用于工业应用的经稳定的流体的制作方法_2

文档序号:9475759阅读:来源:国知局
性更为成本有效。添加剂的 有效性受多项因素影响,包括基油组成、环境条件和其他添加剂的存在。由于结构差异,通 常用于矿物油的添加剂不能很好地用于植物油。
[0044] 植物油的热氧化稳定性可用酪类抗氧化剂在比矿物油的使用更高的负载下改 善。但是,当运些油在升高的溫度下暴露于湿气时,本质上是酸性的酪型抗氧化剂可加速 醋的水解,并由此造成运些油在高溫工业应用中是不吸引人的。已知的有效二苯胺抗氧化 剂,例如打g孤游^ 1^-57和Naugard445,虽然在植物油中测试时表现不佳,但实际上在 1l〇-l3〇°C的氧化测试溫度下起着促氧化剂的作用。但是,相同的抗氧化剂在相同的溫度范 围下在合成性醋中是优异的。合成性醋和植物油的主要差异在于(多)不饱和性。该观察 到的二苯胺的促氧化剂效果与所报道的数据一致。有趣的是植物油中二苯胺抗氧化剂的溫 度效果和它们在较低溫度(低于175°c)下的低效性,运是由于期待二苯胺按照受阻酪抗 氧化剂的基础自由基清除机理。由于热氧化和水解的不稳定性,植物油的溫度限值远低于 100°C,因此运些油仅限于低溫工业应用。
[0045] 植物油在高溫下是热稳定的,但是在热氧化下是较不稳定的。使植物油的热氧化 稳定性增强的任何添加剂必须是热稳定的,使得所述流体可在宽溫度范围下使用。对于用 作植物油添加剂的合适性,我们已测试了TDAMP的热稳定性。通过热重分析(TGA)研究了 纯净的TDAMP在惰性气氛下的失重与溫度(加热速率5°C/分钟)和时间(图Ia和化)的 函数关系。TDAMP的外推起始分解溫度为152. 5°C,此时失重开始进行(图la),该溫度与现 有技术中所报告的156°C的分解溫度相符。分解溫度的轻微差异可能是由于不同的加热速 率。一阶导数峰值溫度为约185°C。一阶导数的峰值,亦称为拐点,表示失重曲线上最大的 变化速率点。在130°C的等溫溫度处,TDAMP在1. 5小时内分解97%W上(图化)。因此, 可W预见的是,该材料在130°C下为植物油进行的加速氧化稳定性指数测试中不能幸免。出 人意料地是,当我们在130°C下测试植物油的热氧化稳定性时,包含0. 2重量%的TDAMP的 高油酸大豆油组合物的诱导期为约30小时,并且包含TDAMP和其他酪类氧化剂的高油酸大 豆油组合物的诱导期甚至高得多(约100小时),暗示了该植物油在运些溫度下使TDAMP稳 定,并且经稳定的TDAMP改善了该植物油的氧化稳定性。运是令人十分惊讶的结果,因为通 常加入添加剂是为了增强基础流体的性能,在该情况下,基础流体增强TDAMP添加剂的热 力学性能,进而它们的热氧化稳定性被改善,造成经稳定的组合物。
[0046] 我们已通过使TDAMP与包括可再生来源的簇酸在内的簇酸反应来制备盐。所选择 的簇酸是:支化CS型(2-乙基己酸)、直链饱和C12型(月桂酸)和单饱和C18型(油酸)。 由于TDAMP具有=个叔氨基,所W每摩尔TDAMP需要3摩尔的一种或多种簇酸W完全中和 碱。如果期待碱性,少于3摩尔的一种或多种簇酸可加入1摩尔的TDAMP。使用盐相关的益 处有许多方面,包括更高的热稳定性、更好的油溶性、更安全和更低的危害性。测试了TDAMP 的簇酸盐(完全中和)的热稳定性和它们的抗氧化效率。测试了TDAMP的2-乙基己酸盐 (购自AirPrcxlucts)的热稳定性。2-乙基己酸盐的失重与溫度的函数关系示于图2中。 在200°C处出现94. 5%的失重W及4.6%的残余物。一阶导数峰表示在升高的溫度下盐解 离为相应的胺和酸,并且2-乙基己酸甚至在TDAMP分解之前挥发。