Титансодержащая композиция смазочного масла

Титансодержащая композиция смазочного масла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки No. 10/894,327, поданной 19 июля 2004 г., находящейся в стадии рассмотрения, а также частичным продолжением заявки No. 11/080,007, поданной 14 марта 2005 г., находящейся в стадии рассмотрения.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее описание относится к композициям смазочных масел. Более конкретно, настоящее описание относится к композициям смазочных масел, включающим титансодержащие соединения с улучшенными смазочными свойствами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиции смазочных масел, используемые для смазки двигателей внутреннего сгорания, содержат базовое масло смазочной вязкости, или смесь указанных масел, а также присадки, используемые для улучшения рабочих характеристик масла. Например, присадки используются для улучшения моющего действия, уменьшения износа двигателя, обеспечения стойкости к высокой температуре и окислению, уменьшения потребления масла, предотвращения коррозии, для использования в качестве дисперсанта, а также для уменьшения потерь на трение. Некоторые присадки обеспечивают много преимуществ, например дисперсанты-модификаторы вязкости. Другие присадки, улучшая одну из характеристик смазки, оказывают неблагоприятное воздействие на другие характеристики. Таким образом, чтобы получить смазочные материалы, обладающие оптимальными рабочими свойствами, необходимо охарактеризовать и понять все эффекты различных доступных добавок и тщательно сбалансировать состав присадок в смазке.

Во многих патентах и статьях (например, в патентах США Nos. 4164473; 4176073; 4176074; 4192757; 4248720; 4201683; 4289635; 4479883) в качестве присадок к смазочным маслам были предложены маслорастворимые соединения молибдена. В частности, добавление соединений молибдена к маслу, особенно дитиокарбаматов молибдена, придают маслу улучшенные показатели граничного трения, а лабораторные испытания демонстрируют, что коэффициент трения масла, включающего указанные соединения молибдена обычно ниже, чем у масла, включающего органические модификаторы трения. Снижение коэффициента трения приводит к улучшению противоизносных свойств и может способствовать улучшению показателей расхода топлива в бензиновых или дизельных двигателях, включая показатели как кратковременного, так и долговременного расхода топлива (то есть показатели экономичности расхода топлива). Для обеспечения противоизносных эффектов соединения молибдена обычно добавляются в масло в количествах приблизительно от 350 ч/млн до 2000 ч/млн молибдена. Хотя соединения молибдена являются эффективными противоизносными агентами и могут также принести выгоду от экономии топлива, соединения молибдена дороже, чем более традиционные, без добавок металлов (беззольные), органические модификаторы трения.

Несмотря на изложенное выше сохраняется потребность в большем количестве экономически выгодных композиций смазочных масел, которые обеспечивают эквивалентные или превосходящие рабочие характеристики по сравнению с композициями смазочных масел без присутствия модификаторов трения на основе молибдена.

В соответствии с первым аспектом один из примеров исполнения изобретения обеспечивает улучшенную композицию смазочного масла, практически свободную от соединений молибдена, которая может обеспечить эквивалентные или превосходящие смазочные свойства. Указанная композиция смазочного масла включает, по крайней мере, один сукцинимидный дисперсант, производный полиалкиленового соединения, включающий от приблизительно 50 до приблизительно 85% винилиденовых двойных связей в соединении. Также в смазочное масло включены: металлсодержащий детергент, по крайней мере, один противоизносный агент, по крайней мере, один антиокислитель, а также растворимое в углеводородах соединение титана в качестве модификатора трения. Композиция смазочного масла в значительной степени свободна от соединений молибдена.

В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение обеспечивает концентрат смазочных присадок для уменьшения осадка в композиции смазочного масла. Концентрат не содержит молибден и включает гидрокарбилсодержащую жидкость-носитель, по крайней мере, один сукцинимидный дисперсант, производный полиалкиленового соединения, включающий от приблизительно 50 до приблизительно 85% винилиденовых двойных связей в соединении. Также в состав концентрата в качестве модификатора трения входит растворимое в углеводородах соединение титана в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 500 ч/млн титана в композиции смазочного масла.

