JP2005520039A - 潤滑剤中で使用するための炭化水素の油不溶性化合物の安定な分散体 - Google Patents
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Abstract
油不溶性添加剤を含有する添加剤パッケージ、オイル中での油不溶性添加剤の分散体の形状で油不溶性添加剤および潤滑剤を使って添加剤パッケージを形成する方法が記述されており、この場合、その分散相を形成するのを助けるために、油不溶性溶媒(例えば、水)が使用され得る。これらのパッケージ、方法および潤滑剤は、種々の用途(例えば、内燃機関)で有益であり、この場合、このオイルは、そのオイル中に容易に溶解しない機能添加剤から、利益を得る。多くの実施形態では、その油不溶性溶媒は、使用前に、部分的または完全に除去される。
Description
(発明の分野)
潤滑剤としての炭化水素の使用は、その炭化水素の潤滑特性を高めるために、機能添加剤の使用と共に、公知である。潤滑剤中で使用するための油不溶性(または比較的に不溶性)の添加剤が、開示されている。これらの油不溶性機能添加剤は、これらの油不溶性溶媒に機能添加剤を溶解または分散させて分散体またはブレンドを形成することにより、その分散体またはブレンドを炭化水素潤滑流体に分散することにより、次いで、該油不溶性溶媒の一部または全部を除去することにより、取り込むことができる。この分散体またはブレンドの分散は、油中水形乳濁液を形成できる乳化剤を使用して、促進できる。油不溶性機能添加剤には、KOH、NaOH、炭酸グアニジン、炭酸アンモニウムおよび炭酸アミン、CaCO3、ジメルカプト−チアジアソールの二ナトリウム塩などが挙げられるが、これらに限定されない。
潤滑剤としての炭化水素の使用は、その炭化水素の潤滑特性を高めるために、機能添加剤の使用と共に、公知である。潤滑剤中で使用するための油不溶性(または比較的に不溶性)の添加剤が、開示されている。これらの油不溶性機能添加剤は、これらの油不溶性溶媒に機能添加剤を溶解または分散させて分散体またはブレンドを形成することにより、その分散体またはブレンドを炭化水素潤滑流体に分散することにより、次いで、該油不溶性溶媒の一部または全部を除去することにより、取り込むことができる。この分散体またはブレンドの分散は、油中水形乳濁液を形成できる乳化剤を使用して、促進できる。油不溶性機能添加剤には、KOH、NaOH、炭酸グアニジン、炭酸アンモニウムおよび炭酸アミン、CaCO3、ジメルカプト−チアジアソールの二ナトリウム塩などが挙げられるが、これらに限定されない。
(発明の背景)
GB789,920は、潤滑油中の無機金属化合物の安定な分散体およびそれを製造する方法を記載している。このような組成物は、高い洗浄力および高い予備塩基度を有し、潤滑油中の添加剤(おそらく、腐食防止剤)として、有用性がある。この油溶性界面活性剤は、典型的には、スルホネートであり、それらの組成物は、6個未満の炭素原子を有する脂肪族アルコール(これは、除去される)を含有する。このアルコールおよび潤滑油に対する相互溶媒(例えば、ベンゼン)は、均一な塊を形成するのに使用され、これは、後に、ベンゼンおよびアルコールを除去したとき、層分離すると思われる。
GB789,920は、潤滑油中の無機金属化合物の安定な分散体およびそれを製造する方法を記載している。このような組成物は、高い洗浄力および高い予備塩基度を有し、潤滑油中の添加剤(おそらく、腐食防止剤)として、有用性がある。この油溶性界面活性剤は、典型的には、スルホネートであり、それらの組成物は、6個未満の炭素原子を有する脂肪族アルコール(これは、除去される)を含有する。このアルコールおよび潤滑油に対する相互溶媒(例えば、ベンゼン)は、均一な塊を形成するのに使用され、これは、後に、ベンゼンおよびアルコールを除去したとき、層分離すると思われる。
油圧用途で使用する油中水形乳濁液は、例えば、米国特許第3,269,946号;同第3,281,356号;同第3,311,561号;および同第3,378,494号で記載されており、この場合、その流体の高い含水量により、良好な耐火性が得られ、その使用温度は、この油中水形乳濁液の水が容易に蒸発しない程度に十分に低かった。油中水形乳濁液は、一般に、米国特許第3,509,052号、第1欄第41〜55行で述べられているように、エンジン油では望ましくなく、この場合、空気中から水分が凝縮してエンジン油に乳化したとき、小型車のエンジンのロッカーアームカバーおよびオイルフィルキャップでは、マヨネーズ様のスラッジが観察された。
油中水形乳濁液はまた、米国特許第4,002,435号のような一部の特許出願では、液体燃料として使用されている。この特許では、透明な燃料(これは、相分離に対して安定である)を提供するために、炭化水素、水、水溶性アルコールおよび新規組合せの界面活性剤を含有する油中水形乳濁液が記載されている。
(発明の要旨)
炭化水素に分散した油不溶性添加剤の異なる2つの実施形態が記載されている。1実施形態は、炭化水素に分散した少なくとも1種の油不溶性添加剤の濃縮物であり、これは、潤滑流体を製造する添加剤パッケージの一部または全部として使用される。この添加剤パッケージは、さらに、それらの公知の意図される目的のために、種々の通常の潤滑流体添加剤(例えば、油溶性のもの)を含有し得る。添加剤パッケージは、潤滑剤調合者が調合潤滑流体に対して正しい量の添加剤を測定し調合し易くするために、使用される。
炭化水素に分散した油不溶性添加剤の異なる2つの実施形態が記載されている。1実施形態は、炭化水素に分散した少なくとも1種の油不溶性添加剤の濃縮物であり、これは、潤滑流体を製造する添加剤パッケージの一部または全部として使用される。この添加剤パッケージは、さらに、それらの公知の意図される目的のために、種々の通常の潤滑流体添加剤(例えば、油溶性のもの)を含有し得る。添加剤パッケージは、潤滑剤調合者が調合潤滑流体に対して正しい量の添加剤を測定し調合し易くするために、使用される。
第二実施形態は、調合または部分調合した潤滑剤であり、これは、1成分として、その潤滑剤に分散した油不溶性添加剤を含有する。この実施形態はまた、一般に、種々の他の通常の油溶性添加剤または分散した添加剤を含有する。
この用途での機能油不溶性添加剤は、中性またはオーバーベース化金属清浄剤として公知の市販の物質(これは、一般に、酸性ガス(CO2、SO2またはSO3)と共に、1当量の油溶性酸と、1当量以上のアルカリ金属またはアルカリ土類金属(例えば、Ca、Mg、Na、KまたはLi)との反応生成物として、特徴付けられる)ではない。本願の機能油不溶性添加剤はまた、ホウ酸塩化合物(例えば、燃料および潤滑剤用途のためのオイル分散体になることが公知のもの)ではない。
この添加剤パッケージ/潤滑剤はまた、その潤滑剤の性能を助ける種々の通常の潤滑添加剤(例えば、分散剤、清浄剤(中性清浄剤およびオーバーベース化清浄剤を含めて)、極圧剤、酸化防止剤、粘度指数調整剤など)を含有できる。その潤滑油は、全米石油学会(API)I群〜V群の広範囲のオイル(鉱油、または等級の組合せまたは合成油または合成油との組合せを含めて)から選択できる。
(発明の詳細な説明)
その中に少なくとも1種の油不溶性機能添加剤を分散した潤滑流体および潤滑油用の添加剤パッケージが記載されている。この油不溶性機能添加剤は、典型的には、水または他の油不溶性溶媒(これは、分散体またはブレンドを形成する)に溶解または分散した化合物として、加えられる。この分散体またはブレンドは、次いで、連続相として、その潤滑油を使用するオイル乳濁液中の水または溶媒として、分散される。この水または油不溶性溶媒は、残留できるか、あるいは部分的または完全に除去できる。その分散相をコロイド的に安定化するために、乳化剤が使用される。潤滑流体中でのこれらの得られた油不溶性機能添加剤は、内燃機関の燃焼室、ギアボックス、ポンプ、自動変速機、油圧シリンダー、作動装置などでの使用を含めて、広範囲の温度にわたって、使用できる。オイル内での油不溶性機能添加剤の使用は、過去には、これらの化合物が炭化水素ベース流体での溶解性が限られているために、限られていた。オイルに乳化した水または他の油不溶性溶媒の使用は、油中水形乳濁液を不燃性油圧作動液および関連した低温用途に使用すること以外は、奨励されていなかった。この水または油不溶性溶媒の一部または全部をなくすと、潤滑流体での水および油不溶性溶媒の使用についての問題の多くが軽減できる。低級アルコールおよびエーテルのような一部の油不溶性溶媒は、揮発性の理由から、潤滑剤では回避されている。
その中に少なくとも1種の油不溶性機能添加剤を分散した潤滑流体および潤滑油用の添加剤パッケージが記載されている。この油不溶性機能添加剤は、典型的には、水または他の油不溶性溶媒(これは、分散体またはブレンドを形成する)に溶解または分散した化合物として、加えられる。この分散体またはブレンドは、次いで、連続相として、その潤滑油を使用するオイル乳濁液中の水または溶媒として、分散される。この水または油不溶性溶媒は、残留できるか、あるいは部分的または完全に除去できる。その分散相をコロイド的に安定化するために、乳化剤が使用される。潤滑流体中でのこれらの得られた油不溶性機能添加剤は、内燃機関の燃焼室、ギアボックス、ポンプ、自動変速機、油圧シリンダー、作動装置などでの使用を含めて、広範囲の温度にわたって、使用できる。オイル内での油不溶性機能添加剤の使用は、過去には、これらの化合物が炭化水素ベース流体での溶解性が限られているために、限られていた。オイルに乳化した水または他の油不溶性溶媒の使用は、油中水形乳濁液を不燃性油圧作動液および関連した低温用途に使用すること以外は、奨励されていなかった。この水または油不溶性溶媒の一部または全部をなくすと、潤滑流体での水および油不溶性溶媒の使用についての問題の多くが軽減できる。低級アルコールおよびエーテルのような一部の油不溶性溶媒は、揮発性の理由から、潤滑剤では回避されている。
別の出願では、酸性物質を主にまたは単に中和するために、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩および炭酸水素塩のような塩基が記載されているが、これらは、一般に、本明細書中では、特許請求されていない。
その潤滑油の主要成分は、大ていの状況では、基油、炭化水素であるものの、厳密には炭化水素として規定されない一部の合成油(例えば、エステルおよびポリオールエステル)は、使用できる。主要との用語は、炭化水素ベース油の量が、しばしば、この潤滑流体の50重量%より多い、しばしば、約50〜約99重量%であるので使用されるが、それは、連続相である必要があるにすぎず、その用途に依存して、その最終潤滑流体の20または30重量%程度に少なくできる。添加剤パッケージでは、その基油は、しばしば、より少ない割合で使用され、そして希釈剤として機能して、その添加剤を溶解して保ち、それらが好ましくない相互作用をするのを避け、かつこの添加剤パッケージを、取り扱いが簡単な中程度の粘度の流体に保つように、主として存在している。
乳化剤は、溶解または分散した任意の油不溶性機能添加剤と共に、この炭化水素油中で、この油不溶性溶媒(例えば、水)を乳化するのを助ける。この乳化剤は、油不溶性溶媒(例えば、水)をオイルに分散するのに有用な任意の公知の乳化剤であり得る。好ましくは、これらの乳化剤は、1種の高HLB(親水性/親油性バランス)乳化剤および/または低HLB乳化剤を含有する。この低HLB乳化剤は、約2:1:2の当量比で、ポリイソブテニル無水コハク酸とエチレングリコールおよびジメチルエタノールアミンとを反応させることにより製造されるエステル/塩であり得る。この乳化剤は、高分子量ポリイソブチレン鎖(約1500MW)を有し得る。この高HLB乳化剤は、約1:1(低分子量)の当量比でヘキサデシル無水コハク酸とジメチルエタノールアミンとを反応させることにより製造されるエステル/塩またはサリキサレン乳化剤であり得る。この乳化剤は、この炭化水素油相で水および水溶性塩基または水分散性塩基を効果的に乳化する任意の量で、存在できる。好ましい量の乳化剤は、調合した潤滑剤の重量に基づいて、約0.02または0.5〜約15重量%を含む。添加剤パッケージまたはその成分では、この乳化剤は、その添加剤パッケージの約0.05〜約30重量%であり得る。
