CN1823154A

CN1823154A - 改良的食品级润滑剂

Info

Publication number: CN1823154A
Application number: CN200480014998.5A
Authority: CN
Inventors: 威廉·W·加米尔
Original assignee: Renewable Lubricants Inc
Current assignee: Renewable Lubricants Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: CN1823154B; ZA200509605B

Abstract

本发明公开了改良的食品级润滑剂，其可以用作食品工业设备中的液压油、循环油、滴油、通用油、润滑油、电缆油、链条油、锭子油、齿轮油和压缩机油。该润滑剂含有至少一种植物油、至少一种聚α烯烃以及至少一种抗氧化剂。在热压力和机械压力下，这种润滑剂具有改良的性能。

Description

改良的食品级润滑剂

发明领域

本申请要求基于临时专利申请No.60/474,572的优先权，该申请于2003年5月30日提交，其发明名称为“含有FDA许可的添加剂的食品级润滑剂”。

本发明涉及改良的食品级润滑剂，其可以用作食品工业设备的液压油、循环油、滴油(drip oil)、通用油、润滑油、电缆油、链条油、锭子油、齿轮油和压缩机油。特别的，其涉及一种组合物，其含有至少一种植物油、至少一种聚α烯烃(PAO)以及至少一种抗氧化剂。更特别的，涉及一种食品级润滑剂组合物，其在热压力和机械压力下具有改良的性能。

背景技术

用于食品加工业的设备会随加工目的不同而改变，其中包括肉类和家禽、饮料、点心食品、蔬菜和奶制品。尽管设备会由于目的的不同而变化，但活动部件例如轴承和滑动装置是相似的并通常需要润滑。最常用的润滑剂包括液压油、冷冻油、齿轮油以及通用油。这些食品工业油必须符合比其它工业润滑剂更严格的标准。

基于确保和保持食品质量的安全和标准的重要性，食品工业必须符合美国农业部(USDA)所制定的规章制度。USDA的食品安全检查局(FSIS)负责所有的程序，其包括肉类、家禽、蛋类、奶制品、水果和蔬菜的检查、分级和制定标准。这些程序是强制性的，并且要求对联邦政府检查的工厂中所使用的非食品化合物进行检查。

FSIS对准许用于联邦政府检查的工厂的化合物的官方清单进行管理。这些官方清单(参见List of Proprietary Substances and Non-food Compounds，Miscellaneous Publication Number 1419(1989)第11-1页，美国农业部食品安全检查局)认为允许偶尔与食品接触的润滑剂和其它物质被认为是符合USDA规定的间接食品添加剂。所以，分类为H-1或H-2的润滑剂在应用于食品加工业之前需要得到USDA的许可。最严格分类H-1是用于偶尔与食品接触的润滑剂。H-2要求在不可能与食物接触的环境中使用，以确保润滑剂中没有使用已知的毒素或者致癌物质。本发明的一个实施例属于H-1认可的润滑油。术语“H-1认可的油”与“食品级”对于本发明的目的中是可以相互交换的。

(尽管USDA不再批准新的成分和组合物，世界食品工业仍然认可H-1级。目前由美国国家卫生基金会(NSF)列出和许可食品级的分级。)

除了符合联邦管理机构制定的安全要求外，产品还必须是有效的润滑剂。用于食品加工业的润滑油在工作中还应该能够对机械部件进行润滑、防止粘性变化、防止氧化、防止生锈和腐蚀、提供磨损保护、防止起泡沫并防止形成淤积物。产品应该在从液压厚膜到边界薄膜的范围的各种润滑状态都能够有效地发挥作用。

润滑油的对氧化、温度和水解的稳定性可以有助于预测该油能否有效地长期保持其润滑性能并防止形成淤积物。如果烃类油在高温下长时间与氧气接触，会被部分氧化。氧化的过程在润滑油中产生酸性体。这些酸性体对于食品加工装置中常出现的金属有腐蚀性，并且如果与油和空气同时接触的话，就会成为有效的氧化催化剂进而提高了氧化的速率。氧化产物会促进淤积物的形成，其将阻塞阀门、阻塞滤器并导致润滑剂粘性特征的完全减弱。在某些情况下，淤积物的形成会导致堵塞、油系统流体的完全损失以及机器的故障或者损伤。

润滑油对热和水解的稳定性能主要表现在润滑油复合添加剂的稳定性。稳定性标准可以监控淤积物的形成、粘性变化、酸度变化以及油的腐蚀倾向。水解稳定性可以评价在有水情况下的这些特征。如果稳定特征差，就会导致润滑油随时间损失润滑性能以及沉积淤积物。

尽管已经设计了可以是无毒食品源杂质的润滑剂，但它们的润滑性能通常不如传统的润滑剂例如不含有允许与食物直接接触成分的润滑剂有效。某些程度上，润滑剂工业通过在润滑剂组合物中掺入特殊的添加剂克服了这个问题。例如，已经使用加入具有特殊性能的添加剂来增强耐磨性能、抑制氧化、抑制生锈/腐蚀、金属钝化、耐超高压、摩擦力改变、抑制形成泡沫以及润滑能力。在下面的专利中对这样的化学物质进行了描述：美国专利No.5,538,654(Lawate等)、美国专利No.4,062,785(Nibert)、美国专利No.4,828,727(McAninch)、美国专利No.5,338,471以及美国专利No.5,413,725(Lai)。

