是二烷基二硫代磷酸锌。因此，将期望消除润滑油中二烷基二硫代磷酸锌的量，从而降低催化剂失活且因此提高催化转化器的寿命和有效性并同时还满足未来工业标准所提出的发动机油中磷和硫含量。然而，简单地降低二烷基二硫代磷酸锌的量存在一些问题，因为这必然降低润滑油的抗磨损性能和氧化抑制性能。因此，必须找到降低或消除磷和硫含量并同时仍保持较高磷和硫含量的发动机油的抗磨损性能的方法。
因此，由于进一步降低磷含量的要求和对润滑油硫含量的限制非常高，实际上不能够通过现有措施满足这种降低且仍实现当今发动机油所需的苛刻抗磨损性能。因此，可期望开发具有相对低含量的磷和硫但仍提供目前由含有二烷基二硫代磷酸锌的润滑油提供的所需磨损防护的润滑油组合物。因此可期望开发在用于内燃机时表现出改进的磨损并同时含有其中不含锌且相对低含量的或不含任何的磷和/或硫含量的改进的润滑油组合物。
发明概述
根据本发明的一个实施方案，提供了一种润滑油组合物，该润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物，另外其中所述润滑油组合物基本上不含任何磷。
根据本发明的第二实施方案，提供了一种润滑油组合物，该润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷，另外其中所述润滑油组合物与其中存在二烷基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有更大的减磨性能。
根据本发明的第三实施方案，提供了一种用于改进润滑油组合物减磨性能的方法，该方法包括形成润滑油组合物的步骤，所述润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷。
根据本发明的第四实施方案，提供了一种降低内燃机磨损的方法，该方法包括用润滑油组合物使内燃机工作，所述润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷。
根据本发明的第五实施方案，提供了用润滑油组合物润滑的内燃机，所述润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷。
本发明的润滑油组合物与其中存在二烷基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比有利地具有改进的减磨性能并同时不含二烷基二硫代磷酸锌化合物。这是意想不到的，因为二烷基二硫代磷酸锌是典型用于润滑油组合物中的已知的抗磨损剂。另外，可用本发明的润滑油组合物实现改进的减磨性能并同时还使用相对低水平或不含任何的磷含量和相对低水平的硫。
附图简要描述
图1是实施例1的润滑油组合物与对比例A和B的润滑油组合物的磨损性能的对比柱状图。
优选实施方案的详述
本发明涉及一种润滑油组合物，该润滑油组合物含有至少(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)除二烷基二硫代磷酸锌外的抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷，例如磷含量基于润滑油组合物的总重量计不超过0.08wt.％，更优选不超过0.05wt.％，最优选为0wt.％。在另一个实施方案中，本发明的润滑油组合物含有相对低水平的硫，即不超过0.7wt.％，优选不超过0.2wt.％。本发明的润滑油组合物中磷和硫的量根据ASTMD4951进行测量。
用于本发明润滑油组合物的润滑粘度油(也称作基础油)典型地以主要量，例如基于该组合物总重量大于50wt.％，优选大于约70wt.％，更优选约80-约99.5wt.％，最优选约85-约98wt.％的量存在。本文所使用的表述“基础油”应该理解为是指作为润滑剂组分的基础料或基础料调合物，其由单一制造商按照相同规格生产(不依赖于进料来源或制造商的地点)；满足相同制造商的规格；并且由唯一配方(formula)、产品识别码或这两者加以识别。用于本文的基础油可以是任何目前已知或后来发现的用于就任何和所有这类应用配制润滑油组合物的润滑粘度基础油，所述应用例如发动机油，船用气缸油，功能液如液压油、齿轮油、传动油等。另外，用于本文的基础油可任选含有粘度指数改进剂，例如聚合甲基丙烯酸烷基酯；烯属共聚物如乙烯-丙烯共聚物或苯乙烯-丁二烯共聚物；以及它们的类似物和混合物。
如本领域技术人员可容易地意识到的，基础油的粘度取决于应用。因此，用于本文的基础油的粘度可通常为在100摄氏度(℃)下约2-约2000厘沱(cSt)。通常地，用作机油的基础油可单独地具有在100℃下约2cSt-约30cSt，优选约3cSt-约16cSt，最优选约4cSt-约12cSt的运动粘度范围，并且可取决于所需的最终用途和成品油中产生所需机油等级的添加剂而进行选择或调合，所述等级例如SAE粘度等级为0W、0W-20、0W-30、0W-40、0W-50、0W-60、5W、5W-20、5W-30、5W-40、5W-50、5W-60、10W、10W-20、10W-30、10W-40、10W-50、15W、15W-20、15W-30或15W-40的润滑油组合物。用作齿轮油的油可具有在100℃下约2cSt-约2000cSt的粘度。
