JP2005504141A - 環境にやさしい潤滑油 - Google Patents

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Abstract

エステル交換したトリグリセロール油を合成エステルと併用して、少なくとも60%が生分解可能で、かつゲル化指数が約12未満である環境にやさしい潤滑油が配合できる。エステル系粘度指数向上剤及びオレフィン共重合体系粘度指数向上剤も添加できる。更に、この組成物は、標準の分散剤/防止剤包装を使用するため、鉱油と配合して極性を低下させることができる。更に、高粘度及び低粘度の鉱油を配合物に混合することにより、ガソリン燃料系及びディーゼル燃料系エンジン用の全範囲のSAEグレードエンジンオイルを製造できる。

Description

【技術分野】
【0001】
発明の分野
本発明は、内燃機関、特にガソリン燃料系及びディーゼル燃料系エンジンに好適な環境にやさしい潤滑油組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
発明の背景
植物油トリグリセリドは、食品や料理用に有用である。多くのこの種の植物油は、燐脂質やステロールのような保存中の酸化を防止する天然の酸化防止剤を含んでいる。トリグリセリドは、グリセロールの3つのカルボン酸分子によるエステル化物と考えられる。カルボン酸中の不飽和量は、トリグリセリドの酸化し易さに影響を与える。酸化は、不飽和に隣接する原子の反応により、2つ以上のトリグリセリド同志が結合する反応を含む可能性がある。これらの反応では、不溶化し、変色した例えばスラッジになるような高分子量の物質が生成するかも知れない。また酸化により、トリグリセリドのエステル結合の開裂又はその他の内部開裂が生じる可能性もある。開裂で生じたトリグリセリドの断片は、低分子量なので、一層揮発し易い。トリグリセリドの酸化により生じたカルボン酸基は、潤滑油を酸性にする。またアルデヒド基も生じるかも知れない。カルボン酸基は、酸化した金属に対し興味を示し、潤滑金属部品の表面から金属の除去を促進するオイル中にこの酸化金属を可溶化できる。
【0003】
天然のトリグリセリドに伴う酸化の問題から、市販の潤滑油の殆どは、耐酸化性にするような不飽和量の少ない石油留出物から処方される。石油留出物は、摩擦及び酸化性を低下させ、流動点を低下させ、また粘度指数を改変する(高温粘度又は低温粘度のいずれかを調節する)等のため、添加物を必要とする。石油留出物は、耐生分解性であり、また或る特性の調節に使用される添加物(金属や反応性化合物を含むことが多い)は、使用済み潤滑油の生分解性を更に低下させる。
【0004】
炭素−炭素結合に不飽和を含まないか殆ど含まない合成エステル潤滑油は、所望の性能を有することから、プレミアム品質のモーターオイルに使用される。しかし、合成エステルの製造に使用される前記酸やアルコールは、通常、石油蒸留物に由来し、したがって、再生可能な供給源に由来するものではない。また合成潤滑油は、一層高価であり、しかも天然のトリグリセリドよりも生分解性に劣る。
【0005】
石油ベース潤滑油の流出や処分による環境上の影響に対する懸念と関連する石油の有限的な供給は、実現可能な潤滑油代替品として植物柚の使用への関心を奨励してきた。植物油は、高流動点及び優れた潤滑特性を有すると共に、生分解性であり、かつ再生可能であるという利点を有する。しかし、植物油は、低温での流動特性が比較的悪く、また酸化安定性も比較的悪いため、幾つかの更に過激な環境では使用できない。
【0006】
植物油潤滑油を製造しようとする努力の大部分は、フラワー油、ヒマワリ油、コーン油、大豆油及び菜種油のようなオレイン酸水準の高い天然油を利用することであった。これらのポリ不飽和油は、酸化安定性が低く、一方、完全飽和油は、低温で結晶化し易い。したがって、大部分がモノ不飽和脂肪族オレイン酸である脂肪酸を使用すると、これら2つの極限間を程よく妥協させる。
【0007】
植物油ベースのエンジンオイルを提供するには、SAE(Society of Automotive Engineers)、API(American Petroleum Institute)及びILSAC(International Lubricant Standardization and Approval Committee)により要求された規格を含む特定の規格に適合しなければならない。特にSAE低温粘度要件は、植物ベースオイルでは適合困難であった。更に、内燃機関用のオイルは、ゲル化指数が約12未満であること、高温TEOST(エンジンオイルの熱酸化シミュレーション)の合計堆積量が最大45mgであること、SAE基準鉱油と混合した時、均質のまま混和できること、揮発性が低いこと、燐水準が最大0.1%であること、泡、ろ過性及びボール錆試験をパスすることを含む最近のGF−3/API SL最低性能規格要件も満足しなければならない。
【特許文献1】
USP 6,420,322
【特許文献2】
USP 6,414,223
【特許文献3】
USP 6,291,409
【特許文献4】
USP 6,281,375
【特許文献5】
USP 6,278,006
【特許文献6】
USP 6,271,185
【特許文献7】
USP 5、885、643
【特許文献8】
USP 6,278,006
【特許文献9】
USP 4、627、192
【特許文献10】
USP 4,743,402
【特許文献11】
USP 6,278,006
【特許文献12】
USP 5,990,055
【特許文献13】
USP 6,281,375
【特許文献14】
USP 5,451,334
【特許文献15】
USP 5,773,391
【特許文献16】
USP 5,413,725
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、植物油ベース潤滑油には、現GF−3/API SL規格に適合すると共に、少なくとも約60%が生分解可能で、各種変化するSAE粘度の内燃機関エンジンオイルとして使用できることが要求される。
【課題を解決するための手段】
【0009】
発明の概要
上記要求は、本発明の各種実施態様により満足される。幾つかの実施態様では、環境にやさしい潤滑油は、エステル交換したトリグリセロール油と、該トリグリセロール油とは異なる合成エステルとを含み、少なくとも60%が生分解可能で、かつゲル化指数が約12未満である環境にやさしい潤滑油である。この潤滑油は、自動車エンジンオイルとして使用でき、また更に粘度指数向上剤及び/又は洗浄防止剤包装(package)を含有してもよい。自動車エンジンオイルは、流動点降下剤、酸化防止剤、摩擦改良剤、防錆剤、腐蝕防止剤及び消泡剤のような他の添加物を含有してもよい。他の実施態様は、以下に説明する。
図面の簡単な説明
図1は、粘度調整剤(VII)の重量%に対するゲル化指数(Gi)のグラフである。
本発明の実施態様の説明
本発明の実施態様は、自動車、トラック、バン、バス、並びに高速道路から離れた貯蔵所(farm)設備、産業設備及び建設設備において、各種操作条件下で使用される環境にやさしい潤滑油を提供する。潤滑油は、ASTM D5864−95に従って、少なくとも約60%が生分解可能であり、かつSociety of Automotive Engineers(SAE)、American Petroleum Institute(API)及びInternational Lubricant Standardization and Approval Committee(ILSAC)の現規格の1つ以上に適合することが好ましい。これらの規格は、参考のため、全体をここに援用した。
【0010】
以下の説明では、ここに開示した全ての数は、これと関連して使用した“約”又は“ほぼ”という語句とは関係なく、概算値である。これらの数は、1%、2%、5%、又は時には10〜20%変化し得る。下限RL及び上限RUを有する数値範囲を開示した場合は、常にこの範囲内のいずれの数も、具体的に開示される。特に、この範囲内の下記数R=RL+k*(RU−RL)は、具体的に開示される。但し、kは、1%の増加量を持った、1%〜100%の範囲の変数である。即ち、kは、1%、2%、3%、4%、5%、...、50%、51%、52%、...、95%、96%、97%、98%、99%、又は100%である。更に、上記定義した2つのRの数により定義されるいずれの数値範囲も具体的に開示される。
【0011】
本説明及び実施例で使用される試験特性、定義及び試験方法は、以下の通りである。
第1表:試験方法及び用語
【0012】
【表1】
Figure 2005504141
【0013】
定義:
ASTMは、材料評価のための規格原案(protocol)を与えるAmerican Society for Testing and Materialsを表わす。
