JP2007154183A

JP2007154183A - 合成潤滑油

Info

Publication number: JP2007154183A
Application number: JP2006307019A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Honda; 洋本田
Original assignee: Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nippon Synthetic Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP5159089B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、低粘度でかつ高温での粘度特性に優れ、広い温度範囲で安定した潤滑性能を有する合成潤滑油を提供することである。
【解決手段】イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群より選択される有機カチオンならびにビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有する合成潤滑油である。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機カチオンとビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有してなる合成潤滑油に関する。

従来、機械装置、動力伝達装置、金属加工油、グリースなどに用いられる潤滑油としては、ポリα−オレフィン、ジエステル、ポリオールエステル、シリコン等の基油の中から最も目的物性に近い種類の基油を選択し、必要に応じて組合せて、さらに適切な添加剤などを加えて用いられていた。しかし、これらの潤滑油は、高温や真空度が高いといった特殊な環境下において引火または蒸発の危険性があり、より好適な潤滑油が望まれていた。また、装置の高性能化、高効率化に伴い、より優れた耐酸化性、耐蒸発性や、長期間にわたって優れた潤滑性能を有する潤滑油が求められている。

これらの問題を解決する手段として、例えば、非特許文献１には、有機カチオンと無機アニオンの組合せからなる化合物（イオン液体、常温溶融塩）が潤滑油として適用できることが報告されており、現在では、イオン液体は、不揮発性、広い温度範囲における安定性および難燃性に優れるだけでなく、粘度指数が高く、潤滑剤に求められる摩擦係数、磨耗痕径についても満足する物性を有するものもあるため、潤滑油の材料として可能性があることが知られている。

一方、イオン液体全般に共通する性質としては、粘度、比重の高いことが多く、実用性の点から、粘度の低いイオン液体が望まれている。

しかしながら、一般的に、イオン液体は高粘度であるものが多く、潤滑油として実用化するためには、粘度の低いイオン液体を見出す必要があり、さらなる開発が進められてきた。

そして、特許文献１においては、粘度の低いイオン液体として、アニオンとしてビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンを有するイオン液体があげられているが、このアニオンとの組合せによるイオン液体では、粘度の低減率が充分とは言えなかった。

R.A.Reich et al., Journal of the Society of Tribologists and Lubrication Engineers, July 2003, p. 16−21 特開２００５−８９６６７号公報

そこで、本発明では、このような背景下において、広い温度範囲で安定した潤滑性能を有する合成潤滑油を提供することを目的とするものである。

しかるに、本発明者は、上記事情に鑑み鋭意検討を重ねた結果、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群より選択される有機カチオンを用いたイオン液体において、そのアニオン種として、ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンを用いることにより、驚くべきことに非常に低粘度でかつ粘度安定性にも優れたイオン液体が得られ、合成潤滑油に好適であることを見出した。

すなわち、本発明は、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群より選択される有機カチオンならびにビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有する合成潤滑油に関するものである。

本発明によれば、特定構造を有する有機カチオンとビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を用いるので、耐摩耗性に優れ、さらに安定した流動性を示し、潤滑油に必要とされる粘度特性を有し、かつ広い温度範囲、使用条件で安定した潤滑性能を有する合成潤滑油を提供することができる。

以下に本発明を詳細に説明する。

なお、本発明におけるイオン液体とは、常温（２５℃）において溶融状態にあるイオン性物質のことを示す。

本発明は、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群より選択される有機カチオンならびにビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有する合成潤滑油に関する。

本発明における有機カチオンは、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、第四級ホスホニウムカチオンがあげられる。これらの有機カチオンをビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンと組合せることにより、合成潤滑油としてのイオン液体の粘度を大きく低減することができる。

イミダゾリウムカチオンとしては、特に限定されるものではないが、たとえば、下記一般式（１）の構造を有するものをあげることができる。

（式（１）中、置換基Ｒ¹〜Ｒ⁵はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１６の直鎖または分岐のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、アシル基、アミド基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基であって、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、アシル基の中にＮ、Ｓ、Ｏより選択されるヘテロ原子を含んでいてもよく、共役または独立した二重結合または三重結合を含んでいてもよい。）

置換基Ｒ¹〜Ｒ⁵がアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、アシル基の場合、炭素数は１〜１６であることが好ましく、１〜１２であることがより好ましく、１〜６であることがさらに好ましい。これらの置換基は直鎖でも分岐構造を有していてもどちらでもよいが、炭素数が多すぎると、側鎖の分子間相互作用が働くため粘度が増加する傾向がある。

上記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシル基、アシル基は、Ｎ、Ｓ、およびＯより選択されるヘテロ原子を含んでいてもよく、含有するヘテロ原子の数は特に限定されるものではない。また、共役、または独立した二重結合または三重結合を含んでいてもよく、これらの不飽和結合数も特に限定されるものではない。

