ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИИ СМАЗОЧНОГО МАСЛА Российский патент 2013 года по МПК C10M171/02 C10N40/08 

Настоящее изобретение относится к применению композиции смазочного масла, служащей, в частности, в качестве гидравлической жидкости в гидравлических системах.

Композиции смазочного масла находят широкое применение в качестве гидравлических жидкостей, например, в области производства, строительства и транспорта.

При составлении «универсальной» гидравлической жидкости, т.е. жидкости с относительно высоким (>150) индексом вязкости (ИВ), которую используют в аппаратуре, рабочие температуры которой могут значительно различаться, составитель может получить требуемый ИВ путем соответствующей подборки типа и количеств базового масла и улучшающей ИВ присадки.

Минеральные масла группы I API обычно имеют индекс вязкости 90-100. Другие типы базовых масел, такие как поли-α-олефины (ПАО) и сложные эфиры могут иметь ИВ, равный приблизительно 135 и 160, соответственно.

«Улучшающие ИВ присадки», «ИВ-модификаторы» или «загущающие агенты» используют для улучшения ИВ композиции. Загущающая способность или способность повышения ИВ ИВ-модификатора обычно повышается с ростом его молекулярного веса. Однако с повышением молекулярного веса улучшающей ИВ присадки снижается прочность на сдвиг. «Прочность на сдвиг» означает тенденцию больших (обычно полимерных) молекул к разрушению в процессе применения, когда они циркулируют в гидравлической системе.

Таким образом, чтобы составить композицию, которая бы соответствовала поставленным целям, составителю необходимо тщательно подбирать базовое масло (или смесь базовых масел), загущающую способность и прочность на сдвиг.

В последнее время для композиций смазочных масел, предназначенных для применения в гидравлических системах при низких температурах (ниже 0°С), проявляется тенденция к переходу от использования для составления композиций высокоиндексных жидкостей с относительно высоким ИВ, но низкой прочностью на сдвиг к использованию жидкостей, соответствующих требуемому минимальному уровню ИВ с учетом климатических условий работы и оптимальной прочности на сдвиг.

Одной из причин отказа от высокоиндексных жидкостей является существующее предположение о том, что потребляемая жидкостью энергия обратно пропорциональна ИВ жидкости. Иными словами, предполагают, что с повышением ИВ жидкости потребление энергии повышается (по мере того как жидкость становится более вязкой), в результате чего при использовании жидкости в гидравлической системе для осуществления работы требуется больше энергии. См. по этому поводу, например, традиционную фиг.1 и относящееся к ней обсуждение S.N.Herzog, Т.Е.Marougy and P.W.Michael. "Fluid viscosity selection criteria for hydraulic pumps and motors" (Критерии для выбора вязкости жидкости для гидравлических насосов и двигателей). Technical Paper Series number 4-6, April 2000. Таким образом, традиционно полагают, что понижение ИВ дает более приемлемый расход энергии.

В связи с этим целью настоящего изобретения является улучшение потребления энергии композицией смазочного масла, в частности, при температуре ниже 0°С.

Другой целью настоящего изобретения является уменьшение времени подъема в подъемном устройстве с гидравлическим приводом.

Этих или других целей можно достичь путем применения композиции смазочного масла, содержащей базовое масло и одну или более улучшающих индекс вязкости присадок, причем с целью улучшения потребления энергии в гидравлической системе эта композиция смазочного масла имеет индекс вязкости (ИВ, согласно ASTM D2270) по меньшей мере 190.

В настоящем изобретении, в частности, при температурах ниже 0°С неожиданным образом было обнаружено, что расход энергии снижается при использовании жидкости, имеющей ИВ выше 190. В результате этого, например, при подъеме с помощью подъемного устройства с гидравлическим приводом требуется меньше энергии.

Кроме того, в настоящем изобретении было обнаружено, что при использовании композиции смазочного масла, имеющей ИВ по меньшей мере 190, можно получить этот расход энергии во всем температурном диапазоне от -60 до +75°С, преимущественно от -40 до +40°С, более предпочтительно от -40 до 0°С, еще более предпочтительно от -20 до 0°С, в особенности от -20 до -5°С и наиболее предпочтительно от -20 до -10°С.

