發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及潤(rùn)滑組合物的領(lǐng)域,尤其是用于飛機(jī)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)或用于輸送鏈。
尤其是,本發(fā)明涉及一種減少潤(rùn)滑組合物在非常高溫度下的薄膜結(jié)焦的方法,所述潤(rùn)滑組合物含有一種特定離子液體或多種特定離子液體的混合物,尤其是作為基礎(chǔ)油。
現(xiàn)有技術(shù)
飛機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)需要具有高性能的潤(rùn)滑組合物,其可以在非常寬范圍的溫度下使用。要用于民用和軍用航空的潤(rùn)滑組合物必須符合非常精確的規(guī)格,詳細(xì)參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)例如由軍隊(duì)規(guī)定的milprf23699或由saeinternational規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)as5780。其中,這些標(biāo)準(zhǔn)確定潤(rùn)滑組合物的物理和化學(xué)性能、熱穩(wěn)定性水平、對(duì)于氧化的穩(wěn)定性或抗磨損性能。
在最近六年期間,飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到非常顯著的提高,從而產(chǎn)生對(duì)于潤(rùn)滑組合物的新要求。
用于航空、用于軍用航空以及用于民用航空的新條件,例如顯著減少大氣污染物質(zhì)例如氮氧化物nox的釋放、減少噪音和燃料消耗要求在飛機(jī)的推進(jìn)裝置效率方面的重要升級(jí),同時(shí)尋求減少設(shè)備重量。這種改進(jìn)對(duì)于在汽輪機(jī)入口和出口處的氣體溫度具有直接影響。實(shí)際上,汽輪機(jī)的空氣入口溫度不會(huì)停止升高,從1960年代的800℃升高到2000年代的1700℃。這一起升高了在汽輪機(jī)的滾柱軸承中的潤(rùn)滑組合物溫度:從1960年代的接近150℃升高到現(xiàn)在連續(xù)操作的220℃。
因此,絕對(duì)必要的是用于汽輪機(jī)的潤(rùn)滑組合物是熱穩(wěn)定的,抗結(jié)焦的,并且抗氧化或抗熱氧化。為此進(jìn)行對(duì)于優(yōu)良熱性能、尤其是結(jié)焦方面的研究一直是自從開(kāi)發(fā)航空潤(rùn)滑劑以來(lái)的任務(wù)。
實(shí)際上,抗結(jié)焦性使得能避免形成煤炭型殘余物,即所謂的焦炭,其對(duì)于飛機(jī)汽輪機(jī)的優(yōu)良操作是有害的,例如會(huì)堵塞用于潤(rùn)滑組合物的油回路的管道和/或堵塞過(guò)濾器。結(jié)焦通常引起在冷卻交換機(jī)中的油循環(huán)的流速顯著下降,這導(dǎo)致過(guò)熱或潤(rùn)滑發(fā)動(dòng)機(jī)汽輪機(jī)的滾柱軸承的缺陷。
當(dāng)汽輪機(jī)關(guān)閉時(shí),基本上形成焦炭:因?yàn)橛筒粫?huì)再循環(huán),所以將油排出并且不再在金屬表面上形成薄油膜。并且因?yàn)樗鼈儾辉俦焕鋮s,所以不再排出累積的熱量,所以局部存在表面溫度的顯著升高,此現(xiàn)象稱(chēng)為“熱回放”。
對(duì)于輸送鏈也存在耐熱性和抗結(jié)焦性的相同問(wèn)題。
實(shí)際上,在特定工業(yè)中,例如生產(chǎn)由木材顆粒刨花板制成的平板或由石膏制成的平板,或在玻璃工業(yè)中,爐的溫度越來(lái)越高以提高生產(chǎn)速度。此溫度可以達(dá)到或甚至超過(guò)250℃,其中在玻璃工業(yè)中可能達(dá)到300℃或甚至更高的峰值溫度。常規(guī)潤(rùn)滑劑是無(wú)機(jī)的或合成的,例如偏苯三酸的酯,其大部分用于此應(yīng)用中,或者熱穩(wěn)定性的新多元醇的酯,其與用于航空汽輪機(jī)的油的抗氧化或抗結(jié)焦添加劑混合,這些常規(guī)潤(rùn)滑劑達(dá)到其熱穩(wěn)定性極限和抗結(jié)焦性極限,并在此溫度下隨著時(shí)間結(jié)焦而形成樹(shù)脂。
作為用于飛機(jī)汽輪機(jī)的油,關(guān)鍵點(diǎn)并不是十分高的耐熱性,耐熱性導(dǎo)致在tga檢測(cè)期間降解開(kāi)始所需的高溫,而是抗薄膜結(jié)焦性。實(shí)際上,潤(rùn)滑劑通常被滴加或噴涂到輸送鏈上,這得到潤(rùn)滑劑薄膜,其然后當(dāng)輸送鏈通入爐時(shí)暴露于非常高的溫度。在這些條件下,當(dāng)潤(rùn)滑劑的抗性不足時(shí)形成結(jié)焦,所述結(jié)焦累積直到堵塞輸送鏈,隨后必須停止生產(chǎn)以進(jìn)行保養(yǎng)和維修。
所以,存在基本上與用于上述飛機(jī)汽輪機(jī)的油相同的問(wèn)題。在這兩種情況下,必須使用在高溫下能抗結(jié)焦的產(chǎn)品。
關(guān)于潤(rùn)滑劑在其基料(基料先是無(wú)機(jī)的,后來(lái)是合成的(主要是酯))以及它們的添加劑及其化學(xué)性質(zhì)方面的進(jìn)展,現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)汽輪機(jī)的日益增加的技術(shù)要求和規(guī)格的發(fā)展做出響應(yīng)。這種改進(jìn)的連續(xù)進(jìn)程已經(jīng)獲得目前的現(xiàn)有技術(shù),包括組合使用新多元醇酯、尤其是季戊四醇酯以及第三代抗氧化產(chǎn)品(聚合的芳族胺)。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)建議新的解決方案。