通过使TDAMP与月桂酸 反应来制备TDAMP的月桂酸盐。如差示扫描量热法值SC)测量的,可再生来源的月桂酸是 分别具有44°C的烙融溫度(Tm)和39°C的重结晶溫度灯。)的固体,而来源于TDAMP和月桂 酸的簇酸盐在室溫下是液体,其单一烙融溫度为-16°C,单一重结晶溫度为-24°C,表明盐 的均一组成。对于挥发性比支化的2-乙基己酸低的直链饱和的月桂酸,如图3中所示,对 于月桂酸盐观察到比2-乙基己酸盐更低的失重。与TDAMP相关的一阶导数峰漂移至更高 的溫度达约2(TC,表明月桂酸盐更高的热稳定性。如DSC(未示出)所展示的,与月桂酸盐 相反,TDAMP的油酸盐不具有突跃的烙融溫度和结晶溫度,因此该盐具有优异的低溫流体性 质。不同于另两种酸,对于TDAMP的油酸盐观察到仅一个单独的一阶导数峰,并且如图4所 示,该盐似乎比月桂酸盐甚至更具热稳定性。如图5所示,该化合物在1. 5小时,在130°C下 的等溫溫度处的失重为约9%,在4小时下小于约15%,表明TDAMP-油酸盐比TDAMP具有 高得多的稳定性。
[0047] 运S种簇酸盐的抗氧化效率通过在130°C下,在加速氧化稳定性指数(OSI)测试 中向植物油添加所述盐进行测试。出人意料地是,在等同的摩尔数下,与TDAMP相比,运= 种簇酸盐全部显示出相似的效率,尽管氨基是否被完全中和。甚至更出人意料地是,尽管具 有不饱和性,油酸盐显示出良好的抗氧化效率。
[004引本发明设及一种稳定的组合物,其适于用作介电流体、润滑剂流体或燃料流体。本 发明设及一种经稳定的氨基酪组合物,其包含:(a)2,4,6-S(二-Ci-C厂烷基氨基甲基) 苯酪(TAP) 及化)至少一种选自W下的组分:a)醋型流体,其包含单-、二-、s-或多 径基醇的醋;和(ii)至少一种单C12-C3。簇基脂肪酸的醋,摩尔比为每摩尔TAP至多3摩尔 单C12-C3。簇基脂肪酸,使得由单C12-C3。簇基脂肪酸和TAP形成盐;并且其中所述经稳定的 氨基酪组合物的特征在于所述经稳定的氨基酪组合物相对于单独的TAP具有改善的稳定 性,并且所述改善的稳定性由W下特性组合的至少一种来展示,其中:(aa)如通过热重分 析(TGA)ASTME2402-11测量的,在所述经稳定的氨基酪组合物中的TAP的热分解的外推 起点出现在比基本上纯的TAP的热分解的外推起点更高的溫度下;W及化b)如通过AOCS 12b-92测量的,所述经稳定的氨基酪组合物具有在130°C下大于约20小时的氧化稳定性指 数(OSI)。
[0049]另外,本发明设及一种稳定氨基酪组合物的方法,其包括在环境溫度或高于环境 溫度下将W下混合在一起:(a)2,4,6-S(二-C1-C6-烷基氨基甲基)苯酪(TAP) 及化) 至少一种选自W下的组分:(i)醋型流体,其包含单-、二-、=-或多径基醇的醋;和(ii) 至少一种单C12-C30簇基脂肪酸的醋,其摩尔比为每摩尔TAP至多3摩尔单C12-C30簇基 脂肪酸,使得由单C12-C30簇基脂肪酸和TAP形成盐;W及由此得到根据权利要求1所述的 经稳定的氨基酪组合物。
[0050] 优选地,包含饱和、不饱和或两者组合的单醇、二醇、=醇或多元醇的酷基醋型流 体和/或非-醋型流体的所述流体,W所述组合物的重量计,包括约50重量%至约99. 995 重量%,并且更优选包括约90重量%至约99. 995重量%。优选地,所述添加剂W所述组合 物的重量计,包括约0. 05重量%至约3重量%,更优选地包括约0. 05重量%至约2. 5重 量%,并且最优选地包括约0.5至约2重量%。所述簇酸可与2,4,6-S(二-Ci-C厂烷基 氨基甲基)苯酪上的1个、2个或全部3个反应胺部位反应。