基础料可以使用包括但不限于蒸馏、溶剂精制、氢处理、低聚、酯化和再精制的各种不同方法进行制造。精制料应该基本上不含通过制造、污染或先前使用引入的物质。本发明润滑油组合物的基础油可以是任何天然或合成的润滑基础油。合适的烃合成油包括但不限于由乙烯聚合或由1-烯烃聚合以提供例如聚α烯烃或PAO油的聚合物制备的油，或者由使用一氧化碳和氢气的烃合成方法例如按费-托方法所制备的油。例如，合适的基础油是包含很少(如果有的话)的重馏分；例如很少(如果有的话)的在100℃下粘度为20cSt以上的润滑油馏分的基础油。
基础油可以衍生自天然润滑油、合成润滑油或它们的混合物。合适的基础油包括通过合成蜡和散蜡(slack wax)异构化获得的基础料，以及通过使粗产物的芳族和极性组分加氢裂化(而不是溶剂抽提)产生的加氢裂化基础料。合适的基础油包括如在API出版物1509，第14版，Addendum I，Dec.1998所定义的所有API类别即I、II、III、IV和V中的那些基础油。IV类基础油是聚α-烯烃(PAO)。V类基础油包括在I、II、III或IV类以外的所有其它基础油。虽然II、III和IV类基础油优选用于本发明，但是这些基础油可以通过将I、II、III、IV和V类基础料或基础油中的一种或多种合并进行制备。
有用的天然油包括矿物润滑油例如液体石油，溶剂处理的或酸处理的链烷属、环烷属或混合链烷属-环烷属型的矿物润滑油，衍生自煤或页岩的油，动物油，植物油(例如油菜籽油、蓖麻油和精制猪油)等。
有用的合成润滑油包括但不限于烃油和卤素取代的烃油，例如聚合和互聚的烯烃如聚丁烯、聚丙烯、丙烯-异丁烯共聚物、氯化聚丁烯、聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯)以及它们的类似物和混合物；烷基苯如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二(2-乙基己基)-苯等；聚苯如联苯、三联苯、烷基化的聚苯等；烷基化的二苯醚和烷基化的二苯硫醚以及它们的衍生物、类似物和同系物等。
其它有用的合成润滑油包括但不限于通过使小于5个碳原子的烯烃例如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯以及它们的混合物进行聚合制备的油。制备这类聚合物油的方法对于本领域技术人员而言是公知的。
另外的有用合成烃油包括具有适当粘度的α烯烃液体聚合物。特别有用的合成烃油是C6-C12α烯烃的氢化液体低聚物，例如1-癸烯三聚体。
另一类有用的合成润滑油包括但不限于其中末端羟基通过例如酯化或醚化加以改性的环氧烷聚合物，即其均聚物、共聚物和衍生物。这些油例示为通过环氧乙烷或环氧丙烷的聚合制备的油，聚氧亚烷基聚合物的烷基和苯基醚(例如具有1,000平均分子量的甲基聚丙二醇醚，具有500-1000分子量的聚乙二醇的二苯基醚，具有1,000-1,500分子量的聚丙二醇的二乙基醚，等等)或者它们的单-和多羧酸酯例如乙酸酯、混合的C3-C8脂肪酸酯、或四甘醇的C13含氧酸二酯。
又一类有用的合成润滑油包括但不限于二羧酸与各种醇的酯，所述二羧酸例如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸、烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚物、丙二酸、烷基丙二酸、烯基丙二酸等，所述醇例如丁醇、己醇、十二烷基醇、2-乙基己醇、乙二醇、二乙二醇单醚、丙二醇等。这些酯的具体实例包括己二酸二丁酯、癸二酸二(2-乙基己基)酯、富马酸二正己基酯、癸二酸二辛基酯、壬二酸二异辛基酯、壬二酸二异癸基酯、邻苯二甲酸二辛基酯、邻苯二甲酸二癸基酯、癸二酸双二十烷基酯、亚油酸二聚物的2-乙基己基二酯、由使1摩尔癸二酸与2摩尔四甘醇和2摩尔2-乙基己酸反应形成的复合酯等。
用作合成油的酯还包括但不限于由具有约5-约12个碳原子的羧酸与醇例如甲醇、乙醇等，多元醇和多元醇醚例如新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇等制备的那些酯。
硅基油例如聚烷基-、聚芳基-、聚烷氧基-或聚芳氧基-硅氧烷油和硅酸酯油，构成另一类有用的合成润滑油。这些的具体实例包括但不限于硅酸四乙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四(2-乙基己基)酯、硅酸四-(4-甲基-己基)酯、硅酸四(对叔丁基苯基)酯、己基-(4-甲基-2-戊氧基)二硅氧烷、聚(甲基)硅氧烷、聚(甲基苯基)硅氧烷等。
