СМАЗОЧНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ИНГИБИРУЮЩАЯ АДСОРБЦИЮ АЛЬФА-ОЛЕФИНА, СПОСОБ ИНГИБИРОВАНИЯ АДСОРБЦИИ И ИНГИБИТОР АДСОРБЦИИ
LUBRICANT COMPOSITION, INHIBITING ADSORPTION OF ALPHA-OLEFIN, ADSORPTION INHIBITION METHOD AND ADSORPTION INHIBITOR

Область техники
Настоящее изобретение относится к смазочной композиции и, более конкретно, к улучшению промышленного смазочного масла, такого как рабочая жидкость на масляной основе или компрессорное масло.
Уровень техники
Смазочное масло, такое как рабочая жидкость на масляной основе или компрессорное масло, не обладает хорошими показателями окислительной стабильности и защиты от коррозии, и его невозможно использовать постоянно в течение продолжительного периода времени, если в него не добавлен комплекс присадок, включающий ингибитор коррозии, который используется в качестве присадки в смазочной композиции. Поэтому смазочную композицию с желательными окислительной стабильностью и показателями защиты от коррозии получают добавлением комплекса присадок, включающего ингибитор коррозии, к смазочной композиции, которая используется как рабочая жидкость на масляной основе, компрессорное масло или т.п.
Хотя обычно добавление подобного комплекса присадок, включающего ингибитор коррозии, дает возможность обеспечивать окислительную стабильность и защиту от коррозии, было обнаружено, что с определенными типами смазочных композиций даже присадка широко используемого комплекса присадок включающего ингибитор коррозии, не приводит к получению достаточных окислительной стабильности и защиты от коррозии.
Несмотря на то, что причины невозможности обеспечения окислительной стабильности и защиты от коррозии точно не установлены, согласно результатам различных исследований было установлено, что подобное явление возникает в тех случаях, когда в базовом масле смазочной композиции используются базовые масла, отнесенное к группе III, группе IV и полиизобутиленам, отнесенным к группе V (согласно классификации базовых масел по API) или их смеси.
В результате выполнения разных тестов и анализов выявилось, что причина этого явления заключается в наличии мизерного количества α-олефина с двойной связью, примешанного к смазочной композиции. Альфа-олефины имеют высокую реакционную способность и, предположительно, оказывают негативное воздействие на окислительную стабильность.
Изобретение, представленное в данной заявке, имеет целью получение смазочной композиции и т.п. составов, имеющих прекрасные окислительную стабильность и показатели защиты от коррозии, путем ингибирования адсорбции очень маленьких количеств α-олефина, который, как описано ранее, оказывает негативное влияние на окислительную стабильность и показатели защиты от коррозии в смазочной композиции, такой как рабочая жидкость на масляной основе или компрессорное масло, при котором α-олефин не оказывает вредное воздействие на поверхность металла.
Хотя изобретатели считают, что вещества, оказывающие антикоррозионное действие, должны, в общем случае, быть эффективными, после тестирования для подтверждения ингибирующего действия различных веществ на адсорбцию очень маленького количества α-олефина в смазочной композиции они пришли к выводу, что наличие одного только антикоррозионного действия не всегда означает, что вещество будет по настоящему эффективным.
Поскольку базовые масла группы III и группы IV на 90 % мас. или более состоят из насыщенных углеводородов, изобретатели попытались достичь нужного эффекта введением большого количества присадки с антикоррозионным действием. В результате они обнаружили, что, из-за низкой растворимости присадки в базовых маслах приходилось ее добавлять в большом количестве, что экономически нецелесообразно. Поэтому следует выбрать присадку, которая оказывает нужное действие при введении в малом количестве.
