利用金属羧酸盐降低相对滑动零件间摩擦的方法

专利名称：利用金属羧酸盐降低相对滑动零件间摩擦的方法
技术领域：
本发明涉及降低相对滑动零件间摩擦的一种方法，包括涂布至少一种碱性金属过当量羧酸盐润滑剂于一滑动零件的滑动啮合表面上。滑动零件包括平导板，滚动轴承，丝杠及丝母，齿轮副，液压系统和气动装置。
工业润滑剂往往需要在尊膜或边界工况下提供优良的减摩性能。但在某些情况下会出现特殊的问题，例如在假压和冲压机上的平导板上，例如它们的滑道，导向装置和导轨等;某些压气机，内燃机和蒸汽机的十字头滑道;以及在金属加工机床，如车床，磨床，龙门刨床，牛头刨床和铣床等。在低速重载下，润滑剂有被擦掉的趋势，所以边界润滑是主要的。尤其是精密加工的机床一般更需要它们的滑板与导槽随时都是在边界工况下操作。不过在滑板与导槽的运动中，如果润滑剂的静摩擦系数大于动摩擦系数则会遇到一种称为“粘性滑动”的现象，此时，从静止到开始滑动运动所需要的力就要比起动以后维持运动所需要的力为大。
在滑板与导槽以轻载和高的往返速度运动时，如果油的粘度过大，就会遇到另一种称为“飘浮”的现象，造成滑板从导槽中升起，伴随着速度或负载的变化，润滑油膜厚度的变化足以使被加工零件产生波纹状的表面，或者使零件达不到精确的尺寸。
滚动轴承，如普通轴承或减摩轴承，丝杠与丝母，齿轮副，液压系统和气动装置，常常也会遇到低速重载的工况，尤其在工业装配方面，这些都是机床和其他重机械工业常用的部件，不过，低速重载工况有时也出现在非工业装配上，例如出现在车辆，轮船和飞机上。丝杠与丝母也是常用的部件，例如用在控制大、中型飞机的襟翼。
改善边界工况下的减摩作用和降低粘性滑动一般需要在润滑剂中采用减摩和耐特压抗磨耗添加剂，来补偿润滑油中的相应不足之处。
不过，许多摩擦改良剂或耐特压抗磨耗添加剂往往有诸如对人类有毒性，有不好的气味，如从含硫的耐特压抗磨耗剂释放出含硫气体，或者由于有不透明的色泽，使得维护机器发生困难和显得很肮脏。所以希望最好能得到没有这种添加剂的减轻摩擦和耐特压抗磨耗性能。在本发明申请中，发明者发现，碱性金属过当量的不饱和直链金属羧酸盐，能在不另外加入摩擦改良剂或耐特压抗磨耗添加剂的情况下达到所要求的减摩作用和耐特压抗磨耗保护。
此外，如在本发明所采用的碱性金属过当量羧酸盐中再加入摩擦改良剂和耐特压抗磨耗添加剂，则对达到更优良的摩擦改良和耐特压抗磨耗保护作用是更为有利的。
“高碱性”(overbased)，“超碱性”(superbased)，“过碱性”(hyperbased)一词是来源于熟知的含金属物质通用技术术语，是最近几十年来用在润滑油成份中作为去垢剂和/或分散剂的。这类高碱性物质，也曾经称之为“配合物”，“金属配合物”，“高金属含量盐”以及类似的别的名称，是以金属同特定的有机物，如羧酸或磺酸，进行反应中，金属含量超过按化学计量法所应得的金属含量为其特征的。
牛顿型碱性金属过当量物质和含固体金属胶粒的非牛顿型胶态分散物系预分散在至少有一种惰性有机溶液和一种第三组分的分散介质中，而第三种组份是选自基本上不溶解在该分散介质的一类有机化合物，这是已知的事。例如请参见美国专利3，492，231和4，230，586。
由高分子量羧酸酰化剂和氨基化合物制得的羧酸衍生物，以及它们在油基润滑剂中的应用，也是众所周知的。例如请参见美国专利3，216，936;3，219，666;3，502，677;和3，708，522。
金属加工用的润滑剂，含一种润滑油和一种碱金属盐或它们的硼化配合物，包括碱性金属过当量羧酸盐，在美国专利4，659，488;4，505，830;和3，813，337中已有介绍。
本发明是一种降低相对滑动零件间摩擦的方法，包括涂布至少一种牛顿型，或非牛顿型，碱性金属过当量羧酸盐润滑剂于滑动零件的滑动啮合表面上，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁及它们的混合物，羧酸则是含有约8至50个碳原子的至少一种不饱和直链烃类。设想的滑动零件包括平导板，流动轴承，丝杠与丝母，齿轮副，液压系统和气动装置。本发明者发现，应用上述的一种碱性金属过当量羧酸盐，对降低静、动摩擦系数有显著的效果，并且在不需要有辅助的摩擦改良剂或辅助的耐特压添加剂时都能提供一种耐特压添加剂的抗磨耗保护作用。
本发明还包括用于降低相对滑动零件间摩擦的组合物。其中包括至少一种牛顿型或非牛顿型的碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自含锂，钙，钠，钡，镁及它们混合物，羧酸则是含有约8至约50个碳原子的至少一种不饱和直链烃类，对这一物系最好再添加摩擦改良剂和辅助耐特压抗磨耗剂等功能添加剂。
“高碱性”，“超碱性”，“过碱性”术语，正如以上指出的“高碱性”一词是来源于熟知的含金属物质的通用技术术语，它一般是应用在润滑油组合物中作为去垢剂和/或分散剂。这类高碱性物质也曾经称之为“配合物”，“金属配合物”，“高金属含量盐”以及类似名称。碱性金属过当量物质是以金属同特定的有机物，如羧酸或磺酸，进行反应，金属含量超过按化学计量法所应得的金属含量为其特征的。因此，假定有一种一元羧酸
用一种碱性金属化合物，例如氢氧化钙，来加以中和，则产生出的“当量”金属盐，为一当量的羧酸将含一当量的钙，也即
不过，在工艺上已经是众所周知的，有各种不同的方法可得到含金属比化学计量法应含金属量多得多的一种惰性有机溶液产物。这一类溶液产物本发明就称之为碱性金属过当量物质。按照这些过程方法，羧酸或者一种它的碱金属或它的碱土金属能够用一种金属碱进行反应，产品中将含有比中和羧酸所必需的金属为多的金属含量，例如其中的金属可比正常盐中的金属多4.5倍，或者是金属多了3.5当量。
超过化学计量法的实际金属超过量可以在很大的范围中变化，例如，取决于反应以及过程条件等，当量可以从约0.1当量变化到约50甚至更大的当量。对本发明有用的碱性金属过当量物质，每一过当量物质的当量，其金属当量约为1.1当量至约40或以上当量，较为理想者为约6.0至约30当量，更为理想者为约15至约30当量。
在本说明书和权利要求书中，术语“过当量”一词是用来指含有超过化学计量所需金属的物质，因此也包括曾经称之为“高碱性的”，“超碱性的”，“过碱性的”等的金属，这在下面要加以讨论。
术语“金属比”是先有技术所采用的，这里用来指碱性金属过当量物质(例如金属磺酸盐或羧酸盐)中的金属总化学当量同含金属的反应物(例如氢氧化钙，氧化钡等)和欲与之反应的有机物质(例如磺酸或羧酸)，按照它们二者已知的反应能力和化学计量法，预期反应所应生成的产物中金属的化学当量的比值。因此，上面提到的当量磺酸钙，其金属比是1，而碱性金属过当量磺酸钙，其金属比是4.5。很显然，如果要进行高碱性金属过当量反应的物质中有一种以上的化合物能同金属起反应，产品的“金属比”到底是同预期会出现的给定的单一化合物的当量数比较或是同所有化合物的综合当量数比较，将取决于碱性金属过当量产物中金属的当量数。
一般说来，这类碱性金属过当量物质的制备是通过对欲进行碱性金属过当量反应的有机物质，及主要含至少一种用于该有机物质的惰性有机溶剂的反应介质，化学计量过量的一种金属碱类以及一种酸性的促进剂等进行混合化应而取得碱性金属过当量物质的制备方法以及极为不同的各种碱性金属过当量物质的类别在先前的技术中都已得知，现做为例子公开如下美国专利2，616，904;2，616，905;
2，616，906;2，616，911;
2，616，924;2，616，925;
2，617，049;2，695，910;
2，723，234;2，723，235;
2，723，236;2，760，970;
2，767，164;2，767，209;
2，777，874;2，798，852;
2，839，470;2，856，359;
2，859，360;2，856，361;
2，861，951;2，883，340;
2，915，517;2，959，551;
2，968，642;2，971，014;
2，989，463;3，001，981;
3，027，325;3，070，581;
3，108，960;3，147，232;
3，133，019，3，146，201;
3，152，991;3，155，616;
3，170，880;3，170，881;
3，172，855;3，194，823;
3，223，630;3，232，883;
3，242，079;3，242，080;
3，250，710;3，256，186;
3，274，135;3，492，231;和4，230，586。
这些专利公开的各个过程，可以进行碱性金属过当量反应的物质，适用的金属碱类，促进剂及酸性物质，以及各种有用于产生本发明的分散物系的特定碱性金属过当量产物，也罗列于此供作参考。
要进行碱性金属过当量反应的有机物质的一个重要特性是它们在用于做此反应过程的特定反应介质中的溶解度。按照以前采用过的反应介质，一般是含石油馏份，尤其是矿物油类。这类有机物质一般是能溶于油中的。然而，如果采用别的反应介质(例如芳烃，脂族烃，柴油等)，有机物质只要它能溶解于给定的反应介质，至于它是否能溶于矿物油中并不重要。显然，许多能溶于矿物油的有机物质，也能溶于许多其他指定的合适反应介质中。应当明白，反应介质一般会变化成胶态分散物系的分散介质，或者至少其中的一个组份是做为反应介质的一部分或者做为分散介质，这要取决于是否有加入附加的惰性有机液体而定。
适用的羧酸包括脂族酸，环脂酸，芳基一元和多元羧酸，包括链烯基取代的环戊酸，链烯基取代的环己酸，和链烯基取代的芳族羧酸。这类脂族酸一般含约8至约50个碳原子，较理想者是约12至约25个碳原子。更适宜于采用不饱和直链脂族羧酸，适用的不饱和直链脂族羧酸的例子包括松香酸，亚麻酸，棕榈油酸，亚油酸，油酸，蓖麻油酸，链烯基琥珀酸，以及市场可获得的一种或多种羧酸混酸，如妥尔油酸及类似的酸。
