專利名稱：用于生產(chǎn)穩(wěn)定的含硼溶液的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)具有潤滑特性的溶液的方法。本發(fā)明具體涉及用于生產(chǎn)具有潤滑特性的溶液的方法，所述溶液含有硼并且優(yōu)選預期用作燃料或潤滑劑的添加劑。本發(fā)明更具體地涉及生產(chǎn)溶解的硼的穩(wěn)定濃縮物，當用于例如機器或發(fā)動機時，所述濃縮物導致增強的潤滑和減小的摩擦、降低的腐蝕風險和減少的磨損。本發(fā)明還包括根據(jù)所述方法生產(chǎn)的硼溶液以及這種硼溶液的用途。
背景技術：
各種類型的潤滑劑尤其用于使用機器部件或發(fā)動機部件的任何地方。潤滑劑性能越佳，則運轉機器所消耗的能量就越小，并且組成部件的磨損量越小。多年來，已經(jīng)認識到堿性物質硼具有非常好的減摩特性。經(jīng)驗測試顯示，通過將硼摻入潤滑劑和燃料中，可以帶來顯著的燃料節(jié)約，尤其是如果硼物質的粒度為0. 5-100納米的范圍內時。有利的潤滑作用歸因于硼的如下能力與金屬形成復雜的配位鍵，由此形成多維板，在所述多維板之間范德華力弱，因此所述板容易相對于彼此滑動。硼物質形成自修復體系，原因是與金屬形成的新鍵持續(xù)代替磨損掉的材料。此外，硼酸根離子由于它們的電負性而構成抵消或預防腐蝕的高效還原劑。已進行了許多嘗試來將硼溶解在各種液體和潤滑劑中。一直以來的問題是生產(chǎn)水基硼溶液，其中具有期望粒度和濃度的硼物質完全溶解在液體中并隨時間保持溶解，使得硼物質不沉淀，并且不使液體渾濁或沉降在容置液體/溶液的容器底上。因此，通過添加硼物質/化合物來將硼摻入燃料或潤滑劑中是現(xiàn)有技術。多種方法也已被授予專利權。例如，US6368369(先進潤滑技術)描述一種用于將硼酸與例如發(fā)動機燃料混合以實現(xiàn)減摩特性的方法。該方法涉及將硼酸與基礎油混合，并努力確保硼的粒度為0. 5至20 微米，這例如通過所謂的噴射研磨來實現(xiàn)。US6783561 (Foley和Lardner)尤其提到一種將硼以30_3000ppm的濃度添加到燃料或潤滑劑并使硼以“已知方式”與燃料或潤滑劑混合的方法。關于如何實現(xiàn)實際混合并無進一步說明。SE524898 (Eagle Water Ltd)描述了一種用于生產(chǎn)作為預期用于與液體如液體燃料混合的濃縮物形式的硼溶液的方法。該方法相當于將硼化合物與溶劑混合并攪拌和/ 或搖動所得混合物，可借助于機械的細分元件并且可在提升的溫度下進行。硼含量可高達 250000ppm，但優(yōu)選在IO-IOOOppm的范圍內?；旌戏椒ㄎ丛敿毭枋觥Ｒ虼?，現(xiàn)有技術表明，硼是以“已知方式”與溶劑混合的，但未更詳細指出如何實現(xiàn)以下溶液具有完全溶解的硼物質，并且其中硼物質保持完全溶解，從而得到隨時間穩(wěn)定的溶液。例如沒有說明初始硼物質或等級或其被如何處理/摻入以完全溶解在液體中并隨時間保持穩(wěn)定地溶解。進一步的研究已發(fā)現(xiàn)，通過這些已知方法生產(chǎn)的硼溶液隨時間不會保持穩(wěn)定，這對于能夠在市場上銷售溶液來說是個重要且可能關鍵的問題。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， 溶液中的硼顆粒不會變得穩(wěn)定地溶解，而是容易團聚并隨時間逐漸沉淀，尤其導致液體變得渾濁。硼顆粒還會逐步沉降在容置溶液的容器(其可能為例如車輛的油盤)的底部上。 液體的硼含量降低大幅降低溶液的期望和預期潤滑特性，并且聚集的硼沉淀甚至可對發(fā)動機和機器造成損害。例如，如果聚集形式的沉淀硼進入例如發(fā)動機，其將在整個發(fā)動機中、 例如在活塞上、排氣閥上、泵中、過濾器中以及發(fā)動機的其它關鍵部件之上或之中形成不期望的硬質有害沉積物。因此，本領域的現(xiàn)有技術沒有指出如何解決得到在期望的粒度和濃度下不渾濁且隨時間穩(wěn)定的硼溶液的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是解決上述問題，并提出一種在發(fā)明背景中指出的得到具有期望粒度和濃度的硼溶液的方法，通過該方法，硼物質完全溶解在液體中，并且得到的硼溶液隨時間保持穩(wěn)定，并且當例如用于機器或發(fā)動機中時，在組成機械部件上導致增加的潤滑、 減少的摩擦、降低的腐蝕風險以及減少的磨損。