(油不溶性溶媒)
水または別の油不溶性溶媒またはそれらのブレンドは、この系に必要な成分である。水溶性有機物質または塩は、この塩基を溶解または分散する際に、その水/溶媒をさらに効果的にするために、水/溶媒および/またはブレンドの凝固点を下げるために加えられ得る。実施例の一部では、非常に純粋な水が使用され、これは、他の添加剤または機能を妨害し得る汚染物をなくすので、好ましいものの、何ら著しい不都合を生じることなく、種々の用途で、種々の不純物とともに水が使用できると予想される。従って、水には、脱イオン水、水道水、回収水などが挙げられる。水または油不溶性溶媒またはブレンドは、連続相ではなく分散相を残す限り、最初に調合した潤滑剤の50重量%までであり得る。大ていの実施形態では、この水/油不溶性溶媒またはそのブレンドは、その物質を添加剤パッケージまたは潤滑流体に調合する前に、部分的または完全に除去される。大ていの実施形態には、この添加剤パッケージまたは潤滑剤の20重量%未満が水または他の油不溶性溶媒であるのが好ましい。大ていの実施形態では、油不溶性溶媒(例えば、水)のさらに好ましい量は、この油不溶性機能添加剤の重量に基づいて、約0〜約20重量%であり、さらに好ましくは、約0〜約5または10重量%である。油不溶性溶媒には、C1〜C5の一価および多価アルコール、C2〜C5のエーテル(ポリエーテル(例えば、ヒドロキシル末端、エステル末端および/またはエーテル末端)を含む))、および種々の他の溶媒が挙げられ、これらは、25℃で、1g/100mlのオイルの範囲まで、SAE30パラフィン油に溶解しない。この水/溶媒/ブレンドには、その溶媒または塩基の最終分散体に必要な1種以上の特性を高めるために、アンモニアおよび他のヒドロカルビルアミンが加えられ得る。
水または別の油不溶性溶媒またはそれらのブレンドは、この系に必要な成分である。水溶性有機物質または塩は、この塩基を溶解または分散する際に、その水/溶媒をさらに効果的にするために、水/溶媒および/またはブレンドの凝固点を下げるために加えられ得る。実施例の一部では、非常に純粋な水が使用され、これは、他の添加剤または機能を妨害し得る汚染物をなくすので、好ましいものの、何ら著しい不都合を生じることなく、種々の用途で、種々の不純物とともに水が使用できると予想される。従って、水には、脱イオン水、水道水、回収水などが挙げられる。水または油不溶性溶媒またはブレンドは、連続相ではなく分散相を残す限り、最初に調合した潤滑剤の50重量%までであり得る。大ていの実施形態では、この水/油不溶性溶媒またはそのブレンドは、その物質を添加剤パッケージまたは潤滑流体に調合する前に、部分的または完全に除去される。大ていの実施形態には、この添加剤パッケージまたは潤滑剤の20重量%未満が水または他の油不溶性溶媒であるのが好ましい。大ていの実施形態では、油不溶性溶媒(例えば、水)のさらに好ましい量は、この油不溶性機能添加剤の重量に基づいて、約0〜約20重量%であり、さらに好ましくは、約0〜約5または10重量%である。油不溶性溶媒には、C1〜C5の一価および多価アルコール、C2〜C5のエーテル(ポリエーテル(例えば、ヒドロキシル末端、エステル末端および/またはエーテル末端)を含む))、および種々の他の溶媒が挙げられ、これらは、25℃で、1g/100mlのオイルの範囲まで、SAE30パラフィン油に溶解しない。この水/溶媒/ブレンドには、その溶媒または塩基の最終分散体に必要な1種以上の特性を高めるために、アンモニアおよび他のヒドロカルビルアミンが加えられ得る。
(油不溶性機能添加剤)
これらの油不溶性機能添加剤は、以下の定義で与えられる油不溶性の定義により明記されるように、部分的な油溶性を有し得る。これらの油不溶性機能添加剤は、機能によって定義され得る。これらの機能は、望ましくは、酸化防止剤、耐摩耗剤、極圧添加剤、摩擦調整剤、腐食防止剤および金属保護剤からなる群から選択される。好ましい機能は、酸化防止剤および耐摩耗剤である。
これらの油不溶性機能添加剤は、以下の定義で与えられる油不溶性の定義により明記されるように、部分的な油溶性を有し得る。これらの油不溶性機能添加剤は、機能によって定義され得る。これらの機能は、望ましくは、酸化防止剤、耐摩耗剤、極圧添加剤、摩擦調整剤、腐食防止剤および金属保護剤からなる群から選択される。好ましい機能は、酸化防止剤および耐摩耗剤である。
この油不溶性機能添加剤は、NaOH、KOH、CaCO3(別の出願では、塩基が特許請求されているものの)、炭酸グアニジン、炭酸アンモニウムおよび炭酸アミン、ジメチルチウラムジスルフィドの二ナトリウム塩のような化合物、および極性溶媒での溶解性が良好であるが炭化水素溶媒での溶解性に乏しいか不溶性である他の類似の溶媒であり得る。
これらの油不溶性機能添加剤は、いくつかの異なる様式で、潤滑流体中にて機能できる。1実施形態では、この機能添加剤を含有する分散相は、その油相にある油不溶性機能添加剤の小部分を絶えず補給する油不溶性機能添加剤のレザバとして働く。この油相中の機能添加剤は、その潤滑系中の他の成分との反応により、または潤滑剤に導入された不純物により、消費または不活性化され得る。他の実施形態では、分散した機能添加剤は、その油相から望ましくない化合物を除去でき、そして、これらの望ましくない物質を分散相で不活性化または結合し、この場合、それらは、この潤滑剤に有害な影響を生じる可能性が少ない。さらに他の実施形態では、分散した機能添加剤は、例えば、耐摩耗特性または耐食特性を与えるために、その油相と接触して、機械面と反応するかそれを被覆するのに利用できる。
潤滑流体中の油不溶性機能添加剤の量は、調合した潤滑流体の重量に基づいて、約0.01〜約40重量%、さらに望ましくは、約0.2〜約20重量%、好ましくは、約0.5〜約10重量%の範囲であり得る。基油で後に希釈する添加剤パッケージでは、油不溶性機能添加剤の量は、典型的には、それより高い(例えば、約0.2〜約80重量%、さらに好ましくは、約1または2〜約40重量%である)。
さらに、本発明による油不溶性機能添加剤は、米国特許第2,626,904号;同第3,626,905号;同第3,695,910号または同第2,739,125号のような特許(この場合、そのオイルには、油溶性酸または界面活性剤と共に、第一塩基が加えられ、次いで、該塩基は、他の化学物質(代表的には、例えば、CO2またはSO2のような気体)と化学的に反応して、その油相にて、インサイチュで他の第二の異なる塩基を形成し、該第二塩基は、調製方法および油溶性酸または界面活性剤の存在が原因で、その油相中で、異なる溶解度および分散度を有する)で記載されているオーバーベース化金属化合物の一部ではない。インサイチュで化学反応で形成されたこれらのオーバーベース化成分は、この潤滑剤中にて、他の機能添加剤として存在し得、塩基が空気中の痕跡CO2に晒らされることが原因で、痕跡量で形成され得る。
上で表したように、この油不溶性溶媒(例えば、水)と共に加えた油不溶性機能添加剤は、一般に、油溶性が低く、それゆえ、分散相(すなわち、分散した油不溶性溶媒)で存在しているか、もし、この油不溶性溶媒を部分的または完全に除去したなら、その塩基は、この分散相にて、主要成分または唯一の成分となり得、その乳化剤により、コロイド分散体として安定化できる。任意の寸法が100ミクロンを超える分散相は、それより小さい大きさの相よりも安定化しにくくかつ硬化に寄与し得るので、コロイド分散体中では、好ましくない。20ミクロンを超える大きさの分散相は、通常のエンジン油フィルターに捕捉される傾向にある。大きさが5ナノメーター未満の分散相は、典型的には、50または500ナノメーターの分散相よりも著しく多い量の乳化剤が必要である。従って、塩基および任意の油不溶性溶媒(例えば、水)の分散相は、望ましくは、1または5ナノメーター〜100ミクロン、さらに望ましくは、1または5ナノメーター〜20ミクロン、好ましくは、約10ナノメーター〜約10ミクロンの光散乱強度平均粒径を有する。
さらに、本願の塩基は、米国特許第3,853,772号および潤滑剤中でのホウ酸塩化合物の使用に関連した特許文献で記載されているようなアルカリまたはアルカリ金属のホウ酸塩あるいは水和したアルカリまたはアルカリ金属のホウ酸塩ではない。
(定義)
低級との用語は、アルキル、アルケニルおよびアルコキシのような用語と併用するとき、全体で7個までの炭素原子を含有するこのような基を記載すると解釈される。
低級との用語は、アルキル、アルケニルおよびアルコキシのような用語と併用するとき、全体で7個までの炭素原子を含有するこのような基を記載すると解釈される。
水溶性との用語は、25℃で、水100ミリリットルあたり、少なくとも1グラムの範囲まで、水に溶解する物質をいう。
潤滑剤または炭化水素潤滑剤に溶解性との用語は、25℃で、潤滑剤100ミリリットルあたり、少なくとも1グラムの範囲まで、SAE 30パラフィン基油潤滑剤中に溶解する物質をいう。
25℃で、1g/100mLの油よりSAE 30パラフィン油に溶解しにくい物質は、油不溶性として分類される。
ヒドロカルビル基または置換基とは、分子の残部に直接結合した1つ以上の炭素原子を有する基であって炭化水素的な性質または主として炭化水素的な性質を有する基を意味し、これらとしては、以下が挙げられる:1)純粋な炭化水素基(例えば、アルキル、アルケニル、アルキレンおよび環状物質)、2)置換炭化水素基(これは、主として、炭化水素的な性質である)(例えば、ハロ、ヒドロキシ、アルコキシ、メルカプト、アルキルメルカプト、ニトロ、ニトロソ、およびスルホキシ);および3)ヘテロ置換炭化水素基(例えば、10個の炭素原子あたり、1個または2個以下のハロゲン原子、酸素原子または窒素原子または組合せを有する2)で記載したような基)。
(乳化剤)
1実施形態では、本発明により使用される乳化剤は、以下を含有する乳化剤組成物である:(i)炭化水素潤滑剤溶解性生成物であって、これは、ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤と、アンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有する;(ii)イオン性化合物または非イオン性化合物であって、これは、約1〜約30の親水性−親油性バランス(HLB)を有する;(i)と(ii)の混合物;または(iii)(i)および(ii)と異なる水溶性塩と組み合わせた(i)および(ii)の混合物。(i)、(ii)の混合物が好ましい。これらの乳化剤は、米国特許第6,383,237号にて、燃料溶解性乳化剤として記載されており、その内容は、本明細書中で参考として援用されている(以下、米国特許’237号)。この乳化剤組成物は、本発明の潤滑油組成物中にて、約0.02または0.05〜約15または20重量%の濃度、1実施形態では、約0.05〜約10重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約5重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約3重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約2.5重量%の濃度で、存在している。乳化剤は、オーバーベース化清浄剤および類似の物質と区別するように定義されている(オーバーベース化清浄剤は、乳化安定性に効果があり得るものの)。また、分散剤(これらは、潤滑剤中で一般的に使用される)は、低いHLBの界面活性剤とある程度類似していることが注目される。
