專利名稱：制備潤滑脂的方法
技術領域：
本發明涉及制備潤滑脂、特別是用具有脲(urea)官能團的增稠劑增稠的潤滑脂的方法。更具體地，本發明涉及使用高壓和高流量沖擊用于實現潤滑脂混合和反應形成增稠劑來制備潤滑脂的方法。相關技術描述潤滑脂制造技術在過去十年沒有很大變化。目前的能力集中在用于鋰和鋰復合潤滑脂的標準鍋(standard kettle)操作的使用、間歇式處理。需要有助于降低潤滑脂配制劑合成復雜性的新的潤滑脂制造技術。始終所需較為有效果和有效率的制造方法，特別是如若該新的方法還賦予潤滑脂配制劑所需的物理性能時。一個這樣的重要性能是“噪音”。對于軸承制造商來說，在他們出廠注滿的潤滑脂選擇上，用于深槽滾珠軸承潤滑的潤滑脂的無噪音運轉性能變得越來越重要。歷史上，軸承制造商越來越關注本身表現為可聽見的聲音的軸承振動，正如無噪音機器所需要的。隨著軸承的公差機加工得更加精細，固有地變得噪音較小，用于潤滑它們的潤滑脂對噪音的影響變得越來越明顯。因此，主要的軸承制造商都獨立地研制了能測量潤滑脂對軸承噪音影響的儀器。此外，軸承壽命與污染物存在的相關性促使甚至更加關心潤滑脂噪音測試，因為常常假設潤滑脂噪音總是與污染物的存在并因此與軸承短的壽命有關系。雖然大多數潤滑脂制造商同意，認識潤滑脂的噪音特性不能為預期用它潤滑的軸承的壽命提供足夠的信息，但是噪音測試仍然越來越多用于評估滾珠軸承潤滑脂的總體質量。因此，如果潤滑脂制造商要繼續為軸承制造工業提供潤滑脂的話，則他們必需關心其產品的噪音質量以及測定潤滑脂噪音質量的各種方法。過去26年來，雖然潤滑脂噪音測試已是許多文獻的主題，但是在這一時期，潤滑脂供應商或軸承制造商都未采用標準測試儀器、測試軸承或測試方案。事實上，現在正在使用各種專有的潤滑脂噪音測試方法，特別是在軸承制造工業中，在那里每個主要軸承制造商都開發了自己的專有儀器 和方法。此外，每種方法都被它的支持者用來為使用它的公司提供競爭性優勢。由于上述考慮因素，測試潤滑脂的無噪音運轉性能已是一個問題。最初，開發了人工測試，它通過對裝有潤滑脂的軸承的感覺來評估一批潤滑脂的運轉性能。隨著軸承噪音質量本身改進，能檢測越來越低的軸承振動水平變得很必要。因此，ChevronResearch (Richmond, Calif.)開始使用改進的軸承振動水平測試儀(anderonmeter)來測試潤滑脂噪音，并開始仔細研究添加劑和工藝變量對潤滑脂噪音的影響。Anderonmeter原本用于評估軸承振動質量，它測量軸承外座圈的徑向位移隨轉動的變化。事實上，術語anderon為“徑向移動的角導數”的縮寫。物理上，anderon表示為位移距離/單位轉動與外座圈接觸的傳感器頭檢測軸承振動。傳感器信號被放大，并過濾成三個跨越可聽見頻率范圍的頻率帶低50-300Hz
中300-1800Hz高1800-10000Hz由潤滑脂引起的振動(噪音)可在中頻率帶和高頻率帶中檢測出。在Chevron最早形式的潤滑脂噪音測試中，在I分鐘運轉過程中在中頻率帶中紀錄的最高振動的最大值對5個軸承平均值，該平均值作為潤滑脂anderon值給出。Chevron最近改進了它的測試儀器，增加了噪音脈沖計數能力。脈沖計數器能檢測瞬態，對于紀錄在紙帶記錄儀上來說，所述的瞬態過快。