本發(fā)明的另一目的是提出一種在制備以及獲得和使用方面簡單且便宜的方法。這些和其它目的和優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明以及根據(jù)權利要求1的特征部分中指出的特征的方法得以實現(xiàn)。因此，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)具有良好潤滑特性的硼溶液，所述硼溶液主要預期用作燃料或潤滑劑的添加物。所述方法涉及將特定等級的硼粉末與溶劑在多個步驟中并且以某種混合比例混合。混合物在至少兩個步驟中經(jīng)歷機械攪拌，所述至少兩個步驟之間添加另外的液體、溶劑，在所述攪動期間可以允許混合物的溫度升高。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點通過以下列舉的本發(fā)明更詳細的描述和附圖以及其它權利要求來說明。


以下參考附圖以多個優(yōu)選實施方案更詳細地描述本發(fā)明。圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的流程圖，所述方法步驟產(chǎn)生無渾濁且穩(wěn)定的硼溶液。圖2是圖示用于得到穩(wěn)定硼溶液的一種替代方法的另一流程圖。圖3從上方描繪用于利用硼物質處理任何期望液體的裝置。圖4描述圖3中的裝置，但是從側面觀察。
具體實施例方式因此，本發(fā)明涉及一種方法，通過該方法，將諸如硼化合物形式的硼添加到液體并細分/溶解在液體中，從而使得硼物質隨時間保持穩(wěn)定地溶解在液體中。例如，可使用諸如結晶硼酸、氧化硼、三氧化硼等的硼化合物。優(yōu)選使用粉末形式的含氧硼化合物H3BO3,其因此為藥學品質的白色結晶硼酸，即具有優(yōu)選為至少99%的純度和61. 8g/mol的分子量。一個替代方案是使用不含水的氧化硼氏03，其具有69. 6g/mol的分子量，也稱作無水硼酸。氧化硼因此是沒有水含量的硼酸并且可以與硼酸相同的方式使用。氧化硼用水(如冷凝水)自發(fā)地轉化成硼酸。
待與硼物質或硼粉末混合的液體優(yōu)選為有機和/或無機液體或氣體。這類液體的實例為煤油、石腦油、水、植物油/合成油/石油、醇。合適的氣體的實例為甲烷、氫等。液體量可以為小批量，例如約3升，但也可以是例如約1000升/批。使用/得到具有小粒度的硼顆粒是重要的。用作初始原料的硼顆粒尺寸上在從1 毫米到10微米范圍的起始范圍。還有利的是在混合期間使硼顆粒帶負靜電電荷。如果選擇醇作為溶劑，則其氫鍵將抵消硼化合物的電負性，并因此抵消后者固有的共價鍵合傾向。硼顆?？赏ㄟ^強力攪拌而帶上負靜電電荷，如借助于混合器葉片等，在該情況下葉片可優(yōu)選具有翼型輪廓、扭曲并配有小翼?；旌掀鞣椒ㄔ谠摲椒ㄖ?，硼物質與液體的混合包括兩個主要步驟，在至少一個步驟中使用混合器。混合器葉片的構造需要使得在它們的上側和下側之間存在大的壓差。它們的輪廓需要有鈍的前緣和較鋒利的后緣，并且葉片設置需要為0. 5至約3度，優(yōu)選約2度。所述設置適于達到更均勻的跨經(jīng)表面的入射角，原因是根據(jù)葉片在距離中心線多遠處遇到液體和與之混合的顆粒，葉片輪廓以不同的速率移動穿過液體。最適合的葉片具有允許層流橫越并穿過輪廓弦長的最厚部分(即，在輪廓大于弦長的20% (如從輪廓的前緣測量的)處)的輪廓。輪廓較為鋒利的末端造成液體及其顆粒以不同速率被帶到一起/混合。市場上可得的合適葉片輪廓可以是Clark Y 、NACA-6 系列或SG6042 。輪廓具有低的雷諾數(shù)并且厚度為弦長的約12%是重要的。流動的性質當然受液體的粘度影響。得到期望的最終結果所用的時間將取決于葉片構造。最細微的硼顆粒通過與液體中的其它硼顆粒的相互磨損和碰撞而獲得。這種碰撞大部分在液體/顆粒高速相遇的葉片后緣處發(fā)生。用于得到穩(wěn)定硼溶液的一個步驟是使用具有某些特定特性的硼物質(方法步驟 1)。硼物質的選擇大大影響最終結果。