Затем они обнаружили, что среди всего спектра добавок нужными качествами обладают производное саркозиновой кислоты, производное аспарагиновой кислоты, производное диэтаноламина или смесь этих соединений. Именно эти добавки позволяют получить смазочную композицию, имеющую хорошую окислительную стабильность и высокие показатели защиты от коррозии. Конкретно, настоящее изобретение основано на том, что добавление подобной присадки может ингибировать адсорбирующий эффект α-олефина, смешанного со смазочной композицией.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, предложена смазочная композиция, содержащая в качестве базового масла любое из масел из группы III, группы IV, и полиизобутиленам, отнесенным к группе V в соответствии с классификацией базовых масел по API, или их смесь, и α-олефин, присутствующий в количестве 1 % мас. или менее относительно общей массы композиции, причем к композиции добавлены производное саркозиновой кислоты, производное аспарагиновой кислоты, производное диэтаноламина или их смеси.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ ингибирования адсорбции α-олефина, присутствующего в смазочной композиции, на поверхности металла, причем смазочная композиция содержит в качестве базового масла любое из масел группы III, группы IV или полиизобутилены, отнесенные к группе V в соответствии с классификацией базовых масел по API, или их смесь, и α-олефин, присутствующий в количестве 1 % мас. или менее относительно общей массы композиции; этот способ включает добавление к смазочной композиции производного саркозиновой кислоты, производного аспарагиновой кислоты, производного диэтаноламина или их смеси.
Настоящее изобретение может повышать окислительную стабильность и показатели защиты от коррозии смазочной композиции путем ингибирования адсорбции очень маленького количества α-олефина, присутствующего в смазочной композиции, и, в результате, дает возможность получать высокоэффективную смазочную композицию.
Подробное описание изобретения
Базовое масло смазочной композиции содержит, в качестве базового масла, любое из масел группы III, группы IV, и полиизобутиленов, отнесенных к группе V в соответствии с классификацией базовых масел по API, или их смесь. Это означает, что все или по существу все (т. е., более чем 90% мас. относительно массы базового масла) базовое масло состоит из одного или более базовых масел группы III, группы IV и полиизобутиленов, отнесенных к группе V в соответствии с классификацией базовых масел по API. Базовое масло смазочной композиции по настоящему изобретению представляет собой, например, поли-α-олефин (ПАО), относящийся к группе IV в соответствии с классификацией базовых масел по API, высоко гидрогенизированное и рафинированное минеральное масло с высоким индексом вязкости, относящееся к группе III, базовое масло «газ в жидкости» (ГВЖ) с низким содержанием серы или ненасыщенных углеводородов, полиизобутилен, относящийся к группе V, или смесь этих масел.
Даже при использовании широко распространенного комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, для смазочной композиции, в которой используется базовое масло, содержащее базовое масло из группы III, группы IV и полиизобутиленов, относящихся к группе V, могут не достигаться желательная окислительная стабильность и показатели защиты от коррозии.
Предполагается, что невозможность получать желательную окислительную стабильность и показатели защиты от коррозии обусловлена очень маленьким количеством α-олефина, присутствующего в смазочной композиции, как описано выше.
ПАО из группы IV получают полимеризацией α-олефинов, и такие ПАО, содержащие смешанный с ними α-олефин, предположительно образуются, когда очень маленькое количество α-олефина, имеющего двойную связь, остается не прореагировавшим.
Предполагается, что такой α-олефин, адсорбированный на поверхности металла, препятствует достижению достаточных окислительной стабильности и показателей защиты от коррозии. Другая возможность заключается в том, что α-олефин действует как ядро, провоцирующее ингибитор коррозии к формированию мицелл, что делает невозможным его адсорбцию на поверхности металла и выполнение функций ингибитора коррозии.
В процессе производства базовых масел из группы III, углеводороды изомеризуются гидрокрекингом, но если парциальное давление водорода оказывается недостаточным или гидрогенизация оказывается незавершенной, очень маленькое количество α-олефина предположительно смешивается со смазочной композицией, в которой использовано такое базовое масло.
Полиизобутилен имеет молекулярную структуру длинноцепочечного углеводорода, получаемую полимеризацией изобутена, и классифицируется как базовое масло из группы V. Предположительно, из изобутена, использованного в качестве сырья, выделяется очень маленькое количество α-олефина и смешивается с таким базовым маслом.
Выражение «очень маленькое количество α-олефина смешивается с» означает, что в смазочной композиции присутствует 1% мас. или менее α-олефина. Количество α-олефина всегда больше, чем 0% мас., т. е., присутствует обнаружимое количество α-олефина. В качестве показателя содержания ненасыщенных соединений, используется йодное число или бромное число; йодное число описано в JIS K 0070 «Test Methods for Acid Value, Saponification Value, Ester Value, Iodine Value, Hydroxyl Value and Unsaponifiable Matter of Chemical Products».