Особых ограничений, касающихся базового масла композиции смазочного масла настоящего изобретения, не существует. Предпочтительно, чтобы это базовое масло было на основе нефти, на основе синтетических углеводородов и/или на основе сложных эфиров. При необходимости могут быть использованы смеси двух или более базовых масел.

Базовое масло в композиции смазочного масла настоящего изобретения можно выбирать из минеральных и/или синтетических смазочных базовых масел.

Указанное базовое масло преимущественно содержится в количестве по меньшей мере 50 вес.%, более предпочтительно по меньшей мере 60 вес.% и не более 90%, более предпочтительно не более 80% от общего веса композиции смазочного масла.

Минеральными смазочными базовыми маслами, которые можно успешно использовать, могут быть жидкие нефтяные масла или обработанные растворителем или кислотой минеральные смазочные масла парафинового, нафтенового или смешанного парафиново-нафтенового типа, которые могут быть дополнительно очищены с помощью процессов гидрокрекинга и гидроочистки и/или с помощью депарафинизации.

Нафтеновые базовые масла имеют низкий индекс вязкости (ИВ) (как правило, 40-80) и низкую температуру застывания. Такие базовые масла производят из сырья с высоким содержанием нафтенов и низким содержанием парафинов и их используют главным образом для смазочных средств, для которых важным являются цвет и устойчивость цвета, а ИВ и стойкость к окислению имеют второстепенное значение.

Парафиновые базовые масла имеют высокий ИВ (обычно >95) и высокую температуру застывания. Такие базовые масла производят из сырья с высоким содержанием парафинов и используют для смазочных средств, для которых важными являются ИВ и стойкость к окислению.

Базовые масла, полученные с помощью процесса Фишера-Тропша, могут с успехом использоваться в композиции смазочного масла настоящего изобретения, например базовые масла, полученные с помощью процесса Фишера-Тропша, раскрытые в ЕР 776959, ЕР 668342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, ЕР 1029029, WO 01/18156 и WO 01/57166.

Процессы синтеза позволяют создавать молекулы из более простых веществ или модифицировать их структуры для придания им строго требуемых свойств.

Синтетические базовые масла смазочных средств включают в себя углеводородные масла, такие как олефиновые олигомеры (известные также как поли-α-олефины (ПАО)). Можно с успехом использовать синтетические углеводородные базовые масла, продаваемые группой Shell под названием "XHVI" (торговая марка).

Предпочтительными базовыми маслами для использования в композиции смазочного масла настоящего изобретения являются базовые масла группы I, группы II, группы III, группы IV или группы V, поли-α-олефины, базовые масла процесса Фишера-Тропша и их смеси.

Под базовыми маслами «групп I-V» в настоящем изобретении подразумеваются базовые масла смазочных масел согласно определениям, данным Американским нефтяным институтом (API) категорий I-V. Такие категории API определены в API Publication 1509, 15^th Edition, Appendix E, April 2002.

Базовые масла группы I содержат менее 90% насыщенных углеводородов (согласно ASTM D2007) и/или более 0,03% серы (согласно ASTM D2622, D4294, D4927 или D3120) и имеют индекс вязкости, больший или равный 80 и меньший 120 (согласно ASTM D2270).

Базовые масла группы II содержат не менее 90% насыщенных углеводородов и не более 0,03% серы и имеют индекс вязкости, больший или равный 80 и меньший 120 согласно указанным выше методам ASTM.

Базовые масла группы III содержат не менее 90% насыщенных углеводородов и не более 0,03% серы и имеют индекс вязкости, больший 120 согласно указанным выше методам ASTM.

Как следует из US 6180575 и US 5602086, поли-α-олефины и их производство хорошо известны в уровне техники. Предпочтительные поли-α-олефины, которые могут быть использованы в композициях смазочных масел настоящего изобретения, могут быть получены из С₂-С₃₂-α-олефинов.

Особенно предпочтительным сырьем для указанных поли-α-олефинов являются 1-октен, 1-децен, 1-додецен и 1-тетрадецен.

Предпочтительно, чтобы базовые масла смазочных масел, которые могут быть использованы в композициях смазочных масел настоящего изобретения, имели кинематическую вязкость при 100°С (согласно ASTM D445) в пределах от 1 до 300 мм²/сек и, более предпочтительно, от 1 до 100 мм²/сек.