В соответствии с третьим аспектом настоящее изобретение обеспечивает смазанную поверхность, покрытую композицией смазочного масла, включающей базовое масло смазочной вязкости и комплекс присадок. Комплекс присадок включает, по крайней мере, один сукцинимидный дисперсант, производный полиалкиленового соединения, включающий от приблизительно 50 до приблизительно 85% винилиденовых двойных связей в соединении. Также в состав комплекса присадок входит металлсодержащий детергент, по крайней мере, один противоизносный агент, по крайней мере, один антиокислитель, а также растворимое в углеводородах соединение титана в качестве модификатора трения. Композиция смазочного масла, нанесенная на поверхность, не содержит соединений молибдена.

Еще один аспект настоящего изобретения предполагает полностью составленную композицию смазочного масла, включающую в качестве одного из компонентов базовое масло смазочной вязкости и некоторое количество смазочной присадки для уменьшения осадка. Смазочная присадка включает, по крайней мере, один сукцинимидный дисперсант, производный полиалкиленового соединения, включающий от приблизительно 50 до приблизительно 85% винилиденовых двойных связей в соединении, металлсодержащий детергент, по крайней мере, один противоизносный агент, по крайней мере, один антиокислитель, а также растворимое в углеводородах соединение титана в качестве модификатора трения, в количестве от приблизительно 10 до приблизительно 500 ч/млн титана в композиции смазочного масла. Композиция смазочного масла также не содержит соединений молибдена.

Кроме того, другой аспект настоящего изобретения предполагает композицию смазочного масла, включающую базовое масло смазочной вязкости и некоторое количество, по крайней мере, одного растворимого в углеводородах соединения титана, обладающего улучшенными смазочными свойствами и обеспечивающего: большее снижение износа поверхности, чем композиция смазочного масла, которая не содержит растворимого в углеводородах соединения титана, большее уменьшение окисления композиции смазочного масла, чем уменьшение окисления композиции смазочного масла, которая не содержит растворимого в углеводородах соединения титана, и большее снижение образования осадка в композиции смазочного масла, чем снижение образования осадка в композиции смазочного масла, которая не содержит растворимого в углеводородах соединения титана.

Одно из преимуществ описанных вариантов осуществления настоящего изобретения состоит в существенном снижении образования осадка среди композиций, включающих соединения титана и обычные сукцинимидные дисперсанты. Вышеупомянутое преимущество получено несмотря на отсутствие молибденсодержащих соединений в композиции смазочного масла. Другие преимущества могут включать снижение коэффициента трения, снижение износа поверхности и/или уменьшение окисления композиции смазочного масла. Другие и последующие цели, преимущества и особенности раскрытых вариантов исполнения настоящего изобретения могут быть поняты посредством следующего.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В раскрытых здесь композициях смазочных масел, отдельно или в комбинации с другими присадками, может использоваться любое подходящее растворимое в углеводородах соединение титана, изменяющее трение и/или большое удельное давление, и/или обладающее антиокислительными, и/или противоизносными свойствами и/или способное уменьшать осадок. Понятия "растворимый в углеводородах", "маслорастворимый" или "диспергируемый" не предназначены для указания того, что композиции являются растворимыми, смешивающимися или суспендирующимися в углеводородном соединении или масле во всех отношениях. В действительности, однако, они означают, что они, например, растворимы или устойчиво диспергируемы в масле в степени, достаточной, чтобы проявить свой намеченный эффект в окружающей среде, в которой используется масло. Кроме того, дополнительное введение других присадок может также позволять введение более высоких уровней конкретной присадки, если необходимо.

Понятие "растворимый в углеводородах" означает, что соединение легко суспендируется или растворяется в углеводородном материале, либо в результате реакции, либо за счет образования комплекса соединения магния с углеводородным материалом. Используемое здесь понятие "углеводород" означает любое соединение из обширного ряда соединений, содержащих углерод, водород и/или кислород в различных комбинациях.

