提高主传动系统性能的齿轮油组合物的制作方法

专利名称：提高主传动系统性能的齿轮油组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型齿轮油组合物，这些组合物含有粘度指数改进剂的特定组合，具有优异的低温高温流变性能、高的轴效率以及低的轴油槽温度。
在O’Connor等人的论文“合成润滑油组分对轴效率的响应(AxleEfficiency Response to Synthetic Lubricant Components)”(SAE论文821181)中，作者指出，对部分和全部以合成物为基础的制剂的研究表明，与常规的以石油为基础的齿轮油相比较，它们已显示出了改进。使用全部为合成物基础的制剂能获得最大的利益。O’Connor的论文并没能指出本发明以石油为基础的齿轮油制剂所具有的优点。
美国专利4,370,247公开了一种半合成齿轮和轴用油组合物，其包括(a)5-50m％的常规齿轮/轴用级矿物油；(b)5-30m％的一种聚亚氧烷基乙二醇；和(c)25-60m％的至少一种二羧酸二C8-C12烷基酯。该‘247专利并没能教导或适度地给出本发明以石油为基础的齿轮油制剂的建议。
欧洲专利790294 A2公开了润滑组合物，其包括，约5wt％-约30wt％的至少一种Mw低于10000的聚合物和约2wt％-约12wt％的一种Mw高于15000的聚合物。该‘294专利的参考文献并没有教导高粘度聚α-烯烃与烯烃共聚物的组合使用或通过该组合的使用而改进了轴效率和降低了轴温。
(A)一种矿物油；(B)选自乙烯基芳烃-二烯烃共聚物、烯烃共聚物及其混合物中的至少一种；(C)至少一种其在100℃下的运动粘度为至少40cSt的聚α-烯烃；和(D)一种齿轮复合添加剂。
相对于以矿物油为基础的含有其它粘度指数改进剂的齿轮油制剂，本发明的齿轮油制剂表现出优异的低温和高温流变性能、更高的轴效率和更低的轴油槽温度。
本发明涉及一种齿轮油组合物，其包括(A)基于齿轮油组合物总重量为准计，约40-70wt％的一种矿物油；(B)基于齿轮油组合物总重量为准计，约2-20wt％的选自乙烯基芳烃-二烯烃共聚物、烯烃共聚物及其混合物中的至少一种；(C)基于齿轮油组合物总重量为准计，约2-20wt％的至少一种聚α-烯烃，其在100℃下的运动粘度为至少40cSt；和(D)基于齿轮油组合物总重量为准计，约3-20wt％的一种复合添加剂；其中，最终配制的齿轮油组合物的粘度指数大于140。
本发明的矿物油(A)可以是任意的矿物油。在一个优选实施方案中，该矿物油为经加氢处理、加氢裂解和/或异构脱蜡的矿物油，其粘度指数大于80，优选为大于90；含有大于90vol％的饱和烃和小于0.03wt％的硫。
美国石油学会已经将基础油料分类如下第I组，＞0.03wt％的硫和/或＜90vol％的饱和烃，粘度指数在80-120之间；第II组，≤0.03wt％的硫和≥90vol％的饱和烃，粘度指数在80-120之间；第III组，≤0.03wt％的硫和≥90vol％的饱和烃，粘度指数＞120。第II组和第III组的基础油尤其适用于本发明，而且通常是由常规的原料用一种苛刻的氢化步骤还原芳烃、硫和氮组分，之后经脱蜡、加氢精制、萃取和/或蒸馏制备得到成品基础油。第II组和第III组的基础油料与用常规溶剂精制的第I组基础油料不同之处在于其硫、氮和芳烃含量非常低。因此，这些基础油在组成上与用常规溶剂精制的基础油非常不同。第I组、第II组和/或第III组基础油的共混物也可以用于本发明的组分(A)。
至于所用的各种基础油料的化学组成并没有限制。比如，第I组、第II组和第III组油中芳烃、石蜡烃和环烷烃的比例可有基本变化。这种组成一般是由精制程度和生产该油所用原油的来源决定的。
本发明的组分(B)包括选自乙烯基芳烃-二烯烃共聚物、烯烃共聚物及其混合物中的至少一种。