【0014】
生分解性は、潤滑剤の生分解性の尺度である。ASTM D5864は、潤滑油の生分解性を決定する。この試験は、実験室条件下で接種材料に曝した時、潤滑油の好気性水中生分解の速度及び程度を測定する。生分解の程度は、潤滑油のCOへの転化速度を計算することにより測定される。潤滑油は、この試験方法で測定した時、試験材料の炭素の60%以上が28日以内でCO2に転化すれば、容易に生分解可能なものとして分類される。幾つかの実施態様では、潤滑油の生分解性は、少なくとも65%、70%、75%、80%、85%、90%又は95%である。
【0015】
ブルックフィールド粘度は、B型粘度計で測定した粘度(cP)である。B型粘度計の操作原理は、被試験流体中で回転するスピンドルに対するトルク抵抗である。ブルックフィールド粘度は、ギアオイルやトランスミッション液の低温特性と頻繁に関連するが、実際には、他の多くのタイプの潤滑油に対して測定される。
【0016】
低温クランキングスチムレーター(CCS)は、中間せん断速度の粘度計で、低温でのエンジンクランキングに対するオイルの抵抗を測定する。CCSは、オイル中の添加物及び基油の粘度指数により大きく制御される。
【0017】
ゲル化指数は、−5℃から試験の最低試験温度まで徐々に冷却した時、粘度上昇の変化の最大速度として定義される。ゲル化指数は、低温時にオイル中にゲル化構造を形成する傾向を示す数である。6より大きい数は、幾つかのゲル化形成傾向を示す。12より大きい数は、エンジンメーカーに関係がある。15より大きい数は、現場不合格(field−failing)オイルと関連づけられている。ゲル化指数は、ASTM D−5133に従って決定される。この試験方法は、参考のため、全体をここに援用した。ゲル化指数は、ASTM D−5133の走査ブルックフィールド法により測定される。この試験では、0.3RPMで駆動されたローターを有するオイル管を1時間当り1℃で約2日間、通常、−5℃(23(F)から−45℃(−40(F)まで徐々に冷却する。このサンプルが冷却されたならば、オイル中で一定速度で回転するスピンドルで発生するトルク増加量により、粘度を測定する。全体の粘度をプロットした曲線が得られる。これに従って、ゲル化指数を測定する。
【0018】
ゲル化温度としても知られているゲル化点は、ゲル化指数が起こる温度として定義される。ゲル化温度は、ASTM D−5133に従って決定される。この試験方法は、参考のため、全体をここに援用した。
【0019】
動粘度(KV)は、現在、普通、40℃又は100℃のいずれかの温度で測定され、センチストークス(cSt)で表示される粘度である。
【0020】
降伏応力及び見掛けの低温粘度(NRV YS及びMRV TP−1)は、エンジンオイルのポンプ送り温度境界線を測定する。エンジンオイルをミニ回転粘度計中で80℃に保持した後、最終試験温度まで予定の冷却速度で徐々に冷却し、回転軸に低トルクを加えて降伏応力を測定し、次いで高トルクを加えてサンプルの見掛け粘度を決定する。
【0021】
ポイズは、絶対粘度のCGS単位である。これは、1秒当り1センチのせん断速度で液体の1つの層を他の1つの層沿いに1センチの全層厚に亘って動かすのに必要なせん断応力(1平方センチ当りダイン)である。次元は、ダイン・秒/cm2である。センチポイズ(cP)は、ポイズの1/100であり、最も普通に使用されている絶対粘度の単位である。普通の粘度測定は、せん断応力を供給するため、液体にかかる重力に依存し、したがって、液体の密度差により歪みを生じるが、絶対粘度測定は、密度とは無関係で、直接、流れ抵抗に関係する。
【0022】
流動点は、オイル又は蒸留物燃料をASTM D97試験方法により規定された条件下で冷却した時、流れが観察される最低温度として定義された、広く使用されている低温流動の指標である。流動点は、試験容器内のオイルが、容器を水平に5秒間保持した時、動かないことを示す温度を超えた3℃(5°F)である。
【0023】
テーパ型ベアリングシミュレーター(TBS)は、モーターオイルの高温、高せん断速度での粘度を測定し、非常に高いせん断速度は、ローターとステーターとの間の極めて狭い隙間を用いて得られる。
【0024】
粘度指数(VI)は、温度による粘度の変化割合を測定し、ASTM D567(又は100を超えるVIについてはD2270)に従って、40℃及び100℃での粘度から式により決定される。
【0025】
粘度は、液体の流動抵抗の尺度である。普通、粘度は、基準量の液体が特定の温度で基準の開口を流れるのに必要な時間で表わされる。この値が大きいほど、液体は粘稠である。粘度は、温度とは逆に変化するので、その値は、測定温度を同伴しない限り、無意味である。石油系オイルについては、現在、普通、40℃又は100℃のいずれかの温度で測定され、センチストークス(cSt)で表示されている(ASTM D445−動粘度)。
【0026】
揮発性は、液体の蒸発特性を定義する液体の特性である。2種の液体のうち、揮発し易い方の液体は、他方の液体よりも低い温度で沸騰し、両液体が同じ温度である場合、他方の液体よりも早く蒸発する。石油製品の揮発性は、引火点、疑似蒸留及び揮発減量(NOACK)についての試験により評価できる。
【0027】
一般に、本発明の実施態様による環境にやさしい潤滑油は、エステル交換した植物油とエステルとの混合物である。この潤滑油のゲル化指数は、約12未満である。幾つかの実施態様では、ゲル化指数は、約10未満、約8未満、約6未満、約4未満、又は約2未満である。この潤滑油は、好ましくはSociety of Automotive Engineers(SAE)、American Petroleum Institute(API)及びInternational Lubricant Standardization and Approval Committee(ILSAC)の現規格の1つ以上に適合し、かつ潤滑油を容易な生分解性として定義するASTM D5864試験で少なくとも約60%が生分解性である。潤滑油には、各種の植物油が存在してよい。例えば、エステル交換植物油は、エステル交換した、コーン油、菜種油、大豆油及びヒマワリ油の混合物であってよい。エステル交換植物油は、ゲル化指数を低下させると共に、粘度を改良するエステルと混合される。第2表に、本発明の実施態様による環境にやさしい潤滑油組成物の各種組成を示す。
第2表
【0028】
【表2】
Figure 2005504141
【0029】
幾つかの実施例では、環境にやさしい潤滑油は、エステル交換植物油 約30〜約85%、更に好ましくは約35〜約75%、最も好ましくは約40〜約65%と、合成エステル 約10〜約30%、更に好ましくは約12〜約25%、最も好ましくは約15〜約20%との混合物である。エステル系粘度指数向上剤は、任意に約0.1〜約3.0%、更に好ましくは約0.2〜約2.5%、最も好ましくは約0.5〜約2%の量、添加でき、またオレフィン共重合体系粘度指数向上剤は、任意に約0.1〜約6.0%、更に好ましくは約1〜約5%、最も好ましくは約2〜約4%の量、添加できる。環境にやさしい潤滑油は、更に任意に分散剤/防止剤包装を約8〜約14%、更に好ましくは約10〜約12%の量、及び他の添加物、例えば流動点降下剤、酸化防止剤、摩擦改質剤、錆防止剤、腐蝕防止剤、及び消泡剤を約0.1〜約5%、更に好ましくは約0〜約2%の量、添加できる。環境にやさしい潤滑油は、ゲル化指数が約12未満で、ASTM D−5864−95の生分解性試験で少なくとも約60%が生分解性であるように、処方される。環境にやさしい潤滑油は、全てのILSAC GF−3/API SL小規模(bench)試験にも適合する。
【0030】
他の実施態様では、環境にやさしい潤滑油中のエステル交換植物油は、約30〜約85%、更に好ましくは約35〜約75%、最も好ましくは約40〜約65%の量である。好適なエステル交換植物油としては、限定されるものではないが、USP 6,420,322、同6,414,223、同6,291,409、同6,281,375、同6,278,006、同6,271,185及び同5、885、643に記載されている。これらは、参考のため、全体をここに援用した。
【0031】
このようなエステル交換植物油の一例は、USP 6,278,006に記載される下記式:
【0032】
【化1】
Figure 2005504141
【0033】
式中、R1、R2及びR3は、炭素原子数 約4〜約24の脂肪族ヒドロカルビル基であって、R4及びR5の少なくとも1つは、炭素原子数 約4〜約10の飽和脂肪族ヒドロカルビル部分を含有し、かつR1、R2及びR3の少なくとも1つは、炭素原子数 約12〜約24の脂肪族ヒドロカルビル部分を含有する。これらのトリグリセリドは、各種の植物や植物の種子から得られ、普通、植物油と云われている。R1、R2及びR3は、異なった部分でも、同一の部分でもよい。