滿足該方法要求的硼物質為粉末形式且具有藥學品質的硼砂H3BO3,即具有優(yōu)選為至少99%的純度和69. 6的分子量的硼物質。氧化硼化03 (也稱作無水硼酸，即不含水的硼酸)也是可用的。另一步驟是選擇其中待摻入硼物質或硼粉末的液體或溶劑(方法步驟2、。該液體優(yōu)選為有機和/或無機液體或氣體。可想到的液體的實例為煤油、石腦油、水、植物油/合成油/石油、醇，可想到的氣體的實例為甲烷、氫等。另一步驟是使用硼粉末與液體之間的預定混合比(方法步驟幻。這是用于得到根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品的關鍵因素?；旌媳刃枰粗亓勘葹榧s1至25，即將約4份的硼與100份的液體/溶劑混合。當然，比例可以略微變化，例如取決于混合時溶液的溫度，但也取決于最終預期的何種溶液。如果溶液預期用于柴油燃料中的應用，則采用約1/1000的混合比。接下來的步驟是將組分相互混合(方法步驟4)，并以機械方式處理混合物/溶液， 如在配有葉片的混合器中進行。混合器以高速(即，約15，OOOrpm)攪拌混合物15-20分鐘的初始預定時間段，得到初始溶液(方法步驟幻。在該階段，溶液的溫度可能上升，但必須決不超過溶劑(例如油)的離解(breakdown)點。因此，初始混合發(fā)生在主要包括不帶電顆粒的低粘度液體中，并導致微米尺寸的硼顆粒?；旌弦约s800km/小時的葉片周邊速度進行15-20分鐘，并產(chǎn)生從20°C的正常室溫到約50-60°C的溫度上升?；旌蟽?yōu)選在大氣壓力下發(fā)生。此后，添加另外的液體(例如油)(方法步驟6)。
接下來的步驟是使混合器運行另外的約15分鐘的第二預定時間段(方法步驟7)。 允許溶液的溫度上升，但不達到液體的離解溫度。如果使用油，則溫度不應超過80°C。該第二混合(其導致最終產(chǎn)品)由此在較高粘度的液體中發(fā)生并生成納米尺寸的顆粒，并且還使顆粒帶電?；旌弦约s800km/小時的周邊速度發(fā)生，并且進行30-40分鐘，在該時間內造成溫度上升到約70-80°C?；旌显诖髿鈮毫ο掳l(fā)生。葉片的周邊速度應當為500至800km/ 小時。較低的速度導致較長的混合時間和較大的顆粒間吸引力，結果導致更多的最終產(chǎn)品沉降和聚集。混合開始時液體的溫度可以為-25°C至+75°。初始溫度對最終結果和/或混合時間幾乎沒有影響?；旌掀陂g溫度由于所演變的動能而上升。在170°C硼酸開始形成晶體，由此破壞溶液。如前文提及的，混合完成時達到的溫度不應超過80°C。之后，添加另外的液體(方法步驟8)，并且進一步混合溶液，比如10-15分鐘。摻入溶液中的液體的量為使得最終的使用混合物(即從最終顧客將添加劑摻入期望的發(fā)動機燃料中得到的)表現(xiàn)出使用混合物(如，發(fā)動機燃料)中約20-30ppm的濃度。在大于100納米的顆粒已有機會沉降之后(方法步驟9)，將最終產(chǎn)品抽出到合適的容器中(方法步驟10)。翻滾方法以此方法得到穩(wěn)定硼溶液的第一個步驟是使用具有特定特性的硼物質(方法步驟11)。硼物質的選擇大幅影響最終結果。硼化合物例如可由結晶硼酸、氧化硼、三氧化硼等組成。優(yōu)選使用粉末形式的含氧硼化合物H3BO3，其因此為藥學品質(S卩，具有優(yōu)選為至少 99%的純度和61.8g/mol的分子量)的白色結晶硼酸。一個替代方案是使用不含水的氧化硼化03，其具有69.6g/mol的分子量，也稱作無水硼酸。氧化硼是沒有水含量的硼酸并且可以與硼酸相同的方式使用。氧化硼用水(如冷凝水)自發(fā)地轉化為硼酸。接下來的步驟是選擇和使用其中待摻入硼物質或硼粉末的液體/溶劑(方法步驟 12)。該情況下，選擇具有以體積計至少95%、優(yōu)選99.5%或更高的醇。液體也可以是有機和/或無機液體或氣體?？上氲降囊后w的實例是煤油、石腦油、水、植物油/合成油/石油。 可想到的氣體的實例是甲烷、氫等。接下來的步驟是應用一定的混合比，所述混合比在該方法中選擇為對每升液體使用0至300g、優(yōu)選約20-30g的硼物質(方法步驟13)?；旌媳热Q于混合物待使用的最終目的。