CN102690708A - 一种乙醇发动机润滑油组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乙醇发动机润滑油组合物，包括下列组分：A)复合抗氧剂，至少包括以下组分：(1)烷基化二苯胺抗氧剂；(2)硫代酚酯型抗氧剂；(3)非必要的硫醚酚型抗氧剂；B)聚异丁烯丁二酰亚胺；C)磺酸钙和磺酸钠的混合物；D)二烷基二硫代磷酸锌；E)二烷基二硫代氨基甲酸酯；F)金属减活剂；G)主要量的润滑油基础油。本发明发挥添加剂之间的协同效应，能够满足乙醇发动机润滑油所要求的高温抗氧化性能，同时又能提供优异的活塞清净性、高低温抗磨性能和优异的控制粘度增长能力。
Description
技术领域
本发明涉及润滑油组合物，尤其涉及一种用于乙醇发动机的润滑油组合物。
背景技术
在国际能源紧张的今天，乙醇汽油作为替代燃料受到全世界的关注，我国各地已经广泛使用。由于乙醇汽油具有环保、节能良好特性，有利于缓解石油资源短缺、改善大气环境，因此，推广使用车用乙醇汽油是国家的一项战略性举措，对国民经济的可持续发展具有重要意义。为了长期保持使用乙醇燃料汽车发动机良好的运行状态，研究开发新的专门针对乙醇燃料特性的发动机润滑油至关重要。
车用乙醇汽油是把变性燃料乙醇和汽油按一定比例混配形成的一种新型汽车燃料。乙醇汽油燃料更易对发动机造成腐蚀，其燃烧生成物乙酸、硫化物等酸性物质随燃料窜入润滑油中，会引起油品氧化变质，碱值的迅速降低，油泥加重，同时也可引起发动机活塞环和汽缸壁的磨损。因此用于使用乙醇燃料的发动机润滑油必须使用高效的抗氧剂来抑制油品的变质。与只使用汽油的发动机相比，使用含乙醇燃料(10％-100％乙醇)的发动机在发动机缸套、活塞环和进排气阀部分产生了显著的磨损，因此对乙醇汽油发动机润滑油的抗氧化、防锈、抗磨性能要求较高。寻求更为有效的抗氧添加剂和研发应用于乙醇燃料发动机高性能的发动机润滑油，一直是本领域技术人员努力的目标。
CN100460490C介绍了一种由烷基化二苯胺和酚酯复配的抗氧剂组分，其能较大幅度的提高油品的抗氧化能力。
US20090111722A介绍了一种润滑油组合物，该组合物用于使用乙醇燃料时的发动机的磨损保护。该组合物包含的过碱值钙盐清净剂，能够降低使用乙醇燃料时造成的发动机磨损，延长润滑油的换油周期。
发明内容
本发明提供一种乙醇发动机润滑油组合物，该组合物具有优异的抗氧化性能，同时提供良好的高温清净、抗磨损性能。
本发明提供的乙醇发动机润滑油组合物，包括以下组分：
A＞复合抗氧剂，至少包括以下组分：烷基化二苯胺抗氧剂，硫代酚酯型抗氧剂，非必要的硫醚酚型抗氧剂；
B＞聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂；
C＞磺酸钙和磺酸钠的混合物；
D＞至少一种二烷基二硫代磷酸锌；
E＞一种或多种二烷基二硫代氨基甲酸酯；
F＞一种或多种金属减活剂；
G＞主要量的润滑油基础油；
在本发明的润滑油组合物中还可以存在其它添加剂，如防锈剂、降凝剂、粘度指数改进剂(VM)、抗泡剂等。
具体来说，本发明的乙醇发动机润滑油组合物包括下列组分：
A＞复合抗氧剂，至少包括以下组分：(1)烷基化二苯胺抗氧剂；(2)硫代酚酯型抗氧剂；(3)非必要的硫醚酚型抗氧剂。
(1)烷基化二苯胺结构式为：
其中R1、R2各自为H或者C1-C12烷基，优选C4-C9烷基，所在的位置处于氨基的对位或者邻位，最好是叔丁基和/或异辛基。
烷基化二苯胺占复合抗氧剂中总质量的50％-95％，优选为60％-90％。烷基化二苯胺可选用德国巴斯夫公司生产的IRGANOX L-01、IRGANOX L-57，北京兴普公司生产的T534，路博润兰炼添加剂有限公司生产的LZ5150A，美国Vanderbilt公司生产的VANLUBE NA、VANLUBE 961、二辛基二苯胺VANLUBE 81，德国莱茵化学公司生产的对，对’二异辛基二苯胺RC7001。
优选的烷基化二苯胺抗氧剂为叔丁基/异辛基二苯胺(例如北京兴普公司生产的T534)。
(2)硫代酚酯型抗氧剂的结构式为：
其中R3、R4各自为H或者C1-C12烷基，优选C1-C9烷基，最好为甲基和/或叔丁基。其中m、n为0-10之间的整数，优选为0、1或2。
硫代酚酯型抗氧剂占复合抗氧剂中总质量的5％-50％，优选为8％-30％。优选的硫代酚酯型抗氧剂为2，2′-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯](例如四川永业化工有限公司生产的抗氧剂1035，德国巴斯夫公司生产的IRGANOX L115)。