用以制备碱性金属过当量物质的金属化合物一般是周期表上的Ⅰ-A族和Ⅱ-A族的碱性金属盐。尤其对本发明适用的，是选自锂，钙，钠，钡，镁和它们混合物，而锂，钙，以及它们的混合物，由于锂和钙分别具有优良的润滑性能和低毒性，故尤其适用。
促进剂，也即是能同过量金属结合进入碱性金属过当量物质的物质，也是有多种多样的，技术上也是众所周知的，由所引征的专利就可得到证明。适用的促进剂在美国专利2，777，874;2，695，910;和2，616，904中尤其有全面的讨论。比较适于采用的是醇类和酚类促进剂。醇类促进剂包括1至约12个碳原子的脂族醇，例如甲醇，乙醇，正丁醇，戊醇，辛醇，异丙醇，异丁醇和它们的混合物以及类似的醇。酚类促进剂包括种种羟基取代的苯和萘类。特别有用的一类酚是在美国专利2，777，874中的烷基化酚，例如庚基酚，辛基酚和壬基酚。有时也采用各种促进剂的混合物。
适用的酸性物质也披露在上述的专利中，例如在美国专利2，616，904中。在已知的酸性物质中，有用的酸性物质是液体酸类，如甲酸，乙酸，硝酸，硫酸，盐酸，氢溴酸，氨基甲酸，取代的氨基甲酸等。乙酰是最常用的酸性物质，不过无机酸，如Hcl，SO2，SO3，CO2，H2S，N2O3等一般也可用作酸性物质。再为适用的酸性物质是二氧化碳和乙酸。
制备碱性金属过当量物质时，是将要进行反应的物质，以及它的一种非极性惰性有机溶剂，金属碱，促进剂和酸性物质，放在一起进行化学反应。形成的产物的准确本质是未知的，不过为了达到能够适宜地说明本专利申请说明书的目的，可以认为它是溶剂的单相均匀混合物以及(1)或者是一种由金属碱，酸性材料和要进行碱性金属过当量处理的物质形成的金属配合物，或者(2)是一种由金属碱同酸性物质，和要进行碱性金属过当量处理的物质形成的无定形金属盐。如果采用矿物油作为反应介持，羧酸作为要进行碱性金属过当量处理的物质，Ca(OH)2作为金属碱，CO2作为酸性物质，于是根据本发明的目的，反应后所形成的碱性金属过当量物质产物就可认为是，或者是一种由羧酸，金属碱，酸性物质所形成的含金属配合物的油溶液，或者是无定形的羧酸钙和碳酸钙。
酸性物质同反应物系中的其它物质接触的温度，很大程度上取决于所采用的促进剂。当采用酚类促进剂时，一般的温度范围是约80℃至300℃，较为理想的是约100℃至约200℃，当采用醇类或硫醇作为促进剂，温度一般是不超过反应混合物的回流温度，较为理想的是不超过约100℃。
从以上的观点出发，应当明白，碱性金属过当量物质可能会残留有部份或全部促进剂。如果促进剂是非挥发性的(例如烷基酚)，或者是其它可立即从碱性金属过当量物质中除去的，但至少总有一部份残留在碱性金属过当量物质产品中。循此，由这种产品制得的分散物系也可能含有促进剂。本发明所使用的碱性金属过当量物质中是否含有促进剂，并不代表本发明的关键状况。限明显，在工艺技术范围里要选用一种挥发性的促进剂，例如低级烷醇，即甲醇，乙醇等，以便可较容易地把促进剂除去。
特别适用于本发明的金属盐，其金属比在约1.1至约40之间，较为理想者是约6至约30，而尤其是在约8至约25之间，并要通过足够的紧密接触时间以便形成稳定的分散物系，温度则是保持在应应混合物的固化温度与分解温度之间来进行制备。
(B-1)至少是一种选自CO2，H2S和SO2的酸性气态物质，同(B-2)含有以下各项的反应混合物(B-2-a)至少一种碱金属或碱土金属或者是碱性的碱金属化合物或碱土金属化合物;
(B-2-b)至少一种低级脂肪醇，和(B-2-c)至少一种羧酸或它的功能衍生物，具有含约8至约50个碳原子，对进行碱金属过当量反应敏感的不饱和直链烃类。
(B-2-a)中的组份，至少一种碱金属或碱土金属，可以举出的碱金属或碱土金属化合物是氢氧化物，醇盐(典型者是那些含10及10个以下，最好是7个及7个以下碳原子的烷氧基类者)，氢化物类和氨化物类。因此，适用的碱性碱土金属化合物，包括氢氧化锂，氢氧化钙，氢氧化镁，氢氧化钠，氢氧化钡，氧化钙，氧化镁，氧化钡，氢化锂，氢化钙，氢化镁，氢化钡，乙氧基钙，丁氧基钙，钙氨化物等。特别适用者是氧化钙，氢氧化钙，和钙的低级醇盐(也即含有7及7以下个碳原子者)。碱土金属或碱性碱土金属化合物的当量，对于本发明来说，是等于它的分子量的两倍，因为碱土金属是两价的。
(B-2-b)组份至少是一种低级脂族醇，较为适用者是一元醇或二元醇。可以举出的醇类有甲醇，乙醇，正丁醇，1-丙基醇，1-己醇;戊醇，异丙醇，异丁醇，2-庚醇，2，2-二甲基-1-丙醇，乙二醇，1，3-丙二醇，1，5-戊二醇，这些醇中较适用者是甲醇，乙醇，丙醇，异丁醇和戊醇的混合物，其中尤以甲醇，导丁醇和戊醇混合物更为适用。(B-2-b)组份的当量是它们的分子量除以每分子的羟基数目。
(B-2-c)组份中，如前所述，至少是一种羧酸或者它的功能衍生物。特别适用的羧酸是通式为R5(COOH)n的酸，其中n是1至6的整数，更为适用者是n＝1或2，R5是至少有8个脂族碳原子的不饱和直链脂肪烃基。取决于n的大小，R5可以是一价至六价的基。
R5也可以有非烃类的取代基，条件是只要它们本质上不改变烃的特性就是。这类取代基介入的量最好不超过约10%重量比。可以举出例子的包括非烃类取代基，如巯基，卤基，硝基，氨基，亚硝基，低级烷巯基，烷脂基，氧代基，硫代基或为中间基团，如-NH-，-O-，或-S-，只要其中的不饱和直链烃类的特性本质上不受到破坏就行。R5含有不饱和的烯键，依照碳-碳共价键存在的总数，较理想者是含5%以上的烯键，依照R5的来源，R5的碳原子数一般为约8-50个碳原子。
根据以下的讨论，较为适用的羧酸系列及它们的衍生物，是通过用一种烯烃聚合物或卤化烯烃聚合物同一种不饱和的α，β酸或酸酐例如丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸或富马酸或马来酐等进行反应，以制备出相应的取代酸或它们的衍生物。
能做为(B-2-c)组份的一元羧酸，其通式为R5COOH。这类酸的例子有亚麻酸，松香酸，亚油酸，棕榈油酸，油酸和蓖麻油酸和工业的脂肪酸混合物，如妥尔脂肪油酸。一个特别适用一元羧酸类是用一种卤化烯烃聚合物，例如一种氯化聚丁烯，同丙烯酸或甲基丙烯酸进行反应来制备。
适用的二元羧酸，包括有下列通式的取代琥珀酸
式中R6与上面已经定义的R5相同。
以上介绍的一类羧酸和它们的衍生物，在工艺上是众所周知的，它们的制备方法，以及能够用在本发明的有代表性的类型，在许多美国专利中都有详细的叙述。
能用作(B-2-c)组份的上述功能衍生物包括酐类，酯胺类，酰胺类，酰亚胺类，脒类和金属盐类，但要至少有一个羧基继续存在，而且不饱和直链烃类基本上保留住不饱和直链烃类的本性。烯烃聚合物取代琥珀酸同一元或多元胺的反应产物，尤其是有约10个及以下氨基氮的聚亚烷基多胺特别地适用。这类反应产物一般含有一种或多种酰胺，酰亚胺和脒类的混合物含有约10个及以下氮原子的聚乙烯胺同聚丁烯取代琥珀酸酐，(其中聚丁烯基主要含有异丁烯者)的反应产物，特别地有用。包括在这类功能衍生物中的，有由二硫化碳，硼化合物，腈类，脲类，硫脲类，胍类，烯化氧类或类似物质同胺-酸酐反应产物进行处理而获得的组合物。此类取代琥珀酸的半酰胺，半金属盐和其衍生物的半酯，半金属盐也是有用的。
同样有用的是由取代酸或酐同一种一元或多元羧基化合物，如脂肪醇或酚进行反应所制备的酯类。较为理想的是由烯烃聚合物取代琥珀酸或酐同含2-10个羟基和约有40及40以下直链碳原子的多元脂肪醇进行反应的酯类。这一醇类包括1，2-亚乙基二醇，丙三醇，山梨醇，季戊四醇，聚乙二醇，二乙醇胺，三乙醇胺，N，N-二(羟乙基)亚乙基二酰胺，以及类似物质。当醇中含有反应性的氨基，反应产物中可能含有由酸同羟基和氨基两者官能团反应所得的产物。这样，这一反应混合物就会包含有半酯，半酰胺，酯，酰胺和脒类。
B-2反应剂组份的当量比值可变化很大。一般来说，(B-2-a)同(B-2-C)组份的比值至少是约4∶1，而且一般不超过约50∶1，较为理想者是在6至30∶1之间，而最为理想者是在8∶1至25∶1之间。(B-2-b)同(B-2-c)组份的当量比值是在约1∶1和80∶1之间，较为理想者是在约2∶1和50∶1之间。
B-1同B-2反应剂一般需接触到两者不再有反应为止，或者直到反应本质上停止为止。同时一般更希望反应要继续直到没有进一步的碱性金属过当量产物形成为止，如B-1和B-2反应剂的接触时间能维持到B-1反应剂有约70%进行反应了就可制备得到有用的分散作用，70%是相对于如果反应允许进行到结束或“终点”时。，所需要的程度。
反应结束或本质上停止的时刻，可以采用任何一种常规的方法来加以确认。有一种方法是测定(B-1)反应剂的进入和逸出混合物的气体量来确认;当逸出的气体量达到进入量的90-100%时反应可以认为本质上是完成的。这些量可以利用进出口的计量阀门来加以测定。
反应温度是不严格的。一般说来，是控制在反应混合物的凝固温度和分解温度(其中任一组份的最低分解温度)之间。通常，温度是在约25℃至约200℃，较为理想者是约150℃。B-1和B-2反应剂是适宜于在混合物的回流温度下接触。这一温度显然取取于不同组份的沸点，这样，当采用甲醇作为(B-2-b)的组份，接触温度则应大约是甲醇的回流温度。
反应一般是在大气压下进行，虽然提高压力往往可加快反应，并促进最佳化地利用B-1反应剂。过程也可在减压下进行，但由于实际的原因，很少是这样做的。
