JP2008540728A - 改良された貯蔵安定性を有する潤滑組成物 - Google Patents

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Abstract

優れた貯蔵安定性及び耐荷重(load−carrying)効果を有する潤滑油組成物が開示される。本組成物は4成分、即ち(1)アルカリ金属ほう酸塩;(2)油溶性硫黄化合物;(3)亜リン酸水素トリアルキル;及び(4)モノチオリン酸エステルを本質的に含有しない、50%より多くが中和された酸性リン酸エステルの混合物、を含む。

Description

本発明は、極圧潤滑油、特にアルカリ金属ほう酸塩含有潤滑剤に関する。
アルカリ金属ほう酸塩は、極圧剤としてそれらの有用性の故に、潤滑剤工業において周知である。例えば、米国特許第3,313,727号、同第3,565,802号、同第3,819,521号、同第3,846,313号、同第3,853,772号、同第3,907,691号、同第3,912,639号、同第3,912,643号、同第3,912,644号、同第3,997,454号及び同第4,089,790号を参照。
米国特許第4,459,215号は、アルカリ金属ほう酸塩、硫黄含有化合物及びジルコニウム塩を含有する潤滑組成物を開示している。
米国特許第4,575,431号は、リン酸エステルの混合物を含有していて、前記リン酸エステルがモノチオリン酸エステル類を本質的に含有しない潤滑油を開示している。
米国特許第4,089,790号は(1)水和ほう酸カリウム;(2)(a)ジヒドロカルビルジチオリン酸亜鉛、(b)ジヒドロカルビルジチオリン酸の、C〜C20エステル、C〜C20アミド又はC〜C20アミン塩、(c)アルキルアリールスルホン酸亜鉛、及び(d)それらの混合物、から選ばれた摩耗防止剤;及び(3)油溶性酸化防止剤有機硫黄化合物;を含有する相乗作用的潤滑剤混合物を特許請求している。
米国特許第4,171,268号は、カルボン酸のジルコニウム塩及び油溶性硫黄含有極圧剤を含有する潤滑剤組成物を特許請求している。
米国特許第4,563,302号及び同第4,204,969号は、潤滑油において有用である硫化されたオレフィン類を開示している。
Salentineへの米国特許第4,717,490号は、アルカリ金属ほう酸塩、硫黄化合物、亜リン酸エステル、及び中和された酸性リン酸エステル>50%、の組み合わせである潤滑組成物を開示している。しかしながらこの組成物は、アルカリ金属ほう酸塩の固体分散液を使用しない他の市販の潤滑剤に比較して短くなった貯蔵寿命の問題を受ける。特にこの組成物は、時間経過にわたって添加剤“脱落(ドロップアウト)”を示すだろう。その問題は貯蔵温度が高くなるにつれていっそう厳しくなる。産業界におけるその標準の救済策は貯蔵寿命を改良するために、組成物にいっそう多くの分散剤又は洗浄剤添加剤を加えることである。しかしながら、これらの添加剤は歯車潤滑剤の他の性能性質にマイナスに影響する可能性がある。それ故、本発明の目的は、優れた耐荷重性質(load−carrying properties)及び改良された貯蔵安定性を有するアルカリ金属ほう酸塩含有潤滑剤を提供することである。
何ら特定の理論により束縛されることなしに、添加剤脱落(ドロップアウト)の主要な原因が、前記Salentineの特許においての組み合わせ物の必須成分として開示されている亜リン酸水素ジアルキルの使用であることを本発明者、等は見い出した。この物質は酸性であって且つ不安定であり、そしてそれはほう酸塩粒子と、あるいはほう酸塩粒子を安定化するために使用される塩基性分散剤及び/又は洗浄剤添加剤と、のいずれかと反応して沈殿を生成し、これが潤滑剤容器又はパッケージの底に沈降すると思われる。酸性度は、リンに直接結合している水素か、あるいはヘテロ原子に結合している水素であってこのヘテロ原子がまた次にリンに結合している水素から由来する。
本発明は、前記Salentineの特許の亜リン酸水素ジアルキルを、亜リン酸トリアルキルに置き換えることを包含する。亜リン酸トリアルキルは、それほど反応性ではなく、そして得られた組成物の貯蔵安定性を予期しないほどに且つ劇的に改良する。