(3)硫醚酚型抗氧剂的结构式为：
其中R5、R6各自为H或者C1-C12烷基，优选C1-C9烷基，最好为甲基和/或叔丁基。其中q为0-10之间的整数，优选0、1或2。
硫醚酚型抗氧剂占复合抗氧剂中总质量的0-20％，优选为1％-15％。优选的硫醚酚型抗氧剂为硫代双-(3，5-二叔丁基-4-羟基苄)(例如常州凌驰化工公司生产的甲叉4426-S，美国大湖公司生产的Lowinox TBP-6，德国巴斯夫公司生产的Irganox 1081)。
在优选的实施方式中，本发明的复合抗氧剂由以下组分组成：(1)叔丁基/异辛基二苯胺；(2)2，2′-硫代双[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸乙酯]；(3)硫代双-(3，5-二叔丁基-4-羟基苄)。
组分A复合抗氧剂占本发明润滑油组合物总质量的0.1％-10％，优选0.2％-6％，最好是0.3％-5％。
B＞选自聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂。
聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂中聚异丁烯(PIB)部分的数均分子量为800-4000，优选900-3000，最好是1000-2400。该组分可以选用苏州特种油品厂生产的T161，锦州石化分公司添加剂厂生产的T161A、T161B，路博润兰炼添加剂有限公司生产的LZL157，Lubrizol Corporation生产的LZ6418、LZ6420，Afton Corporation生产的Hitec646等。
组分B占本发明润滑油组合物总质量的0.5％-10％，优选1.5％-8％，最好是3％-6％。
C＞选自磺酸钙和磺酸钠的混合物，优选的是碱值为(200-450)mgKOH/g的高碱值磺酸钙和碱值为(200-450)mgKOH/g的高碱值磺酸钠的混合物，二者之间的质量比例在1∶1至4∶1之间。组分C可以选用上海上炼添加剂厂生产的T101、T102、T103，锦州石化分公司添加剂厂生产的T106，Lubrizol Corporation生产的LZ6478、LZ6446、LZ75、LZ78，Afton Corporation生产的Hitec611、Hitec614，锦州康泰润滑油添加剂有限公司生产的KT5448，Chevron OroniteCompany生产的OLOA246S、OLOA249S等。
组分C占润滑油组合物总质量的0.2％-10％、优选0.8％-8％，最好1.2％-6％。
D＞选自二烷基二硫代磷酸锌的一种或多种，所述二烷基二硫代磷酸锌中的烷基是含有2至12个碳原子的烷基，优选的是含有2至8个碳原子的烷基，可以是乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、正戊基、异戊基、正己基、异己基、正辛基、2-乙基己基、环己基、甲基环戊基。二烷基二硫代磷酸锌可以选用无锡南方石油添加剂有限公司生产的T202、T203，锦州石化分公司添加剂厂生产的伯烷基T202、伯烷基T203、伯仲烷基T204、仲烷基T205，Lubrizol公司生产的LZ1371、LZ1375，Infineum公司生产的C9417、C9425、C9426，Afton公司生产的Hitec7169、Hitec1656等。
组分D占润滑油组合物总质量的0.1％-5％、优选0.3％-3％，最好0.5％-2％。
E＞选自二烷基二硫代氨基甲酸酯的一种或多种，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯中的烷基是含有2至12个碳原子的烷基，优选的是含有2至8个碳原子的烷基，可以是乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、正戊基、异戊基、正己基、异己基、正辛基、2-乙基己基。二烷基二硫代氨基甲酸酯可选用锦州新兴石油添加剂有限责任公司生产的T323，Vanderbilt公司的7723等。
组分E占润滑油组合物总质量的0.02％-5％，优选量为0.05％-2％，最好为0.1％-0.5％。
F＞选自三唑衍生物、噻唑衍生物和噻二唑衍生物等金属减活剂的一种或多种，常用的金属减活剂包括苯并噻唑、甲苯基三唑、辛基三唑、2-巯基苯并噻唑、2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃取代-1，3，4-噻二唑、2-二巯基-5-二硫代-1，3，4-噻二唑，N，N-二己基氨基亚甲基苯三唑、2-巯基苯并噻二唑等，商品牌号有T551、T561、T706等，可以选用锦州康泰润滑油添加剂有限公司生产的T551、T561、T706等。