特别适合于本发明的乙烯基芳烃-二烯烃共聚物包括氢化的二烯烃/乙烯基芳烃二嵌段和三嵌段共聚物。这些共聚物一般首先由一种乙烯基芳烃单体制备。该单体中芳烃部分可以包括单芳环、稠环或多芳环。稠环或多芳环物质的例子包括乙烯基取代的萘、蒽、菲和联苯。在共聚单体基本保持其芳香性质而且不影响聚合物性质的情况下，芳烃共聚单体也可以在芳环中包含一个或多个杂原子。合适的杂芳环物质包括乙烯基取代的噻吩、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、N-乙烯基咔唑和N-乙烯基噁唑。单体优选为苯乙烯类如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、邻-甲基苯乙烯、间-甲基苯乙烯和对-甲基苯乙烯。乙烯基芳烃单体最优选苯乙烯。在乙烯基芳烃单体中，乙烯基团优选为一个未取代的乙烯基团(如CH2＝CH-)或一个等效基团，这一等效基团具有的性质能为芳烃共聚单体以均聚物嵌段方式引入到聚合物链中提供合适的途径，并使该嵌段具有高的芳烃含量，所述均聚物嵌段具有许多连续的均匀重复单元。
适合于制备本发明嵌段共聚物的二烯烃包含两个双键，一般处于1，3共轭关系。含有多于两个双键的烯烃，有时指多烯烃，也可以被认为是在这里使用的二烯烃的定义范围之内。这种二烯烃单体的例子包括1，3-丁二烯及烃基取代的丁二烯，如异戊二烯和2，3-二甲基丁二烯。也可使用这类共轭二烯烃的混合物。
共聚物中的乙烯基芳烃含量通常在约20wt％-约70wt％范围内，优选为约40wt％-约60wt％。这些共聚物中其余的共聚单体的含量一般为约30wt％-约80wt％，优选为约40wt％-约60wt％。也可以存在另外的单体，一般来说用量相对小一些(如约5％-约20％)。这些另外的单体包括C2-10烯烃氧化物、癸内酯和丁内酯。
用于本发明的双嵌段和三嵌段共聚物优选由阴离子聚合制备得到，聚合中用各种各样的技术和不同的反应条件以使所获得的共聚物具有所需要的特性。不饱和嵌段聚合物的氢化可以产生氧化稳定性和热稳定性更好的聚合物。氢化通常作为聚合方法的一部分，在细分散或负载的镍催化剂的存在下进行。也可以用其它过渡金属完成这种转化。氢化反应通常半还原原始聚合物中至少约94％的烯烃不饱和度。一般情况下，基于氧化稳定性的原因，这些共聚物包含的残余烯烃不饱和度优选不超过存在于氢化前聚合物中烯烃双键总量的约5％，更优选不超过0.5％。该不饱和度可以用本领域技术人员周知的一些方法如红外或核磁共振光谱进行测定。这些共聚物更优选不包含可由前述分析方法测定的可分辨的不饱和度。
在一个优选实施方案中，聚合物，尤其是苯乙烯-二烯烃共聚物为嵌段共聚物，其中嵌段的一部分由乙烯基芳烃单体的均聚物或均-低聚物片断组成，嵌段的另一部分由二烯烃单体的均聚物或均-低聚物片断组成。聚合物的数均分子量通常为至少50000，优选为至少100000。一般情况下，聚合物的数均分子量不应该超过500000，优选不超过300000。这些聚合物的数均分子量由凝胶渗透色谱(GPC)来测定。所用聚合物的分子量和用量的选择应该使成品油在经受20小时的锥形轴承剪切(CEC-L45-T-93)试验时，没有剪切至不符合SAEJ306要求的等级。
合适的苯乙烯/异戊二烯氢化规整双嵌段共聚物可以从ShellChemical Co.公司市售，其商品名为ShellvisTM40和ShellvisTM50。合适的苯乙烯/1，3-T二烯氢化无规嵌段共聚物可以从BASF公司市售，其商品名为GlissoviscalTM。
特别适用于本发明的乙烯基芳烃-二烯烃共聚物也包括星型聚合物。星型聚合物为包括一个核和多个聚合臂的聚合物。普通的核包括多烯化合物，通常该类化合物有至少两个非共轭烯基，此非共轭烯基通常连接到吸电子基团如芳烃核上。聚合臂为共轭二烯烃和乙烯基芳烃化合物的共聚物。
星型聚合物通常被氢化以使至少80％，优选至少95％的共价碳碳双键成为饱和。组成核的多乙烯基化合物的例子如多烯基芳烃，例如，二乙烯基苯和多乙烯基脂肪族化合物。星型聚合物是市售的，如ShellChemical Co.公司的ShellvisTM200。