實(shí)際上,1990-1995年已經(jīng)研究了許多類(lèi)型的熱穩(wěn)定性化學(xué)分子,由美國(guó)空軍指導(dǎo),用于代替新多元醇的酯,其中是基于硅氧烷、基于全氟聚醚(pfpe)或基于聚亞苯基醚(ppe)的油。
但是,所述研究的分子或配料都沒(méi)有滿(mǎn)足要求。
因?yàn)?970年末期和更準(zhǔn)確地自從2000年開(kāi)始,已經(jīng)使用和開(kāi)發(fā)作為新型分子的離子液體(li)用于不同的潤(rùn)滑劑應(yīng)用。
它們?cè)跐?rùn)滑組合物中作為潤(rùn)滑基料在存在或不存在添加劑的情況下使用,或者作為在常規(guī)基料中的添加劑使用,或作為它們的組合使用。
例如,專(zhuān)利ep-2,602,307描述了離子液體作為基料用于在高溫和高真空下使用的潤(rùn)滑組合物,并具有優(yōu)良的防銹性能,這是因?yàn)樘砑恿颂砑觿?長(zhǎng)鏈胺鹽)。但是,此文獻(xiàn)沒(méi)有提到由于使用潤(rùn)滑劑導(dǎo)致的結(jié)焦問(wèn)題。
專(zhuān)利us-2009/0069204描述了一種用于滾柱的油的組合物,其基料可以含有1-100質(zhì)量%、優(yōu)選50-100質(zhì)量%的離子液體。此文獻(xiàn)提到了適合用于形成離子液體的陽(yáng)離子的窮盡性列表和陰離子的窮盡性列表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)熱重分析(tga)顯示離子液體具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。實(shí)際上,通常,離子液體在高溫下的性能是通過(guò)tga檢測(cè)的。
應(yīng)當(dāng)注意的是,tga方法是一種熱分析技術(shù),其包括檢測(cè)小樣品(數(shù)毫克)的質(zhì)量隨著時(shí)間在給定溫度或給定溫度分布下的變化。其中,這可以檢測(cè)熱降解開(kāi)始時(shí)的溫度;此溫度越高,產(chǎn)品的耐高溫性越高。
但是,如下文在實(shí)驗(yàn)部分中所述,通過(guò)tga檢測(cè)的離子液體在熱降解開(kāi)始時(shí)的高溫(在惰性氣氛下)并不是必然表示此液體在高溫下具有抗結(jié)焦性,例如在薄膜中在高溫下的抗結(jié)焦性。
文獻(xiàn)us2013/053287描述了一種用于潤(rùn)滑機(jī)器的潤(rùn)滑組合物。特別是,潤(rùn)滑組合物含有:
(a)含氟原子的離子液體作為主要組分,和
(b)0.001-5重量份/100重量份離子液體(a)的咪唑
也知道的現(xiàn)有技術(shù)是文獻(xiàn)us2007/295478,其中描述一種用于調(diào)節(jié)溫度的裝置,包括壓縮機(jī),此壓縮機(jī)包含用一種或多種離子液體潤(rùn)滑的移動(dòng)部件。此文獻(xiàn)列出了可以適合用于潤(rùn)滑壓縮機(jī)的離子液體的窮盡性列表。
另外,文獻(xiàn)wo-2011/026990和文獻(xiàn)us-2010/0227785提到使用離子液體作為添加劑用于基于常規(guī)合成酯的油中,從而減少懸浮沉積物的累積,其中在第一個(gè)文獻(xiàn)中減少形成焦炭,在第二個(gè)文獻(xiàn)中減少形成沉積物。
更具體而言,文獻(xiàn)wo-2011/026990描述了一種潤(rùn)滑組合物,其含有基于其總質(zhì)量計(jì)的50-99%的常規(guī)油基料、例如合成酯,0.01-5%、更尤其0.2質(zhì)量%的離子液體c+a-,和0.01-10質(zhì)量%的添加劑。陽(yáng)離子c+可以尤其選自以下陽(yáng)離子:咪唑
文獻(xiàn)us-2010/0227785描述了一種用于內(nèi)燃機(jī)、主要是汽車(chē)所用的油的潤(rùn)滑組合物,其含有0.01-5質(zhì)量%的離子液體。此文獻(xiàn)也提到適合用于此發(fā)明的窮盡性的陽(yáng)離子和陰離子列表。潤(rùn)滑組合物含有優(yōu)選4-甲基-丁基吡啶
所以,在現(xiàn)有技術(shù)中需要用作潤(rùn)滑劑的新型化合物,尤其是在高溫下,用于機(jī)器例如汽輪機(jī),例如飛機(jī)汽輪機(jī),或輸送鏈,這將是對(duì)于已知化合物的替代性選擇或改進(jìn)方案。
因此,本發(fā)明的目的是建議一種新的減少在用潤(rùn)滑組合物潤(rùn)滑的機(jī)器、例如汽輪機(jī)中的沉積物的新方法,其能避免至少部分上述缺點(diǎn),特別是改進(jìn)其在關(guān)鍵實(shí)際條件下在高溫下的抗薄膜結(jié)焦性。
發(fā)明概述
因此,本發(fā)明涉及一種潤(rùn)滑方法,包括用潤(rùn)滑組合物潤(rùn)滑機(jī)器例如發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、輸送鏈的步驟,其中基于所述潤(rùn)滑組合物的總質(zhì)量計(jì),潤(rùn)滑組合物含有20-100%的一種離子液體或多種離子液體的混合物,
其特征在于所述一種離子液體或所述離子液體的混合物是選自含有至少以下組分的離子液體或離子液體混合物:
-選自磺?;啺返年庪x子a-,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自氟烷基、氟醚、全氟化烷基或全氟醚基團(tuán),和
