KR20230119171A - Biodegradable lubricant with tailored hydrolytic stability and improved thermal stability through alkoxylation of glycerol - Google Patents
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Abstract
에스테르의 열, 산화 및 가수분해 안정성을 상당히 개선하고, 윤활제 내 에스테르 결합의 몰 밀도를 제어하는 것을 허용하여, 생분해성을 유지하고 성능 성질을 더욱 개선하면서 가수분해 안정성을 최대화하도록 알콕시 기의 삽입에 의해 글리세롤 기반 에스테르의 베타 수소를 안정화시키는 방법이 본원에 기술된다.It significantly improves the thermal, oxidative and hydrolytic stability of the esters and allows for controlling the molar density of ester linkages in the lubricant, allowing insertion of alkoxy groups to maximize hydrolytic stability while maintaining biodegradability and further improving performance properties. Methods for stabilizing the beta hydrogen of glycerol-based esters by
Description
본원에 개시된 발명대상(subject matter)은 일반적으로, 에스테르 결합의 가수분해 및 열 안정성을 상당히 개선하기 위해 알콕시 기의 삽입에 의해 글리세롤 유도체의 에스테르 결합(들)에 인접한 베타 수소를 안정화시키는 방법에 관한 것이며, 이는, 생분해성을 유지하고 성능 성질을 더욱 개선하면서 가수분해 안정성을 최대화하도록 윤활제 내 에스테르 결합의 몰 밀도(molar density)의 제어를 허용한다.The subject matter disclosed herein generally relates to a method for stabilizing the beta hydrogen adjacent to the ester linkage(s) of a glycerol derivative by insertion of an alkoxy group to significantly improve the hydrolytic and thermal stability of the ester linkage. This allows control of the molar density of ester linkages in the lubricant to maximize hydrolytic stability while maintaining biodegradability and further improving performance properties.
최신 기술 [Rudnick, L. R. (ed.). (2020). Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants (pp. 60, 131, 419). CRC Press]은, 천연 에스테르 (트리글리세리드 오일)가 높은 수준의 생물 함량(bio content) 및 생분해성을 나타내면서 이들의 뛰어난 윤활성, 높은 점도 지수, 및 높은 인화점 및 발화점에도 불구하고 산업용 윤활제에 사용하기에는 열등한 기유인 것으로 간주한다. 특허 출원 WO 03/062355 A1에서, 상기 개시는, 글리세롤과 비교하여 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 네오펜틸 글리콜이 "OH 기에 대해 베타 위치에서 수소 원자의 부재 (이의 존재는 상승된 온도에서 탈수의 위험성을 포함할 것임)로 인하여 개선된 열 안정성을 갖기 때문에 바람직하다" (강조 추가)고 언급한다.State-of-the-art [Rudnick, L. R. (ed.). (2020). Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants (pp. 60, 131, 419). CRC Press] found that natural esters (triglyceride oils) are inferior base oils for use in industrial lubricants despite their excellent lubricity, high viscosity index, and high flash and ignition points while exhibiting high levels of bio content and biodegradability. considered to be In patent application WO 03/062355 A1, the disclosure states that, compared to glycerol, trimethylolpropane, pentaerythritol and neopentyl glycol "presence of a hydrogen atom in the beta position relative to the OH group (the presence of which prevents dehydration at elevated temperatures)". (emphasis added).
다양한 윤활제가 개시되었다. 예를 들어, 미국 특허 번호 3,337,595는 소포 보조제로서 사용하기 위한 프로폭시화된 글리세롤의 지방산 에스테르의 제조를 개시하고 있다. 당업계의 바람직한 구현예는 프로폭시화된 글리세롤의 디에스테르 및 상기 디에스테르와 지방산 메틸 에스테르 및 폴리에틸렌 글리콜의 에스테르의 블렌드이다.Various lubricants have been disclosed. For example, US Patent No. 3,337,595 discloses the preparation of fatty acid esters of propoxylated glycerol for use as antifoam aids. Preferred embodiments in the art are diesters of propoxylated glycerol and blends of said diesters with esters of fatty acid methyl esters and polyethylene glycols.
미국 특허 번호 3,530,070은 합성 윤활제로서 프로폭시화된 폴리올의 용도를 개시하고 있다. 조성 공간(compositional space)은, 폴리올 몰당 평균 72 PO 단위까지 프로폭시화되고 다양한 지방산 (≤C12)으로 에스테르화된 다수의 폴리올 (트리메틸올 프로판, 네오펜틸 글리콜, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 소르비톨 및 글리세롤)을 포함한다. 이 특허 공간은, 생물 함량이 낮거나 (<40%) 또는 생분해가 낮은 재료를 포함한다.US Patent No. 3,530,070 discloses the use of propoxylated polyols as synthetic lubricants. The compositional space consists of a number of polyols (trimethylol propane, neopentyl glycol, pentaerythritol, dipentaerythritol, sorbitol and glycerol). This patent space covers materials with low bio content (<40%) or low biodegradation.
미국 특허 번호 4,031,118은 연료 및 윤활제 중 세제 및 분산제로서의 에스테르 함유 공정 및 조성물에 관한 것이다. 개시된 조성물은 매우 긴 사슬 (≥C30)의 지방산으로 에스테르화된 고 MW (1000 내지 10000 g/mol) 폴리에테르 폴리올 (EO/PO 코폴리머)이다. 이 특허 공간은, 낮거나 무시해도 될 정도의 생물 기반(biobased) 탄소 함량 및 낮은 생분해성을 갖는 재료를 포함한다.US Patent No. 4,031,118 relates to processes and compositions containing esters as detergents and dispersants in fuels and lubricants. The disclosed composition is a high MW (1000 to 10000 g/mol) polyether polyol (EO/PO copolymer) esterified with very long chain (≧C30) fatty acids. This patent space covers materials with low or negligible biobased carbon content and low biodegradability.
미국 특허 번호 5,916,854는 상호에스테르화된(interesterified) 및 알콕시화된 윤활유의 용도 및 조성물을 개시하고 있다. 상기 조성물은, 동시적인 알콕시화와 함께 천연 오일과 글리세롤 또는 유리 지방산의 상호에스테르화를 수반하는 공정에 의한 생성물이다. 생성된 생성물은 모노에스테르, 디에스테르 및 선형 에스테르를 포함하는 다수의 상이한 조성물의 블렌드이다.US Patent No. 5,916,854 discloses compositions and uses of interesterified and alkoxylated lubricating oils. The composition is the product of a process involving the interesterification of natural oils with glycerol or free fatty acids with simultaneous alkoxylation. The resulting product is a blend of many different compositions including monoesters, diesters and linear esters.
PCT WO1995002659는 유압 유체로서 사용하기 위한 윤활유 조성물을 개시하고 있다. 청구된 조성물을 생성하기 위해 2종의 공정이 사용된다:PCT WO1995002659 discloses a lubricating oil composition for use as a hydraulic fluid. Two processes are used to produce the claimed composition:
o 글리세롤당 평균 < 3 PO 단위 (바람직한 구현예는 글리세롤당 1 PO 단위)로의 글리세롤의 프로폭시화 및 이어서 C6-C24로부터의 FA로의 에스테르화.o Propoxylation of glycerol to an average of <3 PO units per glycerol (preferred embodiments are 1 PO units per glycerol) followed by esterification with FA from C6-C24.
o 공정에 의해 생성물을 생성하는 미국 특허 번호 5,916,854 하에 열거된 것과 같은 1 포트 공정(one pot process).o A one pot process, such as those listed under U.S. Patent No. 5,916,854, which produces a product by the process.
PCT WO2012134792는, 평균 6-15 PO 단위로 프로폭시화되고 이어서 C8-C15로부터의 FA로 에스테르화된 글리세롤 폴리머를 포함하는 윤활제 조성물을 개시하고 있다. 바람직한 청구범위는 디글리세롤 및 트리글리세롤의 알콕실레이트 (PO 8-12) 및 FA 에스테르 (C9-11)이다.PCT WO2012134792 discloses a lubricant composition comprising a glycerol polymer propoxylated with an average of 6-15 PO units and then esterified with FAs from C8-C15. Preferred claims are alkoxylates of diglycerol and triglycerol (PO 8-12) and FA esters (C9-11).
PCT WO2014124698은 펜타에리트리톨 유도된 에스테르 윤활제의 조성물 및 용도에 관한 것이다. 청구되고 기술된 바람직한 조성물은, 5의 평균 프로폭시화도를 가지며 후속적으로 C8/C10 지방산 또는 올레산으로 에스테르화된 펜타에리트리톨로 이루어진다.PCT WO2014124698 relates to compositions and uses of pentaerythritol derived ester lubricants. A preferred composition as claimed and described consists of pentaerythritol having an average degree of propoxylation of 5 and subsequently esterified with C8/C10 fatty acids or oleic acid.
Tetramer Technologies의 특허 출원 US2019/0367831 A1은, 장쇄 지방산 (≥C14)과 함께 에스테르화 프로폭시화된 폴리올을 사용하여 미네랄 기유의 것에 상응하는 점도 및 유동점(pour point)을 갖는 기유를 제조하는 것을 개시하고 있다.Patent application US2019/0367831 A1 of Tetramer Technologies discloses the use of esterified propoxylated polyols with long-chain fatty acids (≧C14) to prepare base oils with viscosities and pour points comparable to those of mineral base oils. are doing
윤활제 분자의 고온 산화 안정성은 에스테르에 대한 베타 탄소 상의 수소의 양 및 구성에 크게 의존성이다. 또한, 산업용 윤활제에 적합한 유동점을 갖는 천연 에스테르는 상당한 불포화를 함유하며, 산화 분해되는 경향이 있어, 바니시(varnish)의 형성 및 일부 경우에 오일의 겔화를 낳으며, 이는 유동을 감소시키고, 잠재적으로 기계적 고장을 낳을 수 있다. 부분적으로 및 완전히 포화된 천연 에스테르는 산화적으로 안정하지만, 불량한 저온 성질을 가지며, 결정화되는 경향이 있다. 이러한 제한으로 인하여, 천연 에스테르는 환경적으로 민감한 분야를 위한 총 손실 윤활제(total loss lubricant)와 같은 적용에만 사용된다.The high temperature oxidative stability of lubricant molecules is highly dependent on the amount and composition of hydrogen on the beta carbon relative to the ester. In addition, natural esters with pour points suitable for industrial lubricants contain significant unsaturation and are prone to oxidative degradation, resulting in the formation of varnish and in some cases gelation of the oil, which reduces flow and potentially mechanical may cause a malfunction. Partially and fully saturated natural esters are oxidatively stable, but have poor low-temperature properties and tend to crystallize. Due to these limitations, natural esters are only used in applications such as total loss lubricants for environmentally sensitive applications.
합성 네오펜틸 폴리올 에스테르는 높은 열 산화 및 가수분해 안정성을 위해 설계되지만, 생분해의 제1 단계가 에스테르의 가수분해이기 때문에 가수분해 안정성 및 생분해성이 밀접하게 관련되어 있음이 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해된다. 이에 따라, 높은 수준의 가수분해 성능을 위해 설계된 재료는 환경적으로 허용가능한 윤활제로서 반드시 적합하지는 않으며, 더 나아가 생분해에 대해 불량하게 설계될 수 있다 [Totten, G. E., Westbrook, S. R., Shah, R. J., (ed.). (2003). Fuels and Lubricants Handbook: Technology, Properties, Performance, and Testing (pp. 274). ASTM International].Although synthetic neopentyl polyol esters are designed for high thermal oxidation and hydrolytic stability, it is well known to those skilled in the art that hydrolytic stability and biodegradability are closely related since the first step in biodegradation is hydrolysis of the ester. understood by Accordingly, materials designed for high levels of hydrolytic performance are not necessarily suitable as environmentally acceptable lubricants, and may further be poorly designed for biodegradation [Totten, G. E., Westbrook, S. R., Shah, R. J., (ed.). (2003). Fuels and Lubricants Handbook: Technology, Properties, Performance, and Testing (pp. 274). ASTM International].
환경적으로 허용가능한 윤활제 (EAL)는 국가, 산업 및 적용에 따라 다양한 정의를 가질 수 있는 새로운 부류의 윤활제이다. 그러나, 일반적으로, EAL이 우수한 생분해성, 낮은 생물축적성(bioaccumulation) 및 낮은 독성을 가져야 한다는 것에 동의한다. 항상 요구사항은 아니지만, 오일 제조의 환경적 영향을 최소화하기 위해 EAL이 높은 수준의 생물 기반 탄소 함량을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다. 정부 및 비정부 기구가 EAL의 사용을 규제하고 입법화하기 시작하면서, 균일한 표준이 등장하기 시작하였다. 유럽 EcoLabel은 윤활제가 비독성, 비생물축적성 및 생분해성 (OECD 301B에 따라 >60% 생분해)인 것을 요구하는 정의를 사용한다. 윤활제가 "생물 기반" 또는 "생물 윤활제(bio-lubricant)"로 표지되는 경우, 위원회 결정 (EU) 2018/1702에 따라 이는 25% 초과의 생물 기반 탄소 함량을 가져야 한다.Environmentally acceptable lubricants (EALs) are a new class of lubricants that may have various definitions depending on the country, industry and application. However, it is generally agreed that EALs should have good biodegradability, low bioaccumulation and low toxicity. Although not always a requirement, it is generally desirable for the EAL to have a high level of biobased carbon content in order to minimize the environmental impact of oil manufacture. As governmental and non-governmental organizations began to regulate and legislate the use of EALs, uniform standards began to emerge. The European EcoLabel uses a definition that requires the lubricant to be non-toxic, non-bioaccumulating and biodegradable (>60% biodegradable according to OECD 301B). If a lubricant is labeled as "bio-based" or "bio-lubricant", according to Commission Decision (EU) 2018/1702 it must have a bio-based carbon content greater than 25%.
당업계에서 필요한 것은 글리세롤 에스테르 윤활제의 개질 및 조성물(들)이며, 여기서 분자는 높은 수준의 생물 함량 및 생분해 시험을 여전히 통과하면서 성능을 최대화하기 위한 최적화된 가수분해 안정성을 갖는다. 또한, 글리세롤 에스테르의 이러한 개질 및 조성물(들)은 저온 날씨 성능(cold weather performance)을 개선하면서 산화 및 열 안정성을 향상시켜야 한다.What is needed in the art is the modification and composition(s) of glycerol ester lubricants wherein the molecules have optimized hydrolytic stability to maximize performance while still passing high levels of bio content and biodegradation tests. In addition, these modifications and composition(s) of glycerol esters should improve oxidation and thermal stability while improving cold weather performance.
본 출원에서 임의의 문헌의 인용 또는 확인은 이러한 문헌이 본 개시에 대한 선행기술로서 이용가능하다는 인정이 아니다.Citation or identification of any document in this application is not an admission that such document is available as prior art to the present disclosure.
특정 예의 구현예에서, 합성 에스테르 윤활 기유가 제공된다. 상기 기유는 ≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르, 및 ≥8의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함할 수 있다. 합성 윤활 기유는 동일한 지방산 조성을 갖는 글리세롤 에스테르와 비교하여 증가된 산화, 열 및 가수분해 안정성, 감소된 용융 엔탈피 및 감소된 과냉각(undercooling)을 나타내며, 합성 윤활 기유의 각각의 분획에 대해 단일 결정 융점 또는 비정질 상(phase)을 갖는다. 또한, 합성 에스테르 윤활 기유의 열 산화 안정성은 동일한 지방산 조성의 글리세롤 에스테르와 비교하여, 회전 압력 용기 산화 시험 (Rotating Pressure Vessel Oxidation Test; RPVOT) 수명에 의해 결정 시 25% 초과, 보다 바람직하게는 40% 초과, 보다 바람직하게는 60% 초과만큼 증가될 수 있다. 또한, 기유의 가수분해 안정성은 50% 초과, 보다 바람직하게는 60% 초과, 보다 바람직하게는 70% 초과만큼의 총 산가(acid value number)의 감소에 의해 측정된 바와 같이 개선될 수 있다. 또한, 동일한 지방산 조성을 갖는 글리세롤 에스테르에 대해 용융 엔탈피가 50% 초과, 보다 바람직하게는 60% 초과, 보다 바람직하게는 70% 초과, 훨씬 더 바람직하게는 80% 초과만큼 감소될 수 있다. 또한, 용융 엔탈피는, 윤활제가 검출가능한 흐림점(cloud point)을 나타내지 않고 투명도를 유지하도록 감소될 수 있다. 또한, 과냉각은 30% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 보다 바람직하게는 70% 초과, 훨씬 더 바람직하게는 75% 초과만큼 감소될 수 있다. 또한, 알콕실레이트는 에틸렌 옥시드 (EO), 프로필렌 옥시드 (PO), 부틸렌 옥시드 (BO) 또는 이들의 조합으로부터 유도될 수 있다. 또한, 알콕시화된 글리세롤은 바람직하게는 분자당 3 내지 20개의 프로폭시 기의 범위, 보다 바람직하게는 5 내지 12개의 범위, 보다 더 바람직하게는 8 내지 11개의 범위를 가질 수 있으며, 훨씬 더 바람직하게는 10의 프로폭시화도이다. 또한, 적어도 1종의 지방산은 디카복실산일 수 있다. 또한, 디카복실산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산(sebacic acid), 운데칸디온산(undecanedioic acid), 도데칸디온산, 옥타데칸디온산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 1종의 지방산은 관능화된 산일 수 있다. 또한, 관능화된 산은 12-히드록시스테아르산을 포함할 수 있다. 또한, 관능화는 합성 에스테르의 에폭시화, 말레화(maleination), 복분해, 아미드화, 할로겐화, 수화, 수소화, 에스톨리드(estolide) 형성, 히드로포르밀화(hydroformylation), 이량체화 또는 가황을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 1종의 지방산은 분지형일 수 있다. 또한, 분지형 산은 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있다. 또한, 윤활 기유는 OECD 301B 시험의 10일 기간(window)에서 40% 이상 생분해성일 수 있다. 또한, 윤활 기유는 적어도 25%의 생물 기반 탄소일 수 있다. 또한, 본 개시는, 산화방지제, 내마모제, 부식방지제, 슬러지방지제(anti-sludge agent), 소포제, 탈유화제, 점도 지수 개선제, 세제/분산제, 유동점 강하제(pour-point depressant), 알칼리도 개선제, 마찰 개질제, 밀봉 팽윤제, 금속 불활성화제/착화제 및/또는 극압제로부터 선택된 적어도 1종의 첨가제를 포함할 수 있는 합성 에스테르 윤활 기유를 포함하는 합성 윤활제를 제공한다. 또한, RPOVT 수명에 의해 결정 시 열 산화 안정성은 600분 초과, 보다 바람직하게는 800분 초과, 훨씬 더 바람직하게는 1000분 초과일 수 있다.In certain example embodiments, synthetic ester lubricating base oils are provided. The base oil may include an ester of alkoxylated glycerol having an average degree of alkoxylation of ≧3, and at least one fatty acid having ≧8 carbon atoms. The synthetic lubricating base oil exhibits increased oxidation, thermal and hydrolytic stability, reduced melting enthalpy and reduced undercooling compared to glycerol esters having the same fatty acid composition, and for each fraction of the synthetic lubricating base oil has a single crystal melting point or It has an amorphous phase. In addition, the thermal oxidation stability of the synthetic ester lube base oil is greater than 25%, more preferably 40% as determined by the Rotating Pressure Vessel Oxidation Test (RPVOT) life compared to glycerol esters of the same fatty acid composition. greater than, more preferably greater than 60%. In addition, the hydrolytic stability of the base oil can be improved as measured by a reduction in the total acid value number by greater than 50%, more preferably greater than 60%, and more preferably greater than 70%. In addition, the melting enthalpy can be reduced by more than 50%, more preferably by more than 60%, more preferably by more than 70% and even more preferably by more than 80% for a glycerol ester having the same fatty acid composition. Also, the melting enthalpy can be reduced so that the lubricant does not exhibit a detectable cloud point and remains transparent. Also, undercooling can be reduced by more than 30%, preferably more than 50%, more preferably more than 70%, even more preferably more than 75%. Alkoxylates can also be derived from ethylene oxide (EO), propylene oxide (PO), butylene oxide (BO) or combinations thereof. Also, the alkoxylated glycerol may preferably have in the range of 3 to 20 propoxy groups per molecule, more preferably in the range of 5 to 12, even more preferably in the range of 8 to 11, and even more preferably in the range of 8 to 11. It is preferably a degree of propoxylation of 10. Also, the at least one fatty acid may be a dicarboxylic acid. In addition, dicarboxylic acids include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, octane Decanedioic acid or a combination thereof. Additionally, at least one fatty acid may be a functionalized acid. Functionalized acids may also include 12-hydroxystearic acid. Functionalization may also include epoxidation, maleination, metathesis, amidation, halogenation, hydration, hydrogenation, estolide formation, hydroformylation, dimerization or vulcanization of synthetic esters. can Additionally, at least one fatty acid may be branched. Branched acids may also include 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. In addition, the lubricating base oil may be more than 40% biodegradable in the 10-day window of the OECD 301B test. Additionally, the lubricating base oil may be at least 25% biobased carbon. In addition, the present disclosure provides antioxidants, antiwear agents, corrosion inhibitors, anti-sludge agents, antifoaming agents, demulsifiers, viscosity index improvers, detergents/dispersants, pour-point depressants, alkalinity improvers, friction modifiers , a seal swelling agent, a metal deactivator/complexing agent and/or an extreme pressure agent. Additionally, the thermal oxidative stability as determined by the RPOVT lifetime may be greater than 600 minutes, more preferably greater than 800 minutes, and even more preferably greater than 1000 minutes.