【0034】
トリグリセリド式内には、少なくとも60%のモノ飽和特性を有する炭素原子数が約6〜約24の脂肪族ヒドロカルビル基がある。ここで使用される用語“ヒドロカルビル基”は、分子の残部に直接、結合した炭素原子を有する残基を表わす。脂肪族ヒドロカルビル基としては、以下のものがある。
(1)脂肪族炭化水素基:即ち、ヘプチル、ノニル、ウンデシル、トリデシル、ヘプタデシルのようなアルキル基;ヘプテニル、ノネニル、ウンデセニル、トリデセニル、ヘプタデセニル、ヘンエイコセニルのような1個の二重結合を有するアルケニル基;8,11−ヘプタデカジエニル及び8,11,14−ヘプタデカトリエニルのような2又は3個の二重結合を有するアルケニル基。これらの異性体も含まれるが、直鎖基が好ましい。
(2)置換脂肪族炭化水素基:即ち、基の主要な炭化水素特性を変えることがない非炭化水素置換基を有する基。当業者ならば、好適な置換基を知っている。例えば、ヒドロキシ、カルバルコキシ(carbalkoxy)(特に低級カルバルコキシ)及びアルコキシ(特に低級アルコキシ)である。用語“低級”は、炭素原子数が7以下の基を表わす。
(3)ヘテロ基;主として脂肪族炭化水素特性を持ちながら、特に脂肪族炭素原子からなる鎖又は環中に存在する炭素以外の原子を含む基。好適なヘテロ基は、当業者には明白であり、例えば酸素、窒素及び硫黄が挙げられる。
【0035】
天然産のトリグリセリドは、植物油トリグリセリドである。エステル交換トリグリセリドは、1モルのグリセロールと3モルの脂肪酸又は脂肪酸混合物との反応により、或いは天然産植物柚の化学的改質により形成できる。トリグリセリド油の供給源に関係なく、脂肪酸部分は、トリグリセリドがモノ飽和特性を少なくとも約60%、好ましくは少なくとも約70%、最も好ましくは少なくとも約80%有するような部分である。このエステル交換トリグリセリドは、モノ飽和特性を少なくとも約85、90又は95%持っていてもよい。
【0036】
好ましいエステル交換植物油は、酸化安定性が比較的高く、低温粘度特性も良い。酸化安定性は、オイル中の不飽和度に関連し、例えばAOCS Official Method Cd 12b−92(1993年改訂)に従って、Oxidative Stability Index器具、Omnion,Inc.,Rockland,Mass.で測定できる。酸化安定性は、“AOM”時間で表わすことが多い。例えばオイルの酸化安定性は、約40 AOM時間〜約120 AOM時間又は約80 AOM時間〜約120 AOM時間の範囲であってよい。幾つかの実施態様で使用されるエステル交換植物油は、低温粘度特性に優れている。高い粘度指数値は、オイルの粘度変化が温度変化で少ないことを表わす。換言すれば、粘度指数が高いほど、低温では潤滑油の増粘(thickening)抵抗が大きくなり、高温では少なくなる。幾つかの実施態様では、エステル交換植物油の流動点は、約0℃〜約−30℃である。この植物油は室温で液体であり、融点は約6℃以下である。
【0037】
植物油は、普通のオレイン酸含有量よりも多くなるように、遺伝子的に改質できる。高オレイン酸植物油は、オレイン酸を少なくとも約60%含有する。このような高オレイン酸植物油は、酸化安定性が悪いが、完全に飽和したオイルは、低温で結晶化し易い。普通のヒマワリ油は、オレイン酸含有量が25〜30%である。ヒマワリの種子を遺伝子的に改質することにより、オレイン酸含有量が約60%〜約90%のヒマワリ油を得ることができる。USP 4、627、192及び4,743,402は、高オレイン酸ヒマワリ油の製造法及びそのオレイン酸含有量の測定法について開示しているため、参考にここに援用した。
【0038】
高オレイン酸植物油は、高オレイン酸コーン油、高オレイン酸菜種油、高オレイン酸ヒマワリ油高オレイン酸大豆油、高オレイン酸綿実油、高オレイン酸lesquerella油、高オレイン酸meadowfoam油及び高オレイン酸ヤシ油が可能である。好ましいオイルは、短鎖飽和脂肪酸エステルとエステル交換した高オレイン酸ヒマワリ油であるAGRI−PURE 560(商標)である。AGRI−PURE 560は、CARGILL(Minneapolis,MN)による合成ポリオールエステルTAG基油である。
【0039】
AGRI−PURE 560のメーカー規格は、次の通りである。
第3表:AGRI−PURE 560(商標)
【0040】
【表3】
Figure 2005504141
【0041】
別の好ましいTAG基油としては、SUNYL 80(商標)として入手できる高オレイン酸ヒマワリ油及びRS−80(商標)として入手できる高オレイン酸菜種油〔両者ともSVO ENTERPRISES(Eastlake,Ohio)から入手可能〕が挙げられる。他の高オレイン酸油としては、DOW、DUPONT又はInstituto de la Grasaの高オレイン酸ヒマワリ油、CARGILL又はDUPONTの高オレイン酸キャノーラ油、DUPONT又はMONSANTOの高オレイン酸大豆油、DUPONTの高オレイン酸コーン油、MYCOGEN又はUniversity of Floridaの高オレイン酸落花生油がある。
【0042】
非遺伝子的に改質した植物油は、ヒマワリ油、サフラワー油、コーン油、大豆油、菜種油、meadowfoam油、lesquerella油、ヒマシ油又はオリーブ油である。オリーブ油は、本来、オレイン酸含有量が多いことに注目すべきである。オリーブ油中のオレイン酸含有量は、通常、約65〜約85%の範囲である。
【0043】
いずれの植物油も飽和エステル、好ましくは短鎖脂肪酸エステル又はポリオールエステルの添加によりエステル交換できる。この添加により、植物油のグリセロール主鎖に短鎖脂肪酸のランダムなエステル化が起こる。一般に、エステル交換は、好適な触媒の存在下で植物油に短鎖脂肪酸エステルを添加し、次いで混合物を加熱することにより達成できる。短鎖脂肪酸のエステルとしては、メチルエステル及びポリオールエステルが挙げられる。メチルエステルは、例えば脂肪酸のエステル化により製造できる。
【0044】
ポリオールエステルも植物油のエステル交換に使用できる。ここで用いた“ポリオールエステル”とは、炭素原子数が2〜約10で、ヒドロキシ基数が2〜6のポリオールから製造したエステルを云う。ポリオールは、2〜4のヒドロキシ部分を有することが好ましい。
【0045】
ポリオールエステルと植物油とのエステル交換の結果、ポリオールの短鎖脂肪酸鎖及びTAGの長い脂肪酸鎖は、ポリオール及びグリコールの両主鎖の間にランダムに分配される。一実施例では、エステル交換した植物油は、前記定義した構造及び/又は下記構造の非グリセロールポリオールエステルを含有する。
【0046】
【化2】
Figure 2005504141
【0047】
式中、R4及びR5は、独立に炭素原子数 約4〜約24の脂肪族ヒドロカルビル基であって、R4及びR5の少なくとも1つは、炭素原子数 約4〜約10の飽和脂肪族ヒドロカルビル部分を含有し、かつR4及びR5の少なくとも1つは、炭素原子数 約12〜約24の脂肪族ヒドロカルビル部分を含有する。これらのトリグリセリドは、各種の植物や植物の種子から得られ、普通、植物油と云われている。R6及びR7は、独立に水素、炭素原子数1〜4の脂肪族ヒドロカルビル部分、又は下記式である。
【0048】
【化3】
Figure 2005504141
【0049】
式中、Xは、約0〜約6の整数であり、R8は、炭素原子数4〜24の脂肪族ヒドロカルビル部分である。
【0050】
上記エステル交換植物油の製造方法は、USP 6,278,006に記載されている。この特許は、全体をここに援用した。他の使用可能なトリグリセロールは、USP 5,990,055及び同6,281,375に開示されている。これらの特許は、参考のため、全体をここに援用した。エステル交換植物油は、前述のグリセロールポリオールエステル単独又は前述の非グリセロールポリオールエステル単独、或いは両者の混合物を含有してよい。
【0051】
植物油は、そのトリアシル構造が、完全に規則的になり易く、また充填(packing)し易いため、低温で結晶化する傾向がある。このため、低温で粘度が急激に増大し、その結果、ゲル化指数試験に不合格となる。GF−3/API SL小規模試験規格で規定された約12未満というゲル化指数要件に適合させるため、低ゲル化指数の飽和合成エステル(植物油とは異なる)を添加する。例えば配合物中に飽和合成エステルを約10〜約30%配合する。合成エステル、特に飽和エステルは、ゲル化指数を顕著に低下させることを発見した。合成エステルは、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルのような二塩基性酸エステル、トリメチロールエタン(TME)エステル、トリメチロールプロパン(TMP)エステルのような三塩基性酸エステル、又はペンタエリスリトールエステルのようなポリオールエステルであってよい。エステル交換トリグリセリド油に添加される第一エステルのゲル化指数は、約10未満、約8未満、又は約6未満でなければならない。幾つかの実施態様では、潤滑油のゲル化指数の低下に使用される第一エステルのゲル化指数は、約5未満、例えば約4以下、約3以下、約2以下、約1以下である。
