DE112012000940T5

DE112012000940T5 - Schmiermittelzusammensetzung

Info

Publication number: DE112012000940T5
Application number: DE112012000940T
Authority: DE
Inventors: Yuta Sato; Masamichi Yamamoto
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-11-21
Also published as: JP2012172066A; WO2012115141A1; US20130310292A1; KR20130118936A; CN103415603A; CN103415603B

Abstract

Die Erfindung stellt eine Schmiermittelzusammensetzung bereit, welche ein Basisöl und ein Verdickungsmittel enthält, wobei das Verdickungsmittel eine Diharnstoffverbindung, dargestellt durch Formel (1), ist und das Verdickungsmittel in einer Menge von 3 bis 20 Massen% in der Schmiermittelzusammensetzung enthalten ist:wobei R2 eine Diphenylmethangruppe ist; und R1 und R3, die gleich oder verschieden sein können, für eine Cyclohexylgruppe oder einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen stehen, wobei das Verhältnis der Molanzahl der Cyclohexylgruppe zur gesamten Molanzahl der Cyclohexylgruppe und des Alkylrests, ausgedrückt als [((die Anzahl der Cyclohexylgruppe)/(die Anzahl der Cyclohexylgruppe + die Anzahl des Alkylrests)) × 100], 70 bis 80 mol% beträgt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung, die zum Schmieren einer Vielzahl von mechanischen Teilen verwendet werden kann, wie Rollenlager, Zahnräder, Kugelgewinde, Linearlager, Nocken, Gelenke oder dergleichen.
[Hintergrund der Technik]
Aus der jüngsten Perspektive der Verringerung des Energieverbrauchs wird nicht nur vom Automobil, sondern auch von elektrischen Maschinen und Geräten und mechanischen Teilen, die in beliebigen Industrien verwendet werden, gefordert, dass sie den Wirkungsgrad beim Betrieb verbessern. In Übereinstimmung damit sind ausführliche Untersuchungen hinsichtlich der Gewichtsreduktion der Teile, Verbesserung der Struktur und dergleichen gemacht worden. Insbesondere die mechanischen Teile mit einem rotierenden Körper unterliegen einem Energieverlust auf Grund des Widerstands, der durch Rühren des Schmiermittels erzeugt wird. Deshalb besteht ein Bedarf nach einem Schmiermittel mit verringertem Widerstand gegen Rühren.
Zum Beispiel wird das Absenken der Viskositäten von Motorölen und Getriebeölen vorgeschlagen, um den Widerstand gegen Rühren der eingesetzten Schmieröle zu verringern (Tohyama, Ohmori, Tsutsui und Yamamoto, „Low Friction Gasoline Engine Oil – Effects of Lower Viscosity and Friction Modifiers –" R&D Review of Toyota CRDL, Bd. 32, Nr. 4 (Dez. 1997); und Kanamoto, Ueno, Katayama und Satou, „Transmission Technology Trends and Product Developments" NTN Technical Review, Nr. 75 (2007)). Jedoch können die vorstehend erwähnten Maßnahmen zu einem unterbrochenen Ölfilm, der aus den abgesenkten Ölviskositäten resultiert, führen, was Sorge um Schäden auf der Oberfläche, die geschmiert werden soll, erhöhen kann.
Schmiermittel hat dahin gehend Vorteile gegenüber Schmieröl, dass Schmierung ohne Zufuhr einen ausgedehnten Zeitraum lang verwirklicht werden kann, die Dichtung für Schmiermittel einfacher gemacht werden kann, die für die Schmierung notwendige Menge geringer ist, Schäden auf Grund von Auslaufen verringert werden können und dergleichen. Deshalb setzen die meisten der mechanischen Teile mit rotierenden Körpern das Schmiermittel ein. Auf der anderen Seite weist das Schmiermittel jedoch höhere scheinbare Viskosität und größeren Widerstand gegen Rühren als das Schmieröl auf, da das Schmiermittel ein halbfestes Schmiermittel, umfassend ein Basisöl und ein Verdickungsmittel, ist.
Um den Widerstand gegen Rühren des Schmiermittels abzusenken, wird es als die üblichen Maßnahmen betrachtet, die kinematische Viskosität des Basisöls so niedrig wie möglich zu machen, was dasselbe ist wie in dem Fall des Schmieröls. Beispielsweise schlägt JP 2009-132754 A eine Schmiermittelzusammensetzung vor, umfassend ein Basisöl, das ein Diesteröl mit einer besonderen Struktur enthält, und beschreibt in den Beispielen die Verwendung eines Diesteröls mit einer kinematischen Viskosität bei 40°C von 20,16 mm²/s.
Wenn die kinematische Viskosität des Basisöls, das in dem Schmiermittel verwendet wird, abgesenkt wird, kann der Widerstand gegen Rühren abgesenkt werden, aber das Problem des unterbrochenen Ölfilms tritt, wie in dem Fall des Schmieröls beschrieben, auf, so dass eine ausreichende Lebensdauer, d. h. Flockungslebensdauer oder Festfresslebensdauer, nicht in ausreichender Weise sicher gestellt werden kann. Im Licht des Vorstehenden sind die Basisöle, die verwendet werden können, begrenzt.
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schmiermittelzusammensetzung mit abgesenktem Widerstand gegen Rühren bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches Teil bereitzustellen, bei dem die vorstehend erwähnte Schmiermittelzusammensetzung enthalten ist.
[Lösung des Problems]
Die Erfinder der Erfindung haben die vorstehend erwähnten Probleme gelöst, indem sie ein passendes Verdickungsmittel gewählt haben.
Die Erfindung stellt nämlich die folgende Schmiermittelzusammensetzung und das folgende mechanische Teil bereit:

