JP2007501895A - 石油用乳化剤としての石油スルホン酸ナトリウム混合物 - Google Patents
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Abstract
Description
〔発明の背景〕
〔1.発明の分野〕
本発明は、高分子量の天然石油スルホン酸ナトリウムの代替品として使用することのできる乳化剤組成物に関する。
石油スルホン酸ナトリウムは、切削油、作動液、金属加工潤滑剤等として用いられる乳化可能な潤滑組成物を配合するときの主要乳化剤として広く用いられている。
石油スルホン酸塩は、ホワイト油と一緒に、ラフィネートを発煙硫酸で処理することにより、伝統的に商業的に製造されている。石油スルホン酸塩は、金属加工用途において、北米市場では年間4000万ポンドに至るまで、世界的規模ではその2倍が使用されている。
上記プロセスによるホワイト油の製造は益々非経済的になってきており、結果として、ホワイト油精製の副産物、スルホン酸塩の生産量は、大幅に減少している。このことによって、石油スルホン酸ナトリウムの著しい品不足が放置されてきた。
米国特許第3,959,399号明細書には、アルケン反応物を用いてモノアルキルナフタレンを生成する、ナフタレンのアルキル化において、メタンスルホン酸と活性P2O5を含有する酸とから成り、約2:1〜1:2の比(最適比は約1:1)で利用される混合プロトン酸触媒を使用することによって、ポリアルキルナフタレン(とりわけ、ジアルキルナフタレン)を抑制することが開示されている。該反応は、該混合触媒に関して好ましくは無水条件で行われ、生成物は、石油化学における解乳化剤(emulsion breakers)としての有用性だけでなく、他の界面活性剤としての有用性をも示すと言う。
(式中、R’は、C6〜C20のアルキル基を表わし;Mは、水素、金属、アンモニウム又はアミンイオンを表わす)のアルキルキシレンスルホン酸塩化合物を含有する組成物が開示されている。これらの組成物は、界面活性剤として、特に、油を回収する技術に有用であると言われている。
公開された欧州特許出願第0121964A1号明細書には、アルキルアリールスルホン酸塩の濃縮組成物が開示されており、中和剤を少なくとも10%w/w含有する水溶液を、少なくとも1種のC2〜9飽和アルコールと混合し、結果として得られる混合物を使用してC8〜18アルキルアリール(キシレン又はトルエン)スルホン酸を中和するプロセスであって、相対量は、結果として得られる中和された混合物が、アルキルアリールスルホン酸塩の100重量部当り少なくとも1種のアルコールを5〜40重量部含有するようなものであるプロセスが提供される。得られた流動可能液体の濃縮組成物は、取り扱いが容易な物質であり、向上した油回収プロセスという用途がある。
前述の開示内容は、言及することによって、その全てがそのまま本明細書に組み込まれる。
次の記述に関し、便宜上、幾つかの表示(designation)を用いる。ここに、それらを記載する:
スルホン酸塩に関するエマルション試験方法 − 脱イオン水中に10%若しくは20%のエマルションか又は90/10のホワイト油/スルホン酸塩の混合物を用いる。
1.試験を行ったエマルションは、95/5の脱イオン水/可溶性油ベースの混合物であって、その可溶性油ベースが80/20のホワイト油/スルホン酸塩の混合物を含有するものであった。
2.前記試験は、10mm×35mmのプラスチック製ペトリ皿に入れた鉄チップ2.0gを用いて行った。
3.前記エマルションは、鉄チップ上に注ぎ、該チップを完全に浸漬して、前記ペトリ皿を満たした(5〜10ml)。
4.前記エマルションは、20分間、前記ペトリ皿の中に放置し、次いで、穏かに振盪することによって徐々に排水し、前記鉄チップから過剰液体を除去した。
5.前記鉄チップは次いで、前記ペトリ皿に入れて蓋を取り外して一晩中(16〜24時間)放置し、次いで、合格(腐食なし)又は不合格(腐食あり)として評価した。まれに、ほんの僅かのチップが腐食した。その場合、それらチップの数を数えて、10個未満の腐食チップが存在した場合、限界的(marginal;かろうじての)合格(腐食なし)と記録した。