组分F占润滑油组合物总质量的0.01％-0.5％，优选量为0.03％-0.25％，最好为0.05％-0.15％。
G＞主要量的润滑油基础油，可以选自矿物油和合成润滑油或它们的混合物。
所述矿物油在粘度上可以从轻馏分矿物油到重馏分矿物油，包括液体石蜡油和加氢精制的、溶剂处理过的链烷、环烷和混合链烷-环烷型矿物润滑油，通常分为I、II、III类基础油，常见的商品牌号包括I类150SN、600SN、HVI 500、HVI 750，II类100N、150N，III类基础油S-8等。
合成润滑油包括聚合烃油、烷基苯及其衍生物，聚合烃油具体的例子包括但不限于聚丁烯、聚丙烯、丙烯-异丁烯共聚物、氯化的聚丁烯、聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯)，常见的商品牌号包括PAO4、PAO6、PAO8、PAO10等，烷基苯及其衍生物具体的例子包括但不限于如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二(2-乙基己基)苯，烷基苯的衍生物包括烷基化的二苯醚和烷基化的二苯硫及其衍生物、类似物和同系物。合成润滑油的另一适合类型是酯类油，包括二羧酸(如苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸和烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、反丁烯二酸、己二酸、亚油酸二聚物、丙二酸，烷基丙二酸、烯基丙二酸)与各种醇(如丁醇、己醇、十二烷基醇、2-乙基己基醇、乙二醇、丙二醇)发生缩合反应生成的酯或复合酯。这些酯的具体例子包括但不限于己二酸二丁酯、癸二酸二(2-乙基己基)酯、反丁烯二酸酸二正己酯、癸二酸二辛酯、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、癸二酸二(廿烷基)酯、亚油酸二聚物的2-乙基己基二酯。
合成润滑油的另一适合类型是费托法合成烃油以及对这种合成烃油通过加氢异构、加氢裂化、脱蜡等工艺处理得到的润滑油基础油。
在本发明的润滑油组合物中还可以存在如下的其它添加剂：
防锈剂可以使用选自非离子聚氧化烯多元醇及其酯、聚氧化烯酚阴离子烷基磺酸、脂肪族一元酸或多元酸等，常见的例子包括十二烯基丁二酸、山梨糖醇酐单油酸脂、山梨糖醇酐三油酸酯等。
降凝剂或称作润滑油流动改进剂，可以降低流体流动或可以倾倒的最低温度。典型添加剂是烷基为C8至C18的二烷基富马酸酯/乙酸乙烯酯共聚物、聚烷基甲基丙烯酸酯等，常见的商品牌号有T803、VX385、T148等。
适合的粘度指数改进剂是聚异丁烯、乙烯与丙烯和高级Q-烯烃的共聚物、聚甲基丙烯酸酯/盐、聚烷基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯/盐共聚物、不饱和二羧酸与乙烯基化合物的共聚物、苯乙烯与丙烯酸酯的共聚物、苯乙烯/异戊二烯、苯乙烯/丁二烯、和异戊二烯/丁二烯的部分氢化的共聚物、以及丁二烯和异戊二烯和异戊二烯/二乙烯基苯的部分氢化的均聚物，常见的商品牌号有Lubrizol公司的LZ7070、LZ7065、LZ7067、LZ7077，Infineum公司的SV260、SV261，T614等。它们可以构成润滑油组合物总质量的0.01％-20％。
抗泡剂可选用聚硅氧烷型，如硅油或聚二甲基硅氧烷。
本发明的润滑油组合物可采用以下方法制备：将各添加剂(包括复合抗氧剂中的一种或多种)分别加入到基础油中、或将添加剂混合制成浓缩物再加入到基础油中加热混合，混合温度在40℃-90℃之间，混合时间在1小时-6小时之间。
本发明选用多种具有协同作用的无灰抗氧剂优化组合，并复配合适的清净剂、分散剂和其它功能添加剂，产生了显著的抗氧效果，显著增强了高温抗磨性能和活塞清净性能，能够满足乙醇燃料发动机的润滑要求。
具体实施方式
下面用实例进一步描述本发明的特点。
复合抗氧剂制备例1-5
将抗氧剂T534、1035、甲叉4426-S按比例加入到调和容器中，常压下加热60℃-90℃，搅拌1小时-2小时，得到均匀透明浅黄色的粘稠液体即为本发明的组分A复合抗氧剂。复合抗氧剂制备例1-5的组成比例(质量分数)见表1。
表1
| 序号 | 抗氧剂T534 | 抗氧剂1035 | 抗氧剂甲叉4426-S |