上述专利中所描述的食品级润滑剂的缺陷涉及抗氧化、流动点特征、有限的形成粘性幅度能力以及有限的粘性保护。在长时间的热压力和机械压力下，润滑剂通常具有差的流变特征。

因此，需要一种食品级润滑剂，其具有优良的水解稳定性、抗腐蚀和抗磨损性能，并且在抗氧化、流动点、粘性指数、粘性幅度形成能力以及在热压力和机械压力下粘性稳定性能方面有实质性的改善。

发明的简要说明

本发明一方面是扩充用于改善食品级润滑剂性能的添加剂的品种和范围。目前，申请人已经发现如果在食品级润滑剂组合物中加入聚α烯烃，该组合物会具有增强的抗氧化性、流动点以及粘性。该食品级润滑剂特别用于食品工业设备的液压油、循环油、滴油(drip oil)、通用油、润滑油、电缆油、链条油、锭子油、齿轮油和压缩机油。

进一步，本发明组合物已经表现出具有改善的生物降解能力，因而也是环保的。令人吃惊的是，某些组合物中聚α烯烃的含量可以超过70％，并通过了生物降解检测方法ASTM D-5864Pw1。

本发明的另一方面涉及一种食品级润滑剂，其包含：a)至少一种植物油，其选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物；b)至少一种聚α烯烃；以及c)至少一种抗氧化剂；d)可选择的，至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油以及其混合物，其中混合物成分具有美国农业部所要求的H1级别许可。可以理解的是，在大多数情况下，H-1等级最终涉及美国以外大多数国家的相似等级。

本发明的另一方面涉及一种制备食品级润滑剂组合物的方法，其包括步骤：1)提供至少一种植物油，其选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物；2)提供至少一种聚α烯烃；以及3)提供至少一种抗氧化剂；4)可选择的，提供至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油以及其混合物；5)将1)、2)、3)和4)的物质进行混合以形成组合物。

本发明另一方面涉及一种提高食品工业所使用设备的润滑性能的方法，其包括步骤：

1)提供至少一种食品级润滑剂组合物，其包括：

至少一种植物油，选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物；

a)至少一种聚α烯烃；以及

c)至少一种抗氧化剂；

d)可选择的，至少一种食品级油，选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油及其混合物。

2)将有效量的组合物加入到设备中。

根据本发明的一个方面，润滑剂组合物包括至少一种三酸甘油酯油、至少一种聚α烯烃以及至少一种抗氧化剂。

根据本发明的一个方面，至少一种三酸甘油酯油选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物，该组合物还包括至少一种食品级油，选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油及其混合物。

根据本发明的一个方面，植物油选自葵花油、芥花籽油、豆油、蓖麻油、高油酸葵花油、高油酸芥花籽油、高油酸豆油及其混合物。

根据本发明的一个方面，植物油的比例范围为大约10％重量～大约90％重量。在本发明的另一个实施方式中，植物油大于大约10％重量、小于大约90％重量，或者任意下面所列的百分数：10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、86、88、89以及90。

根据本发明的一个方面，植物油的比例范围为大约30％重量～大约70％重量。在本发明的另一个实施方式中，植物油大于大约30％重量、小于大约70％重量。

根据本发明的一个方面，植物油的比例范围为大约40％重量～大约60％重量。在本发明的另一个实施方式中，植物油大于大约40％重量、小于大约60％重量。

根据本发明的一个方面，聚α烯烃选自PAO2、PAO4、PAO6、PAO8、PAO9、PAO10、PAO40、PAO100及其混合物。

根据本发明的一个方面，聚α烯烃的比例范围为大约10％重量～大约90％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约10％重量、小于大约90％重量，或者任意下面所列的百分数：10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、86、88、89以及90。

根据本发明的一个方面，聚α烯烃的比例范围为大约30％重量～大约70％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约30％重量、小于大约70％重量。

根据本发明的一个方面，聚α烯烃的比例范围为大约40％重量～大约60％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约40％重量、小于大约60％重量。

根据本发明的一个方面，抗氧化剂选自丁基羟基甲苯、苯基-α-萘胺及其混合物。

根据本发明的一个方面，抗氧化剂的比例范围为大约0.01％重量～大约5.0％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约0.01％重量、小于大约5.0％重量，或者在0.01～5.0之间以0.01递增的任何百分数(也就是0.01、0.02、0.03和0.04等)。

根据本发明的一个方面，抗氧化剂的比例范围为大约0.25％重量～大约1.5％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约0.25％重量、小于大约1.5％重量。

根据本发明的一个方面，抗氧化剂的比例范围为大约0.5％重量～大约1.0％重量。在本发明的另一个实施方式中，聚α烯烃大于大约0.5％重量、小于大约1.0％重量。

根据本发明的一个方面，组合物具有大于大约200分钟的旋转照射氧化试验(RBOT)值。

根据本发明的一个方面，组合物还含有至少一种添加剂，选自抗磨损抑制剂、生锈/腐蚀抑制剂、流动点抑制剂、粘性增强剂、增粘剂、金属失活剂、耐高压(EP)添加剂、摩擦改性剂、泡沫抑制剂、乳化剂以及去乳化剂。

根据本发明的一个方面，三酸甘油酯油具有下面的化学式：

其中R¹、R²和R³是含有大约7～大约23个碳原子的脂肪族烃基。在本发明的另一个实施方式中，脂肪族烃基含有7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或者23个碳原子。

