限制由二氧化氮污染引起的化学降解的方法技术

本发明专利技术涉及一种限制在60至180℃的本体液体温度下工作中的烃质液体的由工作中的二氧化氮污染造成的液体硝化引发的化学降解的方法，其包括：制备或获得新鲜制备的烃质液体；在本体液体温度下工作之前向所述烃质液体中加入离子液体，其包含：(i)有机阳离子，各自包含带有阳离子电荷的中心原子或环系和多个侧烃基取代基，和(ii)无卤素和无硼的有机阴离子，各自包含带有至少两个与芳环共轭的含杂原子的取代基官能团的芳环，这种共轭体系带有阴离子电荷；其中所述离子液体的添加量有效地在此后抑制在二氧化氮污染存在下本体液体温度下工作中的烃质液体的硝化；和将所述烃质液体投入使用，其中所述离子液体由此限制所引起的液体化学降解。体化学降解。体化学降解。

【技术实现步骤摘要】
限制由二氧化氮污染引起的化学降解的方法


[0001]本专利技术涉及一种限制在高温下工作中由二氧化氮污染引起的烃质液体的化学降解的方法。该方法主要包括向烃质液体中加入添加剂量的指定离子液体，所述离子液体有助于抑制烃质液体被二氧化氮硝化，所述硝化会引发降解。

