JP2004300241A

JP2004300241A - 内燃機関用潤滑油基油

Info

Publication number: JP2004300241A
Application number: JP2003093724A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tanaka; 秀樹田中; Wataru Hoshikawa; 渉星川; Michimasa Memita; 道政目見田; Susumu Fukita; 晋蕗田; Munehiro Yamada; 宗宏山田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NOF Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; NOF Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】低温において比較的低粘度であり、かつ温度変化に対するせん断粘度の変化が小さい内燃機関用潤滑油基油を提供すること。
【解決手段】以下の式（１）で示される化合物と炭素数が３〜１２のカルボン酸とから得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる内燃機関用潤滑油基油：
ＨＯ−（ＡＯ）_ｎ−Ｈ（１）
（式（１）中、Ａは、炭素数２〜４のアルキレン基であり、ｎは、２〜１０の整数である）。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用潤滑油基油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護の観点から、自動車等の低燃費化が重要課題となっている。この燃費を改善する１手段として、内燃機関、自動変速機などに用いられる潤滑油を低粘度化することが知られている。他方、潤滑油は、高温時の摺動部の潤滑性を維持するために、高温下において粘度が下がりにくい（粘度指数が高い）性質が求められる。このように、低燃費化のための低粘度潤滑油は、温度変化に対する粘度変化が小さいという性質をあわせて有することが必要である。
【０００３】
温度変化に対する動粘度特性の改善、すなわち粘度指数を高くするための技術は、過去から検討されている。例えば、鉱油においては、従来の減圧蒸留精製基油から、溶剤精製、さらには水素化処理により芳香族成分量を減じた高粘度指数基油の開発などが進められている。他方、合成油については、一般的に、鉱油と比較して粘度指数の高いことが知られている。合成油としては、エンジン油基油として汎用されているポリα−オレフィン（ＰＡＯ）などが挙げられる。さらに、合成油としては、ポリジメチルシロキサンが知られており、また特許文献１に、ポリオルガノシロキサンにジカルボン酸エステルを配合することにより得られる潤滑油基油および潤滑油組成物が記載されている。これらの基油およびそれを含む組成物は、鉱油およびＰＡＯと比較しても粘度指数が高いことから、各種用途で応用可能であることが述べられている。
【０００４】
上記鉱油および合成油は、それぞれ以下のような長所および短所を有する。すなわち、鉱油は、合成油に比較して、低コストという長所がある。しかし、原材料が原油であることから、処理方法を改良するだけでは、低燃費性能を達成するような高粘度指数を得ることはできない。一方、ＰＡＯなどに代表される合成油は、上述のように鉱油に比較して粘度指数を高めることが可能であるが、逆にコストは、鉱油に比較して高く、経済性の点で不十分である。
【０００５】
ところで、これらの鉱油および合成油については、従来は、例えば、ＪＩＳＫ２２８３などの方法により測定される動粘度に関する温度−粘度特性の改良が検討されているのみであり、せん断負荷がかかった状態での粘度（せん断粘度）特性を改善する検討はされていない。実際に、潤滑油が使用される機械、機関などの摺動部分においては、潤滑油は、せん断が負荷された状態にある。このことから、ＪＩＳＫ２２８３などで測定される動粘度ではなく、せん断粘度特性を改善すること、すなわちせん断負荷時の温度変化に対する粘度の変化が小さいことが、高効率／低燃費化と高温での潤滑性維持の観点で重要である。実際に、鉱油に比較して温度の変化に対する動粘度の変化が小さいポリα−オレフィンにおいても、温度変化に対するせん断粘度変化は大きく、低燃費潤滑油として満足できるものではない。さらに、上記ポリジメチルシロキサンは、粘度指数が比較的高い化合物であることが知られているが、せん断負荷がかかった状態においては、低温での粘度が高く、内燃機関、変速機などに使用された場合、燃費の改善を達成することができない。