1. Eine Schmiermittelzusammensetzung, umfassend ein Basisöl und ein Verdickungsmittel, wobei das Verdickungsmittel eine Diharnstoffverbindung, dargestellt durch die nachstehend gezeigte Formel (1), ist und das Verdickungsmittel in einer Menge von 3 bis 20 Massen% in der Schmiermittelzusammensetzung enthalten ist:
wobei R² eine Diphenylmethangruppe ist; und R¹ und R³, die gleich oder verschieden sein können, für eine Cyclohexylgruppe oder einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen stehen, wobei das Verhältnis der Molanzahl der Cyclohexylgruppe zur gesamten Molanzahl der Cyclohexylgruppe und des Alkylrests, ausgedrückt als [((die Anzahl der Cyclohexylgruppe)/(die Anzahl der Cyclohexylgruppe + die Anzahl des Alkylrests)) × 100], 70 bis 80 mol% beträgt.
2. Die Schmiermittelzusammensetzung, die in dem vorstehend erwähnten Punkt 1 beschrieben wird, wobei das Verdickungsmittel die Diharnstoffverbindung der Formel (1) ist, wobei der Alkylrest ein geradkettiger Alkylrest mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.
3. Die Schmiermittelzusammensetzung, die in dem vorstehend erwähnten Punkt 1 oder 2 beschrieben wird, die für ein(e) Rollenlager, Zahnrad, Kugelgewinde, Linearlager, Nocke oder Gelenk verwendet wird.
4. Ein mechanisches Teil, bei dem die Schmiermittelzusammensetzung, die in einem der vorstehend erwähnten Punkte 1 bis 3 beschrieben wird, enthalten ist.