反应一般又是在存在着一种基本上是惰性的，正常情况下是液态的有机稀释剂下进行，有机稀释剂既做为分散介质和反应介质。稀释剂的含量至少约为反应混合物总重量的10%。一般不应当超过80%重量比，较为理想者是在约30-70%之间。
虽然有多种稀释剂可供采用，但较为理想的是采用可溶于润滑油的稀释剂。一般稀释剂本身含有一种低粘度润滑油。
其它的有机稀释剂也可或者单独应用，或者同润滑油结合使用。较适用于此一目的的稀释剂包括芳族烃，例如苯，甲苯和二甲苯;它们的卤化衍生物，如氯化苯;低沸点的石油馏份如石油醚和各种石脑油;一般的脂族和环脂族液体烃，例如己烷，正庚烷，己烯，环己烯，环戊烷，环己烷和乙基环己烷，以及它们的卤化衍生物，二烃基酮类，如二丙基酮，和乙基丁基酮，和烷芳基酮，如乙酰苯酚等也一样有用，还有醚类，如正丙基醚，正丁基醚，正丁基甲基醚，和二异戊醚。
当油和别的稀释剂联合使用时，油同稀释剂的比例一般是约1∶20至约20∶1。对于矿物润滑油一般要求至少要含稀释剂的50%重量，尤其是产品是做为润油剂的添加剂更是如此。稀释剂出现的总量并不特别严格，因为它是不起作用的。不过稀释剂一般要含反应混合物的约10-80%重量比，较为理想者是含约30-70%重量比。
反应最好是在不出现水份的情况下进行，不过也可能会有少量的水份出现(因为所采用的反应剂是工程得的)。水的出现量可达到约含反应混合物的10%及以下的重量比，而不会有有害的效果。
在反应完成时，混合物中的任何固体最好通过过滤或其他常用的方法除去。或者，随时可除去的稀释剂，醇促进剂以及反应过程中形成的水可以用常规的技术，如蒸馏，来加以消除。一般希望能从反应混合物中把水全部除掉。因为水的出现会导致过滤困难，和在油和润滑剂中形成不希望有的乳状液。任何这种水的出现是可通过在常压下或减压下或者共沸蒸馏法的加热迅速地加以消除。
B组份的化学结构尚未确切地得知。碱性盐或配合物可能是溶液，或者更为接近者是稳定的分散系。另一种看法是，它们可看作是由酸性物质，被过当量化了的油溶酸和金属化合物其同反应所形成的“聚合物盐类”。遵照以上的观点，这类组合物更便于参照它们形成的方法加以定义。
在此引进作为参考的美国专利3，377，283，是用公开适于作为B组份的组合物以及它们的制备方法的。
下面是一些用于本发明的制备碱性金属过当量羧酸盐的举例。其中所采用的“碱值”或中和碱值”术语是参比于酚酞指示剂的。除非另有说明外，所有份数，百分比和类似者都是以重量表示，温度是指室温(约25℃)，压力是指大气压力(约一个大气压)。
实施例1把由下列物质组成的混合物装入一不锈钢反应器中902.6重量份矿物油，153.3重量份聚异丁烯(平均分子量940)丁二酸酐，PM3101(商标)(61%(重)异丁醇和39%(重)戊醇的混合物，Onion Carbide-Corp.商品)，和Mississippi石灰(86%有效Ca)。反应器带有搅拌器和冷凝器，围绕反应器有油夹套装置用于加热和冷却。借助搅拌混合物及液面氮气吹扫经3小时加入1000重量份妥尔油脂肪酸(诸如Unitol DSR-8UnionCamp Corp.商品)。然后混合物加热到190°F来完成酸和酸酐的中和。批料冷却到105°F后，加入118.9重量份甲醇和726.5重量份上述Mississippi石灰。物料在反应器中106-113°F向反应混合物中通入CO2进行碳酸化，直到反应混合物的碱值近于0。碳酸化后，借助加热到300°F及氮气吹扫来去除醇促进剂和水干燥物料。
然后冷却物料，加入约150重量份己烷进行溶剂澄清，及真空汽提达到300°F和70mm水银柱压力。把产物过滤，加稀释剂来调节钙含量(需要加入111重量份稀释剂油来调节产物达到14.2%(重)Caa。
产物是用于本发明所要的碱性金属过当量羧酸盐。
实施例2经3小时把1000重量份油酸加到1045重量份Semtol-70油(商标)(中沸点矿物油，WitcoCorporation商品)，487重量份PM3101(商标)(61%(重)异丁醇和39%(重)伯戊醇(含57-70%正戊醇的混合物)UnionCarbideCorp.商品)，和162重量份Mississippi药典石灰(97%有效Ca(OH))。混合物加热到170°F以完成酸中和反应。全批物料冷却到105°F后，加入119重量份甲醇和726.5重量份Mississippi药典石灰。通过混合物液面下的入口管吹入二氧化碳进行碳化。直到混合物的中和碱值约为零。用气流干燥法去除其中的醇促进剂和水。把物料冷却，用己烷进行溶剂澄清，然后真空汽提到300°F和70mm水银柱压力。最终产物是一种基本上对环境安全，无毒，过当量油酸钙(金属比值9.0)。
碱性金属过当量羧酸盐可直接以牛顿型，与润滑粘性油润滑脂和/或功能添加剂投入使用，或者如果需要润滑脂状性能，也可把牛顿型转化成非牛顿型胶态分散物系(即胶态凝胶)再用。
分散物系一词是一个通用的技术名词，指胶体或胶体溶液，用在专利说明书和权利要求书中，即“含有任何粒径和状态的分散实体的任何均匀介质”。JirgensonsandStraumanis“AShortTextbookonColloidalChemistry”(2ndEd.)TheMacmillanCo.，NewYork1962.Page1，但本发明特定的分散物系是属于这一大类中的一个亚类。该亚类特征在于某些重要性能。
本亚类包括那些分散物系，其中至少一部分分散颗粒是固体金属的颗粒。至少约10%到约50%是这种颗粒，而且最好基本上余部固体颗粒是原地生成的。
只要固体颗粒在分散介质中能以胶粒的形式保持分散状态，则对粒径要求并不严格。通常，颗粒的数均粒径不超过5.0微米。但最好其数均粒径小于或等于约2.0微米。本发明的一个较为优选的形态中，数均粒径≤2.0微米，且80%(数目)的含固体金属的颗粒的粒径＜约5.0微米。本发明一个特别优选的形态中，数均粒径≤1.0微米，且80%(数目)的含固体金属颗粒的粒径＜2.0微米。
数均粒径是单位体积中含固体金属胶粒的粒径总和除以单位体积中的胶粒总数。测定平均粒径的仪器可以用，例如SpecificScientificCo.的商品叫作NicompModel270的仪器，它利用准弹性光散射(即QELS)，激光散射法测量，这是胶态分散技术本行业的人熟知的。
数均单位粒径≤2.0微米的物系是本发明优选的，而以数均单位粒径≤1.0微米的物系更好，单位粒径范围在0.03微米到0.5微米的物系能提供最佳结果。最小单位粒径为起码0.02微米而最好为起码0.03微米。
“单位粒径”与粒径不同，它是指含固体金属的颗粒的平均粒径。假设单个颗粒在整个分散介质中有最大的分散度。也就是说，单位颗粒是一种在尺寸上相当于含金属颗粒的颗粒，而且能够在分散物系内以单个胶粒的形式独立存在。这类含金属的颗粒在本发明的分散物系中实际上是以两种形式存在的。单独的单位颗粒就这样独自分散在介质中，要不然，单位颗粒能与存在于物系中的其它物质(即另外的含金属的颗粒，分散介质等)组合，形成附聚颗粒。这些附聚颗粒以含金属颗粒形式分散在整个物系中。显然，附聚颗粒的粒径显著地大于单位粒径。
另外，同样明显的是即使在同一分散物系中，附聚颗粒的尺寸变化很大，例如附聚颗粒的尺寸随着分散单位颗粒所使用的剪切作用的强弱而变化。就是说，分散物系的机械搅拌作用会把附聚粒子分解成单个单元分散在整个分散介质中。当每一含固体金属的颗粒在介质中单个分散时，就达到了分散极限。
因此，分散物系可用单位粒径来说明，这对本行业的人来说是显而易见的。单位粒径代表物系中能独立存在的含固体金属的颗粒的平均尺寸。(物系中含固体金属颗粒的)数均粒径可促使它接近单位粒径值，只要向现有物系施加剪切作用，或者以颗粒原地形成的方式生成分散物系时。有最大的颗粒分散度并非必然得到有效的分散物系。搅拌作用结合过当量物质和转化剂的均化作用就能产生足够的颗粒分散作用。
含固体金属的颗粒基本上是以无机酸金属盐和低分子量有机酸金属盐及其水合物或它们的混合物的形式存在的。这类盐通常为碱金属和碱土金属的甲酸盐、乙酸盐、碳酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硫酸盐、硫代硫酸盐和卤代物，其中碳酸盐是优选的。换句话说，含金属的颗粒通常是金属盐的颗粒，单位颗粒是单个的盐颗粒，而单位颗粒尺寸是盐颗粒的数均粒径，该粒径可借助，例如常规X射线衍射法或激光衍射法，诸如前述的QELS法不费力地进行确定。具有这类颗粒的胶态分散物系有时叫作高分子胶态物系。
由于本发明胶态物系的组成，含金属的颗粒在胶束胶粒中也作为组分的形式存在。本发明的胶态分散物系除含固体金属的颗粒和分散介质外，其物征在于第三组分，该组分易溶于介质并在分子中含疏水部分和至少一个极性取代基。此第三组分可沿上述金属盐的外表面自动取向，极性基带着疏水部分位于这类盐的表面，从盐伸展进入分散介质形成胶束胶粒。这类胶束胶体通过弱分子间的力即范德瓦耳斯力而形成的。胶束胶体代表一类上述的附聚颗粒，由于在这些胶束胶粒中的分子取向，这种颗粒的特征在于含有金属层(即含固体金属的颗粒和任何存在于第三组分极性取代基中的任何金属，诸如在磺酸盐和羧酸盐基团中的金属第三组分)，分子疏水部分形成的疏水层和极性层桥接该金属含有层和该疏水层，如果第三组分是碱土金属羧酸盐，则该极性桥接层，其中就含物系第三组分的极性取代基，即
基团。
胶态分散物系的第二组分是分散介质，介质的品种要求不是特别严格的。因为介质主要用作固体颗粒分散的液态载体。介质可以有相对较低沸点的组分，即在25-120℃的范围，以促进一部分或基本上全部来自本发明组合物的介质陆续去除，或者可有一较高沸点的组分，以保护组合物在放置与加热时得到保护，免遭去除。对这些液体没有规定严格的沸点上限。
