ДВУХФАЗНАЯ КОМПОЗИЦИЯ СМАЗОЧНОГО МАСЛА
TWO-PHASE LUBRICATING OIL COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции смазочного масла. Более конкретно, изобретение относится к двухфазной композиции смазочного масла.
Уровень техники
Обычно вязкость смазочных масел с ростом температуры уменьшается. По этой причине, как правило, при низких температурах вязкость высокая, а при высоких температурах низкая. Типы смазочных масел, вообще, различаются в соответствии с окружающими условиями, в которых они используются (в особенности, различаются в зависимости от температуры). В случае использования смазочных масел как в условиях низких температур, так и в условиях высоких температур, если они относятся к типам смазочного масла с низкой вязкостью, могут происходить потери масляной пленки, поскольку при высоких температурах вязкость слишком низкая. В результате они не могут выполнять свои функции смазки. С другой стороны, если эти смазочные масла характеризуются высокой вязкостью, при низкой температуре вязкость может быть слишком высокой, при этом могут увеличиться потери в приводе, связанные с перемешиванием масла, и насосные системы подачи масла могут не работать, что приводит к возникновению проблем заклинивания и износа.
Важно, чтобы вязкость имела низкую величину в периоды запуска машины (при переключении от положения останова к рабочему положению), т.е. при низких температурах. Вот почему, если вязкость высокая, в периоды запуска для перехода от состояния останова в рабочее состояние необходимо приложить начальное пусковое усилие. С другой стороны, как только машина (двигатель) начинает работать, вязкость становится неподходящей для работы, и если машина продолжает работать, выделяется теплота, и температура машины увеличивается (например, приблизительно до 100°C). При достижении высокой температуры существует возможность, как отмечено выше, что вязкость снизится слишком значительного, и слой масляной пленки разрушится.
Следует отметить, что в условиях широкого рабочего диапазона температур трудно поддерживать необходимую вязкость с помощью лишь единственного смазочного масла. В этой связи в патентном документе WO 96/11244 описана смазочная композиция, которая за счет использования комбинации смазочного масла с низкой вязкостью и смазочного масла с высокой вязкостью при низких температурах использует только смазочные свойства масла с низкой вязкостью и использует характерную особенность, которая заключается в том, что вязкость увеличивается, если при высоких температурах используется смесь смазочных масел с высокой вязкостью и низкой вязкостью, и в результате смазочная композиция работает, как при низких температурах, так и при высоких температурах.
Однако в способе, описанном в WO 96/11244, существует проблема, которая состоит в том, что температура расслоения и кинематическая вязкость, безусловно, определяются типом и отношением количеств объединяемых масел, и трудно получить смазочные характеристики, необходимые для конкретного применения смазки.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается композиция смазочного масла, содержащая: (А) углеводород в качестве компонента с низкой вязкостью, (В) полиалкиленгликоль (PAG) в качестве компонента с высокой вязкостью, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580, и (С) химическое соединение в качестве регулирующего компонента, в котором отношение кислород/углерод составляет от 0,080 до 0,350.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения обеспечивается композиция смазочного масла, которая содержит (A) углеводород в качестве компонента с низкой вязкостью, (B) полиалкиленгликоль (PAG) в качестве компонента с высокой вязкостью, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580, и (C) соединение в качестве регулирующего компонента, в котором отношение кислород/углерод составляет от 0,080 до 0,350, при этом композиция смазочного масла содержит в указанной смеси регулирующий компонент, способный при необходимости снижать температуру расслоения указанной композиции.
В соответствии с настоящим изобретением достигается результат, благодаря которому изобретение может быть использовано в различных случаях применения смазки, в которых требуются различные смазочные характеристики, поскольку, за счет использования в качестве регулирующего компонента соединения, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,080 до 0,350, добавленного к углеводороду, который является компонентом с низкой вязкостью, и полиалкиленгликолю (PAG), который является компонентом с высокой вязкостью, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580, становится возможным, по сравнению с системой, в которой регулирующий компонент отсутствует, понизить температуру расслоения и, кроме того, сохранить кинематическую вязкость при высоких температурах почти на том же уровне.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематическое изображение двухфазной системы в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 2 - пример измерения температуры расслоения композиции смазочного масла согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - зависимость между температурой расслоения и кинематической вязкостью для предшествующего уровня техники и для настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Ниже изобретение рассмотрено более подробно, но оно не ограничивается каким-либо образом конкретными случаями применения и, безусловно, может быть использовано в широком диапазоне желаемых применений.
Смазочная композиция согласно настоящему изобретению содержит компонент с низкой вязкостью, компонент с высокой вязкостью и регулирующий компонент, который имеет промежуточные характеристики. Ниже рассмотрен каждый из этих компонентов, используемых в качестве рабочих компонентов. Затем приведено пояснение в отношении смазочной композиции.
(А) Компонент с низкой вязкостью (углеводород)
В композиции смазочного масла согласно настоящему изобретению в качестве компонента с низкой вязкостью используют углеводород. Под подходящим для данного изобретения углеводородом рассматривается углеводород, который может быть использован в качестве базового масла для смазочной композиции в соответствующей отрасли промышленности. Альфа-олефины представляют собой соединения с двойными связями C-C на концах, и их примерами являются такие соединения, как этилен, пропилен, бутен, изобутен, бутадиен, гексен, циклогексен, метилциклогексен, октен, нонен, децен, додецен, тетрадецен, дексадецен, октадецен и эйкозен. Эти соединения могут быть использованы отдельно или в смесях из двух или более видов соединений. Кроме того, до тех пор эти соединения имеют на концах двойные связи C-C, они могут иметь любые структуры, такие как изомерные структуры, какие они могут принимать, и могут быть также разветвленными или линейными структурами. Можно комбинировать использование двух или более видов этих структурных изомеров или позиционных изомеров с двойными связями. В случае выбора этих олефинов предпочтительно использование олефинов с прямыми (неразветвленными) цепями, содержащими от 6 до 30 атомов углерода. Для целей настоящего изобретения могут быть приобретены коммерческие продукты, такие как Durasyn (INEOS Co.), SpectraSyn (Exxon Mobil Co.) и LUCANT (Mitsui Petrochemical Co.).