추가 구현예에서, 본 개시는 가수분해적으로 안정한 생분해성 윤활제로서 합성 에스테르 윤활 기유를 제공한다. 또한, 알콕시화된 글리세롤 에스테르는 알콕시화의 사용을 통해 에스테르 결합 안정성 및 에스테르 밀도를 맞춤화함으로써 가수분해 안정성 및 생분해성을 가지며, 여기서 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 분해 생성물은 비독성이다. 윤활제의 ISO 점도 등급은 32 내지 150, 보다 바람직하게는 46 내지 100, 훨씬 바람직하게는 46 내지 68일 수 있다.In a further embodiment, the present disclosure provides synthetic ester lube base oils as hydrolytically stable and biodegradable lubricants. In addition, alkoxylated glycerol esters have hydrolytic stability and biodegradability by tailoring ester bond stability and ester density through the use of alkoxylation, wherein the degradation products of alkoxylated glycerol esters are non-toxic. The ISO viscosity grade of the lubricant may be 32 to 150, more preferably 46 to 100, even more preferably 46 to 68.
본 개시는 또한, 글리세롤 에스테르의 베타 수소를 안정화시키고 에스테르 기유 내 에스테르 결합의 몰 밀도를 희석하여, 열, 산화 및 가수분해 안정성을 갖는 알콕시화된 글리세롤 에스테르를 형성하는 방법을 제공하며, 여기서 글리세롤의 히드록실 기는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이들의 조합으로 알콕시화된다.The present disclosure also provides methods for stabilizing the beta hydrogens of glycerol esters and diluting the molar density of ester linkages in the ester base oil to form alkoxylated glycerol esters that are thermally, oxidatively and hydrolytically stable, wherein the The hydroxyl groups are alkoxylated with ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or combinations thereof.
예시적인 구현예의 이들 및 다른 측면, 목적, 특징 및 이점은 예시적인 구현예에 대한 하기의 상세한 설명을 고려할 때 당업계의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.These and other aspects, objects, features and advantages of the exemplary embodiments will become apparent to those skilled in the art upon consideration of the following detailed description of the exemplary embodiments.
본 개시의 특징 및 이점에 대한 이해는, 본 개시의 원리가 이용될 수 있는 예시적인 구현예를 제시하는 하기의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조함으로써 얻어질 것이다.
도 1은 글리세롤 에스테르 (좌측) 및 알콕시화된 글리세롤 에스테르 (우측)의 개략도를 나타내며, 각각의 종(species)의 α 및 β 수소, 및 1차 및 2차 알콜을 강조 표시한다.
도 2는 표 1: 개시 실시예의 조성물을 나타낸다.
도 3은 표 2: 천연 및 합성 에스테르 주쇄의 메틸렌 및 메틴 양성자에 대한 1H NMR 이동을 나타낸다.
도 4는 표 3: 순수 및 제형화된 기유에 대한 RPVOT 데이터를 나타낸다.
도 5는 표 4: 포화 에스테르 기유에 대한 가수분해 안정성 (ASTM D2619) 데이터를 나타낸다.
도 6은 표 5: 시차 주사 열량계에 의해 분석된 C12 에스테르에 대한 열역학적 데이터를 나타낸다.
도 7은 표 6: 유사 글리세롤, TMP 및 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 과냉각 및 용융 엔탈피를 나타낸다.
도 8은 표 7: 다양한 에스테르의 저온 거동을 나타낸다.
도 9는 표 8: PG10-전체 절단된(Whole Cut) 지방산 에스테르를 나타낸다.
도 10은 표 9: OECD-301B에 따른 생분해를 나타낸다.
도 11은 표 10: 생물 기반 탄소 퍼센트 (ASTM 방법 D6866-20)를 나타낸다.
도 12는 표 11: PG10 분지형, 관능성 및 이산 에스테르를 나타낸다.
도 13은 표 12: 제형화된 오일 성능 비교를 나타낸다.
도 14는 표 13: 에톡시화된 글리세롤 에스테르의 실시예를 나타낸다.
여기서의 수치는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 반드시 규모(scale)로 도시된 것은 아니다.An understanding of the features and advantages of the present disclosure will be obtained by reference to the following detailed description and accompanying drawings, which set forth exemplary implementations in which the principles of the present disclosure may be employed.
Figure 1 shows schematics of glycerol esters (left) and alkoxylated glycerol esters (right), highlighting the α and β hydrogens of each species, and primary and secondary alcohols.
Figure 2 shows the compositions of Table 1: Disclosure Examples.
Figure 3 shows Table 2: 1H NMR shifts for methylene and methine protons of natural and synthetic ester backbones.
Figure 4 shows Table 3: RPVOT data for pure and formulated base oils.
5 shows Table 4: Hydrolysis Stability (ASTM D2619) data for saturated ester base oils.
6 shows Table 5: Thermodynamic data for C12 esters analyzed by differential scanning calorimetry.
Figure 7 shows Table 6: Supercooling and melting enthalpies of pseudoglycerol, TMP and propoxylated glycerol esters.
Figure 8 shows Table 7: Low temperature behavior of various esters.
9 shows Table 8: PG10-Whole Cut Fatty Acid Esters.
Figure 10 shows Table 9: Biodegradation according to OECD-301B.
Figure 11 shows Table 10: Percent biobased carbon (ASTM method D6866-20).
Figure 12 shows Table 11: PG10 branched, functional and diacid esters.
Figure 13 shows Table 12: Formulated Oil Performance Comparison.
Figure 14 shows Table 13: Examples of ethoxylated glycerol esters.
Numerical values herein are for illustrative purposes only and are not necessarily drawn to scale.
예시적인 구현예의 상세한 설명DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
본 개시가 더 상세하게 기술되기 전에, 본 개시가 기술된 특정한 구현예에 제한되지 않으며, 이에 따라 물론 달라질 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어는 오직 특정한 구현예를 기술하는 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.Before the present disclosure is described in more detail, it should be understood that the present disclosure is not limited to the particular implementations described and may of course vary accordingly. Also, it should be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 당업계의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 것과 유사하거나 또는 균등한 임의의 방법 및 재료가 또한 본 개시의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 이제 바람직한 방법 및 재료가 기술된다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can also be used in the practice or testing of the present disclosure, the preferred methods and materials are now described.
본 명세서에 인용된 모든 간행물 및 특허는 인용된 간행물과 관련된 방법 및/또는 재료를 개시 및 기술하기 위해 인용된다. 모든 이러한 간행물 및 특허는, 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참조로 통합되는 것으로 나타내어지는 것 같이 구체적이고 개별적으로 본원에 참조로 통합된다. 참조에 의한 이러한 통합은 인용된 간행물 및 특허에 기술된 방법 및/또는 재료에 명시적으로 제한되며, 인용된 간행물 및 특허의 임의의 사전적 정의로 확장되지 않는다. 본 출원에서 또한 명시적으로 반복되지 않은 인용된 간행물 및 특허에서의 임의의 사전적 정의는 그와 같이 취급되어서는 안 되며, 첨부된 청구범위에서 나타나는 임의의 용어를 정의하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 임의의 간행물의 인용은 출원일 이전의 이의 개시를 위한 것이며, 본 개시가 사전 개시로 인하여 이러한 간행물보다 선행할 자격이 없다는 것을 인정하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 또한, 제공된 간행물의 발행일은 실제 발행일과 상이할 수 있으며, 이는 독립적으로 확인될 필요가 있을 수 있다.All publications and patents cited herein are incorporated to disclose and describe methods and/or materials related to the cited publications. All such publications and patents are specifically and individually incorporated herein by reference as if each individual publication or patent were indicated to be incorporated by reference. Such incorporation by reference is expressly limited to the methods and/or materials described in the cited publications and patents, and does not extend to any dictionary definition of the cited publications and patents. Any dictionary definitions in the cited publications and patents not expressly reiterated also in this application should not be so treated, and should not be construed as defining any term appearing in the appended claims. . Citation of any publication is for its disclosure prior to the filing date and is not to be construed as an admission that this disclosure is not entitled to antedate such publication by reason of prior disclosure. Additionally, the publication date of a given publication may differ from the actual publication date, which may need to be independently verified.
본 개시를 읽을 때 당업계의 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이, 본원에 기술되고 예시된 개별적인 구현예 각각은, 본 개시의 범위 또는 취지로부터 벗어나지 않으면서 다른 여러 구현예 중 임의의 것의 특징으로부터 용이하게 분리되거나 또는 조합될 수 있는 별개의 성분 및 특징을 갖는다. 임의의 인용된 방법은 인용된 사건의 순서 또는 논리적으로 가능한 임의의 다른 순서로 수행될 수 있다.As will be apparent to those of ordinary skill in the art upon reading this disclosure, each of the individual embodiments described and illustrated herein may benefit from the features of any of several other embodiments without departing from the scope or spirit of the present disclosure. It has distinct components and characteristics that can be properly separated or combined. Any recited method may be performed in the recited order of events or any other order logically possible.
범위가 표현되는 경우, 추가 구현예는 하나의 특정한 값에서 및/또는 다른 특정한 값까지를 포함한다. 종점에 의한 수치 범위의 인용은 인용된 종점뿐만 아니라 각각의 범위 내에 포함된 모든 숫자 및 분수를 포함한다. 값의 범위가 제공되는 경우, 해당 범위의 상한 및 하한, 및 언급된 해당 범위 내의 임의의 다른 언급된 또는 개재 값 사이의 각각의 개재 값 (문맥이 달리 명확히 나타내지 않는 한, 하한 단위의 1/10까지)이 본 개시 내에 포함되는 것으로 이해된다. 이들 더 작은 범위의 상한 및 하한은 독립적으로 상기 더 작은 범위에 포함될 수 있고, 또한, 언급된 범위 내의 임의의 구체적으로 배제된 한계에 따라 본 개시 내에 포함된다. 언급된 범위가 한계 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 경우, 이러한 포함된 한계 중 하나 또는 둘 모두를 배제하는 범위 또한 본 개시에 포함된다. 예를 들어, 언급된 범위가 한계 중 하나 또는 모두를 포함하는 경우, 포함된 한계 중 하나 또는 둘 모두를 배제한 범위 또한 본 개시에 포함되며, 예를 들어 어구 "x 내지 y"는 'x'에서 'y'까지의 범위뿐만 아니라 'x' 초과 및 y' 미만의 범위를 포함한다. 상기 범위는 또한 상한, 예를 들어 '약 x, y, z 이하'로서 표현될 수 있으며, '약 x', '약 y' 및 '약 z'의 특정 범위뿐만 아니라 'x 미만', 'y 미만' 및 'z 미만'의 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 마찬가지로, 어구 '약 x, y, z 이상'은 '약 x', '약 y' 및 '약 z'의 특정 범위뿐만 아니라 'x 초과', 'y 초과' 및 'z 초과'의 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 어구 약 "'x' 내지 'y'"는 'x' 및 'y'가 수치인 경우, "약 'x' 내지 약 'y'"를 포함한다.Where ranges are expressed, additional embodiments include from one particular value and/or to another particular value. The recitation of numerical ranges by endpoints includes all numbers and fractions subsumed within each range as well as the recited endpoints. Where a range of values is provided, each intervening value between the upper and lower limits of that range, and any other stated or intervening value in that stated range (unless the context clearly dictates otherwise, the tenth of the unit of the lower limit up to) are understood to be included within this disclosure. The upper and lower limits of these smaller ranges may independently be included in the smaller ranges and are also encompassed within the disclosure, subject to any specifically excluded limit in the stated range. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the disclosure. For example, where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the disclosure, e.g., the phrase "x to y" Includes ranges up to and including 'y' as well as ranges greater than 'x' and less than y'. The range can also be expressed as an upper limit, e.g., 'up to about x, y, z', as well as specific ranges of 'about x', 'about y' and 'about z', as well as 'less than x', 'y' less than' and 'less than z'. Likewise, the phrase 'more than about x, y, z' includes the specific ranges of 'about x', 'about y' and 'about z', as well as the ranges of 'greater than x', 'greater than y' and 'greater than z'. should be interpreted as Also, the phrase about "'x' to 'y'" includes "about 'x' to about 'y'" when 'x' and 'y' are numerical values.
비(ratio), 농도, 양 및 다른 수치 데이터는 본원에서 범위 형식으로 표현될 수 있음이 주목되어야 한다. 범위의 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 독립적으로 유의미하다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 본원에 개시된 다수의 값이 있고, 각각의 값은 또한 본원에서 해당 값 자체에 더하여 "약" 상기 해당 값으로서 개시된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되는 경우, "약 10"이 또한 개시된다. 범위는 본원에서 "약" 하나의 특정한 값 및/또는 "약" 또 다른 특정한 값으로서 표현될 수 있다. 유사하게, 값이 선행사 "약"의 사용에 의해 근사값으로서 표현되는 경우, 특정한 값이 추가의 측면을 형성한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 값 "약 10"이 개시되는 경우, "10"이 또한 개시된다.It should be noted that ratios, concentrations, amounts and other numerical data may be expressed herein in a range format. It will further be understood that each endpoint of a range is significant relative to and independently of the other endpoints. It is also understood that there are a number of values disclosed herein, and that each value is also disclosed herein as “about” the corresponding value in addition to the value itself. For example, if the value "10" is disclosed, "about 10" is also disclosed. Ranges may be expressed herein as “about” one particular value and/or “about” another particular value. Similarly, when a value is expressed as an approximation by use of the antecedent "about", it will be understood that the particular value forms an additional aspect. For example, if the value “about 10” is disclosed, “10” is also disclosed.
이러한 범위 형식은 편의성 및 간결성을 위해 사용되며, 따라서 해당 범위의 한계로서 명시적으로 인용된 수치 값을 포함할 뿐만 아니라, 모든 개별 수치 값 또는 해당 범위 내에 포함된 하위 범위를 마치 각각의 수치 값 및 하위 범위가 명시적으로 인용된 것처럼 포함하는 것으로 유연한 방식으로 해석되어야 함이 이해되어야 한다. 예시하기 위해, "약 0.1% 내지 5%"의 수치 범위는 약 0.1% 내지 약 5%의 명시적으로 인용된 값뿐만 아니라 표시된 범위 내의 개별 값 (예를 들어, 약 1%, 약 2%, 약 3% 및 약 4%) 및 하위 범위 (예를 들어, 약 0.5% 내지 약 1.1%; 약 0.5% 내지 약 2.4%; 약 0.5% 내지 약 3.2%, 및 약 0.5% 내지 약 4.4%, 및 다른 가능한 하위 범위)을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.This range format is used for convenience and brevity, and therefore includes not only the expressly recited numerical values as limits of that range, but also any individual numerical value or subrange subranged within that range as if it were each numerical value and It should be understood that subranges should be construed in a flexible manner as inclusive as if explicitly recited. For purposes of illustration, a numerical range of “about 0.1% to about 5%” includes not only the explicitly recited values of about 0.1% to about 5%, but also individual values within the indicated ranges (e.g., about 1%, about 2%, about 3% and about 4%) and subranges (eg, about 0.5% to about 1.1%; about 0.5% to about 2.4%; about 0.5% to about 3.2%, and about 0.5% to about 4.4%, and other possible subranges).
본원에 사용된 단수 형태 및 "상기"는 문맥이 명확히 달리 나타내지 않는 한, 단수 및 복수 지시대상 둘 모두를 포함한다.As used herein, the singular forms “a”, “above” and “the” include both singular and plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
본원에 사용된 "약", "대략", "실질적으로" 등은 파라미터, 양, 시간적 기간 등과 같은 측정가능한 변수와 관련하여 사용되는 경우, 실험적 오차 (이는, 예를 들어 주어진 데이터 세트, 당업계의 허용되는 표준에 의해, 및/또는 예를 들어 주어진 신뢰 구간 (예를 들어, 평균값으로부터의 90%, 95%, 또는 그 초과의 신뢰 구간)을 가지며 결정될 수 있음) 내의 것을 포함하는 명시된 값의 및 상기 명시된 값으로부터의 변동, 예컨대 명시된 값의 및 상기 명시된 값으로부터의 +/-10% 이하, +/-5% 이하, +/-1% 이하 및 +/-0.1% 이하의 변동 (이러한 변동이 개시된 개시에서 수행하기에 적절한 한)을 포함하도록 의도된다. 본원에 사용된 용어 "약", "대략적으로", "대략" 및 "실질적으로"는, 해당 양 또는 값이 정확한 값, 또는 청구범위에 인용되거나 또는 본원에 교시된 것과 균등한 결과 또는 효과를 제공하는 값일 수 있음을 의미할 수 있다. 즉, 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 양 및 특성은 정확하지 않으며, 정확할 필요도 없지만, 허용오차, 환산 계수, 반올림, 측정 오차 등 및 균등한 결과 또는 효과가 얻어지도록 당업계의 통상의 기술자에게 알려져 있는 다른 요인을 반영하여, 목적하는 경우 근사값이고 및/또는 더 크거나 또는 더 작을 수 있다는 것이 이해된다. 일부 경우에, 균등한 결과 또는 효과를 제공하는 값은 합리적으로 결정될 수 없다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터, 또는 다른 양 또는 특성은 그러한 것으로 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계없이 "약", "대략적으로" 또는 "대략"이다. "약", "대략적으로" 또는 "대략"이 정량적인 값 앞에 사용되는 경우, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 파라미터는 또한 특정의 정량적인 값 자체를 포함하는 것으로 이해된다.As used herein, "about", "approximately", "substantially", etc., when used in reference to a measurable variable such as a parameter, amount, temporal period, etc. of specified values, including those within a given confidence interval (e.g., 90%, 95%, or greater confidence interval from the mean value), and/or may be determined by an accepted standard of and variations from the values specified above, such as variations of no more than +/-10%, no more than +/-5%, no more than +/-1% and no more than +/-0.1% of and from the specified values (such variations as far as is suitable for practice in this disclosed disclosure). As used herein, the terms "about," "approximately," "approximately," and "substantially" mean that the amount or value does not represent the exact value, or result or effect equivalent to that recited in the claims or taught herein. It can mean that it can be a value provided. That is, amounts, sizes, formulations, parameters, and other quantities and characteristics are not and need not be exact, but are subject to tolerances, conversion factors, rounding, measurement errors, etc., and those common in the art so that equivalent results or effects are obtained. It is understood that these values may be approximations and/or greater or lesser if desired, reflecting other factors known to the skilled artisan. In some cases, values giving equivalent results or effects cannot be reasonably determined. Generally, an amount, size, formulation, parameter, or other amount or characteristic is “about,” “approximately,” or “approximately,” whether or not explicitly stated as such. When "about", "approximately" or "approximately" is used before a quantitative value, it is understood that the parameter also includes the specific quantitative value itself, unless specifically stated otherwise.