润滑油可以衍生自未精制油、精制油和再精制油，可以是天然、合成或上文公开的这些类型中任意两种或更多种的混合物。未精制油是直接由天然或合成来源(例如煤、页岩或焦油砂沥青)而不进一步纯化或处理获得的那些。未精制油的实例包括但不限于直接由干馏操作获得的页岩油，直接由蒸馏获得的石油或直接由酯化工艺获得的酯油，然后它们中每一种在不进一步处理的情况下使用。精制油除了它们在一个或多个纯化步骤中进一步处理以改善一种或多种性能外与未精制油类似。这些纯化技术对于本领域技术人员是已知的，包括例如溶剂提取、二次蒸馏、酸或碱提取、过滤、渗滤、加氢处理、脱蜡等。再精制油通过将使用过的油按类似于用于获得精制油的那些方法进行处理来获得。这类再精制油还称作再生油或再加工油并且经常通过涉及除去废添加剂和油分解(breakdown)产物的技术进行另外处理。
衍生自蜡加氢异构化的润滑油基础料还可以单独使用或与上述天然和/或合成的基础料组合使用。这种蜡异构物通过将天然或合成的蜡或它们的混合物在加氢异构化催化剂上加氢异构化产生。
天然蜡典型地是通过矿物油的溶剂脱蜡回收的散蜡；合成蜡典型地是通过费-托方法产生的蜡。
本发明润滑油组合物中使用的无灰分散剂化合物通常用于维持在使用期间由氧化产生不溶物处于悬浮，由此防止金属件上的油泥絮凝和沉淀或沉积。本发明的润滑油组合物可以含有一种或多种无灰分散剂。含氮的无灰(不含金属)分散剂呈碱性并且有助于其所加入到的润滑油组合物的总碱值或TBN(可按照ASTM D2896测量)，而不引入额外的硫酸盐灰分。术语“碱值”或“TBN”是指在1克样品中等效于KOH的毫克数的碱量。因此，较高的TBN反映了更多的碱性产物和因此更大的碱度。样品的TBN可使用ASTM D2896试验测定。无灰分散剂通常包含油可溶性聚合烃主链，该主链具有能够与待分散的颗粒结合的的官能团。许多类型的无灰分散剂在本领域中是已知的。
无灰分散剂的代表性实例包括但不限于胺、醇、酰胺、或经由桥接基团连接在聚合物骨架上的酯极性部分。本发明的无灰分散剂可以例如选自油溶性的盐、酯、氨基-酯、酰胺、酰亚胺和长链烃取代的单和二羧酸或它们的酸酐的噁唑啉；长链烃、具有直接与其连接的多胺的长链脂族烃的硫代羧酸盐衍生物；和由长链取代的苯酚与甲醛和多亚烷基多胺的缩合而生成的Mannich缩合产物。
含羧基的分散剂是包含至少约34个和优选至少约54个碳原子的含羧基的酰化剂(酸、酸酐、酯等)与含氮化合物(例如胺)、有机羟基化合物(例如包括一元醇和多元醇在内的脂族化合物，或包括酚类和萘酚类在内的芳族化合物)、和/或碱性无机物质的反应产物。这些反应产物包括酰亚胺、酰胺和酯。
琥珀酰亚胺分散剂是一种含羧基的分散剂。它们通过使烃基取代的琥珀酰化剂与有机羟基化合物反应或者与包含至少一个连接在氮原子上的氢的胺反应或者与所述羟基化合物和胺的混合物反应而产生。术语“琥珀酰化剂”是指烃取代的琥珀酸或产生琥珀酸的化合物，后者包括该酸本身。这样的物质典型地包括烃基取代的琥珀酸、酸酐、酯(包括半酯)和卤化物。
琥珀酸基分散剂具有多种化学结构，一种类型的琥珀酸基分散剂可以由下式表示：
其中，每个R1独立地为烃基，例如聚烯烃衍生的基团。典型地，该烃基是烷基，例如聚异丁基。或者以另外表示方式，该R1基团可含有约40-约500个碳原子，这些原子可以按脂族形式存在。R2是亚烷基，通常是亚乙基(C2H4)。琥珀酰亚胺分散剂的实例包括描述于例如美国专利No.3,172,892、4.234,435和6,165,235中的那些。
衍生出所述取代基的聚烯烃一般是2-约16个碳原子和通常是2-6个碳原子的可聚合的烯烃单体的均聚物和共聚物。与所述琥珀酰化剂反应生成所述含羧基的分散剂组合物的胺可以是单胺或多胺。
琥珀酰亚胺分散剂之所以这样称谓是因为它们通常含有大多为酰亚胺官能团形式的氮，尽管酰胺官能团可以是胺盐、酰胺、咪唑啉以和它们的混合物的形式。为了制备琥珀酰亚胺分散剂，任选地在基本上惰性的有机液体溶剂/稀释剂的存在下，加热一种或多种产生琥珀酸产生的化合物和一种或多种胺并典型地除去水。该反应温度通常为约80℃至高达所述混合物或所述产物的分解温度，该分解温度典型地为约100-约300℃。制备本发明的琥珀酰亚胺分散剂的方法的其它细节和实例包括描述于例如美国专利No.3,172,892、3,219,666、3,272,746、4,234,435、6,165,235和6,440,905中的那些。
适宜的无灰分散剂还可以包括胺分散剂，它是相对高分子量的脂族卤化物与胺、优选多亚烷基多胺的反应产物。这样胺分散剂的实例包括描述于例如美国专利No.3,275,554、3,438,757、3,454,555和3,565,804中的那些。
适宜的无灰分散剂还可以包括“Mannich分散剂”，它是其中烷基含有至少约30个碳原子的烷基酚类与醛(尤其是甲醛)和胺(尤其是多亚烷基多胺)的反应产物。这样的分散剂的实例包括描述于例如美国专利No.3,036,003、3,586,629、3,591,598和3,980,569中的那些。