Кроме того, в качестве компонента с низкой вязкостью можно использовать обычные минеральные масла. В качестве примеров минеральных масел можно назвать парафиновые или нафтеновые минеральные масла, полученные с помощью подходящей комбинации из одного или более процессов переработки фракций смазочного масла, полученных путем атмосферной или вакуумной дистилляции сырой нефти, таких как деасфальтизация растворителем, экстракция растворителем, депарафинизация растворителем, каталитическая депарафинизация, гидроочистка, промывка серной кислотой и очистка глинами.
Можно также использовать базовое масло на основе процесса «газ-в-жидкость», синтезированное с помощью процесса Фишера-Тропша, который представляет собой метод получения жидкого топлива из природного газа. Указанное базовое масло, полученное по технологии «газ в жидкость», характеризуется очень низким содержанием серы и ароматических соединений по сравнению с минеральными базовыми маслами, полученными очисткой сырой нефти, и поскольку содержание парафиновых компонентов в нем весьма высокое, оно имеет превосходную устойчивость к окислению, а благодаря тому что потери на испарение также весьма незначительные, оно может быть удовлетворительным образом использовано как базовое масло для настоящего изобретения.
2
2
2
2
2
2
3
3
3
Кинематическая вязкость при 40°C углеводорода, который является компонентом с низкой вязкостью, подходящим для настоящего изобретения, находится в диапазоне от 5 до 500 мм/с, но предпочтительно в диапазоне от 5 до 50 мм/с и более предпочтительно в диапазоне от 5 до 25 мм/с. Кинематическая вязкость углеводорода при 100°C находится в диапазоне от 1,1 до 50 мм/с, но предпочтительно в диапазоне от 1,5 до 10 мм/с и более предпочтительно в диапазоне от 1,5 до 5 мм/с. Кроме того, плотность углеводорода, который является компонентом с низкой вязкостью, подходящим для настоящего изобретения, составляет от 0,750 до 0,950 г/см, более предпочтительно от 0,750 до 0,910 г/см и еще более предпочтительно от 0,790 до 0,850 г/см. Может быть также использована комбинация из двух или большего количества компонентов с низкой вязкостью.
(В) Компонент с высокой вязкостью (полиалкиленгликоль (PAG), в котором массовое отношение кислород/углерод составляет от 0,450 до 0.580)
Настоящее изобретение вместе с углеводородом вышеупомянутого компонента с низкой вязкостью в качестве компонента с высокой вязкостью использует полиалкиленгликоль (PAG) с массовым отношением кислород/углерод, при котором он по существу не смешивается с компонентом с низкой вязкостью при низких температурах, но смешивается при высоких температурах, находящимся в диапазоне от 0,450 до 0,580, предпочтительно в диапазоне от 0,450 до 0,500 и более предпочтительно в диапазоне от 0,450 до 0,470.
Массовое отношение кислород/углерод здесь означает отношение массового количества кислорода к массовому количеству углерода в компоненте. Эта величина влияет на свойства, такие как, главным образом, плотность и полярность соединения. Например, если речь идет о полярности, на нее оказывают влияние виды функциональных групп, таких как простые эфирные группы, сложноэфирные группы, гидроксильные группы и карбоксильные группы, и в случае атомов кислорода, учитывая, что они имеют высокую электроотрицательность, основная тенденция заключается в увеличении полярности с увеличением массового отношения кислород/углерод. Что касается плотности, то принимая во внимание, что кислород имеет больший молекулярный вес, чем углерод, химические соединения с большой величиной массового отношения кислород/углерод, в целом, имеют тенденцию к высокой плотности. Измерение массового отношения кислород/углерод может быть проведено в соответствии со стандартами JPI-5S-65 (нефтяные продукты - определение компонентов, содержащих углерод, водород и азот) и JPI-5S-68 (нефтяные продукты - определение компонента, содержащего кислород).
В качестве примеров полиалкиленгликолей (PAG), используемых в композиции смазочного масла согласно изобретению, в которых массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580, можно привести такие, которые описываются приведенными ниже общими формулами (1)-(4):
1
1
1-1
1-2
m
m
m-1
m-2
В вышеприведенной формуле каждый R независимо представляет собой линейную или разветвленную С2-С10, предпочтительно С2-С8 и более предпочтительно С2-С6 углеводородную группу, m - целое число, находящееся в диапазоне от 2 до 500, предпочтительно в диапазоне от 2 до 400 и более предпочтительно от 2 до 300. Для любого R не является необходимым, чтобы это был один единственный алкилен. Это может быть комбинация различных алкиленов. В качестве конкретных примеров, в случае если блочный сополимер с вышеупомянутым (RO) представляет собой два типа алкиленоксида, вышеупомянутый (RO) может быть обозначен как (RO) (RO).
В качестве примеров полиалкиленгликолей (PAG), в которых массовое отношение кислород/углерод составляет от 0,450 до 0,580, можно привести полиалкиленгликоли, полученные путем полиприсоединения алкиленоксидов в спиртах. Исходным алкиленоксидом может быть его один тип или два или более типов. В качестве примеров присоединяемых мономеров можно привести этиленоксид, пропиленоксид или бутиленоксид индивидуально или комбинацию из двух или более их типов (например, этиленоксид/пропиленоксид).
2
2
2
3
3
3
Полиалкиленгликоли (PAG), подходящие для настоящего изобретения, в которых массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580, имеют  кинематическую вязкость при 100°C в диапазоне от 2,5 до 100 мм/с, предпочтительно в диапазоне от 2,5 до 80 мм/с и более предпочтительно - от 2,5 до 70 мм/с. Кроме того, вышеупомянутые полиалкиленгликоли (PAG), подходящие для настоящего изобретения, имеют плотность в диапазоне от 1,000 до 1,050 г/см, предпочтительно в диапазоне от 1,000 до 1,020 г/см и более предпочтительно в диапазоне от 1,000 до 1,010 г/см. Они могут быть также использованы путем комбинирования двух или более видов компонентов с высокой вязкостью.
