JP2005520038A - 生分解性非毒性ギヤ油 - Google Patents

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Abstract

モノおよびジペンタエリスリトールから、ある種のモノおよびジカルボン酸または無水ジカルボン酸を用いて形成された合成アルコールエステル基剤、並びに有効量のポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤、アルキル化有機酸および無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせ、および無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤を用いる、特にギヤ油として有用な生分解性潤滑油組成物が開示される。

Description

本発明は、潤滑油組成物に関し、より詳しくは、特にギヤ油として有用な生分解性潤滑油組成物に関する。
市販の潤滑油組成物は、その目的とする用途により、種々の添加剤パッケージおよび溶剤と組み合わされた種々の天然および合成基剤から調製される。
潤滑油基剤の生分解性を必要とする潤滑油の用途については、天然および合成エステル基剤が広く研究された。予期されることであるが、生分解性潤滑油について特定される全ての主な基準を、一つのエステルが満たすことはない。例えば、今日用いられている天然エステル基剤の一つは、菜種油である。これは、非常に良好な生分解性を有するが、低温特性および安定性が劣る。従って、その有用性が限定される。現在用いられている合成エステル基剤の例は、ネオポリオールをモノまたはジカルボン酸でエステル化することによって形成されるネオポリオールエステルである。ネオポリオールおよび酸の任意の組み合わせについて、一連の生成物特性がある。これに含まれるものをいくつか挙げると、粘度、粘度指数、分子量、流動点、安定性、抗乳化性、生分解性などがある。
生分解性基剤を必要とするそれらの用途においてはしばしば、基剤と共に用いられる潤滑油添加剤もまた、実質的に非毒性であることが必要とされる。これは、潤滑油組成物が水に接して、または水の近くで用いられる、或いはそれが恐らくは地中に漏れうる場合には、特に当てはまる。残念ながら、多くの潤滑油添加剤は環境特性に乏しい。
環境を破壊しないタイプのギヤ油は大抵、生分解性且つ非毒性であるが、ギヤの保護および油の寿命に関する性能の点で劣った性能を有するか、良好な機能特性を有するが、望ましい環境特性に欠けることが、実験から示された。従って、低水性毒性および生分解性を保持しつつ、向上された機能特性を有するギヤ油組成物に対する需要がある。
従って、本発明の一つの目的は、生分解性・非毒性のギヤ油について、ギヤ性能を向上することである。
本発明の他の目的は、バランスが取れた性能（例えば、ＦＺＧスカッフィング試験性能を含まない良好な防錆性）を有するギヤ油組成物を提供することである。
本発明のこれらおよび他の目的は、以下に示される説明から明らかになる。
化学技術百科辞典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）第４版、第９巻、第７５５〜８１２頁
（Ａ）主要量の合成アルコールエステル基剤であって、
（１）モノおよびジペンタエリスリトールと、
（２）炭素数約５〜１２の直鎖状モノカルボン酸約２〜４０モル％、炭素数約１５〜２０の分枝モノカルボン酸約３０〜７０モル％および炭素数約４〜８のジカルボン酸またはジカルボン酸無水物約２０〜３０モル％を含む混合酸
の反応生成物から形成され、
１００℃における粘度が約２０〜５０ｃＳｔ、流動点が約−２０℃未満であることを特徴とする生分解性合成アルコールエステル基剤；および
（Ｂ）有効量の、ポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤、アルキル化有機酸およびそのエステル、並びに無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせ、および無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤
を含むことを特徴とする生分解性潤滑油組成物が開示される。
本発明のギヤ油で用いられる合成アルコールエステル基剤は、好ましくは、モノおよびジペンタエリスリトールと混合酸の反応から形成される。典型的には、用いられるモノ／ジペンタエリスリトールのモル比は、８０：２０〜約９９．９：０．１の範囲にある。
エステルを形成する際に用いられる混合酸は、炭素数約１５〜２０の直鎖状モノカルボン酸約２〜４０モル％、炭素数約１０〜２５、好ましくは１５〜約２０の分枝モノカルボン酸約３０〜７０モル％、および炭素数約４〜８のジカルボン酸約２０〜約３０モル％を含む。
合成エステルは、当該技術において周知の通常のエステル化条件下に、モノおよびジペンタエリスリトールを混合酸と反応させることによって形成される。例えば、非特許文献１およびその引用文献を参照されたい。
本発明の組成物で用いられるエステルは、１００℃で約２０〜５０ｃＳｔの粘度、および約−３５℃未満の流動点を有する。
別の実施形態においては、本発明のギヤ油を形成する際に、上記のように形成されたエステル混合物もまた用いうる。
