Lubricant composition comprising oxygenated polymer

Abstract

The present invention is a lubricant composition that comprises at least three components. The first component is particular oxygenated polymer as described herein. The second required component is at least one American Petroleum Institute (API) base oil. The third required component is an additive comprising a nitrogen-containing compound, wherein the nitrogen-containing compound comprises at least one compound selected from the group consisting off phenylamine compounds (preferably with a carbamate), phosphate amine compounds, and triazole compounds.

Description

LUBRICANT COMPOSITION COMPRISING OXYGENATED POLYMERFIELD

[0001] INTRODUCTION

[0002] Air compressors are widely used in manufacturing and construction sectors as one of the major power sources, and these devices are estimated to account for up to 8 to10%of industrial power consumption. Air compressor oil is critical to ensure the normal operation of air compressor and protect the system. The major performance requirements of premium air compressor oil are appropriate viscosity, good thermal oxidation stability, protection against corrosion, deposit control and lubricating the moving parts. In rotary screw air compressor (RSAC) the lubricant also acts as a heat transfer fluid to remove the heat of compression. Currently mineral oil and synthetic hydrocarbon oil dominates the air compressor oil market.

[0003] A long-standing goal in the industry is to develop more energy efficient lubricants to enable lower energy costs as well as improve the sustainability of air compressors through carbon reduction. There are significant innovation efforts into developing lubricants that offer energy efficiency benefits without unduly sacrificing performance.

[0004] One way of improving efficiency is to reduce frictional losses in equipment by developing lubricants which lower the friction between moving parts. This can be achieved by using friction modifiers as an example and / or choosing base oils with inherently low friction values.

[0005] A second way to improve energy efficiency is simply to lower the viscosity of the lubricant. Lubrication oils with lower density, lower drag coefficient and lower viscosity consume less energy in operation. However, when the viscosity of the lubricant becomes too low, excessive wear can occur on contacting surfaces which can ultimately result in equipment damage. The problem of excessive wear can be exacerbated at extreme temperatures as the oil may not flow fast enough to coat the surfaces at low temperatures and may not provide adequate thickness at high temperatures. It is therefore important to choose a lubricant that provides an optimum viscosity at low temperature to reduce churning losses and an optimum viscosity at high temperature.

[0006] Viscosity index (VI) is a measure of how an oil changes its viscosity over a change in temperature. It is derived from a calculation based on the kinematic viscosity at 40℃ and 100℃ (using ASTM D2270) . Higher viscosity index values correspond to less change in viscosity over this temperature range. Lubricants having a high viscosity index are desirable, so as to maintain a more consistent viscosity over a broad temperature range.

[0007] Viscosity index improvers are additives that reduce the change in oil viscosity over a temperature range. Typical viscosity index improvers include, for example, olefin copolymers (OCP) , polyalkylmethacrylates polymers (PAMA) , poly alkylene gylcols (PAG) and hydrogenated styrene-diene polymers (HSD) .

[0008] Other parameters that critically impact the energy efficiency of an air compressor oil include density, heat capacity and thermal conductivity. Lower density means lower churning loss. Higher heat capacity (Cp) and thermal conductivity (TC) means more effective cooling and lower temperature of compressed air, which means less energy consumption at the same discharge pressure. Therefore, lubricants that provides low CoF and high VI, Cp and TC are highly desired.

[0009] OSPs derived in part from 1, 2-butylene oxide (BO) , unlike conventional polyalkylene glycols which are derived from ethylene oxide (EO) and / or 1, 2-propylene oxide (PO) , are more compatible with hydrocarbon oils. OSPs are being used as co-base oils in hydrocarbons due to their excellent solubility and they can be used as friction modifiers (which helps fuel economy) and deposit control additives (which helps fluid longevity) .

[0010] US patent 11,396,638 disclosed esterified OSPs (E-OSP) and demonstrated that when they are added to hydrocarbon oil, they boost the VI values and additionally improve the friction properties.

[0011] Antioxidants are typically present in lubricant formulations. These materials slow down the aging process of lubricants. As lubricants age they can sometimes form dangerous deposits in equipment. Deposits are common in applications such as air compressors and passenger car motor oils when hydrocarbon base oils are used as the major component of the formulation.

