用于降低燃料消耗的传动油制剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有有利的粘度性质的传动油制剂，由此能够降低车辆的燃料消 耗。
【背景技术】
[0002] 由于各种原因，降低车辆的燃料消耗变得越来越重要。除了车辆本身的构造的许 多改进以外，还努力将由润滑油，例如由机油和传动油造成的搅拌（Plansch)损失最小化。
[0003] 为了实现这一目的，通常降低润滑油的新鲜油粘度。对于自动变速箱油，由此原 因例如在GeneralMotors的DEXR0N-VI规范中要求新鲜油在100°C下的运动粘度不超过 6. 4mm2/s〇
[0004] 但是，对降低新鲜油粘度设置限制，因为粘度的降低也会导致润滑油膜厚度的降 低。不足的润滑油膜厚度导致提高的磨损和待润滑的机械部件的更短寿命。在最坏的情况 下，该润滑油膜厚度如此之低，以致材料的表面粗糙度大于该润滑油膜厚度。在这些条件 下，机械部件发生点接触，这导致在下方材料层中的压力和/或负荷峰值，并长期导致材料 疲劳。
[0005] 持久的机械负荷通常导致润滑油粘度的降低，由于例如由机械应力将润滑油的聚 合物成分粉碎。这种效果也称为永久剪切损失。由于永久剪切损失导致润滑油膜厚度的持 续降低，因此要求润滑油即使在长时间负荷后也不低于特定的最低粘度。表征润滑油的永 久剪切损失的公认方法是根据CEC-L-45-A-99的圆锥滚子轴承试验。对于自动变速箱油而 言，例如，由DEXR0N-VI规范规定在20小时圆锥滚子轴承试验后100°C下的最小运动粘度为 5. 5mm2/s〇
[0006] 为了降低燃料消耗同时维持最小粘度，经常提高该润滑油的粘度指数。粘度指数 (VI)描述润滑油的粘度的温度依赖性。具有低粘度指数的润滑油与具有高粘度指数的那些 润滑油相比表现出粘度改变的更大的温度依赖性。在特定温度下在恒定粘度下粘度指数的 提高意味着，在较低温度下的粘度小于具有较低粘度指数的可比润滑油。在较低温度下降 低的粘度又会降低搅拌损失并因此降低燃料消耗。但是，这种优点限于车辆的预热阶段。
[0007] 因此感兴趣的是提供一种润滑油，通过该润滑油甚至可以在更高的运行温度下降 低燃料消耗。
[0008] 润滑油膜厚度并非完全由该润滑油的粘度决定，而是粘度和相对于彼此运动的机 械部件的相对滑动或滚动速度的函数。在保持不变的粘度下，润滑油膜厚度随速度而提高。 因此，在高速下，润滑油的相对低粘度足以确保充足的润滑油膜厚度。低粘度在该操作点将 是有利的，因为降低的流体摩擦将导致消耗的能量更少，这导致节约了燃料。
[0009] 在高速下，在此产生的剪切力通常自动导致润滑油粘度的降低。这种所谓的剪切 损失可能是永久的，例如，如在对润滑油的持续机械负荷的情况下发生的那样。但是，剪切 损失也可能是暂时的，使得在速度降低且随之剪切力更低的情况下重新建立原始粘度。剪 切力造成的暂时剪切损失也称为剪切变稀。
[0010] 因此，理想的润滑油将具有最可能显著的剪切变稀以便在高滑动或滚动速度下降 低燃料消耗。同时，理想的润滑油将仅具有低永久剪切损失以将机械部件的寿命最大化。
[0011] 润滑油性质通常通过向润滑油中掺混添加剂来改善。
[0012] 例如，US5, 565, 130和US5, 597, 871公开了使用基于例如聚丁二烯的梳形聚合 物作为粘度指数改进剂。但是，其中并未公开令人满意的对燃料消耗的改善。
[0013] W0 2007/003238A1描述了基于聚烯烃基大分子单体，尤其是聚丁二烯基甲 基丙烯酸酯，和甲基丙烯酸C1至C10烷基酯的油溶性梳形聚合物。该梳形聚合物可以 用作润滑油用添加剂以改善粘度指数和剪切稳定性。但是，没有公开牵引系数（Trakt ionskoeffizient)和燃料消耗方面的改善。
[0014] W0 2009/007147A1公开了使用基于聚烯烃基大分子单体，尤其是聚丁二烯基甲 基丙烯酸酯，和甲基丙烯酸C1至C10烷基酯的梳形聚合物来改善车辆的燃料消耗。但是， 该梳形聚合物仅公开作为机油用添加剂。