すなわち、粘度指数が高く、かつ低粘度の潤滑油基油であって、温度変化に対するせん断粘度の変化の小さい潤滑油基油は得られていないのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−６９４７１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低粘度であり、かつ温度変化に対するせん断粘度の変化が小さい内燃機関用潤滑油基油を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特定のポリアルキレングリコールと特定のカルボン酸とから得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる潤滑油基油が、上記優れた性質を有することを見出して、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、以下の式（１）で示される化合物と炭素数が３〜１２のカルボン酸とから得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる：
ＨＯ−（ＡＯ）_ｎ−Ｈ（１）
（式（１）中、Ａは、炭素数２〜４のアルキレン基であり、ｎは、２〜１０の整数である）。
【００１０】
好ましい実施態様においては、上記式（１）のｎは２であり、上記カルボン酸の炭素数は、８〜１０である。
【００１１】
好ましい実施態様においては、上記ポリアルキレングリコールジエステルからなる第１成分に加えて、鉱油および非エステル系合成油のうちの少なくとも一方からなる第２成分を含み、該第１成分と第２成分との重量比が、１：９９〜９９：１である。
【００１２】
さらに好ましい実施態様においては、１００℃における動粘度は、１〜１０ｍｍ^２／ｓである。
【００１３】
好ましい実施態様においては、１００℃のせん断粘度と１５０℃のせん断粘度との比は、１．１〜２．０である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本明細書において、「内燃機関用潤滑油基油」は、内燃機関およびそれに付随する駆動系に用いられる潤滑油の基油である。具体的には、２サイクル、４サイクルなどの内燃機関；マニュアルトランスミッション、オートマティックトランスミッション、パワーステアリングなどの駆動系機器；ディファレンシャルギヤなどに用いられる潤滑油の基油である。
【００１５】
１．ポリアルキレングリコールジエステル
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、以下の式（１）で示されるポリアルキレングリコール化合物（以下、ポリアルキレングリコール（１）または化合物（１）という場合がある）と炭素数が３〜１２のカルボン酸とから得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる：
ＨＯ−（ＡＯ）_ｎ−Ｈ（１）
（式（１）中、Ａは、炭素数２〜４のアルキレン基であり、ｎは、２〜１０の整数である）。
【００１６】
１−１．ポリアルキレングリコール（１）およびカルボン酸
上記式（１）で表されるポリアルキレングリコールは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどのアルキレンオキサイドが、２〜１０量体化したポリアルキレングリコールである。このような化合物としては、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、およびジブチレングリコールが好ましく、ジエチレングリコールがより好ましい。
【００１７】
本発明に用いられるカルボン酸は、上述のように、炭素数が３〜１２のカルボン酸である。カルボン酸の炭素数は、好ましくは５〜１０、さらに好ましくは、８〜１０である。炭素数が３以下のカルボン酸を用いると、得られるポリアルキレングリコールジエステルを潤滑油として用いた場合に十分な耐摩耗効果が得られない場合がある。一方、炭素数が１２を超えるカルボン酸を用いると、得られるポリアルキレングリコールジエステルの粘度が高くなりすぎるため、省燃費性に劣る恐れがある。
【００１８】
上記カルボン酸は、飽和脂肪族モノカルボン酸であることが好ましい。このカルボン酸は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、これらの混合物であってもよい。
【００１９】
上記直鎖飽和脂肪族モノカルボン酸としては、例えば、ブタン酸、ペンタン酸、カプロン酸、ヘプチル酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸などが挙げられる。
【００２０】