Понятие "гидрокарбил" относится к группе, включающей атом углерода, непосредственно присоединенный к остальной части молекулы, причем указанная группа имеет преобладающе углеводородный характер. Примеры гидрокарбильных групп включают:

(i) углеводородные заместители, а именно, алифатические (например, алкильные или алкенильные), алициклические (например, циклоалкильные, циклоалкенильные) заместители, а также ароматически-, алифатически- и ациклически-замещенные ароматические заместители, и, кроме того, циклические заместители, кольцо которых замыкается через другую часть молекулы (например, два заместителя вместе образуют алициклический радикал);

(ii) замещенные углеводородные заместители, а именно заместители, включающие неуглеводородные группы, которые, в контексте настоящего описания, не изменяют преобладающий углеводородный характер заместителя (например, гало (особенно хлор и фтор), гидрокси, алкокси, меркапто, алкилмеркапто, нитро, нитрозо и сульфоксигруппы);

(iii) гетерозаместители, а именно заместители, которые, имея преобладающий углеводородный характер, в контексте настоящего описания, включают отличные от углерода атомы в кольце или цепи, в остальной части состоящие из атомов углерода. Гетероатомы включают серу, кислород, азот и охватывают такие заместители, как пиридил, фурил, тиенил и имидазолил. В основном, не более чем два, предпочтительно не более чем один неуглеводородный заместитель будет присутствовать на каждые десять атомов углерода в гидрокарбильной группе; обычно гидрокарбильная группа не будет включать какие-либо неуглеводородные заместители.

Важно, чтобы органические группы лигандов включали достаточное число атомов углерода, чтобы сохранять способность соединения растворяться или диспергироваться в жидких углеводородах или масле. Например, число атомов углерода в каждой группе в основном будет располагаться между приблизительно 1 и приблизительно 100, предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 30 и наиболее предпочтительно между приблизительно 4 и приблизительно 20.

Растворимые в углеводородах соединения титана, подходящие для использования здесь, например, в качестве модификатора трения, противозадирного агента или антиокислителя, обеспечиваются посредством реакции алкоксида титана и карбоновой кислоты с длиной цепи от приблизительно C₆ до приблизительно C₂₅. Продукт реакции может быть представлен следующей формулой:

в которой n представляет собой целое число, выбранное из 2, 3 и 4, а R является гидрокарбильной группой, включающей от приблизительно 5 до приблизительно 24 атомов углерода, или формулой:

в которой каждый из R¹, R², R³ и R⁴ являются одинаковыми или различными и выбраны из гидрокарбильной группы, включающей от приблизительно 5 до приблизительно 25 атомов углерода. Соединения вышеприведенных формул не содержат фосфор и серу.

В одном из вариантов исполнения настоящего изобретения растворимое в углеводородах соединение титана может практически или абсолютно не содержать атомы серы и фосфора, чтобы смазка или комплекс присадок, включающий растворимое в углеводородах соединение титана, содержали около 0,7% (по весу) или менее серы и приблизительно 0,12% (по весу) или менее фосфора.

В другом варианте исполнения растворимое в углеводородах соединение титана может быть практически свободным от активной серы. "Активная" сера представляет собой серу, которая окислена не полностью. Активная сера далее окисляется, что приводит к повышению кислотности масла при использовании.

В еще одном варианте исполнения растворимое в углеводородах соединение титана может быть практически свободным от всей серы. В другом варианте исполнения растворимое в углеводородах соединение титана может быть практически свободным от всего фосфора. В следующем варианте исполнения растворимое в углеводородах соединение титана может быть практически свободным от всей серы и фосфора. Например, базовое масло, в котором может быть растворено соединение титана, может содержать относительно малые количества серы, как в одном из вариантов исполнения, менее чем приблизительно 0,5% (по весу) или, как в другом варианте исполнения, около 0,03% (по весу) или менее серы (например, для II Группы базовых масел), или, как в еще одном варианте исполнения, количество серы и/или фосфора в базовом масле может быть ограничено количеством, которому разрешается присутствовать в готовом масле в соответствии с техническими требованиями по моторным маслам, действующим в настоящее время.