1実施形態では、本発明により使用される乳化剤は、以下を含有する乳化剤組成物である:(i)炭化水素潤滑剤溶解性生成物であって、これは、ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤と、アンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、該アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有する;(ii)イオン性化合物または非イオン性化合物であって、これは、約1〜約30の親水性−親油性バランス(HLB)を有する;(i)と(ii)の混合物;または(iii)(i)および(ii)と異なる水溶性塩と組み合わせた(i)および(ii)の混合物。(i)、(ii)の混合物が好ましい。これらの乳化剤は、米国特許第6,383,237号にて、燃料溶解性乳化剤として記載されており、その内容は、本明細書中で参考として援用されている(以下、米国特許’237号)。この乳化剤組成物は、本発明の潤滑油組成物中にて、約0.02または0.05〜約15または20重量%の濃度、1実施形態では、約0.05〜約10重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約5重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約3重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約2.5重量%の濃度で、存在している。乳化剤は、オーバーベース化清浄剤および類似の物質と区別するように定義されている(オーバーベース化清浄剤は、乳化安定性に効果があり得るものの)。また、分散剤(これらは、潤滑剤中で一般的に使用される)は、低いHLBの界面活性剤とある程度類似していることが注目される。
添加剤パッケージでは、乳化剤の量は、典型的には、約0.05〜約30重量%、さらに望ましくは、約0.2〜約20重量%、好ましくは、約0.3〜約15重量%である。
炭化水素潤滑剤溶解性生成物(i)用のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、カルボン酸またはこのような酸の反応性等価物であり得る。この反応性等価物は、酸ハロゲン化物、無水物またはエステル(部分エステルを含めて)などであり得る。このカルボン酸アシル化剤用のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約300個または500個の炭素原子、1実施形態では、約60個〜約200個の炭素原子を含有し得る。1実施形態では、このアシル化剤用のヒドロカルビル置換基は、約500または750〜約3000、1実施形態では、約900〜約2000または2300の数平均分子量を有する。
1実施形態では、炭化水素潤滑剤溶解性生成物(i)用のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、1種以上のα,β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬(これは、そのカルボキシル基を除いて、2個〜約20個の炭素原子を含有する)と、1種以上のオレフィン重合体(これは、以下でさらに詳細に記載する)とを反応させることにより、製造され得る。これらのα,β−オレフィン性不飽和カルボン酸試薬は、天然で、一塩基性または多塩基性のいずれかであり得る。それらは、米国特許第’237号の13欄で記載されている。
これらのオレフィン重合体が誘導され得るオレフィンモノマーは、重合可能オレフィンモノマーであり、これらは、1個以上のエチレン性不飽和基を有することにより特徴付けられ、それら(モノマーおよび重合体)は、米国特許第’237号の14欄で記載されている。
1実施形態では、このオレフィン重合体は、ポリイソブテン基(またはポリイソブチレン基)であり、これは、約750〜約3000、1実施形態では、約900〜約2000の数平均分子量を有する。
1実施形態では、炭化水素潤滑剤溶解性生成物(i)用のアシル化剤は、次式に対応して表わされるヒドロカルビル置換コハク酸または無水物である:
1実施形態では、炭化水素潤滑剤溶解性生成物(i)用のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤であり、これは、ヒドロカルビル置換基およびコハク酸基からなる。これらのヒドロカルビル置換基は、上述のオレフィン性重合体から誘導される。ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、平均して、少なくとも1.3個のコハク酸基、1実施形態では、約1.5個〜約2.5個のコハク酸基、1実施形態では、約1.7個〜約2.1個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。1実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、このヒドロカルビル置換基の各当量に対して、その構造内に、約1.0個〜約1.3個のコハク酸基、1実施形態では、約1.0個〜約1.2個のコハク酸基、1実施形態では、約1.0個〜約1.1個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。
1実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約1500〜約3000、1実施形態では、約1800〜約2300の数平均分子量を有し、該第一ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、約1.3個〜約2.5個、1実施形態では、約1.7個〜約2.1個のコハク酸基により、特徴付けられる。
1実施形態では、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり、このポリイソブテン置換基は、約700〜約1300、1実施形態では、約800〜約1000の数平均分子量を有し、このポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、約1.0個〜約1.3個、1実施形態では、約1.0個〜約1.2個のコハク酸基により、特徴付けられる。それらは、さらに、米国特許第’237号の15欄および16欄で記述されている。
炭化水素潤滑剤可溶性生成物(i)は、アンモニアおよび/またはアミンを使用して、形成され得る。このアシル化剤と反応して生成物(i)を形成するのに有用なアミンには、モノアミン、ポリアミン、およびそれらの混合物が挙げられる。
これらのモノアミンは、アミン官能基を1個だけ有するのに対して、これらのポリアミンは、2個またはそれ以上のアミン官能基を有する。これらのアミンは、第一級アミン、第二級アミンまたは第三級アミンであり得る。第一級アミンは、少なくとも1個の−NH2基が存在することにより、特徴付けられる;第二級アミンは、少なくとも1個のH−N<基が存在することにより、特徴付けられる。第三級アミンは、その−NH2基またはH−N<基中の水素原子をヒドロカルビル基で置き換えたこと以外は、第一級アミンおよび第二級アミンと類似している。第一級モノアミンおよび第二級モノアミンの例は、米国特許第’237号の16欄で記述されている。
このアミンは、ヒドロキシアミンであり得る。このヒドロキシアミンは、第一級アミン、第二級アミンまたは第三級アミンであり得る。典型的には、これらのヒドロキシアミンは、第一級アルカノールアミン、第二級アルカノールアミンまたは第三級アルカノールアミンである。このアルカノールアミンは、次式:
このアミンは、アルキレンポリアミンであり得る。次式:
ここで、nは、約1と約10の間、1実施形態では、約2〜約7の平均値を有し、そして「アルキレン」基は、1個〜約10個の炭素原子、1実施形態では、約2個〜約6個の炭素原子を有する。各Rは、別個に、水素、約30個までの炭素原子を有する脂肪族基またはヒドロキシ置換脂肪族基である。これらのアルキレンポリアミンは、米国特許第’237号の18欄で記述されている。
エチレンポリアミンは、有用である。1実施形態では、このアミンは、ポリアミンボトムスまたはヘビーポリアミンである。「ポリアミンボトムス」との用語は、これらのポリアミンボトムスを残留物として残すように、ポリアミン混合物をストリッピングして低分子量ポリアミンおよび揮発性成分を除去することにより得られるポリアミンを意味する。1実施形態では、これらのポリアミンボトムスは、約2重量%未満の全ジエチレントリアミンまたはトリエチレンテトラミンを有するとして、特徴付けられる。それらは、米国特許第’237号の18欄で記述されている。
炭化水素潤滑剤可溶性生成物(i)は、塩、エステル、アミド、イミド、またはそれ以上の組合せであり得る。この塩は、このアシル化剤およびアンモニアまたはアミンの分子残基を含む内部塩であり得、ここで、これらのカルボキシル基の1個は、同じ基内の窒素原子にイオン結合する;または、それは、外部塩であり得、ここで、そのイオン性塩基は、同じ分子の一部ではない窒素原子で形成される。1実施形態では、このアミンは、ヒドロキシアミンであり、このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ヒドロカルビル置換無水コハク酸であり、得られる炭化水素潤滑剤可溶性生成物(i)は、半エステルおよび半塩(すなわち、エステル/塩)である。
成分(i)(b)は、アシル化剤と、少なくとも1種のエチレンポリアミン(例えば、TEPA(テトラエチレンペンタミン)、PEHA(ペンタエチレンヘキサミン)、TETA(トリエチレンテトラミン)、ポリアミンボトムスまたは少なくとも1種のヘビーポリアミン)とを反応させることにより製造される炭化水素潤滑剤可溶性生成物である。このエチレンポリアミンは、スクシンイミドを形成するように縮合できる。CO:Nに対する反応の当量比は、1:1.5〜1:0.5、さらに好ましくは、1:1.3〜1:0.70、最も好ましくは、1:1〜1:0.70であり、ここで、CO:Nは、カルボニル:アミン窒素の比である。また、成分(i)(b)は、好ましくは、約700〜約1300の数平均分子量を有するポリイソブチレン基から製造され、これは、1.0から1.3までの範囲で、スクシネート化される。
このヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、所望の生成物の形成をもたらす条件下にて実行され、これは、米国特許第’237号の17欄で述べられている。1実施形態では、潤滑剤可溶性生成物(i)は、以下の(i)(a)および(i)(b)を含有する:(i)(a)第一潤滑剤可溶性生成物であって、この第一潤滑剤可溶性生成物は、第一ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第一アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有する;および(i)(b)第二潤滑剤可溶性生成物であって、この第二潤滑剤可溶性生成物は、第二ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造され、この第二アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有する。この実施形態では、生成物(i)(a)および(i)(b)は、異なる。例えば、第一アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第二アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量とは異なり得る。1実施形態では、第一アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約1500〜約3000の範囲、1実施形態では、約1800〜約2300の範囲であり得、そして、第二アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約700〜約1300、1実施形態では、約800〜約1000の範囲であり得る。