[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung kann eine Schmiermittelzusammensetzung mit abgesenktem Widerstand gegen Rühren bereitstellen. Die Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung kann das Auftreten von unterbrochenem Ölfilm verringern, um einer ausreichend langen Lebensdauer gerecht zu werden, ohne die kinematische Viskosität des Basisöls zu verringern.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
[Verdickungsmittel]
Im Allgemeinen werden Diharnstoffverbindungen weit verbreitet als das Verdickungsmittel für Schmiermittel verwendet, da Diharnstoffschmiermittel lange Schmierlebensdauer und ausgezeichnete Vielseitigkeit zeigen kann. Ein Diharnstoffschmiermittel wird in der Erfindung gewählt, das hergestellt wird, indem ein alicyclisches Amin und ein aliphatisches Amin gemeinsam in einem besonderen Molverhältnis verwendet werden. Die so hergestellte Diharnstoffverbindung des Schmiermittels wird durch die folgende Formel (1) dargestellt:
In der Formel (1) ist R² eine Diphenylmethangruppe, vorzugsweise 4,4-Diphenylmethan. R¹ und R³, die gleich oder verschieden sein können, stehen für eine Cyclohexylgruppe oder einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 16 bis 20 Kohlenstoffatomen. In Formel (1) beträgt das Verhältnis der Molanzahl der Cyclohexylgruppe zur gesamten Molanzahl der Cyclohexylgruppe und des Alkylrests, ausgedrückt als [((die Anzahl der Cyclohexylgruppe)/(die Anzahl der Cyclohexylgruppe + die Anzahl des Alkylrests)) × 100], 70 bis 80 mol%.
Die Auswahl des vorstehend erwähnten Verdickungsmittels kann die Menge des Verdickungsmittels verkleinern. Wenn das vorstehend erwähnte Verdickungsmittel in dem Basisöl in einer besonderen Menge enthalten ist, kann der Widerstand gegen Rühren des resultierenden Schmiermittels abgesenkt werden. Um spezifischer zu sein, liegt die Menge des Verdickungsmittels in einem Bereich von 3 bis 20 Massen%, vorzugsweise 5 bis 15 Massen%, bezogen auf die Gesamtmasse der Schmiermittelzusammensetzung gemäß der Erfindung.
Metallseifen, Benton und Kieselgel können nicht die Anforderung der Hitzebeständigkeit erfüllen, das heißt, die Schmierungslebensdauer von Lagern bei hohen Temperaturen. Fluor enthaltende Verdickungsmittel sind beträchtlich kostspielig und ihnen fehlt die Vielseitigkeit, auch wenn die Hitzebeständigkeit zufrieden stellend ist.
[Basisöl]
Die Art und die kinematische Viskosität des Basisöls, das in der Erfindung verwendet wird, sind nicht besonders begrenzt. Es ist möglich, eine beliebige Art von Basisöl mit einer beliebigen kinematischen Viskosität zu wählen, wie es der Anlass verlangt. Wenn es in den Rollenlagern verwendet wird, kann das Schmiermittel jedoch ein Basisöl mit einer kinematischen Viskosität bei 40°C von vorzugsweise 10 bis 200 mm²/s, stärker bevorzugt 15 bis 100 mm²/s umfassen. Eine Art von Basisöl kann allein verwendet werden, oder zwei oder mehr Arten von Basisölen können in Kombination verwendet werden.
Die Basisöle, die in der Erfindung verwendet werden können, werden grob in Mineralöle und synthetische Öle eingeteilt. Beispiele für die synthetischen Öle schließen synthetische Öle vom Estertyp, wie Diesteröle und Polyolesteröle, synthetische Kohlenwasserstofföle, wie Poly-α-olefin-Öle und Polybuten, synthetische Öle vom Ethertyp, wie Alkyldiphenylether, synthetische Öle vom Polyglykoltyp, wie Polypropylenglykole, synthetische Öle vom Silikontyp und fluorierte synthetische Öle ein. Die synthetischen Öle werden wegen der ausgezeichneten Hitzebeständigkeit bevorzugt. Insbesondere die synthetischen Kohlenwasserstofföle und synthetischen Öle vom Estertyp werden bevorzugt. Die Verwendung solcher synthetischen Öle für das Basisöl kann den Widerstand gegen Rühren bei niedrigen Temperaturen absenken. Unter den synthetischen Kohlenwasserstoffölen werden Poly-α-olefin-Öle bevorzugt. Unter den synthetischen Ölen vom Estertyp werden Pentaerythritester und Trimethylolpropanester bevorzugt.