Примеры продуктов титана и карбоновой кислоты включают, помимо прочего, продукты реакции титана с кислотами, выбранными из группы, состоящей из капроновой кислоты, каприловой кислоты, лауриновой кислоты, миристиновой кислоты, пальмитиновой кислоты, стеариновой кислоты, арахиновой кислоты, олеиновой кислоты, эруковой кислоты, линолевой кислоты, линоленовой кислоты, циклогексанкарбоновой кислоты, фенилуксусной кислоты, бензойной кислоты, неодекановой кислоты и т.п. Методики получения указанных титановых производных карбоновых кислот описаны, например, в патенте США No. 5260466, описание которого включено здесь в виде ссылки.

Следующие примеры приведены в целях пояснения аспектов вариантов исполнения настоящего изобретения и никоим образом не должны их ограничивать.

ПРИМЕР 1

Титансодержащий продукт взаимодействия с неодекановой кислотой

Неодекановая кислота (около 600 граммов) была помещена в реакционную емкость, оборудованную конденсатором, ловушкой Дина-Старка, термометром, термопарой и входным отверстием для газа. Кислоту барботировали азотом. Изопропоксид титана (около 245 граммов) медленно добавляли в реакционную емкость при энергичном перемешивании. Реагенты нагревали приблизительно до 140°С и перемешивали в течение одного часа. Фракции дистиллята и конденсат реакции были собраны в ловушке. В реакционной емкости создали пониженное давление, и реагенты дополнительно перемешивали в течение приблизительно двух часов, пока реакция не была завершена. Анализ продукта показал, что продукт имел кинематическую вязкость около 14,3 сСт при ≈100°С, а содержание титана составляло приблизительно 6,4% по весу.

ПРИМЕР 2

Титансодержащий продукт взаимодействия с олеиновой кислотой

Олеиновая кислота (около 489 граммов) была помещена в реакционную емкость, оборудованную конденсатором, ловушкой Дина-Старка, термометром, термопарой и входным отверстием для газа. Кислоту барботировали азотом. Титан изопропоксид (приблизительно 122,7 грамма) медленно добавляли в реакционную емкость при энергичном перемешивании. Реагенты нагревали приблизительно до 140°С и перемешивали в течение одного часа. Фракции дистиллята и конденсат реакции были собраны в ловушке. В реакционной емкости создали пониженное давление и реагенты дополнительно перемешивали в течение приблизительно двух часов, пока реакция не была завершена. Анализ продукта показал, что продукт имел кинематическую вязкость около 7,0 сСт при ≈100°С, а содержание титана составляло приблизительно 3,8% по весу.

Растворимые в углеводородах соединения титана раскрытых здесь вариантов исполнения успешно включены в состав композиций смазочных масел. Соответственно, растворимые в углеводородах соединения титана могут быть добавлены непосредственно в композицию смазочного масла. Однако в одном из вариантов исполнения растворимые в углеводородах соединения титана разведены в преимущественно инертном, в жидком, обычно органическом разбавителе, таком как минеральное масло, синтетическое масло (например, эфир дикарбоновой кислоты), нафта, алкилированный (например, C₁₀-C₁₃ алкил) бензол, толуол или ксилол, чтобы получить концентрат металлсодержащей присадки. Концентраты титансодержащих присадок обычно содержат приблизительно от 0% до 99% (по весу) масла-разбавителя.

Композиции смазочных масел раскрытого варианта исполнения включают соединение титана в количестве, по крайней мере, 1 ч/млн титана. Например, количество, по крайней мере, 10 ч/млн титана из соединения титана, как установили, было достаточным для эффективного обеспечения модификации трения либо самостоятельно, либо в комбинации со вторым модификатором трения, выбранным из азотсодержащих модификаторов трения, органических полисульфидных модификаторов трения, модификаторов трения, не содержащих аминов, а также органических, беззольных, не содержащих азот модификаторов трения.