在測試過程中，每一帶中的信號水平在相應的儀器上顯示，并紀錄在紙帶記錄儀上，同時脈沖計數器檢測和顯示正比于超過預定閾振幅水平的振動瞬態數目的數字。在每個測試運轉結束時，示出中頻率帶脈沖計數儀讀數，并檢查中頻率帶信號的紙帶紀錄。紙帶上頭5秒未作為啟動噪音考慮，記下其余55秒中紀錄的最高振幅峰值(最大值)anderon值。將5個軸承的所示結果平均,并作為anderon最大值/脈沖數給出。不同的潤滑脂組合物對軸承振動和可聽見噪音的量有影響。潤滑脂噪音歸因于潤滑脂中顆粒物的存在。有一些工藝技術用來幫助控制潤滑脂制造過程中的粒度，但是仍需要進一步改善噪音性能的更好技術。開發了含有各種具有脲官能團的膠凝劑增稠劑的潤滑脂組合物。聚脲反應優選在潤滑脂載體中原位進行，反應產物可直接用作潤滑脂。繼續尋求新的有效果和有效率的潤滑脂制造方法。如果這樣的方法還產生低噪音潤滑脂、特別是聚脲型潤滑脂則可實現特別的益處。概述提供了一種制備潤滑 脂組合物的方法，該方法包括在高壓和高流量沖擊下將胺/潤滑基礎油混合物與異氰酸酯/潤滑基礎油混合物混合在一起。沖擊涉及強制試劑料流以高流量朝向彼此，產生非常徹底的混合。混合的停留時間通常為10秒或更短，完全反應形成基于脲的增稠劑。在一個實施方案中，停留時間為I秒或更短。因此，該方法是相當有效的。高壓和高流量沖擊的使用還致使脲增稠劑在整個潤滑脂中接近完全分散。該分散比常規間歇方法中獲得的分散無疑更為有效。在一個實施方案中，所述混合和反應在反應注塑裝置中進行。所得潤滑脂組合物是極低噪音的潤滑脂，基本上無任何脲增稠劑顆粒。除其它因素外，發現當使用高壓/高流量沖擊操作用于使胺和異氰酸酯在潤滑基礎油中混合和反應時，有效率且有效果地獲得基礎潤滑脂(base grease)產品。通常，可使用反應注塑裝置。混合/反應時間非常短，為10秒或更短，和在一個實施方案中，為I秒或更短，從而允許獲得在短時間內制備大量產物的高度有效方法。所獲得的產物是具有突出的噪音性能的基礎潤滑脂，從而證明了所述方法的有效性。同時，通過使胺和異氰酸酯反應而制得脲增稠劑，并且使該增稠劑分散在整個潤滑基礎油中以產生基礎潤滑脂。所述分散如此有效；該基礎潤滑脂表現出優異的噪音性能。附圖簡述
圖1是在2500PSI射壓(shot pressure)下使用RM方法制得的潤滑脂的顯微鏡照片。圖2是在1700PSI射壓下使用RM方法制得的潤滑脂的顯微鏡照片。
圖3是在1000PSI射壓下使用RM方法制得的潤滑脂的顯微鏡照片。圖4是使用常規實驗室方法制得的潤滑脂的顯微鏡照片。實施方案的詳述本發明涉及一種制備潤滑脂的方法，所述潤滑脂具有低的噪音特性。所述方法包括在高壓和高流量沖擊條件下將胺/潤滑基礎油混合物與異氰酸酯/潤滑基礎油混合物混合在一起。壓力可以寬泛地為500-8000psi。在一個實施方案中，壓力可以為500-4000psi，在另一個實施方案中為1000-3500psi，或1200-3000psi。高流量沖擊使得反應物溶液以5-1000g/秒的速度混合在一起。一般而言，在反應室中的停留時間通常小于10秒，和在一個實施方案中小于1. O秒。其它實施方案使用小于O. 5，和經常小于O. 3秒的停留時間。在一個實施方案中，在反應注塑裝置(RIM)中進行反應和混合。這類裝置是熟知的，其提供使兩種溶液在聞壓、聞流量沖擊條件下碰撞和混合的能力。