Настоящее изобретение является эффективным в случаях, когда йодное число базового масла составляет 1,0 г/100 г или менее, предпочтительно от 0,02 г/100 г до 1,0 г/100 г, и более предпочтительно от 0,09 г/100 г до 1,0 г/100 г. Настоящее изобретение является эффективным также в случаях, когда бромное число составляет 0,64 г/100 г или менее, предпочтительно от 0,01 г/100 г до 0,64 г/100 г, и более предпочтительно от 0,06 г/100 г до 0,64 г/100 г.
Добавление к смазочной композиции производного саркозиновой кислоты дает положительный эффект в тех случаях, когда добавление широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, не приводит к получению достаточных окислительной стабильности и показателей защиты от коррозии.
Такое производное саркозиновой кислоты описывается следующей формулой 1:
1
16-20
17
Функциональная группа R в формуле 1 обозначает алкил C и, предпочтительно, алкил C.
Такое производное саркозиновой кислоты добавляют в смазочную композицию для получения желательных окислительной стабильности и показателей защиты от коррозии
Хотя неясно, обусловлен ли этот эффект тем, что производное саркозиновой кислоты, добавленное к смазочной композиции, каким-то образом ингибирует адсорбцию на металлической поверхности α-олефинов, смешанных со смазочной композицией, результатом является получение желательной окислительной стабильности и показателей защиты от коррозии.
Поскольку базовые масла из группы III и группы IV являются высокорафинированными, а добавки обычно имеют низкую растворимость, производное саркозиновой кислоты можно добавлять в количестве от 0,001 до 3% мас. и, предпочтительно, от 0,005 до 2% мас. от общей массы смазочной композиции, чтобы избежать лишних затрат, связанных с добавкой слишком больших количеств присадок.
Вещество, ингибирующее адсорбцию α-олефина, как описано ранее, представляет собой производное аспарагиновой кислоты. Такое производное аспарагиновой кислоты описывается следующей формулой 2:
2
3
3-6,
4
1-30
1-30
6-18
3-6
12-16
5
1-30
1-30
Функциональные группы R и R в формуле 2 обозначает водород, один и тот же или разный алкил C алкил, алкенил или гидроксиалкил и, предпочтительно, могут обозначать 2-метилпропил или трет-бутил. Функциональная группа R обозначает алкил C или алкенил, алкил C, имеющий эфирную связь, или гидроксиалкил. Примерами таких соединений являются октадецил, алкоксипропил или 3-Cалкокси Cалкил и, более предпочтительно, циклогексилоксипропил, 3-октилоксипропил, 3-изооктилоксипропил, 3-децилоксипропил, 3-изодексилоксипропил или 3-Cалкоксипропил. R обозначает функциональную группу насыщенной или ненасыщенной C карбоновой кислоты или алкил C, алкенил или гидроксиалкил. Примерами таких групп являются группа пропионовой кислоты или группа пропиониловой кислоты.
Это производное аспарагиновой кислоты может использоваться в количествах от 0,005 до 3% мас. и, предпочтительно, от 0,01 до 3% мас. от общей массы смазочной композиции.
Вещество, ингибирующее адсорбцию α-олефина, как описано ранее, представляет собой производное диэтаноламина. Такое производное диэтаноламина описывается следующей формулой 3:
6
16-20
18
Функциональная группа R в формуле 3 обозначает алкил C и, предпочтительно, алкил C.
Как и производное саркозиновой кислоты, производное диэтаноламина может использоваться в количествах от 0,001 до 3% мас. и, предпочтительно, от 0,005 до 2% мас. от общей массы смазочной композиции.
Ингибитор адсорбции α-олефина по настоящему изобретению и смазочные композиции, в которых используется этот ингибитор, конкретно будут описаны ниже со ссылкой на примеры и сравнительные примеры, но настоящее изобретение не ограничено этими примерами.
Примеры
Для реализации примеров и сравнительных примеров, были приготовлены следующие вещества.
Базовое масло:
10
ПАО8: Поли-α-олефин, полученный полимеризацией α-олефинов 3-4 C, в качестве главного ингредиента. Йодное число этого ПАО8 находится на пределе или ниже предела обнаружения, что указывает на фактическое отсутствие примешанных α-олефинов.