第一ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、このポリイソブテン置換基は、約1500〜約3000、1実施形態では、約1800〜約2300の数平均分子量を有する。この第一ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、少なくとも約1.3個、1実施形態では、約1.3個〜約2.5個、1実施形態では、約1.7個〜約2.1個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。この第一潤滑剤可溶性生成物(i)(a)で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル/塩の形態であり得る。第二ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、この第二ポリイソブテン置換無水コハク酸のポリイソブテン置換基は、約700〜約1300、1実施形態では、約800〜約1000の数平均分子量を有する。この第二ポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、約1.0個〜約1.3個、1実施形態では、約1.0個〜約1.2個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。この第二潤滑剤可溶性生成物(i)(b)で使用されるアミンは、アルカノールアミンであり得、その生成物は、エステル/塩の形態であり得るか、またはこのアミンは、アルキレンポリアミンであり得、その生成物は、スクシンイミドの形態であり得る。潤滑剤可溶性生成物(i)は、以下から構成され得る:約1重量%〜約99重量%、1実施形態では、約30重量%〜約70重量%の生成物(i)(a);および約99重量%〜約1重量%、1実施形態では、約70重量%〜約30重量%の生成物(i)(b)。
1実施形態では、潤滑剤可溶性生成物(i)は、以下の(i)(a)および(i)(b)を含有する:(i)(a)第一ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第一アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有する;および(i)(b)第二ヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤であって、この第二アシル化剤のヒドロカルビル置換基は、約50個〜約500個の炭素原子を有し、この第一アシル化剤およびこの第二アシル化剤は、同一または異なる;この第一アシル化剤およびこの第二アシル化剤は、2個またはそれ以上の第一級アミノ基、2個またはそれ以上の第二級アミノ基、少なくとも1個の第一級アミノ基および少なくとも1個の第二級アミノ基、少なくとも2個の水酸基、または少なくとも1個の第一級アミノ基または第二級アミノ基および少なくとも1個の水酸基を有する化合物から誘導した連結基により、共にカップリングされている;このカップリングしたアシル化剤は、アンモニアまたはアミンと反応される。第一アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量は、第二アシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の分子量と同一または異なり得る。
1実施形態では、第一および/または第二のアシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約1500〜約3000の範囲、1実施形態では、約1800〜約2300の範囲であり得る。1実施形態では、第一および/または第二のアシル化剤のためのヒドロカルビル置換基の数平均分子量は、約700〜約1300、1実施形態では、約800〜約1000の範囲であり得る。第一および/または第二のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約1500〜約3000、1実施形態では、約1800〜約2300の数平均分子量を有する。第一および/または第二のポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、少なくとも約1.3個、1実施形態では、約1.3個〜約2.5個、1実施形態では、約1.7個〜約2.1個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。この第一および/または第二のヒドロカルビル置換カルボン酸アシル化剤は、ポリイソブテン置換無水コハク酸であり得、そのポリイソブテン置換基は、約700〜約1300、1実施形態では、約800〜約1000の数平均分子量を有する。この第一および/または第二のポリイソブテン置換無水コハク酸は、そのポリイソブテン置換基1当量あたり、約1.0個〜約1.3個、1実施形態では、約1.0個〜約1.2個のコハク酸基により、特徴付けられ得る。その連結基は、上述のアミンまたはヒドロキシアミンのいずれかから誘導され得、これらは、2個またはそれ以上の第一級アミノ基、2個またはそれ以上の第二級アミノ基、少なくとも1個の第一級アミノ基および少なくとも1個の第二級アミノ基を有するか、または少なくとも1個の第一級アミノ基または第二級アミノ基および少なくとも1個の水酸基を有する。この連結基はまた、ポリオールから誘導され得る。このポリオールは、米国特許第’237号の20欄で表わされる化合物であり得る。
これらの連結生成物の調製で使用される反応物の比は、広範囲にわたって変わり得る。一般に、第一および第二のアシル化剤の各々の各当量に対して、少なくとも約1当量の連結化合物が使用される。連結化合物の上限は、第一および第二のアシル化剤の各当量に対して、約2当量の連結化合物である。一般に、第一アシル化剤:第二アシル化剤の当量比は、約4:1〜約1:4、1実施形態では、約1.5:1である。
第一および第二のアシル化剤は、慣用的エステル形成技術および/またはアミド形成技術に従って、この連結化合物と反応され得る。これは、通常、必要に応じて、実質的に不活性で通常液状の有機液体溶媒/希釈剤の存在下で、この連結化合物と共にアシル化剤を加熱する工程を包含する。
これらの連結したアシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応は、慣用的技術を使用して、塩、エステル/塩、アミドまたはイミドの形成条件下にて、実行され得る。
潤滑剤可溶性生成物(i)は、本発明の水性炭化水素潤滑剤組成物にて、約0.1〜約15重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約10重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約5重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約2重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約1重量%の濃度、1実施形態では、約0.1〜約0.7重量%の濃度で、存在し得る。
イオン性または非イオン性の化合物(ii)は、約1〜約20または30、1実施形態では、約4〜約15または20の範囲の親水性−親油性バランス(HLB)を有する。これらの化合物の例は、McCutcheon’s Emulsifiers and Detergents,1998,North American & International Editionで開示されている。North American Editionの1〜235頁およびInternational Editionの1〜199頁の内容は、約1〜約10または30の範囲のHLBを有するこのようなイオン性および非イオン性の化合物の開示内容について、本明細書中で参考として援用されている。これらは、米国特許第’237号の27欄で述べられている。1実施形態では、イオン性または非イオン性の化合物(ii)は、ポリ(オキシアルケン)化合物である。これらには、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの共重合体が挙げられる。1実施形態では、イオン性または非イオン性の化合物(ii)は、約12個〜約30個の炭素原子を有するアシル化剤とアンモニアまたはアミンとを反応させることにより製造された炭化水素潤滑剤可溶性生成物である。このアシル化剤は、約12個〜約24個の炭素原子、1実施形態では、約12個〜約18個の炭素原子を含有し得る。これらは、米国特許第’237号の27欄で述べられている。このアミンは、炭化水素潤滑剤可溶性生成物(i)を製造する際に有用であるとして上で記述されたアミンのいずれかであり得る。このアシル化剤とアンモニアまたはアミンとの間の反応生成物は、塩、エステル、アミド、イミド、またはそれらの組合せであり得る。
1実施形態では、イオン性または非イオン性の化合物(ii)は、ヘキサデシル無水コハク酸とジメチルエタノールアミンとを、約1:1〜約1:1.5、1実施形態では、約1:1.35の当量比(すなわち、カルボニル:アミンの比)で反応させることにより製造されたエステル/塩である。
1実施形態では、このイオン性または非イオン性の化合物は、3個〜25個の炭素原子を有するα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合体を(先に記述したように)アミンと反応させた反応生成物であり得る。このような反応生成物の1つには、トリエチレンテトラミンと反応させたオクタデセンと無水マレイン酸との共重合体である。官能性が低いカルボン酸および/または官能性が低いアミンを多量で存在させて不溶性生成物の形成を避けることにより、これらの多官能性反応物との架橋を抑制することが望まれ得る。
イオン性または非イオン性の化合物(ii)は、本発明の水性炭化水素燃料組成物中にて、約0.01〜約15重量%、1実施形態では、約0.01〜約10重量%、1実施形態では、約0.01〜約5重量%、1実施形態では、約0.01〜約3重量%、1実施形態では、約0.1〜約1重量%の濃度で、存在し得る。
水溶性塩(iii)は、水溶液中で陽イオンおよび陰イオンを形成できかつ他の添加剤を妨害しない任意の物質であり得る。これらには、有機アミン硝酸塩、硝酸塩エステル、アジド、ニトロアミン、およびニトロ化合物が挙げられる。また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の炭酸塩、硫酸塩、硫化物、スルホン酸塩なども含まれる。次式:
k[G(NR3)y]y+nXp−
により表わされるアミンまたはアンモニウムの塩は、特に有用であり、
ここで、Gは、水素、または1個〜約8個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約2個の炭素原子を有する有機基(これは、yの原子価を有する)である;各Rは、別個に、水素、または1個〜約10個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約5個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約2個の炭素原子を有するヒドロカルビル基である;Xp−は、pの原子価を有するアニオンである;そしてk、y、nおよびpは、別個に、少なくとも1の整数である。GがHのとき、yは、1である。正電荷ky+の合計は、負電荷nXp−の合計に等しい。1実施形態では、Xは、硝酸塩イオンである;1実施形態では、それは、酢酸塩イオンである。例には、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸メチルアンモニウム、酢酸メチルアンモニウム、エチレンジアミン二酢酸塩、硝酸尿素、尿素、硝酸グアニジニウムおよび二硝酸尿素が挙げられる。硝酸アンモニウムは、特に有用である。