-含有含氮雜環(huán)或季銨的陽(yáng)離子c+,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自:氫原子或烷基,烷氧基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,乙烯基,烷基烯丙基,醚或聚醚基團(tuán),它們具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈,條件是當(dāng)陽(yáng)離子是季銨時(shí),這些取代基中的至少兩個(gè)是甲基,
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)gfclu-27a-13通過(guò)mct方法檢測(cè),離子液體或離子液體混合物在薄膜中的沉積起始溫度(tdd)是至少等于330℃,
所述潤(rùn)滑組合物適用于減少在所述機(jī)器中形成的沉積物,例如碳質(zhì)殘余物。
在本發(fā)明中,離子液體是由陰離子a-和陽(yáng)離子c+組成的化合物,所述物質(zhì)具有低于100℃的熔點(diǎn)。
在本發(fā)明中,檢測(cè)熱穩(wěn)定性的方法是通過(guò)mct方法(微結(jié)焦實(shí)驗(yàn))按照標(biāo)準(zhǔn)gfclu-27a-13第2版(以前是gfclu-27-t-07)檢測(cè)。mct是能評(píng)價(jià)潤(rùn)滑組合物在高溫下(熱穩(wěn)定性)形成沉積物的趨勢(shì)以及估計(jì)潤(rùn)滑組合物在發(fā)動(dòng)機(jī)中測(cè)試期間的行為的實(shí)驗(yàn)。
申請(qǐng)人選擇了mct作為表征抗結(jié)焦性的實(shí)驗(yàn),因?yàn)榇藢?shí)驗(yàn)是合適的代表性和可信服的實(shí)驗(yàn)。其能完美地將例如市售航空的hts級(jí)別mil-prf23699的具有優(yōu)異耐熱性(高的熱穩(wěn)定性)的油與標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別的油區(qū)分開(kāi),如下文實(shí)施例e中所述。另外這是一種消耗較少產(chǎn)品量的較快速的實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)條件如下所示:
-0.6ml的不含任何消泡添加劑的油(加入消泡添加劑的情況已經(jīng)歸類(lèi)于現(xiàn)有技術(shù)油的方法);但是消泡添加劑不能與大多數(shù)離子液體相容,這是因?yàn)樗鼈冞^(guò)早熱降解);
-時(shí)間:90分鐘;
-由鋁合金制成的平板,朝向位于較低點(diǎn)的熱點(diǎn)傾斜1.5%+/-0.05%,并且包含槽;
-溫度梯度通常是230-280℃,在目前情況下是250-330℃或更高(使用高于300℃的溫度梯度可以精確地檢測(cè)tdd,這比例如使用溫度梯度280℃-350℃檢測(cè)的情況更優(yōu)異);
當(dāng)滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件時(shí),將待檢測(cè)的0.6ml潤(rùn)滑組合物放入由鋁合金制成的平板的槽中(參見(jiàn)圖1,其顯示根據(jù)此實(shí)驗(yàn)的平板),并暴露于250-330℃或甚至250-350℃的溫度梯度。
在加熱90分鐘后,取出過(guò)量的仍為液體的油,排干并用礦物油清洗,然后使得平板冷卻,然后脫氣。然后,評(píng)價(jià)沉積物的位置以及沉積物的外觀,從而確定沉積起始溫度。
為此,將從槽得到的沉積物的顏色與根據(jù)crc清漆標(biāo)準(zhǔn)、即標(biāo)準(zhǔn)c定義的標(biāo)準(zhǔn)清漆比較。沉積起始溫度對(duì)應(yīng)于amf為9(對(duì)于具有基本上固有顏色到輕微著色的平板得到的平均特征系數(shù))。通過(guò)將梯度模擬成熱直線(xiàn),此溫度是如下測(cè)定的:
tdd=θ1-[(θ1-θ2)xl/81],其中:
tdd=尺寸amf9的沉積起始溫度(℃),
θ1=熱點(diǎn)的調(diào)節(jié)溫度(℃),
θ2=冷點(diǎn)的調(diào)節(jié)溫度(℃),
l=在調(diào)節(jié)孔和尺寸amf9的沉積物開(kāi)始之間的距離(mm),
81=在用于熱探針的兩個(gè)孔之間的距離(mm)。
因此,通過(guò)mct檢測(cè)的沉積起始溫度(tdd)越高,潤(rùn)滑組合物的熱穩(wěn)定性就更好,進(jìn)而抗結(jié)焦性越好。
另外,在本發(fā)明中,術(shù)語(yǔ)“機(jī)器”表示所有類(lèi)型的能用潤(rùn)滑組合物潤(rùn)滑的機(jī)器,尤其是為了改進(jìn)其功能。這種機(jī)器可以例如對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)或輸送鏈,尤其是在高溫例如200-500℃、優(yōu)選280-500℃下操作的汽輪機(jī)或輸送鏈。
發(fā)明詳述
本申請(qǐng)人致力于開(kāi)發(fā)在極高溫度(例如200-500℃)下具有優(yōu)異抗薄膜結(jié)焦性的新化合物,其適合用于潤(rùn)滑組合物中,尤其是用于航空用的汽輪機(jī)或用于輸送鏈。
本申請(qǐng)人進(jìn)一步證明了對(duì)于形成離子液體的陽(yáng)離子和陰離子的特定選擇使得可以形成用于潤(rùn)滑組合物的潤(rùn)滑基料,例如用于飛機(jī)的汽輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中。