Предпочтительно титан из соединения титана присутствует в количестве приблизительно от 10 ч/млн до приблизительно 1500 ч/млн, например 10-1000 ч/млн, более предпочтительно приблизительно от 50 ч/млн до 500 ч/млн и наиболее предпочтительно в количестве приблизительно от 75 ч/млн до приблизительно 250 ч/млн, взятом от общего веса композиции смазочного масла. Поскольку указанные соединения титана могут также придать противоизносные свойства композициям смазочных масел, их использование позволяет уменьшить количество используемого металлсодержащего дигидрокарбил дитиофосфатного противоизносного агента (например, ZDDP). Промышленные тенденции направлены на сокращение количества ZDDP, добавляемого к смазочным маслам с целью снижения содержания фосфора в масле ниже 1000 ч/млн, например 250-750 ч/млн или 250-500 ч/млн. Чтобы обеспечивать достаточную защиту от износа в указанных композициях смазочных масел с низким содержанием фосфора, соединение титана должно присутствовать в количестве, по крайней мере, 50 ч/млн титана от общей массы. Количество титана и/или цинка может быть определено с помощью эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ICP), используя методику, описанную в ASTM D5185.

Подобным образом использование соединений титана в композициях смазочных масел может способствовать снижению количеств антиоксидантных и противозадирных агентов в композициях смазочных масел.

Дисперсанты

Другой важный компонент композиций смазочных масел, имеющих низкую тенденцию к образованию осадка, представляет, по крайней мере, один дисперсант, являющийся производным высокоактивного полиалкиленового соединения. Полиалкиленовое соединение может иметь среднее значение молекулярной массы в пределах от приблизительно 400 до приблизительно 5000 или более. Понятие "высокоактивный" означает, что число остаточных винилиденовых двойных связей в соединении больше чем приблизительно 45%. Например, число остаточных винилиденовых двойных связей в соединении может располагаться в пределах от приблизительно 50 до приблизительно 85%. Процентное содержание остаточных винилиденовых двойных связей в соединении может быть определено стандартными методами, такими как, например, инфракрасная спектроскопия или C₁₃ ядерный магнитный резонанс, или их комбинацией. Способ получения указанных соединений описан, например, в патенте США No. 4152499. Наиболее подходящим соединением является полиизобутилен, имеющий отношение средневесовой молекулярной массы к среднечисловой молекулярной массе, находящееся в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 6.

Дисперсанты, которые могут использоваться, включают, помимо прочего, амино, спиртовые, амидные или эфирные полярные группы, присоединенные к основной цепи полимера часто через мостиковую группу. Дисперсанты могут быть выбраны из дисперсантов Манниха, как описано, например, в патентах США Nos. 3697574 и 3736357; беззольных сукцинимидных дисперсантов, как описано в патентах США Nos. 4234435 и 4636322; аминодисперсантов, как описано в патентах США Nos. 3219666, 3565804 и 5633326; дисперсантов Коха, как описано в патентах США Nos. 5936041, 5643859 и 5627259, а также полиалкиленовых сукцинимидных дисперсантов, как описано в патентах США Nos. 5851965, 5853434 и 5792729.

Наиболее подходящим дисперсантом является полиалкиленовый сукцинимидный дисперсант, полученный из полиизобутиленового соединения (PIB), описанного выше, причем указанный дисперсант имеет содержание активного PIB равное, по крайней мере, приблизительно 45%. Наиболее подходящим дисперсантом является смесь дисперсантов, имеющих среднечисловые молекулярные массы в пределах от приблизительно 800 до приблизительно 3000 и активное содержание PIB от приблизительно 50 до приблизительно 60%. Общее количество дисперсанта в композиции смазочного масла может располагаться в пределах от приблизительно 1 до приблизительно 10% от общего веса композиции смазочного масла.

Модификаторы трения

Маслорастворимый модификатор трения, отличный от соединения титана, описанного выше, может быть включен в композиции смазочных масел, описанные здесь, в качестве второго модификатора трения. Второй модификатор трения может быть выбран из азотсодержащих, не содержащих азот и/или не содержащих амины модификаторов трения. Как правило, второй модификатор трения может использоваться в количестве от приблизительно 0,02 до 2,0% от веса композиции смазочного масла. Предпочтительно второй модификатор трения используется в количестве от 0,05 до 1,0, более предпочтительно от 0,1 до 0,5% по весу.

Примеры указанных азотсодержащих модификаторов трения, которые могут использоваться, включают, помимо прочего, имидазолины, амиды, амины, сукцинимиды, алкоксилированные амины, алкоксилированные аминоэфиры, оксиды аминов, амидоамины, нитриты, бетаины, четвертичные амины, имины, соли аминов, аминогуанидин, алканоламины и т.п.