実際、一実施形態においては、二種類のエステルが用いられる。一つは、（１）モノおよびジペンタエリスリトール、並びに（２）炭素数７〜１０の直鎖状酸３０〜４０モル％、炭素数５〜７のジカルボン酸２４〜２８モル％、および炭素数１７〜１９の分枝酸３４〜４０モル％を含む混合酸の反応生成物である。他方は、上記（１）のものと、（２）炭素数７〜１０の直鎖状酸２〜６モル％、ジカルボン酸２５〜２９モル％、および炭素数１７〜１９の分枝酸６５〜７０モル％を含む混合酸の反応生成物である。
本発明の潤滑油組成物は、エステル基剤を、少なくとも、有効量の、ポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤、無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤、並びにアルキル化有機酸、そのエステルおよび無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせとブレンドすることによって形成される。
適切なポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤は、次式によって特徴付けられる。
Figure 2005520038
 （式中、ＥＯはエチレンオキシド部であり、ＰＯはプロピレンオキシド部であり、ｘおよびｙはそれぞれの相対量を表す。）
好ましい抗乳化剤は、分子量約１７００〜３０００、ＥＯ／ＰＯ比約２０／８０〜約１／９９である。典型的には、ポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤は、トリクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）などの溶剤に溶解される。約８５〜９５重量％のＴＣＰを含む溶液が特に有用である。
適切な無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤は、次式によって特徴付けられる。
Figure 2005520038
 式中、Ｒ１およびＲ２は、炭素数１〜約１２の同一または異なるアルキル基でありうる。好ましくは、Ｒ１およびＲ２は、同一であり、４個の炭素原子を有する。
適切なアルキル化有機酸およびそのエステルのうち、アルキル化コハク酸およびそのエステル、具体的にはテトラプロペニルコハク酸およびモノエステル部（−ＣＯＯＲ）のＲが炭素数１〜４のヒドロカルビル基であるそのモノエステルが挙げられる。テトラプロペニルコハク酸約７０重量％およびそのエステル約３０重量％未満の混合物は、ルーブリゾール社（オハイオ州ウィクリフ）（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ，Ｏｈｉｏ）からＬＺ８５９として入手可能である。
当該技術において周知の適切な無灰コハク酸イミドのうち、テトラプロペニルコハク酸無水物とトリエチルアミンの反応生成物、およびオレイン酸とトリエチルアミンの反応の中間生成物のが特に挙げられる。これらの無灰コハク酸イミドは、エチル社（バージニア州リッチモンド）（Ｅｔｈｙｌ Ｃｏｒｐ．，Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ）による商品名Ｈｉｔｅｃ ５３７、およびエクソンモービルケミカル社（テキサス州ヒューストン）（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）による商品名ＲＴ７０Ｂとして販売される。
本発明の組成物には、他の任意の添加剤が含まれていてもよい。
好ましくは、表１に列記された添加剤が、通常の機能を提供するのに十分な量で用いられる。個々の成分の典型的な量もまた、表に示す。必要な性能目的の全てを達成するように、添加剤を適切な割合で注意深く選択することにより、バランスの取れた性能が達成される。
Figure 2005520038
実施例１
ペンタエリスリトール組成物と混合酸組成物を、ＴＡＮ＜０．５まで２１２〜２１８℃でエステル化することによって合成アルコールエステルを調製した。ペンタエリスリトールおよび酸の組成を表２に示す。
ＴＡＮ＜０．５に達した時、反応混合物を２１２〜２１８℃／１０ｍｍＨｇでストリッピングした。残留生成物を活性炭および水で処理し、次いで９５℃／１０〜２０ｍｍＨｇで１〜２時間ストリッピングした。
生成物は、表３に示される特性を有した。
実施例２
表２に示される酸およびアルコールを用いて、実施例１の手順に従い実験を行なった。
生成物は、表３に示される特性を有した。
Figure 2005520038
Figure 2005520038
比較例３
表４に示される組成を有する一連のギヤ油を処方した。
Figure 2005520038
実施例３
表５に示される組成を有する一連のギヤ油を処方した。
Figure 2005520038
比較例４
比較例３の処方Ａ、ＢおよびＣについて、性能特性を測定した。これを表６に示す。
Figure 2005520038
実施例４
実施例３の処方Ｄ、Ｅ、およびＦについて、性能特性を測定した。これを表７に示す。
以上のように、表４の組成物Ａ、ＢおよびＣは、市販ギヤ油に対する要求値のいくつかを満足するが、その全てを満足しない。これらの油の生分解性および水性毒性は許容しうるものである。これらの油はまた、ＦＺＧスカッフィング試験の要求値を満足するが、ギヤおよびベアリング（特に、潜在的な湿潤環境で操作するもの）を保護するのに必要な錆および腐食の要求値を満足しない。表５の組成物Ｄ、ＥおよびＦは、生分解性、水性毒性およびＦＺＧスカッフィング試験、同様に銅腐食防止性および防錆性を含めて、要求値の全てを満足する。
Figure 2005520038