分岐飽和脂肪族モノカルボン酸としては、例えば、次の化合物がある：２−メチルプロパン酸、２−メチルブタン酸、３−メチルブタン酸、２，２−ジメチルプロパン酸、２−メチルペンタン酸、３−メチルペンタン酸、４−メチルペンタン酸、２，２−ジメチルブタン酸、２−エチルブタン酸、３，３−ジメチルブタン酸、２，２−ジメチルペンタン酸、２−メチル−２−エチルブタン酸、２，２，３−トリメチルブタン酸、２−エチルペンタン酸、３−エチルペンタン酸、２−メチルヘキサン酸、３−メチルヘキサン酸、４−メチルヘキサン酸、５−メチルヘキサン酸、イソヘプタン酸、２−エチルヘキサン酸、３，５−ジメチルヘキサン酸、２，２−ジメチルヘキサン酸、２−メチルヘプタン酸、３−メチルヘプタン酸、４−メチルヘプタン酸、２−プロピルペンタン酸、イソオクタン酸、２，２−ジメチルヘプタン酸、２，２，４，４−テトラメチルペンタン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸、２−メチルオクタン酸、２−エチルヘプタン酸、３−メチルオクタン酸、イソノナン酸、ネオノナン酸、２，２−ジメチルオクタン酸、２−メチル−２−エチルヘプタン酸、２−メチル−２−プロピルヘキサン酸、イソデカン酸、ネオデカン酸、イソドデカン酸など。
【００２１】
上記以外にカルボン酸として、該カルボン酸の誘導体も利用可能であり、例えば、これらのカルボン酸のメチルエステル、酸無水物などが挙げられる。
【００２２】
１−２．ポリアルキレングリコールジエステル
上記ポリアルキレングリコール（１）とカルボン酸とを反応させることによりポリアルキレングリコールジエステルが得られる。反応にあたっては、好ましくは、該化合物（１）１モルに対して、該カルボン酸が２〜５モル程度、より好ましくは２．１〜４モル程度の割合で用いられる。化合物（１）およびカルボン酸の好ましい組み合わせの例としては、化合物（１）がジエチレングリコールであり、カルボン酸が炭素数が８〜１０のカルボン酸である組み合わせがある。
【００２３】
ポリアルキレングリコールジエステルは、常法により製造され得る。例えば、ポリアルキレングリコール（１）に、所定量の上記カルボン酸を加え、無触媒、またはブレンステッド酸、ルイス酸などの酸性触媒存在下で、必要に応じて共沸溶剤とともに、１４０〜２４０℃に昇温して脱水縮合反応を行う。反応終了後、生成したポリアルキレングリコールジエステルの精製および分離を行う。例えば、まず、未反応のカルボン酸および反応副生成物を除去する目的で、ストリッピング、蒸留、アルカリ水による中和などを行ない、さらに、必要に応じて、アルミナ、マグネシア、活性白土、活性炭、酸性白土、ゼオライト、イオン交換樹脂などを用いた吸着操作、液体クロマトグラフィーなどが行われる。このようにして所望のポリアルキレングリコールジエステルが得られる。
【００２４】
２．内燃機関用潤滑油基油
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、上記で得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる。あるいは、この潤滑油基油は、上記ポリアルキレングリコールジエステルからなる第１成分に加えて、鉱油および非エステル系合成油のうちの少なくとも一方からなる第２成分を含有する。第１成分および第２成分は、各々１種あるいは２種以上の化合物であり得る。
【００２５】
上記鉱油としては、潤滑油基油として一般に利用されている基油、例えば、パラフィン系鉱油や高度精製したＨＶＩ基油、ＨＨＶＩ基油、ＶＨＶＩ基油、ＸＨＶＩ基油などが挙げられる。非エステル系合成油としては、例えばポリα−オレフィン、ポリブテン、ポリフェニルエーテル、ポリアルキレングリコール、ポリオルガノシロキサンなどが挙げられる。好ましくは、ポリα−オレフィンおよびポリブテンである。
【００２６】
上記潤滑油基油は、第１成分と第２成分とを重量比で、好ましくは１：９９〜９９：１の割合で、より好ましくは、１０：９０〜９０：１０の割合で含有する。このような潤滑油基油は、広い温度範囲において、温度変化に対するせん断粘度の変化が小さく、比較的低温において低粘度であり、かつ高温においても所定の粘度を保持し、潤滑性が良好である。このような内燃機関用潤滑油基油は、以下に示すように特定の動粘度および特定の温度変化に対するせん断粘度比を有することが好ましい。
【００２７】
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、１００℃における動粘度が、好ましくは１〜１０ｍｍ^２／ｓ、より好ましくは１〜５ｍｍ^２／ｓ、さらに好ましくは２〜５ｍｍ^２／ｓである。動粘度が１ｍｍ^２／ｓより低いと、高温下においてせん断粘度が小さく、該基油を用いて駆動を行うと、油膜厚さが低下し、油膜破断によって、軸受摩耗、焼付きなどが生じる恐れがある。動粘度が１０ｍｍ^２／ｓより高いと、得られるポリアルキレングリコールジエステルの粘度が高くなりすぎるため、燃費が改善されない。