[Zusatzstoffe]
Die Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung kann ferner beliebige Zusatzstoffe enthalten, wenn notwendig. Beispiele für die Zusatzstoffe schließen ein Antioxidans, wie Antioxidanzien auf Amin-Basis und Phenol-Basis; ein anorganisches Passivierungsmittel, wie Natriumnitrit oder dergleichen; einen Rostinhibitor, wie Rostinhibitoren auf Sulfonat-, Bernsteinsäure-, Amin- und Carboxylat-Basis; ein Metallkorrosionsinhibitor, wie Benzotriazol oder dergleichen, ein Mittel zur Verbesserung der Öligkeit, wie Fettsäuren, Fettsäureester, Phosphate und dergleichen; ein Phosphor enthaltendes, Schwefel enthaltendes oder organisches Metall enthaltendes Abriebschutzmittel oder Hochdruckmittel; und ein festes Schmiermittel, wie oxidierte Metallsalze, Molybdändisulfid oder dergleichen, ein. Die Gehalte an solchen Zusatzstoffen können im Allgemeinen etwa 0,1 bis 20 Massen%, vorzugsweise 0,5 bis 10 Massen% betragen.
[Walkpenetration]
Die Walkpenetration der Schmiermittelzusammensetzung gemäß der Erfindung, die gemäß der Anwendung des Schmiermittels eingestellt werden kann, beträgt vorzugsweise 200 bis 440. Wenn die Schmiermittelzusammensetzung für Lager verwendet wird, kann die Walkpenetration der Schmiermittelzusammensetzung vorzugsweise im Bereich von 200 bis 350 liegen, da zu weiches Schmiermittel in ungünstiger Weise auslaufen kann.
Die Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung kann in der Praxis in einer Vielzahl von mechanischen Teilen enthalten sein. Die mechanischen Teile schließen Rollenlager, Zahnräder, Kugelgewinde, Linearlager, Nocken, Gelenke oder dergleichen ein. Genauer gesagt kann die Schmiermittelzusammensetzung der Erfindung für die Rollenlager, die in einer Vielzahl von Motoren für industrielle Maschinen, Büroausrüstung und Automobile und in elektrischer Ausrüstung von Automobilen und Hilfsmitteln für Automobile eingesetzt werden; für die Zahnräder, die für die untersetzenden Getriebe und die übersetzenden Getriebe in Windmühlen, Robotern, Automobilen und dergleichen verwendet werden; für Kugelgewinde, die in elektrisch angetriebenen Lenkungen, Werkzeugmaschinen und dergleichen verwendet werden; für Linearlager, Nocken oder Gelenke, die in den industriellen Maschinen, elektronischer Ausrüstung und dergleichen verwendet werden, verwendet werden.
Beispiel 1
<Herstellung der Schmiermittelproben>
Schmiermittelzusammensetzungen gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden unter Verwendung der Verdickungsmittel und Basisöle, wie in Tabelle 1 aufgeführt, hergestellt. Insbesondere wurde 4,4-Diphenylmethandiisocyanat mit einem oder mehr vorgegebenen Aminen in jedem Basisöl umgesetzt, und das Reaktionsgemisch wurde erhitzt und dann abgekühlt. Das resultierende Gemisch wurde unter Verwendung einer Dreiwalzenmühle geknetet, wodurch die Schmiermittelzusammensetzungen gemäß den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispielen 1 bis 9 erhalten wurden. Ein synthetisches Kohlenwasserstofföl, d. h. ein Poly-α-olefin-Öl, mit einer kinematischen Viskosität von 70,2 mm²/s bei 40°C, wenn gemäß JIS K 2220 23. gemessen wurde, oder ein Diesteröl, d. h. Dioctylsebacat, mit einer kinematischen Viskosität von 11,6 mm²/s bei 40°C wurde als das Basisöl verwendet. Die Menge an Verdickungsmittel wurde auf eine solche Weise eingestellt, dass die Walkpenetration der resultierenden Schmiermittelzusammensetzung 300 erreichte (wenn gemäß JIS K2220 7. bestimmt).
Die derart hergestellten Schmiermittelzusammensetzungen wurden durch die nachstehend aufgeführten Testverfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
<Testverfahren>