适宜的无灰分散剂也可以包括后处理的无灰分散剂例如后处理的琥珀酰亚胺，例如美国专利No.4,612,132和4,746,446中公开涉及硼酸盐和碳酸亚乙酯的后处理方法等以及其它的后处理方法。碳酸酯处理的烯基琥珀酰亚胺是衍生自分子量为约450-约3000，优选约900-约2500，更优选约1300-约2300，和最优选约2000-约2400的聚丁烯以及具有这些分子量的混合物的聚丁烯琥珀酰亚胺。优选地，其通过在反应性条件下使聚丁烯琥珀酸衍生物、不饱和酸性试剂和烯烃的不饱和酸性试剂共聚物、以及多胺的混合物反应进行制备，例如美国专利No.5,716,912中所公开，通过引用将其内容并入本文。
适宜的无灰分散剂也可以是聚合的，它们是油溶性的单体例如甲基丙烯酸癸酯、乙烯基癸基醚和高分子量的烯烃与含有极性取代基的单体的共聚物。聚合的分散剂的实例包括描述于在例如美国专利No.3,329,658、3,449,250、3,666,730等的那些
在本发明的优选实施方案中，用于润滑油组合物的无灰分散剂是碳酸亚乙酯处理过的衍生自数均分子量为约2300的聚异丁烯基的双琥珀酰亚胺。用于本发明润滑油组合物的分散剂优选是非聚合的(例如单或双琥珀酰亚胺)。
通常，无灰分散剂在润滑油组合物中的存在量基于该润滑油组合物的总重量计为约3-约10wt.％，优选约4-约8wt.％。
本发明的润滑油组合物中所使用的至少一种含金属的清净剂既起到清净剂的作用以降低或除去沉积物又起到酸中和剂或防锈剂的作用，从而降低磨损和腐蚀并延长发动机寿命。清净剂通常包含具有长疏水性尾部的极性头部，所述极性头部包含酸性有机化合物的金属盐。
本发明的润滑油组合物可以含有一种或多种清净剂，它们通常是盐，并尤其是过碱性盐。过碱性盐，或过碱性物质，是单相的均质的牛顿体系，其特征在于：金属含量过量于按照所述金属和与该金属反应的特定酸性有机化合物的化学计量比本应存在的量。通过使酸性物质(典型地是无机酸或低级羧酸，例如二氧化碳)与包含酸性有机化合物的混合物在包含至少一种惰性有机溶剂(例如矿物油、石脑油、甲苯或二甲苯)的反应介质中在化学计量过量的金属碱和促进剂的存在下反应，来制备所述过碱性物质。
用于制备所述过碱性组合物的有用的酸性有机化合物包括羧酸、磺酸、含磷的酸、酚类和它们的混合物。优选地，所述酸性有机化合物是羧酸或具有磺酸基或硫代磺酸基的磺酸(例如烃基取代的苯磺酸)，和烃基取代的水杨酸。
羧酸盐清净剂例如水杨酸盐可通过使芳族羧酸与合适的金属化合物例如氧化物或氢氧化物反应进行制备，并且中性或过碱性的产物可以通过本领域公知的方法获得。芳族羧酸的芳族部分可含有一种或多种杂原子，例如氮和氧。优选地，该部分仅含碳原子；更优选地，该部分含有6个以上的碳原子；例如苯部分。芳族羧酸可以含有一个或多个芳族部分，例如一个或多个任选通过亚烷基桥稠合在一起或以其它方式连接的苯环。芳族羧酸的代表性实例包括水杨酸和它们的硫化的衍生物，例如烃基取代的水杨酸和它们的衍生物。用于硫化例如烃基取代的水杨酸的方法是本领域技术人员已知的。水杨酸典型地通过例如按照Kolbe-Schmitt方法对酚盐进行羧化进行制备。在这种情形中，水杨酸通常以在与未羧化的苯酚的混合物的稀释剂中获得。
酚类和硫化的酚类的金属盐通过与合适的金属化合物例如氧化物或氢氧化物反应来制备。可通过本领域公知的方法来得到中性的或过碱性产物。例如，可使苯酚与硫或含硫化合物例如硫化氢、一卤化硫或二卤化硫反应生成产物来制备硫化的酚类，所述产物是其中2个或更多个酚通过含硫的桥而桥接的化合物的混合物。
用于制备所述过碱性盐的金属化合物通常是元素周期表中的任意第I族或第II族金属的化合物。金属碱的第I族金属包括1a族碱金属(例如钠、钾、锂)以及1b族金属例如铜。第I族金属优选是钠、钾、锂和铜，更优选钠或钾，和特别优选钠。所述金属碱的第II族金属包括IIa族碱土金属(例如镁、钙、锶、钡)以及IIb族金属例如锌或镉。所述第II族金属优选为镁、钙、钡或锌，更优选镁或钙，特别优选钙。
过碱性清净剂的实例包括但不限于磺酸钙、酚类钙盐、水杨酸钙、硬脂酸钙和它们的混合物。适用于本发明润滑油组合物的过碱性清净剂可以是低过碱性的(即总碱值(TBN)低于100)。这种低过碱性清净剂的TBN可为约5-约50，或约10-约30，或约15-约20。或者，适用于本发明润滑油组合物的过碱性清净剂可以是高过碱性(即TBN高于约100)。这种高过碱性清净剂的TBN可为约150-约450，或约200-约350，或约250-约280。TBN为约17的低过碱性的磺酸钙清净剂和TBN为约400的高过碱性的硫化的苯酚钙是用于本发明润滑油组合物的两种示例性的过碱性清净剂。本发明的润滑油组合物可以包含多于一种过碱性清净剂，它们可以全是低TBN的清净剂、全是高TBN的清净剂或它们的化合物。例如，本发明的润滑油组合物可以包含TBN为约150-约450的过碱性碱土金属磺酸盐清净剂的第一含金属清净剂和TBN为约10-约50的过碱性碱土金属磺酸盐清净剂的第二含金属清净剂。
用于本发明润滑油组合物的适宜的清净剂还包括“混合”清净剂，例如酚盐/水杨酸盐、磺酸盐/酚盐、磺酸盐/水杨酸盐、磺酸盐/酚盐/水杨酸盐等。混合清净剂的实例包括描述于例如美国专利No.6,153,565、6,281,179、6,429,178和6,429,179中的那些。