このようなアルキル基としては、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、第二級ブチル基、第三級ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等があげられる。また、アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、イソプロペニル基、２−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、２−ペンテニル基、２−ヘキセニル基等があげられる。さらに、アルキニル基としては、例えば、エチニル基、１−プロピニル基、２−プロピニル基等があげられ、アルコキシル基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｔ−ブトキシ基等、アシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ベンゾイル基等、また、アミノ基としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノ基等があげられる。産業上の有用性を考慮すると、酵素による分解を受け易くして生分解性を高めることは有効であり、かかる点からアルコキシル基、アシル基、アミド基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基等があげられる。

上記式（１）で示されるイミダゾリウムカチオンとしては、合成の容易さの点から、１，３−置換イミダゾリウムカチオン、１，２，３−置換イミダゾリウムカチオンが好ましく用いられる。これらの誘導体における置換基は、同一でも異なっていてもよく、多重結合または分岐があってもよい置換基であることが好ましい。

前記置換基としては、上記一般式（１）における置換基と同様であり、かかる中から適宜選択して用いられる。

また、本発明では、上記イミダゾリウムカチオンの他にも、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、第四級ホスホニウムカチオンがあげられ、ピリジニウムカチオンとしては、例えば、Ｎ−メチルピリジニウム、Ｎ−エチルピリジニウム、Ｎ−ブチルピリジニウム、Ｎ−プロピルピリジニウムなどの炭素数１〜１６のアルキル基により置換されたピリジニウムカチオンなどがあげられる。

第四級アンモニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウムなどの炭素数１〜１６のアルキル基により置換されたアンモニウムカチオンなどがあげられる。

第四級ホスホニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラブチルホスホニウムなどの炭素数１〜１６のアルキル基により置換された第四級ホスホニウムカチオンなどがあげられる。

そして、本発明において、イオン液体を構成するアニオン部として、上記有機カチオンと共に用いられるアニオンは、ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンであり、該アニオンを用いることで、非常に低粘度でかつ粘度安定性にも優れたイオン液体が得られるものである。

本発明におけるイオン液体の製造方法としては、特に限定されるものではなく、イオン交換法またはメタセシス反応などの公知の方法を適用することができる。例えば、用いる有機カチオンのハロゲン化塩とビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのアルカリ金属塩とを用いてアニオン交換反応により得ることができる。ハロゲン化塩のハロゲンとしては、塩素または臭素があげられる。アルカリ金属塩のアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウムなどがあげられる。

前記反応で用いる有機カチオンのハロゲン化塩とビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのアルカリ金属塩の配合量としては、特に限定されるものではないが、有機カチオンのハロゲン化塩に対して、ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのアルカリ金属塩が０．５〜２当量であることが好ましく、０．８〜１．２当量であることがより好ましい。ビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンのアルカリ金属塩の配合量が多すぎても、反応収率には影響しないため、経済性が悪くなる傾向があり、少なすぎると未反応の原料が多く残存してしまい、反応収率が低下する傾向がある。

上記有機カチオンおよびビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有する合成潤滑油は、上記イオン液体のほかに、通常用いられる潤滑油基油を含んでいてもよく、また、必要に応じて防錆剤、流動点降下剤などの添加剤を使用することもできる。これらの添加剤の使用量は、本発明の効果を妨げない程度であれば特に限定されるものではないが、イオン液体自身が持つ特性を活かすために、上記イオン液体に対して０．００１〜５０重量％であることが好ましい。

本発明の合成潤滑油の２５℃での粘度は、通常３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下である。かかる粘度が高すぎると、潤滑油自体の粘度に起因するエネルギーロスを生じる傾向がある。また、かかる粘度の下限値としては通常２ｍＰａ・ｓであり、低すぎると低粘度のため飛散しやすくなる傾向がある。

また、本発明の合成潤滑油の動粘度が、４０℃で２〜２０ｍｍ²／ｓｅｃであることが好ましく、さらに好ましくは４〜１０ｍｍ²／ｓｅｃである。また、前記動粘度は、１００℃においては１〜１３ｍｍ²／ｓｅｃであることが好ましく、より好ましくは２〜７ｍｍ²／ｓｅｃである。それぞれの温度において、動粘度が高すぎると、潤滑油自体の粘度に起因するエネルギーロスを生じる傾向があり、低すぎると、低粘度のため飛散しやすくなる傾向がある。

合成潤滑油の粘度指数は、１８０以上であることが好ましく、さらに好ましくは２００以上、特に好ましくは２２０以上である。なお、粘度指数の上限としては通常７００である。ここで、粘度指数とは、温度と粘度の関係を表わす指数であり、粘度指数の計算方法は，日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ２２８３（原油および石油製品の動粘度試験方法ならびに石油製品粘度指数算出方法）に規定されている。

なお、粘度指数が高いほど温度による粘度変化が小さく、潤滑油として優れていることを意味するものである。

潤滑油は用途により絶対粘度の高さが重要な場合や、絶対粘度より金属との接触角などの他の物性が重視される用途も考えられる。その際、必要な物性に応じて有機カチオンをイミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオン、第四級ホスホニウムカチオンから選択し、さらに必要なら置換基を変えて物性を調節する。この場合も上記粘度指数は重要視される物性である。粘度指数が低すぎると、温度による粘度の変化率が高すぎる傾向がある。