雖然已經(jīng)知道離子液體具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性(通過(guò)熱重法分析tga檢測(cè),高達(dá)500℃),申請(qǐng)人驚奇地發(fā)現(xiàn)使用陰離子和陽(yáng)離子的特定組合形成離子液體,具有非常高的抗薄膜結(jié)焦性,尤其是通過(guò)mct方法檢測(cè)(標(biāo)準(zhǔn)gfclu-27a-13,第2版),并且此驚奇效果是與通過(guò)熱重分析(tga)檢測(cè)的熱穩(wěn)定性完全不相關(guān)的。換句話(huà)說(shuō),即使知道離子液體具有通過(guò)tga檢測(cè)的優(yōu)良熱穩(wěn)定性,也并不意味著同時(shí)具有優(yōu)良的在高溫下的抗薄膜結(jié)焦性,尤其是當(dāng)通過(guò)微結(jié)焦實(shí)驗(yàn)(mct)檢測(cè)時(shí)。
本申請(qǐng)人因此發(fā)現(xiàn)所選擇的組合具有與常規(guī)使用的其它離子液體和潤(rùn)滑基料相比的改進(jìn)性能(即改進(jìn)的抗薄膜結(jié)焦性),尤其是用于飛機(jī)汽輪機(jī)或輸送鏈。
本申請(qǐng)人也證明了離子液體的熱穩(wěn)定性和抗薄膜結(jié)焦性取決于陰離子的性質(zhì)、陽(yáng)離子的性質(zhì)以及它們的取代基。
不同的文獻(xiàn)描述了在離子液體的陽(yáng)離子部分上具有多于6個(gè)碳原子的烷基鏈可以提高離子液體的潤(rùn)滑性能。
但是,本申請(qǐng)人驚奇地發(fā)現(xiàn)具有短鏈例如烷基鏈、烷基硅烷、醇或c1-c3烷氧基鏈的取代基的陽(yáng)離子,可以改進(jìn)抗薄膜結(jié)焦性和獲得至少330℃、優(yōu)選至少350℃的tdd,且同時(shí)具有優(yōu)良的潤(rùn)滑能力。
申請(qǐng)人也發(fā)現(xiàn)陰離子的選擇不是任意的,并且僅僅選自磺?;啺返囊恍╆庪x子可以與合適的陽(yáng)離子一起形成具有優(yōu)異抗結(jié)焦性的離子液體。此作用可以進(jìn)一步通過(guò)特定選擇的陰離子取代基來(lái)改進(jìn),優(yōu)選的取代基選自氟烷基、氟醚、全氟化烷基或全氟醚基團(tuán)。
所以,本發(fā)明提供一種潤(rùn)滑方法,包括用潤(rùn)滑組合物潤(rùn)滑機(jī)器例如發(fā)動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)的步驟,其中基于所述潤(rùn)滑組合物的總質(zhì)量計(jì),潤(rùn)滑組合物含有20-100%的一種離子液體或多種離子液體的混合物,
其特征在于所述一種離子液體或所述多種離子液體的混合物是選自含有至少以下組分的離子液體或離子液體混合物:
-選自磺?;啺返年庪x子a-,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自氟烷基、氟醚、全氟化烷基或全氟醚基團(tuán),和
-含有含氮雜環(huán)或季銨的陽(yáng)離子c+,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自:氫原子或烷基,烷氧基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,乙烯基,烷基烯丙基,醚或聚醚基團(tuán),它們具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈,條件是當(dāng)陽(yáng)離子是季銨時(shí),這些取代基中的至少兩個(gè)是甲基,
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)gfclu-27a-13通過(guò)mct方法檢測(cè),離子液體或離子液體混合物在薄膜中的沉積起始溫度(tdd)是至少等于330℃,
所述潤(rùn)滑組合物適用于減少在所述機(jī)器中形成的沉積物,例如碳質(zhì)殘余物。
本發(fā)明的另一方面是潤(rùn)滑組合物用于減少在機(jī)器中形成的沉積物例如碳質(zhì)殘余物的用途(例如在潤(rùn)滑步驟期間),其中基于所述潤(rùn)滑組合物的總質(zhì)量計(jì),潤(rùn)滑組合物含有20-100%的一種離子液體或多種離子液體的混合物,
所述一種離子液體或所述離子液體的混合物是選自含有至少以下組分的離子液體或離子液體混合物:
-選自磺?;啺返年庪x子a-,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自氟烷基、氟醚、全氟化烷基或全氟醚基團(tuán),和
-含有含氮雜環(huán)或季銨的陽(yáng)離子c+,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自:氫原子或烷基,烷氧基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,乙烯基,烷基烯丙基,醚或聚醚基團(tuán),它們具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈,條件是當(dāng)陽(yáng)離子是季銨時(shí),這些取代基中的至少兩個(gè)是甲基,
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)gfclu-27a-13通過(guò)mct方法檢測(cè),離子液體或離子液體混合物在薄膜中的沉積起始溫度(tdd)是至少等于330℃,優(yōu)選高于或等于350℃。
對(duì)于下文的其它描述,這些特征同時(shí)適用于上述潤(rùn)滑方法和用途。