代表性的液体包括矿物油，C5-C18烷烃，≥C5的环烷烃相应的烷基取代环烷烃，芳烃，烷芳烃，醚类，诸如二烃醚，烷基芳基醚，环烷醚，环烷基烷基醚，烷基醇，亚烷基二醇，聚亚烷基二醇，亚烷基二醇和聚亚烷基二醇的烷基醚，二元链烷酸二酯，硅酸酯，和它们的混合物。特定的实例包括石油醚，干洗溶剂汽油，戊烷，己烷，辛烷，异辛烷，十一烷，十四烷，环戊烷，环己烷，异丙基环己烷，1，4-二甲基环己烷，环辛烷，苯，甲苯，二甲苯，乙基苯，叔丁基苯，矿物油，正丙基醚，异丙基醚，异丁基醚，正戊基醚，甲基正戊醚，环己基醚，乙氧基环己烷，甲氧基苯，异丙氧基苯，对-甲氧基甲苯，甲醇，乙醇，丙醇，异丙醇，己醇，正辛醇，正癸醇，亚烷基二醇，诸如乙二醇与丙二醇，二乙酮，二丙酮，甲丁酮，乙酰苯，1，2二氟四氯乙烷，二氯氟甲烷，三氯氟甲烷，乙酰胺，二甲基乙酰胺，二乙基乙酰胺，丙酰胺，壬二酸二异辛酯，1，2亚乙基二醇，聚丙二醇，六-2-乙基丁氧基二硅氧烷等。其它可用的分散介质见美国专利4，468，339第9栏29行到10栏6行，编在这里供参考。
低分子量液态聚合物，一般列为低聚物的，也可用作分散介质。这类低聚物包括二聚物，四聚物，五聚物等。这一大类物料的例证，是诸如亚丙基四聚物，亚异丁基二聚物，低分子量聚烯烃，诸如聚(α-烯烃)等等。
从可利用性，成本和性能的观点来看，优选的一类分散介质是烷基、环烷基和芳基烃。液态石油馏份是另一类优选的分散介质。在这些优选的物料中，包括苯与烷基化苯，环烷烃和烷基化环烷烃，环烯烃和烷基化环烯烃，诸如来自环烷基石油馏分的，和烷烃，诸如来自石蜡基石油馏份的。石油醚，石脑油，矿物油，干洗溶剂汽油溶剂，甲苯，二甲苯等，及它们的混合物都是合适且经济的惰性有机液体原料。这些原料能起到本发明胶态分散物系中分散介质作用。矿物油本身就能作分散介质使用，而且是优选的对环境无害的分散介质。
除含固体金属颗粒和分散介质外，这里使用的分散物系中还需要一个第三组分。它是溶于分散介质中的有机化合物。其分子的特征在于有疏水部分和至少一个极性取代基。如下可述，适合于用作第三组分的有机化合物种类非常不同。这些化合物作为制备物系所用方法的结果，是分散系的固有组分。这些组分的其它特性，可从下列关于胶态分散物系的制法讨化中看清楚。
要求用于制备分散物系的过当量物质具有的金属比至少应为1.1，较好为约4.0。特别合适的一类优选的羧酸的过当量物质的金属比至少为约7.0。尽管已经制出了金属比为75的过当量物质，通常最大的金属比不会超过约50，大多数情况下不大于约40。
制备本发明组合物中使用的胶态分散物系中的过当量物包含约10%(重)到约70%(重)的含金属组分。如下文所述，这种含金属组分的确切本质是未知的。推理地说，由金属碱，酸性物质和参与过当量反应的有机物质生成金属配合物。这一配合物为过当量物质的含金属组分。另一方面，曾假设金属碱和酸性物质形成溶解于惰性有机反应介质和所谓要被过当量处理的物质中的非晶态金属化合物。被过当量处理的物质本身也可能是一种含金属的化合物，即羧酸的金属盐。在此情况下，含金属组分的过当量物质既是非晶态化合物又是酸式盐。过当量物质的其余部分包含惰性有机反应介质和任何未去除的促进剂。本申请的目标是，参与过当量反应的有机物料一部分是含有金属的组分。通常液态反应介质至少构成制备过当量物质的反应混合物总量的约30%(重)。
如上可述，用于本发明组合物中的胶态分散物系是借助均化转化剂和过当量原料而制备的。通过上两个组分的剧烈搅拌实现均化。这最好在等于或略低于回流温度下进行。回流温度一般取决于转化剂的沸点。但是，均化可在约25℃到约200℃或略高的范围内进行，通常如超过150℃就没有实际效益了。
实现过当量物质的转化所需的转化浓度通常在约1%-约80%(根据过当量物质计算)惰性有机溶剂和其中存在的促进剂的重量不计。最好用至少约10%和通常小于约60%(重)的转化剂。这里使用高于60%的浓度看来不能提供更多的效益。
转化剂一词，在这里是用来描写一类品种很不同的物质，它具有能使牛顿型单相均匀的过当量物质转化成非牛顿型胶态分散物系。实现转化的机理还不完全了解。但是除CO2外，这类转化剂分子中都有活性氢。转化剂包含低级脂族羧酸，水，脂族醇，环脂醇，芳脂醇，苯酚，酮，醛，胺，含硼的酸，亚磷酸和CO2。也可用两种或多种这类转化剂的混合物。下面讨论特别有效的转化剂。
低级脂族羧酸是指其分子中的碳原子数小于8。这类酸的实例是甲酸，乙酸，丙酸，正丁酸，戊酸，异戊酸，异丁酸，辛酸，庚酸，氯乙酸，二氯乙酸，三氯乙酸等。上述前三种酸最好，其中乙酸特别合适。不言而喻上列酸的酸酐也是可用的。在本发明的专利说明书和权利要求书中的酸是既指酸本身，也包括其酸酐。
有效的醇包括脂族，环脂族和芳脂族的单和多元醇。小于约C12的醇特别有效。而低级烷基醇，即小于约C8的烷基醇由于工艺过程中的经济性和有效性，所以也是优选的。例证是烷基醇，诸如甲醇，乙醇，异丙醇，正丙醇，异丁醇，叔丁醇，异辛醇，十二烷醇，正戊醇等。环烷基醇的实例有环戊醇，环己醇，4-甲基环己醇，2-环己基乙醇，环戊基甲醇等。苯基脂族醇，诸如苄醇，2-苄基乙醇，肉桂醇，最高到C6的亚乙基二醇及其单低级烷基醚，诸如乙二醇的单甲基醚，二甘醇，亚乙基二醇，亚丙基二醇，六亚甲基二醇，三甘醇，1，4-丁二醇，1，4-环己醇，甘油和季戊四醇。
使用水和一种或多种醇对过当量物质转化为胶态分散物系特别有效。这种组合物往往使反应过程加快。任何水醇组合物都是有效的。但很有效的组合物是一种或多种醇与水，其重量比范围从约0.05∶1至约24∶1，最好至少一种低级烷基醇在水醇混合物的醇组分中存在。水醇混合物其中‘醇部分’是一种或多种低级烷基醇的特别适合。
用作转化剂有效的酚包括苯酚、萘酚、邻-甲酚，对-甲酚，N苯酚，甲酚混合物，对-叔丁基酚，及其它低级烷基取代的苯酚。间-聚异丁烯(分子量350)-取代的苯酚等等。
其它有效的转化剂包括低级脂族醛和酮，特别是低级烷基醛和低级烷基酮，诸如乙醛，丙醛，丁醛，丙酮，甲乙酮，二乙基酮。各种脂族，环脂族，芳族和杂环族胺也是有效的。只要氨基上至少有一个活性氢。这类胺的例证是单-和双-烷基胺，特别是单-和双-低级烷基胺，诸如甲胺，乙胺，丙胺，十二烷基胺，甲基乙胺，二乙基胺;环烷基胺，诸如环己基胺，环戊基胺，和低级烷基取代环烷基胺，诸如3-甲基环己基胺;1，4-环亚己基二胺;芳基胺，诸如苯胺，单-，双-和三-低烷基取代的苯胺，萘胺，1，4-亚苯基二胺;低级烷基醇胺，诸如乙醇胺和二乙醇胺;亚烷基二胺，诸如亚乙基二胺，三亚乙基四胺，亚丙基二胺，八亚甲基二胺;和杂环胺，诸如哌嗪，4-氨基乙基哌嗪，2-十八烷基-咪噻啉，和噁唑烷。含硼的酸也是有效的转化剂，包括烃基硼酸(即烷基-B(OH)2或芳基-B(OH)2，硼酸(即H3BO3)，四硼酸，偏硼酸和这些硼酸的酯。
含磷的酸是有效的转化剂，包括各种烷基和芳基次膦酸，三价膦酸，膦酸和亚膦酸。由低级烷基醇或不饱和烃，诸如聚异丁烯与氧化磷和硫化磷(即P3O5和P2S5)反应制得的含磷的酸特别有效。
CO2可用作转化剂。但是，最好把CO2与一种或多种上述转化剂组合使用。例如，水与CO2的组合，作为使过当量物质转化成胶态分散物下的转化剂特别有效。
如上所述过当量物质是单相均匀物系。但取决于过当量物质的制备反应条件和反应物的选定，有时在产物中存在着不溶性污染物。这些污染物是未反应的碱性物质，如CaO，BaO，Ca(OH)2，Ba(OH)2或在制备过当量物质时用作反应物的其它金属碱类物质。业已发现，如果在过当量物质与转化剂均化之前去除这种污染物，就能够得到更加均匀的胶态分散物系。因此，在胶态分散系中的物料转化之前，最好先把任何不溶性污染物去除，用常规的技术，诸如过滤法和离心法都容易做到。但必须说明的是由于上述原因而去除污染物，不是本发明必不可缺的方面。过当量物质转化成胶态分散物系时，即使含有不溶性污染物，得到的产物是同样有效的。
转化剂，或者其一部分能够残留在胶态分散物系状态。但是它并非分散物系中必不可少的组分。通常要求，保留在分散物系中的转化剂应该越少越好。由于这种转化剂不会以某种化学键与过当量物质永久结合，所以通常很容易去除大部分，一般说，基本上全部转化剂。某些转化剂由于其物理性能使它易于从分散物系中除去。因此当均化时或静置后，大多数游离CO2逐渐从分散物系中逸散。由于液态转化剂一般比分散物系中的其它组分更易挥发，因此很容易用常规的脱挥发法，即加热，减压加热等等把它们除去。由于这个原因，希望选择那些沸点低于分散物系中其余组分的转化剂。这是低级烷基醇及其混合物和低级醇水混合物是优选的转化剂的另一原因。
而且，从分散物系中去除全部转化剂并不是必需的，事实上不去除转化剂也能得到用于本发明有效的分散物系。但从达到均匀产物的观点，一般希望除去转化剂，特别是挥发性的转化剂。
为了更好地举例说明本发明所用的胶态分散物系，下面描述一种优选物系的制备步骤和方法。除另有说明外，全部的“份”，“%”，“比”等均为重量的，温度为摄氏度，室温为约25℃，压力为约一个大气压。
实施例3把100重量份矿物油加到装有50重量份按实施例2制造的产物，进10加仑容积的玻璃衬里反应器中。反应器上安装配备有搅拌器、温度计插孔、液面下进气口和带回流冷凝器的侧臂汽水阀。混合物边搅拌边加热到150°F后，向反应器中加入22.5重量份实施例2所述的PM3101(商标)和7.5重量份自来水。反应器搅拌保温在150°F约16小时。
当物料加热到310°F，用液面氮气吹扫法经5个小时，去除水和醇。然后把混合物真空汽提到10mmHg柱和310°-320°F，以去除附加的挥发物料并边搅拌边冷却到室温。产物是所要的用于本发明的金属过当量非牛顿型胶态分散物系，其中的金属是钙、阴离子是油酸基团。实施例3中产物的Brookfield粘度计数据见下表。数据是在25℃收集的。