合成直鎖A − 合成直鎖のモノアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩及びジアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩(当量430)[パイロットケミカル(Pilot Chemical)からのアリストネート(Aristonate)L];
合成直鎖B − 合成直鎖のモノアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩及びジアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩(当量460)[パイロットケミカルからのアリストネートM];
合成直鎖C − 合成直鎖のモノアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩及びジアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩(当量520)[パイロットケミカルからのアリストネートH];
合成直鎖D − 合成直鎖のベンゼンスルホン酸ナトリウム塩[クラリアント(Clariant)からのフォングラポル(Fongrapol)PSSR];
合成直鎖E − 合成直鎖のベンゼンスルホン酸ナトリウム塩[ナビーン・アディティブ社(Naveen Additives Ltd.)からのマナス(Manas)S−301];
合成直鎖F − 合成直鎖のベンゼンスルホン酸ナトリウム塩[キメス(Kimes)からのサンスル(Sansul)455];
合成枝分かれB − 合成ドデシルo−キシレンスルホン酸ナトリウム塩(当量390)[インフィネウムからのシナクト476];
天然A − 天然石油スルホン酸ナトリウム(当量580〜600)[ペンレコ(Penreco)からのペトロスル(Petrosul)HX−60];
天然B − 天然石油スルホン酸ナトリウム(当量540〜560)[クロンプトン(Crompton)からのペトロナート(Petronate)HH];
天然C − 天然石油スルホン酸ナトリウム(当量520〜560)[クロンプトンからのペトロナートHMW];
天然E − 天然石油スルホン酸ナトリウム(当量415〜445)[クロンプトンからのペトロナートL];
天然F − 典型的にはエクソン・アメリカ・コア(Exxon America Core)600から製造される600SUS石油がスルホン化された生成物(当量約550〜580);
天然G − 天然スルホン酸ナトリウム[日本、マツムラ・オイル・リサーチ社(Matsumura Oil Research Co.)からのスルフォル(Sulfol)430];
天然H − 天然スルホン酸ナトリウム[日本、マツムラ・オイル・リサーチ社からのスルフォル465];
天然I − 天然スルホン酸ナトリウム[チューハイ・ダチェング・ケミカル社(Zhuhai DaCheng Chemical Co.)からのもの];
天然J − 天然スルホン酸ナトリウム[チューハイ・ダチェング・ケミカル社からのもの];
600SUS石油[典型的には、エクソン・アメリカズ・コア600から製造されたもの]54.0〜58.0%;
直鎖(約C12〜C14)ジアルキルベンゼン[ビスタ・ケミカル(Vista Chemical)からのV9050]24.0〜28.0%;
直鎖(約C20〜C24)モノアルキルベンゼン[パイロット・ケミカルからのアリストール(Aristol)AW]16.0〜19.0%
の混合物が共スルホン化された生成物;
合成/天然混合物B − 次の諸供給原料:
600SUS石油[典型的には、エクソン・アメリカズ・コア600から製造されたもの]54.0〜58.0%;
直鎖(約C12〜C14)ジアルキルベンゼン[SASOLケミカル(Chemical)からのV9050]42.0〜46.0%
の混合物が共スルホン化された生成物。