根据本发明的一个方面，三酸甘油酯的单不饱和值为至少60％。

根据本发明的一个方面，三酸甘油酯的单不饱和值为至少70％。在本发明的另一个实施方式中，三酸甘油酯的单不饱和值为大约60％～大约70％之间。

根据本发明的一个方面，三酸甘油酯的单不饱和值为至少80％。在本发明的另一个实施方式中，三酸甘油酯的单不饱和值为大约60％～大约80％之间。在本发明的另一个实施方式中，三酸甘油酯的单不饱和值为大约70％～大约80％之间。

根据本发明的一个方面，一种食品级润滑剂油组合物的制备方法包括提供至少一种三酸甘油酯油，提供至少一种聚α烯烃；提供至少一种抗氧化剂；以及将油、烯烃和抗氧化剂混合以形成组合物。

根据本发明的一个方面，三酸甘油酯油选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物，该方法还包括提供至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油及其混合物。

根据本发明的一个方面，植物油的比例范围为大约10％重量～大约90％重量。

根据本发明的一个方面，聚α烯烃的比例范围为大约10％重量～大约90％重量。

根据本发明的一个方面，抗氧化剂的比例范围为大约0.01％重量～大约5.0％重量。

根据本发明的一个方面，组合物可以用作液压油、循环油、滴油(drip oil)、通用油、润滑油、电缆油、链条油、锭子油、齿轮油和压缩机油。

根据本发明的一个方面，对食品工业机械设备进行润滑的方法，该方法包括使用一种组合物对设备进行润滑，该组合物包括：至少一种植物油，其选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物，至少一种聚α烯烃，至少一种抗氧化剂。

根据本发明的一个方面，其中组合物还包含至少一种食品级油，选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油以及其混合物。

根据本发明的一个方面，遗传修饰油的油酸部分与亚油酸部分的比值在大约2～大约90之间。在本发明的另一个实施方式中，比值为大于大约2、小于大约90，或者任何下面的数值：2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、86、88、89以及90。

根据下面详细描述所说明的本发明优选实施方式，本发明的其他方面、目的、特征和优点对于本领域的普通技术人员是明显的。

发明的详细描述

提供下面的术语表，以辅助理解在这里使用的特定术语。术语表中所提供的定义只是为了说明的目的而不是限制本发明的范围。

(A)三酸甘油酯油

本发明中，原油(base oil)是具有下面化学式的合成三酸甘油酯或者天然油

其中R¹、R²和R³是含有大约7～大约23个碳原子的脂肪族烃基。这里所使用的术语“烃基”表示一种自由基，其具有与分子的残余部分直接相连的碳原子。脂肪族烃基包括下列：

(1)脂肪族烃基，也就是：烷基，例如庚基、壬基、十一碳烷基、十三碳烷基和十七碳烷基；含有一个双键的链烯基，例如庚烯基、壬烯基、十一碳烯基、十三碳烯基、十七碳烯基和二十一碳烯基；含有两个或者三个双键的链烯基，例如8，11-十七碳二烯基和8，11，14-十七碳三烯基。同时也包括所有它们的异构体，但是优选直链基团。

(2)被取代的脂肪族烃基，是含有非烃取代基的基团，该非烃取代基在本发明中不影响基团主要的烃类性质。本领域技术人员清楚的了解适当的取代基。举例是羟基、烷酯基(特别是较低的烷酯基)、烷氧基(特别是较低的烷氧基)，其中术语“较低的”是指基团含有不超过7个碳原子。

(3)杂基团，在本发明中是指在具有主要的脂肪族烃性质的情况下，在由脂肪族碳原子构成的链或者环中含有非碳的原子。本领域技术人员清楚适当的杂原子，例如包括氧、氮和硫。

适合本发明的三酸甘油酯油是植物油和被修饰的植物油。三酸甘油酯植物油是天然形成的油。“天然形成”的意思是得到油的种子没有进行任何遗传改变。进一步，“天然形成”的意思是得到的油没有进行氢化作用或者进行任何改变双不饱和或三不饱和特征的化学处理。本发明所使用的天然形成的植物油包括豆油、油菜籽油、葵花油、椰子油、雷斯克勒油(lesquerella oil)、芥花籽油、花生油、谷物油、棉籽油、棕榈油、椰子油、红花油、白芒花油或者蓖麻油中的至少一种。

三酸甘油酯油也可以是修饰的植物油。三酸甘油酯油经过化学改性或者遗传修饰。对天然三酸甘油酯油进行氢化是最初的化学改性。天然形成的三酸甘油酯油具有变化的脂肪酸分布。天然形成的葵花油的脂肪酸分布为：

棕榈酸 70％；

硬脂酸 4.5％；

油酸 18.7％；

亚油酸 67.5％；

亚麻酸 0.8％；

其它酸 1.5％。

通过氢化对葵花油进行化学改性的意思是使氢气与所分布的不饱和脂肪酸进行反应，例如油酸、亚油酸和亚麻酸。其目的不是去除所有的不饱和度。而且。而且，其目的也不是氢化使得油酸分布降低成硬脂酸分布。通过氢化进行化学改性的目的是控制亚油酸分布，并降低或者转换其实质部分为油酸分布。天然形成的葵花油的亚油酸的分布为67.5％。通过氢化进行化学改性的目的是将亚油酸降至大约25％。这意味着油酸从18.7％升高为大约61％(原来18.7％的油酸分布加上从亚油酸生成的42.5％的油酸)。