特别适用于本发明的烯烃共聚物为乙烯-α-烯烃共聚物，包括乙烯和一种或多种α-烯烃，其分子式为H2C＝CHR，其中R为含有1-10个碳原子的烃基。形成共聚物的单体可以任选地包括一种非共轭多烯。优选的α-烯烃包括丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、3-甲基戊烯、1-庚烯、1-辛烯和1-癸烯。可任选的非共轭多烯包括脂肪族二烯烃，如1，4-己二烯、1，5-己二烯、1，4-戊二烯、2-甲基-1，4-戊二烯、3-甲基-1，4-己二烯、4-甲基-1，3-己二烯、1，9-癸二烯及外-和内-双环戊二烯；外-和内-烯基降冰片烯，如5-丙烯基、5-(丁烯-2-烷)和5-(2-甲基丁烯-[2’]烷)降冰片烯；烷基烯基降冰片烯，如5-甲基-6-丙烯基降冰片烯；亚烷基降冰片烯，如5-亚甲基、5-亚乙基和5-亚异丙基-2-降冰片烯、乙烯基降冰片烯及环己基降冰片烯；烷基降冰片二烯如甲基-，乙基-和丙基降冰片二烯；以及环二烯烃如1，5-环辛二烯烃和1，4-环辛二烯烃。
烯烃共聚物中乙烯的含量一般为约35wt％-约65wt％，最优选约40wt％-约60wt％。当非共轭多烯存在时，其含量一般为约0.01wt％-约1wt％，优选为约0.05wt％-约0.5wt％，最优选为约0.1wt％-约0.3wt％。为达到总量为重量百分数100％，该共聚物余量由除乙烯外的α-烯烃组成。
烯烃共聚物可以根据众所周知的方法，用齐格勒-纳塔催化剂或茂金属催化剂制备而成。烯烃共聚物的数均分子量(Mn)一般为约250-约50000，优选为约1000-约30000。所用聚合物的分子量和用量的选择应该使成品油在进行20小时的锥形轴承剪切(CEC-L45-T-93)试验时，没有剪切至不符合SAE J306要求的等级。
组分(C)包括至少一种高粘度聚α-烯烃，在100℃下，根据ASTMD-445测定，其运动粘度(Kv)至少为40cSt，优选为40-3000cSt。该高粘度聚α-烯烃可以用文献中描述的任何系列方法制备，所用催化剂包括那些通常被称作Friedel-Crafts的催化剂。这些催化剂引起α-烯烃，如1-辛烯和1-癸烯的阳离子低聚反应，根据所用的催化剂和聚合条件的不同，得到的分子量可以最高至几千。
齐格勒催化剂，例如，Sun Oil公司在美国专利3 179 711中描述的那些催化剂也可以用于制备本发明采用的在所述分子量范围内的低聚物。
同样，聚α-烯烃可以用过氧化物催化剂，BF3为基础的催化剂和用热聚合方法制备。然而，这些方法通常只能得到低分子量低聚物。
本发明的高粘度聚α-烯烃优选被氢化以减少其不饱和度并因此增加其对氧化的稳定性。
用于制得本发明高粘度低聚物的α-烯烃可以为C3-C14烯烃或其任意的混合物，但优选使用辛烯-1、癸烯-1和十二烯-1的低聚物，因为它们粘度指数高，倾点低。
一些添加剂组分以活性组分溶解于一种或多种惰性稀释剂或溶剂中，例如一种稀释油，以溶液的形式引入。除非特别提到相反的意思，每一种添加剂组分的量和浓度用活性添加剂的量来表示，也就是说，与该活性组分相关的溶剂或稀释剂的量不包括在内。
用作为本发明中组分(D)的齿轮复合添加剂通常包含一种或多种添加剂，其选自包含分散剂、缓蚀剂、耐特压添加剂、抗磨添加剂、防锈剂、抗氧剂、除臭剂、消泡剂、去乳剂、染料、组分(B)之外的磨擦改性剂以及荧光着色剂。齿轮复合添加剂可以为一种完全按配方配制的齿轮复合添加剂，例如，满足API GL-5和/或API MT-1和/或MIL-PRF-2105E和/或AGMA9005-D94要求的复合添加剂，尽管勿需如此。存在于齿轮复合添加剂中的组分的类型和用量将依赖于产品的预期最终用途。
通常情况下，齿轮复合添加剂的用量为润滑油组合物总重量的约2wt％-约25wt％。