| 复合抗氧剂制备例1 | 90％ | 10％ | |
| 复合抗氧剂制备例2 | 80％ | 20％ | |
| 复合抗氧剂制备例3 | 70％ | 30％ | |
| 复合抗氧剂制备例4 | 70％ | 25％ | 5％ |
| 复合抗氧剂制备例5 | 70％ | 20％ | 10％ |
实施例1-5与对比例1、2、3-1、3-2、4
实施例1-5为本发明润滑油组合物的组成及主要性质。将各组分按比例加入到调和容器中，常压下加热45℃-80℃，搅拌1小时-2小时，制备得到粘度级别为10W-40的润滑油组合物。在对比例1、2、3-1中加入了单组分抗氧剂，分别为T534、1035、甲叉4426-S，在对比例3-2中加入了按专利CN100460490C方法所制备的双组分复合抗氧剂，其中实施例1与对比例1、实施例2与对比例2分别具有除抗氧剂外全部相同的配方组成，实施例3与对比例3-1、3-2也具有除抗氧剂外全部相同的配方组成，实施例4与对比例4的区别在于实施例4中加入了二正丁基二硫代氨基甲酸酯，对比例4中未加入二正丁基二硫代氨基甲酸酯。实施例1-5与对比例1、2、3-1、3-2、4各自的组成比例见表2。
对实施例1-5和对比例1、2、3-1、3-2及市售乙醇发动机润滑油进行了ASTMD4742薄层氧化试验(TFOUT)和加压差示扫描量热试验(PDSC)。PDSC设定温度为220℃，具体结果见表3。
表3
| 油样 | TFOUT/min | PDSC/min |
| 实施例1 | 158 | 36.4 |
| 实施例2 | 153 | 39.1 |
| 实施例3 | 150 | 37.7 |
| 实施例4 | 163 | 37.2 |
| 实施例5 | 167 | 38.4 |
| 对比例1 | 148 | 31.8 |
| 对比例2 | 143 | 25.3 |
| 对比例3-1 | 139 | 27.9 |
| 对比例3-2 | 145 | 33.2 |
| 市售油* | 131 | 18.3 |
*市售油为长城醇星乙醇汽油发动机专用油SJ 10W-40。
从表3可以看出，润滑油组合物有效提高了油品的氧化诱导期。TFOUT试验表明实施例的氧化诱导期比相应对比例提高了15％～25％，PDSC试验表明实施例的氧化诱导期均优于对比例。
高温抗磨性能结果如表4所示，采用SRV摩擦试验机进行油品的高温抗磨损试验，试验条件为载荷300N、频率50Hz、冲程1mm、温度120℃。从表4可以看出，本发明实施例的磨斑直径要小于对比例，表现出较好的抗磨能力。
表4
| 油样 | SRV磨班直径/mm |
| 实施例1 | 0.66 |
| 实施例4 | 0.64 |
| 对比例1 | 0.69 |
| 对比例2 | 0.71 |
| 对比例3-1 | 0.69 |
| 对比例4 | 0.76 |
| 市售油* | 0.70 |
*市售油为长城醇星乙醇汽油发动机专用油SJ 10W-40
实施例4与对比例4的结果表明在润滑油组合物中使用二丁基二硫代氨基甲酸酯显著提高了油品的高温抗磨作用。
实施例6-9与对比例5-7
对实施例6-9和对比例5-7油品各50g分别加入0.5ml盐酸，采用旋转氧弹试验进行油品老化。试验仪器由压力容弹与油浴组成，压力容弹与水平面成30°旋转，油浴恒温150℃，在室温下充氧620kPa(90psi)，老化2h。老化试验重复6次，得到油品各300ml进行成焦板试验，实施例及对比例的配方组成和成焦板试验结果见表5。其中实施例6、7、8、9中加入的是高碱值磺酸钙和高碱值磺酸钠的混合物，对比例5、6中分别加入的是单组分的高碱值磺酸钙、高碱值磺酸钠，对比例7与实施例6的区别在于对比例7中未加入金属减活剂2-巯基苯并噻二唑。
表5
成焦板试验采用的设备是日本Meitech公司生产的25B-19型成焦板仪，该试验模拟发动机曲轴箱和缸套活塞环润滑油循环的工作条件，使测试油品不断受热氧化成焦的过程。试验时间为5h，油温为150℃，板温为310℃。
由表5结果可知，高碱值磺酸钙和高碱值磺酸钠的混合物与单独的高碱值磺酸钙或高碱值磺酸钠相比具有更好的清净性能和酸中和能力。加入2-巯基苯并噻二唑后也出人意料的得到了更好的清净性保持能力和更高的酸中和能力。
实施例10
BRT球锈蚀试验是代替程序II D发动机台架试验，主要用来评价发动机油的抗腐蚀和锈蚀能力。整个18小时的台架试验过程中，试验油保护的金属球持续接触酸性液体和空气。在试验结束后通过金属球反射面强度进行灰度测试，用来确定腐蚀面积，从而评定试验油的抗锈蚀能力。醋酸/氢溴酸/盐酸/去离子水注入速度是0.19毫升/小时，空气气流为40毫升/分钟，油温为48℃。