(С) Регулирующий компонент (соединение, в котором массовое отношение кислород/углерод составляет от 0,080 до 0,350)
В смазочной композиции, соответствующей изобретению, соединение, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,080 до 0,350, но предпочтительно в диапазоне от 0,080 до 0,300 и более предпочтительно в диапазоне от 0,080 до 0,250, используют в качестве регулирующего компонента. Регулирующим компонентом здесь именуется такой компонент, присутствие которого, даже если компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью по существу не смешиваются друг с другом при низких температурах, способствует их перемешиванию при высоких температурах с получением однородного состояния. Можно также использовать комбинацию из двух или более видов регулирующего компонента. Регулирующий компонент в настоящем изобретении не имеет особых ограничений при условии, что он является соединением с вышеуказанным массовым отношением кислород/углерод. Однако с точки зрения полярности и вязкости наиболее подходящими примерами являются соединения, содержащие сложноэфирные группы (сложноэфирные соединения). Из соединений, содержащих сложноэфирные группы, особенно подходящими для использования являются соединения, содержащие алифатический сложный эфир, имеющий линейную или разветвленную углеводородную часть и сложноэфирную функциональную группу, или ароматические сложноэфирные соединения, имеющие ароматическую часть и сложноэфирную функциональную группу, или тому подобные соединения. Наиболее предпочтительными являются соединения, содержащие алифатический сложный эфир, имеющие в качестве составляющих элементов только углерод, водород и кислород (например, соединения, содержащие алифатический сложный эфир, в которых углеродная цепь, отличная от цепи в сложноэфирной группе, представляет собой С4-С18, предпочтительно С4-С16 и более предпочтительно С4-С14), и/или ароматические сложноэфирные соединения.
В качестве вышеупомянутых сложноэфирных соединений предпочтительно используют сложные моноэфиры, сложные диэфиры и сложные триэфиры. Более предпочтительными являются сложные диэфиры. В качестве примеров сложных моноэфиров здесь можно привести сложные эфиры монокарбоновых кислот (например, муравьиная кислота, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота, капроновая кислота, гептановая кислота, каприловая кислота, пеларгоновая кислота, каприновая кислота, ундециловая кислота, лауриновая кислота, тридекановая кислота, пальмитиновая кислота, маргариновая кислота и стеариновая кислота) и одноатомных спиртов (например, одноатомных спиртов с линейной или разветвленной структурой, такие как метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол, гексанол, гептанол, октанол, нонанол и деканол). В качестве примеров сложных диэфиров здесь можно привести сложные эфиры дикарбоновых кислот (например, дикарбоновые кислоты с линейной или разветвленной структурой, такие как малоновая кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, пимелиновая кислота, субериновая кислота, азелаиновая кислота и себациновая кислота) и одноатомных спиртов (например, одноатомных спиртов, перечисленных выше) или сложные эфиры монокарбоновых кислот (например, монокарбоновых кислот, перечисленных выше) и двухатомных спиртов (двухатомные спирты с линейной или разветвленной структурой, такие как этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, пентиленгликоль и гексиленгликоль). В качестве примеров триэфиров (эфиров трехосновной кислоты) можно привести сложные эфиры монокарбоновой кислоты (например, монокарбоновых кислот, перечисленных выше) и трехатомных спиртов (например, трехатомных спиртов с линейной или разветвленной структурой, таких как глицерин и бутантриол) или сложные эфиры трикарбоновых кислот (например, лимонной кислоты и изолимонной кислоты) и одноатомных спиртов (например, одноатомных спиртов, перечисленных выше). В частности, наиболее подходящими для использования являются сложные диэфиры жирных кислот (например, диизононил адипинат (коммерческое наименование DINA, производитель - компания Taoka Chemical Со.)), сложные моноэфиры жирных кислот (например, изооктил стеарат (коммерческое наименование - Exeparl EH-S, производитель - Kао Corp.), триметиловые сложные эфиры (например, 3-н-алкил тримеллитат (коммерческое наименование - Trimex N-08, производитель - Kao Corp.) и сложные триэфиры жирных кислот (например, триметилолпропил олеат (коммерческое наименование - Kaolube 190, производитель - Као Corp.).
2
2
2
2
2
2
3
3
3
Соединением, используемым для регулирующего компонента, подходящего для настоящего изобретения и характеризующегося массовым отношением кислород/углерод в диапазоне от 0,080 до 0,350, будет соединение, которое имеет кинематическую вязкость при 40°C в диапазоне от 5 до 75 мм/с, предпочтительно в диапазоне от 7 до 60 мм/с и более предпочтительно в диапазоне от 9 до 50 мм/с, и кинематическую вязкость при температуре 100°C в диапазоне от 2,5 до 18 мм/с, предпочтительно в диапазоне от 2,7 до 15 мм/с и более предпочтительно от 2,8 до 10 мм/с, и плотность в диапазоне от 0,800 до 1,010 г/см, предпочтительно в диапазоне от 0,830 до 1,005 г/см и более предпочтительно от 0,850 до 1,000 г/см.
Необязательные добавки
В случае необходимости в смазочной композиции, соответствующей изобретению, можно использовать один или более типов необязательных добавок, таких как противоизносные присадки, антикоррозийные присадки, антиокислительные присадки, антигидролизные присадки, присадки, снимающие статические заряды, противовспенивающие добавки, антиоксиданты, дисперганты, моющие присадки, противозадирные присадки, присадки для улучшения трения, присадки, улучшающие индекс вязкости, депрессанты, понижающие температуру застывания, присадки для улучшения клейкости, имеющие присадки для металлических поверхностей, беззольные диспергаторы и ингибиторы коррозии. Например, для улучшения характеристик смазки можно использовать «пакеты присадок» (например, различные пакеты (комплексы), к примеру, пакет присадок ATF).