【００２８】
上記基油は、１００℃のせん断粘度と１５０℃のせん断粘度との比（１００℃せん断粘度／１５０℃せん断粘度）が、１．１〜２．０であることが好ましく、１．１〜１．８であることがより好ましい。上記せん断粘度比が２．０より大きいと、温度変化に対するせん断粘度の変化率が大きいために、比較的低温において粘度が高く、かつ高温においても所定の粘度を保持できず、潤滑不良が生じる恐れがある。
【００２９】
上記基油はさらに、１００℃以下のせん断粘度の値が、各温度に対するせん断粘度値を対数尺としたグラフにおいて、１００℃のせん断粘度の値と１５０℃のせん断粘度の値を結ぶ直線の外挿から得られる８０℃のせん断粘度の値よりも小さいことが好ましい。８０℃において、このようなせん断粘度を有する潤滑油基油は、特に１００℃以下のような比較的低温において低粘度であり、良好な潤滑性を有する。
【００３０】
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、広い温度範囲にわたってせん断粘度の変化が小さく、比較的低温において低粘度であり、かつ高温においても所定の粘度を保持するため、良好な潤滑性能を確保することができる。特に、低温において低粘度なので、摺動部の摩擦損失が低減され、省エネルギー化が可能である。このような潤滑油基油は、内燃機関および自動／手動変速機などの内燃機関に付随する駆動系用機器に好適に適用される。具体的には２サイクル、４サイクルなどの内燃機関；マニュアルトランスミッション、オートマティックトランスミッション、パワーステアリングなどの駆動系機器；ディファレンシャルギヤなどに適用され得る。
【００３１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明がこの実施例に特に制限されないことはいうまでもない。なお実施例中の％は重量％を示す。
【００３２】
以下に、本実施例および比較例で製造されたエステルを含有する潤滑油基油の評価方法を記載する：
＜動粘度＞ＪＩＳＫ２２８３に準じて測定する。
＜せん断粘度＞ＪＰＩ−５Ｓ−３６−９１に準じて、テーパードベアリングシュミレーター法（ＴＢＳ法）により測定する。測定温度は８０℃、１００℃、１２０℃、および１５０℃とし、いずれの温度においても、せん断速度が１×１０^６／秒となるようにギャップ調整を行う。
＜せん断粘度比＞１００℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度；および
８０℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度
＜８０℃における予測せん断粘度＞各温度に対するせん断粘度値を対数尺としたグラフにおいて、１００℃のせん断粘度の値と１５０℃のせん断粘度の値とを結ぶ直線を低温方向に外挿して、８０℃におけるせん断粘度の予測値を得る。
＜８０℃せん断粘度比＞８０℃におけるせん断粘度の実測値／８０℃における予測せん断粘度
【００３３】
（実施例１）
温度計、窒素導入管、撹拌機および冷却管を取り付けた４つ口フラスコに、ジエチレングリコール８７５．３ｇ（８．２６ｍｏｌ）およびカプリン酸３１２４．７ｇ（１８．１７ｍｏｌ）を加え、窒素気流下、２２０℃で反応水を留去しつつ１５時間常圧で反応を行った。反応後、５ｋＰａの減圧下でストリッピングを行い、過剰のカプリン酸を留去して、エステル化粗生成物を得た。このエステル化粗生成物に、エステル化粗生成物の酸価の１．５倍当量に相当する１０％水酸化カリウム水溶液を加え、７０℃で３０分間攪拌した。その後、３０分間静置して水層部を除去した。さらに、１０００ｇのイオン交換水を加え、７０℃で３０分間攪拌した後、３０分間静置して水層部を排出した。排水のｐＨが中性になるまで水洗を４回繰り返し、エステル層を１００℃、ｌｋＰａの条件下で減圧脱水した。次いで、キョーワード５００（協和化学工業（株））を３０ｇ入れて吸着処理した。吸着処理温度、圧力、および吸着処理時間は、それぞれ１００℃、ｌｋＰａ、および３時間とした。ろ過を行い、ジエチレングリコールカプリン酸エステル（ポリアルキレングリコールジエステルａ１）を得た。
【００３４】
得られたポリアルキレングリコールジエステルａ１からなる潤滑油基油の４０℃および１００℃における動粘度、ならびに８０℃、１００℃、１２０℃、および１５０℃におけるせん断粘度を測定した。結果を表１に示す。表１には、さらに上記のせん断粘度比（１００℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度、８０℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度）、および８０℃せん断粘度比（８０℃におけるせん断粘度の実測値／８０℃における予測せん断粘度）も示す。また、温度変化に対するせん断粘度の変化を図１に示す。