通常，含金属的清净剂在润滑油组合物中的存在量基于该润滑油组合物的总重量计为约0.25-约3wt.％，优选约0.5-约2wt.％。
本发明的润滑油组合物中使用的抗氧化化合物降低了基础料在使用中发生劣化的倾向，这种劣化可由金属表面上的氧化产物例如油泥和漆膜状沉积物以及粘度增长所证明。这类氧化抑制剂包括受阻酚，无灰油溶性酚盐和硫化酚盐，烷基取代的二苯胺，烷基取代的苯胺和萘胺以及它们的类似物和混合物。合适的二苯胺抗氧化剂包括但不限于单烷基化的二苯胺，二烷基化的二苯胺，三烷基化的二苯胺以及它们的类似物和混合物。二苯胺抗氧化剂的代表性实例包括丁基二苯胺，二丁基二苯胺，辛基二苯胺，二辛基二苯胺，壬基二苯胺，二壬基二苯胺，叔丁基叔辛基二苯胺以及它们的类似物和混合物。
通常，抗氧化剂化合物在润滑油组合物中的存在量基于该润滑油组合物的总重量计为约0.2-约4wt.％，优选约0.3-约1wt.％。
本发明的润滑油组合物中使用的除二烷基二硫代磷酸锌外的抗磨损化合物包括含钼络合物，例如含钼/氮的络合物。这样的络合物在本领域中是已知的并且描述于例如美国专利No.4,263,152中，通过引用将其内容并入本文。
钼/氮络合物的结构并未确知。然而，认为钼/氮络合物是这样的化合物，在该化合物中价态满足氧或硫原子的钼被用于制备这些化合物的碱性含氮化合物的一个或多个氮原子络合或成盐。用于制备钼络合物和钼/氮络合物的钼化合物是酸性钼化合物。酸性是指钼化合物将如按照ASTM试验D-664或D-2896滴定程序所测量的那样与碱性氮混合物反应。典型地，这些钼化合物是六价的。合适的钼化合物包括钼酸，钼酸铵，钼酸钠，钼酸钾和其它碱金属钼酸盐和其它钼盐例如氢盐，如钼酸氢钠、MoOCl4、MoO2Br2、Mo2O3Cl6、三氧化钼以及它们的类似物和混合物。优选的酸性钼化合物是钼酸、钼酸铵和碱金属钼酸盐。特别优选的是钼酸和钼酸铵。
用于制备钼/氮络合物的碱性含氮化合物具有至少一个碱性氮并且优选呈油溶性。碱性含氮化合物的代表性实例包括琥珀酰亚胺、羧酸酰胺、烃基一元胺、烃多胺、曼尼奇碱、磷酰胺、硫代磷酰胺、膦酰胺、分散剂粘度指数改进剂以及它们的类似物和混合物。可以使用本领域公知的方法用例如硼对任何含氮化合物进行后处理，只要该组合物仍含有碱性氮。后处理特别适用于琥珀酰亚胺和曼尼奇碱组合物。
可用于制备本文所述的钼络合物的琥珀酰亚胺公开在许多参考文献中并且是本领域中公知的。美国专利No.3,172,892；3,219,666和3,272,746(通过引用将它们的内容并入本文)中教导了由本领域的术语“琥珀酰亚胺”所包括的某些基本类型的琥珀酰亚胺和相关的物质。术语“琥珀酰亚胺”在本领域应理解为包括还可以形成的许多酰胺、酰亚胺和脒物质。然而主要产物是琥珀酰亚胺并且该术语通常公认为是指烯基取代的琥珀酸或酸酐与含氮化合物的反应产物。优选的琥珀酰亚胺由于它们的可商购性而为由烃基琥珀酸酐和亚乙基胺制备的那些琥珀酰亚胺，其中所述烃基含有约24-约350个碳原子。亚乙基胺的实例包括亚乙基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺等。特别优选由约70-约128个碳原子的聚异丁烯琥珀酸酐和四亚乙基五胺或三亚乙基四胺及其它们混合物制备的那些琥珀酰亚胺。
还包括在术语“琥珀酰亚胺”内的是烃基琥珀酸或酸酐和除含有两个或更多个仲氨基外还含有至少一个叔氨基氮的多仲胺的共低聚物。通常，该组合物具有约1,500-约50,000平均分子量。典型的化合物可以是通过使聚异丁烯琥珀酸酐和亚乙基二哌嗪反应制备的化合物。
羧酸酰胺化合物还是用于制备钼络合物的合适起始材料。这类化合物的实例包括公开于例如美国专利No.3,405,064(通过引用将其内容并入本文)中的那些。这些化合物通常通过以下进行制备：使具有在主要脂族链中至少约12-约350个脂族碳原子并且如果需要时具有使分子呈油溶性的足够的侧链脂族基团的羧酸或酸酐或其酯，与胺或烃基多胺例如亚乙基胺反应以产生单或多羧酸酰胺。优选的是由(1)式R1COOH(其中R1为C12-C20烷基)的羧酸或该酸与其中聚异丁烯基含有约72-约128个碳原子的聚异丁烯羧酸的混合物与(2)亚乙基胺、特别是三亚乙基四胺或四亚乙基五胺或其混合物制备的那些酰胺。
用于制备钼/氮络合物的另一类碱性氮化合物为例如美国专利No.3,574,576(通过引用将其内容并入本文)中公开的烃基一元胺和烃基多胺。烃基，例如烷基或者具有一个或两个不饱和位的烯属基，通常含有约9-约350个碳原子，优选约20-约200个碳原子。特别优选的烃基多胺为例如通过使聚异丁烯基氯和聚亚烷基多胺例如亚乙基胺如亚乙基二胺、二亚乙基三胺、四亚乙基五胺、2-氨乙基哌嗪、1，3-亚丙基二胺、1，2-亚丙基二胺等进行反应所衍生的那些。