По отношению к общей массе (100 мас.%) композиции смазочного масла композиция смазочного масла согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит от 30 до 80 мас.%, но более предпочтительно от 40 до 80 мас.% и еще более предпочтительно от 50 до 80 мас.% (А) углеводорода, который является компонентом с низкой вязкостью; предпочтительно от 3 до 35 мас.%, но более предпочтительно от 7,5 до 30 мас.% и еще более предпочтительно от 10 до 25 мас.% (В) полиалкиленгликоля (PAG), который является компонентом с высокой вязкостью, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,450 до 0,580; и предпочтительно от 1 до 30 мас.%, более предпочтительно от 2 до 25 мас.% и еще более предпочтительно от 3 до 20 мас.% (С) соединения, которое является регулирующим компонентом и в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,080 до 0,350. Кроме того, предложенная композиция может содержать, например, от 1 до 25 мас.% (по отношению к общей массе смазочной композиции) веществ, добавляемых по усмотрению.
2
2
2
2
2
2
В композиции смазочного масла согласно изобретению компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью при низких температурах разделяются на две фазы с помощью добавленного регулировочного компонента, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,080 до 0,350. При повышении температуры компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью смешиваются, и при температуре расслоения или выше этой температуры оба компонента становятся единственной фазой. Обычно принимая во внимание, что машина (деталь машины), которая является объектом смазки, входит в контакт со смазочным маслом вблизи жидкой поверхности масла, вязкость компонента с низкой температурой, который предпочтительно, как правило, находится в верхней фазе, определяет смазочные свойства при низких температурах, и кинематическая вязкость при 40°C предпочтительно находится в диапазоне от 5 до 500 мм/с, более предпочтительно в диапазоне от 8 до 400 мм/с и еще более предпочтительно в диапазоне от 10 до 300 мм/с. Здесь кинематическая вязкость при 40°C измерена в верхней фазе композиции смазочного масла, которая является двухфазной, но в этом случае смазочная композиция уже была нагрета, стала однородной и затем была охлаждена с разделением на две фазы. Таким образом, часть регулирующего компонента может оказаться перемешанной с компонентом с низкой вязкостью в результате осуществления нагревания и охлаждения. С другой стороны, вязкость смеси, в которой компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью стали равномерно распределенными, способствует смазке при высоких температурах, и кинематическая вязкость при 100°C предпочтительно находится в диапазоне от 1,5 до 100 мм/с, но более предпочтительно в диапазоне от 2,0 до 20 мм/с и еще более предпочтительно в диапазоне от 2,5 до 15 мм/с.
Индекс кажущейся вязкости (ИВ) композиции смазочного масла в настоящем изобретении предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 1000, но более предпочтительно в диапазоне от 200 до 800 и еще более предпочтительно в диапазоне от 300 до 800. Под индексом вязкости понимается такой особый индекс, который показывает степень изменения вязкости в смазке, происходящего вследствие изменения температуры. Индекс вязкости в настоящем изобретении может быть вычислен на основе кинематической вязкости при 40°C образцового масла (верхняя фаза после разделения на две фазы) и кинематической вязкости при 100°C образцового масла (композиция смазочного масла, которая стала однородной) в соответствии с методом вычисления индекса вязкости, предусмотренного стандартом JISL2283. Если индекс вязкости высокий, это означает, что изменение вязкости в зависимости от изменения температуры является незначительным.
В настоящем изобретении за счет добавления регулирующего компонента, в котором массовое отношение кислород/углерод находится в диапазоне от 0,080 до 0,350, возможно регулирование температуры расслоения смазочной композиции до любой желаемой температуры. Настоящее изобретение, таким образом, предлагает способ регулирования температуры расслоения композиции смазочного масла.
Как отмечено выше, композиция смазочного масла в соответствии с настоящим изобретением имеет температуру расслоения, при которой происходит переход от однофазного состояния к двухфазному состоянию. Под температурой расслоения здесь следует понимать температуру, при которой после возвращения композиции смазочного масла, которая ранее находилась в двухфазном состоянии, в однофазное состояние за счет ее нагревания, при охлаждении становится явным помутнение масла (образование осадка). Смазочную композицию, соответствующую изобретению, перемешивают так, что компонент с высокой вязкостью повышает вязкость компонента с низкой вязкостью в высокотемпературной области (более предпочтительно компонент с низкотемпературной вязкостью и компонент с высокотемпературной вязкостью переходят в однородное состояние). Наиболее подходящая композиция смазочного масла в соответствии с изобретением разделяется на две фазы при 40°C и становится однофазной (однородной) при 100°C, и эту композицию можно регулировать до любой желаемой температуры расслоения.
Регулирующий компонент теоретически и по возможности выполняет функцию, в соответствии с которой он регулирует температуру расслоения, при которой происходит переход от одной фазы к двум фазам, до желаемой величины в диапазоне от 40°C до 100°C в смазочном масле, которое разделяется на две фазы при 40°C и становится однофазным (однородным) при 100°C. Кроме того, при низких температурах часть или весь регулирующий компонент смазки может быть смешан с верхней фазой и/или нижней фазой, или в качестве альтернативы регулирующий компонент может присутствовать в виде отдельной фазы. Это означает, что если при низких температурах регулирующий компонент перемешан с верхней фазой и/или нижней фазой, он все равно функционирует в качестве компонента, изменяющего вязкость компонента с низкой вязкостью, который является основным компонентом нижней фазы. Например, если при внешних условиях, при которых регулирующий компонент смешан с верхней и нижней фазами при низкой температуре, вязкость компонента с низкой вязкостью меньше вязкости регулирующего компонента, которая, в свою очередь, меньше вязкости компонента с высокой вязкостью, то в этом случае вязкость компонента с низкой вязкостью, который является основным компонентом верхней фазы, меньше вязкости верхней фазы, а вязкость нижней фазы меньше вязкости компонента с высокой вязкостью, который является компонентом нижней фазы.
