節(jié)能、暫時(shí)性剪切致稀硅氧烷潤(rùn)滑劑的使用方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】節(jié)能、暫時(shí)性剪切致稀硅氧烷潤(rùn)滑劑的使用方法
[0001] 本公開(kāi)整體涉及減小在高剪切條件下彼此相對(duì)移動(dòng)的兩個(gè)表面之間發(fā)生的膜摩 擦的潤(rùn)滑劑組合物的用途。更具體地講，本公開(kāi)涉及包含具有烷基官能團(tuán)、芳基官能團(tuán)或它 們的組合的聚硅氧烷基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑劑組合物的用途。
[0002] 本節(jié)中的陳述僅提供與本公開(kāi)有關(guān)的背景信息，并且可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0003] 目前可以得到范圍從天然和石油衍生的烴（礦物油）到合成的烴基和有機(jī)硅基聚 合物的多種潤(rùn)滑劑組合物。近幾十年來(lái)對(duì)合成潤(rùn)滑劑的開(kāi)發(fā)是對(duì)用于各種不同應(yīng)用的潤(rùn)滑 劑的流變性和摩擦學(xué)特性進(jìn)行優(yōu)化的共同努力的結(jié)果。已開(kāi)發(fā)了許多稱(chēng)為硅烷（-Si-)、硅 亞烷基化物（ _Si_C_)、娃氣燒（-Si_N_)和硅氧烷（-Si-O-)的娃基聚合物以用于彈性體、涂 料、表面改性劑、光致抗蝕劑分離膜和軟性接觸鏡片。通常衍生于二氧化硅（例如，硅砂） 的硅氧烷因其商業(yè)意義而已進(jìn)行了最廣泛的評(píng)估。
[0004] 硅氧烷是具有硅-氧主鏈而不是通常存在于烴中的碳-碳主鏈的聚合物結(jié)構(gòu)。 Si-ο鍵的強(qiáng)度（_460kJ/m〇l)超過(guò)了 C-C鍵的強(qiáng)度（_348kJ/m〇l)。此外，硅氧烷分子比相 應(yīng)的烴更柔韌，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于圍繞主鏈結(jié)構(gòu)的鏈旋轉(zhuǎn)表現(xiàn)出更低的空間位阻。這種低空 間位阻歸因于多種因素，包括更長(zhǎng)的Si-O鍵（0. 164nm，相比之下C-C為0. 153nm)，氧原子 不受側(cè)基的阻礙以及更大的Si-O-Si鍵角（約143°，相比之下C-C-C為約110° )。硅氧 烷增強(qiáng)的柔韌性可實(shí)現(xiàn)增加的緊湊性、更低的熔融溫度和更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。一般來(lái) 講，已知硅氧烷具有非凡的氧化穩(wěn)定性、低本體粘度（和溫度-粘度系數(shù)）、拒水性、生物惰 性以及允許它們比常規(guī)烴更均勻地在表面上散開(kāi)的相對(duì)低的表面張力。
[0005] 硅氧烷通常衍生于硅與氯甲烷反應(yīng)產(chǎn)生二甲基二氯硅烷，然后與水混合產(chǎn)生硅烷 醇，再進(jìn)行聚合。常規(guī)硅氧烷聚合物的一個(gè)例子是聚二甲基硅氧烷（PDMS)。PDMS由交替的 硅和氧原子的主鏈構(gòu)成，其中甲基基團(tuán)鍵合到硅原子。已知PDMS提供不良的界面潤(rùn)滑特 性。然而，用其他基團(tuán)諸如苯基基團(tuán)來(lái)替換甲基基團(tuán)可導(dǎo)致邊界摩擦和磨損的減小。不幸 的是，這樣的替換還將導(dǎo)致在以足夠的量使用時(shí)硅氧烷聚合物分子剛性的增加。例如，苯 基基團(tuán)替換了大量甲基基團(tuán)的聚苯基甲基硅氧烷（PPMS)表現(xiàn)出增加的耐水性和氧化穩(wěn)定 性，但分子柔韌性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本公開(kāi)整體提供聚硅氧烷基礎(chǔ)油作為節(jié)能潤(rùn)滑劑在兩個(gè)表面彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)減 少這兩個(gè)表面之間的膜摩擦，以使得產(chǎn)生高剪切條件的用途。該高剪切條件定義為在約 1，000秒H和約100, 000, 000秒H之間的剪切速率。聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié)構(gòu)式：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 至少一種不含非有機(jī)硅基礎(chǔ)油的聚硅氧烷基礎(chǔ)油作為節(jié)能潤(rùn)滑劑，在兩個(gè)機(jī)械表面 彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)，通過(guò)利用高剪切條件下的暫時(shí)性剪切致稀減少所述兩個(gè)表面之間出現(xiàn)的 膜摩擦的用途，所述高剪切條件定義為在1，〇〇〇秒H和100, 〇〇〇, 〇〇〇秒H之間的剪切速率； 所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié)構(gòu)式
