專利名稱：用于傳動流體的潤滑劑組合物的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明所述的組合物可以用于多種潤滑和傳動應用，例如，用于自動傳動，如連續(xù)變速傳動和/或自動化手動傳動，傳動可以有或沒有如變矩器的啟動裝置。
背景技術(shù)：
使用或計劃使用連續(xù)可變傳動(CVTs)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)自動傳動的汽車制造廠逐年穩(wěn)定增加。已經(jīng)表明，連續(xù)可變傳動與傳統(tǒng)自動傳動相比，提高了燃料效率和驅(qū)動性能，同時減少了排放。
連續(xù)可變傳動可以包括鋼推動帶和滑輪裝置、鏈條和滑輪裝置、或輪盤裝置(在為環(huán)形連續(xù)可變傳動的情況時)，與變矩器或其它形式的啟動裝置相結(jié)合。扭矩通過在滑輪裝置和帶或鏈或盤之間的金屬-金屬接觸而傳送。扭矩的有效傳送要求滑輪裝置與帶或盤之間相對高的鋼-鋼摩擦，并且磨損最小。低摩擦將導致所述帶打滑或嚴重的磨損。因此，鋼-鋼摩擦是扭矩傳送的關(guān)鍵要求。用以提高鋼-鋼之間摩擦的添加劑技術(shù)將導致更高的鋼-紙(steel-on-paper)摩擦。在裝配有作為啟動裝置的變矩器的連續(xù)可變傳動中，變矩離合器的存在要求連續(xù)可變傳動流體具有適當程度的鋼-紙摩擦力，以避免困擾高摩擦傳動流體的問題。這樣的問題的一個例子是震顫。連續(xù)可變傳動啟動離合器除了要滿足連續(xù)可變傳動的要求之外，還必須提供如在傳統(tǒng)自動傳動中的同樣功能。這樣，開發(fā)連續(xù)可變傳動流體的配方設計師所面臨主要問題之一是平衡鋼-鋼摩擦和鋼-紙摩擦的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了滿足鋼-鋼摩擦和鋼-紙摩擦的性能要求的流體。
在本發(fā)明的一個實施方式中，添加劑組合物可以含有(a)至少一種第一含磷和硼的分散劑，(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑，和(c)至少一種清潔劑。在添加組合物中大約含20重量％的第一種分散劑。
另一個實施方式中，傳動流體組合物可以包含占主要含量的基油和添加組合物，包含(a)至少第一種含有磷和硼的分散劑，(b)至少第二種含硼分散劑，沒有磷，和(c)至少一種清潔劑。在流體中含有約2.0重量％或更多的第一種分散劑。
另一個實施方式中，增加鋼-鋼摩擦和/或穩(wěn)定鋼-紙摩擦的方法包括用潤滑組合物來對傳動進行潤滑，這種組合物包括占主要含量的基油和一種添加劑組合物，包含(a)至少一種第一含磷和硼的分散劑，在流體中含有2.0重量％或更多；(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑；和(c)至少一種清潔劑。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式可以包含含有高水平分散劑的組合物，所述分散劑含有硼和磷。本發(fā)明的實施方式給出了改進的鋼-鋼摩擦和鋼-紙摩擦性能效力。與傳統(tǒng)的傳動流體相比，使用高磷和硼水平的傳動流體為其摩擦性能帶來好處，如，對于自動傳動、連續(xù)可變傳動和/或與連續(xù)可變傳動聯(lián)合操作的啟動裝置，如變矩器。