Предпочтительно, чтобы композиция смазочного масла настоящего изобретения имела кинематическую вязкость в пределах от 15 до 150 мм²/сек при 40°С (согласно ASTM D445), более предпочтительно в пределах от 20 до 100 мм²/сек и, наиболее предпочтительно, от 25 до 68 мм²/сек.

Предпочтительным смазочным базовым маслом, предназначенным для применения в одном из вариантов осуществления изобретения, является базовое масло группы V, в частности нафтеновый газойль. Особенно подходящими являются нафтеновые газойли, имеющие низкие температуры застывания, как правило, ниже -50°С. Примером подходящего нафтенового газойля является продукт, коммерчески доступный от Shell Petroleum Co. Ltd. под торговым названием Risella 907.

Согласно настоящему изобретению, не существует ограничений, касающихся улучшающих индекс вязкости присадок в композиции смазочного масла.

Примеры присадок, улучшающих индекс вязкости, включают улучшающие индекс вязкости присадки не диспергирующего типа, такие как полиметакрилаты и сополимеры олефинов, такие как этилен/пропиленовый сополимер и стирол/диеновый сополимер, и улучшающие индекс вязкости присадки дисперсионного типа, такие как присадки, получаемые сополимеризацией последних с азотсодержащими мономерами. Допустимое количество добавления этих присадок может составлять от 0,1 до 35 вес.%, преимущественно от 10 до 35 вес.% и, более предпочтительно, от 20 до 30 вес.% от общего количества композиции смазочного масла.

Композиция смазочного масла настоящего изобретения может, кроме того, содержать одну или более добавок, таких как противоизносные присадки, ингибиторы коррозии, антиоксиданты, ингибиторы вспенивания, деэмульгаторы, добавки, снижающие точки застывания, и т.п. Количество таких добавок в смазочной композиции зависит от конкретных используемых соединений. В связи с тем что и упомянутые выше и другие добавки хорошо известны в технике, в заявке они подробно не описаны. Общее количество добавляемых добавок может составлять от 0,1 до 15,0 вес.% от всей композиции смазочного масла.

Примерами противоизносных присадок являются противоизносные присадки на основе цинка или присадки, не содержащие цинка, или беззольные противоизносные присадки.

Примерами ингибиторов коррозии являются N-алкилсаркозиновые кислоты, алкилат-феноксиацетаты, имидазолины, соли эфиров фосфорной кислоты со щелочноземельными металлами, раскрытые в ЕР 0801116, и ингибиторы коррозии на основе алкенилсукцинатов.

Примерами антиоксидантов являются антиоксиданты на основе аминов, серы, фенолов и фосфора. Такие антиоксиданты могут применяться по отдельности или в комбинации нескольких из них.

Примерами ингибиторов вспенивания являются органосиликаты, такие как диметилполисилоксан, диэтилсиликат и фторосиликон, и несиликоновые ингибиторы вспенивания, такие как полиалкилакрилаты.

Примерами деэмульгаторов являются неионные антиоксиданты на основе полиалкиленгликолей, такие как полиоксиэтилен-алкиловые эфиры, полиоксиэтилен-алкил-фениловые эфиры и полиоксиэтилен-алкил-нафтиловые эфиры.

Примерами добавок, снижающих точки застывания, являются полимеры на основе полиметакрилатов.

Композиция смазочного масла согласно настоящему изобретению может быть приготовлена путем смешения между собой одного или более базовых масел, одной или более улучшающих ИВ присадок и одной или более других добавок.

В еще одном из своих аспектов настоящее изобретение предлагает применение композиции смазочного масла для уменьшении времени подъема груза с помощью подъемного устройства с гидравлическим приводом.

Не ограничивающими изобретения примерами подъемных устройств с гидравлическим приводом являются автопогрузчик с вильчатым захватом, мусоровоз, автогидроподъемник, оборудование на открытых разработках и т.д.

Настоящее изобретение предлагает также способ улучшения расхода энергии в гидравлической системе с использованием описываемой в заявке композиции смазочного масла.

Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ уменьшени времени подъема груза в подъемных устройствах с гидравлическим приводом с использованием описываемой в заявке композиции смазочного масла.

Далее настоящее изобретение описывается с помощью следующих примеров, которые ни в коем случае не предназначены для ограничения объема изобретения.

ПРИМЕРЫ

Смеси приготовляли обычным способом с использованием базовых масел и добавок, описанных в таблице 1, с целью получения вязкостных характеристик, приведенных в таблице 2.