用于本发明的分散剂包括至少一种油溶的无灰分散剂，其分子中含有一个碱性氮和/或至少一个烃基。适合的分散剂包括烯基丁二酰亚胺、烯基丁二酸酯、烯基丁二酸酯酰胺、曼尼期碱、烃基多元胺，或聚合多元胺。
烯基丁二酰亚胺，其中丁二酸基团包含一个含有至少30个碳原子的烃基取代基，这在例如美国专利3 172 892、3 202 678、3 216 936、3 219 666、3 254 025、3 272 746和4 234 435中做出了描述。烯基丁二酰亚胺可以用常规的方法，如与一种含有至少一个伯胺基团的多元胺一起加热烯基丁二酸酐、酸、酸-酯、酰卤或低烷基酯制得。烯基丁二酸酐可以通过在例如，约180-220℃下加热烯烃与马来酸酐的混合物而容易地制得。烯烃优选为低级单烯烃如乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯等及其混合物的聚合物或共聚物。烯基更优选来源于聚异丁烯，其凝胶渗透色谱(GPC)数均分子量最高为10000或更高，优选为约500-约2500，更优选为约800-约1500。
如这里所用的，术语“丁二酰亚胺”意味着它包含有由一个或多个多元胺反应剂与一种烃基取代的丁二酸或酸酐(或类似的丁二酸酰基化试剂)反应的全部的反应产物，预期包含的化合物产品中可能含有酰胺，脒和/或盐键以及由伯胺基与酸酐片断反应得到的亚胺键。
上述各种类型的无灰分散剂可以用美国专利3 184 411、3 342735、3 403 102、3 502 607、3 511 780、3 513 093、4 615 826、4 648 980、4 857 214和5 198 133中描述的方法进行磷酰基化。
本发明的分散剂可以被硼酸化。上述各种类型的无灰分散剂硼酸化的方法在美国专利3 087 936、3 254 025、3 281 428、3 282 955、2 284 409、2 284 410、3 338 832、3 344 069、3 533 945、3 658836、3 703 536、3 718 663、4 455 243和4 652 387中进行了描述。
如上面提到的磷酰基化和硼酸化无灰分散剂的优选方法列于美国专利4 857 214和5 198 133中。
无灰分散剂的用量，当存在时，其以活性成分计(即不包括杂质和通常与无灰分散剂结合使用的稀释剂和溶剂的重量)，一般为成品油总重量的约0.5-约7.5wt％，通常为约0.5-5.0wt％，优选为约0.5-约3.0wt％，最优选为约2.0-约3.0wt％。
本发明的润滑油组合物通常含有一些抑制剂。抑制剂组分起着不同的作用，包括防锈、缓蚀和阻泡。抑制剂可以以预先制备好的复合添加剂的形式引入，该复合添加剂可能另外包含一种或多种用于本发明组合物的其他组分。或者，这些抑制剂组分可以单独或以各种辅助组合的形式引入。尽管用量可以在合理的范围内变化，但本发明成品油中抑制剂的总量通常在约0-约10wt％范围内，以活性成分计，即不包括惰性物质如一般与其结合使用的溶剂或稀释剂的重量。
阻泡剂形成一类适合于在本发明的组合物中作为抑制剂组分的抑制剂，包括硅酮、聚丙烯酸酯、表面活性剂等。
铜缓蚀剂形成另一类适于添入本发明组合物的添加剂。这些化合物包括噻唑、三唑和噻二唑。这些化合物的例子包括苯并三唑、甲苯并三唑、辛基三唑、癸基三唑、十二烷基三唑、2-巯基苯并噻唑、2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基硫-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基二硫-1，3，4-噻二唑、2，5-双(烃基硫)-1，3，4-噻二唑和2，5-双(烃基二硫)-1，3，4-噻二唑。优选的化合物为1，3，4-噻二唑类化合物，其中许多化合物为市售商品，也可以是三唑类如甲苯并三唑与1，3，5-噻二唑如2，5-双(烷基二硫)-1，3，4-噻二唑的组合。可以是公开市售的这类物质，包括CobratecTMTT-100和HiTEC314添加剂以及HiTEC4313添加剂(Ethyl Petroleum Additives，Inc.)。1，3，4-噻二唑类一般是由肼和二硫化碳用已知的方法合成，例如，参见美国专利2765 289，2 749 311，2 760 933，2 850 453，2 910 439，3 663 561，3 862 798和3 840 549。