連續(xù)可變傳動可以包含與滑輪裝置結(jié)合布置的鋼推動帶或鏈或輪盤裝置，其與變矩器或其它形式的啟動裝置相結(jié)合來運行。扭矩通過滑輪和帶或鏈或輪盤裝置之間的金屬-金屬接觸而傳送。扭矩的有效傳送要求相對高的鋼-鋼摩擦，以及帶或鏈與滑輪之間最小的磨損。低摩擦導致皮帶打滑和嚴重的磨損。因此，鋼-鋼摩擦是扭矩傳送的一個關(guān)鍵要求。用于增加鋼-鋼摩擦的添加劑技術(shù)會潛在地導致較高的鋼-紙摩擦。在帶有如變矩器的啟動裝置的連續(xù)可變傳動裝置中，啟動裝置的存在要求連續(xù)可變傳動流體具有一個合適水平的鋼-紙摩擦。如果沒有合適水平的鋼-紙摩擦，問題將會出現(xiàn)，如震顫。這樣，開發(fā)連續(xù)可變傳動流體的配方設計師的其中一個主要問題是平衡鋼-鋼摩擦與鋼-紙摩擦的要求。
本發(fā)明描述了流體組合物，它能滿足鋼-鋼摩擦和鋼-紙摩擦的性能要求。
含硼分散劑在一個實施方式中，添加劑組合物可以包括至少一種含硼分散劑，其中，含硼分散劑不含磷。形成含硼酸分散劑的方法是把分子中含有堿氮和/或至少一個羥基的無灰硼化，所述分散劑如丁二酰亞胺分散劑、丁二酰胺分散劑、丁二酸酯分散劑、丁二酸酯酰胺分散劑、Mannich堿分散劑、烴基胺或聚胺分散劑。制備前述的無灰分散劑的方法被本領域普通技術(shù)人員熟知，此方法專利文獻有報道。例如，下述專利描述了前述的各種無灰分散劑的合成專利號為2,459,112；2,962,442；2,984,550；3,036,003；3,163,603；3,166,516；3,172,892；3,184,474；3,202,678；3,215,707；3,216,936；3,219,666；3,236,770；3,254,025；3,271,310；3,272,746；3,275,554；3,281,357；3,306,908；3,311,558；3,316,177；3,331,776；3,340,281；3,341,542；3,346,493；3,351,552；3,355,270；3,368,972；3,381,022；3,399,141；3,413,347；3,415,750；3,433,744；3,438,757；3,442,808；3,444,170；3,448,047；3,448,048；3,448,049；3,451,933；3,454,497；3,454,555；3,454,607；3,459,661；3,461,172；3,467,668；3,493,520；3,501,405；3,522,179；3,539,633；3,541,012；3,542,680；3,543,678；3,558,743；3,565,804；3,567,637；3,574,101；3,576,743；3,586,629；3,591,598；3,600,372；3,630,904；3,632,510；3,632,511；3,634,515；3,649,229；3,697,428；3,697,574；3,703,536；3,704,308；3,725,277；3,725,441；3,725,480；3,726,882；3,736,357；3,751,365；3,756,953；3,973,202；3,798,165；3,798,247；3,803,039；3,804,763；3,836,471；3,862,981；3,936,480；3,948,800；3,950,341；3,957,854；3,957,855；3,980,569；3,991,098；4,071,548；4,173,540；4,234,435；5,137,980的美國專利和Re 26,433，在這里一起引作參考?？梢园l(fā)現(xiàn)其它適合的分散劑，如專利號為5,198,133；5,256,324；5,389,273和5,439,606的美國專利，在此引作參考。以下專利描述了用于把上述各種無灰分散劑硼化的方法專利號為3,087,936；3,254,025；3,281,428；3,282,955；3,338,832；3,344,069；3,533,945；3,658,836；3,703,536；3,718,663；4,455,243；和4,652,387的美國專利。