Количества в таблице 2 даются по весу от общего веса композиции.

Ниже описаны приведенные в таблицах 1 и 2 базовые масла 1-4:

- базовое масло 1 является базовым маслом группы V API, обозначаемое как «нафтеновый газойль», и поставляется фирмой Shell Petroleum Co. Ltd. под торговым названием Risella 907;

- базовое масло 2 является нафтеновьм базовьм маслом группы V API, имеющим кинематическую вязкость при 40°С (ASTM D445) от 7,9 до 8,9 мм²/сек;

- базовое масло 3 является смесью базовых масел группы I API, поставляемой фирмой Shell Petroleum Co. Ltd. под торговыми названиями «HVI 60», «HVI 100» и «HVI 160», и в этом случае вязкость смеси доводится до значений, приведенных в таблице 2;

- базовое масло 4 является базовым маслом группы III API, поставляемым фирмой Fortnum Neste OY под торговым названием «Nextbase 3050».

Улучшающие индекс вязкости присадки, использованные в композициях таблиц 2 и 3, являются присадками, поставляемыми фирмой Rohmax GmbH под торговыми названиями "Viscoplex 8-238" (улучшающая ИВ присадка 1) и "Viscoplex 8-200" (улучшающая ИВ присадка 2).

Композиции таблиц 1 и 2 содержат комбинацию добавок из традиционных добавок в обычных количествах для того, чтобы они работали как ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, противоизносные агенты, антиоксиданты, добавки, снижающие точки застывания, и ингибиторы вспенивания.

Пример 1 является примером согласно настоящему изобретению, в то время как остальные примеры в таблицах 1 и 2 являются по своей сути сравнительными примерами (и упоминаются как сравнительные примеры 1-4).

Испытания на расход энергии/Испытание на среднее время подъема

Охарактеризованные в таблицах 1 и 2 композиции были испытаны на расход энергии.

С этой целью композиции таблиц 1 и 2 были использованы в гидравлической системе с электрическим приводом автопогрузчика Jungheinrich forklift truck, модели EFG-DH 12,5 330 грузоподъемностью 1,25 т.

Управление вилочным погрузчиком осуществлялось пневматически и обеспечивало одну и ту же операционную точность для каждой из композиций.

Каждую композицию испытывали по очереди в режиме, включающем 40 подъемов и спусков стандартного контейнера, содержащего 1 т воды с антифризом (с тем чтобы содержимое контейнера оставалось жидким при -20°С), при следующих температурах окружающей среды: -20°С, -15°С, -10°С, -5°С, 0°С, 5°С, 10°С, 20°С, 40°С.

Чтобы обеспечить адаптацию гидравлической системы вилочного погрузчика и композиций к следующим температурам, последовательность изменения температур разбивали на 2 части: а) холодная последовательность, начинающаяся при -20°С и возрастающая до -5°С, и b) теплая последовательность, начинающаяся от +40°С и опускающаяся до 0°С. Каждую из последовательностей изменения температур осуществляли за один день и на следующий день проводили повторные испытания.

Температуру композиции измеряли непрерывно на контрольном блоке, в резервуаре и на входе в гидравлический цилиндр («подъемная рама»). Давление масла измеряли на контрольном блоке, у выхода насоса и на подъемной раме.

Скорость работы вилочного подъемника и высоту подъема измеряли с помощью высокоточного дистанционного сенсора. Каждый цикл подъема контейнера рассчитывали по времени и измеряли постоянный ток через мотор насоса и напряжение в нем. Произведение времени (в секундах) на ток (амперы) и напряжение (вольты) дает суммарный расход энергии в кВт·час:

$$Энергия=ток\cdot напряжение\cdot \frac{время}{3600}\left(кВт\cdot час\right)$$

Испытательное устройство термостатировали при температуре испытания до тех пор, пока резервуар с составом не достигнет намеченной температуры. При последующих испытаниях испытательное устройство термостатировали до тех пор, пока все три температурные точки не оказывались в пределах ±2°С от намеченной температуры.

Результаты

В представленной ниже таблице 3 показан совокупный расход электроэнергии (в ваттах) после десятикратного подъема контейнера для каждой композиции.

В таблице 4 показаны данные, выраженные в процентной разнице, при использовании сравнительного примера 1 (ИВ=95) в качестве контрольной нулевой линии.