防锈剂或缓蚀剂构成用于本发明的另一种类型的抑制剂类添加剂。这些物质包括单羧酸和多元羧酸。合适的单羧酸的例子为辛酸、癸酸和十二羧酸。合适的多元酸包括酸的二聚体和三聚体，如从酸如妥尔油脂肪酸、油酸、亚油酸等制备得到的酸的二聚体和三聚体。这类产品目前可以从各种商业渠道获得，如Witco化学公司的Humko化学分公司以商标HYSTRENE销售的和Henkel公司以商标EMPOL销售的二聚酸和三聚酸。另一类有用的可用于本发明实际过程的防锈剂由烯基丁二酸和烯基丁二酸酐缓蚀剂组成，例如，四丙烯基丁二酸、四丙烯基丁二酸酐、四癸烯基丁二酸、四癸烯基丁二酸酐、六癸烯基丁二酸、六癸烯基丁二酸酐等。在烯基中含有8-24个碳原子的烯基丁二酸与醇如聚乙二醇生成的半酯也是适用的。其他合适的防锈剂或缓蚀剂包括醚胺；酸磷酸酯；胺；多乙氧基化化合物如乙氧基化胺，乙氧基化苯酚和乙氧基化醇；咪唑啉；氨基丁二酸或其衍生物等。这类物质为市售商品。这些防锈或缓蚀剂的混合物也可以使用。
本发明润滑油组合物中也可以包括抗氧剂。合适的抗氧剂其中包括酚抗氧剂、芳香胺抗氧剂，硫化酚类抗氧剂及有机膦化合物。酚类抗氧剂的例子包括，2，6-二-叔丁基酚、叔丁基化酚类化合物的液态混合物、2，6-二-叔丁基-4-甲基酚、4，4’-亚甲基双(2，6-二-叔丁基酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基酚)、混合的亚甲基-桥多烷基酚以及4，4’-硫双(2-甲基-6-叔丁基酚)。N，N’-二仲丁基对苯二胺、4-异丙基氨基二苯胺、苯基萘胺以及环烷基化的二苯胺可作为芳香胺抗氧剂的例子。优选为空间位阻的叔丁基酚，环烷基化的二苯胺及其混合物。
抑制剂组分的用量在某种程度上取决于组分的组成及其在成品组合物中的使用效果。然而，一般来说，成品油将通常包含如下浓度(重量百分数)的抑制剂组分(活性成分)

各种类型的含硫抗磨和/或耐特压添加剂可用于本发明的实际过程中。例子包括，二烃基多硫化物、硫化烯烃、天然和合成的硫化脂肪酸酯、连三硫酮、硫化噻吩基衍生物、硫化萜烯、C2-C8单烯烃的硫化低聚物以及硫化的Diels-Alder加成物，如美国的再颁专利Re27331公布的那些加成物。具体的例子包括硫化聚异丁烯、硫化异丁烯、硫化二异丁烯、硫化三异丁烯、二环己基多硫化物、二苯基多硫化物、二苄基多硫化物、二壬基多硫化物以及二叔丁基多硫化物的混合物如二叔丁基三硫化物、二叔丁基四硫化物和二叔丁基三五硫化物的混合物。这类含硫抗磨和/或耐特压添加剂的混合物也可以使用，如硫化异丁烯与二叔丁基三硫化物的混合物，硫化异丁烯与二壬基三硫化物的混合物硫化妥尔油和二苄基多硫化物的混合物。
对本发明来说，在化学结构中同时含有磷和硫的组分被认为是含磷抗磨和/或耐特压添加剂，而不是含硫抗磨和/或耐特压添加剂。
很多种类的含磷油溶抗磨和/或耐特压添加剂可以使用，如油溶有机磷酸酯、有机亚磷酸酯、有机膦酸酯、有机亚膦酸酯等及其硫同系物。可以用作本发明含磷抗磨和/或耐特压添加剂也包括那些同时含有磷和氮的化合物。用于本发明含磷油溶抗磨和/或耐特压添加剂包括那些在美国专利5 464 549，5 500 140和5 573 696中教导的化合物，其公开内容在此引入作为参考。