【００３５】
（実施例２）
ジエチレングリコールとカプリル酸とを用い、実施例１と同様に操作することによって、ジエチレングリコールカプリル酸エステル（ポリアルキレングリコールジエステルａ２）を得た。得られたポリアルキレングリコールジエステルａ２からなる潤滑油基油について実施例１と同様の試験を行った。結果を表１および図１に示す。
【００３６】
（実施例３および４）
実施例２のポリアルキレングリコールジエステルａ２と鉱油ｂ１（パラフィン系、４０℃の動粘度：１９．９１ｍｍ^２／ｓ）とを表２に記載の割合で混合して潤滑油基油を得た。得られた潤滑油基油について実施例１と同様の試験を行った。結果を表１および図１に示す。
【００３７】
（比較例１〜６）
潤滑油基油として、表１に記載の種々の潤滑油基油を用いて、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１および図２に示す。
【００３８】
図１からわかるように、実施例１および２の基油の８０℃のせん断粘度の値は、１００℃と１５０℃とのせん断粘度の値を結ぶ直線の外挿から得られる８０℃のせん断粘度の予測値に比べて小さかった。同様の傾向は、実施例３および４のポリアルキレングリコールジエステルに鉱油を混合した潤滑油基油でも見られた（図１）。他方、比較例の８０℃のせん断粘度の値は、上記の８０℃のせん断粘度の予測値に比べて大きかった（図２）。このことは、実施例の潤滑油基油はいずれも、１００℃以下という比較的低温域において、高温域でのせん断粘度から予測される値よりもせん断粘度が低く、これは、比較的低温域で良好な潤滑性が確保され得ることを示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１に示すように、実施例の潤滑油基油の１００℃における動粘度は、比較例１〜５の潤滑油基油に比べて小さかった。同様に、実施例の潤滑油基油のせん断粘度比（１００℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度および８０℃のせん断粘度／１５０℃のせん断粘度）も、比較例１〜５の潤滑油基油に比べて小さかった。そして、実施例の潤滑油基油の８０℃のせん断粘度の実測値と予測値との比（Ａ／Ｂ）も、比較例の潤滑油基油よりも小さかった。これらのことは、実施例の潤滑油基油が、比較例の潤滑油基油に比べて、低粘度かつ温度変化に対するせん断粘度の変化が小さいことを示す。このような潤滑油基油は、内燃機関、自動／手動変速機など種々の機器に用いられる潤滑油として有用であり、これによって燃費を改善することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の内燃機関用潤滑油基油は、広い温度範囲において、温度変化に対するせん断粘度の変化が小さく、比較的低温において低粘度であり、かつ高温においても所定の粘度を保持し、潤滑性が良好である。本発明の内燃潤滑油基油は上記の優れた性質を有するため、内燃機関などの各種機器に用いられる潤滑油として有用であり、各種機器の摺動部の摩擦損失を低減するため、これによる低燃費化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の潤滑油基油の温度とせん断粘度との関係を、せん断粘度値を対数尺にとって表したグラフである。
【図２】比較例の潤滑油基油の温度とせん断粘度との関係を、せん断粘度値を対数尺にとって表したグラフである。

Claims

以下の式（１）で示される化合物と炭素数が３〜１２のカルボン酸とから得られるポリアルキレングリコールジエステルからなる内燃機関用潤滑油基油：
ＨＯ−（ＡＯ）_ｎ−Ｈ（１）
（式（１）中、Ａは、炭素数２〜４のアルキレン基であり、ｎは、２〜１０の整数である）。
前記式（１）のｎが２であり、前記カルボン酸の炭素数が８〜１０である、請求項１に記載の内燃機関用潤滑油基油。
前記ポリアルキレングリコールジエステルからなる第１成分に加えて、鉱油および非エステル系合成油のうちの少なくとも一方からなる第２成分を含み、該第１成分と第２成分との重量比が、１：９９〜９９：１である、請求項１または２に記載の内燃機関用潤滑油基油。
１００℃における動粘度が１〜１０ｍｍ^２／ｓである、請求項３に記載の内燃機関用潤滑油基油。
１００℃のせん断粘度と１５０℃のせん断粘度との比が、１．１〜２．０である、請求項１から４のいずれかの項に記載の内燃機関用潤滑油基油。