对本发明实施例7进行了上述球锈蚀试验，试验油的总碱值TBN为8.7，球锈蚀试验结果为126，表明本发明组合物具有优异的碱值保持能力和防锈蚀能力。
Claims (17)
1.一种乙醇发动机润滑油组合物，包括以下组分：
A＞复合抗氧剂，其中至少包括以下组分：烷基化二苯胺抗氧剂，硫代酚酯型抗氧剂以及非必要的硫醚酚型抗氧剂，所述复合抗氧剂占润滑油组合物总质量的0.1％-10％；
B＞聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂，占润滑油组合物总质量的0.5％-10％；
C＞磺酸钙和磺酸钠的混合物，占润滑油组合物总质量的0.2％-10％；
D＞至少一种二烷基二硫代磷酸锌，占润滑油组合物总质量的0.1％-5％；
E＞一种或多种二烷基二硫代氨基甲酸酯，占润滑油组合物总质量的0.02％-5％；
F＞一种或多种金属减活剂，占润滑油组合物总质量的0.01％-0.5％；
G＞主要量的润滑油基础油。
2.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述烷基化二苯胺抗氧剂的结构式为：
其中R1、R2各自为H或者C1-C12烷基；
所述硫代酚酯型抗氧剂的结构式为：
其中R3、R4各自为H或者C1-C12烷基，m、n为0-10之间的整数；
所述硫醚酚型抗氧剂的结构式为：
其中R5、R6各自为H或者C1-C12烷基，q为0-10之间的整数。
3.按照权利要求2所述的润滑油组合物，其特征在于，所述的R1、R2是C4-C9烷基，所述的R3、R4是C1-C9烷基，所述的R5、R6是C1-C9烷基。
4.按照权利要求1-3之一所述的润滑油组合物，其特征在于，所述烷基化二苯胺占复合抗氧剂总质量的50％-95％，所述硫代酚酯型抗氧剂占复合抗氧剂总质量的5％-50％，所述硫醚酚型抗氧剂占复合抗氧剂总质量的0-20％。
5.按照权利要求1-3之一所述的润滑油组合物，其特征在于，所述烷基化二苯胺占复合抗氧剂总质量的60％-90％，所述硫代酚酯型抗氧剂占复合抗氧剂总质量的8％-30％，所述硫醚酚型抗氧剂占复合抗氧剂总质量的1％-15％。
6.按照权利要求1-3之一所述的润滑油组合物，其特征在于，所述复合抗氧剂占润滑油组合物总质量的0.2％-6％。
7.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂中聚异丁烯部分的数均分子量为800-4000。
8.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述聚异丁烯丁二酰亚胺无灰分散剂占润滑油组合物总质量的1.5％-8％。
9.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述磺酸钙和磺酸钠的混合物是碱值为200-450mgKOH/g的高碱值磺酸钙和碱值为200-450mgKOH/g的高碱值磺酸钠的混合物。
10.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述是磺酸钙和磺酸钠之间的质量比例在1∶1至4∶1之间。
11.按照权利要求1、9和10之一所述的润滑油组合物，其特征在于，所述磺酸钙和磺酸钠的混合物占润滑油组合物总质量的0.8％-8％。
12.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述二烷基二硫代磷酸锌的烷基是含有2至12个碳原子的烷基。
13.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述二烷基二硫代磷酸锌占润滑油组合物总质量的0.3％-3％。
14.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯的烷基是含有2至12个碳原子的烷基。
15.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述二烷基二硫代氨基甲酸酯占润滑油组合物总质量的0.05％-2％。
16.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述金属减活剂选自三唑衍生物、噻唑衍生物和噻二唑衍生物中的一种或多种。
17.按照权利要求1所述的润滑油组合物，其特征在于，所述金属减活剂占润滑油组合物总质量的0.03％-0.25％。
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