Примеры использования существующих смазок
Сначала здесь, со ссылкой на фиг. 1, приводится пояснение примеров осуществления изобретения в случае использования смазки при запуске машины. Фиг. 1 (верхняя диаграмма) иллюстрирует форму воплощения композиции смазочного масла согласно изобретению, и отображает двухфазное состояние 10, которое является низкотемпературным состоянием. Компонент 20 с низкой вязкостью находится в верхней фазе (вверху), поскольку он является смазочным маслом с низкой плотностью, а компонент 22 с высокой вязкостью находится в нижней фазе (внизу), поскольку он является смазочным маслом с высокой плотностью. Фиг. 1 (диаграмма внизу слева) иллюстрирует воплощение изобретения применительно к машине 1, которая подлежит смазке, и эта машина погружена в верхнюю фазу композиции смазочного масла. Во время запуска (низкая температура) основной вклад в смазку вносит верхняя фаза 20 с низкой вязкостью, а нижняя фаза 22 практически не способствует процессу смазки. При низких температурах смазочное масло с низкой вязкостью имеет достаточные смазочные характеристики (вязкость), и поэтому эффективность смазки обусловлена только компонентом с низкой вязкостью. Фиг. 1 (диаграмма внизу справа) иллюстрирует однофазное состояние 12 сразу после достижения высокой температуры в результате непрерывной работы машины. В данном случае из-за роста температуры компонент 22 с высокой вязкостью смешивается с компонентом 20 с низкой вязкостью, и в результате получается однородная композиция 24 смазочного масла. Компонент 22 с высокой вязкостью компенсирует снижение вязкости, которое сопутствует росту температуры компонента 20 с низкой вязкостью, за счет того, что компонент 22 с высокой вязкостью смешивается с ним по истечении периода, в котором действует только компонент 20 с низкой вязкостью. Поэтому отсутствуют такие дефекты, как разрыв масляной пленки, даже если достигнута высокая температура. Благодаря достигнутой однородности однофазной системы при температуре, равной или выше температуры расслоения, компонент с высокой вязкостью компенсирует снижение вязкости компонента с низкой вязкостью.
Одна особенность настоящего изобретения заключается в поведении композиции смазочного масла, в которой компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью смешаны друг с другом. В частности, смазочное масло с низкой вязкостью, такое как углеводород, который, как правило, может находиться в верхней фазе, обеспечивает смазку при низких температурах, а смесь смазочного масла с высокой вязкостью и смазочного масла с низкой вязкостью обеспечивает смазку при высоких температурах. В таких случаях за счет использования регулирующего компонента согласно настоящему изобретению можно поддерживать кинематическую вязкость при высоких температурах почти на одинаковом уровне, даже при снижении температуры расслоения. С другой стороны, если используемый способ смазки заключается просто в изменении процентного отношения компонента с низкой вязкостью и компонента с высокой вязкостью, как и в патентном документе WO 96/11244, и пока еще не ясно отношение между кинематическими вязкостями и температурой расслоения, чрезвычайно трудно обеспечить кинематические вязкости и температуру расслоения в соответствии с задачей или условиями применения изобретения.
Практическое применение
Специальных ограничений не существует, и композиция смазочного масла в соответствии с настоящим изобретением может быть использована в качестве смазочного масла для различного типа машин. Например, она может быть использована для смазки вращающихся и перемещающихся со скольжением элементов различного типа транспортных средств и промышленных машин или механизмов. В частности, она может быть использована в качестве смазочного масла в областях от низкотемпературной (например, 40°C) до высокотемпературной (например, 120°C) в таких случаях применения, как автомобильные двигатели (дизельные двигатели, бензиновые двигатели и так далее), механизмы для регулирования (переключения) скорости (коробки передач, бесступенчатая коробка передач, автоматическая трансмиссия, ручная трансмиссия, трансмиссия с двойным сцеплением, дифференциал и так далее), случаи промышленного использования (строительные машины, сельскохозяйственные машины, заводские машины, редукторы и так далее), гидравлическое оборудование (гидравлические цилиндры, дверные механизмы и так далее) и компрессорное оборудование (компрессоры, насосы и так далее).
2
2
2
2
2
2
В композиции смазочного масла согласно настоящему изобретению вязкость отличается в соответствии с требованиями ее применения, и в случае смазки двигателя, например, кинематическая вязкость при 100°C может находиться в диапазоне от 5 до 14 мм/с, но предпочтительно в диапазоне от 5 до 12 мм/с и более предпочтительно в диапазоне от 5,5 до 11 мм/с. В случае ручного переключателя скоростей кинематическая вязкость при 100°C может находиться в диапазоне от 4 до 8,5 мм/с, предпочтительно в диапазоне от 4 до 7,5 мм/с и более предпочтительно от 4 до 6,5 мм/с.
Примеры
Далее изобретение поясняется, но не ограничивается приведенными нижеследующими примерами.
Методы проведения испытаний
Различные виды опытных данных для композиции смазочного масла, соответствующей настоящему изобретению, и композиций смазочного масла для сравнительных примеров, были получены путем измерений, проводимых изложенными ниже методами.
[1] Температура расслоения
Температуру расслоения измеряли с использованием нагревательного устройства Corning PC-420D.
(1) Образец массой 50 г был помещен в лабораторный стакан, в который была введена мешалка 100 (фиг. 2).
(2) Экспериментальное оборудование было собрано так, как показано на фиг. 2, и в масло была введена подключенная к термометру 101 термопара 102, предназначенная для измерения температуры масла.
(3) Скорость перемешивания горячей мешалки 103 была установлена равной 300 об/мин.
(4) Температура металлической плиты была установлена равной 200°C, и масло было на ней нагрето до температуры 120°C.