尤其是,通過(guò)mct方法檢測(cè),在所述離子液體或所述離子液體混合物的薄膜中的沉積起始溫度tdd是高于或等于330℃,優(yōu)選高于或等于340℃,尤其是高于350℃。
根據(jù)本發(fā)明,至少330℃的tdd溫度尤其包括以下數(shù)值:330,331,332,333,334,335,336,337,338,339,340,341,342,343,344,345,346,347,348,349,350,351,352,353,354,355,356,357,358,359,360,365,370,380,385,390,395,400,405,410,415,420,425,430,435,440,445,450,455,460,465,470,475,480,485,490,495,500等等,或在這些數(shù)值之間的任何區(qū)間值。
因此,根據(jù)本發(fā)明選擇的一種或多種離子液體具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,使得潤(rùn)滑步驟可以在200-500℃、優(yōu)選280-500℃的高溫下進(jìn)行。
因此,在本發(fā)明中,至少一種陽(yáng)離子c+可以選自以下陽(yáng)離子,前提是其與陰離子形成具有高于或等于330℃的tdd的離子液體:含氮雜環(huán)或季銨。
通常,根據(jù)本發(fā)明的含氮雜環(huán)選自:咪唑
通常,用于形成本發(fā)明離子液體或離子液體混合物中的陽(yáng)離子c+的含氮雜環(huán)可以選自:咪唑
它們的一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自:氫原子或烷基,芳基,芳氧基,烷基硫醚,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,乙烯基,醚,芳基醚,芳基硫醚或聚醚基團(tuán),它們根據(jù)陽(yáng)離子的性質(zhì)含有具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈。
在本發(fā)明中,應(yīng)當(dāng)理解的是,具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈?zhǔn)蔷哂刑荚訑?shù)目等于1、2或3的鏈;因此這些數(shù)目包括1-3、1-2或2-3個(gè)碳原子的區(qū)間。
本發(fā)明的陽(yáng)離子c+特別由下式表示:
其中取代基r1至r12例如上述那些是相同或不同的,并獨(dú)立地選自:
-氫原子,和/或
-烷基,芳基,烷基硫醚,芳基醚,芳基硫醚,芳氧基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,醚,芳基醚,芳基硫醚,或聚醚基團(tuán),它們具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈。
優(yōu)選,含氮雜環(huán)是選自咪唑
作為一個(gè)例子,陽(yáng)離子c+可以是具有上式的咪唑
其中
r4和r5是相同或不同的,優(yōu)選氫原子;
r1和r2可以是氫原子,甲基,乙基,丙基,乙烯基,烯丙基,氰基,優(yōu)選是甲基;
r3是獨(dú)立地選自以下基團(tuán):烷基,烷基硅烷,氟化烷基,全氟化烷基,烷基醇,烯丙基,醚或聚醚,所述基團(tuán)是具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈。
特別是,咪唑
優(yōu)選,在1和2位上或在2和3位上含有甲基的咪唑
甚至更優(yōu)選,當(dāng)在咪唑
根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施方案,根據(jù)本發(fā)明的陽(yáng)離子不是1-乙基-3-甲基-咪唑
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案,陽(yáng)離子可以是具有上式的噻唑烷
其中
r3和r4是相同或不同的,優(yōu)選氫原子,
r1可以是氫,甲基,乙基,丙基,乙烯基,烯丙基,氰基;優(yōu)選甲基,
r2獨(dú)立地選自以下基團(tuán):烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基醇,烯丙基,乙烯基,醚或聚醚,所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子。
另外,陽(yáng)離子c+可以是具有上式的吡啶
其中
r1獨(dú)立地選自:烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,乙烯基,醚或聚醚基團(tuán),其中優(yōu)選烷基、烷基硅烷、醚、氟化烷基、全氟化烷基,所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子;
r2至r6是相同或不同的,選自氫原子,甲基,乙基,鹵代衍生物,二甲基氨基,優(yōu)選氫原子。
特別是,吡啶
優(yōu)選,吡啶
陽(yáng)離子c+可以是具有上式的嗎啉
其中
r1至r8是相同或不同的,選自氫原子、甲基或乙基,優(yōu)選氫原子;
r9和r10獨(dú)立地選自烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,乙烯基,醚或聚醚基團(tuán),其中優(yōu)選烷基、烷基硅烷、醚、烷基醇、氟化烷基、全氟化烷基,所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子;r9優(yōu)選是甲基.