[0012] The American Petroleum Institute (API) has segmented hydrocarbon base oils into Group I, II, III and IV based on their viscosity indices (VI) , saturate levels and sulfur levels. Below is a description of the composition of Group I-V hydrocarbon oils.

[0013] The American Petroleum Institute has categorized these different base stock types as follows:

[0014] Group I, >0.03 wt. %sulfur, and / or <90 volume %saturates, viscosity index between 80 and 120;

[0015] Group II, ≤0.03 wt. %sulfur, and ≥90 volume %saturates, viscosity index between 80 and 120;

[0016] Group III, ≤0.03 wt. %sulfur, and ≥90 volume %saturates, viscosity index >120.

[0017] Group IV, poly-alphaolefins.

[0018] Group V, all other base oils, e.g., Poly Alkylene Glycol, ester, etc.

[0019] Moving to lower viscosity lubricants is a macro trend in the development of modern automotive lubricants, especially for passenger car motor oils. Lower viscosity lubricants are known to offer better fuel economy, however still present some technical challenges. Lower viscosity lubricants are known to often have lower viscosity index (VI) values which is a measure of how the viscosity of the lubricant changes with temperature. Lower VI values mean a greater reduction in its viscosity at higher temperatures. Higher viscosity index values are generally preferred so that the lubricant maintains a small change in viscosity with temperature increasing from low to higher temperatures which may occur during operation of the equipment.

[0020] Recently a new range of Oil-Soluble Polyalkylene Glycols (OSP) which are named as UCONTM OSPs have been made commercially available. Unlike conventional PAGs used in lubrication which are derived from ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) , these OSPs are more compatible with hydrocarbon oils. OSPs are being used as co-base oils in hydrocarbon oils due to their excellent solubility and they offer excellent functionality and can improve friction control (which helps fuel economy in automotive lubricants) and deposit control (which helps fluid longevity) . Unfortunately, OSPs in the low viscosity range described above typically have low VI values (that is, less than 130) and are therefore less interesting as primary base oils in lubricant formulations.

[0021] A recent publication WO2019 / 126923 discloses a new class of lubricants, which are OSPs which have been esterified (E-OSPs) . These materials have significantly higher viscosity indices and lower volatilities than their respective parent (that is, unesterified) OSP base oils. This is especially true at the lower viscosities such those with a KV 100 of 4 and even 3 cSt.

[0022] There is need for better additive and base stock technology for lubricant compositions that will meet ever more stringent requirements of lubricant users. In particular, there is a need for advanced additive technology and synthetic base stocks with improved fuel economy, solubility and dispersibility for polar additives or sludge generated during service of lubricating oils, and oxidative stability. SUMMARY

[0023] The present invention relates to a new composition which accomplishes at least some of these goals. The composition comprises at least three components. The first component is an oxygenated polymer which is one of the following:

[0024] a) polyalkylene glycol (PAG) compounds having a structure: R1 (C=O) p [O (R2O) m (R3O) n (C=O) qR4] s

[0025] where R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; n and m are each independently zero or a positive integer, where m+n is greater than 30; p and q are each independently zero or one; and s is a number ranging from 1 to 4; or

[0026] b) poly alkyl methacrylate (PAMA) compounds obtained by polymerizing a mixture of olefinically unsaturated monomers, and one or more methacrylates having a structure of:

[0027] wherein R is hydrogen or methyl, R5 is a linear or branched alkyl residue with 1-40 carbon atoms, R6 and R7 independently are hydrogen or a group of the formula -COOR′, wherein R′means hydrogen or an alkyl group with a 1-40 carbon atoms;

[0028] and where the PAMA has a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point greater than or equal to 120℃ as determined by ASTM D238.

[0029] The second required component is at least one American Petroleum Institute (API) base oil selected from the group consisting of:

[0030] i. a Group I base oil, wherein the Group I base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0031] ii. a Group II base oil, wherein the Group II base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0032] iii. a Group III base oil, wherein the Group III base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0033] iv. a Group IV base oil, wherein Group IV base oil has a kinematic viscosity measured at 100℃ less than or equal to 8 mm2 / s;

[0034] v. a Group V base oil which is a polyalkylene glycol (PAG) compound wherein the PAG has a structure: R1 (C=O) p [O (R2O) f (R3O) g (C=O) qR4] s

[0035] where: R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; f and g are independently numbers where f + g is a number ranging from 1 to 25; p and q is a number ranging from 0 to 1; s is a number ranging from 1 to 4; and

[0036] The third required component is an additive comprising a nitrogen-containing compound, wherein the nitrogen-containing compound comprises at least one compound selected from the group consisting of: phenylamine compounds, phosphate amine compounds, and triazole compounds.