용어 "선택적인(optional)" 또는 "선택적으로(optionally)"는, 후속의 기술되는 사건, 상황 또는 치환기가 일어나거나 또는 일어나지 않을 수 있으며, 상기 기술이 해당 사건 또는 상황이 일어나는 경우 및 일어나지 않는 경우를 포함함을 의미한다.The term “optional” or “optionally” means that a subsequent described event, circumstance or substituent may or may not occur, and the description is implied when that event or circumstance occurs and when it does not. means to include
본원에 사용된 용어 "분자량"은 일반적으로, 재료의 몰의 질량 또는 평균 질량을 지칭할 수 있다. 몰은 분자의 정의된 수 (아보가드로 상수(Avogadro constant))이다. 폴리머 또는 올리고머인 경우, 분자량은 벌크 폴리머의 상대적인 평균 사슬 길이 또는 상대적인 사슬 질량을 지칭할 수 있다. 실제로, 폴리머 및 올리고머의 분자량은 겔 투과 크로마토그래피 (GPC) 또는 모세관 점도계를 포함하는 다양한 방식으로 추정되거나 또는 특성화될 수 있다. GPC 분자량은 수 평균 분자량 (Mn)이 아닌 중량 평균 분자량 (Mw)으로서 보고된다. 모세관 점도계는 농도, 온도 및 용매 조건의 특정한 세트를 사용하여 희석 폴리머 용액으로부터 결정된 고유 점도로서 분자량의 추정치를 제공한다.As used herein, the term “molecular weight” can generally refer to the molar mass or average mass of a material. A mole is a defined number of molecules (Avogadro constant). For polymers or oligomers, molecular weight can refer to the relative average chain length or relative chain mass of the bulk polymer. Indeed, the molecular weight of polymers and oligomers can be estimated or characterized in a variety of ways including gel permeation chromatography (GPC) or capillary viscometers. GPC molecular weight is reported as weight average molecular weight (M w ), not number average molecular weight (M n ). Capillary viscometers provide an estimate of molecular weight as intrinsic viscosity determined from dilute polymer solutions using a specific set of concentration, temperature, and solvent conditions.
상호교환가능하게 사용될 수 있는, 본원에 사용된 용어 "중량 퍼센트", "중량%" 및 "wt. %"는 달리 명시되지 않는 한, 성분인 조성물의 총 중량을 기준으로 주어진 성분의 중량 퍼센트를 나타낸다. 즉, 달리 명시되지 않는 한, 모든 중량% 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 개시된 조성물 또는 제형의 모든 성분에 대한 중량% 값의 합은 100과 같다는 것이 이해되어야 한다. 대안적으로, 중량% 값이 조성물 중 성분의 하위세트의 총 중량을 기준으로 하는 경우, 개시된 조성물 또는 제형 중 명시된 성분의 중량% 값의 합은 100과 같다는 것이 이해되어야 한다.As used herein, the terms “weight percent,” “weight percent,” and “wt. %,” which may be used interchangeably, refer to the weight percentage of a given component based on the total weight of the composition that is the component, unless otherwise specified. indicate That is, unless otherwise specified, all weight percent values are based on the total weight of the composition. It should be understood that the sum of weight percent values for all components of a disclosed composition or formulation equals 100. Alternatively, it is to be understood that the sum of the weight percent values of specified components in a disclosed composition or formulation equals 100 when weight percent values are based on the total weight of a subset of components in a composition.
본원에 사용된 용어 에스테르는 화학 결합의 유형 또는 대안적으로 에스테르 결합으로 구성된 분자의 유형을 지칭한다. "알콕시화된 글리세롤 에스테르", "프로폭시화된 글리세롤 에스테르", "글리세롤 에스테르", "TMP 에스테르" 및 "합성 에스테르"에서와 같이 분자의 부류를 지칭하는 경우, 분자의 완전 에스테르화된 에스테르 변형체가 기술되는 것이 이해되어야 한다. 오일 화학에서, 에스테르이지만 트리아실글리세리드와 균등하지 않은 모노아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 갖는 것은 드문 일이 아니다. 글리세롤 에스테르 또는 알콕시 에스테르를 기술하는 경우, 완전히 에스테르화된 분자가 기술된다. 완전 에스테르화된 에스테르는 15 mg KOH/g 미만, 또는 보다 바람직하게는 10 mg KOH/g 미만, 또는 가장 바람직하게는 5 mg KOH/g 미만의 히드록실가(hydroxyl value)가 달성되는 경우인 것으로 이해된다.As used herein, the term ester refers to a type of chemical bond or alternatively to a type of molecule composed of ester bonds. Fully esterified ester variants of a molecule when referring to a class of molecule, as in "alkoxylated glycerol ester", "propoxylated glycerol ester", "glycerol ester", "TMP ester" and "synthetic ester" It should be understood that is described. In oil chemistry, it is not uncommon to have monoacylglycerides or diacylglycerides, which are esters but not equivalent to triacylglycerides. When glycerol esters or alkoxy esters are described, fully esterified molecules are described. A fully esterified ester is one where a hydroxyl value of less than 15 mg KOH/g, or more preferably less than 10 mg KOH/g, or most preferably less than 5 mg KOH/g is achieved. I understand.
알콕시화된 재료를 지칭하는 경우, EO, PO 및 BO는 각각 알킬렌 옥시드 반응물인 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드 및 부틸렌 옥시드를 기술하는 데 사용될 수 있거나, 또는 EO, PO 및 BO는 각각 알콕시화된 글리세롤의 폴리에테르 조성인 에톡시, 프로폭시 및 부톡시를 기술하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 프로폭시화 및 옥시프로필화는 동의어로 사용되며, 프로폭시화된 및 옥시프로폭시화된도 마찬가지이다. 마찬가지로, 에톡시화 및 옥시에틸화는 동의어로 사용되며, 에톡시화된 및 옥시에틸화된도 마찬가지이다.When referring to an alkoxylated material, EO, PO and BO may be used to describe the alkylene oxide reactants ethylene oxide, propylene oxide and butylene oxide, respectively, or EO, PO and BO respectively It should be understood that it can be used to describe the polyether composition of alkoxylated glycerol, ethoxy, propoxy and butoxy. Also, propoxylation and oxypropylation are used synonymously, as are propoxylated and oxypropoxylated. Likewise, ethoxylation and oxyethylation are used synonymously, as are ethoxylated and oxyethylated.
본원에서 용어 "알콕시화도"는 주어진 폴리올 분자에 부착된 알킬렌 옥시드 분자 (EO, PO 및/또는 BO)의 평균 수를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 알콕시화도를 기술하는 경우, B에서의 도 1에서 보여지는 바와 같은 x+y+z의 합이 알콕시화도이며, 여기서 x, y 및 z는 정수이다. 또한, 알콕시화도는 모든 분자에 대한 평균 알콕시화도일 수 있어, 알콕시화도가 정수 또는 분수일 수 있다. 미국 특허 6,495,188 B2에서, 예를 들어 글리세롤당 3 PO의 알콕시화의 화학량론적 비 정도는 글리세롤 히드록실 기의 대략 63%가 반응되는 결과를 낳는 것으로 밝혀졌다. 4의 알콕시화도는 자유 글리세롤 히드록실 기의 82%가 알콕시화되는 결과를 낳았고, 알콕시화도 5는 완전한 알콕시화의 결과를 낳았다.The term "degree of alkoxylation" herein is to be understood as meaning the average number of alkylene oxide molecules (EO, PO and/or BO) attached to a given polyol molecule. When describing the degree of alkoxylation, the sum of x+y+z as shown in FIG. 1 in B is the degree of alkoxylation, where x, y and z are integers. Also, the degree of alkoxylation can be the average degree of alkoxylation for all molecules, so that the degree of alkoxylation can be an integer or fractional number. In US Pat. No. 6,495,188 B2, for example, it was found that a stoichiometric ratio of alkoxylation of 3 PO per glycerol results in approximately 63% of the glycerol hydroxyl groups being reacted. A degree of alkoxylation of 4 resulted in 82% of the free glycerol hydroxyl groups being alkoxylated, and a degree of alkoxylation of 5 resulted in complete alkoxylation.
본원에 사용된 "삽입"은 분자 구조에 알콕시 기를 넣는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 반응 메커니즘의 화학적 의미에서의 삽입을 의미하는 것으로 이해되어서는 안 된다.As used herein, “intercalation” should be understood to mean the introduction of an alkoxy group into a molecular structure, but not in the chemical sense of the reaction mechanism.
이하에서 다양한 구현예가 기술된다. 특정 구현예는 철저한 설명으로서 또는 본원에 논의된 더 넓은 측면에 대한 제한으로서 의도되지 않는다는 것이 주목되어야 한다. 특정한 구현예와 관련하여 기술된 하나의 측면은 반드시 해당 구현예에 제한되지 않으며, 임의의 다른 구현예(들)와 함께 실시될 수 있다. 본 명세서 전체에 걸쳐 "일 구현예", "구현예", "예시적인 구현예"에 대한 지칭은 해당 구현예와 관련하여 기술된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 어구 "일 구현예에서", "구현예에서" 또는 "예시적인 구현예"의 출현은 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니지만 그럴 수 있다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 본 개시로부터 당업계의 통상의 기술자에게 명백할 바와 같이 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 또한, 본원에 기술된 일부 구현예는 일부를 포함하나 다른 구현예에 포함된 다른 특징은 포함하지 않지만, 상이한 구현예의 특징의 조합은 본 개시의 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들어, 첨부된 청구범위에서, 청구된 구현예 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.Various implementations are described below. It should be noted that specific embodiments are not intended as exhaustive descriptions or as limitations on the broader aspects discussed herein. An aspect described in the context of a particular implementation is not necessarily limited to that implementation and may be practiced with any other implementation(s). Throughout this specification, references to "one embodiment," "an embodiment," or "an exemplary embodiment" are references to a particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment, to at least one embodiment of the present disclosure. means included. Thus, the appearances of the phrases “in one embodiment,” “in an embodiment,” or “an exemplary embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment, but may. In addition, particular features, structures, or characteristics may be combined in one or more embodiments in any suitable manner, as will be apparent to those skilled in the art from this disclosure. Further, while some embodiments described herein include some but not other features included in other embodiments, combinations of features of different embodiments are intended to be within the scope of this disclosure. For example, in the appended claims, any of the claimed embodiments may be used in any combination.
본원에 인용된 모든 간행물, 공개된 특허 문헌 및 특허 출원은, 각각의 개별 간행물, 공개된 특허 문헌 또는 특허 출원이 참조로 통합되는 것으로서 구체적이고 개별적으로 나타내어진 것과 동일한 정도로 본원에 참조로 통합된다.All publications, published patent documents and patent applications cited herein are herein incorporated by reference to the same extent as if each individual publication, published patent document or patent application was specifically and individually indicated as being incorporated by reference.
본 발명 및 선행기술 사이의 주요 차이점은 합성 에스테르를 위한 폴리올로서의 알콕시화된 글리세롤의 사용이다. ≥C8의 지방산, 및 ≥3의 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤은 생성된 합성 에스테르의 생물 기반 함량 및 생분해를 제어하는 데 사용된다. 또한, 지방산 및 알콕시화된 글리세롤 조성물을 맞춤화하는 것은 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 가수분해 및 열 산화 안정성을 맞춤화하는 것을 허용하는 것으로 밝혀졌다.The main difference between the present invention and the prior art is the use of alkoxylated glycerol as polyol for synthetic esters. Fatty acids of ≧C8 and alkoxylated glycerols with a degree of alkoxylation of ≧3 are used to control the biobased content and biodegradation of the resulting synthetic esters. It has also been found that customizing the fatty acid and alkoxylated glycerol composition allows tailoring the hydrolysis and thermal oxidation stability of the alkoxylated glycerol esters.
글리세롤 상의 1차 에스테르의 베타 위치에서의 수소의 불안정성에 대한 가정은 알콕시화된 글리세롤 에스테르 윤활제를 구체화하고자 시도한 이전의 노력의 실패를 초래했고, 대신 네오펜틸 폴리올의 알콕시화에 초점을 맞추게 되었다. 미국 특허 번호 3,530,070에서, 발명자들은 4종의 프로폭시화된 폴리올 에스테르의 합성을 기술하지만, C8의 평균 길이를 갖는 지방산으로 에스테르화된 프로폭시화된 (14 PO) TMP인 오직 1종의 조성물을 구체화한다. 이 특허에서, 글리세롤 기반 재료의 윤활 성능의 측정은 점도 및 유동점의 측정을 넘어 이루어지거나 또는 개시되지 않는다. 결과적으로, 대중은 아직 알콕시화된 글리세롤 에스테르 기유의 이익을 누릴 기회가 없었다. 본 개시는 조성물 및 제형화된 윤활제에 대한 상세한 연구를 통해 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 분자의 예상치 못한 높은 안정성 및 구체화된 윤활제를 관찰하였다.The assumption of the instability of the hydrogen at the beta position of the primary ester on glycerol has led to the failure of previous efforts to specify alkoxylated glycerol ester lubricants, and has instead focused on the alkoxylation of neopentyl polyols. In U.S. Pat. No. 3,530,070, the inventors describe the synthesis of four propoxylated polyol esters, but only one composition, which is a propoxylated (14 PO) TMP esterified with a fatty acid having an average length of C8. materialize In this patent, measurements of the lubricating performance of glycerol-based materials are not made or disclosed beyond measurements of viscosity and pour point. Consequently, the public has not yet had the opportunity to enjoy the benefits of alkoxylated glycerol ester base oils. The present disclosure observed an unexpectedly high stability of propoxylated glycerol ester molecules and specified lubricants through detailed studies of compositions and formulated lubricants.
본 개시는 글리세롤 에스테르의 개질 방법 및 조성물(들)을 기술하며, 여기서 일반적으로 윤활유에 요구되는 유동점 및 점도 지수를 가지면서 비개질된 글리세리드와 비교하여 산화, 열 및 가수분해 안정성을 향상시키기 위해 글리세롤은 알콕시화 및 에스테르화된다. 또한, 본 발명자들은, 제형화된 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 기유의 성능이 필적할 만한 상업용의 제형화된 기유보다, 특히 환경적으로 허용가능한 기유와 비교하는 경우 탁월한 윤활 성질을 나타내는 것을 발견하였다 (도 13, 표 12 참조). 기유는 유압 유체, 터빈 유체, 압축기 유체, 윤활 그리스(lubricating grease), 모터유 및 금속 가공 유체를 포함하는 제품을 제조하는 데 사용된다. 알콕시화된 글리세롤 에스테르를 포함하는 합성 에스테르, 윤활유 조성물은 제형화된 윤활제에 다른 종래의 오일 첨가제를 포함할 수 있다.The present disclosure describes methods and composition(s) for modification of glycerol esters wherein glycerol is used to improve oxidation, thermal and hydrolytic stability compared to unmodified glycerides while having pour points and viscosity indices generally required for lubricating oils. is alkoxylated and esterified. In addition, the inventors have found that the performance of formulated propoxylated glycerol ester base oils exhibit superior lubricating properties than comparable commercial formulated base oils, especially when compared to environmentally acceptable base oils ( 13, see Table 12). Base oils are used to make products including hydraulic fluids, turbine fluids, compressor fluids, lubricating greases, motor oils and metalworking fluids. Synthetic esters, including alkoxylated glycerol esters, the lubricating oil composition may include other conventional oil additives to the formulated lubricant.
본 발명자들은, 글리세롤 히드록실 기의 실질적으로 완전한 알콕시화가 에스테르의 증가된 안정성 및 기유 내의 에스테르 결합의 감소된 몰 밀도를 갖는 생분해성 글리세롤 유도된 에스테르 기유의 제조를 허용한다는 것을 발견하였다. 트리글리세리드에서, 2종의 1차 에스테르는 A에서의 에스테르 결합 (도 1 참조)에 대해 베타 위치에 메틴 양성자를 갖는다. B에서의 지방산 에스테르화 (도 1) 전에 글리세롤 상에서 알콕시 연결 (에테르)을 반응시킴으로써, 이제 에스테르에 대해 베타 위치에 있는 양성자는 더 안정한 메틸렌 양성자이다. 알콕시화도가 ≥3 (글리세롤 상에서)인 경우, 알콕시 기는 글리세롤의 1차 히드록실 기와 반응할 것이며, 생성된 알콕시화된 글리세롤 에스테르는 글리세롤의 1차 히드록실 기의 상당한 적용범위(coverage)로 인하여 글리세롤의 에스테르와 비교하여 향상된 안정성을 가질 것으로 예상된다. 또한, ≥5의 알콕시화도를 갖는 에스테르는 ≥3의 알콕시화도를 갖는 에스테르에 대해 향상된 안정성을 가질 것으로 예상된다. 알콕시화도가 ≥5인 경우 에스테르의 향상된 안정성은 글리세롤 히드록실 기의 완전한 적용범위로 인함이다. 모든 글리세롤 히드록실이 알콕시화되는 경우, 후속 에스테르 결합은 오직 β 메틸렌 양성자를 가질 것인 반면, 글리세롤 히드록실의 부분 반응은 β 메틴 양성자의 발생을 허용한다. 또한, 모든 β 메틸렌 양성자는 인접한 에테르 기에 의해 안정화될 것이다. 에테르 결합은 강한 할로산(haloacid)에 의해서만 가수분해될 수 있다. 에테르 분자는 서로 수소 결합을 형성할 수 없고, 안정한 화합물인 반면, 에스테르는 수소 결합을 형성할 수 있어 이들을 상대적으로 덜 안정하게 한다. 또한, 에테르 결합은 전자 주개(electron donating)이다. 이에 따라, 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 글리세롤 메틴 양성자는 글리세롤에 더 강하게 결합된다. 또한, 에테르 결합은 알콕시화된 글리세롤 에스테르 상에서 베타-메틸렌 양성자를 안정화시킬 것이다.The inventors have discovered that substantially complete alkoxylation of the glycerol hydroxyl groups allows for the preparation of biodegradable glycerol derived ester base oils with increased stability of the esters and reduced molar density of ester linkages in the base oil. In triglycerides, the two primary esters have a methine proton at the beta position relative to the ester linkage at A (see Figure 1). By reacting the alkoxy linkage (ether) on glycerol prior to fatty acid esterification in B (FIG. 1), the proton in the beta position to the ester is now the more stable methylene proton. When the degree of alkoxylation is ≥3 (on glycerol), the alkoxy groups will react with the primary hydroxyl groups of glycerol, and the resulting alkoxylated glycerol esters will be glycerol due to significant coverage of the primary hydroxyl groups of glycerol. It is expected to have improved stability compared to esters of In addition, esters with a degree of alkoxylation of ≧5 are expected to have improved stability over esters with a degree of alkoxylation of ≧3. The improved stability of the esters when the degree of alkoxylation is ≧5 is due to full coverage of the glycerol hydroxyl groups. If all glycerol hydroxyls are alkoxylated, subsequent ester linkages will only have β methylene protons, whereas partial reaction of the glycerol hydroxyls allows for the generation of β methine protons. In addition, all β methylene protons will be stabilized by adjacent ether groups. Ether bonds can only be hydrolyzed by strong haloacids. Ether molecules cannot form hydrogen bonds with each other and are stable compounds, whereas esters can form hydrogen bonds, making them relatively less stable. Also, ether bonds are electron donating. Accordingly, the glycerol methine protons of alkoxylated glycerol esters bind more strongly to glycerol. Ether linkages will also stabilize the beta-methylene protons on alkoxylated glycerol esters.
글리세롤의 메틴 양성자 (2차 탄소 상에서)를 안정화시키는 것에 더하여, 폴리에테르 스페이서(spacer)는 또한 글리세롤로부터 에스테르 결합을 물리적으로 분리하고, 단리시킨다. 이는 트리글리세리드 오일 (글리세롤 에스테르)의 열 분해를 가능하게 하는 것으로 이해되는 글리세롤의 메틴 기와의 전이 상태 6원 고리의 형성을 제한한다. [Rudnick, L. R. (ed.). (2020). Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants (pp. 60). CRC Press] 인접한 에스테르 기로 인한 글리세롤 에스테르에서의 베타 수소의 불안정성은 안정화 폴리에테르 스페이서를 삽입함으로써 해결되었다. 새로운 베타 위치의 수소 원자는 안정화 에테르 기에 의해 둘러싸인 에스테르-인접 알콕시 기 상에 위치한다.In addition to stabilizing the methine protons of glycerol (on the secondary carbon), the polyether spacer also physically separates and isolates the ester bond from glycerol. This limits the formation of a transition state 6-membered ring with the methine group of glycerol, which is understood to allow thermal decomposition of triglyceride oils (glycerol esters). [Rudnick, L R (ed.). (2020). Synthetics, Mineral Oils, and Bio-Based Lubricants (pp. 60). CRC Press] The instability of beta hydrogens in glycerol esters due to adjacent ester groups was addressed by inserting a stabilizing polyether spacer. The hydrogen atom at the new beta position is located on an ester-adjacent alkoxy group surrounded by a stabilizing ether group.