金属加工用途における石油スルホン酸塩の如何なる代替品(以下「石油スルホン酸塩代替品」又は「PSR」という)のための性能調和(performance match)も典型的には、少なくとも3種の成分:油溶性乳化剤、水溶性乳化剤及び溶媒、を含有する基礎配合物から創り出される。溶媒は通常、パラフィン油であり、これは、石油スルホン酸塩代替品に流動性を与えるために用いられる。石油スルホン酸塩代替品の最終配合物は、他の諸成分を含有することがあり、それぞれ、第2の機能(例えば、カップリング、消泡、固形分ブースティング(solid boosting)、等)を満たすために用いられる。
A)ジアルキルベンゼン[メリーランド州、SASOLバルティモア(Baltimore)からのV9050]44%と600SUS油[エクソン・モービル・アメリカズ・コア(Exxon Mobil Americas Core)600]56%との混合物であって、共スルホン化されて、約527の当量を有する62%活性スルホン酸ナトリウムになっている混合物(合成/天然混合物B)約10〜20重量%と、それに相当するものとして、
B)合成枝分かれA約80〜90重量%と
の混合物である。
A)ジアルキルベンゼン[メリーランド州、SASOLバルティモアからのV9050]44%と600SUS油[エクソン・モービル・アメリカズ・コア600]56%との混合物であって、共スルホン化されて、約527の当量を有する62%活性スルホン酸ナトリウムになっている混合物(合成/天然混合物B)約30重量%と、
B)合成枝分かれB約70重量%と
の混合物である。
A)次の諸供給原料:
i) 石油、
ii) 直鎖モノアルキルベンゼン、
iii) 直鎖ジアルキルベンゼン、
iv) 枝分かれ鎖モノアルキルベンゼン、及び
v) 枝分かれ鎖ジアルキルベンゼン、
の少なくとも1種がスルホン化された少なくとも1種の生成物と、
B)少なくとも1種の直鎖又は枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩(好ましくは、モノアルキルベンゼン及びアルキルo−キシレンから成る群から選ばれている構成要素)と、
を含有する、乳化剤組成物を対象とする。
A) i) 次の諸供給原料:
a)石油、
b)直鎖モノアルキルベンゼン、
c)直鎖ジアルキルベンゼン、
d)枝分かれ鎖モノアルキルベンゼン、及び
e)枝分かれ鎖ジアルキルベンゼン、
の少なくとも1種がスルホン化された少なくとも1種の生成物;並びに
ii) 少なくとも1種の直鎖又は枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩;
を含有する組成物と、
B)全油ベース組成物の約50重量%〜約95重量%の量の、パラフィン系石油、ナフテン系石油、精製されたパラフィン系石油及び精製されたナフテン系石油から成る群から選ばれている少なくとも1種の油と、
を含有する、潤滑液又は切削液組成物を対象とする。
1.代替品は、透明液体であって、沈降性物質又は沈降物を含有しないものでなければならない。
2.代替品は、最終使用者(end-users)の用途における石油スルホン酸塩の性能と同一の性能を提供しなければならない。
3.代替品は、最終使用者の配合物の改変も調節も必要とすることなく、スルホン酸塩と取り替えることができるのが望ましい。
4.代替品の活性(activity)は、好ましくは59〜62%の範囲であるのが望ましい。
5.代替品は、十分な腐食防止を提供しなければならない。
スルホン化することのできる天然石油生成物の好ましい例は、名称「EXXON3278」でエクソン社(Exxon Corporation)から市販されており、これは、パラフィンと、スルホン化することのできるアルキルアレーンとの混合物であると思われる。スルホン化されたEXXON3278を調製するための1つの方法は次の通りである。
それら石油スルホン酸塩は、有機物又は無機物である場合がある。好ましい無機塩は、ナトリウム塩である。しかし、アンモニウム塩、又は他の金属(とりわけ、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属)の塩を使用することもできる。使用することのできる無機化合物には、バリウム、カルシウム、リチウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、ストロンチウム、ラジウム、ラジウム、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、等を含有する無機化合物が包含されるが、これらに限定されない。しかし、ナトリウムは、本発明で使用するための好ましい金属である。