[0037] Synergy between dithiocarbamates and alkylated diphenylamines (ADPA) in hydrocarbon base oils is known. However, we have discovered that this combination leads to heavy deposits in bulk oxidation experiments. We have demonstrated that the inclusion of an oil soluble polyalkylene glycol into a hydrocarbon oil which contains a dithiocarbamate and a diphenylamine at a certain dosage and ratio can lead to improved deposit formation but also have good oxidation stability. This is another aspect of the present invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0038] Figure 1 is a visual representation of the Deposit Control Performance of Comparative Example A (left) and Example. 6 (right) after 25 days oxidation test DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0039] The present invention relates to a new lubricant composition stocks with improved fuel economy, solubility and dispersibility for polar additives or sludge generated during service of lubricating oils, and oxidative stability. The composition comprises at least three components.

[0040] The first component is an oxygenated polymer which is one of the following:

[0041] a) polyalkylene glycol (PAG) compounds having a structure: R1 (C=O) p [O (R2O) m (R3O) n (C=O) qR4] s

[0042] where R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; n and m are each independently  zero or a positive integer, where m+n is greater than 30; p and q are each independently zero or one; and s is a number ranging from 1 to 4; or

[0043] b) poly alkyl methacrylate (PAMA) compounds obtained by polymerizing a mixture of olefinically unsaturated monomers, and one or more methacrylates having a structure of:

[0044] wherein R is hydrogen or methyl, R5 is a linear or branched alkyl residue with 1-40 carbon atoms, R6 and R7 independently are hydrogen or a group of the formula -COOR′, wherein R′means hydrogen or an alkyl group with a 1-40 carbon atoms;

[0045] and where the PAMA has a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point as determined by ASTM D238, greater than or equal to 120℃,

[0046] Preferably the PAMA comprises methacrylate repeating units where from 0-80%by weight of the R5 units are from C17-C40.

[0047] In some embodiments the polyalkyl (meth) acrylate polymer comprises 1%-30%by weight of R5 units in the range of C1-C8, 50%-95%by weight of R5 units in the range of C9-C16, and 0-40%by weight of R5 units in the range of C17-C40.

[0048] In some embodiments the polyalkyl (meth) acrylate polymer comprises at least 40%, preferably 50%by weight methacrylate repeating units.

[0049] In some embodiments the polyalkylmethacrylate polymer comprises R5 units having C1-C8 and / or R5 units having C9-C34 methacrylate repeating units, preferably C1-C8 and C9-C24 methacrylate repeating units.

[0050] In some embodiments the polyalkylmethacrylate polymer comprises repeating units derived from dispersant monomers as the olefinically unsaturated monomer.

[0051] In some embodiments the polyalkylmethacrylate polymer comprises repeating units derived from styrene as the olefinically unsaturated monomer.

[0052] In some embodiments the polyalkylmethacrylate polymer comprises repeating units derived from ethoxylated and / or hydroxylated methacrylate monomers.

[0053] In some embodiments the polyalkyl (meth) acrylate polymer comprises a weight average molecular weight Mw in the range of 10,000 to 200,000 g / mol, preferably 20,000 to 100,000 g / mol.

[0054] In some embodiments the polyalkyl (meth) acrylate polymer comprises a polydispersity Mw / Mn in the range of 1 to 15, preferably 1.01 to 10, more preferably 1.05 to 5.55.

[0055] In some embodiments the polyalkyl (meth) acrylate polymer compounds having a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point greater than or equal to 120℃, and a viscosity index according to greater than or equal to 120.

[0056] In some embodiments the polyalkyI (meth) acrylate polymer with a permanent shear stability index of less than 30 defined by ASTM 5621 with 10 percent polymer in a Group II mineral oil; wherein said polyalkyl (meth) acrylate polymer with weight of at most (≤) 30%based on the total weight of said lubricant composition.