알콕시화된 글리세롤 에스테르의 말단 알콕시 기가 프로폭시 또는 부톡시 기인 경우, 알콕시화된 글리세롤 에스테르는 프로폭시 및 부톡시 기의 히드록실 기가 글리세롤 상의 2개의 1차 및 1개의 2차 히드록실 기와 비교하여 모두 2차 알콜이기 때문에 글리세롤 에스테르보다 상당히 더 안정하다. 2차 히드록실 기가 1차 히드록실 기의 에스테르와 비교하여 더 안정한 에스테르 결합을 생성한다는 것은 잘 알려져 있다. 이는, 에스테르의 열 분해를 가능하게 하는 전이 상태 6원 고리의 형성을 억제하는 것을 돕는 탄소 주쇄 상에 유도된 변형에 기인할 수 있다. 프로폭시 또는 부톡시 기로 종결된 알콕시화된 글리세롤의 에스테르화는, 글리세롤 에스테르와 비교하여 더 입체적으로 장애가 있고 전자적으로 안정한 2차 에스테르 결합을 생성한다. 에톡시화된 글리세롤 에스테르는 1차 에스테르를 가질 것이지만 여전히 유사 글리세롤 에스테르보다 더 큰 안정성을 나타낼 수 있다는 것이 주목된다.When the terminal alkoxy group of the alkoxylated glycerol ester is a propoxy or butoxy group, the alkoxylated glycerol ester has both the hydroxyl groups of the propoxy and butoxy groups compared to the two primary and one secondary hydroxyl groups on glycerol. Being a secondary alcohol, it is considerably more stable than glycerol esters. It is well known that secondary hydroxyl groups result in more stable ester bonds compared to esters of primary hydroxyl groups. This may be due to modifications induced on the carbon backbone that help to inhibit the formation of the transition state 6-membered ring that allows thermal decomposition of the ester. Esterification of alkoxylated glycerol terminated with propoxy or butoxy groups results in more sterically hindered and electronically stable secondary ester linkages compared to glycerol esters. It is noted that ethoxylated glycerol esters will have primary esters but still exhibit greater stability than similar glycerol esters.
본 개시의 알콕시화된 글리세롤 에스테르 오일을 추가로 안정화킴으로써, 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 베타 수소는 메틸렌 수소이다. 수소 결합 안정성은 메틸>메틸렌>메틴의 순서로 감소하는 것으로 당업계의 통상의 기술자에게 알려져 있다. 기유에서의 글리세롤 주쇄 화학에 대한 고전적인 "베타 수소 논쟁"은 베타 탄소의 메틴 수소를 추출하는 1차 에스테르의 결과이다. 일 구현예에서, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르는, 이제 말단 프로폭시 단위에 위치하는 베타 탄소의 메틸렌 수소를 추출하는 2차 에스테르를 기반으로 하는 분해 메커니즘을 갖는다. 본 개시의 생성된 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 오일(들)은 글리세롤 및 트리글리세리드 오일의 지방산(들) 사이에 안정화 폴리에테르 스페이서 (폴리알콕시)를 포함한다.Further stabilizing the alkoxylated glycerol ester oils of the present disclosure, the beta hydrogens of the alkoxylated glycerol esters are methylene hydrogens. It is known to those skilled in the art that hydrogen bond stability decreases in the order methyl>methylene>methine. The classic “beta hydrogen argument” for glycerol backbone chemistry in base oils is the result of primary esters extracting the methine hydrogen of the beta carbon. In one embodiment, the propoxylated glycerol ester has a decomposition mechanism based on a secondary ester that extracts the methylene hydrogen of the beta carbon now located at the terminal propoxy unit. The resulting propoxylated glycerol ester oil(s) of the present disclosure include a stabilizing polyether spacer (polyalkoxy) between the fatty acid(s) of the glycerol and triglyceride oil.
또한, 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 열, 산화 및 가수분해 안정성을 제어하기 위한 방법은, 알콕시 기의 분자량을 증가시켜, 글리세롤 에스테르와 비교하여 알콕시화된 글리세롤 에스테르 내 에스테르 결합의 전체 몰 밀도를 감소시키는 것에서 확인된다. 에스테르 결합은 합성 에스테르의 분해에서 약한 연결이 되는 경향이 있기 때문에, 에스테르 결합의 수가 감소하는 경우 열, 산화 및 가수분해 안정성이 개선된다.Another method for controlling the thermal, oxidative and hydrolytic stability of alkoxylated glycerol esters is to increase the molecular weight of the alkoxy groups, thereby reducing the overall molar density of ester bonds in the alkoxylated glycerol esters compared to the glycerol esters. confirmed from Because ester linkages tend to be weak linkages in the degradation of synthetic esters, thermal, oxidative and hydrolytic stability are improved when the number of ester linkages is reduced.
상업용 및 산업용 재료에 대한 산화 안정성은 종종 ASTM D2272에 명시된 바와 같은 회전 압력 용기 산화 시험 (RPVOT)에 따라 수행된다. RPVOT 결과는 물, 산소, 촉매 및 열의 존재 하에 기유의 상대적 안정성을 비교하기 위해 사용될 수 있다. 글리세롤 에스테르 및 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 기유의 열 산화 안정성을 평가하기 위해 RPVOT를 수행하였다. 이 시험에서, 더 긴 수명은 더 안정한 기유 및 오일 제형과 동일하다. 도 4, 표 3은 성능을 향상시키기 위한 임의의 첨가제가 없는 2종의 천연 글리세롤 에스테르, 1종의 트리메틸올프로판 (TMP) 에스테르 및 2종의 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 RPVOT 데이터를 비교한다. 이 데이터는, 글리세롤 에스테르와 비교하는 경우 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 (포화 및 불포화 둘 모두)의 전체 안정성에서 60% 초과의 증가가 관찰될 수 있음을 확인시켜 준다. TMP 에스테르는 베타 양성자의 결핍에도 불구하고, 이 시험에서 비교적 불량하게 작용한다. 제형화된 윤활제 시스템에서, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르는 상업용 석유 기반 터빈 오일의 동일한 정도로 RPVOT 수명을 갖는 것으로 밝혀졌다 (도 13, 표 12 참조). 제형화된 천연 글리세롤 에스테르 윤활제와 비교하는 경우, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 터빈 윤활제는 수명에서 375% 내지 1000% 증가를 갖는 것으로 나타났다. 또한, 표 12에서, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 터빈 윤활제는 Chevron GST와 비교하여 ASTM E2009-08에 의해 측정 시 탁월한 산화 개시 온도 (OOT)를 갖는 것으로 나타났다. TMP 트리올리에이트는 156℃ 및 제형화 후 최대 206℃의 OOT를 갖는 것으로 문헌에서 나타났다 [Wu, Y., et al; Thermochimica Acta, 569, 2013, pp. 112-118]. 알콕시화된 글리세롤에 대한 이러한 높은 수준의 열 및 산화 성능은 놀랍지만, 구체적으로 가수분해 안정성과 관련하여 생분해성 기유가 너무 안정할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.Oxidation stability for commercial and industrial materials is often performed according to the Rotary Pressure Vessel Oxidation Test (RPVOT) as specified in ASTM D2272. RPVOT results can be used to compare the relative stability of base oils in the presence of water, oxygen, catalyst and heat. RPVOT was performed to evaluate the thermal oxidation stability of glycerol ester and propoxylated glycerol ester base oils. In this test, longer life equals more stable base oils and oil formulations. Figure 4, Table 3 compares the RPVOT data of two natural glycerol esters, one trimethylolpropane (TMP) ester and two propoxylated glycerol esters without any additives to enhance performance. This data confirms that greater than 60% increase can be observed in the overall stability of propoxylated glycerol esters (both saturated and unsaturated) when compared to glycerol esters. TMP esters perform relatively poorly in this test despite the lack of beta protons. In formulated lubricant systems, propoxylated glycerol esters were found to have RPVOT lives to the same extent as commercial petroleum based turbine oils (see FIG. 13, Table 12). When compared to formulated natural glycerol ester lubricants, propoxylated glycerol ester turbine lubricants have been shown to have a 375% to 1000% increase in life. Also in Table 12, the propoxylated glycerol ester turbine lubricant is shown to have superior oxidation onset temperature (OOT) as measured by ASTM E2009-08 compared to Chevron GST. TMP trioleate has been shown in the literature to have an OOT of 156° C. and up to 206° C. after formulation [Wu, Y., et al; Thermochimica Acta , 569, 2013, pp. 569; 112-118]. While this high level of thermal and oxidative performance for alkoxylated glycerol is surprising, it should be noted that biodegradable base oils can be too stable, specifically with respect to hydrolytic stability.
알콕시화된 글리세롤 에스테르의 알콕시화도를 통한 에스테르 결합의 몰 밀도의 제어는 최적화된 생분해성 기유의 개발에 중요한 도구인 가수분해 안정성의 맞춤화를 허용한다. 천연 또는 합성 에스테르에서 생분해에서의 제1 단계는 에스테르 결합의 가수분해라는 것이 잘 이해된다. 이에 따라, 매우 높은 가수분해 안정성을 갖는 오일은 OECD 301B 생분해성 시험에 실패할 것으로 예상될 수 있다. 잘 설계된 환경적으로 허용가능한 오일은, 여전히 OECD 301B 생분해성 시험을 통과하면서 기유의 최대 가수분해 안정성을 달성하기 위해 에스테르 결합의 안정성을 맞춤화하고 에스테르 몰 밀도를 제어함으로써, 가수분해 성능을 최적화할 것이다. 현재 OECD 301B 요구사항에 대해, "용이하게 생분해가능한" 재료는, 10% 분해가 관찰된 후 시작되는 10일 기간 내에서 적어도 60% 분해를 나타내야 한다. 가장 최적화된 가수분해적으로 안정한 생분해성 기유는 상기 기간의 10일에 60% 이상의 분해를 나타낼 것이다. 도 10, 표 9는 최적화된 에스테르 밀도를 갖는 실시예를 나타낸다. 본 발명의 기유는 다른 통상의 생분해 시험의 임계값을 충족하거나 또는 초과할 것으로 예상된다.Control of the molar density of ester linkages through the degree of alkoxylation of the alkoxylated glycerol esters allows tailoring of the hydrolytic stability, an important tool in the development of optimized biodegradable base oils. It is well understood that the first step in biodegradation in natural or synthetic esters is hydrolysis of the ester linkages. Accordingly, oils with very high hydrolytic stability can be expected to fail the OECD 301B biodegradability test. A well-designed environmentally acceptable oil will optimize hydrolytic performance by tailoring the stability of ester bonds and controlling ester molar density to achieve maximum hydrolytic stability of the base oil while still passing the OECD 301B biodegradability test. . For current OECD 301B requirements, a “readily biodegradable” material must exhibit at least 60% degradation within a 10-day period starting after 10% degradation is observed. The most optimized hydrolytically stable biodegradable base oil will exhibit greater than 60% degradation at 10 days of this period. Figure 10, Table 9 shows examples with optimized ester densities. The base oils of the present invention are expected to meet or exceed the thresholds of other conventional biodegradation tests.
OECD 301B를 통과하면서, 도 5, 표 4는 가수분해 안정성과 관련하여 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 탁월한 성능을 나타낸다. 알콕시화된 글리세롤 에스테르의 성능이 가수분해 안정성에서 불포화 폴리올 에스테르의 가수분해 안정성보다 우수하다는 점은 주목할 가치가 있다. 불포화 폴리올 에스테르는 불포화 글리세롤 에스테르와 유사한 가수분해 성능을 갖는 것으로 알려져 있다 [Fuels and Lubricants Handbook, 2nd ed., p. 560]. 프로폭시화된 글리세롤 에스테르가 가수분해 안정성에서 이러한 상당한 개선을 갖는 이유에 대해 완전히 이해된 것은 아니지만, 성능으로부터 신규한 효과가 있다는 것은 명확하다. Cu 패널(Panel)의 중량 변화를 살펴보면, 포화 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 (실시예 91 및 103)가 포화 글리세롤 에스테르 (실시예 92) 및 포화 TMP 에스테르 (실시예 90)보다 7배 내지 10배 더 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 103 및 91의 총 AV 수는 글리세롤 에스테르 및 TMP 에스테르보다 4배 내지 7배 더 낮았다. 알콕시 기 자체에서 설명을 찾을 수 있다. 미국 특허 출원 20170240833은, 폴리알킬렌 글리콜이 다른 기유와 블렌딩되는 경우 가수분해 안정성을 개선하는 것으로 알려져 있다는 것을 교시하고, 약 10%에서의 트리블록 폴리알킬렌 글리콜을 식물성 오일 또는 합성 에스테르와 블렌딩하는 것은 가수분해 안정성을 크게 개선할 수 있다고 교시하는 미국 특허 출원 20140107004A1을 참조한다. 가수분해 안정성에서의 증가는 잠재수(latent water), 즉 오일의 포화가 달성될 때까지 가수분해에 참여하기에 자유롭지 않은 에테르 결합에 대해 수소 결합에 의해 결합된 물과 관련이 있을 수 있다는 것이 제안된다. 이 제안된 메커니즘이 정확한 경우, 이는 전체 열 산화 및 가수분해 안정성에 대한 단지 하나의 추가적인 기여 요인일 것이다.Passing OECD 301B, Figure 5, Table 4 shows the excellent performance of propoxylated glycerol esters with respect to hydrolytic stability. It is worth noting that the performance of alkoxylated glycerol esters is superior to that of unsaturated polyol esters in hydrolytic stability. Unsaturated polyol esters are known to have similar hydrolysis performance to unsaturated glycerol esters [ Fuels and Lubricants Handbook , 2nd ed., p. 560]. Although it is not fully understood why propoxylated glycerol esters have such significant improvements in hydrolytic stability, it is clear that there are novel effects from performance. Looking at the weight change of Cu panels, saturated propoxylated glycerol esters (Examples 91 and 103) were 7 to 10 times more than saturated glycerol esters (Example 92) and saturated TMP esters (Example 90). low can be seen. In addition, the total number of AVs of Examples 103 and 91 were 4 to 7 times lower than those of glycerol esters and TMP esters. The explanation can be found in the alkoxy group itself. US patent application 20170240833 teaches that polyalkylene glycols are known to improve hydrolytic stability when blended with other base oils, and blending triblock polyalkylene glycols at about 10% with vegetable oils or synthetic esters. See US Patent Application 20140107004A1 which teaches that hydrolytic stability can be greatly improved. It is proposed that the increase in hydrolytic stability may be related to latent water, i.e., water bound by hydrogen bonds to ether bonds that is not free to participate in hydrolysis until saturation of the oil is achieved. do. If this proposed mechanism is correct, it will be just one additional contributing factor to the overall thermal oxidation and hydrolytic stability.
용융 열역학melt thermodynamics
알콕시화가 에스테르의 유동점을 감소시키는 잠재력을 갖는다는 것이 당업계에 알려져 있다. 그러나, 본 개시는 용융 엔탈피에서의 놀라운 감소 및 과냉각도에서의 현저한 감소를 관찰하였다. 기유의 과냉각도는, 결정화가 시작된 후 오일을 완전히 용융시키는 데 요구되는 온도에서의 증가를 나타낸다. 본 개시의 목적을 위한 과냉각도는, 5℃/분의 가열 및 냉각 속도로 시차 주사 열량계 (DSC)에 의해 결정 시 재료가 가열 시 완전히 용융되는 온도 및 재료가 냉각 시 결정화되기 시작하는 온도 사이의 차이 [Tmelt - Tonset = 과냉각]로서 기술된다. "과냉각" 및 "과냉각도"는 동의어로 사용될 수 있다.It is known in the art that alkoxylation has the potential to reduce the pour point of an ester. However, the present disclosure observed a surprising decrease in melting enthalpy and a significant decrease in degree of supercooling. The degree of supercooling of a base oil refers to the increase in temperature required to completely melt the oil after crystallization begins. The degree of supercooling for purposes of this disclosure is the temperature between the temperature at which a material completely melts upon heating and the temperature at which it begins to crystallize upon cooling, as determined by differential scanning calorimetry (DSC) at a heating and cooling rate of 5° C./min. The difference is described as [T melt - T onset = supercooling]. "Supercooling" and "degree of supercooling" may be used synonymously.
알콕시화를 통한 에스테르의 고유 열역학의 변화는, 결정화 및 겔화에 더 저항성인 기유의 제조를 가능하게 하며, 오일이 이의 유동점 주변 및 그 미만에서 취급되는 경우 유해한 영향이 주목되었다. 용융 엔탈피가 높을수록, 주어진 재료의 고체 형태가 더 안정하다. 재료에 대한 감소된 용융 엔탈피는 덜 안정한 결정 구조 또는 비정질 상의 양에서의 증가를 나타낸다. 어떤 경우이든 결과는 응고된 재료를 재용융하는 데 더 적은 열이 요구된다는 것이다. 또한, 일부 알콕시화된 글리세롤 에스테르에서 용융 엔탈피에서의 감소는, DSC에 의해 결정화가 관찰되지 않고 시험 동안 구별되는 흐림점이 없는 지점까지 감소된 것으로 나타났다.Changes in the intrinsic thermodynamics of esters through alkoxylation allow the preparation of base oils that are more resistant to crystallization and gelation, and detrimental effects have been noted when the oil is handled around and below its pour point. The higher the melting enthalpy, the more stable the solid form of a given material. A reduced melting enthalpy for a material indicates an increase in the amount of a less stable crystalline structure or amorphous phase. In either case, the result is that less heat is required to remelt the solidified material. In addition, the decrease in melting enthalpy for some alkoxylated glycerol esters was shown to be reduced by DSC to the point where no crystallization was observed and there was no discernible cloud point during the test.
주어진 기유의 열역학적 성질은 전통적인 적격성 시험 (예를 들어, 흐림점 및 유동점)에 더하여 DSC를 사용하여 철저하게 조사될 수 있다. 이 특허에서 조사된 재료에 대해, 유동점 (변형된 ASTM D97), 흐림점 (변형된 ASTM D2500) 및 결정화의 개시 (DSC)가 관찰되었다. 작동 조건이 주어진 윤활제의 유동점 미만으로 하락하는 경우, 오일은 겔화되거나 또는 동결된다. 2종의 오일이 유사한 유동점을 갖는 경우, 더 낮은 용융 엔탈피 및 과냉각의 감소된 정도를 갖는 오일은, 더 높은 엔탈피 및 더 큰 과냉각을 갖는 오일과 비교하여 더 낮은 온도에서 그리고 더 짧은 시간 안에 유체 상태로 회복될 것이다. 알콕시화된 글리세롤의 에스테르는 천연 에스테르 및 네오펜틸 폴리올 에스테르와 비교하는 경우, 감소된 엔탈피 및 과냉각을 나타내어, 더 빠른 용융 거동을 낳는 것으로 밝혀졌다. 천연 에스테르, 네오펜틸 폴리올 에스테르 및 알콕시화된 에스테르의 대표적인 비교는 본 개시의 실시예에 기술되어 있다.The thermodynamic properties of a given base oil can be thoroughly investigated using DSC in addition to traditional qualification tests (e.g., cloud point and pour point). For the materials investigated in this patent, pour point (modified ASTM D97), cloud point (modified ASTM D2500) and onset of crystallization (DSC) were observed. When operating conditions fall below the pour point of a given lubricant, the oil gels or freezes. If two oils have similar pour points, the oil with a lower enthalpy of melting and a reduced degree of supercooling will be in a fluid state at a lower temperature and in a shorter time compared to an oil with a higher enthalpy and a greater degree of supercooling. will be restored with Esters of alkoxylated glycerol have been found to exhibit reduced enthalpy and supercooling when compared to natural esters and neopentyl polyol esters, resulting in faster melting behavior. Representative comparisons of natural esters, neopentyl polyol esters, and alkoxylated esters are described in the Examples of this disclosure.