可用于本发明实际过程的一类含磷和氮的抗磨和/或耐特压添加剂为GB 1 009 913、GB1 009 914、US 3 197 405和US 3 197 496中描述的含磷和氮类型的组合物。一般情况下，这些组合物的制备要通过偶磷硫代酸的羟基取代的三酯与一种无机亚磷酸、磷氧化物或磷卤化物反应形成一种酸性中间体，并用胺或羟基取代的胺对所述酸性中间体的基本部分进行中和得到。可用于本发明组合物的其他类型的含磷和氮的抗磨和/或耐特压添加剂包括羟基取代烷基膦(phosphetanes)的胺盐或羟基取代的烷基硫膦(thiophosphetanes)的胺盐以及磷酸和硫磷酸的部分酯的胺盐。
一些添加剂组分以活性组分溶于惰性稀释剂或溶剂中，如稀释油，以溶液的形式加入。除非特别提到相反的意思，每一种添加剂组分的量和浓度用活性添加剂的量来表示，也就是说，与该活性组分结合使用的溶剂或稀释剂的量不包括在内。
可用于本发明组合物的市售齿轮复合添加剂包括Ethyl公司市售的HiTEC381性能添加剂、HiTEC385性能添加剂和HiTEC388性能添加剂。当确定添加剂的选择和用量时，需要考虑的因素包括轴效率要求、尾部牵引耐用性、GL 5测试、沉积控制、密封相容性、轴承寿命和限定的滑动性能。
本发明的润滑油组合物可以进一步包含0-20wt％的一种密封溶胀剂。适合的密封溶胀剂包括受阻的多元醇酯和油溶性的二酯。优选的二酯包括C8-C13的烷基醇(或其混合物)的己二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯和C4-C13的烷基醇(或其混合物)的邻苯二酸酯，也可以用两种或多种不同类型的酯的混合物(如己二酸二烷基酯和壬二酸二烷基酯，等等)。这些物质的例子包括己二酸、壬二酸和癸二酸的正辛基、2-乙基己基、异癸基和十三烷基二酯，以及邻苯二甲酸的正丁基、异丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基和十三烷基二酯。具体的例子包括二-2-乙基己基己二酸酯、二异辛基己二酸酯、(2-乙基己基)(异癸基)己二酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯和二异癸基己二酸酯。
为了某些应用，可以在齿轮油制剂中加入倾点下降剂。如果存在的话，齿轮油组合物通常可以包含最多至5wt％的倾点下降剂。
磨擦调节剂也可以包括在本发明的齿轮油组合物中。磨擦调节剂的使用可以提高齿轮油的弹性流体动力学性能、混合和边界润滑状态的性能。本发明的齿轮油组合物中磨擦调节剂的用量优选为0-10wt％的范围内，更优选为0-5wt％，最优选为0-1.5wt％。用于本发明齿轮油组合物的合适的磨擦调节剂包括，但并不局限于，如脂肪胺、烷氧基化的脂肪胺、含硼的烷氧基化脂肪胺、含硼的脂肪环氧化物、脂肪族的脂肪酰胺、乙氧基化的脂肪族醚胺、脂肪族羧酸、脂肪族羧酸酯-酰胺、脂肪族膦酸酯、脂肪族磷酸酯、脂肪族硫膦酸酯、脂肪族硫磷酸酯、脂肪咪唑啉、脂肪叔胺、脂肪亚磷酸酯等等，其中脂肪族基团通常包含至少8个碳原子以使化合物适合溶于油中。
也适合使用如US 5 021 176、5 190 680和RE-34 459描述的脂肪族取代的丁二酰亚胺，其相关的公开内容在这里引作参考。这些丁二酰亚胺由一种或多种脂肪族丁二酸或酸酐与氨或其他的伯胺反应生成。
甘油的脂肪酸酯，如甘油单油酸酯和甘油妥尔油酸酯可以用作本发明的磨擦调节剂。这些脂肪酸酯可以用周知的各种方法制备。甘油的脂肪酸酯通常为45wt％-55wt％的单酯与55wt％-45wt％的二酯的混合物。
其他优选的磨擦调节剂包括至少一种C5-C60的脂肪族羧酸与至少一种胺的反应产物，所述胺选自如在US 4 948 523中教导的胍、氨基胍、脲、硫脲及其盐，该专利包含的相关的公开内容在这里引作参考。优选用于本发明的为氨基胍化合物的无机盐，其中阴离子为卤素、碳酸根、硝酸根、磷酸根、正磷酸根等。可以在这里使用的有代表性的羧酸包括市售的脂肪酸或其混合物，来源于如玉米油、大豆油、棕榈油、桐油、葵花籽油、棉花籽油、棕榈籽油、橄榄油等。特别优选的为单羧基不饱和脂肪酸如油酸。这里以及在权利要求中使用的术语“羧酸”包括其反应衍生物如酸酐。