陽(yáng)離子c+可以是具有上式的哌啶
其中
r1至r10是相同或不同的,選自氫原子、甲基或乙基,優(yōu)選氫原子;
r11和r12獨(dú)立地選自烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,乙烯基,醚或聚醚基團(tuán);其中優(yōu)選烷基、烷基硅烷、醚、氟化烷基、全氟化烷基基團(tuán),所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子;r11優(yōu)選是甲基。
同樣,陽(yáng)離子c+可以是具有上式的季銨陽(yáng)離子,即:
其中
r1、r2、r3和r4是相同或不同的,是選自烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,醚或聚醚基團(tuán),其含有具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈,條件是基團(tuán)r1至r4中的至少兩個(gè)是甲基。
作為一個(gè)例子,陽(yáng)離子c+可以是具有例如上式的喹啉
其中
r2、r3、r4、r5、r6、r7和r8是相同或不同的,選自:氫原子,甲基,乙基,丙基,丁基,二甲基胺基團(tuán),優(yōu)選氫原子;
r1獨(dú)立地選自:烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基醇,醚或聚醚,所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子。
作為一個(gè)例子,陽(yáng)離子c+可以是例如上式的吡唑
其中
r2和r3是相同或不同的,優(yōu)選氫原子;
r1和r5可以是:氫原子,甲基,乙基,丙基,乙烯基,氰基,優(yōu)選甲基;
r4獨(dú)立地選自:烷基,烷基硅烷,氟化烷基,全氟化烷基,烷基醇,醚或聚醚基團(tuán),所述基團(tuán)是直鏈或支化的并具有1-3個(gè)碳原子。
作為另一個(gè)非限定性例子,本發(fā)明陽(yáng)離子的取代基r1至r12是可以選自以下的基團(tuán)或直鏈或支化鏈,前提是滿(mǎn)足上述條件:
烷基:甲基,乙基,丙基,丁基;
氟化烷基:三氟甲基,三氟乙基,三氟丙基,等;
全氟化烷基:全氟甲基,全氟乙基,全氟丙基,等;
烷基硅烷:三甲基甲硅烷基甲基;三乙基甲硅烷基甲基;三甲基甲硅烷基乙基;三甲基甲硅烷基丙基;等;
烷基醇:羥基甲基,羥基乙基,羥基丙基,等
烯烴:乙烯基,烯丙基,等;
醚:甲氧基甲基,甲氧基乙基,甲氧基丙基,乙氧基甲基,等;
聚醚:聚亞甲基、聚亞乙基、聚亞丙基等。
通常,所有基團(tuán)r1-r12具有短鏈和包含不多于3個(gè)碳原子。
申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)陰離子及其取代基的選擇對(duì)于形成具有優(yōu)良抗薄膜結(jié)焦性的離子液體而言是重要的。
如上所述,本發(fā)明的陰離子a-是選自磺酰基酰亞胺,其一個(gè)或多個(gè)取代基獨(dú)立地選自以下:氟烷基,氟醚,全氟化烷基或全氟醚基團(tuán)。
特別是,本發(fā)明的磺?;啺坊衔飳?duì)應(yīng)于以下通式:
其中r1和r2是相同或不同的,獨(dú)立地選自氟烷基,氟醚,全氟化烷基或全氟醚基團(tuán)。
作為例子,以下化合物適合用作本發(fā)明的磺酰基酰亞胺:[(cf3so2)2n]-,[(cf3cf2so2)2n]-,[(cf3cf2cf2cf2so2)2n]-或[(cf3cf2cf2so2)2n]-。
通常,在本發(fā)明中合適的一種離子液體或至少一種離子液體混合物可以選自:
-3-(2-羥基乙基)-2,3-二甲基咪唑
-3-(2-羥基丙基)-2,3-二甲基咪唑
-1-乙基-2,3-二甲基咪唑
-1-乙基-2,3-二甲基咪唑
-3-烯丙基-1,2-二甲基咪唑
-1,2-二甲基-3-(三甲基甲硅烷基)甲基)咪唑
-1,2-二甲基-3-((三甲基甲硅烷基)甲基)咪唑
-1,2-二甲基-3-((三甲基甲硅烷基)丙基)咪唑
-2,3-二甲基-1-丙基咪唑
-2,3-二甲基-1-丙基咪唑
-2,3-二甲基-1-丙基咪唑
-3-(2-甲氧基乙基)-1,2-二甲基咪唑
-3-(2-甲氧基乙基)-1,2-二甲基咪唑
-2,3-二甲基-1-丙醇咪唑
-1,2二甲基-3-烯丙基咪唑
-1-丙基-3,5-二甲基吡啶
-1-(2-羥基乙基)-3,5-二甲基吡啶
-乙基二甲基丙基銨二(三氟甲基磺酰基)酰亞胺;
-n-乙基-2-羥基-n,n-二甲基乙烷銨二(三氟甲基磺?;?酰亞胺;
-n-乙基-2-羥基-n,n-二甲基乙烷銨二(五氟乙基磺?;?酰亞胺;
-n-(2-羥基乙基)-n,n-二甲基丙烷銨二(三氟甲基磺?;?酰亞胺;
-1-丙基-4-甲基吡啶-1-
-1-乙基-3-甲基吡啶-1-
-1-丙基-3,5-二甲基吡啶
-1-(2-羥基乙基)-3,5-二甲基吡啶
-或它們的混合物。
作為例子,以下離子液體的混合物是在本發(fā)明中合適的,并且可以具有tdd≥330℃:
-80%的1-丙基-2,3-二甲基咪唑
-80%的1-丙基-2,3-二甲基咪唑
-80%的1-丙基-2,3-二甲基咪唑
優(yōu)選,離子液體或離子液體混合物是選自:
-1-乙基-2,3-二甲基咪唑
-1,2-二甲基-3-((三甲基甲硅烷基)甲基)咪唑
-1,2-二甲基-3-((三甲基甲硅烷基)甲基)咪唑
如上所述,潤(rùn)滑組合物含有基于其總質(zhì)量計(jì)的20-100%的一種或多種離子液體,優(yōu)選50-100%,理想地是75-100%。