Указанные модификаторы трения могут включать гидрокарбильные группы, которые могут быть выбраны из неразветвленных, разветвленных или ароматических гидрокарбильных групп, или их смесей, и могут быть также насыщенными или ненасыщенными. Гидрокарбильные группы преимущественно состоят из углерода и водорода, но могут включать один или более гетероатомов, таких как сера или кислород. Предпочтительно гидрокарбильные группы имеют длину цепи в диапазоне от 12 до 25 атомов углерода и могут быть насыщенными или ненасыщенными. Наиболее предпочтительными являются линейные гидрокарбильные группы.

Типичные модификаторы трения включают амиды полиаминов. Указанные соединения могут включать гидрокарбильные группы, которые являются линейными, насыщенными или ненасыщенными, или их смесь, причем их длина цепи составляет не более чем приблизительно от 12 до 25 атомов углерода.

Другие типичные модификаторы трения включают алкоксилированные амины и алкоксилированные аминоэфиры, причем наиболее предпочтительными являются алкоксилированные амины, включающие приблизительно два моля алкиленоксида на моль азота. Указанные соединения могут включать гидрокарбильные группы, которые являются линейными, насыщенными или ненасыщенными, или их смесь. Указанные соединения включают не более чем приблизительно от 12 до 25 атомов углерода и могут включать один или более гетероатомов в гидрокарбильной цепи. Этоксилированные амины и этоксилированные аминоэфиры являются наиболее подходящими азотсодержащими модификаторами трения. Амины и амиды могут использоваться в таком же виде или в форме аддукта или продукта реакции с соединением бора, таким как борный ангидрид, галогенид бора, метаборат, борная кислота, либо моно-, ди- или триалкилборат.

Беззольные органические полисульфидные соединения, которые могут использоваться в качестве модификаторов трения, включают органические соединения, выраженные следующими формулами, такие как сульфиды масел, жиров или полиолефинов, в молекулярной структуре которых присутствует сульфидная группа, включающая два или более смежных атомов серы, связанных друг с другом.

В вышеприведенных формулах R¹ и R² независимо обозначают неразветвленную, разветвленную, алициклическую или ароматическую углеводородную группу, где неразветвленная, разветвленная, алициклическая единица и ароматическая единица могут селективно соединяться в любой комбинации. Также может быть включена ненасыщенная связь, однако предпочтительной является насыщенная углеводородная группа. Среди перечисленного наиболее предпочтительными являются алкильная группа, арильная группа, алкарильная группа, бензильная группа и алкилбензильная группа.

R² и R³ независимо обозначают неразветвленную, разветвленную, алициклическую или ароматическую углеводородную группу, имеющую два участка связывания, и где неразветвленная, разветвленная, алициклическая единица и ароматическая единица могут селективно соединяться в любой комбинации. Также может быть включена ненасыщенная связь, однако предпочтительной является насыщенная углеводородная группа. Среди перечисленного наиболее предпочтительной является алкиленовая группа.

R⁵ и R⁶ независимо обозначают неразветвленную или разветвленную углеводородную группу. Индексы "x" и "y" обозначают независимо целое число два или большее.

Конкретно, например, можно упомянуть сульфированное спермацетовое масло, сульфированное пиненовое масло, сульфированное масло сои, сульфированный полиолефин, диалкил дисульфид, диалкил полисульфид, дибензил дисульфид, дитретичный бутилдисульфид, полиолефин полисульфид, соединение тиадиазольного типа, такие как бис-алкил полисульфанил тиадиазол, а также сульфированный фенол. Среди указанных соединений предпочтительными являются диалкил полисульфид, дибензил дисульфид, а также соединение тиадиазольного типа. Наиболее предпочтительными является бис-алкил полисульфанил тиадиазол.

В качестве смазочной присадки может использоваться металлсодержащее соединение, такое как фенолят Са, имеющий полисульфидную связь. Однако так как указанное соединение имеет большой коэффициент трения, использование такого состава не всегда может быть подходящим. В противоположность сказанному, вышеупомянутое органическое полисульфидное соединение может быть беззольным соединением, не содержащим какого-либо металла, показывающим превосходные рабочие характеристики в поддержании низкого коэффициента трения в течение долгого времени, при использовании в комбинации с другими модификаторами трения.