前記Salentineの特許は、4成分を組み合わせることから得られる相乗作用的耐荷重(load−carrying)効果が存在していることを特許請求している。この改良された耐荷重効果は、亜リン酸水素ジアルキルが本発明に従って亜リン酸トリアルキルに置き換えられる場合でさえも保持される。
本発明に従う組成物の他の利点は、前記Salentineの特許に開示された組成物に比較して製造することがずっと容易であることである。亜リン酸水素ジアルキルは固体物質であり、そしてプラントでブレンドしている間に取り扱うことが非常に困難である。水に対してのその反応性且つ感受性の故、化学剤の完全な容器を使用しなければならない。他方、亜リン酸トリアルキルは室温で液体であり、したがってブレンドすることが非常に容易である。また、それは水に対してずっと低い反応性を示す。
発明の概要
本発明は、
(a)水和されたアルカリ金属ほう酸塩成分;
(b)油溶性硫黄含有化合物成分;
(c)少なくとも90重量%が式(RO)P(但し、Rは4〜24個の炭素原子のアルキルである)を有する亜リン酸水素トリアルキル成分;及び
(d)50%より大が中和された酸性リン酸エステル成分の混合物であって、このリン酸エステルは、モノチオリン酸エステルを本質的に含有しない前記混合物;
の混合物の小量を中に分散して有する潤滑粘度の油を含む潤滑組成物に関する。
好ましい態様の記載
本発明の潤滑油組成物は、4成分、即ち(1)アルカリ金属ほう酸塩;(2)油溶性硫黄化合物;(3)亜リン酸水素トリアルキル;(4)50%より大が中和された酸性リン酸エステルの混合物であって、前記リン酸エステルはモノチオリン酸エステルが本質的に存在しない、混合物;を含む。
本発明の潤滑油組成物の第1成分は水和された微粒子アルカリ金属ほう酸塩である。水和された微粒子アルカリ金属ほう酸塩は当業界において周知であり、そして市販されている。適当なほう酸塩及び製造の方法を開示している代表的な特許は米国特許第3,313,727号、同第3,819,521号、同第3,853,772号、同第3,907,601号、同第3,997、454号、及び同第4,089,790号(これらの特許の全体の開示を参照することにより本明細書に組み入れる)を包含する。
水和アルカリ金属ほう酸塩は、以下の式により表されることができる:
O.mB.nH
(式中、Mは、11〜19の範囲の原子番号のアルカリ金属、即ちナトリウム及びカリウムであり;mは、2.5〜4.5の数(完全数及び分数の両方)であり;そしてnは、1.0〜4.8の数である)。水和されたほう酸カリウム、特に約2.5〜4.5のホウ素−対−カリウムの比を有する水和された三ほう酸カリウム微粒子が好ましい。水和ほう酸塩粒子は、一般に1ミクロン未満の平均粒子寸法を有する。
油溶性硫黄化合物
本発明の潤滑油組成物の第2の成分は、少なくとも1種の油溶性硫黄含有化合物である。極圧剤として有用であるとしてこれまでに示唆されてきた任意の既知のタイプの有機硫黄化合物を、本発明においての硫黄含有剤として使用することができる。これらは、有機硫化物類及び多硫化物類、硫化された油類及び硫化された脂肪酸のエステル類、及びそれらの混合物を包含する。これらの硫黄化合物は有益である他の基を含有することができ、そしてこれらはハロゲン基を包含する。
EP剤として有用である有機硫化物及び多硫化物の例は、硫化ヘキシル、硫化オクタデシル、二硫化ブチル、二硫化アミル、二硫化ヘキシル、二硫化オクタデシル、硫化ジフェニル、硫化ジベンジル、硫化ジキシリル、二硫化ジフェニル、二硫化ジナフチル、二硫化ジフェノール、二硫化ジベンジル、二硫化ビス(−クロロベンジル)、三硫化ジベンジル、四硫化ジブチル、硫化されたジペンテン及び硫化されたテルペンのような脂肪族及び芳香族の硫化物類及び多硫化物類を包含する。
好ましいクラスの硫黄含有添加剤は、硫黄及び/又は一塩化硫黄を、イソブチレンのようなオレフィン類と反応させることにより作成された添加剤である。米国特許第4,563,302号及び同第4,204,969号(これらの特許の開示を参照することにより本明細書に組み入れる)に開示された硫化されたオレフィン類が特に好ましい。