k[G(NR3)y]y+nXp−
により表わされるアミンまたはアンモニウムの塩は、特に有用であり、
ここで、Gは、水素、または1個〜約8個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約2個の炭素原子を有する有機基(これは、yの原子価を有する)である;各Rは、別個に、水素、または1個〜約10個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約5個の炭素原子、1実施形態では、1個〜約2個の炭素原子を有するヒドロカルビル基である;Xp−は、pの原子価を有するアニオンである;そしてk、y、nおよびpは、別個に、少なくとも1の整数である。GがHのとき、yは、1である。正電荷ky+の合計は、負電荷nXp−の合計に等しい。1実施形態では、Xは、硝酸塩イオンである;1実施形態では、それは、酢酸塩イオンである。例には、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、硝酸メチルアンモニウム、酢酸メチルアンモニウム、エチレンジアミン二酢酸塩、硝酸尿素、尿素、硝酸グアニジニウムおよび二硝酸尿素が挙げられる。硝酸アンモニウムは、特に有用である。
1実施形態では、水溶性化合物(iii)は、乳濁液安定剤として機能し、すなわち、それは、この水性炭化水素潤滑剤組成物を安定化するように作用する。
1実施形態では、水溶性塩は、この水−潤滑剤乳濁液中にて、約0.001〜約1重量%、1実施形態では、約0.01〜約1重量%の濃度で、存在し得る。多くの実施形態では、この水溶液塩は、存在しないか、異なる成分(例えば、水溶性塩基または水分散性塩基)として働く。
(慣用的清浄剤)
清浄剤は、エンジン中にてピストン堆積物(例えば、高温バーニッシュおよびラッカー堆積物)の形成を少なくする添加剤である;それは、通常、酸中和特性を有し、懸濁液中にて、細かく分割した固形物を保つことができる。殆どの清浄剤は、金属「石鹸」に基づいており、これは、酸性有機化合物(これらは、時には、界面活性剤と呼ばれる)の金属塩である。
清浄剤は、エンジン中にてピストン堆積物(例えば、高温バーニッシュおよびラッカー堆積物)の形成を少なくする添加剤である;それは、通常、酸中和特性を有し、懸濁液中にて、細かく分割した固形物を保つことができる。殆どの清浄剤は、金属「石鹸」に基づいており、これは、酸性有機化合物(これらは、時には、界面活性剤と呼ばれる)の金属塩である。
清浄剤は、一般に、長い炭化水素テールを備えた極性頭部を含み、この極性頭部は、酸性有機化合物の金属塩を含有する。本発明の清浄剤は、低いTBN(<200mgKOH/g)であり得、ここで、これらの界面活性剤は、塩基で中和されて、金属石鹸を形成する。あるいは、それらは、オーバーベース化清浄剤であり得、ここで、多量の金属塩基は、過剰の金属化合物(例えば、酸化物または水酸化物)と酸性ガス(例えば、二酸化炭素)とを反応させてオーバーベース化清浄剤(これは、金属塩基(例えば、炭酸塩)ミセルの外層として、中和した清浄剤を含有する)を得ることにより、含有される。本発明のオーバーベース化清浄剤は、少なくとも200、好ましくは、少なくとも250、特に、少なくとも300、例えば、600までのTBNを有し得る。
使用され得る界面活性剤には、スルホネート、フェネート、硫化フェネート、サリチレート、カリキサレート、サリチル酸カリキサレン、グリオキシレート、サリゲニン、チオホスホネート、ナフテネート、他の油溶性カルボキシレート、またはこれらの界面活性剤のいずれかの混合物が挙げられる。硫化フェネートが好ましい。この金属は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属(例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウムおよびマグネシウム)であり得る。カルシウムが好ましい。
これらのオーバーベース化金属化合物の界面活性剤系用の界面活性剤は、好ましくは、例えば、芳香環上の置換基として、少なくとも1個のヒドロカルビル基を含有する。本明細書中で使用する「ヒドロカルビル」との用語は、関係する基が、主として、水素原子および炭素原子から構成され、炭素原子によって分子の残部に結合されるが、その基の実質的に炭化水素的な特性を損なうには不十分な割合で他の原子または基が存在することを除外するものではない。有利には、本発明に従って使用する界面活性剤中のヒドロカルビル基は、脂肪族基、好ましくは、アルキル基またはアルキレン基、特に、アルキル基であり、これは、直鎖または分枝であり得る。これらの置換基中の炭素原子の全数は、少なくとも、所望の油溶性を与えるのに少なくとも十分であるべきである。
これらのオーバーベース化塩は、油溶性有機イオウ含有酸(例えば、スルホン酸、スルファミン酸、チオスルホン酸、硫酸、スルホン酸、部分エステル硫酸、亜硫酸およびチオ硫酸)であり得る。一般に、それらは、カルボン酸または脂肪族スルホン酸の塩である。
これらの炭素環式スルホン酸には、単核または多核の芳香族化合物または環状脂肪族化合物が挙げられる。これらの油溶性のスルホン酸塩は、大ていの場合には、次式:
[(R11)x−T−(SO3)y]zMb (XIV)
[R12−(SO3)a]dMb (XV)
により表わすことができる。上式では、Mは、本明細書中で上で記述したような金属カチオンまたは水素のいずれかである;Tは、環状核(例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ジフェニレンオキシド、チアントレン、フェノチオキシン(phenothioxine)、ジフェニレンスルフィド、フェノチアジン、ジフェニルオキシド、ジフェニルスルフィド、ジフェニルアミン、シクロヘキサン、石油ナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロペンタンなど)である;式XIV中のR11は、脂肪族基(例えば、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなど)である;xは、少なくとも1であり、そして(R11)x−Tは、全体で、少なくとも約15個の炭素原子を有し、そして式XV中のR12は、少なくとも約15個の炭素原子を有する脂肪族基であり、そしてMは、金属カチオンまたは水素のいずれかである。R12基の種類の例には、アルキル、アルケニル、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなどがある。R12の特定の例には、ペトロラタム、飽和および不飽和のパラフィンワックス、およびポリオレフィン(約15〜7000個以上の炭素原子を有する重合したC2、C3、C4、C5、C6などのオレフィンを含めて)から誘導した基がある。上式中のT、R11およびR12基はまた、上で列挙した基に加えて、他の無機置換基または有機置換基(例えば、ヒドロキシ、メルカプト、ハロゲン、ニトロ、アミノ、ニトロソ、スルフィド、ジスルフィドなど)を含有できる。式XIVでは、x、y、zおよびbの各々は、少なくとも1であり、同様に、式XVでは、a、bおよびdは、少なくとも1である。
[(R11)x−T−(SO3)y]zMb (XIV)
[R12−(SO3)a]dMb (XV)
により表わすことができる。上式では、Mは、本明細書中で上で記述したような金属カチオンまたは水素のいずれかである;Tは、環状核(例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ジフェニレンオキシド、チアントレン、フェノチオキシン(phenothioxine)、ジフェニレンスルフィド、フェノチアジン、ジフェニルオキシド、ジフェニルスルフィド、ジフェニルアミン、シクロヘキサン、石油ナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロペンタンなど)である;式XIV中のR11は、脂肪族基(例えば、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなど)である;xは、少なくとも1であり、そして(R11)x−Tは、全体で、少なくとも約15個の炭素原子を有し、そして式XV中のR12は、少なくとも約15個の炭素原子を有する脂肪族基であり、そしてMは、金属カチオンまたは水素のいずれかである。R12基の種類の例には、アルキル、アルケニル、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなどがある。R12の特定の例には、ペトロラタム、飽和および不飽和のパラフィンワックス、およびポリオレフィン(約15〜7000個以上の炭素原子を有する重合したC2、C3、C4、C5、C6などのオレフィンを含めて)から誘導した基がある。上式中のT、R11およびR12基はまた、上で列挙した基に加えて、他の無機置換基または有機置換基(例えば、ヒドロキシ、メルカプト、ハロゲン、ニトロ、アミノ、ニトロソ、スルフィド、ジスルフィドなど)を含有できる。式XIVでは、x、y、zおよびbの各々は、少なくとも1であり、同様に、式XVでは、a、bおよびdは、少なくとも1である。
本発明で有用なスルホン酸の特定の例には、マホガニースルホン酸;ブライトストックスルホン酸;潤滑油留分(これは、100°Fで約100秒から、210°Fで約200秒までのセーボルト粘度を有する)から誘導したスルホン酸;ペトロラタムスルホン酸;例えば、ベンゼン、ナフタレン、フェノール、ジフェニルエーテル、ナフタレンジスルフィド、ジフェニルアミン、チオフェン、α−クロロナフタレンなどのモノワックス置換したおよびポリワックス置換したスルホン酸およびポリスルホン酸;他の置換したスルホン酸(例えば、アルキルベンゼンスルホン酸(ここで、このアルキル基は少なくとも8個の炭素を有する)、セチルフェノールモノスルフィドスルホン酸、ジセチルチアナフタレン(thianthrene)ジスルホン酸、ジラウリル−β−ナフチルスルホン酸、ジカプリルニトロナフタレンスルホン酸およびアルカリールスルホン酸(例えば、ドデシルベンゼン「ボトムス」スルホン酸))がある。
これらのボトムス酸は、ベンゼン環上に1個、2個、3個またはそれ以上の分枝鎖のC12置換基を導入するために、プロピレンテトラマーまたはイソブテントリマーでアルキル化されたベンゼンから誘導した酸である。ドデシルベンゼンボトムス、主として、モノドデシルベンゼンとジドデシルベンゼンとの混合物は、家庭用洗剤の製造の副生成物として入手可能である。線状スルホン酸アルキル(LAS)の製造中に形成されるアルキル化ボトムスから得た類似生成物もまた、本発明で用いるスルホネートを製造する際に有用である。
例えば、SO3との反応により、洗剤製造の副生成物からスルホネートを製造することは、当業者に周知である。例えば、John Wiley & Sons(N.Y.(1969年))により発行されたKirk−Othmerの「Encyclopedia of Chemical Technology」(第2版)の「Sulfonates」(第19巻、第291頁)の章を参照のこと。
オーバーベース化スルホン酸塩およびそれらの製造方法の他の記述は、以下の米国特許に見られ得る:米国特許第2,174,110号;第2,174,506号;第2,174,508号;第2,193,824号;第2,197,800号;第2,202,781号;第2,212,786号;第2,213,360号;第2,228,598号;第2,223,676号;第2,239,974号;第2,263,312号;第2,276,090号;第2,276,297号;第2,315,514号;第2,319,121号;第2,321,022号;第2,333,568号;第2,333,788号;第2,335,259号;第2,337,552号;第2,346,568号;第2,366,027号;第2,374,193号;第2,383,319号;第3,312,618号;第3,471,403号;第3,488,284号;第3,595,790号;および第3,798,012号。これらの内容は、このことに関する開示について、本明細書中で参考として援用されている。