Brookfield粘度计数据(厘泊)R.p.m实施例3产物R.p.m实施例3产物2201，0001047，5004108，0002026，000指示胶凝强度的‘触变指数’，可从2r.p.m时的粘度除以20r.p.m时的粘度得出。既然如此，实施例3产物的触变指数为7.7。由于大于1.0的触变指数表示凝胶(即非牛顿型)特性，所以上述数据说明实施例3的产物具有非牛顿型凝胶的流变系。
如上述所，胶态分散物系包括含固体金属的颗粒，此颗粒在分散介质中以胶粒的形式保持分散。通常其颗粒大小不超过5.0微米。但是如果把一部分制造胶态过当量物质采用的工序加以重复，那么就能够制出具有较高浓度含固体金属颗粒的胶态物系和/或具有较大数均粒的胶态物系。这种重复某些工序的方法(发明人称之为rebasing)，基本上与上述制造非牛顿型胶态分散物系的一般方法相同，只是在胶凝操作开始后，从反应混合物中去除挥发性转化剂前，使胶凝操作暂时停止，向混合物中加入附加的惰性、非极性有机溶剂和金属碱，然后就象往常一样，重新开始胶凝操作并使之完成。
从前面的讨论和实施例，不言而喻，过当量物质用的溶剂成了胶体分散介质或成为其组分。当然，其它惰性液体混合物在过当量物质形成之前可以代替矿物油或与矿物油共同使用。
也很容易看出，原地生成的含固体金属颗粒在化学组成上同用来制备过当量物质的金属碱和酸性物质的反应产物相同。因此，原地生成的含金属颗粒的实际化学品种既取决于所用的特定金属碱类，也取决于与之反应的特定酸性物质。例如，如果制备过当量物质所用的金属碱是氧化钙，如果酸性物质是甲酸和乙酸的混合物，那末原地生成的含金属颗粒就会是甲酸钙和乙酸钙。
但是，转化阶段原地生成的颗粒的物理性能与参与转化的单相均匀的过当量物质中存在的那些颗粒的物理性能完全不同。具体的说，如粒径和结构等物理性能完全不同。胶态分散物系中的含固体金属颗粒尺寸足以满足X-射线衍射检测的需要，而转化前的过当量物质中却没有可探测出的颗粒。
已经对过当量的有机物质和由它制备的胶态分散物系都做了X-射线衍射和电子显微镜分析。分析证实在分散物系中有含固体金属的盐存在。例如，在按上述方法制成的分散物系中，CaCO3是以粒径约为40-50 (单位粒径)晶面间间隔(d )3.035的固体碳酸钙的形式存在。但是对过当量物质的X-射线衍射分析却指出其中不存在这种式样的CaCO3。事实上，过当量物质中的CaCO3可以认为是非晶形和处于溶解状态。尽管专利申请者不打算受提出的理论约束来解释与转化阶段同时发生的变化，看来似乎转化使得颗粒的形成和生长有了可能。也就是说，存在于过当量物质中的非晶态、含金属的、明显溶解的盐或络合物借助颗粒生长过程形成固态含金属的胶体颗粒。所以在上述实施例中，溶解的非晶态的CaCO3盐或络合物转化成固体颗粒，在本实施例中，颗粒增大到40-50 ，在许多情况下，这类颗粒显然是微晶。
不管上面假设的颗粒原地形成机理的正确性如何，事实仍然是过当量物质中没有那种在分散物系中占主要地位的颗粒式样。因此，这种式样的颗粒无疑是在转化阶段原地形成的。
当这种原地形成的含固体金属颗粒出现时，它们就做为预润湿和预分散的颗粒均匀地分布进整个分散物系中的其余组分。含有这种预湿润预分散颗粒的液态分散介质很易进入各种高分子组合物中，从而促进高分子树脂组合物中颗粒的均匀分布。因此这种原地形成的含固体金属颗粒的这一预湿润预分散性质是分散物系的一个重要特点。
在上列实施例中，分散物系的第三组分(即溶于分散介质中，含疏水部分和极性取代基的有机化合物)是酸酸钙。
式中R1为羧酸的不饱和直链C8-C50脂族残基，极性取代基是金属盐部分。
换句话说，有机化合物的疏水部分是过当量有机化合物分子减去其极性取代基后的残基。而疏水部分的作用是使有机化合物溶在过当量操作时所用的溶剂中，其后又使之溶在分散物系中。
分散物系第三个必要组分的品种取决于过当量操作的原材料(即需要进行‘过当量’的物料和金属碱化合物)。一旦这些原材料的品种已定，则胶态分散物系中第三组分的品种也就自动确定了。因此，从原材料的品种容易确定分散物系中第三组分疏水部分的实体，就是物质减去与之相连的极性取代基后的残基。第三组分极性取代基的品种的确定则只是一般化学问题。过当量物质上的极性基与金属碱反应例如，如果它们是酸官能，羟基等，则最终产物中的极性取代基就相当于原取代基和金属碱的反应产物。另一方面，如果过当量物质中的极性取代基不与金属反应，则第三组分的极性取代基就与原取代基相同。
如上所述，第三组分能围绕含金属的颗粒自动取向形成胶束胶粒。因此它能以溶于分散介质中独立液体组分存在于分散物系中，或者它能与含金属的颗粒结合作为胶束胶粒的一个组分。
在牛顿型过当量物质转化成非牛顿型胶态分散物系过程中流变性能的变化可用取自过当量物质和由其制备的胶态分散物系的Brookfield粘度计数据作实例说明。这类数据公开于美国专利4，468，339，现将有关内容全部编在这里供参考。
Brookfield粘度计数据(厘泊)D样本R.p.m.(1)(2)61148，820121035，220301002，892每一样品用两个数字加以鉴定，(1)和(2)，第1个数据包含过当量物质，而第2个数据包含胶态分散物系。样品D的过当量物质是金属比约为5.0的钙过当量物质的商品高级脂肪酸混合物，各个样品的数据是在25℃收集的。
比较样品D的(1)栏与(2)栏，可发现胶态分散物系具有比过当量原料大得多的粘度。
本发明有助于防止一种共知的“粘-滑”现象。粘-滑现象发生在两相对滑动的零件中，当其中的一个零件开始相对于另一个零件滑动时，零件间的静摩擦大于动摩擦时。当零件彼此啮合滑动时例如平导板，普通轴承和丝杠与丝母等装置的滑动，此一现象最为常见，当逐渐增加的力作用在发生有此现象的零件上时，零件就会有抵抗运动的趋向，当作用力最后克服了由静摩擦引起的阻力时，零件会有一突然的间断冲击跳动。当设想所要求的运动必须是平滑和精确的情况下，如对精密机床的要求，这一现象就显得特别地严重。
例如，粘-滑现象对要求有平滑平面的加工件会造成众所周知的颤振刀痕，而且往往是尺寸定标误差的原因。这种误差造成工具和工业设备加工工件或其他产品时的精度比正常时应能达到的精度为低。要相对加工件定位其切削、焊接、钻孔、磨削等工具的设备，为了达到精确的结果，需要极其平稳和精确地运行操作。
如果只需要相对结果，粘滑可用各种试验程式来测量。一种粘滑试验法是CincinnatiMilacron使用的，以早先ASTMD2877-70法为基础的方法。此法包括在试块间有工英两润滑剂试样的顶块下，使底块来回移动。应用LabecoModcl17900粘滑型号17900-5-71，美国Indiana州，Mooresvulle，LaboratoryEquipment公司商品。试块由珠光体灰铸铁制成，硬度HB179-201，可从美国俄亥俄州，BennettMetalPrductsofWilmington购到。当试块从右向左和从左向右移动时，可观察到由动态反压力导致的挠曲;在移动停止后，可观察到由静态反应力导致的挠曲。挠曲的大小可由装在仪器上的千分尺寸出。从千分尺的读数可算出静摩擦系数(US)，动摩擦系数(UK)和粘滑值(US/UK)。
另一测定相对粘滑值的方法是借助一种改良的抗磨试验器。一个具体的例子是使用一个由淬硬钢制的能自动定位的平转盘，紧贴住一个由自动变速离合器材料制成的固定的有浅翻边的园盘。当钢制平转盘加载贴着浸在润滑试验液中的摩擦盘时，加速钢制平盘，然后让它滑行至零r.p.m.。记录器就连续得到转数和转矩数据。这种低速摩擦装置(LVFA)可制造如下把Precision科学公司的Shell型四球试验机(产品目录号Cat.No.73603)作如下改型1.用适当的组件代替三球杯、支架、加热器和转矩臂，此组件包含一个浅翻边的园盘以代替三个球。
2.用自动定位的平转盘代替单球主轴装置，使该平转盘贴着固定的浅翻边园盘摩擦。
3.用应变仪加载梁和图表记录器代替转矩测量器。
4.转动轴上加飞轮，达到降下高速提供附加惯量。
5.加一个带传动装置的变速马达，用以在极慢有恒速下做试验。
上部转动试件是由Ketos铬锰钨工具钢淬硬成洛氏硬度57，下部固定试件是平浅翻边园盘，此盘视试验的要求由各种材料制成，在组装前，转动的钢转盘表面按下列计划抛光，以去除前次摩擦的痕迹和碎屑。
1.粗转盘-3-M-ite(80型砂纸)2.光滑转盘-3-M-ite500型砂纸然后把两个转盘都放在干洗溶剂汽油中清洗并且空气干燥。
装入粗转盘，加15cm3油，使装置在加载30kg和1000r.p.m下运转15分钟。然后装入光滑转盘，再运转5分钟作为磨后过程。
然后清洗装置，替换纸离合材料，加入测试的润滑油组合物。加速钢盘到1000r.p.m.并使之减速到0r.p.m。同时通过记录器，诸如图表记录器，连续得到转速和转矩数据。用本行业的人熟知的常规计算法从减速速率和转矩数据算出静、动摩擦系数。而粘滑指数可由静摩擦系数除以动摩擦系数算出。
除应具有润滑脂的触变性能外，铁路用润滑剂还应具有较低的静和动两种摩擦系数和优良的耐特压/抗磨耗性能。本发明的一个方面是使耐特压/抗磨耗性能成为非牛顿型胶态分散物系不可分的部分。所以没有再加辅助摩擦改性剂或辅助耐特压剂的必要。而这类辅助剂会提高润滑剂的成本，通常又是环境问题，毒性和/或清洁问题的极其重要的原因。本发明的非牛顿型胶态分散物系的一些重要性能数据见下表。