[0057] Preferably, the PAGs of component a) should have a kinematic viscosity measured at 100℃ of greater than or equal to 15 mm2 / s, more preferably 30 mm2 / sor higher. The PAGs also preferably have a kinematic viscosity measured at 40℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, more preferably greater than 150 mm2 / s, or even 200 mm2 / s. For PAGs in which the BO: PO weight ratio is 3: 1 or less, it is generally preferred that the PAG have a higher kinematic viscosity, such as a kinematic viscosity measured at 40℃ of greater than or equal to 150 mm2 / s, more preferably greater than 200 mm2 / s, or even 250 mm2 / s.

[0058] The PAGs also preferably have a viscosity index greater than or equal to 130, even more preferably greater than about 150. For PAGs in which the BO: PO weight ratio is 3: 1 or less, it is generally preferred that the PAG have a higher viscosity index, such as greater than 150 or even 200.

[0059] The PAGs of component a) are preferably selected such that m and n provide a target weight ratio of butylene oxide to propylene oxide of at least 20%, preferably at least 25%, 30%or even 40%. In general, it is preferable to have more BO when there is less branching (that is, when s is 2, or even 1) .

[0060] R1 and R4 can also be manipulated depending on the desired properties of this component. In general, larger R groups tend to increase the viscosity, but it also could have R as hydrogen. In some embodiments, it is preferred that R1 and R4 are each independently from C1 to C4, or C5 to C14.

[0061] In some embodiments, having at least one of p and q be equal to one is preferred as esterification can be helpful for high viscosity index. In some embodiments it is preferred that both p and q are equal to 1, however it also could have both p and q be 0.

[0062] The PAMAs for use in the first component of the compositions of the present invention having a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, preferably 150 mm2 / s, or even 200 mm2 / s. The PAMAs also have a flash point greater than or equal to 120℃,  preferably greater than 150℃.

[0063] While either component a) or component b) may be used alone, in some embodiments it may be desired to have both a) and b) varieties of the first component present. It is also contemplated that the first component may comprise more than one species of either component a or component b present.

[0064] The second required component is at least one American Petroleum Institute (API) base oil selected from the group consisting of:

[0065] i. a Group I base oil, wherein the Group I base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0066] ii. a Group II base oil, wherein the Group II base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0067] iii. a Group III base oil, wherein the Group III base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;

[0068] iv. a Group IV base oil, wherein Group IV base oil has a kinematic viscosity measured at 100℃ less than or equal to 8 mm2 / s;

[0069] v. a Group V base oil which is a polyalkylene glycol (PAG) compound wherein the PAG has a structure: R1 (C=O) p [O (R2O) f (R3O) g (C=O) qR4] s

[0070] where: R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; f and g are independently numbers where f + g is a number ranging from 1 to 25, ; p and q is a number ranging from 0 to 1; s is a number ranging from 1 to 4;

[0071] While all base oils may be used in this invention, in some applications it may be preferred that the base oil be selected from ii to v. It is also contemplated that two or more the base oils be used together.

[0072] The third required component is an additive comprising a nitrogen-containing compound, wherein the nitrogen-containing compound comprises at least one compound selected from the group consisting of: phenylamine compounds, phosphate amine compounds, and triazole compounds.

[0073] It is preferred that the combined weight of the nitrogen-containing compounds is from 0.1 to 10 weight percent of the total weight of the lubricant composition, more preferably from 0.5  weight percent to 9 weight percent and even more preferably from 1 to 8 weight percent.

[0074] In some embodiments, it is preferred that when the phenylamine compound is chosen as the nitrogen-combining compound, carbamate compounds are also added. In such cases it is preferred that the weight ratio of phenylamine to carbamate be in the range of 30: 1 to 1: 1, even more preferably in the range of from 20: 1 to 5: 1.

[0075] It is preferred that the first component (that is, the oxygenated polymer) comprises from 1 to 50 percent by weight of the overall lubricant composition, more preferably from 2 to 40 percent, and still more preferably from 3 to 30 weight percent. It is preferred that the second component (that is, the base oil) comprise from 40 to 98 percent by weight of the overall lubricant composition, more preferably from 50 to 95 percent, and still more preferably from 60 to 90 weight percent. It is preferred that the third component (that is, the nitrogen-containing compound (s) ) comprise from 0.01 to 10 percent by weight of the overall lubricant composition, more preferably from 0.5 to 9 percent, and still more preferably from 1 to 8 weight percent.