Обычный комплекс присадок, содержащий ингибитор коррозии:
Промышленный комплекс присадок (IRGALUBE 2030A, произведенный BASF): Этот промышленный комплекс присадок типа R&O содержит N-1-нафтиланилин, N,N-бис(2-этилгексил)-(4 или 5)-метил-1H-бензотриазол-1-метиламин, (4-нонилфенокси)бензойную кислоту, алкилированный дифениламин, пространственно экранированный фенол и ацилсаркозиновую кислоту.
Добавляемый α-олефин:
В примерах и сравнительных примерах, α-олефин представляет собой реагент 1-октадецен, произведенный компанией Wako Pure Chemical Industries. Поскольку это соединение имеет молекулярную массу 252, йодное число, рассчитанное в отдельном соединении, составляет 101 г/100 г, а бромное число составляет 63,5 г/100 г. Йодное число, полученное для α-олефина в композициях, содержащих 1,0% мас. 1-октадецена, в примерах и сравнительных примерах составляет около 1,0 г/100 г, а бромное число составляет около 0,64 г/100 г.
Присадки
1
17
1. Производное саркозиновой кислоты: Олеилсаркозиновая кислота, в которой функциональная группа R обозначает алкил C, показанный в формуле 1.
2. Производное аспарагиновой кислоты: Смесь дибутилового эфира N-1-окси-3-карбонилоксипропил-N-3-октилоксипропил-аспарагиновой кислоты, диизобутилового эфира N-1-окси-3-карбонилоксипропил-N-3-децилоксипропил-аспарагиновой кислоты, диизобутилового эфира N-1-окси-3-карбонилоксипропил-N-3-додецилоксипропил-аспарагиновой кислоты и диизобутилового эфира N-1-окси-3-карбонилоксипропил-N-3-тетрадецилоксипропил-аспарагиновой кислоты, приведенного в формуле 2 (кислотное число по методике JIS K2501: 100 мг KOH/г).
6
3. Производное диэтаноламина: N-алкенилдиэтаноламин (главный ингредиент: N-олеилдиэтаноламин), содержащий диэтаноламин (соединение третичного амина), в котором R обозначает линейный алкил, приведенный в формуле 3 (кислотное число по методике JIS K2501: 160 мг KOH/г).
4. Производное янтарной кислоты: (Тетраизопропенил)янтарная кислота и ее моноэфир с 1,2-пропандиолом (кислотное число по методике JIS K2501: 160 мг KOH/г).
5. Эпоксидированный эфир: Эпоксидированный 2-этилгексиловый эфир жирной кислоты семян рапса.
6. Салицилат кальция: Содержание кальция: 8% мас., кислотное число по методике JIS K2501: 230 мг KOH/г.
7. Сульфонат кальция: Содержание кальция: 2,1% мас., кислотное число по методике JIS K2501: 0,2 мг KOH/г.
8. Алкиловый эфир карбоновой кислоты: кислотное число по методике JIS K2501: 120 мг KOH/г.
Пример 1
Смазочная композиция содержит 98,4% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,1 % мас. производного саркозиновой кислоты.
Пример 2
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. производного саркозиновой кислоты.
Пример 3
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. производного аспарагиновой кислоты.
Пример 4
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. производного диэтаноламина.
Сравнительный пример 1
Смазочная композиция содержит только базовое масло, состоящее из 100% мас. ПАО8.
Сравнительный пример 2
Смазочная композиция содержит 99,5% мас. ПАО8 и 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии.
Сравнительный пример 3
Смазочная композиция содержит 98,5% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, и 1,0% мас. α-олефина.
Сравнительный пример 4
Смазочная композиция содержит 98,4% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,1% мас. производного янтарной кислоты.
Сравнительный пример 5
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. производного янтарной кислоты.
Сравнительный пример 6
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. эпоксидированного эфира.
Сравнительный пример 7
Смазочная композиция содержит 98,4% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,1% мас. салицилата кальция.
Сравнительный пример 8
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. салицилата кальция.
Сравнительный пример 9
Смазочная композиция содержит 98,4% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,1% мас. сульфоната кальция.
Сравнительный пример 10
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. сульфоната кальция.