所述方法涉及同時進行混合和反應以及反應產物的分散。胺和異氰酸酯的初始混合致使反應形成脲增稠劑。然后將增稠劑均勻地分散在整個潤滑基礎油中從而產生基礎潤滑脂產物。在200x放大倍率下看不到顆粒物。這種基礎潤滑脂可以是含有20重量％或更大例如20-50wt%的脲增稠劑的濃縮物。作為濃縮物，其較易于用于制備最終潤滑脂產物或者將其船運到制備最終產物的地方。最后的潤滑脂產物可包含O. 5-25wt%,或ll-14wt%增稠劑。使用20%或更多增稠劑的 濃縮物可簡單地涉及調節潤滑基礎油的量和進行混合以獲得所需稠度。在制備潤滑脂中，制取至少兩種混合物并將其混合。第一混合物是由潤滑基礎油和至少一種胺組成的胺混合物。可以使用多于一種胺。可在制備脲增稠劑中使用任何合適的胺或胺的混合物。胺/潤滑基礎油混合物中胺的量通常為該混合物的5-30wt%。第二混合物由潤滑基礎油和至少一種異氰酸酯組成。可以使用多于一種異氰酸酯。在制備脲增稠劑中可酌情使用任何合適的異氰酸酯化合物，或多種化合物的混合物。異氰酸酯/潤滑基礎油混合物中異氰酸酯的量通常為約該混合物的5-30wt%。然后在高壓和高流量沖擊條件下將兩種混合物送到反應室，例如在反應注塑(RIM)裝置中。胺和異氰酸酯反應形成基于脲的增稠劑，該增稠劑有效地分散在整個混合物中。反應和分散幾乎同時發生。用本發明方法制備的潤滑脂的顯微鏡圖像顯示出不具有大的增稠劑材料片的平滑(smooth)潤滑脂。通常，本發明的潤滑脂具有很少乃至沒有在高達200x放大倍率看到的顆粒物。因此，因為提供了制備潤滑脂的非常有效果和有效率的方法，所以還獲得具有低噪音特性的改進潤滑脂。用anderon測量噪音特性。以微英寸/弧度記錄的anderon對應于軸承外座圈的徑向位移(作為其旋轉度的函數)的檢測。使用軸承振動水平試驗儀或例如SugawaraLaboratories制造的軸承振動水平測試儀測量anderon值。其是用于軸承噪音測試的標準儀器。在該試驗中，就5個軸承在I分鐘運轉過程中紀錄在中頻率帶(即300-1，800赫)中紀錄的最高紀錄振動最大值，忽略每I分鐘運轉的頭5秒。進行多次運轉，將每次運轉的最高值(即最大噪音情況)進行平均并且作為anderon值進行報導。本發明的潤滑脂通常未記錄出高于4anderon的最大值。在一個實施方案中，為了制備聚脲增稠劑，使用特定的胺和異氰酸酯化合物。在描述所述化合物中可使用如下定義“烷基胺”是指這樣一種胺NH2R，其中R是一⑴到三十五(35)個碳原子，優選六
(6)到二十五(25)個碳原子的線性飽和一價烴基，或三到三十個碳原子的支鏈飽和一價烴基。烷基胺的實例包括但不限于戊基胺、己基胺、庚基胺、辛基胺、癸基胺、十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺等。“烯基胺”是指這樣一種胺NH2R，其中R是二⑵到三十五(35)個碳原子，優選二
(2)到二十五(25)個碳原子的線性不飽和一價烴基，或三到三十個碳原子的支鏈不飽和一價烴基，其中線性不飽和一價烴基和支鏈不飽和一價烴基含有至少一個雙鍵(-C = C-)。烯基胺的實例包括但不限于烯丙基胺、2- 丁烯基胺、2-丙烯基胺、3-戊烯基胺、油基胺、十二碳烯基胺、十六碳烯基胺等。“亞烷基二胺”是指這樣一種二胺NH2-R-NH2，其中R是一⑴到三十五(35)個碳原子，優選二(2)到二十五(25)個碳原子的線性飽和二價烴基，或三(3)到三十碳(35)原