在一些實施方式中，無灰分散劑可以包含含有至少一種可以形成酰亞胺基的伯氨基的胺的一種或更多的烯基丁二酰亞胺。烯基丁二酰亞胺可以通過傳統(tǒng)的方法形成，如加熱烯基丁二酸酐、酸、酸酯、鹵代酸或低烷基酯和含有至少一個伯氨基的胺。烯基丁二酸酐可以通過加熱聚烯烴和順丁烯二酐混合物到大約180℃-220℃而制成。聚烯烴可以是如乙烯、丙稀、異丁烯等的低單烯烴的聚合物或共聚物，具有由凝膠滲透色譜法(GPC)確定的大約900到3000的數(shù)均分子量。
用于合成無灰分散劑的胺包括包含至少一個可以反應生成酰亞胺基的伯氨基和至少一個附加的伯和仲氨基和/或至少一個羥基的任何物質(zhì)。幾個代表性的例子如下N-甲基-丙二胺，N-十二烷丙二胺，N-氨丙基-哌嗪，乙醇胺，N-乙醇-乙二胺等。
適合的胺可以包括亞烷基多胺，如丙二胺，二丙烯三胺，二-(1，2-丁稀)三胺和四-(1，2-丙稀)-五胺。更多的例子包括亞乙基多胺，用化學式H2N(CH2CH2NH)nH表達，其中，n可以是約1到10的一個整數(shù)。包括乙二胺，二亞乙基三胺，三亞乙基四胺，四亞乙基五胺，五亞乙基六胺等，還包括他們的混合物，此時的n是混合物的平均值。上述的這些亞乙基多胺每端包含一個伯氨基，這樣可以形成單烯基丁二酰亞胺和雙烯基丁二酰亞胺。商業(yè)供應的乙烯多胺混合物可能包含少量的支鏈種類和環(huán)類，如N-氨乙基哌嗪，N，N’-二(氨乙基)哌嗪，N，N’-二(哌嗪基)乙烷等組合物。商業(yè)混合物可能含有總成分大約落入相應于二乙基三胺到四乙基五胺的范圍。聚烯基丁二酐與聚亞烴基多胺的摩爾比例大約為從1∶1到2.4∶1。用于此用途的Mannich堿無灰分散劑合成方法為冷凝大約1摩爾比例的長鏈烴代苯酚和大約1到2.5摩爾甲醛和大約0.5到2摩爾的聚亞烴基多胺。
在一些實施方式中，無灰分散劑可能包含如三亞乙基四胺或四亞乙基五胺的聚亞烴基多胺與烴代羧基酸或酐與不飽和聚羧基酸或酐反應的產(chǎn)物，烴代羧基酸或酐由具有合適分子量的如聚異丁烯的聚烯烴反應制的，不飽和聚羧基酸或酐的例子有，順丁烯二酸酐，順丁烯二酸，反丁烯二酸等，也包括兩種或多種這些物質(zhì)的混合物。
在一些實施方式中，含硼分散劑可能包含，如含硼酸的聚異丁烯丁二酰亞胺或雙丁二酰亞胺或二者的混合物。聚異丁烯分子量大約為210到1300amu，另一個例子大約為900到1300amu，甚至還有一個例子為大約1200到1300amu。
含硼和含磷分散劑在一個實施方式中，添加劑的組合物可以含有至少一種含磷和硼的分散劑(或，換句話說為磷酸化或硼化的分散劑)。如上述方法磷酸化和硼化分散劑來制備含磷和硼的分散劑。這樣，含磷和硼的分散劑可以包含磷酸化和硼化的聚異丁烯丁二酰亞胺或雙丁二酰亞胺或它們的混合物。含磷和硼的分散劑可以包含分子量大約為900amu的聚異丁烯。含磷和硼的分散劑可以包含聚異丁烯丁二酰亞胺與硼酸反應的產(chǎn)物，如B(OH)3和磷酸H3PO3。
含硼和磷的分散劑的量大約占潤滑組合物(或成品流體)的2.0重量％。含硼和磷分散劑的量大約占添加劑組合物的20重量％。