实施例2实施例4润滑剂性能产品产品加载60kg摩擦系数静摩擦0.040.04动摩擦0.080.08粘滑0.530.49四球磨耗试验，按ASTM，D-2266创痕直径(mm)0.300.33四球耐特压试验，按ASTM，D-2596焊缝-250加载磨耗指数-41Timken试验，按ASTM，D-2509OK加载(磅)-40滴点试验，按ASTM，D-2265温度(°F)-560ASTMD-2266，D-2596，D-2509，和D-2265等方法是美国材料试验学会出版的众所周知的测试方法，全部编入本文以供参考。
上列摩擦系数和粘滑数据是按照上述LVFA法测定的。
向本发明润滑剂组合物中加入少量至少一种高分子量烃基取代的羧酸或羧酸酐，或其金属盐或胺盐，往往是有好处的。酸或酸酐的烃基取代基有平均至少约30个碳原子。适用的单一和多羧酸是本行业的人熟知的。在下列美国、英国和加拿大专利中已有详细描述美国专利3，024，237;3，087，936;3，163，6033，172，892;3，215，707;3，219，6663，231，587;3，245，910;3，254，0253，271，310;3，272，743;3，272，7463，278，550;3，288，714;3，306，9073，312，619;3，341，542;3，346，3543，367，943;3，373，111;3，374，1743，381，022;3，394，179;3，454，6073，346，354;3，470，098;3，630，9023，652，616;3，755，169;3，868，3303，630，902;3，652，616;3，755，1693，868，330;3，912，764;4，234，435和4，368，133;英国专利944，136;1，085，903;1，162，436;和1，440，219;和加拿大专利956，397，这些专利编于此供参考。
正如上列专利中公开的那样，制备这种高分子量的羧酸有若干种方法。通常这些方法涉及(1)烯属不饱和羧酸，酰基卤，酸酐或酯等反应物与(2)含至少约30个脂族碳原子的烯属不饱和烃，或者含至少约30个脂族碳原子的氯化烃发生反应，反应温度范围是约100-300℃。氯化烃或者烯属不饱和烃反应物含至少约30个碳原子，较好是至少约40个碳原子，最好是至少约50个碳原子，并可以含极性取代基，油可溶性侧基，其不饱和程度不超出上文的一般界限。最终产物酰基部分大部分碳原子正是由这类烃反应物质提供的。
当制备高分子量羧酸时，羧酸反应物往往用通式Ro(COOH)n表示，式中Ro中至少有一个烯属不饱和碳-碳共价键，n为1-6的整数，最好是1或2。酸性反应物也可以是相应的羧酸酰基卤，酸酐或酯，酸性反应物分子中的碳原子总数一般不超过20，此数值最好不超过10，一般不超过6。建议的酸性反应物在至少一个羧基的α，β-位置上至少有一个烯键。典型的酸性反应物是丙烯酸，甲基丙烯酸，马来酸，马来酐，富马酸，衣康酸，衣康酸酐，柠康酸，柠康酐，中康酸，戊烯二酸，氯代马来酸，阿康酸，马豆酸，甲基巴豆酸，山梨酸，3-己烯酸，10-壬烯二酸，等等。优选的酸反应物包括丙烯酸甲基丙烯酸，马来酸，和马来酐。
用来制备这种高分子量羧酸的烯属不饱和烃反应物和氯化烃反应物最好是高分子量，基本上饱和的石油馏份和基本上饱和的烯烃聚合物及相应的氯化产物。建议选用来自有从C2到约C30的单烯烃形成的聚合物和氯化聚合物。特别有效的聚合物是1-单-烯烃，诸如乙烯，丙烯，1-丁烯，异丁烯，1-己烯，1-辛烯，2-甲基-1-庚烯，3-环己基-1-丁烯，和2-甲基-5-丙基-1-己烯等单体形成的聚合物。中间烯烃聚合物，即烯键不在末端位置的烯烃，同样有效。例子是2-丁烯，3-戊烯，和4-辛烯。
1-单烯烃的共聚物，诸如上述相互共聚和与其它可共聚烯烃诸如芳族烯烃，环烯烃共聚的共聚物及聚烯烃，也都是烯属不饱和反应物的有用来源。这类共聚物包括，例如使异丁烯与苯乙烯，异丁烯与丁二烯，丙烯与异戊二烯，丙烯与异丁烯，乙烯与戊间二烯，异丁烯与氯丁二烯，异丁烯与对-甲基苯乙烯，1-己烯与1，3-己二烯，1-辛烯与1-己烯，1-庚烯与1-戊烯，3-甲基-1-丁烯与1-辛烯，3，3-二甲基-1-戊烯与1-己烯，异丁烯与苯乙烯和戊间二烯等。
由于油溶性的需要，设想用于制备本发明羧酸的共聚物实质上最好是脂族和饱和的，也就是说，它们至少应有约80%，最好约95%(重)的单元来自脂族单烯烃。最好包含不大于约5%的烯烃键(根据存在的碳-碳共价键总数计算)。
本发明的一个实施方案中，聚合物和氯化聚合物来自C4炼厂石油流，该C4原料的丁烯含量约35%-约75%(重)，异丁烯含量约30%-约60%(重)，用路易斯酸，诸如Acl3或BF3作催化剂。这种聚异丁烯所含的异丁烯重复结构单元(见下)最好大于总重复单元的约80%。
用于制备高分子量羧酸的氯化烃和烯属不饱和烃的数均分子量可高达约100，000或更高，虽然优选的高分子量羧酸的分子量高达约100，000较好约7500，最好约5000。优选的高分子量羧酸含至少约C30的烃基，较好约C40，最好约C50。
高分子量羧酸也可以通过高分子量烃的卤化来制备。例如把上述的烯烃聚合物卤化成多卤化产物，再把它转化成多腈，然后进行水解。高分子量多元醇用高锰酸钾，硝酸或类似的氧化剂加以氧化，也可制得。另一方法是烯烃或极性取代的烃，诸如氯化聚异丁烯与不饱和多羧酸，诸如2-戊烯-1，3，5-三羧酸反应(柠檬酸脱水而成)。
单羧酸可由单一元醇被高锰酸钾氧化，也可由卤化高分子量烯烃聚合物与乙烯酮反应制得。另一制备单羧酸的简便方法是金属钠与乙酰基乙酸酯或烷基醇的丙二酸酯反应，生成酯的钠衍生物，接着使钠衍生物与卤化高分子量烃，诸如溴化蜡或溴化聚异丁烯反应。
单羧酸及多羧酸的制法还有，使氯化单一和多羧酸，酸酐，酰基卤等与烯属不饱和烃或烯属不饱和取代轻，诸如聚烯烃和取代聚烯烃，美国专利3，340，281描述其制法，特编于此供参考。
单羧酸和多羧酸的酸酐可由相应的酸脱水而得。脱水很易完成，只要把酸加热到高于约70℃，最好有脱水剂，如乙酸酐存在。环酐通常来自酸基间用不多于三个碳原子隔开的多羧酸，诸如取代琥珀酸或戊二酸，另一方面直链酸酐通常来自酸基间用四个或更多碳原子隔开的多羧酸。
单羧酸和多羧酸的酰基卤可使酸或其酸酐与卤化剂，诸如三溴化磷，五氯化磷或亚硫酰氯反应制得。
烃基取代的琥珀酸和酸酐，酰基卤及其酯衍生物的制法是使马来酐与高分子量烯烃或者氯化烃，诸如氯化聚烯烃反应。只需要把上两个反应物加热即可，反应温度范围为约100-300℃，最好约100-约200℃。反应产物是烃基取代的琥珀酐，其中取代基来自烯烃或氯化烃。如果需要，产物可通过‘氢化’，以去除全部或部分烯属不饱和共价键，这是标准氢化方法。用水或蒸汽可以把烃基取代的琥珀酐水解成相应的酸，而用卤化磷，苯酚或醇可以把酸酐或者酸转化成相应的酰基卤或酯。
有用的高分子量烃基取代的琥珀酸和酐可用下列通式表示
式中R1含至少约C30，较好至少约C40，更好至少约C50。R1的数均分子量一般不超过约100，000，优先地不超过约10，000，更优先地不超过7500，更优先地不超过5000，优选的一类烃基取代的羧酸和酐是聚异丁烯基琥珀酸和酐，其中聚异丁烯基含平均至少约C30，或其金属盐或胺盐，包括上面陈述的关于羧酸或酐的碳原子数或分子量的任何优选范围。
发明人已经发现，包含少量上述高分子量羧酸和酐，及其金属盐和胺盐，往往使本发明润滑剂组合物的摩擦调节、耐特压/抗磨耗性能得到意相不到的改良。高分子量羧酸和酐的用量达40%(重)，优选地达20%(重)，更优选地达10%(重)而提供性能改良效应的最低量，优选地至少1%(重)，更优选地5%(重)。
功能添加剂能被本发明的组合物分散的功能添加剂是本行业人熟知的矿物油和燃料添加剂。它们一般在水中的溶解度小于1g/100ml(25℃)，在油中的溶解度一般至少为1g/l(25℃)。
功能添加剂中有耐特压剂，腐蚀与氧化抑制剂，诸如硫化有机化合物，特别是烃基硫化物与多硫化物(诸如烷基和芳基硫化物和多硫化物包括烯烃及其醛与酯。例如二苄二硫、二苄三硫、二丁四硫、硫化脂肪酸酯，硫化烷基酚，硫化二戊烯，和硫化萜烯)。这类硫化有机化合物中，烃基多硫化物是优选的。
如前所述，根据本发明使用的润滑剂的一个好处是往往不含活性硫因而可用于各种金属，包括那些被活性硫的化合物污染的金属。但特别当润滑剂含有相对少量的某些含硫组合物，具体地说，耐特压/抗磨剂，有时却是有利的。
本发明并不苛求硫化有机化合物的特定品种。只是建议硫是以‘硫化物部分’的形式进入有机化合物分子中，即硫为二价氧化态，产物是油溶性的。硫化有机物的制法是使脂族，芳脂族或脂环族烃硫化。含约C3-约C30的烯烃最适合于本发明的目的。
自然界有各种可被硫化的烯烃。它们至少含一个烯属双键，叫作非芳香性双键。这种双键连接着两个脂族碳原子。广义地说，可用通式R7R8C＝CR9R10来表示烯烃，式中R7，R8，R9和R10为H或烃基(特别是烷基和键烯基)，其中的任两个基也可彼此形成烯化基或被取代的烯化基。也就是说，烯烃化合物可以是脂环族的。
单烯烃或双烯烃化合物，特别是前者，尤其是末端单烯烃(即R9，R10为H，R7，R8为烷基，即烯烃是脂族的)，是制备硫化有机化合物最好的。含约C3-C30，特别是含约C3-C20的烯烃化合物是特别合乎需要的。
丙烯、异丁烯及其二聚物、三聚物和四聚物以及它们的混合物是优选的烯属化合物。其中异丁烯和二异丁烯特别合乎需要。这是由于这种原料的可利用性和由它可制得高硫含量的组合物。
用于制备硫化有机化合物的硫化试剂是，例如硫单质，诸如S2cl2或Scl2之类的卤化硫，硫化氢和硫或二氧化硫的混合物等等。其中最好的是硫和硫化氢的混合物，在下文中常会提到它;但必须指出，其它硫化剂在适当的时候也可以取代它。
每摩尔烯属化合物的硫和硫化氢用量，通常分别为约0.3-3.0摩尔和0.1-1.5摩尔。优选的用量范围分别是约0.5-2.0摩尔和约0.4-1.25摩尔，最合乎需要的用量范围分别是约1.2-1.8摩尔和约0.4-0.8摩尔。