それら天然石油スルホン酸塩は、本発明の組成物の中で、全乳化剤組成物の約10重量%〜約70重量%、好ましくは約20重量%〜約60重量%、更に好ましくは全組成物の約30重量%〜約50重量%の量で有効に使用される。
本発明の天然石油スルホン酸塩と組み合せて使用される非常に活性なスルホン酸塩は、油の相溶性(compatibility)と、結果として得られる乳化剤混合物の乳化性能とのバランスを取るように慎重に選定される。
1.合成枝分かれAと合成/天然混合物A製造からの供給原料との50/50混合物、
2.合成/天然混合物Bと合成枝分かれAとの混合物(10〜20/90〜80)、又は合成/天然混合物Bと合成枝分かれBとの混合物(30/70)、
の天然スルホン酸塩と合成スルホン酸塩との混合物が包含される。
その枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩は、全組成物の約5重量%〜約40重量%、好ましくは約10重量%〜約30重量%、更に好ましくは約10重量%〜約20重量%、最も好ましくは約11重量%〜約14重量%(95%活性)の量で適切に使用される。特定の枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩は、クロンプトン社によって供給されている枝分かれドデシルベンゼンスルホン酸である、WITCO(登録商標)1298Hである。該アルキルアリールスルホン酸の枝分かれアルキル基は、C8〜C30アルキル、好ましくはC8〜C24、更に好ましくはC10〜C24アルキルである場合がある。
それら直鎖アルキルアリールスルホン酸塩は、好ましくは、全活性スルホン酸塩の約5重量%〜約50重量%、更に好ましくは約10重量%〜約50重量%、最も好ましくは約20重量%〜約30重量%の量で使用される。
これら直鎖アルキルアリールスルホン酸塩は、小さい当量の重量成分の属性(attributes)に寄与し、同時に、油中での完全な溶解性を維持する。これらの物質はTSCAインベントリーとDSLインベントリーの両方で使用が登録されているので、該物質は好ましい。
アルキル化は、当業者に知られている如何なる方法を用いても実施することができ、ルイス酸触媒の存在下、ハロゲン化アルキル、アルカノール又はアルケン反応物を用いるフリーデルクラフツ反応を包含する。触媒には、フッ化水素及び活性粘土が包含されることがある。
これらの一般的当量の範囲は、合成石油スルホン酸塩と天然石油スルホン酸塩との両方に当てはまり、金属加工用途の範囲として効を奏している。
これらスルホン酸塩は、全流体濃縮物の約20重量%以下から、好ましくは全組成物の約5重量%〜約15重量%から有用である。有用なスルホン酸塩の特定の例は、ペトロナート(Petronate)HL、62%活性石油スルホン酸ナトリウムである。
本発明の諸成分は、石油又は精製石油に完全に溶解できる乳化剤組成物が生成されるように選定する。パラフィン系石油を用いるのが好ましい。例えば、ネチカット州グリニッチ、クロンプトン社から入手可能なCarnation(登録商標)ホワイトミネラルオイル(White mineral oil)のようなホワイトミネラルオイルを選定することができる。
場合によっては、候補のPSR(石油スルホン酸塩代替品)、とりわけ合成物質は、70/30の比で天然Dを乳化しなかった。従って、それらのエマルション性能及び腐食性能を評価するための好ましい方法は、90/10の比で実験を行うことであった。
多くの外部及び内部の供給源からの合成と天然の両方である多くのPSRを評価した。評価の結果は、表1に示され、次のようにまとめることができる。
1.(28と62の両方の活性の)天然Fと、(天然D中の)70/30の合成/天然混合物Aとの両方の試料のエマルション性能は、陰性であった。合成枝分かれBを添加しても、天然D中のエマルションは改善されなかった。90/10の比で、該エマルションは(合成枝分かれBを添加することなく)並となったが、腐食は不合格(failure)となった。