用于提供碱性氮的另一类碱性氮化合物为曼尼奇碱化合物。这些化合物由苯酚或C9-C200烷基酚、醛例如甲醛或甲醛前体如多聚甲醛和胺化合物进行制备。所述胺可以是单或多胺并且典型的组合物由烷基胺例如甲胺或亚乙基胺如二亚乙基三胺或四亚乙基五胺等制备。酚类物质可以被硫化并且优选为十二烷基酚或C80-C100烷基酚。美国专利No.3,368,972；3,539,663；3,649,229和4,157,309(通过引用将它们的内容并入本文)中公开了典型的曼尼奇碱。曼尼奇碱可通过使具有至少约50碳原子，优选约50-约200个碳原子的烷基酚与甲醛和亚烷基多胺H2N(ANH)eH反应进行制备，其中A为约2-约6个碳原子的饱和二价烷基烃，e为1-约10并且其中可以进一步使所述亚烷基多胺的缩聚产物与脲或硫脲反应。通过使用常规技术将硼引入到该化合物中来处理曼尼奇碱通常可显著改善这些曼尼奇碱作为用于制备润滑油添加剂的起始材料的有用性。
含钼的络合物可以是硫化的或未硫化的。用于制备钼/硫络合物的代表性硫源包括硫、硫化氢、一氯化硫、二氯化硫、五硫化磷、R2Sf(其中R2为烃基例如C1-C40烷基，f为至少2)、无机硫化物和多硫化物例如(NH4)2Sg(其中g为至少1)、硫代乙酰胺、硫脲和式R2SH的硫醇(其中R2如上述所定义)。还用作硫化剂的是常规的含硫抗氧化剂例如蜡硫化物和多硫化物、硫化烯烃、硫化的羧酸和酯以及硫化的酯-烯烃、和硫化的烷基酚及其金属盐。
通常，含钼/氮的络合物可以在络合步骤期间用包含极性促进剂的有机溶剂进行制备，并且用于制备这类络合物的工序例如描述于美国专利No.4,259,194；4,259,195；4,261,843；4,263,152；4,265,773；4,283,295；4,285,822；4,369,119；4,370,246；4,394,279；4,402,840；和6,962,896和美国专利申请公开No.2005/0209111中(通过引用将它们的内容并入本文)。如这些参考文献中所示，可将钼/含氮的络合物进一步硫化。
在一个实施方案中，用于本文的抗磨损剂化合物基本上不含任何磷和/或硫，在另一个实施方案中，用于本文的抗磨损剂化合物不含任何磷和/或硫含量。
通常地，除二烷基二硫代磷酸锌化合物外的抗磨损剂化合物在润滑油组合物中的存在量基于润滑油组合物总重量计为约0.25-约5wt.％，优选约0.3-约2wt.％。
本发明的润滑油组合物可通过将无灰分散剂、至少一种含金属的清净剂、抗氧化剂和除二烷基二硫代磷酸锌外的抗磨损剂，任选地与其它添加剂，与润滑粘度油简单地调合或混合来便利地制备。无灰分散剂、含金属的清净剂、抗氧化剂和除二烷基二硫代磷酸锌外的抗磨损剂还可以作为浓缩物或包(package)与各种其它添加剂(如果需要)以合适的比率预调合以促进含有所需浓度添加剂的润滑组合物的调合。无灰分散剂、至少一种含金属的清净剂、抗氧化剂和除二烷基二硫代磷酸锌外的抗磨损剂与基础油调合使用的浓度是在该浓度下它们提供改进的抗磨损效果、可溶于所述油中并且可与所需成品润滑油中的其它添加剂相容。在这种情况下的相容性通常是指存在的化合物(最好(as well as)可按适用的处理比率溶于油中)在正常条件下也不导致其它添加剂沉淀。润滑油配方的给定化合物的合适油溶性/相容性范围可由本领域技术人员使用常规溶解性测试方法进行确定。例如，在环境条件(约20℃-25℃)配制的润滑油组合物中发生沉淀可通过油组合物中发生实际沉淀或配制出“混浊(cloudy)”溶液(其证明了不溶性蜡颗粒的形成)进行度量。
本发明的润滑油组合物还可以含有用于提供辅助功能的其它常规添加剂以产生这些添加剂分散或溶解于其中的成品润滑油组合物。例如，可将润滑油组合物与以下物质调合：摩擦改进剂、防锈剂、去混浊剂、破乳剂、金属钝化剂、倾点抑制剂、消泡剂、共溶剂、包相容剂(package compatibiliser)、腐蚀抑制剂、无灰分散剂、染料、极压剂以及它们的类似物和混合物。各种添加剂均为已知且可商购。可通过一般调合方法使用这些添加剂或它们的类似化合物制备本发明的润滑油组合物。
摩擦改进剂的实例包括但不限于烷氧基化的脂肪胺；硼酸盐化的脂肪环氧化物；脂肪亚磷酸酯，脂肪环氧化物，脂肪胺，硼酸盐化的烷氧基化脂肪胺，脂肪酸的金属盐，脂肪酸酰胺，甘油酯，硼酸盐化的甘油酯；以及在美国专利No.6,372,696(通过引用将其内容并入本文)中公开的脂肪咪唑啉；摩擦改进剂由C4-C75，优选C6-C24，最优选C6-C20脂肪酸酯与选自氨、链烷醇胺以及它们的类似物和混合物的含氮化合物的反应产物获得。可将摩擦改进剂以润滑油组合物的约0.02-约2.0wt.％，优选约0.05-约1.0wt.％，更优选约0.1-约0.5wt.％的量并入润滑油组合物。
防锈剂的实例包括但不限于非离子聚氧乙烯试剂，例如聚氧乙烯月桂醇醚、聚氧乙烯高级醇醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯辛基硬酯基醚、聚氧乙烯油基醚、聚氧乙烯山梨糖醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇单油酸酯和聚乙二醇单油酸酯；硬脂酸和其它脂肪酸；二羧酸；金属皂；脂肪酸胺盐；重磺酸的金属盐；多羟基醇的偏羧酸酯；磷酸酯；(短链)烯基琥珀酸；其偏酯及其含氮衍生物；合成的烷芳基磺酸盐例如二壬基萘磺酸金属盐；以及它们的类似物和混合物。