清潔劑在一些實施方式中，添加劑的組合物也可以含有清潔劑。清潔劑可以包含高堿性的清潔劑。清潔劑可以含有磺酸鹽或苯酚鹽。此外，清潔劑可以含有含鈣、含鎂或含鈉的組合物。清潔劑可以含有，如，磺酸鈣、磺酸鎂、磺酸鈉、苯酚鈣、和/或苯酚鋅。例如，磺酸鈣清潔劑可以含有大約1.5重量％到20重量％鈣，進一步地，含有大約12重量％到15重量％的鈣。此外，磺酸鈣清潔劑可以含有大約3mgKOH/g到450mgKOH/g的總堿值(TBN)，另一個例子是大約250mgKOH/g到400mgKOH/g，更優(yōu)化的一個例子是從大約250mgKOH/g到350mgKOH/g。苯酚鈣清潔劑可以包含大約2.5重量％到大約8.5重量％的鈣，如大約5重量％的鈣。此外，苯酚鈣清潔劑可以包含大約50mgKOH/g到300mgKOH/g的總堿值，如大約150mgKOH/g。
除上述的清潔劑外，實施方式還包括堿金屬清潔劑和/或堿土金屬清潔劑，也可替代上述的清潔劑。堿金屬和堿土金屬清潔劑的用途由以下例子說明堿金屬和堿土金屬和以下酸物質(zhì)(或酸物質(zhì)混合物)的油溶中性或高堿性的鹽磺酸、羧酸、水楊酸、烷基酚和硫化烷基酚。
油溶中性堿金屬和堿土金屬清潔劑是含有按化學計量與清潔劑中的酸一半的量相對應的等量堿金屬和堿土金屬的量的清潔劑。這樣，通常，中性的堿金屬和堿土金屬清潔劑與它們高堿性對應物相比，具有相對低的堿度。制備高堿性堿金屬和堿土金屬清潔劑的方法在本領域是眾所周知的，市場上提供很多高堿性的清潔劑。
堿金屬和堿土金屬清潔劑包括中性和高堿性磺酸鈉、羧酸鈉、水楊酸鈉、苯酚鈉、硫化苯酚鈉、磺酸鈣、羧酸鈣、水楊酸鈣、苯酚鈣、硫化苯酚鈣、磺酸鋰、羧酸鋰、水楊酸鋰、苯酚鋰、硫化苯酚鋰、磺酸鎂、羧酸鎂、水楊酸鎂、苯酚鎂、硫化苯酚鎂、磺酸鉀、羧酸鉀、水楊酸鉀、苯酚鉀、硫化苯酚鉀。適用于本發(fā)明實施方式的其它分散劑，如專利號為6,482,778的美國專利，在此一并引作參考。
在一些實施方式中，添加劑的組合物可以與基油結(jié)合來提供動力傳動流體。這樣的動力傳動流體可以包含成品流體。
硼和磷以總硼和磷在潤滑組合物(或成品流體)中占大約200ppm或更多的的含量存在。作為另一個例子，硼和磷以總硼和磷在潤滑組合物(或成品流體)中占大約400ppm或更多的含量存在。
在另一個實施方式中，自動傳動流體，連續(xù)可變傳動流體，雙向離合器流體，或啟動裝置流體，如變矩器流體，可能包含在這里公開的添加劑的合物。流體適合于傳統(tǒng)的自動傳動，如包括變矩器的步進式自動傳動。
在另一個實施方式中，增加鋼-鋼摩擦和/或穩(wěn)定鋼-紙摩擦的方法為采用潤滑傳動組合物來潤滑傳動，潤滑傳動組合物包括主要的基油和這里所述的添加劑組合物。
潤滑流體可以包括其它添加劑，如，一種或多種極壓添加劑、抗磨劑、如胺抗氧化劑或酚類抗氧化劑的抗氧化劑或抗氧化系統(tǒng)、腐蝕抑制劑或腐蝕抑制系統(tǒng)、金屬鈍化劑、防銹劑、摩擦調(diào)節(jié)劑、分散劑、清潔劑、燃料、密封膨脹劑、防沫劑、表面活性劑、粘度指數(shù)改進劑、香氣劑或掩臭劑、和任何這些物質(zhì)的合適組合。例如，當摩擦調(diào)節(jié)劑按常規(guī)加入到潤滑流體中，摩擦調(diào)節(jié)劑的類型和劑量對于每一種特殊的使用是唯一的和特定的。
進一步，基油可以含有適合特殊用途的任何基油或基油的混合物。在一些實施方式中，添加劑可以由添加劑包的濃縮物提供。進一步，一些實施方式可以含有稀釋液，如稀釋油。稀釋可能包含在混合、溶解和傳送添加包的程序中。稀釋劑與基油和/或添加包兼容。稀釋劑在濃縮物中可以以任何合適的量存在，合適的稀釋劑可以含有潤滑劑粘度的操作油。