【0052】
二塩基エステル又は二塩基酸エステルは、C4〜C12ジカルボン酸(例えばこはく酸、グルタル酸、アジピン酸及びセバシン酸)と2モルのC1〜C12アルコールとの反応で得られる生成物である。一例は、ジ(2−エチルヘキシル)アジペートである。この二塩基酸エステルは、十分に機能させるため、少なくとも約120の粘度指数を持っていなければならない。二塩基酸エステルは、下記式:
【0053】
【化4】
Figure 2005504141
【0054】
のものである。
式中、R1及びR2は、炭素原子数が約1〜約20のヒドロカルビル基であり、nは約1〜約20の整数である。好ましい二塩基酸は、UNIQEMA PERFORMANCE CHEMICALS(New Castle,DE)によるセバシン酸とのC10アルコールジエステルであるEMKARATE 1130(商標)である。R1及びR2は、異なる部分(moiety)でも同じ部分でもよい。
【0055】
同様な特性を有する下記表に示すような二塩基酸も有用である。
【0056】
【表4】
Figure 2005504141
【0057】
三塩基酸エステルは、C4〜C12トリカルボン酸と3モルのC1〜C20アルコールとの反応によるか、或いは脂肪酸とポリオール(トリオール)との縮合により作られる生成物である。この三塩基酸エステルは、十分に機能させるため、少なくとも約120の粘度指数を持っていなければならない。三塩基酸エステルは、下記式:
【0058】
【化5】
Figure 2005504141
【0059】
のものである。
【0060】
式中、R1、R2、R3及びR4は、炭素原子数が約1〜約20のヒドロカルビル基である。好ましい三塩基酸は、UNIQEMA PERFORMANCE CHEMICALS(New Castle,DE)製のEMKARATE 1550(商標)である。R1、R2、R3及びR4は、異なる部分でも同じ部分でもよい。
【0061】
その他の合成エステルは、下記式を有する。
【0062】
【化6】
Figure 2005504141
【0063】
式中、R1、R2、R3及びR4は、炭素原子数が約1〜約20のヒドロカルビル基である。R4がCH3であれば、得られる合成エステルは、トリメチロールエタンエステルである。R4がCH3CH2であれば、得られる合成エステルは、トリメチロールプロパンエステルである。他の好適な合成エステルとしては、ペンタエリスリトールのC5〜C7アルコールエステルであるEMKARATE 1700(商標)や、二量体酸とジアルコールとから作られるPRIOLUBE 3960(商標)、PRIOLUBE 3939(商標)、PRIOLUBE 1831(商標)(いずれもUNIQEMA PERFORMANCE CHEMICALS(New Castle,DE)製)がある。R1、R2、R3及びR4は、異なる部分でも同じ部分でもよい。
【0064】
高温での粘度を増大させるため、配合物には粘度指数向上剤が添加されている。一般に、粘度調整剤(又は粘度指数向上剤)には2種類ある。一方は、無水マレイン酸スチレン共重合体の長鎖エステルであるLUBRIZOL 7671(商標)〔ポリメタクリレート共重合体であるLUBRIZOL 7764(商標)及びLUBRIZOL 7783(商標)も参照〕のような比較的極性のエステルタイプである。他方は、無定形炭化水素重合体であるLUBRIZOL 7075(商標)〔INFINEUM SV 200(商標)、INFINEUM SV 150(商標)等の水素化スチレン−ジエン共重合体も含まれる〕のような非極性の水素化オレフィン共重合体(OCP)タイプである。これら粘度調整剤は、両方とも、配合物中で試験した。
【0065】
極性及び非極性の両粘度調整剤を組み合わせることにより、広範囲の粘度グレードのモーターオイルが配合できる。更に、合成エステルと配合すると、所望の粘度、ゲル化指数規格、及びその他、再生可能な環境にやさしいエンジン潤滑油の製造に必要な規格に適合するモーターオイルが作られる。
【0066】
好ましい極性エステルタイプの粘度調整剤は、LUBRIZOL(Wickliffe,OH)製のLUBRIZOL 7671である。LUBRIZOL 7671は、ポリメタクリレートタイプの増粘剤で、植物油用の流動点降下剤としても作用する。他の極性エステルタイプの粘度調整剤としては、LUBRIZOL(Wickliffe,OH)製のポリメタクリレート共重合体粘度指数向上剤である、LUBRIZOL 7764、LUBRIZOL 7776、LUBRIZOL 7785、LUBRIZOL 7786が挙げられる。
【0067】
下表に示すような同様な特性を有する極性エステルタイプの粘度調整剤も有用である。
【0068】
【表5】
Figure 2005504141
【0069】
好ましい非極性水素化オレフィン共重合体タイプの粘度調整剤は、LUBRIZOL(Wickliffe,OH)製のLUBRIZOL 7075シリーズである。このシリーズは、Lubrizolの次世代非分散オレフィン共重合体(OCP)粘度調整剤である。水素化オレフィン共重合体は、乗用車モーターオイルや重質ディーゼルエンジンオイル用に最も広く使用されているタイプの粘度調整剤である。1960年代中期に発展した各種水素化オレフィン共重合体は、主として分子量及びエチレン対プロピレン比が異なる。これらのこの種の重合体は、通常のエンジン操作温度に亙って粘度変化を最小にする。これら重合体は、費用効果が高く、また主要路を通る(mainline)殆どいかなるエンジンオイルにも好適に配合できる。これらの重合体は、乗用車エンジンオイル及び重質ディーゼルエンジンオイル用の最近の国際及び原機器メーカー(OEM)規格に適合させるのに、費用効果の高い方法を与える。
【0070】
種々の実施態様では、以下の特性を有する非極性水素化オレフィン共重合体タイプの粘度調整剤も有用であり得る。
【0071】
【表6】
Figure 2005504141
【0072】
LUBRIZOL 7075D(商標)は、LUBRIZOL(Wickliffe,OH)製の好ましいオレフィン共重合タイプの粘度調整剤である。その他のオレフィン共重合タイプ粘度調整剤としては、LUBRIZOL 7070シリーズ、7077シリーズ、7740シリーズ;INFINEUM SV140、SV145、SV200、SV205、SV300、SV305(EXXONMOBIL,TX)及びPARATONE(商標)8900シリーズ(CHEVRON,CA)が挙げられる。
【0073】
エステルタイプの粘度調整剤は、ゲル化指数の低下に寄与する。LUBRIZOL 7764及びLUBRIZOL 7785を使用すると、ゲル化指数規格を損なわずに配合できるエステル粘度調整剤の最大量は、図1に示すとおり、約1.7〜約2.0%である。このような低濃度のエステルタイプ粘度調整剤単独では、配合オイルの粘度グレードは、SAE 30グレード以下である。
【0074】
種々の実施態様では、以下の特性を有するエステルタイプ粘度調整剤も有用であり得る。
【0075】
【表7】
Figure 2005504141
【0076】
水素化オレフィン共重合体タイプ粘度調整剤の植物油への溶解度は、極性の相違により、約4〜約6重量%である。水素化オレフィン共重合体タイプ粘度調整剤を単独で使用した場合、潤滑油の配合物は、粘度グレードSAE 30のグレードのオイルである。
【0077】
しかし、これら2種の粘度調整剤を組み合わせると、広範な粘度グレードのモーターオイルが得られる。更に、植物油と合成エステルとを組み合わせると、所望の粘度、ゲル化指数規格、及びその他の小規模試験規格に適合するオイルが得られた。エステルタイプ粘度指数向上剤は、約0〜約3.0%、更に好ましくは約0.2〜約2.5%、最も好ましくは約0.5〜約2%の量で添加でき、また水素化オレフィン共重合体タイプの粘度指数向上剤は、約0〜約6.0%、更に好ましくは約1〜約5%、最も好ましくは約2〜約4%の量で添加できる。
【0078】
他の好適な従来の粘度指数向上剤又は粘度調整剤は、ポリブテン、水素化重合体及びスチレンとイソプレン及び/又はブタジエンとの共重合体及び三元共重合体のようなオレフィン重合体、アルキルアクリレート又はアルキルメタクリレートの重合体、アルキルメタクリレートとN−ビニルピロリドン又はジメチルアミノアルキルメタクリレートとの共重合体である。これらは、完成オイルに所望の粘度範囲を付与するため、既知の配合技術に従って、必要に応じて使用される。