[0076] The lubricant composition of the present invention may also contain other additives commonly used in lubrication application such as other types of anti-oxidants, other types of viscosity modifies (viscosity index improvers) , defoamers, demulsifiers, ferrous corrosion inhibitors, yellow metal deactivators, pour point depressants, anti-wear additives, extreme pressure (EP) additives, dyes, etc. The total treat level of all these additives combined is typically <25%, and often <10%, and preferably <5%.

[0077] The overall lubricant compositions of the present invention are preferably characterized by having a kinematic viscosity measured at 40℃ greater than or equal to 10 mm2 / s, more preferably greater than or equal to 15 mm2 / s, or even 20 mm2 / s. The compositions also preferably have a viscosity index greater than or equal to 130, more preferably 140 or even 150. The compositions also preferably have specific heat capacity greater than or equal to 2.05 J /  (g·K) at 90℃, more preferably greater than or equal to 2.11 J /  (g·K) or even 2.115 J /  (g·K) . The compositions also preferably have a thermal conductivity greater than or equal to 0.125 W /  (m·K) at 90℃, more preferably greater than or equal to 0.128 W /  (m·K) , or even 0.130 W /  (m·K) . It is also preferred that the overall composition have a density less than or equal to 1.0 g / cm3 at 25℃, more preferably less than 0.98 g / cm3, or even 0.96 g / cm3. It is also preferred that the overall composition have a friction coefficient less than or equal to 0.05, more preferably less than or equal to 0.04, or even 0.03, at 90℃ with load 71 N, 10%SRR and 1000 mm / sentrainment speed by MTM test.

[0078] EXAMPLES

[0079] The following examples can be used to demonstrate the efficacy of the present invention. The following test methods can be used to characterize the invention:

[0080] Kinematic viscosity is measured according to ASTM D7042 and D445.

[0081] Viscosity index is measured according to ASTM D2270.

[0082] Pour point is measured according to ASTM D97.

[0083] Table I contains a description of the materials which are used in these Examples.

[0084] Table 1. Raw Materials Used to Describe the Invention

[0085] Raw materials

[0086] Synthesis of OSP-C is made as follows:

[0087] Preparation of esterified OSP , “OSP-C”

[0088] The esterified OSP sample is synthesized according to the following steps: UCON OSP-12 (374 g, 1 mol) and n-pentanoic acid (102 g, 1 mol) in toluene (500 mL) is stirred at room temperature. PTSA (1.90 g, 0.001 mol) is added with stirring and the mixture is refluxed overnight with Dean-Stark to remove 18.0 mL water from the system at 135 ℃. After the mixture cooled to room temperature, KOH (1.12 g, 0.002 mol) is added and stirred overnight to neutralize PTSA. 10 g magnesium silicate is added and stirred at 60 ℃ for 3 hours to absorb the generated salt in the system, then the mixture is filtered through a filter paper. After filtration, the residue solvent is removed by vacuum distillation and a light yellow liquid is obtained.

[0089] Preparation of Examples

[0090] Each formulation is prepared by adding the components to a beaker in the following order

[0091] add oxygneated polymer (i.e., OSP or E-OSP or PAMA)

[0092] add diphenylamine

[0093] add dithiocarbamate

[0094] add any additional additives including additional oxygenated polymers

[0095] add base oil (or oils if more than one base oil is present)

[0096] The mixture is stirred at 80 ± 5 ℃ for 1 hour until a homogeneous composition was obtained.

[0097] Test Methods:

[0098] ASTM (American Society for Testing and Materials) test methods were used as below:

[0099] Kinematic viscosity and density are measured according to ASTM D7042.

[0100] KV40 is kinematic viscosity at 40℃ in cSt.

[0101] KV100 is kinematic viscosity at 100℃ in cSt.

[0102] Viscosity index is measured according to ASTM D2270.

[0103] Thermal property measurements:

[0104] Heat capacity (Cp) is measured by DSC (Differential scanning calorimetry) .