Claims (10)

  1. （Ａ）主要量の一種以上の生分解性合成アルコールエステル基剤であって、
    （１）モノおよびジペンタエリスリトールと、
    （２）炭素数５〜１２の直鎖状モノカルボン酸２〜４０モル％、炭素数１５〜２０の分枝モノカルボン酸３０〜７０モル％および炭素数４〜８のジカルボン酸２０〜３０モル％を含む混合酸
    の反応生成物から形成され、
    １００℃における粘度が２０〜５０ｃＳｔ、流動点が−２０℃未満であることを特徴とする生分解性合成アルコールエステル基剤；および
    （Ｂ）有効量の、ポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤および無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤、並びにアルキル化有機酸およびそのエステル、並びに無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせ
    を含むことを特徴とする生分解性潤滑油組成物。
  2. 前記抗乳化剤は、８５〜９５重量％の溶剤を有する溶液であり、前記抗乳化剤溶液は、前記組成物の０．０３〜０．３０重量％であり、前記防錆剤の組み合わせは、前記組成物の０．０３〜０．３５重量％であり、前記耐摩耗極圧剤は、前記組成物の０．３〜２．５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の生分解性潤滑油組成物。
  3. 前記混合酸は、炭素数７〜１０の直鎖状酸３０〜４０モル％、炭素数５〜７のジカルボン酸２４〜２８モル％および炭素数１７〜１９の分枝酸３４〜４０モル％を含むことを特徴とする請求項２に記載の生分解性潤滑油組成物。
  4. 前記混合酸は、炭素数７〜１０の直鎖状酸２〜６モル％、ジカルボン酸２５〜２９モル％および炭素数１７〜１９の分枝酸６５〜７０モル％を含むことを特徴とする請求項２に記載の生分解性潤滑油組成物。
  5. （ｉ）モノおよびジペンタエリスリトールと、
    （ｉｉ）炭素数７〜１０の直鎖状酸２〜６モル％、ジカルボン酸２５〜２９モル％および炭素数１７〜１９の分枝酸６５〜７０モル％を含む混合酸
    の反応生成物から形成された第二のアルコールエステルを含むことを特徴とする請求項３に記載の生分解性潤滑油組成物。
  6. モノ／ジペンタエリスリトールの比は、８０：２０〜９９．９：０．１の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生分解性潤滑油組成物。
  7. 前記組成物は、防錆剤、金属不活性化剤、消泡剤、極圧添加剤、耐摩耗添加剤および酸化防止剤を含むことを特徴とする請求項２に記載の生分解性潤滑油組成物。
  8. 前記組成物の全重量を基準として、
    （ｉ）前記防錆剤は、０．０３〜０．３０重量％存在し、且つイミダゾリン、コハク酸半エステル、コハク酸イミド、およびその混合物からなる群から選択され；
    （ｉｉ）前記金属不活性化剤は、０．０５〜０．２０重量％存在し、且つＮおよびＮ，Ｓ−ヘテロ環金属不活性化剤からなる群から選択され；
    （ｉｉｉ）前記酸化防止剤は、０．１０〜０．５０重量％存在し、且つフェニルアミンとトリルトリアゾールの混合物であり；
    （ｉｖ）前記消泡剤は、０．１０〜１．０重量％存在し、且つケロシン溶剤中のポリシロキサンおよびポリアクリレートからなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項７に記載の生分解性潤滑油組成物。
  9. （Ａ）２〜５０ｃＳｔの粘度（１００℃）および−３０℃未満の流動点を有する合成エステル基剤であって、
    （ｉ）（１）モノおよびジペンタエリスリトールと、（２）炭素数７〜１０の直鎖状酸３０〜４０モル％、炭素数５〜７のジカルボン酸２４〜２８モル％および炭素数１７〜１９の分枝酸３４〜４０モル％を含む混合酸の反応生成物、および
    （ｉｉ）（１）モノおよびジペンタエリスリトールと、（２）炭素数７〜１０の直鎖状酸２〜６モル％、ジカルボン酸２５〜２９モル％および炭素数１７〜１９の分枝酸６５〜７０モル％を含む混合酸の反応生成物
    から形成される合成エステル基剤；並びに
    （Ｂ）８５〜９５重量％のＴＣＰを有するポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤溶液、無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤、並びにアルキル化有機酸、そのエステル、および無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせ
    を含む潤滑油組成物であって、
    前記合成エステル基剤（Ａ）の量は、前記組成物の全重量を基準として９０重量％超であり、
    前記（Ｂ）における前記ポリオキシアルキレンアルコール抗乳化剤溶液、無灰ジチオカルバメート耐摩耗極圧剤、並びに有機酸、そのエステルおよび無灰コハク酸イミド防錆剤の組み合わせの量は、前記組成物の全重量を基準として、各々０．０３〜０．３０重量％、０．３〜２．５重量％および０．０３〜０．３５重量％である
    ことを特徴とする潤滑油組成物。
  10. 前記組成物の全重量を基準として、
    （ｉ）前記防錆剤は、０．０３〜０．３０重量％存在し、且つイミダゾリン、コハク酸半エステル、コハク酸イミドおよびその混合物からなる群から選択され；
    （ｉｉ）前記金属不活性化剤は、０．０５〜０．２０重量％存在し、且つＮおよびＮ，Ｓ−ヘテロ環金属不活性化剤からなる群から選択され；
    （ｉｉｉ）前記酸化防止剤は、０．１０〜０．５０重量％存在し、且つフェニルアミンとトリルトリアゾールの混合物であり；
    （ｉｖ）前記消泡剤は、０．１０〜１．０重量％存在し、且つケロシン溶剤中のポリシロキサンおよびポリアクリレートからなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項９に記載の潤滑油組成物。
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