上記硫化物及び多硫化物のハロゲン化誘導体が有用であり、そして諸例は、硫化ジエチル、二硫化ジエチル、硫化ジオクチル、硫化ジアミル、二硫化ジアミル、硫化ジフェニル及び二硫化ジフェニル、そして硫化ジベンジル及び二硫化ジベンジルの、塩素化及びフッ素化誘導体を包含する。使用することができる硫黄とハロゲンとのEP剤のいっそう包括的なリストは、米国特許第2,208,163号に見い出される。硫化された油類の例は、硫化されたマッコウ鯨油、硫化されたオレイン酸のメチルエステル、及び硫化されたマッコウ鯨油代用品を包含する。硫化された油類の他の例は、硫化されたリノール酸メチル、硫化された動物及び植物油、硫化されたラード油及び硫化された綿実油を包含する。
亜リン酸エステル類
本発明の潤滑油の第3成分は亜リン酸トリアルキルである。本発明において有用な亜リン酸トリアルキルは、(RO)P(但し、Rは約4〜24個の炭素原子、さらに好ましくは約8〜18個の炭素原子、最も好ましくは約10〜14個の炭素原子のヒドロカルビルである)を包含する。そのヒドロカルビルは飽和されていても、又は飽和されていなくともよい。好ましくは、亜リン酸トリアルキルは構造(RO)P(但し、Rは上に定義されたとおりである)の少なくとも90重量%を含有する。代表的な亜リン酸トリアルキルは、亜リン酸トリブチル、亜リン酸トリヘキシル、亜リン酸トリオクチル、亜リン酸トリデシル、亜リン酸トリラウリル及び亜リン酸トリオレイルを包含するが、しかしそれらに限定されない。特に好ましい亜リン酸トリアルキルは、リン及び性能誘導体である、ローディア インコーポレーテッド(Rhodia Incorporated)製の市販のデュラホス TLP(Duraphos TLP)又はドーバー ケミカル コーポレーション(Dover Chemical Corportion)製の市販のドーバーホス 53(Doverphos 53)(TLP)のような亜リン酸トリラウリルである。そのような亜リン酸トリアルキルは、或る場合において5重量%の程度で不純物として亜リン酸ジアルキル類の少量を含有する可能性がある。約10〜20個の炭素原子を有するヒドロカルビル基を含有する亜リン酸エステル類の混合物が好ましい。これらの混合物は通常、動物又は自然植物源から由来する。代表的なヒドロカルビル混合物は、ココヤシ、獣脂、トール油及び大豆として普通に知られている。
中和されたリン酸エステル
本発明の潤滑油の第4成分は中和されたリン酸エステルの混合物である。この混合物は米国特許第4,575,431号(この特許を参照することにより本明細書に組み入れる)に開示されている。この成分はリン酸エステル類の混合物を含んでおり、前記リン酸エステル類はモノチオリン酸エステル類を本質的に含有してなく、そして(a)ジチオリン酸水素ジヒドロカルビル;及び(b)リン酸二水素ヒドロカルビルとリン酸水素ジヒドロカルビルとの硫黄不含有混合物を含んでおり、前記成分はヒドロカルビル基において10〜26個の炭素原子を有するヒドロカルビルアミンによって少なくとも50%中和されている。
本明細書において使用されるものとして“モノチオリン酸エステル類を本質的に含有しない”と言う用語は、潤滑剤又は潤滑剤添加剤が潤滑剤の極圧性質に実質的に有害であるモノチオリン酸エステル類を何も含有しないことを意味する。好ましくは、本発明の潤滑剤又は潤滑剤添加剤は、モオチオリン酸エステルを全く含有しない。
中和されたリン酸エステル類の混合物を作るために用いられるリン酸エステル類の個々の成分の各々は当業界に周知である。
ジチオリン酸エステル
典型的なジチオリン酸エステルは、2個のヒドロカルビル基と1個の水素官能基を含有するものであり、それ故、酸性である。本明細書において有用なヒドロカルビル基は好ましくは3〜8個の炭素原子の脂肪族アルキル基である。
代表的なジチオリン酸ジヒドロカルビルは、ジチオリン酸水素ジ−2−エチル−1−ヘキシル、ジチオリン酸水素ジイソオクチル、ジチオリン酸水素ジプロピル、及びジチオリン酸水素ジ−4−メチル−2−ペンチルである。
好ましいジチオリン酸エステルは、ジチオリン酸水素ジヘキシル、ジチオリン酸水素ジブチル及びジチオリン酸水素ジ−n−ヘキシルである。
硫黄不含有リン酸エステル
典型的な硫黄不含有リン酸エステルは、ヒドロカルビルが1〜10個の炭素原子、好ましくは3〜5個の炭素原子、そして最も好ましくは4個の炭素原子を含有する、リン酸水素ジヒドロカルビル及びリン酸二水素モノヒドロカルビルを包含する。該ヒドロカルビルは脂肪族アルキル基である。