其他优选的磨擦调节剂包括N-脂肪族烃基取代的二乙醇胺和N-脂肪族烃基取代的三亚甲基二胺，其中N-脂肪族烃基取代基为至少一个含有14-20个碳原子的无炔不饱和键的直链脂肪族烃基；二(羟烷基)脂肪族叔胺，其中的羟烷基可以相同或不同，每一个包含有2-约4个碳原子，其中的脂肪族基是一个无环的含有约10-约25个碳原子的烃基；羟烷基脂肪族咪唑啉，其中羟烷基含有2-约4个碳原子，其中的脂肪族基为一个无环的含有约10-约25个碳原子的烃基；以及这些磨擦调节剂的混合物。有关这些磨擦调节剂的进一步详细的说明参见被引作参考的US 5 344 579；5 372 735和5 441 656。
本发明的多级齿轮油特别适用于汽车齿轮应用，如轻型或重型车辆的主传动系统，动力分配器或轴，或卡车或重型设备的手动传动系统以及工业齿轮应用。
用于汽车齿轮的成品润滑油优选使用相称的组分以使润滑油制剂的SAE粘度级别，根据SAE J306 JUL98，优选为至少SAE 70W，更优选为至少75W。优选的多级额定值包括SAE 75W-80、75W-90和80W-140。用于配制本发明润滑油制剂的组分的选择关键在于要使配制的油，在经过20小时锥形轴承剪切试验(CEC-L45-T-93)时，没有剪切至不符合SAE J306要求的等级。优选地，该润滑油组合物在20小时锥形轴承剪切试验中100℃时的粘度损失小于约15％。
本发明的成品齿轮油优选使用相称的组分以使组合物在100℃时的运动粘度，根据ASTM D-445，为至少7.0cSt，并且Brookfield粘度(在-55℃下测量)为低于150 000cP。
适于工业齿轮应用的成品齿轮油优选使用相称的组分以使润滑油制剂的粘度分类，根据AGMA 9005-D94，为IS0 32或更高。
在一个实施方案中，本发明涉及一种降低轴油槽温度的方法，包括将一种包含组分(B)和(C)的润滑油制剂用作所述轴的润滑剂，其中，与相同操作方式下使用了除不含所述组分(B)和(C)中的至少一种之外其余均相同的润滑油的轴油槽温度相比，使用了所述润滑油制剂的轴油槽温度更低。
本发明也涉及一种提高轴效率的方法，包括将一种包含组分(B)和(C)的润滑油制剂用作所述轴的润滑剂，其中，与相同操作方式下使用了除不含所述组分(B)和(C)中的至少一种之外其余均相同的润滑油制剂的轴相比，使用了所述润滑油制剂的轴效率得到了提高。
该润滑剂进行一种交替试验以模拟齿轮油可能经历的各种条件，结果列于表1。按速度和/或对轴的扭矩的不同来排列次序。用高速和低负载来模拟高速公路驾驶条件，分别用低速/高负载和中速/高负载来模拟城市和苛刻的驾驶条件。对每一个次序测量轴油槽温度并计算轴效率。理想的结果为具有低的轴油槽温度和高的轴效率值。
表1

*对比例DNT 没有对样品进行轴温度或轴效率的试验1 数均分子量为大约2145的聚异丁烯2 100cSt的氢化聚α-烯烃3 乙烯含量为约55mol％的乙烯-丙烯共聚物，其100℃时的运动粘度为约500cSt4 乙烯含量为约43mol％的乙烯-丙烯共聚物，其100℃时的运动粘度为约2100cSt根据上表的测试可以很清楚地看到，相对于本发明范围之外的以矿物油为基础的组合物(对比例1和2)来说，本发明的组合物(实施例3和4)显示出改进了(降低)的轴温和改进了(提高)的轴效率。
本发明在实际过程中易于进行相当的变化。因此，本发明并不局限于上述具体的举例，而在于所附的权利要求的实质和范围，包括其作为法律实体的等价物。
申请人的意图并不在于任何向公众公开的实施方案，也不在于任何公开的改性或改变的范围可能按字面意思不落于其权利要求的范围之内的程度，他们被认为是等价物而作为本发明的一部分。
权利要求
1.一种润滑油组合物，其包括(A)以润滑油组合物总重量为准计，约40-70wt％的一种矿物油；(B)以润滑油组合物总重量为准计，约2-20wt％的选自乙烯基芳烃-二烯烃共聚物、烯烃共聚物及其混合物中的至少一种；(C)以润滑油组合物总重量为准计，约2-20wt％的至少一种聚α-烯烃，其在100℃下的运动粘度为至少40cSt；和(D)以润滑油组合物总重量为准计，3-20wt％的一种齿轮复合添加剂；其中润滑油组合物为粘度指数大于140的汽车或工业用齿轮润滑剂。