[0015] W0 2010/102903A1公开了使用梳形聚合物作为用于传动油、机油和液压油的抗 疲劳添加剂。但是，没有描述降低燃料消耗。
[0016] DE10 2009 001 447A1描述了使用梳形聚合物来改善具有高粘度指数的液压油 的承载能力。对于给定的ISO等级，在大约80°C的运行温度下制剂的高粘度指数和与之相 关的较高粘度能够减少液压系统中的燃料消耗。在该文献中特别重要的是改善该液压系统 的体积效率。这受到更高润滑油粘度的有利影响，因为由此使得液压栗中的泄漏流最小化。 但是，在体积效率方面的改善伴随着降低的机械效率。然而，在传动油的情况下，机械效率 是至关重要的，因此在传动油领域需要润滑油的低粘度和特别是低牵引系数。因此，开发节 能型液压油不允许对于在开发传动油方面给出任何结论。
[0017] W0 2012/025901A1公开了在润滑剂中与特定摩擦改性剂结合使用梳形聚合物。 并未公开特别匹配于传动油要求的梳形聚合物与基础油的组合。
【发明内容】
[0018] 由于现有技术中公开的润滑油的性质在用作传动油方面和在减少燃料消耗方面 仍不是令人满意的，本发明的目的因此是提供一种传动油制剂，所述传动油制剂在20小时 的圆锥滚子轴承试验CEC-L-45-A-99后具有按照ASTMD445为5. 5mm2/s的在100°C下的最 小运动粘度并同时具有高剪切变稀。此外，在l〇〇°C下的新鲜油运动粘度按照ASTMD445应 当不超过6. 4mm2/s，并优选为大约6. 0mm2/s。该传动油制剂也应当具有高粘度指数，优选具 有按照ASTMD2270为大于180的粘度指数，更优选大于190。
[0019] 此外，该传动油制剂应具有低牵引系数。该牵引系数是移动一载荷所需的力除以 该载荷。该系数的数值表示剪切润滑油膜的难易程度。传动油理想地具有低牵引系数，因 为当牵引系数低时，因润滑油剪切而消耗较少能量。
[0020] 通过一种传动油制剂实现了该目的，所述传动油制剂包含：
[0021] ⑴具有按照ASTMD445为至少1. 5mm2/s的100°C下的运动粘度和按照ASTMD 2007为小于15重量％的芳族化合物含量的基础油；和
[0022] (ii)由单体组合物通过自由基聚合获得的共聚物，其中所述单体组合物包含以下 单体：
[0023] (A) 30重量％至50重量％的（甲基）丙烯酸的酯和羟基化氢化聚丁二烯，其中该 羟基化氢化聚丁二烯具有4000至6000克/摩尔的按照DIN55672-1的数均分子量Mn;
[0024] (B1)0.2重量％至50重量％的（甲基）丙烯酸甲酯；
[0025] (B2) 0· 2重量％至50重量％的（甲基）丙烯酸丁酯；
[0026] (B3) 0· 2重量％至5重量％的（甲基）丙烯酸C5-C30烷基酯；
[0027] (C) 10重量％至50重量％的具有8至17个碳原子的苯乙烯单体；和
[0028] (D)0重量％至5重量％的其它可自由基聚合的共聚单体，
[0029] 其中单体（Bl)、（B2)和（B3)的重量比例的总和为至少10重量％。
[0030] 在此，给出的组分（A)至（D)的重量比例基于该单体组合物的总重量。
[0031] 在一个优选实施方案中，组分（A)至（D)的比例合计达100重量％。
[0032] 更优选地，单体（B1)至（B3)的重量比例的总和为至少15重量％、最优选15重 量％至45重量％。
[0033] 本发明的传动油制剂满足在新鲜油粘度、通过圆锥滚子轴承试验测得的最小粘度 和粘度指数方面提出的先决条件。此外，本发明的传动油制剂具有有利的由剪切力造成的 暂时剪切损失。
[0034] 还已经令人惊讶地发现，本发明的具有低芳族化合物含量的基础油与所述共聚物 的组合导致了该传动油制剂的牵引系数方面的降低。
[0035] 使用本发明的传动油制剂另外导致在车辆滚动试验台试验中燃料消耗的降低，在 此不仅在冷启动阶段观察到这种效果，而且在传动油制剂加热后也观察到这种效果。