【0079】
スチレンと無水マレイン酸とをフリーラジカル開始剤の存在下で共重合し、次いでこの共重合体をC4〜C18アルコールの混合物でエステル化して得られるエステルも、粘度調整用添加物として有用である。このスチレンエステルは、一般に多官能性稀少(premium)粘度調整剤とみなされている。スチレンエステルは、粘度調整特性を有する他、流動点降下剤でもあり、エステル化の終了前に若干の未反応無水物又はカルボン酸基が残してエステル化を終らせると、分散(dispersancy)特性を示す。次に、これらの酸基は第一アミンとの反応でアミドに転化し得る。スチレンと無水マレインとの共重合により、スチレン重合体よりもガラス転移温度が高く、また特定の官能基と化学的に反応性のある共重合体(SMA)が生成する。こうしてSMA重合体は、無水マレイン酸の相互反応又は反応により所望の界面効果が生じる配合物又は複合体で使用されることが多い。ROHMAX USA(Horsham,PA)から市販されている幾つかのSMA重合体には、VISCOPLEX(商標)2−360、VISCOPLEX 2−500、VISCOPLEX 3−540、VISCOPLEX 4−671、VISCOPLEX 6−054がある。
【0080】
鉱油と植物油との一相違点は、鉱油が主として非極性炭化水素であるのに対し、植物油は極性のエステル官能基を有することである。一層極性の植物油との併用に特別に処方された分散剤/防止剤(DI)包装はない。したがって、従来のDI包装は、配合物の実施態様で使用されていた。植物油に従来のDI包装を溶解するには、植物油にAPIグループI〜IIIの鉱油又はグループIVのポリα−オレフィン(PAO)を約10〜約30%配合して極性を低下させる。得られるオイルは、透明で均質である。
【0081】
分散剤/防止剤添加物包装は、潤滑油に添加して、既に形成された不溶性粒子を破壊すると共に、粒子の形成を防止する。粒子は、オイル中に分散して残るか、又はコロイド状に懸濁して残るように、微粉砕状態に保持される。分散剤/防止剤添加物包装は、好ましくは約6〜約18重量%、更に好ましくは約8〜約16重量%、最も好ましくは約10〜約14重量%の量である。
【0082】
洗浄剤及び分散剤は、洗浄機能を果たす極性材料である。洗浄剤としては、金属スルホネート、金属シリケート及び金属チオホスフェートが挙げられる。分散剤としては、ポリアミンスクシンイミド、ヒドロキシベンジルポリアミン、ポリアミンスクシンアミド、ポリヒドロキシこはく酸エステル及びポリアミンアミドイミダゾリンが挙げられる。洗浄剤は、一般にクランク室のオイル中で分散剤添加物と組み合わされる。洗浄剤は、オイルに不溶となり、析出してスラッジを形成する前に、オイル中の酸性汚染物を化学的に中和する。オイル中で懸濁状態を維持できる中性又は塩基性の化合物が形成される。潤滑油は、通常、洗浄剤を約2〜約5重量%含有する。
【0083】
灰分を含まない好適な分散剤としては、限定されるものではないが、ポリアルケニル又はほう素化ポリアルケニルスクシンイミド(但し、アルケニル基は、C3〜C4のオレフィンから誘導され、特に数平均分子量が約7,000〜50,000のポリイソブテニルである)が挙げられる。他の周知の分散剤としては、炭化水素置換無水こはく酸、例えばポリイソブテニル無水こはく酸の油溶性ポリオールエステル、並びに炭化水素置換無水こはく酸及びジ置換アミノアルコール、エチレンプロピレンと無水マレイン酸(更にアルコール又はアルキレンポリアミンと反応させてもよい)のような活性モノマーとの後グラフト化重合体、アルコール及びアミンと後反応させたスチレン−無水マレイン酸重合体等から誘導された油溶性オキサゾリン及びラクトンオキサゾリン分散剤が挙げられる。
【0084】
分散剤は、通常、アミン又はアルコール含有極性基に結合した炭化水素鎖を含有する。この炭化水素“尾部”は、分子を潤滑基油に可溶化するように作用し、一方、極性基は、分解潤滑油から生じた極性汚染物を引き付けるように作用する。分散剤は、高極性の芯を含有し、膨大な量の極性汚染物を分散した潤滑基油中で数百万のミセル構造を形成する。これらの汚染物は、既に形成されたワニス/カーボン/スラッジ沈着物としては勿論、ワニス/カーボン/スラッジ形成の前駆体として作用する酸化生成物である。分散汚染物は、基油中で“溶液”状態で保持され、一方、既に形成された沈着物は、金属及びエラストマー表面で浄化される。懸濁した前駆体も沈着物も通常、使用されるフィルターを容易に通過する。最後に、これらの芯が飽和すると、分散剤は、もはや汚染物を拾い上げることができず、このためオイルは排出しなければならない。しかし、オイルは、通常、これが起こる前に、十分に排出される。
【0085】
潤滑油の酸化は、空気中の酸素と潤滑基油との反応で生じる連鎖反応である。酸化によって、高分子量の油不溶性重合体が生成する。これらの重合体は、スラッジ、ワニス及びゴムとして沈降できる。また、潤滑油の粘度増大の原因ともなる。防止剤の機能は、潤滑油に対する酸素の攻撃による劣化を防止することである。酸化防止剤は、フリーラジカル(フェノール系又はアミン)を破壊するか、又は酸化機構に含まれる過酸化物(アミン又はZDDP)を分解するように機能する。その結果、潤滑油は、清浄性及び粘度を維持し、排出間隔に亙って適切に機能する。
【0086】
好ましい分散剤/防止剤添加物の包装は、LUBRIZOL(Wickliffe,OH)製のLUBRIZOL 9850U(商標)又はLUBRIZOL 9850である。DI包装の内容は、一般に所有者の秘密であるが、通常、ZDDP(ジアルキルジチオ燐酸亜鉛)のような摩耗防止剤、酸化防止剤−フェノール系及び/又はアミンタイプの酸化防止剤、洗浄剤(Mg及び/又はCaスルホネート又はフェノレート)、分散剤(ポリイソブチレンスクシンアミド)、腐蝕防止剤、錆防止剤、摩擦改良剤、消泡剤等である。ガソリン及びディーゼルエンジンオイル用のその他の好適な分散剤/防止剤添加物包装は、ORONITE(商標)(CHEVRON,CA)及びINFINEUM(商標)(EXXON−MOBIL,TX)である。GF−3 DI包装は、例えばOLOA 55007(商標)及びOLOA 59029(商標)(CHEVRON,CA)、INFINEUM 5063、INFINEUM 3421、INFINEUM 3422(EXXON−MOBIL,TX)、及びLUBRIZOL 20,000及びLUBRIZOL 20,000A(LUBRIZOL,OH)である。
【0087】
下記表に示す同様な特性を有する分散剤/防止剤添加物包装も有用である。
【0088】
【表8】
Figure 2005504141
【0089】
環境にやさしい潤滑油は、更に1種以上の添加物を含有してよい。このような添加物としては、限定されるものではないが、酸化防止剤、流動点降下剤、洗浄剤、分散剤、摩擦改良剤、錆防止剤、腐蝕防止剤及び消泡剤が挙げられる。
【0090】
通常の酸化防止剤は、芳香族アミン、フェノール、硫黄又はセレンを含有する化合物、ジチオホスフェート、硫化ポリアルケン、及びトコフェロールである。ヒンダードフェノールは、特に有用で、例えば2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(DBPC)、tert−ブチルヒドロキノン(TBHQ)、シクロヘキシルフェノール、及びp−フェニルフェノールがある。アミンタイプの酸化防止剤としては、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化ジフェニルアミン及び非対称ジフェニルヒドラゾンが挙げられる。亜鉛ジチオホスフェート、金属ジチオカルバメート、フェノールスルフィド、金属フェノールスルフィド、金属サリチレート、ホスホ硫化脂肪及びオレフィン、硫化オレフィン、硫化脂肪及び脂肪誘導体、硫化パラフィン、硫化カルボン酸、ジサリエイラル(disalieylal)−1,2−プロパンジアミン、2,4−ビス(アルキルジチオ)−1,3,4−チアジアゾール及びラウリルセレナイドは、有用な酸化防止剤の例である。IRGANOX L−64(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,NY)は、特に有用な酸化防止剤の混合物を提供する。酸化防止剤は、通常、約0.001〜約10重量%の量で存在する。好ましい実施態様では、酸化防止剤は、潤滑油に約0.01%〜約3.0%添加される。USP 5451334及び同5773391は、更に別の酸化防止剤を開示している。これらの特許は、参考のため、全体をここに援用した。