技术介绍

[0002]烃质液体用作各种硬设备(hardware)应用中的工作流体，特别是用作工程零件和装置的润滑剂、保护剂、液压油、润滑脂和传热流体。这些液体的组成和性质根据它们的预期应用进行选择，并且较高分子量的烃质物类的现成可得性使得这些流体能够配制为在高温下工作，特别是在水性流体不再可用的100℃以上。
[0003]这样的烃质液体通常可衍生自石油或合成来源，或衍生自生物材料的加工。特别地，烃质润滑剂和液压油已成为各种应用中的标准，包括汽车和动力传动流体，如发动机润滑油。
[0004]工作液的一个基本性能属性是它们在其使用寿命期间保持有益性质的能力。工作的严酷性对该液体施加物理和化学应变，限制由此造成的液体降解是在它们的选择和配制中的重要考虑因素。工作流体通常在它们的开发和认证中必须满足与维持使用寿命相关的许多性能要求，这在促进降解的相关工作条件下对候选液体进行测试。
[0005]升高的工作温度和化学反应性污染物的存在提高对烃质液体的要求。较高的本体液体温度(bulk liquid temperatures)和反应性污染物的积聚可促进降解反应并导致使用寿命严重缩短，以致周围的硬设备不能充分得到该液体的服务或保护。
[0006]本领域中一般需要通过提供在工作条件下对本体中的化学降解的改进耐受性来改进在升高的本体温度(bulk temperatures)下工作的烃质液体，特别是润滑剂的使用寿命。
[0007]基于常规理解，即引起降解的化学反应基本上涉及老化的烃物类与氧的反应(经由自由基途径，其涉及在工作过程中原位形成的过氧化物)，烃质液体的降解，尤其在升高的本体温度下的降解在本领域中通常被称为“氧化”。随时间经过的这些物类的积聚导致不断增加的液体降解以及本体液体性质和使用性能的劣化。在本领域中已经提出各种通常称为“抗氧化剂”的添加剂以抑制这种氧化途径，包括烃可溶性受阻酚和胺，从而减缓随着流体在工作中老化而积聚的氧化降解。
[0008]但是，本申请人的研究工作表征了一种不同的化学降解途径，其表现在不含老化组分的新制备的烃质流体中。这种降解并非由与氧气或过氧化物的反应引发，而是来自在工作中通过污染夹带在液体中的二氧化氮在高温下的直接化学作用。已经发现，二氧化氮通过与烃质液体的硝化反应引发化学降解，并且这些反应在液体仍然新鲜时就开始的过程中导致该液体的显著分解。二氧化氮还可以在本体液体环境中氧化成硝酸，并导致该液体和其旨在保护的硬设备受到酸性侵蚀。因此，具体需要限制烃质液体中的二氧化氮污染在高温下的降解效应，其会在使用寿命的早期引起劣化，还会加剧由常规氧气驱动的氧化引
起的问题。
[0009]在烃质液体在工作期间暴露于二氧化氮源的情况下发生这样的二氧化氮污染。二氧化氮(NO2)通过空气中天然存在的氮气和氧气在暴露于较高温度时的反应形成，通常经过氮氧化物(NO)中间体形成，例如在燃烧反应的过程中。二氧化氮也是衍生自石油或许多生物源的燃料的燃烧产物，两种燃料都含有一定量的结合氮，其在完全燃烧时以二氧化氮的形式释放并可夹带在与其接触的工作液中。这样的暴露在燃烧装置，例如内燃机中特别普遍，内燃机生成二氧化氮并由暴露于排气的烃质液体润滑；特别是在曲轴箱润滑油中，其在停留在气缸区域的发动机表面上的同时与排气发生直接接触，该暴露也通过窜漏的排气发生，其将二氧化氮经过活塞环导入曲轴箱油箱，在此其被润滑剂夹带。
[0010]旨在改进发动机的燃料效率和使碳质颗粒物排放最小化的现代发动机和后处理的发展已经导致更高的燃烧温度，通过被称为“NOx
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颗粒物折衷(NOx
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Particulate trade off)”的效应导致在发动机排出废气中产生更高的二氧化氮含量。较高的发动机温度还导致较高的本体润滑剂工作温度，导致会增加由二氧化氮引发的化学降解的条件。
[0011]此外，现代对提高内燃机的燃油经济性的关注导致通过设计活塞环与气缸套表面之间的更大间隙而减少内摩擦的设计，以得到自由运行的发动机(free
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running engines)，其中更多的排气通过活塞环吹入曲轴箱，在此其被夹带在本体发动机润滑剂中。
[0012]因此，在高温下工作中暴露于二氧化氮污染的烃质液体面临特定的挑战，其归因于在该液体的寿命早期就起效并且不是由烃的常规氧化引发的化学硝化途径。这一挑战在发动机润滑剂的情况下尤其严重，其中各种工程措施已经增加了在升高的工作温度下二氧化氮夹带到本体润滑剂中的程度。申请人已经确定，所引起的硝化途径在60至180℃的本体液体温度下特别明显，并在110至160℃的本体液体温度下特别严重，这些温度在恶劣工作条件下使用的曲轴箱润滑剂中或在现代的、更热运行的发动机设计中更加易见，因此加剧了这种化学途径对润滑剂降解的影响。
[0013]本专利技术通过运用具有使二氧化氮失活并因此抑制烃质液体的硝化的特定能力的指定离子液体添加剂而提供对这一挑战的解决方案。通过这种作用，该指定离子液体添加剂限制了由硝化引发的化学降解并改进了烃质液体的使用寿命。
[0014]烃质工作液中的化学降解的一个物理后果是在工作过程中的液体粘度增加。这种粘度增加可导致液体不再满足指定的粘度标准，促使其过早更换。本专利技术中定义的离子液体的运用还提供了限制工作中的粘度增长的优点，从而减少了这种随之而来的对使用寿命的限制。
[0015]许多烃质液体，最尤其是润滑剂，如发动机润滑剂，被配制为控制由氧化过程造成的归因于液体中的酸性物类形成的酸度增加和随后的酸性腐蚀或磨损。因此，这样的液体的进一步优点是控制酸性物类在使用寿命期间的积聚。本专利技术中定义的离子液体的运用提供更好地控制液体中的酸积聚的进一步优点，从而在改进的工作液的制备中为配方设计师提供这种额外的益处。
[0016]本专利技术中定义的离子液体因此提供优于本领域先前设想用作烃质液体中的添加剂的常规抗氧化剂和其它离子液体的优点，并提供改进的性质范围以提高工作液性能和使用寿命。
[0017]美国专利No.8,278,253涉及通过向其中加入添加剂量的离子液体来增强润滑油
的抗氧化性。专利技术描述和实施例1清楚地表明，其方法侧重于减少氢过氧化物诱发的氧化，而非本专利技术所解决的二氧化氮引发的降解。作为离子液体的可能成分单独列出多种多样的阳离子和阴离子，其中优选的阴离子和实施例中的所有阴离子都是含氟的非芳族结构，大多数另外包含硼。该文献没有公开本专利技术的离子液体所需的指定阳离子
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阴离子组合，并且没有教导其抑制新鲜的未老化油被二氧化氮硝化和改进其它相关性质的优点。
[0018]WO
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A
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2008/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限制在60至180℃的本体液体温度下工作中的烃质液体的化学降解的方法，所述降解由工作中的二氧化氮污染造成的液体硝化引发，其包括：制备或获得新鲜制备的烃质液体，其适合在60至180℃的本体液体温度下工作并且不含老化组分和二氧化氮污染；在60至180℃的本体液体温度下工作之前向所述烃质液体中加入离子液体，其包含：(i)一种或多种有机阳离子，各自包含带有阳离子电荷的中心原子或环系和多个侧烃基取代基，和(ii)一种或多种无卤素和无硼的有机阴离子，各自包含带有至少两个含杂原子的取代基官能团的芳环，这些官能团与芳环共轭，并且这种共轭体系带有阴离子电荷；其中所述离子液体的添加量有效地在此后抑制在二氧化氮污染存在下在60至180℃的本体液体温度下工作中的烃质液体的硝化；和将所述烃质液体投入使用，其中所述离子液体由此限制所引起的液体化学降解。2.权利要求1的方法，其中所述化学降解是来源于在工作中通过烃质液体在60至180℃的本体液体温度下被二氧化氮硝化而形成的烃质硝酸酯的分解；并且其中以确定为抑制在工作中的烃质硝酸酯形成的量加入所述离子液体。3.权利要求2的方法，其中烃质硝酸酯的分解由烃质液体在工作中周期性或连续经受110至160℃的本体液体温度而引起；并且其中以确定为抑制在工作中的烃质硝酸酯形成的量加入所述离子液体。4.权利要求2的方法，其中通过在含有离子液体的润滑油组合物存在下观察到与其中离子液体被相同比例的具有相同阳离子但以己酸根作为阴离子的离子液体替代的相同润滑油组合物的硝酸酯峰相比低至少10％的硝酸酯峰高度来确定润滑油组合物中的硝酸酯形成的减少或限制量，在类似的工作条件和二氧化氮污染下根据ASTM D8048
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20通过红外光谱学测得。5.权利要求1至4任一项的方法，其中各阳离子(i)由取代铵阳离子或包含氮并带有阳离子电荷的脂环族或芳族环系组成。6.权利要求1至4任一项的方法，其中各阳离子(i)是四取代的铵阳离子。7.权利要求1至4任一项的方法，其中所述离子液体的各阳离子(i)是无氮的。8.权利要求1的方法，其中所述离子液体的各阳离子(i)由带有阳离子电荷的四烃基取代的中心原子或环系组成。9.权利要求1的方法，其中所述离子液体的各阳离子(i)是四烷基取代的鏻阳离子。10.权利要求1至4任一项的方法，其中所述离子液体的各阴离子(ii)是无氮的。11.权利要求1至4任一项的方法，其中所述离子液体的各阴离子(ii)是无硫的。12.权利要求1至4任一项的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：英菲诺姆国际有限公司，
类型：发明
国别省市：