– Widerstand gegen Rühren (Rheometer)

Unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Messgeräts für die Viskoelastizität Physica MCR301, hergestellt von der Anton Paar GmbH, wurde der Test durchgeführt.
Ein Testschmiermittel wurde zwischen vorgegebenen Platten aufgetragen, welche so reguliert wurden, dass sie einen vorgegebenen Abstand aufwiesen, und das zusätzliche Schmiermittel, das vom Rand ausgepresst wurde, wurde entfernt. Dann wurden die Platten bei einer Scherrate, wie nachstehend aufgeführt, rotiert und die Scherbelastung wurde abgelesen.
Die Testbedingungen sind nachstehend angegeben.
Scherrate: 1 bis 10⁴ s^–1
Temperatur: 25°C
Abstand zwischen Platten: 0,2 mm
Durchmesser der Platten: 25 mm
<Bewertung>
Aus den Scherbelastungswerten, die innerhalb eines Scherratenbereichs von 1 bis 10⁴ s^–1 erhalten wurden, wurde der Mittelwert berechnet, der als das Testergebnis angesehen wurde.
Weniger als 2000 Pa: annehmbar
2000 Pa oder mehr: nicht annehmbar
Die Schmiermittelzusammensetzungen der Beispiele 1 und 2, in denen Diharnstoffverdickungsmittel, die in der Erfindung spezifiziert werden, enthalten waren, zeigten geringe Scherbelastung (d. h. ausgezeichneten Widerstand gegen Rühren), während die Schmiermittelzusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 9, die nicht das Diharnstoffverdickungsmittel, wie in der Erfindung spezifiziert, enthielten, hohe Scherbelastung zeigten. Vergleichsbeispiel 9 zeigte hohe Scherbelastung, obwohl ein Diesteröl mit einer niedrigen Viskosität als das Basisöl verwendet wurde. Der Grund dafür ist, dass das Verdickungsmittel nicht ein Diharnstoffverdickungsmittel gemäß der Erfindung war.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-132754 A [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tohyama, Ohmori, Tsutsui und Yamamoto, „Low Friction Gasoline Engine Oil – Effects of Lower Viscosity and Friction Modifiers –” R&D Review of Toyota CRDL, Bd. 32, Nr. 4 (Dez. 1997) [0003]
Kanamoto, Ueno, Katayama und Satou, „Transmission Technology Trends and Product Developments” NTN Technical Review, Nr. 75 (2007) [0003]
JIS K 2220 23 [0021]
JIS K2220 7 [0021]

Claims

Eine Schmiermittelzusammensetzung, umfassend ein Basisöl und ein Verdickungsmittel, wobei das Verdickungsmittel eine Diharnstoffverbindung, dargestellt durch die Formel (1), ist und das Verdickungsmittel in einer Menge von 3 bis 20 Massen% in der Schmiermittelzusammensetzung enthalten ist:
wobei R² eine Diphenylmethangruppe ist; und R¹ und R³, die gleich oder verschieden sein können, für eine Cyclohexylgruppe oder einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 8 bis 22 Kohlenstoffatomen stehen, wobei das Verhältnis der Molanzahl der Cyclohexylgruppe zur gesamten Molanzahl der Cyclohexylgruppe und des Alkylrests, ausgedrückt als [((die Anzahl der Cyclohexylgruppe)/(die Anzahl der Cyclohexylgruppe + die Anzahl des Alkylrests)) × 100], 70 bis 80 mol% beträgt.
Die Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Verdickungsmittel die Diharnstoffverbindung der Formel (1) ist, wobei der Alkylrest ein geradkettiger Alkylrest mit 16 bis 20 Kohlenstoffatomen ist.
Die Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, die für ein(e) Rollenlager, Zahnrad, Kugelgewinde, Linearlager, Nocke oder Gelenk verwendet wird.
Ein mechanisches Teil, bei dem die Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 enthalten ist.