本発明の合成潤滑油は、低粘度、高温における優れた粘度特性を示すことに加え、不揮発性、熱安定性等の諸物性も優れているため、自動車、電気製品等の機械装置、動力伝達装置、精密機械のための潤滑油、金属加工油、特殊環境下での潤滑油として幅広く利用可能である。

以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

なお、例中「部」「％」となるのは、断りのない限り重量基準を意味する。

また、粘度については下記方法により求めた。

（粘度の測定条件）
使用機器：ＡＲ−１０００型回転レオメーター（ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製）
測定方法：装置を２５℃に設定し、サンプル０．６ｍｌを試料台上に載せ、コーンを設置し、かかるコーンを一定の力（２０Ｐａ）で回転させた時の粘度値を読みとった。

（４０℃および１００℃における動粘度）
また、４０℃および１００℃における動粘度は、上記機器、測定方法を用いて各温度における粘度値を測定した後、その値から計算することにより求めた。また、これら動粘度の値を用いて、粘度指数を計算により求めた。

実施例１
還流管をつけたフラスコに、１−メチルイミダゾール６．２８ｇ（７６．５ｍｍｏｌ）を入れ、エチルブロミド３３．０ｇ（３０２．９ｍｍｏｌ）とアセトニトリル８．２０ｇを添加して、４０℃、８時間反応させて、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド１３．４ｇ（７０．２ｍｍｏｌ、収率９１．８％）を得た。得られた１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド１１．０ｇ（５７．８ｍｍｏｌ）とビス（フルオロスルホニル）イミドのカリウム塩１３．３ｇ（６０．６ｍｍｏｌ）を２０ｇの水中で４０℃、５時間撹拌した。反応終了後、塩化メチレンを８０ｍｌ加えて充分撹拌し、塩化メチレン層を分液した。塩化メチレン層をさらに水４０ｍｌで５回水洗後、塩化メチレン層を減圧濃縮し、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド１５．９ｇ（５４．４ｍｍｏｌ、収率９４．２％）を得た。

得られた１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)について各種物性を測定した結果を表１に示す。

比較例１
実施例１と同様の方法で得られた１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロミド１１．０ｇ（６０．６ｍｍｏｌ）とビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドアニオンのカリウム塩２０．３ｇ（６３．７ｍｍｏｌ）を２０ｇの水−塩化メチレン中で４０℃、４時間反応させた後、水層を分液漏斗により分液除去後有機層を水洗し、減圧濃縮することにより、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド２２．５ｇ（５７．６ｍｍｏｌ、収率９５.０％）を得た。

得られた１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドに関して、実施例１と同様にして物性の測定を行った。その結果を表１に示す。

比較例２（ポリα−オレフィン）
ポリα−オレフィン（シンフルード８０１（シェブロンフィリップス（株）製））を用いて、実施例１と同様にして物性の測定を行った。その結果を表１に示す。

比較例３（ジエステル）
ジエステル（ジオクチル・アジペート：ＰｌａｓｔｈａｌｌＤＯＡ（ＴｈｅＣ．Ｐ．Ｈａｌｌ製））を用いて、実施例１と同様にして物性の測定を行った。その結果を表１に示す。

比較例４（ポリオールエステル）
ポリオールエステル（ポリオールエステル（３価）：カオールーブ１９０（花王（株）製））を用いて、実施例１と同様にして物性の測定を行った。その結果を表１に示す。

比較例５（流動体パラフィン）
流動体パラフィン（コスモニュートラル１５０：（コスモ石油ルブリカンツ（株）製））を用いて、実施例１と同様にして物性の測定を行った。その結果を表１に示す。

表１の結果から分かるように、本発明の特定の有機カチオンとビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有してなる合成潤滑油は、粘度の低いことで知られるビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体やその他の従来の基油の場合に比べて、低い粘度と高い粘度指数を示すものであり、合成潤滑油としての特性に非常に優れることがわかる。

また、生分解性を高めるための置換基を導入することでカチオンを易分解性とすれば、残るアニオンは無機化合物となるため、アニオンの生分解性を考慮する必要が無く、環境面においても適したものとなる。

本発明の合成潤滑油は、不揮発性であるうえに、低粘度でかつ高温での粘度特性に優れ、熱安定性にも優れることより、広い温度範囲で安定した潤滑性能を有することとなり、自動車、船舶、電気製品等の機械装置、動力伝達装置、精密機械のための潤滑油、金属加工油、特殊環境下での潤滑油として有用である。

Claims

イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、第四級アンモニウムカチオンおよび第四級ホスホニウムカチオンからなる群より選択される有機カチオンならびにビス（フルオロスルホニル）イミドアニオンからなるイオン液体を含有することを特徴とする合成潤滑油。
有機カチオンがイミダゾリウムカチオンであることを特徴とする請求項１記載の合成潤滑油。
イミダゾリウムカチオンが、１位および３位の置換基は、同一でも異なっていてもよい１，３−置換イミダゾリウムカチオンまたは１位、２位、３位の置換基は、同一でも異なっていてもよい１，２，３−置換イミダゾリウムカチオンであることを特徴とする請求項２記載の合成潤滑油。