ASTM D97 및 ASTM D2500에 대한 ASTM 요구 장비는 하기와 같이 변형되었다: 원통형 스테인리스강 보온병(thermos) (치수 70mm x 110mm) 내에 냉각 수조를 준비하고, 이소프로필 알콜로 채웠다. ASTM에 의해 기술된 바와 같이 수조 온도에 도달하였고, 드라이 아이스(dry ice)의 수동 첨가를 통해 유지하였다. 냉각 재킷(cooling jacket)으로서의 역할을 하기 위해, 하단에 위치된 직물 쿠션의 25x25 mm 조각을 갖는 시험 튜브 (25 x 150 mm, OD x 길이)를 IPA/CO2(s) 수조에서 냉각되도록 설정하였다. 8 ml의 시편을 샘플 튜브 (15 x 150 mm; OD x 길이)에 충전하였다. 고무 스토퍼(stopper) (온도계 상에 기밀하게 맞는 1개의 구멍 스토퍼)를 통한 저온 온도계 (-100℃까지)를 샘플 튜브 내로 위치시켜, 온도계 벌브(bulb)가 시험 튜브에 접촉하지 않으면서 샘플 액체의 메니스커스(meniscus) 아래에 놓이도록 하였다. 이어서, 샘플 튜브를 냉각 재킷 내로 위치시키고, 똑바로 세우고, 제자리에서 거의 수직으로 유지시켰다. 시험 샘플을 모니터링하고, 유동점/흐림점을 ASTM 지침에 따라 기록하였다.The ASTM required equipment for ASTM D97 and ASTM D2500 was modified as follows: A cooling water bath was prepared in a cylindrical stainless steel thermos (dimensions 70 mm x 110 mm) and filled with isopropyl alcohol. The bath temperature was reached as described by ASTM and maintained through manual addition of dry ice. To serve as a cooling jacket, a test tube (25 x 150 mm, OD x length) with a 25x25 mm piece of fabric cushion placed at the bottom was set to cool in an IPA/CO 2 (s) water bath. . An 8 ml specimen was filled into a sample tube (15 x 150 mm; OD x length). A low-temperature thermometer (to -100 °C) is placed into the sample tube through a rubber stopper (one hole stopper that fits snugly on the thermometer), allowing the temperature of the sample liquid to pass without the thermometer bulb touching the test tube. It was placed under the meniscus. The sample tube was then placed into a cooling jacket, upright, and held nearly vertical in place. The test sample was monitored and the pour point/cloud point was recorded according to ASTM guidelines.
DSC를 이용하는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르에 대해 단일 용융 현상이 또한 주목된다. 천연 에스테르 및 네오펜틸 폴리올의 에스테르는 이들의 용융 전이 근처에서 발열 현상을 나타내는 경향이 있으며, 이는 더 안정하고 더 높은 용융 결정질 고체의 형성을 나타낸다.A single melting event is also noted for esters of alkoxylated glycerol using DSC. Natural esters and esters of neopentyl polyol tend to exhibit an exothermic phenomenon near their melting transition, which indicates the formation of a more stable and higher melting crystalline solid.
다중 용융 상전이를 나타내는 오일은 또한, 오일이 결정화의 개시에 가깝게 열 순환되는 경우 높은 안정성 결정 상의 성장으로부터 어려움을 겪을 수 있다. 잘 알려져 있는 이러한 현상은, 부분 용융 후에 남아 있는 높은 용융 결정 상 입자의 증가된 열 안정성으로 인하여 일어난다 (입자가 씨드 결정으로서의 역할을 함).Oils exhibiting multiple melt phase transitions may also suffer from the growth of high stability crystal phases when the oil is thermally cycled close to the onset of crystallization. This well-known phenomenon occurs due to the increased thermal stability of the particles in the high melting crystalline phase that remain after partial melting (the particles serve as seed crystals).
더 낮은 과냉각을 갖는 오일은, 결정화 후 오일을 용융하고 오일 "기억"을 지우기 위해 온도에서 더 적은 증가를 요구한다. Shelby 및 Miller는, 겔 또는 결정이 심지어 융점 초과에서도 완전히 해리되지 않아 제2 냉각 사이클 상에서 겔화 또는 결정 성장이 훨씬 더 빠르게 그리고 더 높은 온도에서 일어나는 것의 결과로서 오일 "기억"의 개념을 교시한다. 2종의 오일이 동일한 결정화 개시 온도를 갖는 경우, 더 낮은 과냉각을 갖는 오일은 더 낮은 온도에서 완전히 용융되고, 오일 "기억"을 지울 것이다. 프로폭시화된 글리세롤 에스테르는 10℃ 정도의 과냉각 값을 갖는 반면, 트리글리세리드는 20 내지 40℃ 정도의 과냉각도를 나타낸다. 이것의 효과는, 글리세롤 에스테르 및 폴리올 에스테르가 사용 전에 오일을 용융하기 위해 실질적으로 결정화의 개시 초과로 가열되어야 한다는 것이다. 문헌 [Selby, T. and Miller, G., "Thermal History of the Engine Oil and Its Effects on Low-Temperature Pumpability and Gelation Formation," SAE Technical Paper 2008-01-2481, 2008, https://doi.org/10.4271/2008-01-2481]을 참조한다. 도 6, 표 5는, 모두 트리라우레이트 에스테르를 기반으로 하는 4종의 실시예를 통해 이 효과를 나타낸다. 결정화 개시 온도 초과 5℃에서, 실시예 92 (글리세롤 에스테르)의 100%가 고체이고; 실시예 93 (PG3 에스테르)의 31%가 고체이고; 실시예 94 (PG10 에스테르)의 18%가 고체이고; 실시예 90 (TMP 에스테르)의 81%가 고체이다. 결정화 개시 온도 초과 10℃에서, DSC 측정은, 글리세롤 에스테르는 전혀 녹지 용융되지 않았고, TMP 에스테르는 46% 고체인 반면, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르에 대해서는 고체가 거의 없음 (4% 미만)을 나타낸다. 이 데이터로부터, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르가 유동점 또는 흐림점 미만의 편위(excursion)로부터 예상치 못하게 낮은 온도 회복을 갖는다는 것이 명확하다.Oils with lower subcooling require less increase in temperature to melt the oil and clear the oil "memory" after crystallization. Shelby and Miller teach the concept of oil "memory" as a result of which the gels or crystals do not completely dissociate even above the melting point so that gelation or crystal growth occurs much faster and at higher temperatures on the second cooling cycle. If two oils have the same crystallization onset temperature, the oil with the lower supercooling will completely melt at the lower temperature and erase the oil "memory". Propoxylated glycerol esters have a supercooling value of the order of 10°C, whereas triglycerides exhibit a degree of supercooling of the order of 20 to 40°C. The effect of this is that the glycerol esters and polyol esters must be heated substantially above the onset of crystallization to melt the oil before use. Selby, T. and Miller, G., "Thermal History of the Engine Oil and Its Effects on Low-Temperature Pumpability and Gelation Formation," SAE Technical Paper 2008-01-2481, 2008, https://doi.org /10.4271/2008-01-2481]. Figure 6, Table 5 shows this effect through four examples, all based on the trilaurate ester. At 5° C. above the crystallization onset temperature, 100% of Example 92 (glycerol ester) is a solid; 31% of Example 93 (PG3 ester) is solid; 18% of Example 94 (PG10 ester) is solid; 81% of Example 90 (TMP ester) is a solid. At 10° C. above the crystallization onset temperature, DSC measurements show that the glycerol esters are not melted at all, the TMP esters are 46% solids, while the propoxylated glycerol esters have very little solids (less than 4%). From this data it is clear that propoxylated glycerol esters have unexpectedly low temperature recovery from excursions below the pour point or cloud point.
취입 오일(Blown Oil)Blown Oil
취입 오일은 상승된 온도에서 산화 공정을 통해 개질된 건조 오일이며, 오일 유형에 따라 1 포이즈(poise) @ 25℃ 내지 최대 1600 포이즈 @ 25℃ 범위의 특정 점도 사양으로 제조된다. 산화 공정은 추가의 결합된 산소를 포함하는 중합된 트리글리세리드 에스테르를 함유하는 화학적으로 개질된 생성물을 낳는다. 퍼옥시드, 히드로퍼옥시드 및 히드록실 기가 또한 존재한다. 산화 공정은 또한 비중, 용해도 및 반응성과 같은 성질을 개질시킨다.Blown oil is a drying oil that has been modified through an oxidation process at elevated temperatures and is manufactured to specific viscosity specifications ranging from 1 poise @ 25°C up to 1600 poise @ 25°C depending on the type of oil. The oxidation process results in chemically modified products containing polymerized triglyceride esters with additional bound oxygen. Peroxide, hydroperoxide and hydroxyl groups are also present. The oxidation process also modifies properties such as specific gravity, solubility and reactivity.
취입 스트리핑된(stripped) 오일 블렌드는, 높은 인화점 및 증가된 점도를 갖는 오일을 요구하거나 또는 이를 이용하는 최종 적용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 취입 스트리핑된 오일 블렌드는 먼지 제거 유체에 특히 적합하다. 취입 오일은 또한 절삭 유체, 압연 및 금속 작동 유체, 드릴링 머드(drilling mud), 2행정 엔진 오일(two stroke engine oil), 그리스, 와이어 드로잉(wire drawing) 및 체인톱 윤활제(chainsaw lubricant)를 포함하는 다수의 윤활제 적용에서 용도를 갖는다. 취입 오일은 더 낮은 인화점을 갖는 석유 기반 광유보다 더 느리게 분해된다.Blown stripped oil blends can be used for end applications requiring or utilizing oils with high flash points and increased viscosities. For example, blown stripped oil blends are particularly suitable for dust removal fluids. Blowing oils also include a number of products including cutting fluids, rolling and metal working fluids, drilling mud, two stroke engine oil, grease, wire drawing and chainsaw lubricants. It has uses in lubricant applications of Blown oil decomposes more slowly than petroleum-based mineral oils, which have lower flash points.
본 개시는 일 측면에서 합성 윤활 기유를 제공한다. 기유는 ≥3, 예컨대 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 이상의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르 및 ≥8, 예컨대 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 이상의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함할 수 있으며, 여기서 용융 엔탈피가 상당히 감소되고, 과냉각이 감소되었다. 다수의 경우에, ≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르에 대한 용융 엔탈피는 유사한 지방산 조성을 갖는 트리글리세리드에 대해 >50%만큼 감소되었다 (표 5 참조). 프로폭시화도가 약 10인 경우, 용융 엔탈피는 유사한 트리글리세리드에 대해 70 내지 80%만큼 감소된다 (표 6 참조). 15 J/g 미만의 더 낮은 엔탈피를 갖는 샘플은 15 J/g 초과의 엔탈피를 갖는 샘플과 비교하여 응고 시 감소된 결정화 및 더 큰 투명도를 갖는 것으로 육안으로 관찰되었다. 이는, 저융점 지방산, 예컨대 올레산, 리놀레산, 카프르산(capric acid) 및 카프릴산의 더 높은 수준, 및 3 초과, 보다 바람직하게는 5 초과, 훨씬 더 바람직하게는 10 이상의 프로폭시화 수준을 갖는 지방산 조성을 갖는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르에 대해 관찰되었으며, 윤활제의 엔탈피는 결정화의 시각적 관찰이 없는 지점까지 감소된다. 이들 샘플에서, 흐림점이 기록되지 않았으며, 투명도는 -50℃보다 훨씬 낮게 유지되었다. 프로폭시화 수준을, 예를 들어 10에서 5로 감소시킴으로써, 또는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르를 포함하는 저융점 지방산의 상대 농도를 감소시킴으로써, 투명 샘플이 반투명 샘플로 전이되는 것이 관찰되었다. 이는 도 8, 표 7에서 관찰될 수 있다. 완전 프로폭시화된 실시예에 더하여, 에스테르화 전에 프로폭시화되고 에톡시 기로 캡핑된 일부 알콕시화된 샘플 또한 반투명한 것으로 관찰되었다. 용융 엔탈피가 약 15 J/g 미만으로 하락하는 경우, DSC 열분해 곡선(thermogram)에서의 통합 지점을 정의하기 어려워지고, 관찰가능한 결정화 피크를 측정하거나 또는 심지어 시각적으로 관찰하기에 어려울 수 있다는 것이 주목되어야 한다.In one aspect, the present disclosure provides a synthetic lubricating base oil. The base oils are esters of alkoxylated glycerol having an average degree of alkoxylation of ≥3, such as 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, and ≥8, such as 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, and at least one fatty acid having 16, 17, 18 or more carbon atoms, wherein the melting enthalpy is significantly reduced and supercooling is reduced. In many cases, the melting enthalpy for propoxylated glycerol esters with an average degree of alkoxylation of ≧3 was reduced by >50% for triglycerides with similar fatty acid compositions (see Table 5). When the degree of propoxylation is about 10, the melting enthalpy is reduced by 70-80% relative to similar triglycerides (see Table 6). Samples with a lower enthalpy of less than 15 J/g were visually observed to have reduced crystallization and greater clarity upon solidification compared to samples with an enthalpy of greater than 15 J/g. This results in higher levels of low melting fatty acids such as oleic acid, linoleic acid, capric acid and caprylic acid, and propoxylation levels of greater than 3, more preferably greater than 5, even more preferably greater than 10. As observed for propoxylated glycerol esters having a fatty acid composition with In these samples, no cloud point was recorded and the transparency remained well below -50 °C. By reducing the level of propoxylation, for example from 10 to 5, or by reducing the relative concentration of low-melting fatty acids, including propoxylated glycerol esters, transition of clear samples to translucent samples was observed. This can be observed in Figure 8, Table 7. In addition to fully propoxylated examples, some alkoxylated samples that were propoxylated prior to esterification and capped with ethoxy groups were also observed to be translucent. It should be noted that when the melting enthalpy falls below about 15 J/g, the integration point in the DSC thermogram becomes difficult to define, and an observable crystallization peak may be difficult to measure or even visually observe. do.
다수의 경우에, 3≥의 평균 알콕시화도를 갖는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르에 대한 과냉각은 유사한 지방산 조성을 갖는 트리글리세리드에 대해 15℃ 초과만큼 감소되었다 (도 7, 표 6 참조). 프로폭시화도가 약 10인 경우, 유사한 지방산 조성을 갖는 트리글리세리드에 대해 과냉각도가 20℃ 초과만큼 감소될 수 있다. 코코넛유와 같은 트리글리세리드로서 이미 낮은 과냉각도를 나타내는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 지방산 조성은 과냉각에서의 더 낮은 감소를 나타낸다. 글리세롤 및 지방산 사이에 프로필렌 글리콜 스페이서의 첨가로 인한 과냉각에서의 감소는 벌크 상의 과냉각에서 30% 초과 감소, 보다 바람직하게는 50% 초과 감소, 보다 바람직하게는 70% 초과 감소, 훨씬 더 바람직하게는 75% 초과 감소를 갖는 것으로 관찰될 수 있다. 실제로, 76.1%, 38.3%, 77.7%, 67.2%, 81.3%, 74.8%, 72.7%의 특정 감소는 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.In many cases, undercooling for propoxylated glycerol esters with an average degree of alkoxylation > 3 was reduced by more than 15° C. for triglycerides with similar fatty acid compositions (see FIG. 7, Table 6). When the degree of propoxylation is about 10, the degree of undercooling can be reduced by more than 20° C. for triglycerides with similar fatty acid composition. The fatty acid composition of propoxylated glycerol esters, which already exhibit a low degree of supercooling as triglycerides such as coconut oil, exhibit a lower decrease in supercooling. The reduction in supercooling due to the addition of a propylene glycol spacer between glycerol and fatty acids is greater than 30% reduction in bulk phase supercooling, more preferably greater than 50% reduction, more preferably greater than 70% reduction, even more preferably 75 % reduction can be observed. Indeed, certain reductions of 76.1%, 38.3%, 77.7%, 67.2%, 81.3%, 74.8%, 72.7% are considered within the scope of this disclosure.
일반적으로, 재료의 벌크 결정화는 상기 교시의 의도이며, 벌크 상의 결정화 개시 온도는 과냉각도를 결정하는 데 사용된다. 더 높은 융점을 갖는 또 다른 성분의 첨가는 측정된 과냉각을 변경할 수 있음이 이해된다. 이 작은 상은 결정화의 개시로서 사용되지 않지만; 이 작은 결정화를 벌크 상 결정화와 구별하기 위해 주의해야 한다.Generally, bulk crystallization of a material is the intent of the above teachings, and the onset temperature of crystallization in the bulk phase is used to determine the degree of subcooling. It is understood that the addition of another component with a higher melting point may alter the measured subcooling. This small phase is not used as an initiator of crystallization; Care must be taken to distinguish this small crystallization from the bulk phase crystallization.
또한, 알콕실레이트는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이들의 조합일 수 있다.Also, the alkoxylate can be ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or combinations thereof.
알콕시화된 글리세롤의 극성은 폴리에테르 세그먼트에서 이용되는 EO, PO 및 BO의 비에 크게 의존성이라는 것이 잘 알려져 있다. EO가 높은 알콕시화된 글리세롤은 증가된 극성을 가져 물 중 높은 수준의 용해도를 낳을 반면, PO의 양을 증가시키는 것은 더 큰 오일 용해도를 갖는 더 적은 극성의 알콕시화된 글리세롤 에스테르를 생성한다. 또한, 블록 내 EO 기의 특정 수를 초과하는 것은 EO 블록의 결정화에 관한 문제를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. EO-PO의 이 비는 계면활성제의 개발에서 상당한 제어를 허용한다. 폴리알킬렌 글리콜 (PAG) 윤활제는 이러한 특성을 이용하여, 본래 수성 윤활제에 사용되었다. 보다 최근에는, 상업적으로 입수가능한 PO/BO 및 BO 윤활제가 도입되었다. 미국 특허 10,160,928 B2에서, BO는 UCON OSP 윤활제의 탈유화와 관련된 문제를 감소시키는 것으로 개시되어 있다.It is well known that the polarity of alkoxylated glycerol is highly dependent on the ratio of EO, PO and BO used in the polyether segment. Alkoxylated glycerols with higher EO have increased polarity resulting in higher levels of solubility in water, whereas increasing the amount of PO results in less polar alkoxylated glycerol esters with greater oil solubility. It is also known that exceeding a certain number of EO groups in a block can create problems with crystallization of the EO block. This ratio of EO-PO allows considerable control in the development of surfactants. Polyalkylene glycol (PAG) lubricants exploit these properties and were originally used in water-based lubricants. More recently, commercially available PO/BO and BO lubricants have been introduced. In US Patent 10,160,928 B2, BO is disclosed to reduce problems associated with demulsification of UCON OSP lubricants.
증가된 EO/PO 비를 갖는 알콕시 기는 더 큰 수용해도를 갖는다. 또한, 프로폭시화도 및 지방산 조성에 따라 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 탈유화가 어려울 수 있음이 밝혀졌다. 이에 따라, PO/BO 글리세롤 에스테르 또는 심지어 BO 글리세롤 에스테르인 윤활제는 특히 오일 용해도 및 탈유화와 관련하여 개선된 성능을 가질 것으로 예상됨이 예상되고 주장될 것이다.Alkoxy groups with increased EO/PO ratios have greater water solubility. It has also been found that deemulsification of propoxylated glycerol esters can be difficult depending on the degree of propoxylation and the fatty acid composition. Accordingly, it will be expected and asserted that lubricants that are PO/BO glycerol esters or even BO glycerol esters are expected to have improved performance, especially with respect to oil solubility and demulsification.
또한, 개선된 탈유화에 대한 다양한 정도의 유효성을 갖는 첨가제의 범위가 있고, 이러한 의존성은 기유 및 전체 오일 제형을 포함한다는 것이 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해된다. 이들 첨가제에 포함되는 것은, 트리글리세리드 기반, 합성 에스테르 기반, 폴리알킬렌 글리콜 기반 또는 다른 족 I, II, III 또는 IV 기반 오일인 기유에서 탈유화제로서 효과적인 것으로 이미 알려진 것들일 것이다. 미국 특허 6,495,188은 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 에멀젼 안정성을 조정하기 위한 에톡시 기의 존재를 교시하고, 마찬가지로 일부 프로폭시 기를 더 큰 소수성을 갖는 다른 알콕시 기로 대체하는 것은 전체 소수성을 증가시킬 것이다.It is also understood by those skilled in the art that there is a range of additives with varying degrees of effectiveness for improved demulsification, and this dependence includes base oil and whole oil formulations. Included among these additives will be those already known to be effective as demulsifiers in base oils that are triglyceride based, synthetic ester based, polyalkylene glycol based or other Group I, II, III or IV based oils. U.S. Patent 6,495,188 teaches the presence of ethoxy groups to modulate the emulsion stability of propoxylated glycerol esters, and likewise replacing some propoxy groups with other alkoxy groups having greater hydrophobicity will increase the overall hydrophobicity.