較高的濃度預期用于不在例如發(fā)動機或鏈條等中消耗的油用添加劑，而較低的混合比用于被消耗的油/燃料，如二沖程的油燃料。接下來的步驟是使混合物翻滾，即將其放入配有內部擋板或容納鋼球或類似混合機構的轉筒中，并以適合于目的的速度如2-lOrpm旋轉優(yōu)選8_10小時的初始預定時間段 (方法步驟14)。翻滾程序優(yōu)選在室溫進行，但是，當然也可以在其他溫度進行，例如在提高的溫度進行。之后，添加另外的液體即稀釋劑(方法步驟15)，其量為使得通過最終顧客根據(jù)混合說明將添加劑摻入各自的發(fā)動機燃料中而達到的最終使用混合物表現(xiàn)出約20-30pp的濃度。該步驟之后是進一步混合第二預定時間段(方法步驟16)。之后，例如通過沉降來分離具有過大粒度的硼顆粒，即大于IOOnm的那些(方法步
6驟 17)。之后，將溶液即最終產(chǎn)品/添加劑抽出到合適的容器如塑料瓶中(方法步驟18)。 最終顧客將隨后根據(jù)混合說明，優(yōu)選以1比1000的比例，將添加劑添加到各自的發(fā)動機燃料中，導致發(fā)動機燃料中優(yōu)選約20-30ppm的最終硼濃度。因此，硼溶液摻入例如基礎液體中，由此產(chǎn)生濃縮物或添加劑，其為使用目的在另外的液體中稀釋，優(yōu)選在推進劑如各種形式的汽油，例如烷基化物、avgas 100LL、avgas 91/96中稀釋，可能摻入各種醇、甲烷等。推進劑也可以是各種形式的柴油機燃料，例如柴油、合成柴油燃料、RME, REE、FT柴油燃料、煤油、石腦油等。另外的液體也可以是各種形式的水，例如蒸汽，或植物油/合成油/石油。多種氣體也是可想到的，例如氫氣、液氫等。濃縮物/添加劑的硼濃度可以是例如高至250000ppm或更多。在添加添加劑之后，成品燃料混合物應達到10-10000ppm范圍內、優(yōu)選20-30ppm范圍內的硼含量。較高的濃度，即高至10，OOOppm，主要適合于用在純潤滑劑中。根據(jù)本發(fā)明的硼溶液也可以有利地用在例如防銹保護/潤滑噴霧或食品業(yè)應用中，并且不需要進行保護分類。硼溶液也可用作脫模油，例如在與滑動模架粘結時，或用作切削液，其中硼化合物也將有抗菌作用。溶液也可以充當金屬沖壓工業(yè)的無油潤滑劑，使得可以消除沖壓過程之后的油回收。溶液/添加劑當然也可以直接或間接用作有機和/或無機液體和氣體中的潤滑齊U，其也可減少昂貴的且對環(huán)境有更多污染的產(chǎn)物的量。在交通工具用燃料中的用途達到另外的優(yōu)點，即更有效地潤滑泵、噴嘴等。圖3從上方描繪用于利用硼物質處理液體的裝置19。多個噴嘴21a_c、金屬板22、 供給管23和收集通道M設置在基本封閉的處理室20中。壓力下的硼溶液通過噴嘴21a-c 供給到處理室20以使硼溶液噴灑在液體上。噴嘴21a-c因此朝向金屬板22。未處理的液體(例如油)通過供給管23供給到處理室20和金屬板22，并且通過孔25分布在供給管23 中。油或液體均勻地分布在傾斜的金屬板22上，并朝收集通道M向下流過傾斜的金屬板 22。進入的油或液體的壓力和傾斜的金屬板22的角度影響流速，并因此影響自噴嘴21a-c 噴霧的暴露時間。該裝置可用于多種不同類型的液體。金屬板22通過電導體連接到電壓源，并優(yōu)選施以正電壓電勢，而噴嘴21a_c則連接到電壓源的負電勢。電壓水平可調節(jié)到適合于目的的電壓。該靜電方法和噴霧裝置使得可以實現(xiàn)更為有效地將硼物質摻入液體中。電壓電勢也可以反過來，在該情況下金屬板22變?yōu)樨摰?，而噴?1a_c為正的。供給到噴嘴21a_c的硼溶液的壓力是可調節(jié)的，如溶解在溶劑中的硼的量那樣。 收集通道M將處理過的液體(例如油)排空到外部收集容器(未描繪)。處理室20有利地經(jīng)受借助于閥(未描繪)調節(jié)的正壓，以使成品油混合物表現(xiàn)出恰當?shù)牧魉?。金屬?2 通過絕緣體沈與處理室20絕緣。噴嘴21a-c通過軟管或管道27連接到容納溶劑即硼酸的外部加壓容器(未描繪)。圖4描繪圖3中的裝置，但是從側面觀察。其清楚示出金屬板22如何相對于混合室20傾斜。提供排空管觀來截取和回收過剩的硼混合物。以上描述的主要目的是便于理解本發(fā)明。本發(fā)明當然不限于所示的實施方案，因為在本發(fā)明的構思范圍內和在所附權利要求書的保護范圍內，這些實施方案的其它變化方案也是可能的和可想到的。因此，硼溶液/添加劑也可以適當?shù)刂苯討糜诖凉櫥娜魏挝锲罚挥檬紫扰c某種其它液體如推進劑或潤滑劑混合。