【0091】
流動点降下剤(PPD)は、ワックスの固体塊への集結傾向を低下させることにより、ワックス含有石油生成物の流動点を降下させる。流動点降下剤は、オイル配合物の流れを非改質潤滑剤の流動点未満にする。通常の流動点降下剤としては、ポリメタクリレート、ワックスアルキル化ナフタレン重合体、ワックスアルキル化フェノール重合体及び塩素化重合体が挙げられる。USP5451334及び同5413725は、更に別の流動点降下剤を開示している。これらの特許は、参考のため、全体をここに援用した。
【0092】
流動点降下剤は、一般に約0.01〜約5重量%、更に通常は約0.1〜約1重量%の量で使用される。潤滑油組成物に通常、使用される流動点降下剤の具体例は、n−アルキルメタクリレート及びn−アルキルアクリレーとの重合体及び共重合体、ジ−n−アルキルフマレートと酢酸ビニルとの共重合体、α−オレフィン共重合体、アルキル化ナフタレン、α−オレフィンとスチレン及び/又はアルキルスチレンとの共重合体又は三元共重合体、スチレンマレイン酸ジアルキル共重合体、商品名VISCOPLEX 1−3004(商標)を使用するROHMAX USA(Horsham,PA)により得られるACRYLOID 3004 オイル添加物である。化学的には、ポリメタクリレート(PMA)をベースとするものである。他の使用可能なVISCOPLEXシリーズ1のワックス改質剤としては、VISCOPLEX 1−6004、VISCOPLEX 1−331及びVISCOPLEX 1−600がある。VISCOPLEX 10−130及び10−171のようなVISCOPLEX 10シリーズも使用できる。
【0093】
好適な金属洗浄剤添加物は、当該技術分野で公知で、過剰塩基化油溶性カルシウム、マグネシウム及びバリウムフェノレート、硫化フェノレート、及びスルホネート(特にC16〜C50アルキル置換ベンゼン又はトルエンスルホン酸のスルホネート(全塩基数は、約80〜300))が挙げられる。これらの過剰塩基化材料は、単独の洗浄剤添加物として、又は同様な添加物と組み合わせて中性の形態で使用できるが、全体の金属洗浄剤添加物は、前述の塩基数で表わされる塩基度を持たなければならない。好ましくは、これらの添加物は、過剰塩基マグネシウム硫化フェノレートと中性のカルシウム硫化フェノレート(C9又はC12アルキルフェノールから得られる)との混合物と一緒に約3〜約6重量%の量で存在する。
【0094】
好適な摩耗防止添加物は、全炭素原子数5以上の油溶性亜鉛ジヒドロカルビルジチオホスフェートで、通常、約1〜6重量%の量で使用される。他の摩擦防止添加物としては、ジチオホスフェート、特に亜鉛ジアルキルジチオホスフェート、金属スルホネート、金属フェノレートフルフィド、脂肪酸、酸ホスフェートエステル及びこはく酸アルキルが挙げられる。摩擦防止添加物は、金属上に吸着して金属−金属接触を低減するフィルムを与える。一般に、摩擦防止添加物としては、亜鉛ジアルキルジチオホスフェート、トリクレジルホスフェート、ジドデシルホスファイト、硫化マッコウクジラ油、硫化テルペン及び亜鉛ジアルキルジチオカルバメートが挙げられる。
【0095】
錆防止剤は、一般に錆に対し表面を保護し、アルキルこはく酸タイプ有機酸及びその誘導体、アルキルチオ酢酸及びその誘導体、有機アミン、有機ホスフェート、多価アルコール、並びにスルホン酸のナトリウム及びカルシウムが挙げられる。錆防止剤は、約0.1〜約1重量%のように極めて少ない割合で使用され、好適な錆防止剤の例としては、ドデセニルこはく酸無水物のようなC9〜C30脂肪族こはく酸又は無水物がある。
【0096】
消泡添加物は、安定な表面泡の形成を低減又は防止し、通常、約0.01〜約1重量%の量で存在する。ポリメチルシロキサン、ポリメタクリレート、アルキレンジチオホスフェートの塩、アミルアクリレートテロマー及びポリ(2−エチルヘキシルアクリレート−コ−エチルアクリレート)は、消泡添加物の非限定例である。
【0097】
また、配合物中に高粘度及び低粘度の鉱油を混合することにより、全範囲のSAEグレードモーターオイルを作ることが可能である。自動車オイルの粘度は、30、40、50のような数字で表わされるSAE(Society of Automotive Engeers)粘度グレードに分類される。この数字が高いほど、高温操作での有効性は大きい。低粘度の希薄オイルである低数字のオイルは、一層容易に流れるように寒冷下で使用され、この包装上のオイルグレードの次の“W”マークにより確認される。マルチグレードオイル5Wxx、10Wxx、20Wxx等は、低温及び高温の両条件下で適している。工業用に特別に作った潤滑油は、ISO(international Organization for Standerdization)グレードにより分類された粘度を有する。
【0098】
広範囲のSAEグレードモーターオイルを製造するため、高粘度及び低粘度の鉱油を環境にやさしい潤滑油に添加する。製造できるSAEグレードオイルには、0W−30、5W−30、10W−30及び10W−40がある。グループI〜グループVの鉱油が好ましい。配合物に有用な好ましい例は、下表の通りである。
第4表:鉱油
【0099】
【表9】
Figure 2005504141
【0100】
EXCEL 100-HC、230-HC EXCEL及び575-HC(いずれも商標)は、PENZOIL−QUAKER STATE COMPANY(Houston,USA)製のグループIIオイルである。Yubase 150N及び240N(いずれも商標)は、Yukong(韓国、ソウル)製のグループIII鉱油である。CHEVRON UCBO7R(商標)は、CHEVRON製のグループIII鉱油である。SHELL XHVIは、Shell Chemical Company製のグループIII鉱油である。鉱油は、一般に約0〜約40重量%の量で使用する。
【0101】
以下の実施例は、本発明の実施態様を例示するもので、別途に説明し特許請求したように、本発明を限定するものではない。実施例中の数値は全て概略値である。
【実施例1】
【0102】
実施例I
第5A表及び第5B表は、極性エステルタイプ粘度調整剤を用いた潤滑剤の配合物及び物性を示す。配合物A〜Cは、ポリメタクリレート共重合体であるLUBRIZOL 7764を用い、配合物D〜Fは、植物油中にポリメタクリレート共重合体を分散したLUBRIZOL 7785を用いた。分散剤/防止剤包装は、LUBRIZOL 9850Uである。流動点降下剤は、Viscoplex 1−3004である。鉱油は、Yubase 150N(商標)であり、また合成エステルは、Emkarate 1130である。植物油は、AGRIーPURE 560である。
第5A表:配合物A〜F
【0103】
【表10】
Figure 2005504141
【0104】
第5B表:配合物A〜Fの特性
【0105】
【表11】
Figure 2005504141
【0106】
図1に示すように、LUBRIZOL 7764及びLUBRIZOL 7785を含む配合物について、粘度調整剤(VII)の重量%に対しゲル化指数(Gi)をプロットした。このグラフから、粘度調整剤の量が、LUBRIZOL 7764では約2.2重量%よりも多く、またLUBRIZOL 7785では約1.2重量%よりも多いと、配合物は、ゲル化指数が最大12であるGF−3/API SL規格に不合格であることを示している。LUBRIZOL 7785を2.2重量%未満用いると、配合物は、ゲル化指数をパスしたが、完成オイルは、SAE 30粘度グレードに限定された。同様に、LUBRIZOL 7764を1.2重量%未満用いると、ゲル化指数12をパスする配合物が得られたが、完成オイルは、SAE 20粘度グレードに限定された。
【実施例2】
【0107】
実施例2
前述の極性エステルタイプ粘度調整剤の代りに、オレフィン共重合体タイプ粘度調整剤を用いて、下記第6A表の配合物を製造した。これら配合物の物性を第6B表に示す。これらの配合物は、周囲温度で透明で均質であった。しかし、ASTM D5133に従って配合物G及びHのゲル化指数を測定しようとしたところ、冷却工程中、粘度調整剤は分離して試験セルの壁に付着することが判った。一方、配合物Iは、透明で均質なままであった。これから、オレフィン共重合体タイプ粘度調整剤LUBRIZOL 7075Dを用いた配合物は、配合物中で約0〜約6重量%に制限される可能性があることが示唆される。
第6A表:配合物G〜I
【0108】
【表12】
Figure 2005504141
【0109】
第6B表:配合物G〜Iの特性
【0110】
【表13】
Figure 2005504141
【0111】
配合物Iは、SAE 30グレード潤滑油である。配合物の生分解性を低下させるExcel 575−HCのような非生分解性重質油を増量することにより、配合物Iの粘度をSAE 40グレードに上昇させることは可能である。