본 발명자들은 약 6% 내에서 프로폭시화된 글리세롤 에스테르와 유사한 분자량을 갖는 에톡시화된 글리세롤 에스테르를 제조하였다. 에톡시화된 글리세롤은 동일한 지방산 조성을 갖는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르와 비교하여 더 높은 점도 지수와 함께 매우 유사한 점도를 나타냈다 (도 14, 표 13 참조). 또한, 에톡시화된 글리세롤 에스테르의 유동점은 20℃ 초과만큼 상승하였다. 이는 프로폭시 기와 비교하여 에톡시 기의 더 큰 극성에 의해 설명될 수 있다. 물의 용해도는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르보다 에톡시화된 글리세롤 에스테르에서 상당히 더 높은 것으로 밝혀졌다. 실온에서 칼 피셔 적정(Karl Fischer titration)에 의해 결정 시 EO 샘플은 6.04%의 수용해도를 갖는 반면, PO 샘플은 0.58%의 용해도를 갖는 것으로 관찰되었다. 이에 따라, 알콕실레이트가 PO/BO 또는 심지어 BO 단독의 블렌드인 알콕시화된 글리세롤 에스테르인 기유는 특히 오일 용해도 및 탈유화와 관련하여 개선된 성능을 갖는 것으로 예상될 것임이 예상될 것이다. 이에 따라, 일 구현예에서 최적의 기유 설계는 글리세롤의 에톡시화의 사용을 선호할 수 있는 반면; 기유에 대한 또 다른 구현예에서는 글리세롤의 부톡시화를 사용하는 것이 바람직할 수 있다는 것이 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해된다.We prepared ethoxylated glycerol esters with molecular weights similar to propoxylated glycerol esters within about 6%. Ethoxylated glycerol exhibited very similar viscosities with a higher viscosity index compared to propoxylated glycerol esters with the same fatty acid composition (see Figure 14, Table 13). In addition, the pour point of the ethoxylated glycerol esters increased by more than 20 °C. This can be explained by the greater polarity of ethoxy groups compared to propoxy groups. The solubility in water was found to be significantly higher for ethoxylated glycerol esters than for propoxylated glycerol esters. It was observed that the EO sample had a water solubility of 6.04%, while the PO sample had a solubility of 0.58% as determined by Karl Fischer titration at room temperature. Accordingly, it would be expected that base oils in which the alkoxylates are alkoxylated glycerol esters that are blends of PO/BO or even BO alone would be expected to have improved performance, particularly with regard to oil solubility and demulsification. Thus, in one embodiment, an optimal base oil design may favor the use of ethoxylation of glycerol; It is understood by those skilled in the art that in another embodiment for the base oil it may be desirable to use butoxylation of glycerol.
알콕시화된 폴리올은, 바람직하게는 분자당 3 내지 20개의 프로폭시 기, 보다 바람직하게는 5 내지 12의 범위, 보다 바람직하게는 8 내지 11의 범위, 보다 바람직하게는 10의 프로폭시화도를 갖는 프로폭시화된 글리세롤일 수 있다.The alkoxylated polyol preferably has 3 to 20 propoxy groups per molecule, more preferably a degree of propoxylation in the range of 5 to 12, more preferably in the range of 8 to 11, more preferably 10. It may be propoxylated glycerol.
지방산에 대한 다양한 공급원이 가능하다. 일례에서, 지방산은 실질적으로 전체 절단된다(whole cut). 또한, 적어도 1종의 지방산 공급원은 실질적으로 전체 절단될 수 있다. 전체 절단된 지방산은 천연 오일의 직접적인 지방 분할의 산물이며, 실질적으로 대표적인 천연 오일의 천연 지방산 조성을 구성한다. 본 개시의 목적을 위해, 전체 절단된 지방산은 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이 "세정(cleaning)"되고, 및/또는 부분적으로 분획화될 수 있다. 또한, 예컨대 오직 예시의 목적을 위한 것이지만 제한되는 것으로 의도되지 않는 특정 절단물, 높은 융점 절단물이 또한 이용될 수 있다. 적합한 전체 절단된 지방산은 식물성 오일 또는 종자유, 예컨대 코코넛유, 야자유, 야자핵유, 야자 지방산 증류물, 대두유, 자트로파유(jatropha oil), 평지씨유, 카놀라유, 고올레산 대두유(high oleic soybean oil), 해바라기유, 고올레산 해바라기유, 옥수수유, 면실유, 피마자유, 올리브유, 홍화유 또는 아마인유(linseed oil)로부터 유도될 수 있다. 또한, 지방산에 대한 공급원은 분획화되거나 또는 상단에 있는(topped) 코코넛유, 야자핵유, 우지(tallow) 또는 야자유이다. 전체 절단된 지방산은 또한 어유(fish oil), 라드(lard), 우지 또는 고래 오일(whale oil)과 같은 동물성 오일로부터 유도될 수 있다. 또한, 오일은 다관능성 지방산을 포함할 수 있으며, 상기 다관능성 지방산은 디카복실산, 히드록시 관능성 산, 또는 에폭시화, 말레화, 복분해, 아미드화, 할로겐화, 수화, 히드로포르밀화, 이량체화 또는 에스톨리드 형성을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는 기술에 의해 개질된 산으로 이루어질 수 있다. 또한, 카프로산, 에난트산(enanthic acid), 카프릴산, 펠라르곤산(pelargonic acid), 카프르산, 운데실산, 라우르산, 트리데실산, 미리스트산, 펜타데실산, 팔미트산, 마가르산(margaric acid), 스테아르산, 노나데실산, 아라키드산, 헤네이코실산(heneicosylic acid), 베헨산(behenic acid), 올레산, 리놀레산 및 에루크산(erucic acid)과 같은 순수한 지방산 스트림이 사용될 수 있다. 또한, 운데실렌산(undecylenic acid)과 같은 관능성 산이 이 작업에 포함되는 것으로 이해된다.A variety of sources for fatty acids are possible. In one example, the fatty acid is substantially whole cut. Additionally, at least one fatty acid source may be substantially entirely cleaved. Whole cleaved fatty acids are the product of direct fat splitting of natural oils and constitute substantially the natural fatty acid composition of representative natural oils. For purposes of this disclosure, whole cleaved fatty acids may be “cleaned” and/or partially fractionated, as would be understood by one skilled in the art. In addition, certain cuts, such as high melting point cuts, for purposes of illustration only and not intended to be limiting, may also be used. Suitable whole cleaved fatty acids are vegetable oils or seed oils such as coconut oil, palm oil, palm kernel oil, palm fatty acid distillates, soybean oil, jatropha oil, rapeseed oil, canola oil, high oleic soybean oil, It may be derived from sunflower oil, high oleic sunflower oil, corn oil, cottonseed oil, castor oil, olive oil, safflower oil or linseed oil. Also sources for fatty acids are fractionated or topped coconut oil, palm kernel oil, tallow or palm oil. Whole cleaved fatty acids can also be derived from animal oils such as fish oil, lard, beef tallow or whale oil. The oil may also contain polyfunctional fatty acids, which may be dicarboxylic acids, hydroxy functional acids, or epoxidized, maleated, metathesised, amidated, halogenated, hydrated, hydroformylated, dimerized, or It can consist of acids modified by techniques that can include, but are not limited to, estolide formation. In addition, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid , margaric acid, stearic acid, nonadecylic acid, arachidic acid, heneicosylic acid, behenic acid, oleic acid, linoleic acid and erucic acid. A fatty acid stream may be used. It is also understood that functional acids such as undecylenic acid are involved in this operation.
식물성 오일의 고압 분할에 의해 얻어진 지방산은 증류되며, 다양한 분획 또는 개별 절단물로 분획화될 수 있다. 분획은 지방산 혼합물을 더 좁은 절단물 또는 심지어 개별 성분으로 분리하는 것을 가능하게 한다. "상단에 있는"은 지방산 혼합물로부터의 더 낮은 비등 분획의 제거를 기술한다. 또한, 지방산은 경화유(hydrogenated oil)로부터의 것일 수 있다. 또한, 지방산은 디카복실산, 예컨대 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산 또는 옥타데칸디산일 수 있다.Fatty acids obtained by high pressure splitting of vegetable oils are distilled and can be fractionated into various fractions or individual cuts. Fractionation makes it possible to separate a mixture of fatty acids into narrower cuts or even into individual components. "Over the top" describes the removal of the lower boiling fraction from the fatty acid mixture. Also, the fatty acids may be from hydrogenated oils. The fatty acid may also be a dicarboxylic acid, such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid or octadecanedioic acid. .
1종 초과의 지방산이 이용될 수 있고, 지방산은 관능화된 산일 수 있다. 지방산의 관능화는 알콕시화된 글리세롤로의 에스테르화 전 또는 후에 일어날 수 있다. 관능화는 에폭시화, 말레화, 복분해, 아미드화, 할로겐화, 수화, 에스톨리드 형성, 히드로포르밀화, 이량체화 또는 가황을 포함할 수 있다. 구체적으로, 관능화된 산은 포화 또는 불포화될 수 있으며, 예컨대 12-히드록시스테아르산과 같은 포화 관능화된 산일 수 있다. 지방산의 구조 또한 다양할 수 있다. 지방산은 분지형, 시클릭 또는 방향족일 수 있다. 분지형 지방산은 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 오일은 0℃ 이하, 바람직하게는 -10℃ 이하, 바람직하게는 -20℃ 이하, 바람직하게는 -30℃ 이하, 가장 바람직하게는 -40℃ 이하의 유동점을 포함하는 개선된 물리적 성질을 가질 것이다.More than one fatty acid may be used, and the fatty acid may be a functionalized acid. Functionalization of the fatty acids can occur before or after esterification with alkoxylated glycerol. Functionalization may include epoxidation, maleation, metathesis, amidation, halogenation, hydration, estolide formation, hydroformylation, dimerization or vulcanization. Specifically, the functionalized acid may be saturated or unsaturated, such as a saturated functionalized acid such as 12-hydroxystearic acid. The structure of fatty acids can also vary. Fatty acids can be branched, cyclic or aromatic. Branched fatty acids may include, but are not limited to, 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. The oil will have improved physical properties, including pour points below 0°C, preferably below -10°C, preferably below -20°C, preferably below -30°C and most preferably below -40°C. .
알콕시화된 글리세롤(들)과 함께 지방산(들)을 이용함으로써, 본 개시는, ASTM 방법 D6866-20에 의해 결정 시 높은 생물 기반 탄소 함량 (>40 %, 예컨대 >45, >50, >55, >60, >65, >70, >75, >80, >85, >90, >95 등) (도 11, 표 10) 및 OECD 301B에 의해 결정 시 높은 생분해성 (>50%, 예컨대 >55, >60, >65, >70, >75, >80, >85, >90, >95 등) (도 10, 표 9 참조)을 갖는 기유를 생성한다. 생물 기반 탄소 함량은, 생물학적 생성물 또는 재생가능한 국내 농업 재료 (식물, 동물 및 해양 재료 포함) 또는 임업 재료 또는 중간 공급원료 또는 농업 부산물, 예컨대 비누 원료로부터 유도된 재료를 지칭한다. 생물 기반 오일의 제조 시, 에스테르 기반 윤활제를 제조하는 데 사용되는 폴리올은 생물 유래인 것이 바람직하다. 이러한 이유로 생물 유래 글리세롤이 바람직할 것이다. 윤활 기유는 적어도 40% 생물 기반 탄소, 예컨대 오직 예시의 목적을 위해 그리고 제한되는 것으로 의도되지 않으며 45%, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 등이며, 보다 바람직하게는 윤활 기유는 적어도 50%의 생물 기반 탄소이고, 가장 바람직하게는 윤활 기유는 적어도 55%의 생물 기반 탄소이다. 생분해성은 박테리아 또는 다른 살아있는 유기체에 의해 분해되는 재료의 능력을 지칭한다. 윤활 기유는 적어도 50% 생분해성, 예컨대 오직 예시의 목적을 위해 그리고 제한되는 것으로 의도되지 않으며 55%, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 등이며, 보다 바람직하게는 윤활 기유는 적어도 50% 생분해성이고, 가장 바람직하게는 윤활 기유는 적어도 60% 생분해성이다. 윤활 기유는 ≥500 g/mole, 바람직하게는 ≥600 g/mole, 바람직하게는 ≥700 g/mole, 바람직하게는 ≥800 g/mole, 가장 바람직하게는 ≥1000 g/mole의 분자량 및 ≥160, 예컨대 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200 이상의 점도 지수를 가질 수 있다. 또한, 산화방지제, 내마모제, 부식방지제, 슬러지방지제, 소포제, 탈유화제, 점도 지수 개선제, 세제/분산제, 유동점 강하제, 알칼리도 개선제, 마찰 개질제, 밀봉 팽윤제, 금속 불활성화제/착화제 및 극압제와 같은 첨가제를 혼입함으로써 오일의 성능이 향상될 수 있다. 개선된 성능에 대한 다양한 정도의 유효성을 갖는 첨가제의 범위가 있고, 이러한 의존성은 기유 및 전체 오일 제형을 포함한다는 것이 당업계의 통상의 기술자에 의해 이해된다. 이러한 첨가제에 포함되는 것은, 트리글리세리드 기반, 합성 폴리올 에스테르 기반, 폴리알킬렌 글리콜 기반 또는 다른 족 I, II, III, IV 또는 족 V 기반인 기유에서 첨가제로서 효과적인 것으로 알려져 있는 것들일 것이다.By using fatty acid(s) with alkoxylated glycerol(s), the present disclosure provides high biobased carbon content (>40%, such as >45, >50, >55, >60, >65, >70, >75, >80, >85, >90, >95 etc.) (Fig. 11, Table 10) and high biodegradability as determined by OECD 301B (>50%, e.g. >55 , >60, >65, >70, >75, >80, >85, >90, >95, etc.) (see FIG. 10, Table 9). Biobased carbon content refers to materials derived from biological products or renewable domestic agricultural materials (including plant, animal and marine materials) or forestry materials or intermediate feedstocks or agricultural by-products such as soap raw materials. In the production of bio-based oils, it is preferred that the polyols used to prepare the ester-based lubricants are of biogenic origin. For this reason, bioderived glycerol would be preferred. The lubricating base oil is at least 40% biobased carbon, such as 45%, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, etc. for purposes of illustration only and not intended to be limiting; Preferably the lubricating base oil is at least 50% biobased carbon, most preferably the lubricating base oil is at least 55% biobased carbon. Biodegradability refers to the ability of a material to be degraded by bacteria or other living organisms. The lubricating base oil is at least 50% biodegradable, such as 55%, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, etc. for illustrative purposes only and not intended to be limiting, more preferably a lubricating base oil. is at least 50% biodegradable, most preferably the lubricating base oil is at least 60% biodegradable. The lubricating base oil has a molecular weight of ≥500 g/mole, preferably ≥600 g/mole, preferably ≥700 g/mole, preferably ≥800 g/mole, most preferably ≥1000 g/mole, and a molecular weight of ≥160 g/mole. , For example, it may have a viscosity index of 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200 or more. In addition, antioxidants, antiwear agents, anticorrosive agents, anti-sludge agents, antifoaming agents, demulsifiers, viscosity index improvers, detergents/dispersants, pour point depressants, alkalinity improvers, friction modifiers, seal swelling agents, metal deactivators/complexing agents and extreme pressure agents. The performance of the oil can be improved by incorporating additives. It is understood by those skilled in the art that there is a range of additives with varying degrees of effectiveness for improved performance, and this dependence includes base oil and whole oil formulations. Included among these additives will be those known to be effective as additives in triglyceride based, synthetic polyol ester based, polyalkylene glycol based or other Group I, II, III, IV or Group V based base oils.
본 개시는 제조 방법을 제공한다. 예를 들어, 기유에서 글리세롤의 β-수소를 안정화시키는 방법을 제공하며, 여기서 글리세롤의 자유 히드록실 기는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이들의 조합으로 알콕시화되어 알콕시화된 글리세롤을 형성한다. 본 개시는 또한, ≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르 및 ≥8의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함하는, 개선된 산화, 열 및 가수분해 안정성을 갖는 합성 에스테르 윤활 기유를 제공한다. 본 개시는 또한, ≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르 및 ≥8의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함하는, 개선된 산화, 열 및 가수분해 안정성을 갖는 합성 에스테르 윤활 기유를 제공한다. 또한, 알콕시화된 글리세롤은 바람직하게는 10의 프로폭시화도로 프로폭시화될 수 있다. 또한, 적어도 1종의 지방산에 대한 공급원은 실질적으로 전체 절단물일 수 있다. 지방산에 대한 공급원은 코코넛유, 고올레산 대두유, 대두유, 옥수수유, 카놀라유, 해바라기유 또는 평지씨유일 수 있다. 지방산에 대한 공급원은 분획화되거나 또는 상단에 있는 코코넛유, 야자핵유, 우지 또는 야자유일 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 디카복실산일 수 있다. 디카복실산은 아디프산, 아젤라산 또는 세바스산을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 관능화된 산일 수 있다. 포화 관능화된 산은 12-히드록시스테아르산, 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있다. 관능화는 에폭시화, 말레화, 복분해, 아미드화, 할로겐화, 수화, 에스톨리드 형성, 히드로포르밀화, 이량체화 또는 가황을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 분지형일 수 있다. 분지형 산은 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있다. 윤활 기유는 -10℃ 이하의 유동점을 가질 수 있다. 윤활 기유는 적어도 60% 생분해성일 수 있다. 윤활 기유는 적어도 50% 생물 기반일 수 있다. 분자량은 ≥1000 g/mole일 수 있다. 윤활 기유는 ≥160의 점도 지수를 가질 수 있다. 또한, 본 개시는, 합성 에스테르 윤활 기유의 상당 부분을 포함하고 산화방지제, 내마모제, 부식방지제, 슬러지방지제 및/또는 극압제로부터 선택된 첨가제를 함유할 수 있는 합성 윤활제를 제공한다. 또한, 본 개시는 상승된 온도에서 산화 공정을 통해 개질될 수 있는 윤활 기유 또는 취입 오일을 제공한다.The present disclosure provides a manufacturing method. For example, a method is provided for stabilizing the β-hydrogen of glycerol in a base oil, wherein the free hydroxyl groups of glycerol are alkoxylated with ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or combinations thereof to form alkoxylated glycerol form The present disclosure also relates to synthetic ester lubricants with improved oxidative, thermal and hydrolytic stability comprising esters of alkoxylated glycerol having an average degree of alkoxylation of ≥3 and at least one fatty acid having ≥8 carbon atoms. provides base oil. The present disclosure also relates to synthetic ester lubricants with improved oxidative, thermal and hydrolytic stability comprising esters of alkoxylated glycerol having an average degree of alkoxylation of ≥3 and at least one fatty acid having ≥8 carbon atoms. provides base oil. Alkoxylated glycerol may also be propoxylated, preferably with a degree of propoxylation of 10. Additionally, the source for the at least one fatty acid may be substantially whole cleavage. The source for the fatty acids may be coconut oil, high oleic soybean oil, soybean oil, corn oil, canola oil, sunflower oil or rapeseed oil. The source for the fatty acids may be fractionated or tops coconut oil, palm kernel oil, beef tallow or palm oil. At least one fatty acid may be a dicarboxylic acid. Dicarboxylic acids may include adipic acid, azelaic acid or sebacic acid. At least one fatty acid may be a functionalized acid. Saturated functionalized acids may include 12-hydroxystearic acid, 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. Functionalization may include epoxidation, maleation, metathesis, amidation, halogenation, hydration, estolide formation, hydroformylation, dimerization or vulcanization. At least one fatty acid may be branched. Branched acids may include 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. The lubricating base oil may have a pour point of -10°C or lower. The lubricating base oil may be at least 60% biodegradable. The lubricating base oil may be at least 50% biobased. The molecular weight may be >1000 g/mole. The lubricating base oil may have a viscosity index of ≧160. The present disclosure also provides synthetic lubricants comprising a substantial portion of a synthetic ester lube base oil and may contain additives selected from antioxidants, antiwear agents, corrosion inhibitors, antisludge agents and/or extreme pressure agents. In addition, the present disclosure provides a lubricating base oil or blowing oil that can be reformed through an oxidation process at elevated temperatures.