脂肪族スルホン酸(例えば、パラフィンワックススルホン酸、不飽和パラフィンワックススルホン酸、ヒドロキシ置換したパラフィンワックススルホン酸、ヘキサプロピレンスルホン酸、テトラアミレンスルホン酸、ポリイソブテンスルホン酸(ここで、このポリイソブテンは、20個〜7000個またはそれ以上の炭素原子を含有する)、塩素置換したパラフィンワックススルホン酸、ニトロパラフィンワックススルホン酸など);環状脂肪族スルホン酸(例えば、石油ナフテンスルホン酸、セチルシクロペンチルスルホン酸、ラウリルシクロヘキシルスルホン酸、ビス−(ジ−イソブチル)シクロヘキシルスルホン酸など)もまた、挙げられる。
本明細書中および添付の特許請求の範囲において記載されるスルホン酸またはそれらの塩に関して、用語「石油スルホン酸」または「石油スルホン酸塩」は、石油生成物から誘導した全てのスルホン酸またはそれらの塩を含むことが意図されている。石油スルホン酸の特に有用な群には、硫酸工程による石油ホワイトオイルの製造から副生成物として得られるマホガニースルホン酸(それが赤褐色を有するために、そう呼ばれている)がある。
「金属比」との専門用語は、オーバーベース化され得る有機酸と、塩基的に反応する金属化合物との間で、2種の反応物の周知の化学反応性および化学量論に従って、反応の結果得られると予想される塩中の金属の化学当量に対する、オーバーベース化された塩中の金属の全化学当量の比を表わすために用いられている。それゆえ、正塩、すなわち中性塩では、この金属比は1であり、そしてオーバーベース化塩では、この金属比は1より大きい。これらのオーバーベース化塩は、通常、少なくとも1.1:1の金属比を有する。典型的には、それらは、2:1または3:1〜40:1の比を有する。12:1〜20:1の比を有する塩が、しばしば、使用される。
これらのオーバーベース化塩を製造するために用いられる塩基的に反応する金属化合物は、通常、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物(すなわち、第IA族金属、第IIA族金属および第IIB族金属であって、通常、フランシウムおよびラジウムを除き、典型的には、ルビジウム、セシウムおよびベリリウムをも除く)であるが、他の塩基的に反応する金属化合物は用いられ得る。Ca、Ba、Mg、NaおよびLiの化合物、例えば、低級アルカノールのこれら金属の水酸化物およびアルコキシドは、通常、これらのオーバーベース化塩を調製する際に、塩基性金属化合物として用いられるが、しかし、他の化合物は、本明細書中で引用した先行文献に示されているように、使用できる。2種またはそれ以上のこれら金属のイオンの混合物を含有するオーバーベース化塩は、本発明で使用できる。
オーバーベース化物質は、一般に、酸性物質(典型的には、無機酸または低級カルボン酸(例えば、二酸化炭素))と、以下を含有する混合物とを反応させることにより、調製される:酸性有機化合物、該酸性有機物質用の少なくとも1種の不活性有機溶媒(鉱油、ナフサ、トルエン、キシレンなど)を含む反応媒体、化学量論的に過剰な金属塩基、および促進剤。
このオーバーベース化物質を調製する際に使用される酸性物質は、液体(例えば、ギ酸、酢酸、硝酸または硫酸)であり得る。酢酸は、特に有用である。無機酸性物質(例えば、HCl、SO2、SO3、CO2またはH2S、および1実施形態において、CO2またはそれらの混合物、例えば、CO2と酢酸との混合物)もまた使用できる。
促進剤は、金属の塩基性金属組成物への取り込みを促進するのに使用される化学物質である。これらの促進剤は、多様であり、当該技術分野で周知であり、低級アルコールを含む。適当な促進剤の論述は、米国特許第2,777,874号、同第2,695,910号および同第2,616,904号で見られる。
酸性有機化合物の塩基性塩を製造する技術を具体的に記述している特許としては、一般に、米国特許第2,501,731号;同第2,616,905号;同第2,616,911号;同第2,616,925号;同第2,777,874号;同第3,256,186号;同第3,384,585号;同第3,365,396号;同第3,320,162号;同第3,318,809号;同第3,488,284号;および同第3,629,109号が挙げられる。
本発明で使用するフェネート界面活性剤は、硫化され得ないかまたは硫化され得る。さらに、フェネートには、1個より多い水酸基(例えば、アルキルカテコール由来)または縮合芳香環(例えば、アルキルナフトール)を含有するもの、および化学反応(例えば、(塩基性条件下にて、フェノールとアルデヒドとの反応により生成される)アルキレン架橋およびマンニッヒ塩基縮合およびサリゲニン型)により変性したものが挙げられる。
これらのフェネート界面活性剤をベースにした好ましいフェノールは、以下の式Iから誘導され得る:
上式では、Rで表わされるヒドロカルビル基は、有利には、アルキル基であり、これは、有利には、5個〜100個、好ましくは、5個〜40個、特に、9個〜12個の炭素原子を含有し、これらの全R基中の炭素原子の平均数は、十分な油溶性を確保するために、少なくとも約9個である。好ましいアルキル基は、ドデシル(テトラプロピレン)基である。
以下の論述では、ヒドロカルビル置換フェノールは、便宜上、アルキルフェノールと呼ばれている。
硫化フェノールまたはフェネートを調製する際に使用する硫化剤は、そのアルキルフェノールモノマー基の間に−(S)x−架橋基を導入する任意の化合物または元素であり得、ここで、xは、一般に、1〜約4である。それゆえ、この反応は、元素イオウまたはそのハロゲン化物(例えば、二塩化イオウ)を使って、行われ得る。元素イオウを使用する場合、この硫化反応は、このアルキルフェノール化合物を、50〜250℃、好ましくは、少なくとも100℃で加熱することにより、行われ得る。ハロゲン化イオウを使用する場合、この硫化反応は、このアルキルフェノールを、−10℃〜120℃、好ましくは、少なくとも60℃で処理することにより、行われ得る。この反応は、適当な希釈剤の存在下にて、行われ得る。この希釈剤は、有利には、実質的に不活性の有機希釈剤(例えば、鉱油またはアルカン)を含有する。いずれにしても、この反応は、実質的な反応を起こすのに十分な時間にわたって、行われる。一般に、硫化剤1当量あたり、0.1〜5モルのアルキルフェノール物質を使用することが好ましい。
この硫化剤として元素イオウを使用する場合、塩基性触媒(例えば、水酸化ナトリウムまたは有機アミン、好ましくは、複素環アミン(例えば、モルホリン))を使用することが望まれ得る。
硫化プロセスの詳細は、当業者に周知である。
それらを調製する様式に関係なく、オーバーベース化金属化合物を調製する際に有用な硫化アルキルフェノールは、一般に、希釈剤および未反応アルキルフェノールを含有し、一般に、この硫化アルキルフェノールの質量に基づいて、2〜20質量%、好ましくは、4〜14質量%、最も好ましくは、6〜12質量%のイオウを含有する。
上述のように、本明細書中で使用する「フェノール」との用語は、例えば、アルデヒドとの化学反応により変性したフェノール、およびマンニッヒ塩基縮合フェノールを包含する。
フェノールが変性され得るアルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、プロピオンアルデヒドおよびブチルアルデヒドが挙げられる。好ましいアルデヒドは、ホルムアルデヒドである。使用するのに適当なアルデヒド変性フェノールは、例えば、US−A−5259967に記載されている。
マンニッヒ塩基縮合フェノールは、フェノール、アルデヒドおよびアミンの反応により、調製される。適当なマンニッヒ塩基縮合フェノールの例は、GB−A−2121432に記載されている。
一般に、これらのフェノールは、これらのフェノールの界面活性剤特性を著しく損なわないという条件で、上で述べたもの以外の置換基を含有し得る。このような置換基の例には、メトキシ基およびハロゲン原子がある。
このアルキルフェノールの官能化は、このフェノール化合物への追加水酸基または追加ヒドロカルビル基以外の任意の官能基の付加を包含でき、少なくとも1種のこのようなアルキル基またはヒドロカルビル基は、既に、この清浄剤に油溶性を与えるのに十分な量で、存在している。典型的な官能基には、t−ブチル基、メチレンカップリング基、エステル置換アルキル基およびアルデヒド基が挙げられる。1実施形態では、この官能化は、カルボキシ官能基の付加により、この場合、この清浄剤は、サリチル酸アルキルまたはその誘導体であり得る。サリチレート清浄剤は、周知である;例えば、米国特許第5,688,751号または同第4,627,928号を参照のこと。別の実施形態では、この置換基は、グリオキシル酸縮合をベースにし得る。グリオキシル酸それ自体は、HC(=O)−CO2H;構造R1C(=O)−CO2Hの関連ケトンもまた、考慮される;それゆえ、R1は、水素、または例えば、1個〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり得る。典型的なグリオキシレート縮合生成物は、ここでは、アニオン種として示され、これは、典型的には、金属塩で中和される。
他の実施形態では、この官能化アルキルフェノールは、このアルキルフェノールとホルムアルデヒドまたは他の低級アルデヒドとの縮合生成物であり得る。その酸性置換基は、この場合、1個またはそれ以上の追加フェノール基であると考えられる。最も簡単なこのような縮合生成物は、以下である:
しかしながら、アルキルフェノールの官能化誘導体の1つのカテゴリーは、特定のサリゲニン誘導体である。サリゲニンそれ自体はまた、サリシルアルコールおよびo−ヒドロキシベンジルアルコールとして知られており、以下の構造により表わされる:
これらの環のほとんどは、少なくとも1個のR1置換基を含有し、これは、前述のヒドロカルビル基(例えば、アルキル基)である。R1は、1個〜60個の炭素原子、例えば、7個〜28個の炭素原子または9個〜18個の炭素原子を含有できる。もちろん、R1は、通常、種々の鎖長の混合物を含有し、その結果、前述の数は、通常、R1基中の炭素原子の平均数を表わす(数平均)。この構造内の各環は、0個、1個、2個または3個(最も典型的には、1個)のこのようなR1基で置換され(すなわち、pは、0、1、2または3である)、もちろん、所定分子内の異なる環は、異なる数のこのような置換基を含有し得る。この分子内の少なくとも1個の芳香環は、少なくとも1個のR1基を含有しなければならず、その分子内の全R1基中の全炭素原子数は、少なくとも7個、例えば、少なくとも12個であるべきである。
上記構造では、X基およびY基は、その芳香族分子との縮合反応によりホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド源から誘導した基と見え得る。種々のX基およびY基の相対量は、ある程度まで、これらの分子の合成条件に依存している。XおよびYの種々の種は、問題の分子中に存在し得るものの、Xを含む最も一般的な種は、−CHO(アルデヒド官能性)および−CH2OH(ヒドロキシメチル官能性)であり;同様に、Yを含む最も一般的な種は、−CH2−(メチレン架橋)および−CH2OCH2−(エーテル架橋)である。上記物質のサンプル中のこれらの種の相対的なモル量は、各炭素および水素核が異なる環境を有し異なる信号を生じるので、1H/13CNMRにより決定できる。(このエーテル結合である−CH2OCH2−の信号は、この物質のモル量の正しい計算に達するために、2個の炭素原子の存在について補正されなければならない。このような補正は、十分に、当業者の能力の範囲内である)。
1実施形態では、Xは、少なくとも一部、−CHOであり、このような−CHO基は、少なくとも10、12または15モルパーセントのX基およびY基を含有する。別の実施形態では、−CHO基は、20〜60モルパーセントのX基およびY基、例えば、25〜40モルパーセントのX基およびY基を含有する。