2.合成直鎖D、合成直鎖C、合成直鎖F、合成直鎖Eのスルホン酸塩は全て、腐食試験が不可であった。
3.最善の結果は、合成/天然混合物Aと合成枝分かれAとの50/50混合物であった。これは、天然Dとの70/30で並の(fair)エマルションを有し、且つ、腐食試験に合格した。これの性能は、HMW−PS(現在市販されている大きい当量の石油スルホン酸ナトリウム)の性能に類似した。
4.合成/天然混合物Aの試料は、合成枝分かれBと80/20で混合した。これは、天然D中で70/30で混合し、貧(poor)エマルションを有し、腐食試験にかろうじて合格した。
天然F28%と合成/天然混合物Bと混合物、及び天然F62%と合成/天然混合物Bと混合物を作成して、PSRs(石油スルホン酸塩代替品)としてのそれらの可能性(viability)を決定した。表2で分かるように、天然Dとの70/30組成での生成物の混合物は、全ての試料について陰性のエマルションを生成した。これら試料のエマルションの区切り点(break point)を決定する試みを行い、天然Dとの90/10組成で全ての生成物は、並の(fair)エマルションを生成するが、合格腐食性能を有さないことが分かった。実際、この比では、天然Cと区別されない。天然Fの試料は、合成/天然混合物Bと何ら変わりはなかったが、28%活性スルホン酸塩含有量は、最終使用者(end-users)がいっそう希薄な生成物を使用することを必要とするであろう。そのことは、合成/天然混合物Bと同程度に魅力的ではないように思えた。合成/天然混合物Bは、希釈しないで使用することができるようである。
合成枝分かれA(当量520)は、エマルション試験だけは合格したが、腐食試験は合格しなかった。対照的に、合成/天然混合物Bと組合せた合成枝分かれAは、エマルション評価を陰性(negative)から並(fair)に変化させ、また、腐食性能を合格させた。
合成/天然混合物Bの試料を調製し、合成枝分かれA及び合成枝分かれBと混合した。表3において、合成/天然混合物B/合成枝分かれB/合成枝分かれA(40/24/36)の混合物は、腐食試験を合格させ且つ貧(poor)エマルションとなり、最善の結果をもたらすことが分かる。この混合物のエマルション性能は、天然D/合成/天然混合物B/合成枝分かれA(70/15/15)の混合物よりもいっそう貧であり、それによって、合成石油スルホン酸塩を含有する合成/天然混合物Bの実用的配合物が存在することが実証される。
合成/天然混合物Bと合成枝分かれAとの組合せ(50/50)は、腐食性能及びエマルション性能がHMW−PS(現在市販されている大きい当量の石油スルホン酸ナトリウム)に最も類似したが、他の合成スルホン酸塩と合成枝分かれAとの組合せについても研究を行い、それらの性能を決定した。表4で分かるように、他の合成及び天然の高分子量スルホン酸塩は、並のエマルションと腐食性能合格との両方を有している訳ではない。実際、諸直鎖合成(合成直鎖F、合成直鎖C、合成直鎖D)は全て、腐食試験が不合格であった。対照的に、天然スルホン酸塩天然Aは、腐食試験に合格しているが、合成/天然混合物Bよりもいっそう貧のエマルションを有している。
試料 型 エマルション試験 腐食試験
天然C 天然 良好 合格
合成直鎖F/合成枝分かれB 合成/合成 貧 不合格
合成直鎖C/合成枝分かれB 合成/合成 並 不合格
合成直鎖D/合成枝分かれB 合成/合成 貧 不合格
天然A/合成枝分かれB 天然/合成 貧 合格
合成/天然混合物B/合成枝分かれB 天然/合成 並 合格
スルホン酸塩の諸試料は、スルホン酸塩6重量%でホワイト鉱油(Carnation)に溶解させた。Carnationホワイト鉱油の特性は次の通りである:
特性 典型的な値 方法
25℃/25℃での比重 0.829/
0.845 ASTM D4052
40℃での動粘度、cSt 10.8/
13.6 ASTM D445
色、セイボルト +30最小値 ASTM D156
流動点、℃ −7 ASTM D97