子的支鏈飽和二價烴基。亞烷基二胺的實例包括但不限于乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、十二燒二胺、辛二胺等。 “聚氧亞烷基二胺”是指這樣一種二胺NH2-R-NH2，其中R是聚氧亞烷基。聚氧亞烷基是二(2)到三十五(35)個碳原子，優選二(2)到二十五(25)個碳原子的二價重復醚基。聚氧亞烷基二胺的實例包括但不限于聚亞氧丙基二胺、聚亞氧乙基二胺等。“環亞烷基二胺”是指這樣一種環烷基，其中環烷基的二(2)個碳原子被氨基(-NH2)取代。“環烷基”是指3-10個環原子的環狀飽和烴基。環亞烷基二胺的代表性實例包括但不限于環亞丙基二胺、環亞己基二胺、環亞戊基二胺等。“環烷基胺”是指這樣一種環烷基，其中環烷基的一(I)個碳原子被氨基(-NH2)取代。“環烷基”是指3-10個環原子的環狀飽和烴基。環烷基胺的代表性實例包括但不限于環丙基胺、環己基胺、環戊基胺、環庚基胺和環辛基胺等。“含芳基的二異氰酸酯”是指含芳基官能度的二異氰酸酯。“芳基”是指6-14個環原子的一價單環或雙環芳族碳環基。實例包括但不限于苯基、甲苯基、萘基和蒽基。芳基環可任選稠合到任選含I或2個獨立選自氧、氮或硫的雜原子的5-、6_或7-元單環非芳族環上，其余的環原子為碳，其中一或二個碳原子任選被羰基取代。代表性的帶稠環的芳基包括但不限于2，5-二氫-苯并[b] B,惡庚英(oxepine)、2, 3_ 二氫苯并[1,4] 二B,惡燒、苯并二氫批喃、異苯并二氫批喃、2，3-二氫苯并呋喃、1，3-二氫異苯并呋喃、苯并[1,3]間二氧雜環戍烯、1，2，3，4-四氫異喹啉、1，2，3，4-四氫喹啉、2，3- 二氫-1H吲哚、2，3- 二氫-1H異吲哚、苯并咪唑-2-酮、2-H-苯并噁唑-2-酮等。芳基也可任選被1-3個選自烷基、鏈烯基、炔基、鹵素、烷氧基、酰氧基、氨基、羥基、羧基、氰基、硝基、硫代烷基的取代基取代。芳基環可任選稠合到任選含I或2個獨立選自氧、氮或硫的雜原子的5-、6_或7-元單環非芳族環上，其余的環原子為碳，其中一或二個碳原子任選被羰基取代。含芳基的二異氰酸酯的實例包括但不限于甲苯二異氰酸酯、亞甲基二(苯基異氰酸酯)、亞苯基二異氰酸酯、二(二苯基異氰酸酷)等。“烷基二異氰酸酯”是指一種含烷基官能度的二異氰酸酯。“烷基”是指一⑴到三十五(35)個碳原子，優選六￠)到二十五(25)個碳原子的線性飽和一價烴基，或三到三十個碳原子的支鏈飽和一價烴基。烷基二異氰酸酯的實例包括但不限于己烷二異氰酸酯坐寸O二異氰酸酯是指一種含有兩個異氰酸酯基(O = C = N-)的化合物。多異氰酸酯是指一種含有大于兩個異氰酸酯基(O = C = N-)的化合物。聚脲是指一種含有兩個或更多個脲基的化合物。待使用的胺化合物中的一些是烷基胺或烯基胺；亞烷基二胺、聚氧亞烷基二胺或環亞烷基二胺；和環烷基胺。待用于本發明的烷基胺和烯基胺的實例包括但不限于戊基胺、己基胺、庚基胺、辛基胺、癸基胺、十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、油基胺、十二碳烯基胺和十六碳烯基胺。