在本發(fā)明中,術(shù)語(yǔ)“至少20質(zhì)量%”包括至少20%,25%,30%,35%,40%,45%,50%,55%,60%,65%,70%,75%,80%,85%,90%,92%,95%,97%,98%,99%,99.5%,99.9%。
通常,一種或多種離子液體構(gòu)成潤(rùn)滑組合物的潤(rùn)滑基料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征,潤(rùn)滑基料也可以含有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的常規(guī)油,例如一種或多種長(zhǎng)鏈酯。
有利的是,具有長(zhǎng)鏈的酯選自一種或多種多元醇與一種或多種具有4-12個(gè)碳原子的羧酸形成的反應(yīng)產(chǎn)物,所述羧酸的碳鏈?zhǔn)侵辨溁蛑Щ?。僅僅用于非限定性說(shuō)明,適用于得到飛機(jī)汽輪機(jī)用潤(rùn)滑組合物中的酯的多元醇包括:三羥甲基丙烷,季戊四醇,二季戊四醇,新戊二醇,三季戊四醇,雙三甲羥基丙烷,以及它們的混合物。僅僅用于非限定性說(shuō)明,適合于得到用于飛機(jī)汽輪機(jī)的潤(rùn)滑組合物中的酯的羧酸包括:戊酸,異戊酸,庚酸,辛酸,壬酸,異壬酸和癸酸。因此,所述潤(rùn)滑組合物的長(zhǎng)鏈酯可以選自通過(guò)季戊四醇和二季戊四醇與一種或多種羧酸反應(yīng)得到的產(chǎn)物,所述羧酸選自戊酸、異戊酸、庚酸、辛酸、壬酸、異壬酸和癸酸。
僅僅用于非限定性說(shuō)明,長(zhǎng)鏈酯可以通過(guò)商購(gòu)的工業(yè)級(jí)季戊四醇與具有4-12個(gè)碳原子的羧酸的混合物在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)酯化條件下反應(yīng)制備。工業(yè)級(jí)季戊四醇是混合物,其含有約85-92重量%的單季戊四醇和8-15重量%的二季戊四醇。其還可以含有少量的三-和四-季戊四醇,其通常在制備工業(yè)級(jí)季戊四醇期間作為副產(chǎn)物得到。作為適合用于本發(fā)明潤(rùn)滑組合物的酯的混合物的例子,可以提到由nyco以商品名nycobase5750銷(xiāo)售的合成酯組合物。
潤(rùn)滑組合物通常含有0-25質(zhì)量%的不屬于離子液體的一種或多種添加劑。
這些添加劑例如是抗磨損劑,抗腐蝕劑和/或黃色金屬鈍化添加劑,抗氧化劑,或兩種或更多種這些添加劑的混合物。
抗磨損添加劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的,可以包括三芳基磷酸酯類(lèi)化合物(磷酸三甲酚基酯,磷酸三(丁基苯基)酯,磷酸三(異丙基苯基)酯,磷酸三甲苯基酯)。
一種或多種抗腐蝕添加劑和/或黃色金屬鈍化添加劑是選自本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的試劑,尤其是選自苯并三唑的衍生物。僅僅用于非限定性說(shuō)明,特別優(yōu)選的添加劑包括苯并三唑和甲基苯并三唑。
在本發(fā)明潤(rùn)滑組合物中的抗氧化劑可以選自本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的化合物,例如芳族胺,芳族胺低聚物,以及它們的混合物,此列表僅僅用于示例。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,一種或多種抗氧化劑是選自芳族胺,尤其選自二芳基胺,n-芳基萘基胺,它們的低聚均聚物和雜-低聚物,以及它們的混合物。二芳基胺、n-芳基萘基胺及其低聚物的芳環(huán)可以任選地被一個(gè)或多個(gè)含有2-10個(gè)碳原子的烷基取代。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以例如參見(jiàn)國(guó)際申請(qǐng)wo95/16765,其中公開(kāi)了制備含有二芳基胺低聚物和二芳基胺/n-芳基萘基胺雜二聚體的抗氧化組合物;或參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利no.5,489,711,其中公開(kāi)了制備具有抗氧化性能的二芳基胺低聚物。
僅僅用于非限定性說(shuō)明,特別優(yōu)選的抗氧化劑包括二(辛基苯基)胺、辛基苯基-α-萘基胺和它們的低聚物。
潤(rùn)滑組合物可以含有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它添加劑,例如能改進(jìn)粘度的聚合物,分散劑,能降低傾點(diǎn)的添加劑等等。
通過(guò)mct檢測(cè),具有高于或等于294℃的劣化起始溫度的離子液體優(yōu)選用于減少在用上述潤(rùn)滑組合物潤(rùn)滑機(jī)器時(shí)形成的沉積物。
因此,上述潤(rùn)滑組合物可以用于機(jī)器中以減少對(duì)于薄膜結(jié)焦的沉積物。
以下非限定性實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例
申請(qǐng)人進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn),證明了陰離子和陽(yáng)離子及其取代基的準(zhǔn)確組合能形成對(duì)于薄膜具有優(yōu)異抗結(jié)焦性的一種離子液體或多種離子液體的混合物。