并且在至少303K的溫度以及10nm或更大的EHL膜厚下表現(xiàn)出小于0. 07的摩擦系數(shù)； 其中對(duì)R和R'獨(dú)立地選擇，以使得R為具有1-3個(gè)之間碳原子的烷基基團(tuán)；R'為具有 6-20個(gè)之間碳原子的烷基或芳基基團(tuán)；m為整數(shù)，并且n為整數(shù)或0,而25 < (m+n) < 500 且 0? 05 <ni/(m+n) < 1. 00。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中在所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油中，R為甲基 基團(tuán)，并且R'為具有6-12個(gè)之間碳原子的烷基基團(tuán)；并且50 < (m+n) < 500且0.05 <m/ (m+n) < 0? 30。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以 下結(jié)構(gòu)式：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中在所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油中，R為甲基 基團(tuán)，并且R'為具有6-12個(gè)之間碳原子的芳基基團(tuán)，并且0 < (m+n) < 500且0.75 <m/ (m+n) < 1. 00 〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié) 構(gòu)式：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述潤(rùn)滑劑組合物包含所選的至少 第一和第二聚硅氧烷基礎(chǔ)油的混合物，使得所述第一聚硅氧烷基礎(chǔ)油中的R'為烷基基團(tuán)， 并且所述第二聚硅氧烷基礎(chǔ)油中的R'為芳基基團(tuán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述第一聚硅氧烷基礎(chǔ)油具有以下 結(jié)構(gòu)：
并且所述第二聚硅氧烷基礎(chǔ)油具有以下結(jié)構(gòu)：
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中當(dāng)暴露至所述高剪切條件時(shí)，所 述聚硅氧烷基礎(chǔ)油表現(xiàn)出初始粘度（rU)減少至有效粘度（neff);其中rUff/rU之比在 0. 99和0. 05之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油表現(xiàn)出超過(guò) 10,000g/mol的總質(zhì)量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述潤(rùn)滑劑組合物還包含作為 以下群組中的一者而選擇的至少一種功能添加劑：極壓添加劑、抗磨損添加劑、抗氧化劑、 消泡劑和腐蝕抑制劑。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述兩個(gè)表面代表在機(jī)件中的 彈性流體動(dòng)力學(xué)潤(rùn)滑（EHL)接觸點(diǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述機(jī)件是滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)元件 軸承、齒輪、凸輪及凸輪從動(dòng)件或牽引傳動(dòng)件，并且任選地，所述兩個(gè)表面是金屬表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12所述的節(jié)能潤(rùn)滑劑的用途，其中所述潤(rùn)滑劑提供如下中的一 者和多者：所述兩個(gè)表面之間的EHL膜厚小于2000nm，在398K的溫度下膜摩擦系數(shù)小于 0. 05,以及在小于1，000秒的剪切速率下，摩擦系數(shù)小于0. 25。