【実施例3】
【0112】
第7A表は、グループIII鉱油(Yubase 150N及びYubase 240N)、二塩基酸エステル及び改質植物油(AGRI−PURE 560)を含む基油中にエステルタイプ及びオレフィン共重合体タイプの粘度調整剤の組合わせを用いた配合物を表わす。第7B表は、第7A表のオイルの物性を開示する。これらの配合物は、約12未満というGF−3/API SL規格のゲル化指数規格をパスすると共に、SAE 5W−30グレードオイルのその他の物性に適合する。
第7A表:配合物J〜L
【0113】
【表14】
Figure 2005504141
【0114】
第7B表:配合物J〜Lの特性
【0115】
【表15】
Figure 2005504141
【実施例4】
【0116】
実施例4
配合物Kを、ASTM D−6335熱酸化エンジンオイル疑似試験(TEOST)のため、独立の試験所に提出し、またベルギーのBfB Oil ResearchでASTM D−5864−95生分解性試験を行った。結果を第8表に示す。TEOSTは、モーターオイルのピストン沈着制御能力の測定に有用かも知れない。GF−3/API SL規格によれば、TEOSTでの合計沈着物は、最大45mgである。ASTM D−5964−95生分解性試験によれば、放出二酸化炭素が60%を超えると(28日以内)、この材料は、容易に生分解できるという資格が与えられる。
第8表:配合K
【0117】
【表16】
Figure 2005504141
【実施例5】
【0118】
実施例5
潤滑剤のコスト低減のため、実施例3のグループIII鉱油は、Excel HC又はExxon HC(水素化転化)のようなグループII鉱油で置換できる。第9A表は、広い粘度範囲のモーターオイルを作るため、異なる粘度グレードのグループIIオイルを単独又は組合わせ使用した配合物を開示する。酸化安定性を高めるため、配合物Qで示すように、別の酸化防止剤(即ち、Irganox L−64(商標))を配合物に添加できる。配合物Rは、Irganox L−64を、摩擦改質剤、摩耗防止剤及び酸化防止剤の多官能性添加物であるNAUGALUBE MOLYFM 2543(商標)(Crompton Corporation、Middlebury,CT)で置換する。
第9A表:配合物M〜R
【0119】
【表17】
Figure 2005504141
【0120】
第9B表:配合物M〜Rの特性
【0121】
【表18】
Figure 2005504141
【実施例6】
【0122】
配合物Qを高温TEOST MHT−4熱酸化エンジンオイル疑似試験、均質性及び混和性(H&M)試験、発泡連続(sequence)I、II及びIII試験、高温発泡試験,EOFT(エンジンオイルろ過性試験)及びEOWTT(エンジンオイルろ過性/耐水性試験)のため、PerkinElmer自動車研究所(San Antonio,TX)に提出した。H&M試験では、試験オイルは、SAE基準オイルと混合した際、均質で混和性のままである。第10表にこれらの結果を示す。ASTM D4485−99bによれば、このオイルは、API SL最低性能規格に適合する。
第10表:配合Q
【0123】
【表19】
Figure 2005504141
【実施例7】
【0124】
実施例7
動力計に載せたフォードV−8 4.6Lエンジンにおいて、R配合物を下記改訂ASTM連続VIB燃料経済性試験で試験した。
1.エンジンから存在するオイルを排出し、6qt(コート)量の試験油を10分間、新しいフィルターを用いて走行させた。
2.エンジンから排出後、新しいオイルフィルター及び別の6コートの試験油を取付けた。
3.次いでエンジンを始動し、10秒後、老化サイクルを開始した。
4.老化サイクルは、1500rpm、71.4フィートポンドのトルク(負荷)7320秒間、18.9フィートポンドのトルク(負荷)1920秒間、71.4フィートポンドのトルク(負荷)100秒間、冷却液温度212(F及びオイル温度220(Fというパラメーターによる連続VIBの老化サイクルをまねるように設計した。
5.老化サイクルの終了時、600rpmで正確に5分間、負荷なくアイドリングした後、高速道サイクルを行った。
6.高速道サイクルに続いて、600rpmで正確に5分間、負荷なくアイドリングした後、メトロ(市街地)サイクルを開始した。
7.メトロサイクル後、エンジンを停止し、試験オイルを排出し、この時、サンプルを取った。冷却水温度(4000ガロンのエンジン冷却水タンク)は、83(Fで試験する毎日、一定であった。蒸気圧、燃料の比重及び相対湿度を記録し、毎日の試験連続の前に動力計に入れた。
【0125】
高速道サイクルは、最小rpm:850、最大rpm:1840、負荷変化範囲:5〜28フィートポンドのようにプログラムされた300秒サイクルで構成した。メトロサイクルは、最小rpm:560、最大rpm:1320、負荷変化範囲:0〜40フィートポンドのようにプログラムされた504秒の低rpm及び負荷サイクルで構成した。排出(emission)の読みは、各々プログラムされた試験サイクルに着手する際に取り、各サイクルの全期間中、続けた。
【0126】
これらの結果は、基準オイル及び市販の10W−30オイルと比べて、R配合物は、第11表に示すように排出、特に炭化水素排ガスを減少させた。
第11表:配合R
【0127】
【表20】
Figure 2005504141
【実施例8】
【0128】
実施例8
第12表は、グループII鉱油(Excel 100−HC及びExcel 575−HC)、二塩基酸エステル、及びCARGILL改質植物油、AGRI−PURE 560の配合物を含む基油中にエステルタイプ及びオレフィン共重合体タイプの粘度調整剤の組合わせを用いた配合物から処方される或る範囲のSAEグレード潤滑油を表わす。分散剤/防止剤添加物包装は、Oloa 55007で、流動点降下剤は、Viscoplex 1−3004である。第12表は、同表のオイルの物性を示す。これらの配合物は、約12未満というAPI SLゲル化指数規格をパスすると共に、これらの適切なSAEグレードに対する他の物性に適合する。
第12A表:配合物S〜V
【0129】
【表21】
Figure 2005504141
【0130】
第12B表:配合物S〜Vの特性
【0131】
【表22】
Figure 2005504141
【実施例9】
【0132】
実施例9
第13表は、グループII鉱油(Excel 100−HC及びExcel 575−HC)、二塩基酸エステル、及び改質植物油(AGRI−PURE 560)の配合物を含む基油中にエステルタイプ及びオレフィン共重合体タイプの粘度調整剤の組合わせを用いた配合物から処方される或る範囲のSAEグレード潤滑油を表わす。分散剤/防止剤添加物包装は、Lubrizol 20000で、流動点降下剤は、Viscoplex 1−3004である。第13B表は、第13A表のオイルの物性を示す。
第13A表:配合物W〜Z
【0133】
【表23】
Figure 2005504141
【0134】
第13B表:配合物W〜Zの特性
【0135】
【表24】
Figure 2005504141
【実施例10】
【0136】
実施例10
第14表は、グループII鉱油(Excel 100−HC及びExcel 575−HC)、二塩基酸エステル、及び改質植物油(AGRI−PURE 560)の配合物を含む基油中にエステルタイプ及びオレフィン共重合体タイプの粘度調整剤の組合わせを用いた5W−30 SAEグレード潤滑油配合物を表わす。分散剤/防止剤添加物包装は、Lubrizol 20000で、流動点降下剤は、Viscoplex 1−3004である。この配合物は、全てのAPI SL小規模試験要件をパスした。第14表は、配合物の物性も示す。
第14表:配合物AAの配合及び物性
【0137】
【表25】
Figure 2005504141
【実施例11】
【0138】
配合物AAを高温TEOST MHT−4熱酸化エンジンオイル疑似試験、均質性及び混和性(H&M)試験、発泡連続I、II及びIII試験、高温発泡試験,EOFT(エンジンオイルろ過性試験)及びEOWTT(エンジンオイルろ過性/耐水性試験)、ゲル化指数、NOACK揮発原料、揮発減量、燐及びボール錆試験のため、PerkinElmer自動車研究所(San Antonio,TX)に提出した。H&M試験では、試験オイルは、SAE基準オイルと混合した際、均質で混和性のままである。第15表にこれらの結果を示す。ASTM D4485−99bによれば、このオイルは、ILSAC GF−3/API SL最低性能規格に適合すると共に、全てのAPI SL小規模試験要件をパスした。
第15表:配合AA
【0139】