待用于本發明的亞烷基二胺、聚氧亞烷基二胺或環亞烷基二胺的實例包括但不限于乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、十二烷二胺、辛二胺、聚亞氧丙基二胺和環己二胺。待用于本發明的環烷基胺的實例包括但不限于環戊胺、環己胺、環庚胺和環辛胺。可使用的異氰酸酯可以是任何合適的用于在與前述胺反應時制備二脲或聚脲的異氰酸酯。待用于本發明的含芳基的二異氰酸酯或烷基二異氰酸酯的實例包括但不限于己燒二異氰酸酯、亞甲基雙(苯基異氰酸酯)、亞苯基二異氰酸酯、亞甲基(methylane) 二苯基二異氰酸酯和雙(二苯基異氰酸酯)。在一個具體的實施方案中，待用于本發明的化合物是作為異氰酸酯化合物的甲苯二異氰酸酯(大約80% 2，4-異構體和20% 2，6-異構體)(I);和作為胺化合物的混合物的油基胺(9_十八烯-1-胺)⑵、乙二胺(3)和環己胺⑷。
甲苯二異氰酸酯(I)(CAS 號26471-62-5)可從銷售商例如 Bayer (Pittsburgh,Pa)和Dow Chemical (Midland,Mich)商購。甲苯二異氰酸酯用于這樣的工業，例如粘合劑涂料制造、彈性體制造和軟性和剛性泡沫體制造，以及用于溶劑稀釋型內潔涂飾劑和合成樹脂和橡膠粘合劑。在本發明中，甲苯二異氰酸酯可以是異構體的混合物。在一個實施方案中，所述混合物可由80% 2，4-異構體和20% 2，6-異構體組成。油基胺⑵(CAS號112-90-3)可從銷售商例如 Akzo-Novel (Chicago, 111)商購。油基胺可用作腐蝕抑制劑，以及用于氣溶膠噴發劑。乙二胺(3)(CAS 號107-15_3)可從銷售商例如 Dow Chemical (Midland,Mich)商購。乙二胺用于這樣的工業，例如印刷線路板制造，可用作腐蝕抑制劑、焊接或釬焊中的中間焊劑、絡合劑、或聚亞烷基二醇和聚醚多醇的工藝調節劑，以及用于油漆和清漆脫除劑。環己胺(4)(CAS 號108-91-8)可從銷售商例如 J. T. Baker (PhiIIipsburg, N. J.)商購。環己胺可用作腐蝕抑制劑。在另一個具體的實施方案中，所使用的異氰酸酯化合物是亞甲基二苯基二異氰酸酯(disocyanate),和胺的混合物。用于本發明的潤滑劑基礎油可選自I類、II類、III類、IV類和V類潤滑劑基礎油及其混合物。本發明的潤滑劑基礎油包括合成潤滑劑基礎油，例如費-托合成衍生的潤滑劑基礎油，以及非合成潤滑劑基礎油和合成潤滑劑基礎油的混合物。在API InterchangeGuidelines (API Publicationl509)中規定的用硫含量、飽和物含量和粘度指數的潤滑劑基礎油的技術規格顯示在下表I中
表I
權利要求
1.制備潤滑脂的方法，該方法包括制備由潤滑基礎油和至少一種胺組成的第一混合物以及由潤滑基礎油和至少一種異氰酸酯組成的第二混合物，在高壓和高流量沖擊條件下將這兩種混合物混合在一起以由此使所述至少一種胺和所述至少一種異氰酸酯反應并且使反應產物分散在整個潤滑基礎油中，所述反應和分散幾乎同時進行。
2.權利要求1的方法，其中所述混合在反應注塑裝置中進行。
3.權利要求1的方法，其中所使用的高壓為約500-8000psi。