(5) При достижении температуры масла 120°C нагревание было завершено, и образец был охлажден приблизительно до комнатной температуры.
(6) Масло было нагрето до температуры 120°C, после чего была осуществлена процедура по пункту (4).
(7) При достижении температуры масла, равной 120°C, нагревание было закончено, и было исследовано состояние образца в лабораторном стакане.
(8) Когда в лабораторном стакане произошло помутнение пробы (когда стало явным выпадение осадка), была измерена температура масла, которая была указана как температура расслоения. Способ измерения был проверен визуально, но в качестве референсной величины было использовано измерение анилиновой точки (по методу стандарта JIS K 2256).
[2] Кинематическая вязкость (40°C)
Был использован образец, для которого измеряли температуру расслоения в [1]. Для измерения кинематической вязкости (40°С) в качестве измерительного устройства использовали вискозиметр Уббелоде (Ubbelohde), и измерения проводили в соответствии с методом по стандарту JIS K 2283. Поскольку при измеренных температурах расслоение на две фазы было возможным, в качестве образца для измерения вязкости была отобрана надосадочная часть верхней фазы (где компонент с низкой вязкостью был основным компонентом).
[3] Кинематическая вязкость (100°C)
Как и в [2] был использован образец, для которого в [1] была измерена температура расслоения. Для измерения кинематической вязкости (100°C) в качестве измерительного устройства использовали вискозиметр Уббелоде (Ubbelohde), и измерения проводили в соответствии со стандартом JIS K 2283. Измерение проводили путем заполнения образцом трубки вискозиметра, предварительно нагретой до 100°C и введения ее в ванну, прежде чем температура могла понизиться.
[4] Кажущийся индекс вязкости
Кажущийся ИВ (индекс вязкости) был вычислен на основании измеренных вышеупомянутых кинематических вязкостей при 40°C и 100°C в соответствии со стандартом KIS K 2283. Кажущийся ИВ отличается от нормального ИВ и измеряется с использованием надосадочной жидкости, при этом кинематическая вязкость при 40°C получена для части композиции.
[5] Плотность (15°C)
Измерение плотности (15°C) проводилось в соответствии со стандартом JIS K 2249 с использованием для испытаний устройства вибрационного типа (Kyoto Electronics Manufacturing Co.: DA - 300).
[6] Массовое отношение кислород/углерод
Массовое отношение кислород/углерод (отношение количества кислорода по массе к количеству углерода по массе) было измерено в соответствии со стандартом JPI-5S-65 (Нефтяные продукты - Определение содержания углерода, водорода и азота) и стандартом JPI-5S-68 (Нефтяные продукты - Определение содержания кислорода), с помощью испытательного устройства vario EL III, производимого компанией Slementar Co.
Примеры и сравнительные примеры
Композиции смазочного масла, использующие указанные ниже компоненты, были приготовлены для примеров воплощения изобретения и сравнительных примеров. Если специально не оговорено иное, указанные количества означают массовое содержание. Компоненты, используемые в примерах воплощения изобретения и сравнительных примерах, были нижеследующими.
[1] Компонент с низкой вязкостью
Для компонента с низкой вязкостью были использованы перечисленные ниже базовые масла 1-6. Массовое отношение кислород/углерод для всех этих масел было равно 0 (ввиду отсутствия атомов кислорода).
3
2
2
(1) «Базовое масло 1» представляло собой минеральное масло GP II (производимое для продажи компанией S Oil под торговым наименованием Ultra S-2), которое имело плотность, равную 0,8198 г/см при 20°C, и кинематическую вязкость 7,65 мм/с при 40°C и 2,28 мм/с при 100°C.
3
2
2
(2) «Базовое масло 2» представляло собой синтетическое масло GP IV (производимое для продажи компанией INEOS под торговым наименованием Durasyn 162), которое имело плотность, равную 0,7972 г/см при 20°C, и кинематическую вязкость 5,75 мм/с при 40°C и 1,85 мм/с при 100°C (часто встречающееся наименование - РА02).
2
2
(3) «Базовое масло 3» представляло собой минеральное масло GP III (парафинистое базовое масло) (производимое для продажи компанией SK Lubricants под торговым наименованием Yubase 4), которое имело плотность, равную 0,8326 г/см3 при 20°C, и кинематическую вязкость 19,38 мм/с при 40°C и 4,25 мм/с при 100°C.
2
2
(4) «Базовое масло 4» представляло собой синтетическое масло GP IV (производимое для продажи компанией Exxon Mobil Chemicals под торговым наименованием Spectra Syn 4), которое имело плотность, равную 0,8189 г/см3 при 20°C, и кинематическую вязкость 17,57 мм/с при 40°C и 3,96 мм/с при 100°C.
2
2
(5) «Базовое масло 5» представляло собой минеральное масло GP IV (производимое для продажи компанией Mobil под торговым наименованием SHF41) с кинематической вязкостью, составляющей 17,25 мм/с при 40°C и 3,88 мм/с при 100°C (часто встречающееся наименование - РА04).
[2] Присадки
В отношении присадок следует отметить, что пакет присадок ATF был перемешан с регулирующим компонентом. «Пакет присадок» представляет собой специальный пакет присадок для улучшения характеристик трансмиссионных жидкостей и представляет собой комплекс, который содержит комбинацию присадок, которые позволяют улучшить характеристики смазки и включают присадки для улучшения трения, антиоксиданты, противозадирные присадки, противоизносные присадки, дисперганты, моющие присадки.
[3] Регулирующий компонент
В качестве регулирующего компонента были использованы нижеследующие сложные эфиры 1-4.
3
2
2
(1) «Сложный эфир 1» представлял собой сложный диэфир жирной кислоты (диизононил адипинат, торговое наименование DINA, производитель - компания Taoka Chemical Co.), который имел плотность, равную 0,924 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,221 и кинематические вязкости 10,81 мм/с при 40°C и 3,042 мм/с при 100°С.