【表26】
Figure 2005504141
【0140】
配合物AAは、ASTM連続IIIFエンジン試験にも提出した。連続IIIF試験は、オイルの増粘、スラッジ及びワニスの沈着、オイルの消費、及びエンジンの摩耗を含む特定の高温性能特性について自動車エンジンオイルを評価するための点火エンジン動力計潤滑油試験である。連続IIIF試験は、試験装置として、1996年型ビュイック3800シリーズIIの水冷式4サイクルV−6エンジンを利用する。連続IIIF試験のエンジンは、オーバーヘッドバルブ設計(OHV)で、プッシュロッド及び油圧調整タペットにより滑り従動配列(sliding−follower arrangement)で吸気バルブ及び排気バルブの両方を操作する1個のカムシャフトを用いる。エンジンは、シリンダー1個当り1個の吸気バルブ及び1個の排気バルブを使用する。導入は、空気対燃料比を15:1にセットした改良GMポート燃料噴射システムにより操作される。この試験エンジンは、各試験前にオーバーホールされ、その間に臨界のエンジン寸法を測定し、部品(ピストン、カムシャフト、タペット等)を評価又は測定した。連続IIIF試験は、10分間の操作チェック、及び続いて中程度の高速、負荷及び温度条件での80時間エンジン操作で構成される。各10時間分及び10分の操作チェック後、オイルサンプルをエンジンから引き出す。この10時間分のサンプルの動粘度を10分のサンプルの動粘度と比較して試験オイルの粘度増大を求める。
【0141】
連続IIIF試験は、80時間部分の試験中、第16表の試験状態で操作される。第17表は、その結果を示す。ASTM連続IIIF試験では、このオイルは、ILSAC GF−3/API SL最低性能規格の小規模試験に適合すると共に、全てのAPI SL小規模試験要件をパスした。
第16表:連続IIIF試験の試験状態
【0142】
【表27】
Figure 2005504141
【0143】
第17表:配合AA
【0144】
【表28】
Figure 2005504141
【実施例12】
【0145】
実施例12
潤滑油のコストダウンのため、安価な二塩基エステルとしてEsterex A41を使用した。第18表は、5W−30 SAE用の原型配合物を示す。他のグレードもこのような安価な二塩基エステルと配合するのは容易である。他の安価な二塩基エステルとしては、Esterex NP451及びNP471がある。第18表は、更に配合物の特性を示す。
第18表:配合物ABの配合及び物性
【0146】
【表29】
Figure 2005504141
【0147】
以上のように、本発明の実施態様は、API SL小規模試験規格に適合すると共に、ASTM D−5864−95生分解性試験において、全体が少なくとも60%生分解し得る環境にやさしい潤滑油を提供する。本発明の実施態様により提供される他の特徴及び利点は、当業者ならば明白である。
【0148】
本発明を限定数の実施態様について説明したが、一実施態様の特定の特徴は、本発明の他の実施態様によるものではない。一実施態様が本発明の全ての局面を代表するものではない。幾つかの実施態様では、組成物は、ここで述べなかった多数の化合物及び/又は特徴を含んでよい。他の実施態様では、組成物は、ここで述べなかった1つ以上の化合物及び/又は特徴を含まなくても或いは実質的に含まない。以上述べた実施態様の変化及び変形が存在する。例えば、環境にやさしい潤滑油は、前述のような組成物内で混合物である必要はない。環境にやさしい潤滑油の所望特性が満足される限り、いかなる量の成分を含むことができる。この環境にやさしい潤滑油の利用は、自動車用の潤滑油に限定されず、トラック、バン又はバスのように、環境にやさしい潤滑油を必要とするいかなる環境にも使用できることに注目すべきである。環境にやさしい潤滑油組成物の製造及び使用方法を多数の工程を参照して説明したことに注目されたい。これらの工程は、いかなる順序でも実施できる。1つ以上の工程を省略しても或いは組合せてもよいが、それでもなお実質的に同じ結果が得られる。付属の特許請求の範囲は、本発明の範囲にあるこれら変化及び変形の全てをカバーすることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【0149】
【図1】粘度調整剤(VII)の重量%に対するゲル化指数(Gi)のグラフである。

Claims (22)

  1. a)エステル交換したトリグリセロール油、及び
    b)該トリグリセロール油とは異なる第一エステル、を含み、少なくとも60%が生分解可能で、かつゲル化指数が約12未満である環境にやさしい潤滑油。
  2. エステル交換したトリグリセロール油と第一エステルとを配合することを特徴とする、少なくとも60%が生分解可能で、かつゲル化指数が約12未満である環境にやさしい潤滑油の製造方法。
  3. 前記環境にやさしい潤滑油が、更に
    c)極性粘度指数向上剤として、前記第一エステル及びトリグリセロール油とは異なる第二エステル、及び
    d)非極性粘度指数向上剤として水素化共重合体を含む請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  4. 更に
    e)分散剤/防止剤包装、及び
    f)少なくとも1種の添加物を含む請求項3に記載の潤滑油。
  5. 前記水素化オレフィン共重合体が、水素化エチレン−プロペン粘度指数向上剤である請求項3に記載の環境にやさしい潤滑油。
  6. 前記エステル交換トリグリセロール油が、約30〜約85重量%の量である請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  7. 前記第一エステルが、約10〜約30重量%の量である請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  8. 前記第二エステルが、約0.1〜約3重量%の量である請求項3に記載の環境にやさしい潤滑油。
  9. 前記水素化オレフィン共重合体が、約0.1〜約6重量%の量である請求項3に記載の環境にやさしい潤滑油。
  10. 前記分散剤/防止剤包装が、約8〜約14重量%の量である請求項4に記載の環境にやさしい潤滑油。
  11. 前記少なくとも1種の添加物が、約0.1〜約5重量%の量の、流動点降下剤、酸化防止剤、摩擦改質剤、錆防止剤、腐蝕防止剤、消泡剤又はそれらの組合せである請求項4に記載の環境にやさしい潤滑油。
  12. 更に鉱油又は合成油を含む請求項3に記載の環境にやさしい潤滑油。
  13. 前記鉱油又は合成油が、約0.1〜約30重量%の量である請求項12に記載の環境にやさしい潤滑油。
  14. 前記エステル交換トリグリセロール油が、グリセロールポリオールエステルと非グリセロールポリオールエステルとの混合物である請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  15. 前記エステル交換トリグリセロール油が、グリセロールポリオールエステルを含むが、非グリセロールポリオールエステルを含まない請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  16. 前記エステル交換トリグリセロール油が、非グリセロールポリオールエステルを含むが、グリセロールポリオールエステルを含まない請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  17. 前記エステル交換トリグリセロール油が、植物油と短鎖脂肪酸のエステルとのエステル交換により得られる請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  18. 前記エステル交換トリグリセロール油が、植物油とポリオールエステルとのエステル交換により得られる請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  19. 前記第一エステルが、二塩基酸エステルである請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  20. 前記第一エステルが、三塩基酸エステルである請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  21. 前記第一エステルが、ポリオールエステルである請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
  22. 前記環境にやさしい潤滑油が、自動車エンジンオイルである請求項1又は2に記載の潤滑油又は製造方法。
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