В еще одной таблице 5 показано среднее время подъема в секундах по десяти циклам.

Обсуждение

Из таблиц 3 и 4 следует, что простой линейной зависимости между вязкостью или индексом вязкости и расходом энергии, как это предполагали специалисты в данной области, не существует. Например, в сравнительных примерах 2, 3 и 4 проявляется тенденция, в соответствии с которой при некоторых температурах (выше 0°С) наблюдается некоторый выигрыш в расходе энергии, а при некоторых температурах (выше 0°С) - проигрыш, т.е. в пределах точности испытательного метода (0,1%) какого-либо заметного выигрыша не существует.

Однако пример 1 согласно настоящему изобретению демонстрирует выигрыш по всему испытанному диапазону температур (от -20 до +40°С).

Согласно настоящему изобретению, было неожиданным образом обнаружено, что при большей части температур индекс вязкости выше 190 улучшает расход энергии. Эта тенденция в наибольшей степени выражена при температурах ниже 0°С.

Если теперь обратиться к данным таблицы 5 по среднему времени подъема, представляющему время, за которое автопогрузчик с вильчатым захватом поднимает груз (например, на складе), можно также убедиться в выигрыше. Хотя следовало ожидать, что для более быстрой работы потребовалось бы больше энергии, данные в таблице 5 показывают, что состав с наиболее высоким ИВ (пример 1) не работает быстрее других, в частности, при температурах ниже 0°С.

Специалист в данной области легко поймет, что чрезвычайно выгодно уменьшить время подъема для операций такого рода, осуществляемых, например, на складе, что приводит к повышению производительности.

Изобретение относится к применению композиции смазочного масла, имеющей индекс вязкости (ИВ, согласно ASTM D2270) по меньшей мере 190, включающей в себя базовое масло и одну или более присадок, улучшающих индекс вязкости, для снижения расхода энергии в гидравлических системах за счет уменьшения времени подъема груза в подъемном устройстве с гидравлическим приводом. Также настоящее изобретение относится к способу снижения расхода энергии в гидравлической системе путем уменьшения времени подъема груза в подъемном устройстве с гидравлическим приводом за счет использования композиции смазочного масла и к композиции смазочного масла, включающей от 50 до 90 вес.% базового масла и от 10 до 35 вес.% одной или более присадок, улучшающих ИВ, причем композиция смазочного масла имеет индекс вязкости (ИВ, согласно ASTM D2270) по меньшей мере 190 и базовое масло представляет собой базовое нафтеновое масло группы V. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 пр.

1. Применение композиции смазочного масла, имеющей индекс вязкости (ИВ, согласно ASTM D2270) по меньшей мере 190, включающей базовое масло и одну или более присадок, улучшающих ИВ, для снижения расхода энергии в гидравлических системах за счет уменьшения времени подъема груза в подъемном устройстве с гидравлическим приводом.

2. Применение по п.1, в котором композиция смазочного масла имеет ИВ по меньшей мере 200, преимущественно по меньшей мере 210.

3. Применение по п.1 или 2, в котором композиция смазочного масла имеет ИВ не выше 350, преимущественно не выше 310 и наиболее предпочтительно не выше 300.

4. Применение по п.1 или 2, которое осуществляют в пределах температур от -60 до 75°С.

5. Применение по п.1 или 2, которое осуществляют в пределах температур от -40 до 0°С.

6. Применение по п.1 или 2, которое осуществляют в пределах температур от -20 до 0°С.

7. Способ снижения расхода энергии в гидравлической системе путем уменьшения времени подъема груза в подъемном устройстве с гидравлическим приводом за счет использования композиции смазочного масла по любому из пп.1-6.

8. Композиция смазочного масла, включающая от 50 до 90 вес.% базового масла и от 10 до 35 вес.% одной или более присадок, улучшающих ИВ, причем композиция смазочного масла имеет индекс вязкости (ИВ, согласно ASTM D2270) по меньшей мере 190, и базовое масло представляет собой базовое нафтеновое масло группы V.

9. Композиция смазочного масла по п.8, в которой содержание базового масла составляет от 50 до 80 вес.%.

10. Композиция смазочного масла по п.8 или 9, в которой содержание улучшающих индекс вязкости присадок составляет от 20 до 30 вес.%.