3
2
(2) «Сложный эфир 2» представлял собой сложный моноэфир жирной кислоты (изооктил стеарат, торговое наименование - Exeparl EH-S, производитель - Kао Corp.), который имел плотность, равную 0,8577 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,0969 и кинематические вязкости 9,701 мм /с при 40°C и 2,928 мм/с при 100°C.
3
2
2
(3) «Сложный эфир 3» представлял собой триметиловый сложный эфир (3-н-алкил тримеллитат, торговое наименование - Trimex N-08, производитель - Kao Corp.), который имел плотность, равную 0,982 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,219 и кинематические вязкости 45,81 мм/с при 40°C и 7,272 мм/с при 100°C.
3
2
2
(4) «Сложный эфир 4» представлял собой сложный триэфир жирной кислоты (триметилолпропил олеат, торговое наименование - Kaolube 190, производитель - Kao Corp.), который имел плотность, равную 0,918 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,128 и кинематические вязкости 49,21 мм/с при 40°C и 9,816 мм/с при 100°C.
[4] Компонент с высокой вязкостью
В качестве компонента с высокой вязкостью были использованы нижеследующие полиалкиленгликоли.
3
2
2
(1) «PAG 1» представлял собой полиалкиленгликоль (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu MB- 14), который имел плотность, равную 0,995 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,428 и кинематические вязкости 73,4 мм/с при 40°C и 13,75 мм/с при 100°C.
3
2
2
(2) «PAG 2» представлял собой полиалкиленгликоль (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu MB- 22), который имел плотность, равную 1,000 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,446 и кинематические вязкости 125 мм/с при 40°C и 22,13 мм/с при 100°C.
3
2
2
(3) «PAG 3» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu МВ-38), который имел плотность, равную 1,002 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,451 и кинематические вязкости 227 мм/с при 40°C и 36,28 мм/с при 100°C.
3
2
2
(4) «PAG 4» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu МВ-38), который имел плотность, равную 1,002 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,451 и кинематические вязкости 227 мм/с при 40°C и 36,28 мм/с при 100°C.
3
2
2
(5) «PAG 5» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Dow Chemical Р4000), который имел плотность, равную 1,006 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,453 и кинематические вязкости 398 мм/с при 40°C и 62,23 мм/с при 100°C.
3
2
2
(6) «PAG 6» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu TG-4000), который имел плотность, равную 1,008 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,460 и кинематические вязкости 321,4 мм/с при 40°C и 47,17 мм/с при 100°C.
3
2
2
(7) «PAG 7» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu D-250), который имел плотность, равную 1,019 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,578 и кинематические вязкости 23 мм/с при 40°C и 3,215 мм/с при 100°C.
3
2
2
(8) «PAG 8» представлял собой полиалкиленгликоль этиленоксид + пропиленоксид (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu 50МВ-72), который имел плотность, равную 1,058 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,550 и кинематические вязкости 397 мм/с при 40°C и 71,07 мм/с при 100°C.
3
2
2
(9) «PAG 9» представлял собой полиалкиленгликоль (поставляется на рынок под торговым наименованием Nichiyu PEG400), который имел плотность, равную 1,13 г/см при 20°C, массовое отношение кислород/углерод 0,760 и кинематические вязкости 40,6 мм/с при 40°C и 7,316 мм/с при 100°C.
3
2
2
(10) «PAG 10» представлял собой полиалкиленгликоль (поставляется на рынок компанией Rhein Chemie под торговым наименованием Baylube 150GL), который имел плотность, равную 1,00 г/см при 75°F (42°C), и кинематические вязкости 143 мм/с при 40°C и 22,6 мм/с при 100°C.
Пример 1
Различные образцы композиции смазочного масла были приготовлены путем дозирования компонентов в лабораторный стакан и перемешивания, при этом дозирование осуществлялось в следующем порядке: компоненты с высокой вязкостью, присадки, регулирующие компоненты и компоненты с низкой вязкостью, указанные ниже.
В Таблице 1 представлены композиции из комбинаций, использующих Базовое масло 1 в качестве компонента с низкой вязкостью, PAG в качестве компонента с высокой вязкостью и Сложный эфир 1 в качестве регулирующего компонента, а также приведены температура расслоения и кинематические вязкости (при температурах 40°C и 100°C). Количества различных компонентов в композициях смазочного масла в Таблице 1 (и в Таблицах 2-5) выражены в мас.%, если не указано иное.
Пример 2
Были приготовлены различные образцы композиции смазочного масла таким же образом, как и в Примере 1 - путем дозирования компонентов в лабораторный стакан в следующем порядке: компоненты с высокой вязкостью, присадки, регулирующие компоненты и компоненты с низкой вязкостью, как описано ниже, и их перемешивания. В Таблицах 2 и 3 представлены композиции из различных комбинаций, использующих компоненты с высокой вязкостью и регулирующие компоненты, а также приведены температура расслоения и кинематические вязкости (при 40°C и 100°C).
Сравнительный пример 1
Композиции смазочного масла были приготовлены в соответствии с описанием примера в патентном документе WO 96/11244 (сс. 28-29 описания, Таблица 3, смазочная композиция 2). В Таблице 4 представлена композиция из комбинации компонента с высокой вязкостью и компонента с низкой вязкостью, указанных в документе WO 96/11244, который является аналогом, а также приведены температура расслоения и кинематическая вязкость при 100°C. Описанный в WO 96/11244 способ смазки не использует регулирующий компонент, соответствующий настоящему изобретению.
Сравнительный пример 2
Различные образцы композиции смазочного масла были приготовлены таким же образом, как и в Примере 1, путем дозирования компонентов в лабораторный стакан в следующем порядке: компоненты с высокой вязкостью, присадки, регулирующие компоненты и базовые масла, как показано ниже, и их перемешивания. Были измерены температура расслоения и кинематические вязкости (40°C и 100°C).