氢化是植物油与氢气在有催化剂的情况下进行的反应。最常用的催化剂是镍催化剂。这种处理的结果是在油中加入了氢，从而降低亚油酸和亚麻酸的分布。只有不饱和脂肪酸参与了氢化反应。在氢化过程中，也会发生其它的反应，例如双键转移到新的位置，同时从顺式形态扭转为高熔点的反式形态。

表I表示了所选天然形成的植物油中油酸(18∶1)、亚油酸(18∶2)和亚麻酸(18∶3)的分布。通过氢化作用，将三酸甘油酯的亚油酸分布的实质部分进行化学改性，提高油酸分布到60％以上。

表I

油	18∶1	18∶2	18∶3
油	18∶1	18∶2	18∶3	谷物油	25.4	59.6	1.2
棉籽油	18.6	54.4	0.7	谷物油	25.4	59.6	1.2
棉籽油	18.6	54.4	0.7	花生油	46.7	32.0	--
红花油	12.0	77.7	0.4	花生油	46.7	32.0	--
红花油	12.0	77.7	0.4	豆油	23.2	53.7	7.6
葵花油	18.7	67.5	0.8	豆油	23.2	53.7	7.6

遗传修饰发生在种子的储藏中。所收获的谷物含有三酸甘油酯油，其被提取后，具有非常高的油酸分布和非常低的亚油酸分布。参考前面的表I，天然形成的葵花油的油酸分布为18.7％。遗传修饰的葵花油具有81.3％的油酸分布和9.0％的亚油酸分布。可以通过对表I中的各种植物油进行遗传修饰以得到超过90％的油酸分布。化学改性的植物油包括选自化学改性的谷物油、化学改性的棉籽油、化学改性的花生油、化学改性的棕榈油、化学改性的椰子油、化学改性的蓖麻油、化学改性的芥花籽油、化学改性的油菜籽油、化学改性的红花油、化学改性的豆油以及化学改性的葵花油中的至少一种。

在一个优选的实施方式中，脂肪族烃基R¹、R²和R³需要保证三酸甘油酯具有至少60％的单不饱和值，优选至少70％，更优选至少80％。在本发明中使用的三酸甘油酯是以植物油为例，其被遗传修饰使得其含有高于普通的油酸含量。普通葵花油含有25～30％的油酸。通过对葵花籽进行遗传修饰，可以得到油酸含量为大约60％～大约90％的葵花油。也就是说，R¹、R²和R³基团为十七碳烯基，那么连接到1，2，3-丙三醇CH₂CHCH₂上的R¹COO-、R²COO-和R³COO-成为油酸分子的残基。在这里引入美国专利No.4,627,192和No.4,743,402，参考它们所公开的高油酸葵花油的制备。

例如，只含有油酸部分的三酸甘油酯油的油酸含量为100％，单不饱和程度为100％。如果三酸甘油酯由70％油酸、10％硬脂酸、13％棕榈酸和7％亚油酸的酸部分组成，单不饱和程度为70％。优选的三酸甘油酯油是高油酸，也就是遗传修饰的植物油(至少60％)的三酸甘油酯油。本发明中所采用的典型的高油酸植物油是高油酸红花油、高油酸芥花籽油、高油酸花生油、高油酸谷物油、高油酸油菜籽油、高油酸葵花油、高油酸棉籽油、高油酸雷斯克勒油(lesquerella oil)、高油酸棕榈油、高油酸蓖麻油、高油酸白芒花油和高油酸豆油。芥花籽油是含有低于1％的芥酸的油菜籽油。优选的高油酸植物油是从向日葵属(Helianthus sp.)得到的高油酸葵花油。这种产品可以从ACHumko，Cordova，TN，38018获得，就是TriSun^TM高油酸葵花油。TriSun80是酸部分含有80％油酸的高油酸三酸甘油酯。TriSun90是酸部分含有90％油酸的高油酸三酸甘油酯。另一个优选的高油酸植物油是从油菜籽(Brassicacampestris)或者欧洲油菜(Brassica napus)得到的高油酸芥花籽油，其也可以从AC Humko获得，就是RS高油酸油。RS80油表示酸部分含有80％油酸的芥花籽油。

进一步需要注意的是，遗传修饰的植物油具有高油酸含量是以双和三不饱和酸含量为代价。普通的葵花油含有20～40％的油酸部分，50～70％的亚油酸部分。这达到了90％的单和双不饱和酸部分的含量(20+70)或者(40+50)。遗传修饰的植物油产生了低的双或三不饱和部分的植物油。本发明遗传修饰的植物油中油酸部分与亚油酸的比值为大约2～大约90。三酸甘油酯油的60％油酸部分与30％亚油酸部分的比值为2。由80％油酸部分和10％亚油酸部分组成的三酸甘油酯油的比值为8。由90％油酸部分和1％亚油酸部分组成的三酸甘油酯油的比值为90。普通葵花油的比值为0.5(30％油酸部分和60％亚油酸部分)。

组合物中植物油的含量在大约10％～大约90％的范围内。优选的是大约30％～大约70％。最优选的是大约40％～大约60％。不希望植物油含量超过90％，因为会降低氧化和流动点的稳定性。