Вышеупомянутое беззольное органическое полисульфидное соединение (в дальнейшем упоминаемое кратко как "полисульфидное соединение") добавляется в количестве от 0,01 до 0,4% (по весу), обычно 0,1-0,3% (по весу), а предпочтительно 0,2-0,3% (по весу), при расчете на серу (S), относительно общей массы композиции смазочного масла. Если количество присадки меньшее чем 0,01% (по весу), сложно достичь намеченного эффекта, и в то же время, если количество присадки большее чем 0,4% (по весу), существует опасность увеличения коррозийного износа.

Органические, беззольные (не содержащие металла), не содержащие азота модификаторы трения, которые могут использоваться в композициях смазочных масел, раскрытых здесь, в целом известны и включают эфиры, образованные в результате реакции карбоновых кислот и ангидридов с алканолами или гликолями, причем наиболее предпочтительными из карбоновых кислот являются жирные кислоты. Другие полезные модификаторы трения в основном включают полярную концевую группу (например карбоксил или гидроксил), ковалентно связанную с гидрофобной углеводородной цепью. Эфиры карбоновых кислот и ангидридов с алканолами описаны в патенте США No. 4702850. Наиболее предпочтительным модификатором трения для использования в комбинации с соединением титана является такой эфир, как моноолеат глицерина (GMO).

Второй модификатор трения, описанный выше, может быть включен в композиции смазочных масел, раскрытые здесь, в количестве, достаточном, чтобы композиция в комбинации с соединением титана надежно проходила тест в последовательности VG. Например, второй модификатор трения может быть добавлен к титансодержащей композиции смазочного масла в количестве, достаточном, чтобы получить среднюю оценку по нагару в двигателе выше чем приблизительно 8,2, а оценку по засорению масляного фильтра меньше чем приблизительно 20%. Как правило, чтобы обеспечить желательный эффект, второй модификатор трения может быть добавлен в количестве приблизительно от 0,25% до приблизительно 2,0% (AI) от общего веса композиции смазочного масла.

Металлсодержащий детергент

Металлсодержащие или зольные детергенты действуют и как детергенты, для уменьшения или удаления отложений, и как нейтрализаторы кислот или ингибиторы образования ржавчины, уменьшая, таким образом, износ и коррозию и увеличивая срок службы двигателя. Детергенты в основном включают полярную головку и длинный гидрофобный «хвост», причем полярная головка включает соль металла органической кислоты. Соли могут включать практически стехиометрическое количество металла, при котором они обычно описываются как нормальные или нейтральные соли, и обычно имеют общее щелочное число (TBN), которое может составлять в соответствии с ASTM D-2896 от 0 до 80. Можно включить большие количества основания металла путем реакции избытка соединения металла, такого как оксид или гидроксид, с кислотным газом, таким как диоксид углерода. Полученный в результате основный детергент включает нейтрализованный детергент в виде внешнего слоя мицелл основания металла (например, карбоната). Указанные щелочные детергенты могут иметь TBN 150 или выше, а обычно от 250 до 450 или выше.

Известные детергенты включают маслорастворимые нейтральные и щелочные сульфонаты, феноляты, сульфированные феноляты, тиофосфонаты, салицилаты и нафтенаты, а также другие маслорастворимые карбоксилаты металлов, особенно щелочных или щелочноземельных металлов, например натрия, калия, лития, кальция и магния. Традиционно используемыми металлами являются кальций и магний, которые могут присутствовать в детергентах, используемых в смазке, а также смеси кальция и/или магния с натрием. Наиболее подходящими металлсодержащими детергентами являются нейтральные и щелочные сульфонаты кальция, имеющие TBN от приблизительно 20 до приблизительно 450, а также нейтральные и щелочные феноляты кальция и сульфированные феноляты, имеющие TBN от приблизительно 50 до приблизительно 450.