[0051] 在一个优选的实施例中,所述2,4,6-S(二-Ci-C厂烷基氨基甲基)苯酪是2,4, 6-S(二甲基氨基甲基)苯酪灯DAMP)。TDAMP是兼具苯酪基和胺基的叔胺。TDAMP具有 多官能性质,并且凭借其多官能性,通过抑制氧化、水解和腐蚀,其可增强流体,尤其是饱和 /不饱和醋流体的性能。此外,它还与存在于天然和合成性脂类中的残余游离脂肪酸反应, 并且还可与在储存或老化过程中产生的酸反应,运使得所述流体更稳定。它还与酸性酪类 抗氧化剂相互作用,由此减少运些酸性添加剂对醋水解的影响。
[0052] 出人意料地发现已知的烷基化二苯基胺抗氧化剂对于植物油,包括高油酸油不是 有效的。不可预期地发现在植物油中TDAMP极佳的抗氧化剂性质、W及受阻和非受阻的单 二甲基氨基酪相对较差的有效性。植物油中TDAMP的稳定有效性优于对于植物油已知的 TB册抗氧化剂。TDAMP的有效性对于高油酸大豆油、饱和的合成性醋和植物油与矿物油的 共混物是更显著的。
[0053] 此外,TDAMP与其他苯酪类抗氧化剂联用的协同效果也有些出人意料。除了加入 抗氧化剂之外,所述经稳定的氨基酪组合物还可包含至少一种选自降凝剂或着色剂的添加 剂。
[0054] 尽管簇酸与TDAMP反应并形成盐,但是TDAMP的簇酸盐的抗氧化性质的保留是不 可预期的。TDAMP的簇酸盐的其他益处将包括低挥发性、低腐蚀性、高溶解性、高溫度稳定性 和低毒性。由于TDAMP的分解溫度为152°C,所WTDAMP的簇酸盐可在需要高溫性能之处使 用。
[00巧]2,4,6-S(二甲基氨基甲基)苯酪S簇酸盐可用作生物型润滑添加剂W润滑基础 原料流体和无硫燃料/柴油。
[0056] 植物油作为润滑流体的用途是有限的,由于它的氧化不稳定和水解不稳定。TDAMP 或TDAMP的簇酸盐向高油酸大豆油的加入可提高运些油作为润滑剂的用途。
[0057] 尽管植物油的水解稳定性可通过保持环境干燥并使游离脂肪酸的量最小化而最 大化,但是对于一些应用,使水解最小化是具挑战性的。例如,在变压器应用中,其中植物油 中的固体纤维素绝缘纸在降解时释放水和酸,并且该水可水解植物油,产生更多的酸,并可 影响变压器的电性能。
[0058] 尽管可将任何饱和的/不饱和的或支化/直链的簇酸用于与TDAMP反应,但是优 选的2,4,6-S(二-Ci-Ce-烷基氨基甲基)苯酪的簇酸盐的簇酸是油酸、硬脂酸、栋桐酸、 肉豆違酸、月桂酸或妥尔油。待加入基础流体的TDAMP或TDAMP的簇酸盐的量取决于最终 应用。对于燃料应用的优选量在50至50化pm,200至1000化pm的范围(对于介电流体用 途)和约2% -3% (对于润滑剂用途)。
[0059] 所述流体的氧化稳定性可通过氧化稳定性指数(OSI)度量。使用测试方法AOCS I化-92,本发明的组合物优选地具有在130°C下大于约20小时的OSI,并且更优选地具有 在130°C下大于约100小时的0SI。所述经稳定的氨基酪组合物的热稳定性表征为如TGA ASTME2402-11测量的,所述经稳定的氨基酪组合物中的TAP的热分解的外推起点出现在 大于153°C的溫度。
[0060] 可向其他抗氧化剂中加入TDAMPW提供优于TDAMP和单独的其他添加剂的出人 意料的经改善的氧化稳定性。其他抗氧化剂为约0.Ol重量%至约3重量%的一种或多种 选自W下的添加剂:下基化径基甲苯度HT)、下基化径基苯甲酸度HA)、叔下基氨酿(TB册
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