В случаях от (2-1) до (2-3) происходило смешивание при 25°C, и поэтому были измерены кинематические вязкости при 40°C и 100°C смешанных компонентов (обозначены символом *). В случаях от (2-4) до (2-6) смешивание не происходило даже при нагревании до 120°C, и две фазы сохранялись, как и были ранее, и поэтому компоненты не были признаны подходящими для использования в качестве смазочных масел для двухфазной системы согласно настоящему изобретению, и кинетические вязкости не были измерены.
Обсуждение результатов
Присутствие или отсутствие регулирующего компонента (Пример 1 и Сравнительный пример 1).
2
2
2
В соответствии с результатами Примера 1 с помощью двухфазной композиции смазочного масла, такой как используется в настоящем изобретении, путем добавления к компоненту с низкой вязкостью и компоненту с высокой вязкостью соединения сложного эфира, которое является регулирующим компонентом, становится возможным изменять температуру расслоения, поддерживая в то же время кинематическую вязкость при 100°C почти на том же уровне. Например, в случаях от (1-1) до (1-3) в Примере 1 было возможным регулировать расслоение масла в диапазоне температур от 50°C до 69°C с одновременным сохранением кинематической вязкости, при 100°C приблизительно равной 6,5 мм/с, в случаях (1-4) и (1-5) в Примере 1 было возможным регулировать расслоение масла в диапазоне температур от 69°C до 100°C с одновременным сохранением кинематической вязкости, при 100°C приблизительно равной 2,8 мм/с и в случаях от (1-6) до (1-8) в Примере 1 - регулировать расслоение масла в диапазоне температур от 49°C до 77°C с одновременным сохранением кинематической вязкости при 100°C приблизительно равной 6,0 мм/с. Другими словами, было очевидно, что при использовании в качестве регулирующего компонента соединения сложного эфира, а также при снижении температуры расслоения, изменения кинематической вязкости практически не происходило (см. фиг. 3).
Кроме того, когда количество соединения сложного эфира, действующего как регулирующий компонент, было больше нуля [случаи (1-1) и (1-2), (1-4) и (1-5) и (1-6) и (1-7) в Примере 1], было очевидным, что степень снижения температуры фазового перехода (температуры расслоения) повышается по мере увеличения количества соединения сложного эфира (от 5% до 20%). В этих случаях изменение кинематической вязкости фактически также не происходило. По результатам выбора соединения сложных эфиров, обеспечивающего более легкое смешивание компонента с низкой вязкостью и компонента с высокой вязкостью, были обнаружены таковые с подходящей полярностью, и стало возможным смешивать оба компонента при температуре, более низкой, чем в том случае, когда регулирующий компонент в композицию не был добавлен. В этом случае также было очевидно отсутствие заметного влияния на кинематическую вязкость.
С другой стороны, в соответствии со способом смазки, описанным в патентном документе WO 96/11244 [см. (1-2)-(1-6) в Сравнительном примере 1, Таблица 4], регулирующий компонент не использовали, а лишь изменяли отношения количеств компонента с низкой вязкостью и компонента с высокой вязкостью. В этом случае, как показано на фиг. 3, при увеличении относительного количества компонента с высокой вязкостью кинематическая вязкость смазки при 100°C повышается, а температура расслоения повышается и затем понижается, демонстрируя при этом значительные изменения, так что регулирование кинематической вязкости и температуры расслоения крайне затруднительно, и трудно получить композицию смазочного масла, которая может быть использована на практике.
(2) Сравнение компонента с высокой вязкостью (Примеры 1 и 2 и Сравнительный пример 1)
2
3
Как и в Примерах 1 и 2, когда был использован регулирующий компонент путем его добавления к компоненту с низкой вязкостью и компонентам с высокой вязкостью, называемым здесь PAG 3, PAG 4, PAG 5, PAG 6 и PAG 7, смесь при температуре от 40 до 100°C из двухфазного состояния переходит в одну фазу, так что она становится двухфазной при низких температурах и однофазной при высоких температурах. Кроме того, кинематическая вязкость при 100°C смеси, которая стала однофазной, сохраняется в пределах от 2,5 до 15 мм/с. Это означает, что вязкость соответствует цели изобретения, которая заключается в том, что в высокотемпературной области не должны происходить потери масляной пленки. Компонентами с высокой вязкостью, которые обеспечивают такой необходимый результат, являются, по мнению авторов изобретения, компоненты с плотностью в диапазоне от 1,000 до 1,050 г/см и массовым отношением кислород/углерод в диапазоне от 0,450 до 0,580.
С другой стороны, как показано в Сравнительном примере 2, при использовании в качестве компонента с высокой вязкостью компонента PAG 1 и PAG 2, имеющего низкую плотность и низкую величину массового отношения кислород/углерод [случаи от (2-1) до (2-3) включительно в Сравнительном примере], компонент с низкой вязкостью и компонент с высокой вязкостью смешиваются уже при 25°C на стадии перед нагреванием, и при низких температурах это не соответствует цели изобретения, поскольку используется только вязкость компонента с низкой вязкостью, который обычно находится в верхней фазе. В то же время при использовании компонентов с высокой вязкостью, называемых здесь PAG 8 и PAG 9, которые имеют высокую плотность и высокие величины массового отношения кислород/углерод [от (2-4) до (2-6) включительно в Сравнительном примере], даже при нагревании до 120°C компонент с высокой вязкостью и компонент с низкой вязкостью оставались разделенными на две фазы и не смешивались, так что цель использования компонента с высокой вязкостью и компонента с низкой вязкостью при высоких температурах в области 100°C не достигается. С учетом диапазона температур, в котором используют автомобили, промышленное оборудование и тому подобное, температура, при которой происходит разделение на две фазы, находится в диапазоне от 40 до 100°C, и желательно, чтобы две фазы существовали при температурах ниже температуры расслоения смазки, а одна фаза - при температурах выше температуры расслоения. В случаях от (2-1) до (2-6) включительно в Сравнительном примере 2, принимая во внимание, что температура расслоения находится вне указанной области температур, эти композиции не соответствуют цели настоящего изобретения.