權利要求
1.一種用于生產(chǎn)具有潤滑特性的穩(wěn)定硼溶液的方法，所述穩(wěn)定硼溶液預期優(yōu)選用作濃縮物/添加劑形式的添加物，所述添加物添加到例如為液體燃料或潤滑劑的液體，所述方法的特征在于以下方法步驟-使用藥學品質的硼物質(1、11)， -使用液體作為溶劑，-應用優(yōu)選為Ig硼/15-25升液體的硼物質與所述溶劑之間的混合比(3、13)， -將所述混合物攪拌初始預定時間段G、14)，-添加另外的液體以稀釋所述溶液(6、15)，液體的量選擇為使最終的使用混合物達到 20至30ppm硼的濃度(8)，和-將所述混合物進一步攪拌(7、16)第二預定時間段，以使所述硼物質完全溶解在所述硼溶液中，-得到隨時間穩(wěn)定的硼溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟-攪拌所述溶液，以使其溫度升高，但不達到所述液體的離解溫度(7、16)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用選自有機液體類別的溶劑。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用選自無機液體類別的溶劑。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用粉末形式的硼物質。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用硼砂H3BO3形式的硼物質。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用氧化硼化03形式的硼物質。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -使用純度為至少99%的硼物質。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟-使用選自煤油、石腦油、水、植物油/合成油/石油、醇、甲烷、氫類別的溶劑。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -所述攪拌借助于機械混合器進行。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于進一步的方法步驟 -所述攪拌通過翻滾進行。
12.根據(jù)權利要求1-11中任一項或更多項所述的具有潤滑特性的硼溶液，其主要預期用作濃縮物/添加劑形式的添加物，所述添加物添加到例如為液體燃料或潤滑劑的液體。
13.根據(jù)權利要求1-12中任一項或更多項所述的具有潤滑特性的硼溶液的用途，其主要預期用作濃縮物/添加劑形式的添加物，所述添加物添加到例如為液體燃料或潤滑劑的液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)具有潤滑特性的穩(wěn)定硼溶液的方法，所述穩(wěn)定硼溶液預期優(yōu)選用作濃縮物/添加劑形式的添加物，所述添加物添加到例如為液體燃料或潤滑劑的液體。本發(fā)明通過以下方法步驟實現(xiàn)使用藥學品質的硼物質(1、11)，使用液體作為溶劑，應用優(yōu)選為1g硼/15-25升液體的硼物質與所述溶劑之間的混合比(3、13)，將所述混合物攪拌初始預定時間段(4、14)，添加另外的液體以稀釋所述溶液(6、15)，液體的量選擇為使最終的使用混合物達到20至30ppm硼的濃度(8)，和將所述混合物進一步攪拌(7、16)第二預定時間段，以使所述硼物質完全溶解在所述硼溶液中，得到隨時間穩(wěn)定的硼溶液。
文檔編號B01F1/00GK102459534SQ201080025405
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權日2009年5月8日
發(fā)明者湯米·林德布盧姆, 馬格納斯·倫登 申請人:崔博萊特艾諾頓有限公司