[0105] Thermal conductivity (TC) is measured by transient hot wire equipment.

[0106] Friction testing Method:

[0107] A Mini-Traction Machine (MTM, available from PCS Instruments, United Kingdom) , was used to measure friction in which a steel ball rotates on a steel disc. The disc used is steel (AISI 52100) , diameter of 45mm and hardness 750HV with a Ra <0.02 micrometers. The ball is steel (AISI 52100) , diameter of 19mm and hardness 750HV with a Ra <0.02 micrometers. In the standard configuration, the ball was loaded against the surface of the disc, and the ball and disc were driven independently to enable the control of rolling / sliding ratio. FoC were measured under following test conditions:

[0108] Load: 71 N

[0109] Slide to roll ratio: 10%.

[0110] Entrainment speed: 1000 mm / s

[0111] Test temperature: 90℃

[0112] The following applied test condition is intended to be a representative lubricating condition in a compressor.

[0113] Energy efficiency testing method:

[0114] Energy efficiency testing is conducted on the Rotary Screw Air Compressor in comparison to the specific power of comparative example (Comparative Example A) in identical conditions. Energy efficiency of Comparative Example D vs Comparative Example A is measured on a 110KW RSAC (from United OSD) with discharge volume 20 m3 / min and discharge temperature 82℃ at 8bar. Energy efficiency of Comparative. Examples A to C and Examples. 1-6 are measured on a 75kW RSAC (from Atlas Copco) with discharge volume 15 m3 / min and discharge temperature 85℃ at 7, 8 and 10bar. Energy efficiency <0.2%in the test is not considered to be a significant difference.

[0115] Modified ASTM D2893 test:

[0116] In the modified test the test lubricant in a glass tube is heated to 150℃ with air flowing through the lubricant at a rate of 30 L / min. The method includes adding to the glassware a standard iron-copper catalyst coil. The Total Acid Number (TAN) is recorded. The test is designed to measure the change of TAN over time (measured in days) compared with the fresh sample. When the aged sample has reached a  value of >2.0 mg KOH / g then the fluid has reached its “end of life” . The TAN value was measured after 7, 14, 21 and 25 days. This is a modification to the standard ASTM method.

[0117] Deposit Control Methodology

[0118] A visual method is used here to differentiate the deposit control performance. At the end of the test, the fluid is drained from the tubes and the glassware is inspected for deposits and these deposits graded. If the interior surface of the glassware shows more than 50%of the glassware is covered with deposits, then it is graded as “Heavy Deposit” . If the glassware shows 50-20%of the glassware is covered with deposits, then it is graded as “Medium Deposit” . If the glassware shows less than 20%of the glassware is covered with deposits, then it is graded as “Low Deposit” .

[0119] All Inventive Examples contains at least one or more oxygenated polymer selected from (PAG) compounds with weight of butylene oxide to propylene oxide at least 25%or poly alkyl methacrylate (PAMA) compounds.

[0120] Table 1. Inventive Example Composition

[0121] All Comparative Examples are commercial formulations characterized by not containing any oxygenated polymer according to Claim 1. These materials are believed to contain some diphenylamine, but no dithiocarbamate.

[0122] Table 2. Comparison of Inventive and Comparative Examples

[0123] One way of improving efficiency is to reduce frictional losses in equipment between moving parts. A second way is to reduce the lubricant internal friction and churning loss. The third way is to enable compressor operation in an optimized condition (i.e., better heat transfer efficiency, etc. ) . Therefore, lubricants that provides low CoF and density, and high VI, Cp and TC are highly desired.

[0124] Viscosity index (VI) , coefficient friction (CoF) , specific heat capacity (Cp) and thermal conductivity (TC) of Comparative Examples and Inventive Examples were compared in Table X. All inventive examples exhibit significant better VI, CoF, Cp and TC vs the comparative example A.

[0125] Comparative Examples A-D have base oil of hydrocarbon, synthetic hydrocarbon and PAG (all didn’t contain OSP) , however exhibit similar energy efficiency (<0.2%) . Comparative Examples. A-D have VI from 105 to 153, demonstrating energy efficiency can’t be achieved by simply controlling the VI.