基油可以含有礦物油，礦物油的混合物、合成油，合成油的混合物，或它們的混合物。合適的基油可以包括組I、組II、組III、組IV、或組V的基本組份。合適的基油可以由氣態(tài)-液態(tài)的工藝制造。
實施例用于試驗的流體以合適的基本組份準備。準備完全配制的流體，混合組分的比例如下面表1所示。表1說明了調(diào)配的成分和劑量的實施例。
表1試驗流體的成分

表1中，“EP/AW”表示極壓劑/抗磨劑，“聚甲基丙烯酸酯VII”表示聚甲基丙烯酸酯粘度指數(shù)改進劑。此外，分散劑A包含磷酸化和硼化分散劑，包括大約0.76重量％的磷(P)和大約0.37重量％的硼(B)；分散劑B包括含有約1.3％的B的硼化分散劑；清潔劑C包含磺酸鈣，總堿值(TBN)為大約300mgKOH/g。
采用Falex block-on-ring摩擦測試儀測量鋼-鋼摩擦，在Falex測試儀中，摩擦系數(shù)在給定溫度，并且在特定負荷條件下，在旋轉(zhuǎn)S10環(huán)和靜止H60塊之間測量。測量的鋼-鋼摩擦(μ)是增加速度(v)到大約0.53m/s的最大值的函數(shù)。采用的條件是在大約110℃，滑動速度在大約0到0.60m/s之間，大約1000N負荷。大約0.130或更高的鋼-鋼摩擦系數(shù)(表2中的μ)表示好的性能。
采用Modified Low Speed SAE No.2試驗設備測量鋼-紙摩擦，檢測流體在高負荷、低滑動速度條件下的鋼-紙摩擦特性。在滑動速度的摩擦比(表3中的μ20/μ100和μ40/μ300)為大約1或更少表示好的抗震顫性能。
表2表示在大約0.25m/s時，F(xiàn)alex測試儀測試的1-9的實施例的鋼-鋼摩擦。直接比較了流體1-8和9-10，其中，只有變量被表示在表2中。流體1-8和9-10和11是可比的，只有流體中一些其它成分的微小變化。
表2鋼-鋼摩擦

表2中的測量值表明增加分散劑A的量，鋼-鋼摩擦增加(如，比較例5和例8、10)。在沒有清潔劑C時，高含量的分散劑A能充分提高鋼-鋼摩擦(如，例3、8和10)。此外，添加分散劑B到含有清潔劑C的配方中，有助于保持或提高鋼-鋼摩擦(如，比較例2和例6)。這樣，清潔劑高含量的硼和磷可以有效地提高鋼-鋼摩擦。
摩擦與速度比(μ/s)的正斜率表示好的抗震顫耐久性。采用LowSpeed SAE No.2試驗設備測量鋼-紙摩擦。表3表示在大約20、40、100和300rpm的摩擦值(分別為μ20、μ40、μ100、μ300)。
表3鋼-紙摩擦

如表3所示，摩擦增加常會導致在大約20到100rpm和大約40到300rpm之間的負斜率。例如，例3和8有大于1.00的一個μ20/μ100值和一個μ40/μ300值，表示是負斜率。例如，如實施例2、4和7所示，小于1.00的μ20/μ100值和μ40/μ300值表示正斜率。這樣，含有清潔劑C(如磺化清潔劑)的實施例具有低鋼-紙摩擦，完全的正斜率(例如，實施例2、6和7)正斜率表示沒有震顫問題的傳動，是理想的特征。
因此，把清潔劑與高含量(這里限定的)的硼化/磷酸化分散劑和硼化分散劑結(jié)合使用使可變傳動流體盡管具有較高的鋼-鋼摩擦特性，也能改進連續(xù)可變傳動流體的鋼-紙摩擦特性。
本發(fā)明提供了增加鋼-鋼摩擦的組合物，把高含量的硼化和磷酸化分散劑和硼化分散劑與清潔劑結(jié)合使用。(例如，比較表2中的例2和6，表3中的例2)。此外，本發(fā)明提供了一種組合物，可以保持高的鋼-鋼摩擦，同時最小化鋼-紙摩擦，以提高浸油離合器的性能。
這里描述的組合物可以適用于以下傳動流體配方應用于連續(xù)可變傳動、傳統(tǒng)自動傳動和具有不同啟動離合器的傳動流體配方。