这里所描述的术语“润滑油”是在液体(原油)中相对于增稠剂固体分布的半液态。其由大约70％～90％的原油和添加剂(本发明中所描述的)的混合物组成，残余物质为增稠剂。最常用的增稠剂包括：一系列金属皂，包括钙、钠、锂和铝(具有高温合成的能力)，一些无机物质，诸如皂土和硅胶，以及类似聚脲的合成增稠剂。

本发明食品级润滑剂组合物包含至少一种聚α烯烃(PAO)。聚α烯烃是通过将两个或者多个癸烯分子结合为一个寡聚物或者短链多聚物而形成的。PAO是全部烃结构的，它们不含有硫、磷或者金属。由于其不含有蜡，因此，它们具有低流动点，通常为-40℃以下。粘性等级在2～100cSt的范围内，粘性指数的最低值也超过了140。PAO具有良好的热稳定性，但它们需要抗氧化添加剂来防止氧化。工业上已知，PAO具有有限的溶解某些添加剂的能力并且倾向于使封口收缩。本发明中已经发现，可以通过在配方中加入植物油来克服这两个问题。本发明中包括了前面所提到的各种粘性等级的PAO，其是FDA根据21CFR 198.3570USDA H-1能够与食品偶尔接触的润滑剂(泄漏入食品中不超过10ppm)所批准的。按照该批准，将可食用的植物原油掺入配方中会限制PAO的使用，通过稀释提供更安全的产品。其它有用的聚α烯烃在美国专利No.6,534,454中有描述，在这里作为参考文献加以引用。组合物中含有的聚α烯烃在约10％到约90％的范围。优选为从约30％到约70％。最优选为从约40％到约60％。不希望聚α烯烃的含量超过90％，因为这样会降低生物降解能力和兼容性。

抗氧化剂

本发明的食品级润滑剂组合物含有至少一种抗氧化剂。适当的实施例是FDA所批准的食品等级，其包括丁基羟基甲苯(BHT)、苯基-α-萘胺(PANA)、辛基/丁基二苯胺、高分子量苯酚抗氧化剂、位阻双苯酚抗氧化剂、二α-维生素E以及二叔丁基苯。最优选的抗氧化剂是PANA和BHT。其它有用的抗氧化剂在美国专利No.6,534,454中有描述，这里作为参考文献加以引用。组合物中抗氧化剂的含量为大约0.01％～大约5.0％。优选大约0.25％～大约1.5％。最优选大约0.5％～大约1.0％。

进一步，组合物还可以包含通常在食品级润滑剂中使用的任何成分/添加剂，包括抗磨损抑制剂、生锈/腐蚀抑制剂、流动点抑制剂、粘性增强剂、增粘剂、金属失活剂、耐高压(EP)添加剂、摩擦改性剂、泡沫抑制剂、乳化剂以及去乳化剂。

本发明中优选的添加剂包括：

抗磨损抑制剂、耐高压(EP)添加剂以及摩擦改性剂

为了防止金属表面的磨损，本发明使用了抗磨损抑制剂/耐高压(EP)添加剂和摩擦改性剂。各种商店和工厂都会提供抗磨损抑制剂、EP添加剂以及摩擦改性剂。这些添加剂中某些能够达到不止一项目的，只要是食品级的，就可以在本发明中使用。具有提供抗磨损、耐高压(EP)、减少摩擦和抑制腐蚀的产品是下面的化学式所表示的亚磷酸胺盐：

其中R⁹和R¹⁰独立地是含有大约1～大约24个碳原子的脂肪族基团，R²²和R²³独立地是氢或者含有大约1～大约18个脂肪族碳原子的脂肪族基团，m和n的和等于3，X是氧或者硫。在一个实施方式中，R⁹含有大约8～大约18个碳原子，R¹⁰是

其中R¹¹是含有大约6～大约12个碳原子的脂肪基团，R²²和R²³是氢，m等于2，n等于1，X是氧。这种亚磷酸胺盐的一个实施例是Irgalube^349，其可以从Ciba-Geigy购得。

另一个食品级抗磨损抑制剂/EP抑制剂/摩擦改性剂是下面化学式所表示的亚磷酸化合物：

其中R¹⁹、R²⁰和R²¹独立地是氢、包含大约1个～大约12个碳原子的脂肪族基团或烷氧基、或者芳基或芳氧基，其中芳基是苯基或萘基，并且芳氧基是苯氧基或萘氧基，以及X是氧或者硫。这种亚磷酸化合物的一个实施例是三苯基硫代磷酸盐(TPPT)，其可以从Ciba-Geigy购得，商品名为Irgalube^349TPPT。

抗磨损抑制剂、耐高压(EP)添加剂以及摩擦改性剂在润滑剂组合物中的含量通常为大约0.1～4％重量，其可以单独使用，也可以结合使用。

腐蚀抑制剂

为了防止金属表面发生腐蚀，本发明使用了腐蚀抑制剂。各种商店和工厂都会提供腐蚀抑制剂。任何腐蚀抑制剂只要根据合理的化学判断是食品级的，就可以在本发明中使用。

通常，腐蚀抑制剂在润滑剂组合物中的含量为大约0.01％～大约4％。

在一个实施例中，腐蚀抑制剂包括腐蚀抑制添加剂和金属失活剂。腐蚀抑制剂和金属失活剂是食品级并符合FDA规定。一种添加剂是肌氨酸N-酰基衍生物，其化学式是：

其中R⁸是含有大约1个到大约24个碳原子的脂肪族基团。优选R⁸含有6～24个碳原子，最优选是12～18个碳原子。肌氨酸N-酰基衍生物添加剂的一个实施例是N-甲基-N(1-氧-9-十八碳烯基)甘氨酸，其中R⁸是十七碳烯基。可以从Ciba-Geigy购得这种衍生物，其商品名为SarkosylO。