別の実施形態では、Xは、少なくとも一部、−CH2OHであり、このような−CH2OH基は、10〜50モルパーセントのX基およびY基、例えば、15〜30モルパーセントのX基およびY基を含有する。
mが0ではない実施形態では、Yは、少なくとも一部、−CH2−であり、そして、このような−CH2−基は、10〜55モルパーセントのX基およびY基、例えば、25〜45または32〜45モルパーセントのX基およびY基を含有する。
別の実施形態では、Yは、少なくとも一部、−CH2OCH2−であり、このような−CH2OCH2−基は、5〜20モルパーセントのX基およびY基、例えば、10〜16モルパーセントのX基およびY基を含有する。
上記化合物は、言及したように、典型的には、マグネシウム塩であり、実際、縮合生成物の調製中にマグネシウムが存在することは、上記X成分およびY成分の所望の比を達成する際に有用であると考えられている。この化合物中のMgイオンの数は、その組成物全体にわたって、0.1〜1、例えば、0.2または0.3〜0.4または0.5または0.35〜0.45の「n」の平均数により、特徴付けられる。Mgは、通常、二価イオンであるので、示したフェノール構造の全てがMg+2イオンで完全に中和されたとき、この組成物中のnの平均値は、0.5であり、すなわち、各Mgイオンは、2個のフェノール性水酸基を中和する。これらの2個の水酸基は、同一または異なる分子上にあり得る。nの値が0.5未満である場合、このことは、これらの水酸基がMgイオンで完全には中和されていないことを意味する。nの値が0.5より大きい場合、このことは、Mgイオンの原子価の一部が図示したフェノール構造以外のアニオンで満たされることを意味する。例えば、各Mgイオンは、1個のフェノールアニオンおよび1個のヒドロキシ(OH−)イオンと会合でき、1.0のn値を与える。nが0.1〜1.0である仕様は、直接的には、この物質のオーバーベース化型(これは、以下で記述されており、また、本発明の一部でもある)に適用できず、ここで、過剰のMgまたは別の金属が存在し得る。
多数の分子のサンプルでは、これらのパラメーターから逸脱したいくつかの個々の分子が存在し得る(例えば、R1基を全く含まないいくつかの分子が存在し得る)ことが理解できる。これらの分子は、不純物であると考えることができ、それらの存在は、この組成物の分子の過半数(一般に、実質的に過半数)が記述したとおりである限り、本発明を否定するものではない。
上記成分は、触媒量の強塩基の存在下にて、反応条件下にて、上記R1基で置換したフェノールをホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒド源および酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムと組み合わせることにより、調製できる。ホルムアルデヒドの一般的な反応等価物としては、パラホルムアルデヒド、トリオキサンおよびホルマリンが挙げられる。便宜上、パラホルムアルデヒドが使用できる。
置換フェノールとホルムアルデヒドとの相対モル量は、所望の構造および特性を備えた生成物を得る際に、重要ではあり得ない。典型的な実施形態では、置換フェノールおよびホルムアルデヒドは、1:1〜1:3または1.4、例えば、1:1.1〜1:2.9または1:1.4〜1:2.6、または1:1.7〜1:2.3の当量比で、反応される。それゆえ、1実施形態では、約2:1の当量で過剰のホルムアルデヒドが存在する。(1当量のホルムアルデヒドは、1個のH2CO単位に対応していると考えられ;1当量のフェノールは、1モルのフェノールであると考えられる)。
この強塩基は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムであり得、水溶液中で供給できる。
このプロセスは、加熱し攪拌しつつ、上記成分を適当な量の酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムと配合することにより、行うことができる。これらの成分に適当な移動度を与えるために、希釈剤(例えば、鉱油または他の希釈油)が含有できる。追加溶媒(例えば、アルコール)は、もし望ましいなら、含有できるが、その反応は、追加溶媒なしで、さらに効率的に進行し得ると考えられる。この反応は、室温または僅かに高い温度(例えば、35〜120℃、70〜110℃または90〜100℃)で行うことができるが、もちろん、この温度は、段階的に上げることができる。その反応混合物中に水が存在しているとき、この混合物を、水の通常の沸点またはそれ以下で維持するのが好都合である。適当な時間(例えば、30分間〜5時間または1〜3時間)反応した後、この混合物は、典型的には、減圧下にて、より高い温度まで加熱して、揮発性物質をストリップできる。このストリッピング工程の最終温度が100〜約150℃(例えば、120〜約145℃)であるとき、好ましい結果が得られる。
上記条件下での反応は、典型的には、−CHO置換基の含量が比較的に高い(すなわち、10%、12%および15%およびそれ以上)生成物を生じる。このような物質は、潤滑組成物中の清浄剤として使用するとき、良好な上部ピストン洗浄性能、低いCu/Pb腐食および良好なシール適合性を示す。この合成において、マグネシウム以外の金属を使用すると、典型的には、−CHO置換基の含量が低下する。
本発明に従って使用されるサリチレート界面活性剤は、例えば、フェネートについて上述のように、硫化され得ないかまたは硫化され得、そして化学的に変性され得るか、および/または追加置換基を含有し得る。上記方法に類似の方法はまた、ヒドロカルビル置換サリチル酸を硫化するのに使用され得、当業者に周知である。サリチル酸は、典型的には、フェノキシドのカルボキシル化、コルベ−シュミット法により調製され、その場合、一般に、非カルボキシル化フェノールとの混合物中で得られる(通常、希釈剤中)。
カリキサレート(例えば、サリックスアーレン(salixarene)、すなわち、サリチル酸カリックスアーレン)はまた、潤滑油に界面活性剤として加えるのに有用な化合物である。本発明で有用なサリチル酸カリックスアーレンには、the Lubrizol Corporationの米国特許第6,200,936B1号(その教示は、本明細書中で参考として援用されている)に記載されたものが挙げられる。
油溶性サリチル酸(そこから、本発明のサリチレートが誘導され得る)中で好ましい置換基は、フェノールの上記論述にてRで表わされる置換基である。アルキル置換サリチル酸では、そのアルキル基は、有利には、5個〜100個、好ましくは、9個〜30個、特に、12個〜20個の炭素原子を含有する。
(潤滑粘性のあるオイル)
使用する潤滑油(基油またはベースストック)は、潤滑流体の最終目的用途に依存して、有意に変わり得る。SAE 5または10〜約70は、種々の設計の種々の内燃機関で使用される典型的なオイルである。船舶ディーゼル用途には、典型的には、より厚い潤滑膜を与えるために、それより高い粘度のオイルが要求される。オイルが冷態始動温度(cold starting temperature)で低いエネルギー消費と共に高い使用温度での潤滑を生じる必要がある場合、マルチグレードオイルが望ましいものの、船舶ディーゼル用途は、そのエンジンが操作時に長時間にわたって最小サイクルのオンおよびオフを受け、そして作動するので、シングルグレードオイルを使用する傾向にある。もし、マルチグレードオイルを使用するなら、望ましくは、少なくとも90、さらに望ましくは、少なくとも100、好ましくは、少なくとも110の粘度指数を有する。望ましくは、船舶ディーゼル用途の潤滑油ベースストックは、100℃で、少なくとも14センチストークス、好ましくは、少なくとも15センチストークス、より好ましくは、16〜30センチストークスの範囲(例えば、16〜25センチストークス)の動粘度(これらは、ASTM D445で測定した)を有する。
使用する潤滑油(基油またはベースストック)は、潤滑流体の最終目的用途に依存して、有意に変わり得る。SAE 5または10〜約70は、種々の設計の種々の内燃機関で使用される典型的なオイルである。船舶ディーゼル用途には、典型的には、より厚い潤滑膜を与えるために、それより高い粘度のオイルが要求される。オイルが冷態始動温度(cold starting temperature)で低いエネルギー消費と共に高い使用温度での潤滑を生じる必要がある場合、マルチグレードオイルが望ましいものの、船舶ディーゼル用途は、そのエンジンが操作時に長時間にわたって最小サイクルのオンおよびオフを受け、そして作動するので、シングルグレードオイルを使用する傾向にある。もし、マルチグレードオイルを使用するなら、望ましくは、少なくとも90、さらに望ましくは、少なくとも100、好ましくは、少なくとも110の粘度指数を有する。望ましくは、船舶ディーゼル用途の潤滑油ベースストックは、100℃で、少なくとも14センチストークス、好ましくは、少なくとも15センチストークス、より好ましくは、16〜30センチストークスの範囲(例えば、16〜25センチストークス)の動粘度(これらは、ASTM D445で測定した)を有する。
この潤滑油は、内燃機関で潤滑剤に使用される任意の通常のオイルまたはそのブレンドであり得る。しばしば、価格の理由のために、このオイルは、石油から誘導した潤滑油(例えば、留出生成物、例えば、ナフテンベース、パラフィンベースまたは混合基油)である。この潤滑剤は、その用途に依存して、石油から誘導したオイルおよび合成油のブレンドであり得る。あるいは、この潤滑油は、合成潤滑油(例えば、合成エステル潤滑油)であり得る。使用され得る他の潤滑油には、水素化分解油があり、この場合、その精製プロセスは、水素の存在下にて、その中間留分および重質留分をさらに分解する。液状α−オレフィン重合体もまた、この潤滑剤の一部または全部であり得る。この潤滑剤では、Fischer−Tropschオイルが使用され得る。典型的には、真空残渣油から溶媒抽出し脱アスファルトした生成物として特徴付けられ、典型的に100℃で28〜36セントストークスの動粘度を有するブライトストックもまた、使用され得る。
本発明の潤滑剤はまた、清浄剤、分散剤、粘度調整剤、酸化防止剤、極圧添加剤(耐摩耗添加剤)、消泡剤、腐食防止剤などのような通常の添加剤を含有でき、それらは、潤滑剤技術で周知である。これらの添加剤は、通常の量で使用され得る。
1実施形態では、本発明の潤滑剤は、その水成分の凍結を防止する凍結防止剤を含有する。この凍結防止剤は、典型的には、アルコールである。例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、グリセロールおよびそれらの2種またはそれ以上の混合物が挙げられるが、これらに限定されない。この凍結防止剤は、典型的には、その潤滑剤で使用される水の凍結を防止するのに十分な濃度で、使用される。従って、この濃度は、この潤滑剤が保存または使用される温度に依存している。1実施形態では、この濃度は、その油中水形乳濁液の重量に基づいて、約20重量%までのレベル、1実施形態では、約0.1〜約20重量%のレベル、1実施形態では、約0.2〜約10重量%のレベルである。
これらの乳化剤は、その乳濁液調製および保存安定性で重要な役割を果たす。これらの例を調製するのに使用される2種の乳化剤のブレンドの第一乳化剤は、PIBSA:EG:DMEA、すなわち、ポリイソブテニル無水コハク酸:エチレングリコール:ジメチルエタノールアミン−2:1:2(当量)であった。この乳化剤は、高分子量ポリイソブチレン鎖(約1500MW)および低いHLBを有する。乳化剤2は、共同乳化剤である。HDSA:DMEA、すなわち、ドデカヘキシレン無水コハク酸:ジメチルエタノールアミンは、1:1(当量)であった。それは、低分子量であり、高いHLBを有する。これらの2種の乳化剤の構造は、以下に示す。
水−潤滑油乳濁液の実験室製造で使用する乳化剤
補足的な高HLBサリックスアーレン乳化剤は、以下で示す。