본 개시는 또한 기유에서 글리세롤의 β-수소를 안정화시키는 방법을 제공할 수 있으며, 여기서 글리세롤의 유리 히드록실 기는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 또는 이들의 조합으로 알콕시화되어 알콕시화된 글리세롤을 형성한다. 기유는 ≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르 및 ≥8의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함하여, 개선된 산화, 열 및 가수분해 안정성을 가질 수 있다. 알콕시화된 글리세롤은 바람직하게는 10의 프로폭시화도로 프로폭시화될 수 있다. 적어도 1종의 지방산에 대한 공급원은 실질적으로 전체 절단물일 수 있다. 지방산에 대한 공급원은 코코넛유, 고올레산 대두유, 대두유, 옥수수유, 카놀라유, 해바라기유 또는 평지씨유일 수 있다. 지방산에 대한 공급원은 분획화되거나 또는 상단에 있는 코코넛유, 야자핵유, 우지 또는 야자유일 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 디카복실산일 수 있다. 디카복실산은 아디프산, 아젤라산 또는 세바스산을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 관능화된 산일 수 있다. 관능화 및/또는 수소화는 지방산을 에스테르에 반응시키기 전 또는 후에 일어날 수 있다.The present disclosure may also provide a method for stabilizing the β-hydrogen of glycerol in a base oil, wherein the free hydroxyl groups of glycerol are alkoxylated with ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, or a combination thereof to form an alkoxylation glycerol is formed. The base oil may comprise an ester of alkoxylated glycerol having an average degree of alkoxylation of ≥3 and at least one fatty acid having ≥8 carbon atoms, thereby having improved oxidative, thermal and hydrolytic stability. Alkoxylated glycerol may be propoxylated, preferably with a degree of propoxylation of 10. The source for the at least one fatty acid may be substantially whole cleavage. The source for the fatty acids may be coconut oil, high oleic soybean oil, soybean oil, corn oil, canola oil, sunflower oil or rapeseed oil. The source for the fatty acids may be fractionated or tops coconut oil, palm kernel oil, beef tallow or palm oil. At least one fatty acid may be a dicarboxylic acid. Dicarboxylic acids may include adipic acid, azelaic acid or sebacic acid. At least one fatty acid may be a functionalized acid. Functionalization and/or hydrogenation can occur before or after reacting the fatty acid to the ester.
포화 관능화된 산은 12-히드록시스테아르산, 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있다. 관능화는 에폭시화, 말레화, 복분해, 아미드화, 할로겐화, 수화, 에스톨리드 형성, 히드로포르밀화, 이량체화 또는 가황을 포함할 수 있다. 적어도 1종의 지방산은 분지형일 수 있다. 분지형 산은 2-에틸헥산산 또는 이소스테아르산을 포함할 수 있다. 윤활 기유는 -10℃ 이하의 유동점을 가질 수 있다. 윤활 기유는 적어도 60% 생분해성일 수 있다. 윤활 기유는 적어도 50% 생물 기반일 수 있다. 분자량은 ≥1000 g/mole일 수 있다. 윤활 기유는 ≥160의 점도 지수를 가질 수 있다. 본 개시는 또한, 산화방지제, 내마모제, 부식방지제, 슬러지방지제 및/또는 극압제로부터 선택된 첨가제를 포함하는 합성 에스테르 윤활 기유를 포함할 수 있는 합성 윤활제를 제공한다. 본 개시는 또한 합성 에스테르 윤활 기유를 포함하는 취입 오일을 제공하며, 여기서 윤활 기유는 상승된 온도에서 산화 공정을 통해 개질될 수 있다. 윤활 기유는 또한 화장품 제형의 부분일 수 있다.Saturated functionalized acids may include 12-hydroxystearic acid, 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. Functionalization may include epoxidation, maleation, metathesis, amidation, halogenation, hydration, estolide formation, hydroformylation, dimerization or vulcanization. At least one fatty acid may be branched. Branched acids may include 2-ethylhexanoic acid or isostearic acid. The lubricating base oil may have a pour point of -10°C or lower. The lubricating base oil may be at least 60% biodegradable. The lubricating base oil may be at least 50% biobased. The molecular weight may be >1000 g/mole. The lubricating base oil may have a viscosity index of ≧160. The present disclosure also provides a synthetic lubricant that may include a synthetic ester lubricating base oil comprising additives selected from antioxidants, antiwear agents, corrosion inhibitors, anti-sludge agents and/or extreme pressure agents. The present disclosure also provides a blown oil comprising a synthetic ester lube base oil, wherein the lube base oil can be reformed through an oxidation process at elevated temperatures. Lubricating base oils can also be part of cosmetic formulations.
본 개시의 일 측면은, 산업용 윤활제: 기어 오일(gear oil), R&O 압축기 오일, R&O 터빈 오일; 자동차 오일: 크랭크케이스 오일(crankcase oil), 트랜스미션 오일(transmission oil), 기어 오일; 금속 작동 유체; 해양 윤활제; 그리스; 공정 오일; 또는 유전체 유체에서 순수한 또는 제형화된 생성물로서의 윤활 기유로서의 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 용도이다.One aspect of the present disclosure relates to industrial lubricants: gear oil, R&O compressor oil, R&O turbine oil; Automotive oil: crankcase oil, transmission oil, gear oil; metal working fluid; marine lubricants; Greece; process oil; or the use of propoxylated glycerol esters as lubricating base oils either neat or as formulated products in dielectric fluids.
본 개시는 또한, 합성 에스테르 윤활 기유의 부분적 또는 완전한 대체물을 포함하는 취입 오일 블렌드를 제공할 수 있으며, 여기서 윤활 기유는 상승된 온도에서 산화 공정을 통해 개질되어, 열 안정한 고점도 기유를 제조한다. 전형적인 취입 공정은 오일을 70 내지 120℃로 가열하는 단계 및 공기를 액체를 통해 통과시키는 단계를 포함한다. 개질은 C-O-C 및 C-C 가교결합, 히드록실 및 카복실 관능기의 형성을 유발한다. 취입 오일은 첨가제로서, 증점제로서 또는 제형에 표면 활성 성질을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 이들은 윤활성, 생분해성, 높은 인화점, 증점 및 낮은 독성과 같은 특징을 제공할 수 있다.The present disclosure may also provide blown oil blends comprising partial or complete replacements of synthetic ester lube base oils, wherein the lube base oils are reformed through an oxidation process at elevated temperatures to produce heat stable high viscosity base oils. A typical blowing process involves heating the oil to 70-120° C. and passing air through the liquid. The modification results in the formation of C-O-C and C-C crosslinks, hydroxyl and carboxyl functional groups. Blowing oils can be used as additives, as thickeners or to impart surface active properties to formulations. They can provide characteristics such as lubricity, biodegradability, high flash point, thickening and low toxicity.
본 발명의 윤활제 조성물은, 사용 중인 오일이 환경, 특히 물, 공기 및 미립자 오염물과 접촉하는 적용에서 유용성을 갖는다. 이러한 적용은 모바일 장비용 유압 유체, 범용 트랙터(universal tractor) 유체, 광업 및 임업 장비용 기어 및 트랜스미션 오일을 포함한다. 향상된 가수분해 및 열 산화 안정성으로, 본 발명의 윤활제 조성물은 오염되기 쉬운 용도에 적합하다. 또한, 생물 기반 및 생분해성 조성물과 함께, 본 발명의 윤활제 조성물은 누출 및 오일 손실의 높은 발생률을 갖는 적용에 적합하다.The lubricant composition of the present invention has utility in applications where the oil in service is in contact with the environment, particularly water, air and particulate contaminants. These applications include hydraulic fluids for mobile equipment, universal tractor fluids, gear and transmission oils for mining and forestry equipment. With improved hydrolytic and thermal oxidative stability, the lubricant composition of the present invention is suitable for applications subject to contamination. Additionally, along with bio-based and biodegradable compositions, the lubricant compositions of the present invention are suitable for applications with a high incidence of leakage and oil loss.
본 발명의 윤활제 조성물은 유압 터빈용 터빈 오일로서 특정한 유용성을 갖는다. 현재, 유압 터빈은, 통상의 생물 기반 및 생분해성 오일이 안정성 기준을 충족하지 못하기 때문에 광물 기반 오일이 적용에 바람직한 안정성 및 수명을 제공하므로 광물 기반 오일을 이용해야 한다. 본 발명의 오일은 높은 생물 기반 함량을 제공하고, 용이하게 생분해되며, Chevron GST 및 Shell Turbo T와 같은 통상의 광물 터빈 오일(mineral turbine oil)과 동등한 열 산화 안정성을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 오일에 대한 구체화 및 제형 개발은 유압 터빈 오일로서의 조성물의 유용성을 입증하는 초기 데이터를 제공하였다. 추가 구현예는 하기 실시예에 예시되며, 이는 오직 예시적인 목적으로 제공되며, 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.The lubricant composition of the present invention has particular utility as a turbine oil for hydraulic turbines. Currently, hydraulic turbines must utilize mineral-based oils as they provide desirable stability and longevity for the application as conventional bio-based and biodegradable oils do not meet the stability criteria. The oils of the present invention provide a high biobased content, are readily biodegradable, and have thermal oxidative stability equivalent to conventional mineral turbine oils such as Chevron GST and Shell Turbo T. Accordingly, specification and formulation development of the oils of the present invention provided initial data demonstrating the usefulness of the compositions as hydraulic turbine oils. Additional embodiments are illustrated in the following examples, which are provided for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
실시예Example
이제 본 개시의 구현예를 기술하였으며, 일반적으로 하기 실시예는 본 개시의 일부 추가적인 구현예를 기술한다. 본 개시의 구현예는 하기 실시예 및 대응하는 텍스트 및 도면과 관련하여 기술되지만, 본 개시의 구현예를 이러한 기술에 제한하려는 의도는 없다. 반대로, 의도는 본 개시의 구현예의 취지 및 범위 내에 포함된 모든 대안, 수정 및 균등물을 포함하고자 하는 것이다. 하기 실시예는, 본원에 개시되고 청구된 방법을 수행하는 방법에 대한 완전한 개시 및 설명을 당업계의 통상의 기술자에게 제공하기 위해 제시된다. 숫자 (예를 들어, 양, 온도 등)와 관련하여 정확성을 보장하기 위해 노력하였지만, 일부 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 나타내지 않는 한, 부(parts)는 중량부이고, 온도는 ℃이며, 압력은 대기압이거나 또는 대기압에 가깝다. 표준 온도 및 압력은 20℃ 및 1 기압으로서 정의된다.Having now described embodiments of the present disclosure, generally the following examples describe some additional embodiments of the present disclosure. Embodiments of the present disclosure are described in connection with the following examples and corresponding text and figures, but there is no intention to limit the embodiments of the present disclosure to these descriptions. On the contrary, the intention is to cover all alternatives, modifications and equivalents included within the spirit and scope of the embodiments of this disclosure. The following examples are presented to provide those skilled in the art with a complete disclosure and explanation of how to perform the methods disclosed and claimed herein. Efforts have been made to ensure accuracy with respect to numbers (eg amounts, temperature, etc.) but some errors and deviations should be accounted for. Unless otherwise indicated, parts are parts by weight, temperature is in °C, and pressure is at or near atmospheric. Standard temperature and pressure are defined as 20° C. and 1 atm.
방법 A: 적절한 반응 용기에 알콕시화된 글리세롤 및 10% 몰 과량의 요구되는 지방산(들)을 충전하였다. 에스테르화를 240 내지 250℃에서 수행하였으며, 반응 혼합물의 산가가 약 15 mg KOH/g 미만이고 반응 혼합물의 히드록실가가 약 20 mg KOH/g 미만이 될 때까지, 진공 하에 실행하였다. 이어서, 과량의 지방산 및 휘발성 반응 부산물을 진공 및 상승된 온도 하에 단경로 증류(short path distillation)를 통해 제거하였다. 통상의 에스테르 정제 기술은 단경로 증류의 부재 하에 이용될 수 있다. 반응의 에스테르 생성물을 <1 mg KOH/g의 산가, 바람직하게는 <0.5 mg KOH/g의 산가, 및 <10 mg KOH/g의 히드록실가, 바람직하게는 <5 mg KOH/g의 히드록실가로 정제하였다. 알콕시화된 글리세롤 에스테르는, 15 mg KOH/g 미만, 또는 보다 바람직하게는 10 mg KOH/g 미만, 또는 가장 바람직하게는 5 mg KOH/g 미만의 히드록실가가 달성될 때 트리에스테르로 간주된다. Method A: A suitable reaction vessel was charged with alkoxylated glycerol and 10% molar excess of the desired fatty acid(s). The esterification was carried out at 240-250° C. and was carried out under vacuum until the acid number of the reaction mixture was less than about 15 mg KOH/g and the hydroxyl value of the reaction mixture was less than about 20 mg KOH/g. Excess fatty acids and volatile reaction by-products were then removed via short path distillation under vacuum and elevated temperature. Conventional ester purification techniques can be used in the absence of short path distillation. The ester product of the reaction has an acid value of <1 mg KOH/g, preferably an acid value of <0.5 mg KOH/g, and a hydroxyl value of <10 mg KOH/g, preferably <5 mg KOH/g hydroxyl value. Transversely purified. An alkoxylated glycerol ester is considered a triester when a hydroxyl number of less than 15 mg KOH/g, or more preferably less than 10 mg KOH/g, or most preferably less than 5 mg KOH/g is achieved. .
방법 B: 적절한 반응 용기에 알콕시화된 글리세롤, 10% 몰 과량의 요구되는 지방산(들) 및 0.5 몰%의 메탄술폰산을 충전함으로써 본 개시의 알콕시화된 글리세롤 에스테르 윤활 기유를 제조하였다. 에스테르화를 170℃에서 수행하였으며, 반응 혼합물의 산가가 약 15 mg KOH/g 미만이고 반응 혼합물의 히드록실가가 약 10 mg KOH/g 미만이 될 때까지 진공 하에 실행하였다. 이어서, 과량의 지방산 및 휘발성 반응 부산물을 진공 및 상승된 온도 하에 단경로 증류를 통해 제거하였다. 통상의 에스테르 정제 기술은 단경로 증류의 부재 하에 이용될 수 있다. 반응의 에스테르 생성물을 <1 mg KOH/g의 산가, 바람직하게는 <0.5 mg KOH/g의 산가, 및 <10 mg KOH/g의 히드록실가, 바람직하게는 <5 mg KOH/g의 히드록실가로 정제하였다. Method B : An alkoxylated glycerol ester lubricating base oil of the present disclosure was prepared by charging an appropriate reaction vessel with alkoxylated glycerol, 10% molar excess of the desired fatty acid(s), and 0.5 mol% methanesulfonic acid. Esterification was carried out at 170° C. and was carried out under vacuum until the acid value of the reaction mixture was less than about 15 mg KOH/g and the hydroxyl value of the reaction mixture was less than about 10 mg KOH/g. Excess fatty acids and volatile reaction byproducts were then removed via short path distillation under vacuum and elevated temperature. Conventional ester purification techniques can be used in the absence of short path distillation. The ester product of the reaction has an acid value of <1 mg KOH/g, preferably an acid value of <0.5 mg KOH/g, and a hydroxyl value of <10 mg KOH/g, preferably <5 mg KOH/g hydroxyl value. Transversely purified.
방법 C: 알콕시화된 글리세롤, 요구되는 지방산(들)의 0.1% 몰 결핍 및 0.5 몰%의 메탄술폰산을 적절한 반응 용기에 충전함으로써 본 개시의 알콕시화된 글리세롤 에스테르 윤활 기유를 제조하였다. 에스테르화를 170℃에서 수행하였으며, 반응 혼합물의 산가가 약 3 mg KOH/g 미만이고 반응 혼합물의 히드록실가가 약 10 mg KOH/g 미만이 될 때까지 진공 하에 실행하였으며, 이 시점에 단쇄 지방산 (<C12)의 첨가가 일어났고, 히드록실가가 5 mg KOH/g 미만일 때까지 반응을 계속하였다. 이어서, 과량의 지방산 및 휘발성 반응 부산물을 진공 및 상승된 온도 하에 단경로 증류를 통해 제거하였다. 통상의 에스테르 정제 기술은 단경로 증류의 부재 하에 이용될 수 있다. 반응의 에스테르 생성물을 < 1 mg KOH/g의 산가, 바람직하게는 < 0.5 mg KOH/g의 산가, 및 < 10 mg KOH/g의 히드록실가, 바람직하게는 < 5 mg KOH/g의 히드록실가로 정제하였다. Method C : An alkoxylated glycerol ester lubricating base oil of the present disclosure was prepared by charging an appropriate reaction vessel with alkoxylated glycerol, 0.1% molar depletion of the required fatty acid(s), and 0.5 mole% methanesulfonic acid. Esterification was carried out at 170° C. and was carried out under vacuum until the acid value of the reaction mixture was less than about 3 mg KOH/g and the hydroxyl value of the reaction mixture was less than about 10 mg KOH/g, at which point short-chain fatty acids The addition of (<C12) occurred and the reaction was continued until the hydroxyl value was less than 5 mg KOH/g. Excess fatty acids and volatile reaction byproducts were then removed via short path distillation under vacuum and elevated temperature. Conventional ester purification techniques can be used in the absence of short path distillation. The ester product of the reaction has an acid value of <1 mg KOH/g, preferably an acid value of <0.5 mg KOH/g, and a hydroxyl value of <10 mg KOH/g, preferably <5 mg KOH/g hydroxyl value. Transversely purified.
TMP는 트리메틸올프로판이다. PG##는 평균 프로폭시화도 = ##인 프로폭시화된 글리세롤 에스테르이다. C8-C10은 코코넛유의 상단에 있는 분획이다. C12는 라우르산이다. Pamolyn은, 올레산 함량이 높고 톨유로부터 유도된 상업용 지방산이다. BFT는 표백가능한 고급 우지로부터 유도된 올레산이다. HOSO는 고올레산 대두유이다. SBO는 대두유이다. EH는 2-에틸헥산산이다. C18 Iso는 이소스테아르산이다. 12-HSA는 12-히드록시스테아르산이다. EG##는 평균 에톡시화도 = ##인 에톡시화된 글리세롤 에스테르이다.TMP is trimethylolpropane. PG## is the propoxylated glycerol ester with average degree of propoxylation = ##. C8-C10 are the fractions on top of the coconut oil. C12 is lauric acid. Pamolyn is a commercial fatty acid that is high in oleic acid and is derived from tall oil. BFT is oleic acid derived from high bleachable tallow. HOSO is high oleic soybean oil. SBO is soybean oil. EH is 2-ethylhexanoic acid. C18 Iso is isostearic acid. 12-HSA is 12-hydroxystearic acid. EG## is an ethoxylated glycerol ester with an average degree of ethoxylation = ##.