另一种添加剂是下面的化学式所表示的咪唑啉：

其中，R¹⁷是含有大约1个到大约24个碳原子的脂肪族基团，R¹⁸是含有大约1个到大约24个碳原子的亚烃基。优选R¹⁷是含有12个到18个碳原子的亚烃基。优选R¹⁸含有1个到4个碳原子，最优选R¹⁸是乙烯基。这种咪唑啉的一个实施例具有下面的化学式：

可以从Ciba-Geigy购得，其商品名为Amine O。

通常，腐蚀添加剂在润滑剂组合物中的含量为大约0.01％重量～大约4％重量。如果添加剂为肌氨酸N-酰基衍生物的话，优选其含量为大约0.1～大约1％重量。如果添加剂为咪唑啉，优选是润滑剂组合物的大约0.05％～大约2％重量。润滑剂中含有一种以上腐蚀添加剂。例如，润滑剂同时包含肌氨酸N-酰基衍生物和咪唑啉。

金属失活剂：

一种金属失活剂是三唑或者被取代的三唑。例如，本发明中可以使用甲苯三唑(toly-triazole)或者妥卢三唑(tolu-triazole)。而优选的三唑是从Ciba-Geigy购得的食品级妥卢三唑，其商品名是Irgamet 39。

通常，金属失活剂是润滑剂组合物的大约0.05％重量～大约0.3％重量。如果金属失活剂是Irgamet 39，优选其是润滑剂组合物的大约0.05～大约0.2％重量。

粘性改性剂、增稠剂和增粘剂

可选择的是，润滑剂可以进一步含有添加剂，其选自粘性改性剂，包含但不限于乙烯乙酸乙烯共聚物、聚丁烯、聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、烯烃共聚物、苯乙烯马来酸酐酯共聚物、氢化苯乙烯-二烯烃共聚物、氢化放射状聚异戊二烯、烷基化聚苯乙烯、气相氧化硅、复合酯，以及食品级增稠剂，例如溶解在食品级油中的天然橡胶。

加入食品级粘性改性剂、增稠剂和/或增粘剂可以提供粘着力，并提高润滑剂的粘性和粘性指数。某些应用和环境条件需要附加的粘性表面膜以保护设备免受腐蚀和磨损。在该实施方式中，粘性改性剂、增稠剂/增粘剂是润滑剂的大约1％重量～大约20％重量。然而粘性改性剂、增稠剂/增粘剂是润滑剂的大约0.5％重量～大约30％重量。本发明中食品级材料的一个实施例是一种功能V-584的天然橡胶粘性改性剂/增粘剂，其可以从Functional Products，Inc.，Macedonia，Ohio获得。另一个实施例是复合酯CG 5000，其是可以从InolexChemical Co.Philadelphia，PA获得的多功能产品、粘性改性剂、流动点抑制剂和摩擦改性剂。

其它油

也可以在组合物中加入其它的食品级油，其范围是大约0.1％重量～大约30％重量。这些食品级油包括合成酯、白石油(如美国专利No.6,534,454所述)和氢化裂解石油(工业上已知为“石油组II或者组III”)。

本发明所述的润滑剂表现出具有改善的生物降解能力。令人吃惊的是，聚α烯烃的含量超过70％的某些组合物，通过了生物降解检测方法ASTMD-5864Pwl的检测。

尽管本发明的组合物是特别用于作为食品工业的润滑剂，但其不限于需要直接食品接触的应用。例如，特殊性能的组合使得所发明的润滑剂能够应用于各种需要连续或者有效降低摩擦的场合。实施例可以包括机油、液压油、润滑油等。

可以使用包括下面步骤的方法来制备食品级润滑剂组合物：

A)提供至少一种植物油，其选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物；

B)提供至少一种聚α烯烃；以及

C)提供至少一种抗氧化剂；

D)可选择的，提供至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油以及其混合物；

E)将A)、B)、C)和D)的物质进行混合以形成组合物。

上述的食品级润滑剂组合物可以用于所有类型的食品加工设备。

本发明的食品级组合物与食品工业所使用的类似的润滑油相比表现出显著增强的特征。

所有提到的专利和出版物这里作为参考文献加以引用。提供下面的特殊实施例以更好地辅助读者从各个方面实施本发明。由于这些特殊的实施例只是用于说明而不能认为是对本发明的限制。

检测方法

使用下面的检测方法来衡量本发明食品级润滑剂的特征：

40℃下的粘性 ASTM D-445 31.92cSt

100℃下的粘性 ASTM D-445 7.0cSt

粘性指数 ASTM D-2270 193

4球磨损 ASTM D-4172 .34mm

摩擦系数.08

生锈 ASTM D-665

A-蒸馏水通过-清洁

B-蒸馏水通过-清洁

氧化 ASTM D-2272 244分钟

铜腐蚀 ASTM D-130 1B

去乳化 ASTM D-1401 40-40-0(10分钟)