14. 一種減小機(jī)件中滾動(dòng)或滑動(dòng)表面之間的膜摩擦的方法，所述方法包括以下步驟： 提供具有第一表面和第二表面的機(jī)件；所述第一和第二表面代表所述機(jī)件中的彈性流 體動(dòng)力學(xué)潤(rùn)滑（EHL)接觸點(diǎn)； 在所述第一表面與第二表面之間提供潤(rùn)滑劑組合物，所述潤(rùn)滑劑組合物包含： 至少一種不含非有機(jī)硅基礎(chǔ)油的聚硅氧烷基礎(chǔ)油，所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié) 構(gòu)式：
其中對(duì)R和R'獨(dú)立地選擇，以使得R為具有1-3個(gè)之間碳原子的烷基基團(tuán)；R'為具有 6-20個(gè)之間碳原子的烷基或芳基基團(tuán)；m為整數(shù)，并且n為整數(shù)或0,而25 < (m+n) < 500 且 0? 05 <ni/(m+n) < 1. 00 ;以及 允許所述第一表面滾過(guò)或滑過(guò)所述第二表面，使得所述潤(rùn)滑劑組合物暴露至高剪切條 件，所述高剪切條件定義為在1，〇〇〇秒h和100, 〇〇〇, 〇〇〇秒h之間的剪切速率；其中所述潤(rùn) 滑劑組合物在至少303K的溫度以及10nm或更大的膜厚下表現(xiàn)出小于0. 07的摩擦系數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油中，R為甲基基團(tuán)，并 且R'為具有6-12個(gè)之間碳原子的烷基基團(tuán)；并且50 < (m+n) < 500且0? 05 <ni/(m+n) < 0? 30〇
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié)構(gòu)式：
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油中，R為甲基基團(tuán)，并 且R'為具有6-12個(gè)之間碳原子的芳基基團(tuán)，并且50 < (m+n) < 500且0? 75 <ni/(m+n) < 1. 00〇
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油對(duì)應(yīng)于以下結(jié)構(gòu)式：
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述潤(rùn)滑劑組合物包含所選的至少第一和第二 聚硅氧烷基礎(chǔ)油的混合物，使得所述第一聚硅氧烷基礎(chǔ)油中的R'為烷基基團(tuán)，并且所述第 二聚硅氧烷基礎(chǔ)油中的R'為芳基基團(tuán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一聚硅氧烷基礎(chǔ)油具有以下結(jié)構(gòu)：
并且所述第二聚硅氧烷基礎(chǔ)油具有以下結(jié)構(gòu)：
21. 根據(jù)權(quán)利要求14-20所述的方法，其中所述機(jī)件為滾動(dòng)元件軸承、齒輪、凸輪及凸 輪從動(dòng)件或牽引傳動(dòng)件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14-21所述的方法，其中潤(rùn)滑劑組合物提供如下中的至少一者：所述 第一表面和第二表面之間的EHL膜厚在303K的溫度下為2000nm或更小，并且在398K的溫 度下為lOOOnm或更小；或在398K的溫度下小于0. 05的摩擦系數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種使用節(jié)能潤(rùn)滑劑組合物減少暴露至高剪切條件的兩個(gè)表面之間的磨損的方法。所述潤(rùn)滑劑組合物包含具有烷基、芳基或烷基和芳基官能團(tuán)的組合的聚硅氧烷基礎(chǔ)油。所述聚硅氧烷基礎(chǔ)油可根據(jù)下式而定義：其中對(duì)R，和R'獨(dú)立地選擇，以使得R為具有1-3個(gè)之間碳原子的烷基基團(tuán)；R′為具有6至20個(gè)之間碳原子的烷基或芳基基團(tuán)；并且m和n為整數(shù)，以使得25＜(m+n)＜500，并且m/(m+n)之比大于0.05且小于1.00。
【IPC分類(lèi)】C10N20-02, C10N40-02, C10N40-04, C10N20-04, C10N40-25, C10M155-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104812877
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380062050
【發(fā)明人】A·斯塔默, 曼弗雷德·容克, 赫伯特·斯圖格鮑爾, 鐘業(yè)華, 王茜, 圖斌·J·馬克斯, 湯姆斯·左爾泊
【申請(qǐng)人】道康寧公司, 西北大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日
【公告號(hào)】EP2925840A1, WO2014085521A1