4.權利要求3的方法，其中所使用的高壓為約1000-4000psi。
5.權利要求1的方法，其中所使用的流量為約5-lOOOg/sec。
6.權利要求1的方法，其中混合時間小于10.O秒。
7.權利要求6的方法，其中所述混合時間小于O.5秒。
8.權利要求1的方法，其中使用胺的混合物。
9.權利要求1的方法，其中使用異氰酸酯化合物的混合物。
10.權利要求8的方法，其中使用芳基異氰酸酯或烷基異氰酸酯，并且胺的混合物包括烷基胺、烯基胺、亞烷基二胺、聚氧亞烷基二胺、環亞烷基胺或環烷基胺。
11.權利要求10的方法，其中所述芳基異氰酸酯或烷基異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、亞甲基二苯基二異氰酸酯、己烷二異氰酸酯、亞苯基二異氰酸酯、雙(二苯基二異氰酸酯)和多異氰酸酯以及它們的混合物，所述胺選自丁胺、油基胺、戊基胺、己基胺、庚基胺、 辛基胺、壬基胺、癸基胺、十二燒基胺、十四燒基胺、十六燒基胺、十八燒基胺、十二碳烯基胺、十六碳烯基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺、十二烷二胺、辛二胺、聚亞氧丙基二胺、 環己二胺、二苯氨基甲烷、甲基苯胺、苯胺、烷基化苯胺、環己胺、二環己胺、環戊胺、環庚胺、 環辛胺和它們的混合物。
12.權利要求1的方法，其中所制備的潤滑脂產物包含至少20重量％的作為反應產物制得的脲增稠劑。
13.權利要求12的方法，其中所述方法還包括將另外的潤滑基礎油加入到潤滑脂產物中以制備包含約12重量％脲增稠劑的潤滑脂產物。
14.由潤滑基礎油和至少20重量％的增稠劑組成的潤滑脂產品，其中該潤滑脂在200x 放大倍率下看不到顆粒物。
15.權利要求14的潤滑脂產品，其中該潤滑脂具有大于500華氏度(260°C)的滴點。
16.由潤滑基礎油和約10-15重量％的增稠劑組成的潤滑脂產品，其中該潤滑脂在 200x放大倍率下看不到顆粒物。
17.權利要求16的潤滑脂產品，其中軸承振動水平測試儀最大讀數為4ander0ns或更小。
18.權利要求16的潤滑脂產品，其中該潤滑脂具有大于500華氏度(260°C)的滴點。
19.權利要求16的潤滑脂產品，其中該潤滑脂具有約350針入度點或更小的 P (100, 000)工作針入度值。
20.權利要求16的潤滑脂產品，其中該潤滑脂顯示小于100針入度點的從H60)到 P (100, 000)的針入度值變化。
21.有潤滑基礎油和增稠劑組成的潤滑脂產品，該潤滑脂產品顯示60針入度點或更小的從H60)到P (100，000)的針入度值變化。
22.通過權利要求1的方法制備的潤滑脂產品。
23.通過權利要求2 的方法制備的潤滑脂產品。
全文摘要
本發明提供了一種制備潤滑脂組合物的方法，該方法包括在高壓和高流量沖擊下將在潤滑基礎油中的胺與在潤滑基礎油中的異氰酸酯進行混合。在一個實施方案中，在反應注塑裝置中進行所述混合和反應。所得潤滑脂組合物是極低噪音的潤滑脂，實質上避開了任何脲增稠劑顆粒。
文檔編號C07C273/00GK103052702SQ201180037400
公開日2013年4月17日 申請日期2011年7月27日 優先權日2010年7月30日
發明者D·S·李, R·W·瓊斯 申請人:雪佛龍美國公司