消泡剂的实例包括但不限于甲基丙烯酸烷基酯的聚合物；二甲基硅氧烷的聚合物及其类似物和混合物。
本发明的润滑组合物还可以含有粘度指数改进剂。粘度指数改进剂的实例包括聚(甲基丙烯酸烷基酯)、乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物和聚异戊二烯。还使用分散剂型(具有提高的分散性)或多功能型的粘度指数改进剂。这些粘度指数改进剂可以单独使用或组合使用。待引入到发动机油中的粘度指数改进剂的量随着复合发动机油的所需粘度而变化，通常为每发动机油总量的约0.5-约20wt.％。
本发明的润滑油组合物与其中存在二烃基二硫代磷酸锌例如二烷基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有更大的减磨性能。在本发明的一个实施方案中，本发明的润滑油组合物与其中存在二烃基二硫代磷酸锌例如二烷基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有高至少约20％的减磨性能。在本发明的另一个实施方案中，本发明的润滑油组合物与其中存在二烷基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有高至少约25％的减磨性能。
本发明润滑油组合物的最终应用可以例如在于十字头柴油发动机中的船用汽缸滑润剂，汽车和铁路等中的曲轴箱滑润剂，用于重型机械例如轧钢机等的滑润剂，或作为用于轴承等的润滑酯。在一个实施方案中，本发明的润滑油组合物用于润滑内燃机例如火花点火发动机，或压缩点火式柴油发动机，例如配备有废气再循环(EGR)系统、催化转化器和颗粒捕集器中至少一个的重型柴油发动机或压缩点火式柴油发动机。
润滑油组合物是流体还是固体通常将取决于是否存在增稠剂。典型的增稠剂包括聚脲乙酸盐、硬脂酸锂等。
以下非限制性实施例说明本发明。
实施例1
形成润滑油组合物，该润滑油组合物含有3.858wt.％的由2300平均分子量聚异丁烯琥珀酸酐与重质多胺制备的经碳酸亚乙酯后处理的双琥珀酰亚胺，0.286wt.％硼酸盐化的单油酸甘油酯摩擦改进剂，0.487wt.％的钼琥珀酰亚胺分散剂/磨损抑制剂，0.490wt.％的二苯基胺抗氧化剂，0.593wt.％的17TBN磺酸钙清净剂，1.141wt.％的410TBN磺酸钙清净剂，0.050wt.％的硅氧烷基泡沫抑制剂，0.537wt.％的Exxon 100N稀释剂油和4.800wt.％的在87.46wt.％II类基础油中的乙烯-丙烯共聚物粘度指数改进剂。所得润滑油组合物具有0wt.％的磷含量和0.051wt.％的硫含量。
对比例A
向实施例1的润滑油组合物中加入0.64wt.％的二烃基二硫代磷酸锌。所得润滑油组合物具有0.048wt.％的磷含量和0.151wt.％的硫含量。
对比例B
形成润滑油组合物，该润滑油组合物含有2.35wt.％的琥珀酰亚胺分散剂，6wt.％硼酸盐化的琥珀酰亚胺分散剂，2.84wt.％的260TBN硫化酚钙分散剂，1.02wt.％的17TBN磺酸钙分散剂，0.22wt.％的410TBN磺酸钙分散剂，0.3wt.％的二苯基胺抗氧化剂，0.6wt.％的受阻酚抗氧化剂，0.4wt.％的双琥珀酰亚胺(衍生自1300MW PIBSA和重聚胺)的对苯二甲酸盐的分散剂，0.5wt.％钼琥珀酰亚胺络合分散剂/磨损抑制剂，10ppm泡沫抑制剂，5.75wt.％的官能化的粘度指数改进剂，0.3wt.％倾点抑制剂，0.75wt.％的非官能化的粘度指数改进剂，和在由24.5％的在100℃下运动粘度(kv)为4.7-4.9cSt的II类基础油和75.5％的在100℃下kv为7.8-7.9cSt的II类基础油构成的76.17wt.％基础油中的1.89wt.％的二烷基二硫代磷酸锌。所得润滑油组合物具有0.150wt.％的磷含量和0.445wt.％的硫含量。
测试
微型牵引机评价
使用PCS Instruments Ltd.，London UK，微型牵引机(MTM)台架试验评价实施例1的润滑油组合物和对比例A和B的润滑油组合物。将PCS MTM仪器进行改进以使1/4英尺直径的Falex 52100试验钢球(具有专用夹具)替代与该器械一起提供的销夹具(参见例如Yamaguchi，E.S.，“Friction and Wear Measurements Using a Modified MTM Tribometer，”IP.com Journal 7，Vol.2，9，57-58页(2002年8月)，No.IPCOM000009117D；和Yamaguchi，E.S.，″Soot Wear in Diesel Engines″，Journal of Engineering Tribology，Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part J.Vol.220，No.J5，463-469页(2006))。以销盘模式使用该器械并使其在滑动条件下运行。这通过将球稳固地固定在专用夹具中使得球静止不动并同时使盘在其下滑动而得以实现。在表1中显示了所述条件。