硫化反应的温度范围一般是约50-350℃，优选的范围是约100-200℃，特别适合的范围是约125-180℃。反应往往在提高压力下进行。压力可以是而且往往是自生压力(即反应过程中自然产生的压力)，但也可从外部施加压力。反应时产生的确切压力取决于诸如系统的设计与操作;反应温度，和反应物与生成物的蒸气压等因素，而且在反应过程中改变。
向反应混合物中加入用作硫化催化剂的物质往往是有利的。这类物质往往是酸性，碱性，或中性的，但最好是碱性物质，特别是包括氨和胺在内的氮碱，更常用的是烷基胺等含氮有机碱。用量一般为烯属化合物重量的0.05-2.0%(重)。在优选的氨和胺催化剂的情况下，最好每摩尔烯烃用约0.0005-0.5摩尔，特别合乎需要的是约0.001-0.1摩尔。
在硫化混合物制成后，建议基本上去除全部低沸点物质。一般操作是把反应容器与大气接通排出，或者常压蒸馏，真空蒸馏或汽提，或在适宜的温度与压力下，用惰气，诸如氮气通过混合物。
在有机化合物的硫化过程中另一个任选的步骤是将所得硫化产物加以处理，以减少活性硫。例证性方法是用碱金属硫化物处理。其它任选的处理方法是用以去除不溶性副产物及提高产品质量，诸如硫化组合物的气味、色泽和着色性质。
本发明的一个方面是提供一种含羧酸的金属过当量盐的润滑剂组合物。该羧酸包含不饱和直链烃基，该基所含的碳原子数从约8-约50个。该组合物基本上不含活性硫(用ASTMD130测定，测法编在此处，以供参考)。这种组合物的优点是，消除了一般含活性硫的润滑剂常有的，诸如使人不愉快的气味，铜表面的着色等问题。
但是，有时需要允许本发明润滑剂组合物中存在活性硫，特别当本发明所用的含金属过当量不饱合直链烃羧酸盐的金属比较高，如其金属比为15或更大的时候。这种含活性硫的组合物正好适于那些耐特压/抗耗要求高的应用，诸如重型工业机械，或者那些活性硫的存在不是明显缺点的应用，诸如人们与润滑剂的接触即使有也很少的场合。
由于美国专利4，119，549公开了用作本发明辅助耐特压/抗磨耗剂的合适的硫化产物，所以编在此处供参考。几个特定的硫化组合物在其实施例中描述。下列实施例说明两个这类组合物的制备。
实施例A单体硫(629重量份，19.6摩尔)加到一个带搅拌器和内冷却盘管的夹套高压反应器中。在引入气相反应物前，冷冻盐水通过盘管使反应器冷却。反应器封闭后，抽真空到约6乇并进行冷却。在1100重量份(19.6摩尔)异丁烯，334重量份(9.8摩尔)H2S和7重量份正丁胺加到反应器中。用夹套内的蒸汽加热反应器，经1.5小时，使温度达到171℃。在加热期间，达到的最大压力是720psig(在约138℃)。在达到反应温度高峰之前，压力开始下降，并随着气相反应物的消耗而继续稳定地下降。约4.75小时之后，温度约171℃，未反应的H2S和异丁烯被排放到回收系统。反应器中压力降至常压后，硫化产物以液体形式回收。
实施例B大体上按照实施例3的方法，773重量份二异丁烯，在有2.6重量份正丁胺的情况下，在150-155℃和自生压力下，与428.6重量份硫黄和143.6重量份HS起反应。去除挥发物，硫化产物以液体形式回收。
也可双含磷物质中选取功能添加剂，包括磷硫化烃，诸如硫化磷与萜烯，如松节油的反应产物，或者脂肪酸酯，诸如油酸甲酯，含磷的酸形成的酯，诸如亚磷酸烃酯，特别是酸式亚磷酸二烃酯和三烃酯，诸如亚磷酸二丁酯，亚磷酸二庚酯，亚磷酸二环己酯，亚磷酸戊苯酯，亚磷酸二戊苯酯，亚磷酸三癸酯，亚磷酸戊苯酯，亚磷酸二戊苯酯，亚磷酸三癸酯，亚磷酸二硬脂酯，亚磷酸二甲萘酯，亚磷酸油.4-戊苯酯，聚丙烯取代的亚磷酸苯酯，二异丁基取代的亚磷酸苯酯;酸式磷酸金属盐和硫代磷酸烃酯的金属盐，诸如二硫代磷酸酯金属盐，包括二硫代磷酸二环己酯锌盐，二硫代磷酸二辛酯锌盐，二硫代磷酸二(庚苯)酯钡盐，二硫代磷酸二壬酯镉盐，以及五硫化二磷与等摩尔异丙醇和正己醇混合物反应而得的二硫代磷酸产物的锌盐。
另一类适合的功能添加剂(C)包括氨基甲酸酯及其硫代类似物，诸如硫代氨基甲酸和二硫代氨基甲酸的金属盐及其酯，诸如二硫代氨基甲酸二辛酯锌盐，和二硫代氨基甲酸庚苯酯钡盐。
其它类适合的功能添加剂(C)包括过当量的和胶态过当量的羧酸，磺酸和磷的酸的酸式盐，高分子量羧酸酯，及其含氮的变体，高分子量苯酚及其缩合物;高分子量胺和多胺;高分子量羧酸/氨基复合产物等。这类功能添加剂一般都是抗磨耗，耐特压，和/或负重剂，诸如周知的酸式磷酸金属盐，和酸式硫代磷酸烃酯金属盐。后者的一个实例是二硫代磷酸二烷酯或二芳酯的锌盐。这类和其它适合的功能添加剂(C)的进一步说明，可在前面提到的专题论文《润滑剂添加剂》中找到。因为该一论文公开了这方面的内容，所编在此处供参考。
用于本发明润滑剂组合物的，与辅助耐特压剂组合使用的金属过当量羧酸盐的用量可以在很宽范围内变动。例如，金属过当量羧酸盐对辅助耐特压剂的重比的范围从1∶1开始一直到基本上完全没有辅助耐特压剂为止。便作为优选的范围，金属过当量羧酸盐对辅助耐特压剂的重比是从约10∶1到约50∶1，尤其在金属过当量羧酸盐，定义如前，大于15时。
倾点下降剂的适当用量也可加到本发明的有可测倾点的润滑剂组合物中。为了提高其低温性能，油基组合物中需要加入倾点下降剂，这是本行业的人熟知的。例如，见C.V.SmalheerandR.BennedySmith的《润滑剂添加剂》(Legiur-HilesCo.publishers，Cleveland，Olio，(1967)第8页。有关内容编在此供参考。
有效的倾点下降剂的实例是聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯;聚丙烯酰胺;卤化石蜡和芳族化合物的缩合产物;乙烯基羧酸酯聚合物和二烷基富马酸酯的三元共聚物，脂肪酸和烷基乙烯基醚的乙烯基酯。用于本发明目的倾点下降剂，其制备技术和它们的使用，在下列美国专利中有描述美国专利2，387，501;2，015，748;2，655，479;1，815，0222，191，498;2，666，746;2，721，8772，721，878;和3，250，715，编在引处供参考。
用于本发明润滑剂组合物的一个优选的实施方案中，也可加入有效用量的粘附剂以帮助润滑剂组合物粘附在可滑动的啮合件上。粘附剂的用量范围，从约0.1%至4%(重)(根据润滑剂组合物计算)，最好是从约0.5%到约2%(重)。
金属过当量羧酸盐和任选的一种或多种功能添加剂可分别地，或以混合物的形式加到基本油料或基本脂料中以制备用作本发明润滑剂用油或脂组合物，或者可分别地，或以混合物的形式与非牛顿型过当量物质组合。含不饱和直链C8-C50烃的羧酸的金属过当量盐的用量最好至少2%(重)，更好至少8%(重)，取决于应用的类型，用量从至少20%，40%，80%(重)或不经掺杂、净相(100%)使用。牛顿型或者非牛顿型金属过当量羧酸和功能添加剂的组合也可净相使用。
润滑脂组合物或基本脂原料取自矿物油和合成油均可。合成油料包括聚烯烃油(即聚丁烯油，癸烯低聚物等等)，合成酯(即癸二酸二壬酯)，三羟甲基丙烷的三辛酸酯等等)，聚乙二醇油等等。润滑脂组合物则由这类油通过加入增稠剂，诸如脂肪酸，象硬脂酸之类的钠，钙，锂，或铝盐制得。然后可把上述金属过当量羧酸以及其它已知或常规添加剂，诸如上述的那些掺混到这种基本脂原料中。本发明的润滑脂组合物可包含从约1%(重)到约99%(重)金属过当量羧酸，和从0.1%到约5%(重)本发明添加剂的辅助耐特压剂。作为优选的实施方案，金属过当量羧酸在润滑脂组合物中的有效用量的范围从约0.5%到约50%(重)，辅助耐特压剂的有效用量范围从约05%到约2%(重)。
适合的润滑油包括天然和合成油及其混合物。
天然油往往被优选;它们包括液态石油润滑油、溶剂处理和酸处理石蜡类，环烷类和混合的石蜡环烷类的矿物润滑油。来自煤或页岩的润滑粘性料也是有用的基油。
合成润滑油包括烃油和卤代烃油，诸如聚合和共聚的烯烃〔即聚丁烯，聚丙烯，丙烯-异丁烯共聚物，氯化聚丁烯，即(1-己烯)，聚(1-辛烯)，聚(1-癸烯)〕;烷基苯〔即十二烷基苯，十四烷基苯，二壬基苯，二(2-乙基己基)苯〕;聚苯(即联(二)苯，三联苯，烷基化聚苯);和烷基化二苯基醚和烷基化二苯硫及其衍生物，类似物和同系物。
氧化烯聚合物和共聚物及其衍生物(其中末端烃基已被酯化，醚化等改性)，组成另一类已知的合成润滑油。由环氧乙烷或者环氧丙烷聚合制成的‘聚氧化烯’聚合物可作为例证。这类聚氧化烯的烷基酯和芳基酯(即平均分子量为1000的聚异丙二醇甲基醚，平均分子量为1000-1500的聚丙二醇二乙基醚，平均分子量为500-1000的聚乙二醇二苯基醚);及其单一和多羧酸酯，例如乙酸酯，混合的C3-C8脂肪酸酯，和C13含氧酸双酯和三水缩四乙二醇的含氧酸双酯。
另一类适用的合成润滑油含有与各种醇反应生成的二羧酸的酯。二羧酸(即邻苯二甲酸，丁二酸，烷基丁二酸和链烯基丁二酸，马来酸，壬二酸，癸二酸，辛二酸，富马酸，己二酸，亚油酸，丙二酸，烷基丙二酸，链烯基丙二酸)。醇类即丁醇，己醇，十二醇。2-乙基己基醇，乙二醇，二甘醇，单乙基醚，丙二醇。制成的酯类实例包括己二酸二丁酯，癸二酸双(2-乙基己)酯，富马酸二-正-己酯，己二酸二辛酯，壬二酸二异辛酯，壬二酸二异癸酯，邻苯二甲酸二辛酯，邻苯二甲酸二癸酯，癸二酸双二十烷酯，亚油酸二聚物的双2-乙基己基酯，以及1摩尔癸二酸与2摩尔三水缩四乙二醇和2摩尔乙基己酸反应生成的复合酯。
用作合成油料的酯类也包括C5-C12单羧酸和多元醇及多元醇醚生成的酯，诸如新戊基乙二醇，三甲基羟乙基丙烷，季戊四醇，二季戊四醇，和三季戊四醇。