[0036] 按照本发明用作该传动油制剂的组分（ii)的共聚物可以经由所述单体的自由基 聚合来获得。在这里，所述单体的烯属不饱和基团和乙烯基基团的双键优选打开，并在单体 之间形成共价键。由此形成的共聚物是梳形聚合物。
[0037] 本发明中的梳形聚合物包含第一聚合物（其也称为骨架或主链），以及大量附加 聚合物（其被称为侧链并共价键合到该骨架上）。在本发明的情况下，该梳形聚合物的骨架 由彼此连接的所述单体的不饱和基团形成。（甲基）丙稀酸酯的酯基团、苯乙稀单体的苯基 基团和其它可自由基聚合的共聚单体的取代基构成该梳形聚合物的侧链。
[0038] 按照本发明使用的具有8至17个碳原子的苯乙烯单体是苯乙烯和取代苯乙烯。 具有8至17个碳原子的苯乙烯单体的实例是苯乙烯、在侧链中具有烷基取代基的取代苯乙 烯，例如α-甲基苯乙烯和α-乙基苯乙烯，在环上具有烷基取代基的取代苯乙烯，如乙烯 基甲苯和对甲基苯乙烯，卤代苯乙烯，例如单氯苯乙烯、二氯苯乙烯、三溴苯乙烯和四溴苯 乙烯。特别优选的是未取代的苯乙烯。
[0039] 该单体组合物优选包含10重量％ -45重量％的具有8至17个碳原子的苯乙烯单 体。
[0040] 术语"（甲基）丙烯酸"指的是丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯酸与甲基丙烯酸的混合 物。术语"（甲基）丙烯酸酯"指的是丙烯酸的酯、甲基丙烯酸的酯或丙烯酸与甲基丙烯酸 的酯的混合物。
[0041] 优选地，该单体组合物包含0. 2%至45重量％的甲基丙烯酸甲酯作为单体（Β1)。 同样优选地，该单体组合物包含0. 2 %至45重量％的甲基丙烯酸丁酯和/或丙烯酸丁酯，更 优选甲基丙烯酸正丁酯和/或丙烯酸正丁酯，作为单体（Β2)。
[0042] 按照本发明使用的（甲基）丙烯酸C5至C30烷基酯是（甲基）丙烯酸与具有5至 30个碳原子的醇形成的酯。术语"（甲基）丙烯酸C5至C30烷基酯"在此包括与特定长度 的醇的单个（甲基）丙烯酸酯，同样包括与不同长度的醇的（甲基）丙烯酸酯的混合物。
[0043] 合适的（甲基）丙烯酸C5至C30烷基酯包括例如（甲基）丙烯酸戊酯、（甲基） 丙烯酸己酯、（甲基）丙烯酸2-乙基己酯、（甲基）丙烯酸庚酯、（甲基）丙烯酸2-叔丁基 庚酯、（甲基）丙烯酸辛酯、（甲基）丙烯酸3-异丙基庚酯、（甲基）丙烯酸壬酯、（甲基） 丙烯酸癸酯、（甲基）丙烯酸十一烷基酯、（甲基）丙烯酸5-甲基十一烷基酯、（甲基）丙 烯酸十二烷基酯、（甲基）丙烯酸2-甲基十二烷基酯、（甲基）丙烯酸十三烷基酯、（甲基） 丙烯酸5-甲基十三烷基酯、（甲基）丙烯酸十四烷基酯、（甲基）丙烯酸十五烷基酯、（甲 基）丙烯酸十六烷基酯、（甲基）丙烯酸2-甲基十六烷基酯、（甲基）丙烯酸十七烷基酯、 (甲基）丙烯酸5-异丙基十七烷基酯、（甲基）丙烯酸4-叔丁基十八烷基酯、（甲基）丙 烯酸5-乙基十八烷基酯、（甲基）丙烯酸3-异丙基十八烷基酯、（甲基）丙烯酸十八烷基 酯、（甲基）丙烯酸十九烷基酯、（甲基）丙烯酸二十烷基酯、（甲基）丙烯酸鲸蜡基二十烷 基酯、（甲基）丙烯酸硬脂基二十烷基酯、（甲基）丙烯酸二十二烷基酯和/或（甲基）丙 稀酸^?十烷基二十四烷基酯。
[0044] 特别优选的（甲基）丙烯酸C5至C30烷基酯是直链C12至C14醇混合物的甲基 丙烯酸酯（甲基丙烯酸C12至C14烷基酯）。
[0045] 按照本发明使用的羟基化氢化聚丁二烯具有4000至6000克/摩尔、优选4000至 5000克/摩尔的数均分子量Mn。由于它们的高分子量，该羟基化氢化聚丁二烯在本发明中 也被称作大分子醇。
[0046] 该数均分子量^通过尺寸排阻色谱法使用市售聚丁二烯标样来测定。按照DIN 55672-1通过凝胶渗透色谱法采用THF作为洗脱剂来进行该测定。
[0047] 优选地，该羟基化氢化聚丁二稀具有至少99%的氢化度。作为