表1
将从发动机测试设备的顶部回收系统获得的发动机烟炱用于该试验。在运送烟炱之前将矿物油加入到其中。因此，在试验之前必须必须洗涤烟炱。用戊烷将烟炱制成稀浆料。在使该浆料在布氏漏斗上通过Whatman数为2滤纸过滤之前将其搅拌数分钟。将该沉淀再次制成稀浆料并再次通过惠特曼数2滤纸进行过滤。然后将该沉淀在处于20英寸真空和90℃下的真空烘箱中干燥大于16小时。然后在使用前将干燥的烟炱通过50目(300μm最大值)进行筛分。这样做的目的是除去油和其它杂质从而产生可再生颗粒并且它们可引起如在废气再循环(EGR)发动机中所看到的磨蚀磨损。
为了制备试验样品，PCS仪器52100平滑部分(0.02微米Ra)即钢盘的抗腐蚀涂层用庚烷、己烷和异辛烷除去。然后，将该盘用软的薄纸(tissue)擦拭干净并将其浸没在清洁溶剂的烧杯中直到除去盘轨迹(track)上的膜，该盘的轨迹呈现出光泽。将所述盘和试验球置于单独的容器中并且浸没在Chevron 450稀释剂中。最后，通过将试验样品置于超声波发生器(sonicator)中30分钟而将它们进行超声清洗。
图1中给出了该评价的结果，该图中显示了实施例1与对比例A和B的润滑油组合物的磨损伤痕直径(WSD)和标准偏差(STD)。如数据显示出，不含二烷基二硫代磷酸锌的实施例1的润滑油组合物与用二烷基二硫代磷酸锌处理的对比例A的相同润滑油组合物相比提供了显著改进的MTM磨损结果。这是意想不到的，因为二烷基二硫代磷酸锌是已知的抗磨损剂并且可预期改进润滑油组合物的磨损结果。实际上，实施例1的润滑油组合物比对比例B的润滑油组合物的MTM磨损结果更低，所述对比例B的润滑油组合物是含有相对高量的二烷基二硫代磷酸锌的标准润滑剂。
应当理解可以对本文公开的实施方案作出各种修饰。因此上述描述内容不应该解释为具有限制性，而仅理解为优选实施方案的范例。例如，上文所述且作为实施本发明的最佳模式的功能仅出于说明目的。本领域技术人员采取其它配置和方法而不脱离本发明的范围和精神。此外，本领域技术人员可预想到在其所附权利要求的范围和精神内的其它修改。

Claims (15)

1.一种润滑油组合物，该润滑油组合物包含(a)主要量的润滑粘度油，(b)无灰分散剂，(c)至少一种含金属的清净剂，(d)抗氧化剂，和(e)抗磨损剂，其中所述润滑油组合物不含任何二烷基二硫代磷酸锌化合物并且基本上不含任何磷含量。
2.权利要求1的润滑油组合物，其中所述无灰分散剂是衍生自一种或多种聚亚烷基琥珀酸酐的双琥珀酰亚胺。
3.权利要求2的润滑油组合物，其中所述聚亚烷基是平均分子量为约900-约2300的聚异丁烯基。
4.权利要求3的润滑油组合物，其中所述双琥珀酰亚胺用碳酸亚乙酯进行后处理。
5.权利要求1的润滑油组合物，其中至少一种含金属的清净剂是总碱值(TBN)为约10-约450的过碱性碱土金属磺酸盐清净剂。
6.权利要求1的润滑油组合物，其中至少一种含金属的清净剂包含两种含金属的清净剂。
7.权利要求6的润滑油组合物，其中所述两种含金属的清净剂包含第一含金属清净剂和第二含金属清净剂，所述第一含金属清净剂是TBN为约150-约450的过碱性碱土金属磺酸盐清净剂，所述第二含金属清净剂是TBN为约10-约50的过碱性碱土金属磺酸盐清净剂。
8.权利要求1的润滑油组合物，其中所述抗氧化剂为二苯基胺化合物。
9.权利要求1的润滑油组合物，其中所述抗磨损剂包含含钼的络合物。
10.权利要求9的润滑油组合物，其中所述含钼的络合物包含钼/氮络合物。
11.权利要求1的润滑油组合物，该润滑油组合物包含
基于润滑油组合物总重量计约3wt.％-约10wt.％的无灰分散剂；
基于润滑油组合物总重量计约0.5wt.％-约2wt.％的至少一种含金属的清净剂；
基于润滑油组合物总重量计约0.2wt.％-约1wt.％的抗氧化剂；
基于润滑油组合物总重量计约0.1wt.％-约2wt.％的抗磨损剂。
12.权利要求1的润滑油组合物，该润滑油组合物还包含选自摩擦改进剂、极压剂、粘度指数改进剂、倾点抑制剂和它们的混合物中的至少一种添加剂。
13.权利要求1的润滑油组合物，该润滑油组合物与其中存在二烃基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有高至少约20％的减磨性能。
14.权利要求1的润滑油组合物，该润滑油组合物与其中存在二烃基二硫代磷酸锌化合物的相应润滑油组合物相比具有高至少约25％的减磨性能。
15.一种用于降低内燃机磨损的方法，该方法包括用权利要求1-14的润滑油组合物使内燃机工作。
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