[发明专利]改进工业流体的氧化稳定性的方法

说明书

根据Title 35，United States Code，§120，我们要求于2005年3月2日提交的标题为“METHOD FOR IMPROVING THE OXIDATIVESTABILITY OF HYDRAULIC FLUIDS”的美国临时申请号60/657,395的权益。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及工业流体。更具体地说，本发明涉及显示氧化稳定性、易生物降解性、低挥发性和高粘度指数的改进的液压流体。

2.相关技术的描述

近年来，美国和欧洲存在开发易生物降解、低挥发性和高粘度指数的工业流体的强烈趋势。这种对环境友好的天然酯流体的需要由各种因素驱使，包括：在绿色运动方面相信天然酯流体是对碳循环平衡具有较少影响的可再生资源和相信这些流体的可生物降解性使得处理成本不再是个大问题。

此外，在金属加工工业中存在显著降低矿物油雾阈限值(TLV)的驱动力。虽然目前没有实质性的证据表明暴露于油雾对机械师的长期呼吸系统健康具有任何影响，但是美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)已经提出0.2mg/m³的TLV，这从以前5mg/m³的TLV降低到1/25(参见J.A.Bukowski，Applied Occupational and Environmental Hygiene，18：828-8372003))。在此种增加的从工作场所除去油的压力下，对找到替代基料的兴趣也相应增加。

已经出版了许多文章，它们表明使用低芥酸菜籽油(canola oil)和菜籽油作为工业流体是可行的。然而，由于它们低的氧化稳定性，需要大量抗氧化剂保护这些植物油，这阻止了它们在工业中的广泛应用。具体来说，大于2-3％的多不饱和物含量导致在产品使用过程中聚合交联，以及氧化和生物降解。此外，这些甘油酯对其中润滑剂寿命期望是数星期、数月或数年的大多数应用是水解不稳定的。通常，除非采取严格的步骤以控制微生物生长，否则单不饱和物(例如，油酸酯)对在乳液应用中的使用会非常迅速地生物降解。

已经通过增加油酸含量、通过氢化并接着分馏或通过对农作物进行基因工程改造，尝试着降低多不饱和脂肪材料的量，并从而降低不稳定性。例如，在高芥酸(油酸)菜籽(HEAR)油的生产中，两个和三个双键的脂肪酸(即，亚油酸和亚麻酸)的百分率被降到非常低的水平。结果，HEAR油具有高的氧化稳定性，它在加热下产生较少的沉积物。令人遗憾地，为改进性能所必需的额外加工会将这些产品的成本增加一倍以上。

美国专利号6,531,429公开了包含硫代磷酸酯和二硫代磷酸酯或磷酸硫酯和选自多元醇偏酯、胺和环氧化物的油添加剂的组合物，以及所述润滑剂组合物在改进润滑剂(如润滑脂)、金属加工流体、齿轮流体或液压流体的性能中的用途。硫代磷酸酯和二硫代磷酸酯或磷酸硫酯优选以小于400ppm的浓度存在于该组合物中。

美国专利号6,583,302公开了将具有不饱和脂肪酸取代基的甘油三酸酯油改性以将不饱和位点转化成C₂-C₁₀二酯。所得的衍生物据说具有以下特征：热和氧化稳定性，具有低温性能，环境上是友好的，并且可用作液压流体、润滑剂、金属加工流体和其它工业流体。经由环氧化植物油最容易制备甘油三酸酯油，该植物油在一步或两步反应中转变成二酯。

Flider，F.J.，INFORM 6(9)：1031-1035(1995年9月)报道说，虽然不存在一种可以用于所有润滑剂应用的通用植物油，但是HEAR油和低芥酸菜籽油都能经济地且有效地满足润滑剂工业的宽范围的需要。作者预言，随着传统植物育种和基因工程的持续进步，将开发出更宽范围的菜籽油，它们具有满足润滑剂工业急速增长的要求的功能和性能特征。

Wu，X.等人的JAOCS 77(5)：561-563(2000年5月)描述了采用环氧化菜籽油作为可生物降解的润滑剂。他们发现环氧化处理对基料的生物降解性没有不利影响，并且环氧化的油与菜籽油相比具有优异的氧化稳定性(基于炉热试验和旋转氧弹试验两者的结果)和更好的摩擦降低和极压能力(根据摩擦研究)。此外，通过添加抗氧化剂包，可以显著地促进氧化稳定性。提出环氧化菜籽油的摩擦性能是由于摩擦聚合(tribopolymerization)薄膜的形成。