실시예 89 내지 91 (도 2 참조): 글리세롤, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 및 TMP 기유에서 수소 결합의 강도를 평가하기 위해 양성자 NMR을 수행하였다. 양성자 둘레의 높은 전자 밀도는 인접한 탄소 원자에 대한 이의 결합을 안정화시키고, 더 낮은 ppm 값에서 NMR 흡광도와 상관관계를 갖는다. C-H 시스템에 부착된 전기음성 기는 양성자 둘레의 전자 밀도를 감소시키고, 더 높은 ppm 값으로 이들의 화학적 이동을 증가시킨다. 글리세롤 에스테르의 알파-메틴 및 베타-메틸렌 양성자 (도 1 참조)의 1H NMR 피크 (도 3, 표 2 참조)는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 (도 1 참조) 상의 글리세롤 주쇄의 메틸렌 및 메틴 양성자 (도 1 참조)와 비교하여 더 낮은 ppm으로의 이동을 나타내며, 이는 양성자(들)에 대한 더 높은 안정성과 상관관계를 갖는 이들 위치에서의 전자 밀도의 증가를 나타낸다. 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 1H NMR로부터 관찰된 증가된 전자 밀도는 프로폭시 기의 에테르 결합의 전자-주개 성질로 인한 것이다. 더 낮은 화학적 이동을 갖는 양성자는, 덜 반응성이며 이들의 더 높은 값의 대응물보다 더 큰 열 안정성을 가질 것으로 예상된다. TMP는 베타 양성자를 갖지 않는 이의 고유한 열 안정성으로 인하여 참조로서 포함되었다. Examples 89 to 91 (see Figure 2): Proton NMR was performed to evaluate the strength of hydrogen bonds in glycerol, propoxylated glycerol esters and TMP base oils. The high electron density around the proton stabilizes its bonding to adjacent carbon atoms and correlates with NMR absorbance at lower ppm values. Electronegative groups attached to the CH system reduce the electron density around the protons and increase their chemical shift to higher ppm values. 1 H NMR peaks (see FIG. 3, Table 2) of alpha-methine and beta-methylene protons of glycerol esters (see FIG. 1) show methylene and methine protons of the glycerol main chain on propoxylated glycerol esters (see FIG. 1) ( 1), indicating a shift to lower ppm, indicating an increase in electron density at these locations that correlates with a higher stability for the proton(s). The increased electron density observed from 1 H NMR of propoxylated glycerol esters is due to the electron-donating nature of the ether linkage of the propoxy group. Protons with lower chemical shifts are less reactive and are expected to have greater thermal stability than their higher value counterparts. TMP was included as a reference due to its inherent thermal stability without beta protons.
실시예 98 및 103 (도 4, 표 3 참조): ASTM D2272에 명시된 바와 같이 천연 글리세롤 에스테르, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 및 TMP 에스테르 기유의 열 산화 및 가수분해 안정성을 평가하기 위해 회전 압력 용기 산화 시험 (RPVOT)을 수행하였다. 기유에 첨가제는 첨가되지 않았지만, 천연 오일은 자연적으로 발생하는 산화방지제를 가질 것이다. 68의 점도 등급을 갖는 불포화 프로폭시화된 글리세롤 에스테르인 실시예 98은 28분의 RPVOT 수명을 나타낸 반면, 58의 점도 등급을 갖는 포화 프로폭시화된 글리세롤 에스테르인 실시예 103은 31분의 RPVOT 수명을 가졌다. 비교를 위해, 대두유 및 카놀라유를 시험하였다. 불포화 프로폭시화된 글리세롤 에스테르는 최고 성능의 천연 글리세롤 에스테르와 비교하여 RPVOT 수명에서 64%의 증가를 나타내고, 포화 프로폭시화된 글리세롤 에스테르는 82% 증가를 나타낸다. 예상치 못하게, 프로폭시화된 글리세롤 에스테르의 성능은 TMP 트리올리에이트의 RPVOT 수명을 상당히 초과한다. 문헌 [Lubrication Science, 2015, 27(6), p 369]을 참조한다. Examples 98 and 103 (see Figure 4, Table 3): Rotary Pressure Vessel Oxidation Test to Evaluate Thermal Oxidation and Hydrolytic Stability of Natural Glycerol Esters, Propoxylated Glycerol Esters, and TMP Ester Base Oils as Specified in ASTM D2272 (RPVOT) was performed. No additives are added to the base oil, but the natural oil will have naturally occurring antioxidants. Example 98, an unsaturated propoxylated glycerol ester with a viscosity rating of 68, exhibited a RPVOT life of 28 minutes, whereas Example 103, a saturated propoxylated glycerol ester with a viscosity rating of 58, exhibited a RPVOT life of 31 minutes. had For comparison, soybean oil and canola oil were tested. The unsaturated propoxylated glycerol ester shows a 64% increase in RPVOT life compared to the best performing natural glycerol ester and the saturated propoxylated glycerol ester shows an 82% increase. Unexpectedly, the performance of propoxylated glycerol esters significantly exceeds the RPVOT lifetime of TMP trioleates. See Lubrication Science , 2015, 27(6), p 369.
실시예 91, 92, 103, 90 (도 5, 표 4 참조): 열 산화 안정성에 더하여, 가수분해 안정성은 종종 에스테르 기유에서의 약점으로서 보여진다. 여러 포화 에스테르 기유의 가수분해 안정성 시험 (ASTM D2619)에 대한 데이터는 표 4에서 볼 수 있다 (도 5 참조). 교란 요인 (불포화 및 2차 산화 생성물) 없이 에스테르의 고유 안정성을 결정하는 데 포화 에스테르를 사용하였다. 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 기유 샘플 (실시예 91 및 103)은 글리세롤 에스테르 (실시예 92) 및 TMP 에스테르 (실시예 90)보다 더 큰 가수분해 저항성을 나타낸다. 감소된 가수분해는 물, 열 및 촉매의 존재 하에 증가된 안정성을 나타내며, RPVOT 수명 데이터에 의해 지지된다. Examples 91, 92, 103, 90 (see Figure 5, Table 4): In addition to thermal oxidation stability, hydrolytic stability is often seen as a weakness in ester base oils. Data for hydrolytic stability testing (ASTM D2619) of several saturated ester base oils can be seen in Table 4 (see Figure 5). Saturated esters were used to determine the inherent stability of the esters without confounding factors (unsaturation and secondary oxidation products). The propoxylated glycerol ester base oil samples (Examples 91 and 103) exhibit greater hydrolysis resistance than the glycerol esters (Example 92) and TMP esters (Example 90). Reduced hydrolysis indicates increased stability in the presence of water, heat and catalyst, supported by RPVOT life data.
조합된 사이클 유닛에서, 새로운 설계는 단일 샤프트(shaft) 상의 증기, 가스 터빈 및 발전기를 포함한다. 이에 따라, 윤활제는 증기 (습식) 및 가스 (고온)의 작동 조건을 견딜 필요가 있을 것이다. 문헌 [Fuels and Lubricants Handbook, pp. 582-583]을 참조한다.In a combined cycle unit, the new design includes a steam, gas turbine and generator on a single shaft. Accordingly, the lubricant will need to withstand the operating conditions of steam (wet) and gas (high temperature). Reference [ Fuels and Lubricants Handbook , pp. 582-583].
실시예 90, 92 내지 94: 글리세롤 에스테르에 비해 프로폭시화된 글리세롤 에스테르 및 TMP 에스테르에 대해 용융 엔탈피에서의 감소가 관찰된다 (도 6, 표 5, 도 7, 표 6, 및 도 8, 표 7 참조). 실시예 94 (PG10 유도체)는 도 6, 표 5에서 C12 에스테르에 대해 용융 엔탈피에서의 가장 큰 감소 및 가장 낮은 과냉각도를 갖는다. 5℃/분의 주기적인 냉각 및 가열 속도를 가지면서 -80℃ 내지 40℃의 온도 범위 내에서 DSC 분석을 수행하였다. 각각의 재료에 대한 DSC 용융 열분해 곡선을 온도의 함수로서 통합하고, 전체 용융 엔탈피로 정규화하여, 고체 @ Onset +T 열(column)에서의 데이터에 대한 기초가 되는 고체 지수 퍼센트를 생성하였다. 고체 @ Onset +5 및 +10℃ 아래의 데이터는 완전 고체 또는 결정질 상태로부터 가열하는 경우 기유 중 고체의 퍼센트를 나타낸다. 개시 온도 초과 10℃에서, 글리세롤 에스테르 (실시예 92) 및 네오펜틸 폴리올 에스테르 (TMP) (실시예 90) 둘 모두는, 윤활 시스템 내에서 문제를 유발할 것으로 예상될 수 있는 상당한 양의 결정질 고체를 나타낸다. 글리세롤 및 TMP 에스테르 둘 모두는 유사한 프로폭시화된 글리세롤 에스테르와 비교하여 더 높은 과냉각도 및 더 높은 용융 엔탈피를 나타낸다 (도 7, 표 6 참조). Examples 90, 92-94: A decrease in melting enthalpy is observed for propoxylated glycerol esters and TMP esters compared to glycerol esters (FIG. 6, Table 5, FIG. 7, Table 6, and FIG. 8, Table 7 reference). Example 94 (PG10 derivative) has the largest reduction in melting enthalpy and lowest degree of undercooling relative to the C12 ester in FIG. 6, Table 5. DSC analysis was performed within the temperature range of -80 °C to 40 °C with cyclic cooling and heating rates of 5 °C/min. The DSC melt pyrolysis curves for each material were integrated as a function of temperature and normalized to the total enthalpy of melting to generate the percent solids index that is the basis for the data in the Solids @ Onset +T column. Solids @ Onset +5 and +10 °C The data below show the percentage of solids in the base oil when heated from the completely solid or crystalline state. At 10° C. above the onset temperature, both the glycerol ester (Example 92) and the neopentyl polyol ester (TMP) (Example 90) exhibit significant amounts of crystalline solids that could be expected to cause problems within a lubricating system. . Both glycerol and TMP esters exhibit higher degrees of supercooling and higher enthalpies of melting compared to similar propoxylated glycerol esters (see Figure 7, Table 6).
실시예 91, 95 내지 98, 100, 107, 109: 에스테르의 지방산 성분의 변경은 용융 엔탈피, 흐림점 및 유동점에 대한 명확한 영향을 갖는다 (도 8, 표 7 참조). 잘 정의된 결정 구조를 형성하는 재료는 유동점 아래에서 육안 검사 하에 불투명하게 보인다. 덜 규칙적이거나 또는 구조화된 재료는 이들의 유동점 미만의 온도에서 관찰되는 경우 반투명하거나 또는 투명해 보이며, 용융에 더 적은 열을 요구한다. 예상치 못하게, 본 개시의 기유는, 재료의 고체 구조가 불투명한 결정질 고체에서 투명한 비정질 고체에 이를 수 있도록 개질될 수 있다. 이는, 글리세롤의 프로폭시화에 의해 그리고 이를 단일 및 다중 불포화 지방산 (실시예 98 및 100), 저융점 포화 지방산 (실시예 91), 분지형 지방산 (실시예 107) 및/또는 이산 (실시예 109)으로 에스테르화함으로써 달성된다. 저온 기후에서 투명도를 유지하기 위해 윤활제 및 그리스를 요구하는 적용이 있다는 점을 주목하는 것이 중요하다. 투명한 고체는 오일 또는 그리스가 적용된 물품의 검사를 허용한다. 이는, 와이어가 손상에 대해 검사될 수 있는 것이 중요한 와이어 로프(wire rope) 윤활에서의 적용에 유용한 것으로 알려져 있다. 또한, 이러한 적용에서, 통상적으로 윤활제 또는 그리스가 환경적으로 허용가능한 윤활제인 것이 바람직하다. Examples 91, 95 to 98, 100, 107, 109: Changing the fatty acid component of the ester has a clear effect on the melting enthalpy, cloud point and pour point (see Figure 8, Table 7). A material that forms a well-defined crystalline structure appears opaque under visual inspection below the pour point. Less ordered or structured materials appear translucent or transparent when observed at temperatures below their pour point and require less heat to melt. Unexpectedly, the base oil of the present disclosure can be modified such that the solid structure of the material can range from an opaque crystalline solid to a transparent amorphous solid. This is done by propoxylation of glycerol and converting it to mono- and polyunsaturated fatty acids (Examples 98 and 100), low-melting saturated fatty acids (Example 91), branched fatty acids (Example 107) and/or diacids (Example 109 ) is achieved by esterification with It is important to note that there are applications that require lubricants and greases to maintain transparency in cold climates. The clear solid allows inspection of oil or grease applied items. This is found to be useful in applications in wire rope lubrication where it is important that the wire can be inspected for damage. Also in these applications, it is usually desirable that the lubricant or grease be an environmentally acceptable lubricant.
실시예 90, 98 내지 104 (도 9, 표 8 참조): 프로폭시화된 글리세롤 (PG10) 및 전체 절단물 또는 실질적으로 전체 절단된 지방산 공급원으로부터 유도된 대표적인 기유. 모든 실시예는 ISO VG 46-68 및 SAE30에서의 윤활 기유를 대표하는 유동점 및 점도를 갖는다. 모든 샘플은 매우 높은 점도 지수 (>180)를 나타내고, 실시예 91, 98 및 100은 흐림점이 관찰되지 않는 것에 의해 나타내어진 바와 같이 이들의 유동점 미만에서 투명하게 유지된다. Examples 90, 98-104 (see FIG. 9, Table 8): Representative base oils derived from propoxylated glycerol (PG10) and whole cleavage or substantially whole cleaved fatty acid sources. All examples have pour points and viscosities representative of lubricating base oils in ISO VG 46-68 and SAE30. All samples exhibit very high viscosity indices (>180) and Examples 91, 98 and 100 remain clear below their pour point as indicated by no cloud point observed.
실시예 103 (도 10, 표 9 참조): 본 개시의 기유의 하나의 반복인 실시예 103을 OECD 301B에 따라 생분해성에 대해 시험하였다. 샘플은, 10일 기간의 종료 시 61%의 생분해를 가지며 "호기성 수성 매질 중 즉시 생분해성"을 나타내는 것으로 확인되었다. Example 103 (see Figure 10, Table 9): Example 103, one iteration of the base oil of the present disclosure, was tested for biodegradability according to OECD 301B. The sample was found to exhibit "ready biodegradability in aerobic aqueous media" with a biodegradation of 61% at the end of the 10 day period.
실시예 103 및 98 (도 11, 표 10): 생물 기반 탄소 분석. 실시예 103 및 98을 기유를 구성하는 % 생물 기반 탄소를 결정하기 위해 ASTM 방법 D6866-20을 사용하여 특성화하였다. 생물 기반 탄소 함량에서의 변화는 알콕시화도 및 지방산 탄소 수에 기반한다. Examples 103 and 98 (FIG. 11, Table 10): Bio-based carbon analysis. Examples 103 and 98 were characterized using ASTM method D6866-20 to determine the % biobased carbon making up the base oil. Changes in biobased carbon content are based on alkoxylation degree and fatty acid carbon number.
실시예 105 내지 109 (도 12, 표 11): 기유의 물리적 성질을 변경하기 위해 분지형, 관능성 및 이산 종을 이용하는 기유. 모든 실시예는 낮은 유동점, 대표적인 점도 및 높은 점도 지수를 유지한다. 실시예 107 내지 109는 이들이 ISO VG 100 및 150 오일과 매칭되기 때문에 적용의 잠재적인 범위를 확장한다. 더 높은 점도의 오일은 그리스 및 기어 오일을 위한 기유로서 주요 후보일 것이다. Examples 105-109 (FIG. 12, Table 11): Base oils utilizing branched, functional and discrete species to modify the physical properties of the base oil. All examples maintain low pour points, representative viscosities and high viscosity indices. Examples 107-109 expand the potential range of applications as they are matched with ISO VG 100 and 150 oils. Higher viscosity oils would be prime candidates as base oils for greases and gear oils.
실시예 103 (제형화됨) (도 13, 표 12 참조): 본 개시의 기유의 하나의 반복인 실시예 103을 터빈 오일 및 유압/범용 트랙터 유체 (각각 Tiarco Chemical 및 King Industries에 의해 공급되는 첨가제 패키지)로서 사용하기 위해 상업적으로 입수가능한 산화방지제, 부식방지제 및 내마모제 첨가제 패키지를 사용하여 제형화하였다. 이어서, 기유의 2종의 제형을 통상의 벤치 시험(bench test)을 사용하여, Chevron GST (ISO VG 68) 및 King Industries NA-Lube BL-1208 첨가제 시스템을 사용하여 제형화된 대두유 및 제형화된 카놀라유와 비교하였다. Chevron GST는 가스, 증기 및 유압 터빈뿐만 아니라 수력 발전 시설 내의 유압 제어장치에 사용하기에 적합한 업계 최고의 터빈 오일로서 포함되었다. Example 103 (formulated) (see FIG. 13, Table 12): Example 103, one iteration of the base oil of the present disclosure, was prepared in a turbine oil and a hydraulic/universal tractor fluid (additive package supplied by Tiarco Chemical and King Industries, respectively). ) was formulated using a commercially available antioxidant, corrosion inhibitor and antiwear additive package for use as The two formulations of the base oil were then tested using conventional bench tests, soybean oil formulated using Chevron GST (ISO VG 68) and King Industries NA-Lube BL-1208 additive system and formulated Compared to canola oil. Chevron GST is included as an industry-leading turbine oil suitable for use in gas, steam and hydraulic turbines as well as hydraulic controls in hydroelectric power plants.
실시예 110 내지 112 (도 14, 표 13 참조): 에톡시화된 글리세롤 에스테르 성질. 분자가 평균 12개의 에톡시 기를 갖는 에톡시화된 글리세롤 (EG12, Vantage Oleochemical로부터의 Lumulse 12)을 방법 A를 통해 코코넛 지방산 (실시예 110), 라우르산 (실시예 11)으로 에스테르화하였다. 표 13은 에톡시화된 글리세롤 에스테르를 유사한 지방산 공급원을 갖는 프로폭시화된 글리세롤 에스테르와 비교한다. 실시예 112는 방법 A를 사용하여 제조된 프로폭시-에톡시화된 글리세롤 에스테르 트리올리에이트이다. EO 캡핑된 프로폭시화된 글리세롤 (PG10EGc, Carpenter Chemical로부터의 Carpol 725)은 평균 10개의 프로폭시 기를 갖는 글리세롤이며, 여기서 각각의 말단 프로폭시 기는 하나의 에톡시 기 (분자당 3 EO)로 캡핑된다. Examples 110-112 (see Figure 14, Table 13): Ethoxylated Glycerol Esters Properties. Ethoxylated glycerol (EG12, Lumulse 12 from Vantage Oleochemical) whose molecule has an average of 12 ethoxy groups was esterified with coconut fatty acid (Example 110), lauric acid (Example 11) via Method A. Table 13 compares ethoxylated glycerol esters to propoxylated glycerol esters with similar fatty acid sources. Example 112 is a propoxy-ethoxylated glycerol ester trioleate prepared using Method A. EO capped propoxylated glycerol (PG10EGc, Carpol 725 from Carpenter Chemical) is glycerol with an average of 10 propoxy groups, where each terminal propoxy group is capped with one ethoxy group (3 EO per molecule). .
기술된 방법 및 조성물의 다양한 수정 및 변경은 본 개시의 범위 및 취지로부터 벗어나지 않으면서 당업계의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 개시가 특정 구현예와 관련하여 기술되었지만, 추가 수정이 가능하고, 청구된 바와 같은 개시가 그러한 특정 구현예에 과도하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 실제로, 당업계의 통상의 기술자에게 자명한 본 개시를 수행하기 위한 기술된 방식의 다양한 수정은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 본 출원은, 일반적으로 개시의 원리를 따르고, 본 개시가 관련되고 본원에 앞서 제시된 필수적인 특징에 적용될 수 있는 당업계 내의 공지된 관례적 관행 내에 있는 본 개시로부터의 그러한 이탈을 포함하는 개시의 임의의 변형, 사용 또는 적합화를 포함하도록 의도된다.Various modifications and variations of the described methods and compositions will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of this disclosure. Although the disclosure has been described with reference to specific implementations, it will be understood that further modifications are possible and that the disclosure as claimed should not be unduly limited to such specific implementations. Indeed, various modifications of the described modes for carrying out the present disclosure that would be obvious to those skilled in the art are intended to be within the scope of the present disclosure. This application generally follows the principles of the disclosure and does not apply to any of the disclosures to which the disclosure relates and including such departures from the disclosure that are within known customary practice within the art as may be applied to the essential features set forth hereinbefore. It is intended to cover variations, uses or adaptations.
Claims (22)
≥3의 평균 알콕시화도를 갖는 알콕시화된 글리세롤의 에스테르;
≥8의 탄소 원자를 갖는 적어도 1종의 지방산을 포함하며;
상기 합성 에스테르 윤활 기유는 동일한 지방산 조성을 갖는 글리세롤 에스테르와 비교하여,
증가된 산화, 열 또는 가수분해 안정성;
감소된 용융 엔탈피; 및
감소된 과냉각(undercooling)을 나타내는, 합성 에스테르 윤활 기유.As a synthetic ester lubricating base oil,
Esters of alkoxylated glycerol with an average degree of alkoxylation of ≧3;
contains at least one fatty acid having ≧8 carbon atoms;
Compared to glycerol esters having the same fatty acid composition, the synthetic ester lubricating base oil has
increased oxidative, thermal or hydrolytic stability;
reduced enthalpy of melting; and
Synthetic ester lube base oils exhibiting reduced undercooling.
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