如說明書和權(quán)利要求中所用的，“a”和/或“an”可以涉及一或多于一。除非有特殊說明，所有說明書和權(quán)利要求中使用的表示成分、性能量的數(shù)字，如分子量、百分比、反應條件等應該這樣理解“大約”一詞在所有實施例中表示可以更改。據(jù)此，除非有相反的說明，說明書和權(quán)利要求中陳述的數(shù)字參數(shù)是近似值，可以依據(jù)的本發(fā)明所期望獲得的性能變化。至少，不限定僅與權(quán)利要求范圍表面相同的應用，每一個數(shù)字參數(shù)應當至少依照所述的有效數(shù)字構(gòu)造，并使用通常的舍入算法。雖然本發(fā)明數(shù)字范圍和參數(shù)設定的較寬范圍是近似值，但實施方式中報道的數(shù)值是盡可能精確的。然而，在它們各自的試驗測量值中發(fā)現(xiàn)，任何數(shù)值含有與標準偏離而必然造成固有的某些錯誤。
通過圖表和例證詳細描述了本發(fā)明，應當理解實施方式允許有各種變化和替代形式，而不僅限于所列出的特定實施方式。還應當理解這些特定的實施方式不限定本發(fā)明，而是，力圖覆蓋落入本發(fā)明實質(zhì)保護范圍的所有的變化、等同和代替形式。
權(quán)利要求
1.一種添加劑組合物，包含(a)至少一種在添加劑組合物中占大約20重量％或更多的第一含磷和硼分散劑；(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑，和(c)至少一種清潔劑。
2.一種傳動流體，包括(a)主要量的基油；和(b)添加劑組合物，包括(i)至少一種在流體中占大約2.0重量％或更多量的第一含磷和硼分散劑；(ii)至少一種第二含硼不含磷的分散劑；和(iii)至少一種清潔劑。
3.一種連續(xù)可變傳動流體，包括(a)主要量的基油；和(b)添加劑組合物，包括(i)至少一種在流體中占大約2.0重量％或更多量的第一含磷和硼的分散劑；(ii)至少一種第二含硼不含磷的分散劑；和(iii)至少一種清潔劑。
4.一種增加鋼-鋼摩擦的方法，包括采用潤滑組合物潤滑具有鋼-鋼摩擦的傳動，所述潤滑組合物包含占主要量的基油和添加劑組合物，所述添加劑組合物包括(a)至少一種在流體中占大約2.0重量％或更多量的第一含磷和硼的分散劑；(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑，和(c)至少一種清潔劑。
5.一種增加抗震顫的方法，包括采用潤滑組合物潤滑帶震顫的傳動，所述潤滑組合物包含占主要量的基油和添加劑組合物，所述添加劑組合物包括(a)至少一種在流體中占大約2.0重量％或更多量的第一含磷和硼的分散劑；(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑，和(c)至少一種清潔劑。
6.一種穩(wěn)定鋼-紙摩擦的方法，包括采用潤滑組合物潤滑具有鋼-紙摩擦的傳動，所述潤滑組合物包含占主要量的基油和添加劑組合物，所述添加劑組合物包括(a)至少一種在流體中占大約2.0重量％或更多量的第一含磷和硼的分散劑；(b)至少一種第二含硼不含磷的分散劑，和至少一種清潔劑。
全文摘要
一種添加劑組合物，可以包含至少一種含磷和含硼分散劑，至少一種含硼分散劑和至少一種清潔劑。這種組合物可以用于傳動以提供抗震顫性能和/或提高耐磨壽命。
文檔編號C10N40/04GK1626634SQ200410092399
公開日2005年6月15日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者R·N·耶爾, S·H·特爾西尼 申請人:雅富頓公司