実施例1:水溶性無機化合物の混合(KOH)
(表1)
(表1)
KOHフレーク154gを蒸留水286gに加えることにより、KOHの水溶液を調製した。これらの界面活性剤を基油に加えることにより、その有機ブレンドを調製した。この有機ブレンド(120g)と共に、その水溶液(30g)をWaringブレンダに加え、6分間ブレンドした。全部で6回のブレンドを行い、乳化溶液900gを得た。この溶液を、2リットルの四ッ口フラスコ(これは、オーバーヘッド攪拌機、冷却器、ドライアイストラップで冷却した収集フラスコ、真空入口およびサーモウェルを備えている)に加え、次いで、30mmHgの圧力まで、ゆっくりと脱気した。この乳濁液を、150℃までゆっくりと1時間にわたって加熱し、次いで、150℃で120分間保持した。全体で100.5gの水を収集した;実験的に決定した含水量は、1.087%であった。脱水した乳濁液の外観は、非常に透明であり、20.0の濁度(JTU ヘキサン中で5%)を有していた。その固形分含量は、低かった(0.8%の容量)のに対して、そのTBNは、予想通りであった(60.9mgのKOH/g)。
この手順はまた、同程度のTBNを有する透明な溶液を送達するために、7%KOHに代えて5%NaOHをうまく取り込むのに使用した。
実施例2:水溶性有機化合物(ジメルカプト−チアジアゾールの二ナトリウム塩(DMTD))
(表2)
(表2)
この乳濁液を、実施例1で記述したようにして、Waringブレンダで調製した。この乳濁液(1409.3g)を、3リットルの四ッ口フラスコ(これは、オーバーヘッド攪拌機、冷却器、ドライアイストラップで冷却した収集フラスコ、真空入口およびサーモウェルを備えている)に加え、次いで、30mmHgの圧力まで、ゆっくりと脱気した。この乳濁液を、150℃まで1時間にわたってゆっくりと加熱し、次いで、150℃で2時間保持した。全体で147.5gの水を収集した;実験的に決定した含水量は、0.025%であった。脱水した乳濁液の外観は、78℃で加熱中、非常に透明であり、次いで、急に濁った。脱水した乳濁液の最終的な外観は、最初の乳濁液と同じクリーム状黄色であった。収率は、93%であった。
脱水前後のDMTDの二ナトリウム塩の分散体のサンプルを試験した。予備試験の結果から、脱水した乳濁液を使用すると、脱水前の乳濁液および通常のベースライン調合物(合成)の両方に対して、摩耗性能の改善を示す。
本発明は、その好ましい実施形態に関連して説明しているものの、それらの種々の変更は、本明細書を読めば、当業者に明らかになることが理解されるべきである。従って、本明細書中で開示される発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入るこれらの変更を含むべく意図されていることが理解されるべきである。
上で引用した各文献の内容は、本明細書中で参考として援用されている。実施例を除いて、他に明らかに指示される場合、物質の量を特定している本記述の全ての数値量、反応条件、分子量、炭素原子数などは、「約」という用語により修飾されることが分かる。他に指示がなければ、本明細書中で言及した各化学物質または組成物は、その異性体、副生成物、誘導体、および市販等級の物質中に存在すると通常考えられているような他のこのような物質を含有し得る、市販等級の物質であると解釈されるべきである。しかしながら、各化学成分の量は、他に指示がなければ、市販等級の物質に通例存在し得る任意の溶媒または希釈油を除いて、提示されている。本明細書中で示した上限および下限の量、範囲ならびに比は、別個に組み合わされ得ることが分かる。範囲は、本発明の殆どの要素について、他の要素についての範囲とは無関係に示されているものの、本発明のより好ましい実施形態では、本発明の要素は、種々の組み合わせで、本発明の各要素についての種々の(多種多様な)望ましいまたは好ましい範囲と組み合わされると予想される。本明細書中で使用する「本質的になる」との表現には、考慮中の組成物の基本的で新規な特性に著しく影響を与えない物質が含まれていてもよい。
Claims (23)
- 潤滑剤または作動液用の添加剤パッケージであって、該添加剤パッケージは、以下を含有する:
a)潤滑粘性のあるオイル;
b)少なくとも1種の乳化剤であって、該乳化剤は、油中水形乳濁液を形成できる;
c)必要に応じて、油不溶性溶媒;および
d)少なくとも0.1重量部の油不溶性機能性潤滑添加剤であって、該潤滑添加剤は、摩擦調整剤から選択され、該摩擦調整剤は、極圧添加剤、腐食防止剤、酸化防止剤または金属保護剤を含有し、油不溶性分散相として特徴付けられ、該分散相は、該少なくとも1種の乳化剤により、分散体として、部分的または完全に安定化され、ここで、該油不溶性機能性潤滑添加剤は、界面活性剤(例えば、オーバーベース化金属)としてもホウ酸塩化合物としても特徴付けられず、ここで、該重量部は、該添加剤パッケージ100重量部に基づいており、ここで、該油不溶性溶媒の量は、該パッケージの重量に基づいて、20重量%未満である、
添加剤パッケージ。 - 前記油を有さない機能添加剤、乳化剤および任意溶媒が、50℃で、約2センチストークス〜約50センチストークスの粘度を有し、そして該機能添加剤が、該添加剤の重量に基づいて30重量%未満の前記油不溶性溶媒を有する分散相中にあり、ここで、該分散相が、1または5ナノメーター〜100マイクロメーターの光散乱強度平均粒径を有する、請求項1に記載の添加剤パッケージ。
- 前記油不溶性溶媒が、前記機能添加剤の重量の約0〜約20重量%である、請求項1に記載の添加剤パッケージ。
- 前記機能添加剤が、1または5ナノメーター〜100マイクロメーターの光散乱強度平均粒径を有する分散相中にある、請求項3に記載の添加剤パッケージ。
- さらに、前記添加剤パッケージの100重量部あたり、少なくとも1重量部の全量で、分散剤、清浄剤、粘度調整剤および酸化防止剤から選択される少なくとも1種の通常の潤滑油添加剤を含有する、請求項1に記載の添加剤パッケージ。
- 前記少なくとも1種の乳化剤が、ポリイソブチレン官能化スクカン部分を含有し、該スクカン部分が、少なくとも600の数平均分子量を有し、1種またはそれ以上の他の化学物質と反応されて、極性末端基を生じる、請求項5に記載の添加剤パッケージ。
- さらに、少なくとも1種の酸化防止剤を含有し、該酸化防止剤が、ジチオリン酸金属、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、硫化オレフィン、銅酸化防止剤、サリチレート酸またはその誘導体あるいは硫化フェノールから選択される、請求項5に記載の添加剤パッケージ。
- 前記油不溶性機能添加剤が、約20ナノメーター〜約10ミクロンの光散乱強度平均粒径を有する分散相として存在しており、ここで、該油不溶性溶媒が、該油不溶性機能添加剤の重量に基づいて、20重量%未満の量で存在している、請求項5に記載の添加剤パッケージ。
- 前記油不溶性機能添加剤が、酸化防止剤または耐摩耗添加剤である、請求項8に記載の添加剤パッケージ。
- 以下を含有する、潤滑剤:
a)約50〜約99重量%の1種またはそれ以上の潤滑粘性のあるオイル;
b)全部で20重量%未満の油不溶性溶媒;
c)約0.02〜約15重量%の乳化剤であって、該乳化剤は、油中水形乳濁液を形成できる;
約0.01〜約40重量%の油不溶性機能添加剤であって、該機能添加剤は、極圧添加剤、腐食防止剤、酸化防止剤、金属保護剤から選択される油不溶性機能添加剤であって、ここで、該油不溶性機能添加剤は、分散相として存在しており、該分散相は、必要に応じて、該油不溶性溶媒と共に存在しており、ここで、該油不溶性機能添加剤は、清浄剤(例えば、オーバーベース化金属)またはホウ酸塩のいずれとしても特徴付けられず、ここで、該重量%は、該潤滑剤の重量に基づいている、
潤滑剤。 - 前記油不溶性機能添加剤が、約20ナノメーター〜約10ミクロンの光散乱強度平均粒径を備えた分散相として存在しており、ここで、該油不溶性溶媒が、該油不溶性機能添加剤の重量に基づいて、20重量%未満の量で存在している、請求項10に記載の潤滑剤。
- さらに、少なくとも1種の通常の潤滑油添加剤を含有し、該潤滑油添加剤が、前記添加剤パッケージ100重量部あたり、全量の少なくとも1重量%で、分散剤、清浄剤、粘度調整剤および酸化防止剤から選択される、請求項11に記載の潤滑剤。
- 前記少なくとも1種の乳化剤が、ポリイソブチレン官能化スクカン部分を含有し、該スクカン部分が、少なくとも600の数平均分子量を有し、1種またはそれ以上の他の化学物質と反応されて、極性末端基を生じる、請求項12に記載の潤滑剤。
- さらに、少なくとも1種の酸化防止剤を含有し、該酸化防止剤が、ジチオリン酸金属、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、硫化オレフィン、銅酸化防止剤、サリチレート酸またはその誘導体あるいは硫化フェノールから選択される、請求項11に記載の潤滑剤。
- 潤滑剤を含めた作動液用の添加剤パッケージを形成するプロセスであって、該プロセスは、以下の工程を包含する:
a)油不溶性溶媒(例えば、分散体またはブレンドを形成する水)に、油不溶性機能添加剤を溶解または分散させる工程;
b)該油不溶性機能添加剤および油不溶性溶媒の該分散体またはブレンドを潤滑油に加える工程;
c)油中水形乳化剤を使用して、分散相として、該油不溶性機能添加剤および溶媒の該分散体またはブレンドを該潤滑油に分散させる工程;および
d)その後、該分散相中の全油不溶性溶媒含量が該機能添加剤の重量に基づいて30重量%未満であるように、該溶媒の一部または全部を除去する工程;
e)ここで、該不溶性機能添加剤は、ホウ酸塩化合物またはオーバーベース化金属清浄剤もしくは中性金属清浄剤のいずれでもない、
プロセス。 - 工程dの後、前記油不溶性溶媒の量が、前記機能添加剤の重量に基づいて、20重量%未満、好ましくは、10または5重量%未満で存在している、請求項15に記載のプロセス。
- さらに、前記添加剤パッケージまたは潤滑剤100重量部に基づいて、少なくとも1重量部の通常の油溶性添加剤を加える工程を包含し、該油溶性添加剤が、酸化防止剤、分散剤、清浄剤、粘度調整剤、耐摩耗添加剤またはそれらの組合せから選択される、請求項15に記載のプロセス。
- 前記油不溶性機能添加剤が、前記工程後、約20ナノメーター〜約10ミクロンの光散乱強度平均粒径を備えた分散相として存在しており、ここで、前記油不溶性溶媒が、該油不溶性機能添加剤の重量に基づいて、20重量%未満の量で存在している、請求項15に記載のプロセス。
- 前記油中水形乳化剤が、ポリイソブチレン官能化スクカン部分を含有し、該スクカン部分が、少なくとも600の数平均分子量を有し、1種またはそれ以上の他の化学物質と反応されて、極性末端基を生じる、請求項15に記載のプロセス。
- 作動液または潤滑剤用の添加剤パッケージ用の油不溶性成分を調製するプロセスであって、該プロセスは、以下の工程を包含する:
a)油不溶性溶媒(例えば、水)に、油不溶性機能添加剤を溶解または分散させ、混合物を形成する工程;
b)該混合物を潤滑油に加える工程;
c)油中水形乳化剤を使用して、分散相として、該混合物を該潤滑油に分散させる工程;および
d)その後、該分散相中の全油不溶性溶媒含量が該機能添加剤の重量に基づいて30重量%未満であるように、該油不溶性溶媒の元の部分の少なくとも50重量%を除去する工程であって、ここで、該油不溶性機能添加剤は、通常の潤滑清浄剤でもホウ酸塩化合物のいずれでもない、
プロセス。 - 前記油不溶性機能添加剤が、金属含有酸化防止剤(例えば、銅)である、請求項20に記載のプロセス。
- 前記油不溶性機能添加剤が、耐摩耗添加剤または極圧添加剤である、請求項20に記載のプロセス。
- 前記油不溶性機能添加剤が、ビスマス、(有機ホスフェートに対し)無機ホスフェートまたはモリブデンを含有する化合物である、請求項20に記載のプロセス。
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