硅基油，诸如聚烷基-，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剂;它们包括硅酸四乙酯，硅酸四异丁酯，硅酸四(2-乙基己)酯，硅酸四(4-甲基-2-乙基己)酯，硅酸四(对-叔丁苯)酯，六(4-甲基-2-戊氧基)二硅氧烷，聚(甲基)硅氧烷和聚(甲苯基)硅氧烷。其它合成润滑油料包括液态含磷的酸形成的酯(即磷酸三甲苯酯，磷酸三辛酯，癸基膦酸二乙酯)以及四氧呋喃聚合物。
非精制油，精制油和再精制油可用作本发明的A组分。非精制油直接得自天然或合成来源，不须再作净化处理。例如，直接得自蒸馏过程的页岩油，直接得自精馏过程的石油润滑油，或者直接得自酯化工艺的酯润滑油，不再处理就可使用，是属于非精制油。精制油与非精制油类似，只是已经在一个或多个净化过程中进一步处理，以提高其一种或多种性能。许多净化方法，诸如精馏、溶剂萃取、酸或碱萃取，过滤和渗滤，都是本行业的人周知的。再精制油又叫再生油或再加工油，把获取精制油所用的加工方法来处理那些已用于实际的精制油，往往是为了去除其中的废添加剂和油的碳碳键断裂产物而进行补充加工。
用于制造润滑组合物的浓缩物也是处在本发明范围内的。浓缩物可包含基本上中性、通常为液态的有机稀释剂，而且溶于或稳定地分散在其中，约10至90%(重)的上述金属过当量羧酸包含至少一种含从约C8-约C50的直链不饱和烃。
用于本发明润滑剂中的可以任选加入的其它添加剂剂抗氧剂，一般为受阻酚。
表面活性剂，通常为非离子型表面活性剂，诸如烷氧化的苯酚，阳离子表面活性剂，诸如芳胺等等。
腐蚀，磨耗和锈蚀抑制剂。
摩擦调节剂，下面是例证磷酸或亚磷酸的烷酯或链烯酯，其中烷基或链烯基包含从约C10-C40，及其金属盐，特别是锌盐;C10-C20脂肪酸酰胺;C10-C20烷基胺，特别是半脂胺及其乙氧化衍生物;这类胺与酸生成的盐，诸如部分酯化的硼酸和磷酸(如上所述);C10-C20烷基取代的咪唑啉及类似的氮杂环。
如上所述，本发明目的在于减少滑动啮合零件间摩擦的方法，啮合件诸如平导板，滚动轴承，丝杠与丝母，齿轮副和液压系统。下面比较详细地给以描述。
平导板基本上包括除彼此相互转动外的，可彼此互相滑动接触和来回运动的任一类零件，典型的平导板类零件包括滑槽，导轨和导槽。
滚动轴承包括彼此滚动接触的任何零件。这一类滚动轴承一般又进一步细分为普通轴承和减摩轴承，典型普通轴承又包括轴颈轴承，导引轴承，和止推轴承。
轴颈轴承包含可同第二个转动零件滑动接触的零件，而这一接触是同转动方向相切的。第二个转动零件的转动可以是往复或双向的转动，或者只是单方向的转动。例如是一种与轴的转动有关连的固定安装零件，这一零件具有开孔，可使轴端落在或通过此一开孔而在其中转动的套筒轴承等。
导引轴承包含会可同一转动零件滑动接触，但不产生纯粹转动运动的零件。典型的例子是凸轮与凸轮顶捍装置，即凸轮转动时，造成凸轮顶捍运动了。
止推轴承是可用一转动零件滑动接触而接触方向是与轴的转动方向成轴向的零件，止推轴承的例子有轴在轴窝里转动，轴端面同轴窝接触并受轴窝限位者，使一零件相对于轴转动的轴与环形垫圈的装配件，使围绕球轴承转动的球轴承与轴窝的装配件等。
减摩轴承是至少同两个零件接触含有滚动元件的装置，用以减少零件间的摩擦。相对运动可以是任何方向的，诸如线性的、旋转的或往复的等等。熟知的减摩轴承包括球轴承，减摩轴承，维轴承，以及放在零件中间，使它们同减摩轴承能够滚动的滚针轴承。
丝杠与丝母装置是用在要求将转动运动直接就转换成来回运动的装置。一个典型的例子是它能使工件前进以达到切削，磨削或简单地夹持住零件。另一例子是丝杠与丝母装置能用来调节飞机机翼的气动力学控制表面的位置。第三个例子是这种装置可用来使数字信息贮存用的光盘驱动装置的读或写磁头准确地定位，例如用于现在的数码录制的音乐录放机用的紧凑式光盘的光盘驱动装置，还可引出许多其他例子。
齿轮副是设计用来将第一转动零件的转动运动传输给与之接触的第二零件，第二零件具有与第一零件能机械啮合的结构，以便通过机械的方式传递转动运动。这类例子有蜗轮传动装置，螺旋齿轮，人字齿轮，偏轴伞齿轮，螺线齿轮，伞齿轮等。
液压系统基本上包括当一定量的液体强迫通过一小孔或一小管时由其提供的阻力或传输的压力来操纵一种机构的系统。液压系统的例子有液压机，液压刹车装置等。在这种系统中，本发明的含有不饱和直链烃的碱性金属过当量羧酸盐可以方便地用作液压介质，来提供操纵该系统所需的液体，同时又具有极优良的耐特压润滑性能。
气动装置包括由气体的压力差提供阻力来操纵一机构的装置。这类装置包括处在一空腔里作线性或旋转运动的零件，而空腔内至少有一供气体进出的开孔。空气压缩机，气动工具汽锤等是气动装置的一些例子。本发明的含有不饱和直链烃的碱性金属过当量羧酸盐可涂布在这类装置通常都具备的相对滑动零件间的滑动啮合表面，例如汽缸内的活塞，以降低该零件滑动啮合表面间的摩擦和磨耗。
本发明的润滑方法与从前的润滑方法相比，对于那些相互接触，具有更多滑动(这与滚动与滑动混合的零件相反)的滑动啮合零件的润滑最有利。从这类零件所需的异常优越的摩擦调节和耐特压/抗磨耗性能来看，各种类型的平导板，各种类型的普通轴承、蜗轮等，对于本发明的润滑方法来说是优选的。
当联系优选实施方案说明了本发明时，不言而喻，本行业的人阅读本专利说明书，对本发明的各种变更形态，就会一目了然。所以不用说，这里公开的本发明的目的在于包括这些变更形态，都属于后列权利要求书范围。
权利要求
1.一种降低相对滑动零件间摩擦的方法，包括涂布至少一种碱性金属过当量羧酸盐润滑剂到平导板，滚动轴承，丝杠与丝母，齿轮副，液压系统或气动装置的滑动啮合表面，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁，以及它们混合物，羧酸至少是一种含约8个至约50个碳原子的不饱和直链烃类。
2.根据权利要求1的方法，其特征为其中的至少一种羧酸金属盐包括妥尔油酸，亚油酸，松香酸，亚麻酸，棕榈油酸，油酸，蓖麻油酸的和一种金属盐，或它们的一种混合物。
3.根据权利要求1的方法，其特征为其中的组合物是涂布到蜗轮蜗杆副，斜齿轮副，人字齿轮副，偏轴伞齿轮副，螺旋齿轮副或伞齿轮副上。
4.根据权利要求1的方法，其特征为其中的组合物是涂布到滑道上。
5.一种降低相对滑动零件间摩擦的方法，包括涂布下列组合的一种润滑组合物到固体材料的滑动啮合表面，组合物包含(A)大量具有润滑粘度的油(B)少量至少一种碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自锂，钙，和锂与钙的混合物，羧酸至少含约12个至约25个碳原子和至少有一羧端基的不饱和直链烃类。(C)少量由下列通式表示的至少一种烃基取代的羧酸或酸酐
式(Ⅰ)和(Ⅱ)中，R3是平均至少有约30个碳原子的烃基，或者它的金属盐或胺盐。
6.一种降低相对滑动零件间摩擦的方法，包括涂布下列组分的一种润滑组合物到平导板，轴颈轴承，滚动轴承，套筒轴承或齿轮齿副的滑动啮合表面，组合物包含(A)大量具有润滑粘性的油脂(B)少量至少一种碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁，以及它们混合物，羧酸则为至少一种含约8至约50个碳原子的不饱和直链烃类。
7.一种低降相对滑动零件间摩擦的方法，包括涂布下列组分的一种润滑组合物到滑动零件的滑动啮合表面，组合物含(A)大量具有润滑粘性的一种油，(B)少量至少一种碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自锂，钙，钠，镁，以及它们混合物，羧酸至少为一种含约8至约50个碳原子的不饱和直链烃类，条件是组合物中本质上不含按ASTMD-130法检定的含活性硫的硫化产物。
8.一种含有以下各组分，用以降低固体材料滑动啮合的组合物(A)大量溶解或稳定地分散在组合物中的一种具有润滑粘性的油。(B)至少一种至少重量比为2%的碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁，以及它们混合物，羧酸则基本上是至少一种含约8至约50个碳原子的不饱和直链烃。(C)少量至少一种烃基取代的羧酸或酸酐，或者它的金属盐或胺盐，烃基取代的酸或酸酐，平均至少含约30个碳原子。
9.一种含以下组分的润滑脂(A)大量溶解或稳定地分散在润滑脂中的具有润滑粘性的油脂(B)少量至少一种碱性金属过当量羧酸盐，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁，以及它们混合物，羧酸基本上是至少含约8至约50个碳原子的不饱和直链烃。
10.一种主要含下列组分的浓缩物(A)一种溶解或稳定地分散在浓缩物中主要是中性的，一般为液态的有机稀释剂(B)重量比约为10%至约90%的至少一种金属羧酸盐，其中金属选自锂，钙，钠，钡，镁，以及它们混合物，羧酸则基本上是至少一种含约8至约50个碳原子不饱和直链烃。(C)至少一种烃基取代的羧酸或酸酐，烃基取代的羧酸或酸酐平均至少有约30个碳原子。
全文摘要
一种降低相对滑动零件间摩擦的方法和组合物，包括涂布至少一种牛顿型或非牛顿型碱性金属过当量羧酸盐润滑剂到滑动零件的滑动啮合表面上。本发明者发现涂布上述的一种碱性金属过当量羧酸盐润滑剂可以得到明显降低静、动摩擦系数效果，而且能在不需要辅助的耐特压添加剂，或辅助的摩擦改良剂的情况下，对耐特压添加剂提供抗磨耗保护作用。
文档编号C10N40/02GK1046552SQ9010228
公开日1990年10月31日 申请日期1990年4月19日 优先权日1989年4月20日
发明者詹姆斯·诺埃尔·文奇 申请人:鲁布里佐尔公司