流动点 ASTM D-97 -21℃

生物降解 ASTM D-5864 最终PW1平均为68％

实施例

配方1：生物-食品级AW ISO 46

液压油

成分％重量

高油酸(HO)菜籽油 49.3

PAO 8 47.0

Sarkosyl 0 .1

Irgalube 349 .5

Irgamet 39 .1

PAO 40 2.0

PANA .5

BHT .5

40℃下的粘性 41.82

粘性指数 176

100℃下的粘性 8.23

配方2：生物-食品级R&O ISO 68

循环油

成分％重量

高油酸菜籽油 73.3

PAO40 25.5

PANA .5

BHT .5

Sarkosyl 0 .1

Irgamet 39 .1

40℃下的粘性 65.19

100℃下的粘性 12.70

粘性指数 198

配方3：生物-食品级AW ISO 32

液压油

成分％重量

高油酸葵花油 50.5

Indopl H1500 2.8

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

BHT .5

PAO4 45.0

Irgalube 349 .5

Irgamet 39 .1

40℃下的粘性 32.09

100℃下的粘性 6.99

粘性指数 188

配方4：生物-食品级AW ISO 22

液压油

成分％重量

高油酸菜籽油 38.3

PAO4 60.0

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

BHT .5

Irgalube 349 .5

Irgamet 39 .1

40℃下的粘性 22.52

100℃下的粘性 5.29

粘性指数 181

配方5：生物-食品级AW ISO 10

锭子油

成分％重量

高油酸菜籽油 34.3

PAO2 64.0

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

BHT .5

Irgalube 349 .5

Irgamet 39 .1

40℃下的粘性 10.13

100℃下的粘性 3.01

粘性指数 167

配方6：生物-食品级AW ISO 100

锭子流体

成分％重量

高油酸菜籽油 56.80

PAO40 41.50

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

BHT .5

Irgamet 39 .1

Irgalube 349 .5

40℃下的粘性 99.97

100℃下的粘性 16.44

粘性指数 178

配方7：.生物-食品级EP ISO 220

齿轮油

成分％重量

高油酸葵花油 49.90

PAO 100 47.90

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

Irgamet 39 .1

Irgalube 349 1.0

BHT .5

40℃下的粘性 206.18

100℃下的粘性 28.63

粘性指数 178

配方8：生物-食品级EP ISO 320

齿轮油

成分％重量

高油酸葵花油 45.90

PAO 100 31.90

Sarkosyl 0 .1

CG 5000 20.0

Irgamet 39 .1

Irgalube 349 1.0

PANA .5

BHT .5

40℃下的粘性 312.31

100℃下的粘性 43.39

粘性指数 197

配方9：生物-食品级EP ISO 460

齿轮油

成分％重量

高油酸葵花油 40.30

PAO 100 35.50

Func V422 2.0

CG 5000 20.0

Irgamet 39 .1

Irgalube 349 1.0

Sarkosyl 0 .1

PANA .5

BHT .5

40℃下的粘性 422.23

100℃下的粘性 54.56

粘性指数 197

上面的配方是作为本发明实施方式的具体实施例，并不以任何方式对本发明进行限制。例如，配方3中，高油酸葵花油可以减少，PAO4的量可以增加最多到大约60％，Indopl H1500(聚异丁烯)的量可以增加。配方5中，PAO2的量可以增加至大约70％，相应减少高油酸菜籽油。

下面是本发明实施方式的配制过程的一个实施例。将227.25g(50.5％重量)的Trisun 90(粘性为39.79cSt)与202.50g(45％重量)PAO4(粘性为16.90cSt)在130°F下混合。接着将Trisun 90与PAO4的混合物与12.60g(2.80％重量)Indopl H1500(粘性为100000.00cSt)在135°下混合。接着将Trisun 90、PAO4和Indopl H1500的混合物与2.25g(0.50％重量)Irgalube 349(粘性为1.10cSt)、0.45g(0.10％重量)Sarkosyl O和0.45g(0.10％重量)Irgamet 39在130°F下进行混合。接着将2.25g(0.50％重量)BHT(粘性为1.10cSt)与2.25g(0.50％重量)PANA(粘性为1.10cSt)在140°F下混合，然后将BHT和PANA的混合物与Trisun 90、PAO4、Indopl H1500、Irgalube 349、SarkosylO和Irgamet 39的混合物在140°F下混合。该配方在40℃时粘性为31.92cSt，100℃时粘性为7.0cSt，粘性指数为193。

另一个实施例如下：将1691.7g(50.5％重量)的Trisun 90(粘性为39.79cSt)与1507.51g(45％重量)PAO 4(粘性为16.90cSt)在130°F下混合。接着将Trisun 90和PAO4的混合物与93.80g(2.80％重量)Indopl H1500(粘性为100000.00cSt)在135°F下混合。接着将Trisun 90、PAO4和Indopl H1500的混合物与16.75g(0.50％重量)Irgalube 349(粘性为1.10cSt)、3.35g(0.10％重量)Sarkosyl O和3.35g(0.10％重量)Irgamet 39在130°F下进行混合。接着将16.75g(0.50％重量)BHT(粘性为1.10cSt)与16.75g(0.50％重量)PANA(粘性为1.10cSt)在160°F下进行混合，接着将BHT和PANA的混合物与Trisun 90、PAO4、Indopl H1500、Irgalube 349、Sarkosyl O以及Irgamet 39的混合物在140°F下混合。该配方在40℃时粘性为31.60cSt。上述测试结果表现出超过现有的组合物改良的结果。