В раскрытых вариантах исполнения могут использоваться одно или более моющих средств на основе кальция в количестве от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,6% кальция, натрия или магния от общего веса композиции. Количество кальция, натрия или магния может быть определено с помощью эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP), используя методику, описанную в ASTM D5185. Как правило, детергент на основе металла является щелочным, и общее щелочное число щелочных детергентов находится в диапазоне от приблизительно 150 до приблизительно 450. Наиболее предпочтительным детергентом на основе металла является основный детергент на основе сульфоната кальция. Композиции раскрытых вариантов исполнения могут далее включать либо нейтральные, либо щелочные детергенты на основе магния, однако в основном композиции смазочных масел, раскрытые здесь, не содержат магний.

Противоизносные агенты

Металлсодержащие дигидрокарбил дитиофосфатные противоизносные агенты, которые могут быть добавлены в состав композиций смазочных масел настоящего изобретения, включают дигидрокарбил дитиофосфатные соли металла, где металл может быть щелочным или щелочноземельным металлом, либо алюминием, свинцом, оловом, молибденом, марганцем, никелем, медью, титаном или цинком. В смазочных маслах обычно используются соли цинка.

Дигидрокарбил дитиофосфатные соли металла могут быть получены в соответствии с известными методами, причем сначала получают дигидрокарбил дитиофосфорную кислоту (DDPA), обычно в реакции одного или более спирта или фенола с P₂S₅, а затем проводят нейтрализацию образованной DDPA соединением металла. Например, дитиофосфорная кислота может быть получена путем реакции смеси первичного и вторичного спиртов. Как вариант могут быть получены различные дитиофосфорные кислоты, причем гидрокарбильные группы в одной из них будут полностью вторичными, а гидрокарбильные группы в других будут иметь полностью первичный характер. При получении соли металла может использоваться любое основное или нейтральное соединение металла, но наиболее часто используются оксиды, гидроксиды и карбонаты. Коммерческие присадки часто включают избыток металла из-за использования избытка основного соединения металла в реакции нейтрализации.

Дигидрокарбил дитиофосфаты цинка (ZDDP), которые обычно используются, представляют собой маслорастворимые соли дигидрокарбил дитиофосфорной кислоты и могут быть представлены следующей формулой:

в которой R⁷ и R⁸ могут быть одинаковыми или различными гидрокарбильными радикалами, включающими от 1 до 18, обычно 2-12, атомов углерода и представляющими собой такие радикалы, как алкилы, алкенилы, арилы, аралкилы, алкарилы и циклоалифатические радикалы. Наиболее предпочтительными в качестве групп R⁷ и R⁸ являются алкильные группы из 2-8 атомов углерода. Таким образом, радикалы могут, например, представлять собой этил, n-пропил, i-пропил, n-бутил, i-бутил, втор-бутил, амил, n-гексил, i-гексил, n-октил, децил, додецил, октадецил, 2-этилгексил, фенил, бутилфенил, циклогексил, метилциклопентил, пропенил, бутенил. Чтобы достичь растворимости в масле, общее количество атомов углерода (т.е. R⁷ и R⁸) в дитиофосфорной кислоте в основном должно соответствовать приблизительно 5 или более. Таким образом, дигидрокарбил дитиофосфаты цинка могут включать диалкил дитиофосфаты цинка.

Чтобы ограничить количество фосфора, включенного в композиции смазочных масел в составе ZDDP не более чем до 0,1% по весу (1000 ч/млн), ZDDP должен быть добавлен к композициям смазочных масел в количествах предпочтительно не более чем от приблизительно 1,1 до 1,3% от общего веса композиции смазочного масла.

Другие присадки, такие как описанные ниже, могут также присутствовать в композициях смазочных масел, раскрытых здесь.

Модификаторы вязкости

Модификаторы вязкости (VM) действуют таким образом, чтобы придать смазочным материалам годность к эксплуатации при высоких и низких температурах. Используемые VM могут иметь указанную единственную функцию или могут быть многофункциональными.

Известны многофункциональные модификаторы вязкости, которые также действуют как дисперсанты. Подходящими модификаторами вязкости являются полиизобутилен, сополимеры этилена и пропилена и высших альфа-олефинов, полиметакрилатов, полиалкилметакрил