[0126] Comparative Example A exhibits the lowest density vs all Inventive Examples, demonstrating energy efficiency can’t be achieved by simply controlling the density.

[0127] Example 1 has lower viscosity grade vs Comparative Example A, while Examples 2-5 have higher viscosity grade vs Comparative Examples A, however, all examples exhibit significant energy efficiency vs Comparative Example A at 8 bar and 10 bar, demonstrating energy efficiency can’t be achieved by simply controlling the viscosity.

[0128] Example 1 have lower viscosity grade vs Comparative Examples B-D while Examples 2-5 have the same viscosity grade vs Comparative Examples B-D, but all exhibit significant energy efficiency vs Comparative Examples B-D.

[0129] Examples 1-5 have base oil of E-OSP, PAG and hydrocarbon oil respectively, but all with the oxygenated polymer (OSP or E-OSP or PAMA) and exhibit significant energy efficiency vs Comparative Examples A-D having base oil of hydrocarbon oil, synthetic hydrocarbon base oil and PAG.

[0130] All Inventive Examples exhibit significant energy efficiency vs Comparative Examples A-D.

[0131] Synergy between dithiocarbamates and alkylated diphenylamines (ADPA) in hydrocarbon base oils were taught in prior art. As shown below, a major defect has been discovered in using this combination in that it leads to heavy deposits in bulk oxidation experiments. It has been discovered that the inclusion of an oil soluble polyalkylene glycol to a hydrocarbon oil which contains a dithiocarbamate and a diphenylamine at a certain dosage and ratio can lead to improved deposit formation but also have good oxidation stability.

[0132] Table 3. Inventive Composition and Comparative Examples

[0133] Oxidation life was measured by a modified ASTM D2893 test described in previous section. Deposit grade was graded according to the description in previous section. Comparative. Example E contains antioxidants combination of diphenylamine and dithiocarbamate. Although its oxidation life was excellent and greater than 25 days, it showed heavy deposits.

[0134] Comparative Example F shows a hydrocarbon oil containing an OSP with a different antioxidant package; one without the carbamate. This package is a well-known combination of antioxidants (phenyl naphthylamine and diphenylamine) used in the lubricant industry. Its oxidation life was much lower than Comparative Example E.

[0135] Comparative Example G shows the same formulation vs Comparative Example. E but replacing 18.0%of the hydrocarbon oil with OSP-A. Although not within the scope of the invention as the oxygenated polymer in this particular example does not meet the requirement that m+n >30, this example is included to demonstrate the synergistic effect of the carbamate with the diphenyl amine. It is anticipated that this effect would carry over to the inventive examples. As seen in Table 3, Comparative Example G’s oxidation life was excellent and greater than 25 days and demonstrated excellent deposit control (low deposits) . Figure 1 is a visual representation of the results with Comparative Example E on the left and 6 on the right.

Claims

1. A lubricant composition comprising:a. at least one oxygenated polymer selected from the group consisting of:i. polyalkylene glycol (PAG) compounds having a structure:R1 (C=O) p [O (R2O) m (R3O) n (C=O) qR4] swhere R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; n and m are each independently zero or a positive integer, where m+n is greater than 30 and less than 500; p and q are each independently zero or one; and s is a number ranging from 1 to 4; andii. poly alkyl methacrylate (PAMA) compounds obtained by polymerizing a mixture of olefinically unsaturated monomers, and one or more methacrylates having a structure of:wherein R is hydrogen or methyl, R5 is a linear or branched alkyl residue with 1-40 carbon atoms, R6 and R7 independently are hydrogen or a group of the formula -COOR′, wherein R′means hydrogen or an alkyl group with a 1-40 carbon atoms;and where the PAMA has a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point as determined by ASTM D238, greater than or equal to 120℃,and where the PAMA has a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point greater than or equal to 120℃;b. at least one American Petroleum Institute (API) selected from the group consisting of:i. a Group I base oil, wherein the Group I base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;ii. a Group II base oil, wherein the Group II base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;iii. a Group III base oil, wherein the Group III base oil has a kinematic viscosity measured at 40℃ less than or equal to 46 mm2 / s;iv. a Group IV base oil, wherein Group IV base oil has a kinematic viscosity measured at 100℃ less than or equal to 8 mm2 / s;v. a Group V base oil selected from the group consisting of:

1. polyalkylene glycol (PAG) compounds with weight of butylene oxide to propylene oxide at least (BO: PO ≥) 25%and having a kinematic viscosity measured at 100℃ of 2-20 mm2 / s, kinematic viscosity measured at 40℃ of 8-100 mm2 / s, and a viscosity index greater than or equal to 120, wherein the PAG has a structure:R1 (C=O) p [O (R2O) f (R3O) g (C=O) qR4] swhere: R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form;R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; f and g are independently numbers where f+g is a number ranging from 1 to 25,and f and g are selected to provide a target weight ratio of butylene oxide to propylene oxide at least 25%; p and q is a number ranging from 0 to 1; s is a number ranging from 1 to 4; and2. polyalkylene glycol (PAG) compounds with weight of butylene oxide to propylene oxide less than 25%and having a kinematic viscosity measured at 100℃ of 2-20 mm2 / s, kinematic viscosity measured at 40℃ of 8-100 mm2 / s, and a viscosity index greater than or equal to 120, wherein the PAG has a structure:R1 (C=O) p [O (R2O) f (R3O) g (C=O) qR4] swhere: R1 is a linear or branched alkyl or aryl with 1 to 18 carbon atoms or hydrogen; R2O and R3O refer to monomers selected from 1, 2-propylene oxide and 1, 2-butylene oxide and can be in block or random form; R4 is a linear or branched alkyl or aryl with 1-18 carbon atoms or hydrogen; f and g are independently numbers where f+g is a number ranging from 1 to 25,and f and g are selected to provide a target weight ratio of butylene oxide to propylene oxide of less than 25%; p and q is a number ranging from 0 to 1; s is a number ranging from 1 to 4;andc. an additive package comprising a nitrogen-containing compound,wherein the nitrogen-containing compound comprises at least one compound selected from the group consisting of:i. phenylamine compoundsii. phosphate amine compounds, andiii. triazole compoundswherein the combined weight of the nitrogen-containing compounds is from 0.50 to 9.5 weight percent of the total weight of the lubricant composition.2.The lubricant composition of claim 1 wherein the nitrogen-containing compound includes a phenylamine compound, and that phenylamine compound is added as a mixture with one or more carbamate compounds, and where the mixture has a phenylamine to carbamate weight ratio in the range of from 30: 1 to 1: 1.3.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. i) and that compound has a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 30 mm2 / s, kinematic viscosity measured at 40℃ greater than or equal to 200 mm2 / s, and a viscosity index greater than or equal to 150.4.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. i) and wherein m plus n is less than or equal to 500.5.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. i) and wherein neither m nor n are zero.6.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises compound of a. ii) having a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 200 mm2 / s.7.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. i) and m and n are selected to provide a target weight ratio of butylene oxide to propylene oxide of at least 25%.8.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises methacrylate repeating units where from 0-80%by weight of the R5 units are from C17-C40.9.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises 1%-30%by weight of R5 units in the range of C1-C8, 50%-95%by weight of R5 units in the range of C9-C16, and 0-40%by weight of R5 units in the range of C17-C40.10.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises at least 50%by weight methacrylate repeating units.11.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises both R5 units having C1-C8 and R5 units having C9-C34.12.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises repeating units derived from dispersant monomers as the olefinically unsaturated monomer.13.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises repeating units derived from styrene as the olefinically unsaturated monomer.14.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the polyalkylmethacrylate polymer comprises repeating units derived from ethoxylated and / or hydroxylated methacrylate monomers.15.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises a weight average molecular weight Mw in the range of 20,000 to 100,000 g / mol.16.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA is characterized by having a polydispersity Mw / Mn in the range of 1.05 to 5.55.17.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA is characterized by having a kinematic viscosity measured at 100℃ greater than or equal to 100 mm2 / s, and a flash point greater than or equal to 120℃, and a viscosity index according to greater than or equal to 120.18.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA is characterized by having a permanent shear stability index of less than 30 defined by ASTM 5621 with 10 percent polymer in a Group II mineral oil.19.The lubricant composition of claim 1 wherein the oxygenated polymer comprises a compound of a. ii) and the PAMA comprises no more than thirty percent by weight of the total weight of said lubricant composition.

Images