除了操作实施方式以外，或者除非有特殊说明，所有说明书和权利要求书中表示成分数量以及反应条件等数值应该认为在一切情况下都已可以加上“大约”来修饰。因此，除非有特殊说明，在说明书和权利要求书中所列举的数值参数是约数，其取决于本发明所期望获得的性质来变化。至少，不能用于限制权利要求书的等价应用，每个数值参数至少应该根据在所记载的有效数字和通过常用的回归技术(rounding techniques)来确定范围。

尽管设定本发明范围的数值范围和参数是近似的，但在特定实施例中的数值是尽可能精确的。然而，任何数值都会具有某些误差，其来自于不同检测方法的标准偏差。

描述上述实施例主要用于示例目的，而不是为了限制发明实施方式的范围。本发明通过权利要求书而得到进一步说明。

Claims

1.一种润滑剂组合物，其包括：

a)至少一种三酸甘油酯油；

b)至少一种聚α烯烃；以及

c)至少一种抗氧化剂。

2.权利要求1中的组合物，其中至少一种三酸甘油酯油选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物，该组合物还含有至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油及其混合物。

3.权利要求2中的组合物，其中植物油选自葵花油、芥花籽油、豆油、蓖麻油、高油酸葵花油、高油酸芥花籽油、高油酸豆油及其混合物。

4.权利要求2中的组合物，其中植物油为大约10％重量～大约90％重量。

5.权利要求4中的组合物，其中植物油为大约30％重量～大约70％重量。

6.权利要求5中的组合物，其中植物油为大约40％重量～大约60％重量。

7.权利要求1中的组合物，其中聚α烯烃选自PAO2、PAO4、PAO6、PAO8、PAO9、PAO10、PAO40、PAO100及其混合物。

8.权利要求1中的组合物，其中聚α烯烃为大约10％重量～大约90％重量。

9.权利要求8中的组合物，其中聚α烯烃为大约30％重量～大约70％重量。

10.权利要求9中的组合物，其中聚α烯烃为大约40％重量～大约60％重量。

11.权利要求1中的组合物，其中抗氧化剂选自丁基羟基甲苯、苯基-α-萘胺及其混合物。

12.权利要求1中的组合物，其中抗氧化剂为大约0.01％重量～大约5.0％重量。

13.权利要求12中的组合物，其中抗氧化剂为大约0.25％重量～大约1.5％重量。

14.权利要求13中的组合物，其中抗氧化剂为大约0.5％重量～大约1.0％重量。

15.权利要求1中的组合物，其具有大于大约200分钟的旋转照射氧化试验值。

16.权利要求2中的组合物，其中该组合物还含有至少一种添加剂，其选自抗磨损抑制剂、生锈/腐蚀抑制剂、流动点抑制剂、粘性增强剂、增粘剂、金属失活剂、耐高压(EP)添加剂、摩擦改性剂、泡沫抑制剂、乳化剂以及去乳化剂。

17.权利要求2中的组合物，其中遗传修饰油的油酸部分与亚油酸部分的比值在大约2～大约90之间。

18.权利要求1中的组合物，其中三酸甘油酯油具有通式：

其中R¹、R²和R³是含有大约7～大约23个碳原子的脂肪族烃基。

19.权利要求18中的组合物，其中三酸甘油酯的单体不饱和值为至少60％。

20.权利要求19中的组合物，其中三酸甘油酯的单不饱和值为至少70％。

21.权利要求20中的组合物，其中三酸甘油酯的单不饱和值为至少80％。

22.一种食品级润滑剂组合物的制备方法，其包括下列步骤：

a)提供至少一种三酸甘油酯油；

b)提供至少一种聚α烯烃；

c)提供至少一种抗氧化剂；以及

d)将油、烯烃和抗氧化剂混合以形成组合物。

23.权利要求21中的方法，其中三酸甘油酯油选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物，该方法还进一步包括步骤：

e)提供至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油及其混合物。

24.权利要求22中的方法，其中植物油选自葵花油、芥花籽油、豆油、蓖麻油、高油酸葵花油、高油酸芥花籽油、高油酸豆油及其混合物。

25.权利要求21中的方法，其中聚α烯烃选自PAO2、PAO4、PAO6、PAO8、PAO9、PAO10、PAO40、PAO100及其混合物。

26.权利要求21中的方法，其中抗氧化剂选自丁基羟基甲苯、苯基-α-萘胺及其混合物。

27.权利要求21中的方法，其中植物油为大约10％重量～大约90％重量。

28.权利要求21中的方法，其中聚α烯烃为大约10％重量～大约90％重量。

29.权利要求21中的方法，其中抗氧化剂为大约0.01％重量～大约5.0％重量。

30.权利要求21中的组合物，其中该组合物可以被用作液压油、循环油、滴油、通用油、润滑油、电缆油、链条油、锭子油、齿轮油和压缩机油。

31.一种食品工业机械设备的润滑方法，其包括下列步骤：

使用一种组合物对设备进行润滑，该组合物包括：

至少一种植物油，其选自天然植物油、合成植物油、遗传修饰的植物油及其混合物；

至少一种聚α烯烃；以及

至少一种抗氧化剂。

32.权利要求30中的方法，其中该组合物还含有至少一种食品级油，其选自合成酯、白石油、氢化裂解的石油以及其混合物。