申請(qǐng)人也檢測(cè)了在上述現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的離子液體。驚人地發(fā)現(xiàn)大多數(shù)離子液體作為薄膜非常快速地降解,如下表所示,這與它們的優(yōu)良熱穩(wěn)定性以及通過(guò)tga檢測(cè)的優(yōu)異結(jié)果無(wú)關(guān)。
a.實(shí)驗(yàn)工序
實(shí)驗(yàn)條件如下所示:
-0.6ml的不含消泡添加劑的油;
-時(shí)間:90分鐘;
-由鋁合金制成的平板,朝向位于較低點(diǎn)的熱點(diǎn)傾斜1.5%+/-0.05%,并且包含槽;
-溫度梯度通常是250-330℃(或更高,例如280-350℃);
當(dāng)滿(mǎn)足溫度條件時(shí),將待檢測(cè)的0.6ml潤(rùn)滑組合物放入由鋁合金制成的平板的槽中,并暴露于250-330℃(或更高)的溫度梯度。
在加熱90分鐘后,取出過(guò)量的仍為液體的油,排干并用礦物油清洗,然后使得平板冷卻,然后脫氣。然后,評(píng)價(jià)沉積物的位置以及沉積物的外觀,從而確定沉積起始溫度。
為此,將從槽得到的沉積物的顏色與根據(jù)crc清漆標(biāo)準(zhǔn)、即標(biāo)準(zhǔn)c定義的標(biāo)準(zhǔn)清漆比較。沉積起始溫度對(duì)應(yīng)于amf為9(對(duì)于具有基本上固有顏色到輕微著色的平板得到的平均特征系數(shù))。通過(guò)將梯度模擬成熱直線(xiàn),此溫度是如下檢測(cè)的(參見(jiàn)圖1,其中示意地顯示用于此實(shí)驗(yàn)的平板):
tdd=θ1-[(θ1-θ2)xl/81],
其中:
tdd=尺寸amf9的沉積起始溫度(℃),
θ1=熱點(diǎn)的調(diào)節(jié)溫度(℃),
θ2=冷點(diǎn)的調(diào)節(jié)溫度(℃),
l=在調(diào)節(jié)孔和尺寸amf9的沉積物開(kāi)始之間的距離(mm),
81=在用于熱探針的兩個(gè)孔之間的距離(mm)。
因此,通過(guò)mct檢測(cè)的沉積起始溫度(tdd)越高,潤(rùn)滑組合物的熱穩(wěn)定性就越好。
tga檢測(cè)是在10℃/分鐘的升溫速率下在惰性氣氛(氮?dú)?中進(jìn)行。
b.陰離子的性質(zhì)對(duì)于通過(guò)tga和mct檢測(cè)的離子液體熱穩(wěn)定性的影響(表1)
表1顯示陰離子的性質(zhì)對(duì)于離子液體的熱穩(wěn)定性而言是非常重要的。
表1
因此,這些實(shí)驗(yàn)表明選自硫酸鹽、二(氟磺?;?酰亞胺、磷酸鹽、二氰胺、硼酸鹽、磺酸鹽、硫醇鹽或乙酸鹽的陰離子a-不能得到至少330℃的沉積起始溫度,即使這些化合物在氮?dú)庵懈鶕?jù)tga實(shí)驗(yàn)檢測(cè)具有非常優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
另一方面,通常,與本發(fā)明定義的陽(yáng)離子的性質(zhì)無(wú)關(guān),全氟磺?;啺逢庪x子使得可以具有通過(guò)mct檢測(cè)的劣化起始溫度是高于或等于330℃,或甚至高于或等于350℃。
c.陽(yáng)離子及其取代基的性質(zhì)對(duì)通過(guò)tga(n2)和mct檢測(cè)的離子液體熱穩(wěn)定性的影響(表2)
表2
所以,此實(shí)驗(yàn)表明根據(jù)本發(fā)明特定的陽(yáng)離子可以與合適的陰離子組合獲得具有優(yōu)異的抗薄膜結(jié)焦性的離子液體。
另外,如實(shí)施例25-31所示,必要的是陽(yáng)離子含有根據(jù)本發(fā)明的取代基,即氫原子或烷基,氟化烷基,全氟化烷基,烷基硅烷,烷基醇,烯丙基,醚或聚醚基團(tuán),它們具有1-3個(gè)碳原子的直鏈或支化鏈,特別是,當(dāng)陽(yáng)離子是季銨時(shí),如上述實(shí)施例24-26所示,重要的是其取代基中的至少兩個(gè)是甲基。
d.具有通過(guò)mct檢測(cè)的降解起始溫度高于或等于330℃的離子液體的實(shí)施例(表3)
表3
因此,選擇陽(yáng)離子及其特定取代基、并且選擇陰離子及其特定取代基使得可以獲得具有通過(guò)mct檢測(cè)的沉積起始溫度高于330℃的離子液體。
e.具有通過(guò)mct檢測(cè)的降解起始溫度高于350℃的離子液體的實(shí)施例(表4)
表4
因此,如表4所示,嚴(yán)格選擇陽(yáng)離子和陰離子使得可以獲得具有通過(guò)mct檢測(cè)的沉積起始溫度高于350℃的離子液體。
f.通過(guò)mct檢測(cè)的一些商購(gòu)油的熱穩(wěn)定性(表5)
如下表5所示,可商購(gòu)的常規(guī)油具有比本發(fā)明特定離子液體更差的熱穩(wěn)定性和抗結(jié)焦性
表5
g.比較通過(guò)tga和mct檢測(cè)的在現(xiàn)有專(zhuān)利中描述的一些離子液體的熱穩(wěn)定性(表6)
表6
同樣,現(xiàn)有技術(shù)中的離子液體具有比本發(fā)明特定離子液體更差的熱穩(wěn)定性和抗結(jié)焦性。因此,在專(zhuān)利申請(qǐng)us2010/0227785a1中描述的離子液體不具有特定的抗薄膜結(jié)焦性。
應(yīng)當(dāng)注意的是,在文獻(xiàn)wo2011/026990a1中所述的離子液體具有非常差的薄膜結(jié)焦行為;這清楚地顯示在添加劑減少結(jié)焦和潤(rùn)滑劑減少在膜中的沉積物之間的區(qū)別。
另外,如圖2所示,其中顯示3-丁基-1-甲基咪唑