表5は、合成枝分かれA及び合成枝分かれBを含有する合成/天然混合物Bの幾つかの試料の試験結果を示す。合成/天然混合物Bは、合成枝分かれAの中に10〜20%で配合することができる。過剰の合成/天然混合物Bはエマルション性能に大きな不出来を生じさせるので、注意を払う必要がある。合成/天然混合物Bは、合成枝分かれBにおいて、より大きなレベル、約30%で用いることができる。
1.合成/天然混合物Bは、合成枝分かれA又は合成枝分かれBを用いて配合することができ、エマルション性能は、天然E及び天然Dに匹敵するようになることがある。
2.試験を行った他の小さい当量及び中程度の当量のスルホン酸塩は、限界的(marginal;最低限界に近い)エマルションを与える合成直鎖Aを除き、合成/天然混合物Bのエマルション性能を改善しなかった。
本発明の基調を成す原理から逸脱することなく行うことのできる多くの置き換え及び部分的変更を考慮すれば、本発明に与えられる保護の範囲を理解するためには、特許請求の範囲を参照すべきである。
Claims (17)
- 油と混合して潤滑剤を製造するのに適した乳化剤組成物であって、
A)次の諸供給原料:
i) 石油、
ii) 直鎖モノアルキルベンゼン、
iii) 直鎖ジアルキルベンゼン、
iv) 枝分かれ鎖モノアルキルベンゼン、及び
v) 枝分かれ鎖ジアルキルベンゼン、
の少なくとも1種がスルホン化された少なくとも1種の生成物と、
B)少なくとも1種の直鎖又は枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩と、
を含有する、乳化剤組成物。 - 前記アルキルアリールスルホン酸塩は、モノアルキルベンゼンスルホン酸塩及びアルキルo−キシレンスルホン酸塩から成る群から選ばれている、請求項1に記載の組成物。
- Aは、石油、直鎖モノアルキルベンゼン及び直鎖ジアルキルベンゼンがスルホン化された生成物である、請求項1に記載の組成物。
- Aは、石油及び直鎖ジアルキルベンゼンがスルホン化された生成物である、請求項1に記載の組成物。
- Bは、合成枝分かれ鎖モノアルキルベンゼンスルホン酸塩である、請求項3に記載の組成物。
- Bは、合成ドデシルo−キシレンスルホン酸塩である、請求項3に記載の組成物。
- Bは、合成枝分かれ鎖モノアルキルベンゼンスルホン酸塩である、請求項4に記載の組成物。
- Bは、合成ドデシルo−キシレンスルホン酸塩である、請求項4に記載の組成物。
- 潤滑液又は切削液組成物において、
A) i) 次の諸供給原料:
a)石油、
b)直鎖モノアルキルベンゼン、
c)直鎖ジアルキルベンゼン、
d)枝分かれ鎖モノアルキルベンゼン、及び
e)枝分かれ鎖ジアルキルベンゼン、
の少なくとも1種がスルホン化された少なくとも1種の生成物;並びに
ii) 少なくとも1種の直鎖又は枝分かれ鎖アルキルアリールスルホン酸塩;
を含有する組成物と、
B)全油ベース組成物の約50重量%〜約95重量%の量の、パラフィン系石油、ナフテン系石油、精製されたパラフィン系石油及び精製されたナフテン系石油から成る群から選ばれている少なくとも1種の油と、
を含有する、潤滑液又は切削液組成物。 - 前記アルキルアリールスルホン酸塩は、モノアルキルベンゼンスルホン酸塩及びアルキルo−キシレンスルホン酸塩から成る群から選ばれている、請求項9に記載の組成物。
- iは、石油、直鎖モノアルキルベンゼン及び直鎖ジアルキルベンゼンがスルホン化された生成物である、請求項9に記載の組成物。
- iは、石油及び直鎖ジアルキルベンゼンがスルホン化された生成物である、請求項9に記載の組成物。
- iiは、合成枝分かれ鎖モノアルキルベンゼンスルホン酸塩である、請求項11に記載の組成物。
- iiは、合成ドデシルo−キシレンスルホン酸塩である、請求項11に記載の組成物。
- iiは、合成枝分かれ鎖モノアルキルベンゼンスルホン酸塩である、請求項12に記載の組成物。
- iiは、合成ドデシルo−キシレンスルホン酸塩である、請求項12に記載の組成物。
- 水性媒体に分散している請求項1に記載の組成物。
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