2.权利要求1的润滑油组合物，其中的组分(B)为一种乙烯基芳烃-二烯烃共聚物。
3.权利要求2的润滑油组合物，其中的组分(B)为苯乙烯和选自丁二烯和异戊二烯中的至少一种共轭二烯烃的共聚物。
4.权利要求3的润滑油组合物，其中的共聚物被氢化。
5.权利要求1的润滑油组合物，其中的组分(B)为一种烯烃共聚物。
6.权利要求5的润滑油组合物，其中的组分(B)为乙烯和至少一种C3-C12α-烯烃的共聚物。
7.权利要求6的润滑油组合物，其中的共聚物(B)进一步包括一种非共轭多烯烃。
8.权利要求1的润滑油组合物，其中的齿轮复合添加剂包括选自分散剂、缓蚀剂、耐特压添加剂、抗磨添加剂、防锈剂、抗氧剂、除臭剂、消泡剂、破乳剂、染料、磨擦调节剂和荧光着色剂中的至少一种。
9.权利要求1的润滑油组合物，其进一步包括基于齿轮油组合物总重量为准计0-20wt％的至少一种密封溶胀剂。
10.权利要求1的润滑油组合物，其进一步包括基于齿轮油组合物总重量为准计，0-5wt％的一种倾点下降添加剂。
11.权利要求1的润滑油组合物，其中的齿轮复合添加剂包括一种满足API GL-5要求的齿轮复合添加剂。
12.权利要求1的润滑油组合物，其中的齿轮复合添加剂包括一种满足API MT-1要求的齿轮复合添加剂。
13.权利要求1的润滑油组合物，其中的齿轮复合添加剂包括一种满足MIL-PRF-2105E要求的齿轮复合添加剂。
14.权利要求1的润滑油组合物，其中的齿轮复合添加剂包括一种满足AGMA 9005-D94要求的齿轮复合添加剂。
15.权利要求1的润滑油组合物，其中矿物油的粘度指数大于80并含有低于0.03wt％的硫。
16.权利要求15的润滑油组合物，其中矿物油的粘度指数至少为110。
17.权利要求15的润滑油组合物，其中的矿物油包括选自第II组油、第III组油及其混合物中的至少一种。
18.权利要求1的润滑油组合物，其中润滑油组合物的SAE粘度等级，根据SAE J306 JUL98为70W或更高。
19.权利要求1的润滑油组合物，其中润滑油组合物的ISO粘度等级，根据AGMA 9005-D94为32或更高。
20.权利要求1的润滑油组合物，其中组分(B)和(C)的选择要使所配制的油在经受20小时锥形轴承剪切试验时，没有剪切至不合乎SAE J306要求的等级。
21.一种降低轴油槽温度的方法，其包括将权利要求1的润滑油组合物用作所述轴的润滑剂，其中，与相同操作方式下使用了除不含所述组分(B)和(C)中的至少一种之外其余均相同的润滑油组合物的轴油槽温度相比，使用所述润滑油组合物的轴油槽温度得到降低。
22.一种提高轴效率的方法，其包括将权利要求1的润滑油组合物用作所述轴的润滑剂，其中，与相同操作方式下使用了除不含所述组分(B)和(C)中的至少一种之外其余均相同的润滑油组合物的轴效率相比，使用所述润滑油组合物的轴效率得到提高。
23.一种润滑齿轮或传动装置的方法，其包括在齿轮箱、差速器或传动装置中加入权利要求1的润滑油组合物。
全文摘要
以矿物油为基础的润滑油制剂,其包含一种粘度指数改进剂的混合物,该改进剂选自(B)乙烯基芳烃－二烯烃共聚物,烯烃共聚物及其混和物和(C)至少一种100℃下的运动粘度为至少40cSt的聚α－烯烃,显示出优良的低温和高温流变性能并尤其适于汽车和工业齿轮应用。与其他不含所述粘度指数改进剂混合物的以矿物油为基础的润滑油制剂相比,本发明的润滑剂显示出改进的性能特点,如提高的轴效率和较低的轴油槽温度。
文档编号C10N30/18GK1344784SQ0113315
公开日2002年4月17日 申请日期2001年9月19日 优先权日2000年9月19日
发明者V·巴拉苏布拉马尼亚姆 申请人:乙基公司