Сравнительный пример 11
Смазочная композиция содержит 98,0% мас. ПАО8, 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, 1,0% мас. α-олефина и 0,5% мас. алкилового эфира карбоновой кислоты.
Тесты:
Тест на защиту от коррозии: В соответствии с методикой JIS K2510, 300 мл исследуемого масла поместили в сосуд, установленный в термостатической ванне, перемешивали со скоростью 1000 оборотов в минуту, и нагрели до 60°C, затем тестируемые образцы, изготовленные из железа, поместили в исследуемое масло, в которое дополнительно ввели 30 мл искусственной морской воды, и при 60°C перемешивали в течение 24 часов, после этого тестируемые образцы извлекли и визуально оценили, появилась ли ржавчина и, если появилась, то до какой степени.
Оценка теста основывалась на следующих критериях.
Ржавчина не обнаружена Отсутствует (пройден: O)
Обнаружено немного ржавчины Немного (не пройден: ×)
Обнаружено умеренное количество ржавчины Умеренное (не пройден: ×)
Обнаружено большое количество ржавчины Большое (не пройден: ×)
В таблицах 1 и 2 приведены композиции из примеров и сравнительных примеров, а также результаты выполнения теста на защиту от коррозии.
Обсуждение
В сравнительном примере 1, в котором использовалось только базовое масло ПАО8, появилось большое количество ржавчины.
Композиция сравнительного примера 2 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 1 с 0,5% мас. широко используемого комплекса присадок, содержащего ингибитор коррозии, и, в результате, ржавчины не было обнаружено.
Композиция сравнительного примера 3 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 2 с 1,0% мас. α-олефина, и ржавчина (умеренная) была обнаружена, несмотря на то, что смазочная композиция содержала комплекс присадок, включающий ингибитор коррозии. Причина появления ржавчины сявзана с тем, что к композиции был примешан α-олефин.
Композиция примера 1 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,1% мас. производного саркозиновой кислоты, в присутствии которого ржавчина не возникла.
Композиция примера 2 была получена комбинацией того же состава с 0,5% мас. производного саркозиновой кислоты, в присутствии которого ржавчина не возникла.
Композиция примера 3 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,5% мас. производного аспарагиновой кислоты, в присутствии которого ржавчина не возникла.
Композиция примера 4 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,5% мас. производного диэтаноламина, в присутствии которого ржавчина не возникла.
Следовательно, даже с α-олефином, примешанным к смазочной композиции, добавление маленького количества производного саркозиновой кислоты, производного аспарагиновой кислоты или производного диэтаноламина, судя по всему, ингибирует действие адсорбции α-олефина, и достигается эффект ингибирования коррозии.
Композиция примера 4 была получена комбинацией композиции равнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,1% мас. производного янтарной кислоты, в присутствии которого возникла ржавчина (умеренная). Композиция сравнительного примера 5 была получена комбинацией того же состава с 0,5% мас. производного янтарной кислоты, в присутствии которого ржавчина не возникла.
Композиция сравнительного примера 6 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,5% мас. эпоксидированного эфира, в присутствии которого возникла ржавчина (в большом количестве).
Композиция сравнительного примера 7 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,1% мас. салицилата кальция, в присутствии которого возникла ржавчина (в большом количестве).
Композиция сравнительного примера 8 была получена комбинацией того же состава с 0,5% мас. салицилата кальция, в присутствии которого возникла ржавчина (умеренная).
Композиция сравнительного примера 9 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,1% мас. сульфоната кальция, в присутствии которого возникла ржавчина (в большом количестве). Композиция сравнительного примера 10 была получена комбинацией того же состава с 0,5% мас. сульфоната кальция, в присутствии которого возникла ржавчина (в большом количестве).
Композиция сравнительного примера 11 была получена комбинацией композиции сравнительного примера 3, содержащего примешанный α-олефин, с 0,5 масс. % алкилового эфира карбоновой кислоты, в присутствии которого возникла ржавчина (большая).
Таким образом, при добавлении производного янтарной кислоты, эпоксидированного эфира, салицилата кальция и сульфоната кальция в количествах, которые обычно считаются подходящими, обнаружилось, что эти вещества, которые обычно считаются оказывающими ингибирующий эффект и используются для получения такого эффекта, не могли предотвратить усиление коррозии, вызванное примешанным α-олефином.