代表的なリン酸エステルは、リン酸二水素メチル、リン酸二水素プロピル、リン酸二水素ブチル、リン酸水素ジブチル、リン酸水素ジペンチル、リン酸二水素ペンチル、リン酸二水素ヘキシル、リン酸二水素デシル、等を包含する。
リン酸水素ジブチルとリン酸二水素ブチルとの混合物が好ましい。
アミンを用いてのリン酸エステルの中和
酸性リン酸エステル類の混合物は、アルキルアミン類との反応により部分的にか、又は完全に中和される。得られた組成物は、硫黄不含有リン酸モノ及びジヒドロカルビルの、アルキルアンモニウム塩類、混合された酸−アルキルアンモニウム塩類、酸類、及びジチオリン酸ジヒドロカルビルのアルキルアンモニウム塩類及びジチオリン酸ジヒドロカルビルの遊離酸類の、複合混合物である。中和は、少なくとも50%、好ましくは少なくとも80%完全であるべきである。最良の結果のために、中和は85%〜95%の範囲にあるべきであり、ここで100%中和とは、各々の酸水素原子との1つのアルキルアミンの反応を称する。
アミンアルキル基は、長さにおいて10〜30個の炭素原子、好ましくは12〜18個の炭素原子である。典型的なアミン類はペンタデシルアミン、オクタデシルアミン、セチルアミン、等である。オレイルアミンが最も好ましい。ジチオリン酸エステルの、硫黄不含有リン酸エステルに対するモル比は、70:30〜30:70の範囲、好ましくは55:45〜45:55の範囲にあるべきであり、最も好ましいのは1:1である。置換されたリン酸二水素エステルの、二置換されたリン酸水素エステルに対するモル比は、30:70〜55:45、好ましくは35:65〜50:50の範囲にあるべきであり、最も好ましくは45:55にある。
潤滑油及び添加剤の濃縮物
ほう酸塩類、硫黄化合物類、亜リン酸エステル類及びリン酸エステル類が加えられる潤滑油は、任意の炭化水素をベースとする潤滑油又は合成基油原料であることができる。炭化水素潤滑油は合成又は天然源から由来することができ、そしてパラフィン系、ナフテン系又はアスファルト系ベース、又はそれらの混合物であることができる。潤滑油は、100重量%にするために潤滑剤組成物及び濃縮物において用いられる。
アルカリ金属ほう酸塩は、一般に潤滑剤組成物の0.1〜20.0重量%、好ましくは0.5〜15.0重量%、さらに好ましくは2.0〜9.0重量%を占めるだろう。油溶性硫黄化合物は、潤滑剤組成物の0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜4.0重量%、さらに好ましくは1.0〜3.0重量%を占めるだろう。亜リン酸エステルは、潤滑剤組成物の0.01〜10.0重量%、好ましくは0.05〜5.0重量%、さらに好ましくは0.10〜1.0重量%を占めるだろう。リン酸エステルは、潤滑剤組成物の0.03〜3.0重量%、好ましくは0.07〜1.5重量%、さらに好ましくは0.15〜0.9重量%を占めるだろう。
上に記載された潤滑組成物は、潤滑基油に濃縮物を添加することにより調製されることができる。一般に潤滑剤は1.0〜10.0重量%の濃縮物、好ましくは5.0〜8.0重量%の濃縮物を含有するだろう。
他の添加剤
本発明の潤滑油中に種々の他の添加剤が存在することができる。これらの添加剤は、酸化防止剤、粘度指数向上剤、分散剤、錆止め、発泡防止剤、腐食防止剤、他の摩耗防止剤、抗乳化剤、フリクションブモディファイヤー、流動点降下剤、及び種々の他の周知の添加剤を包含する。好ましい分散剤は周知のスクシンイミド、及びエトキシル化アルキルフェノール類及びアルコール類を包含する。特に好ましい追加の添加剤は油溶性スクシンイミド類、及び油溶性アルカリ又はアルカリ土類金属のスルホン酸塩類である。
以下の例は、本発明の例示であるが、しかし特許請求の範囲に含まれるものを超えて、如何なるやり方であっても本発明を限定することは意図されない。
例1及び例2
表1は、極圧潤滑油の製造において用いられるべき添加剤混合物を調製するための2つの異なる方法を示す。例1は、米国特許第4,717,490号の教示に従って調製された添加剤パッケージである。例2は、本発明の教示に従って調製された添加剤パッケージである。前記2つの製剤の間での唯一の相違は、例1が亜リン酸水素ジアルキルを使用し、それに対して例2が亜リン酸トリアルキル、特定的には亜リン酸トリラウリルを使用することである。各々の例において亜リン酸エステル類の配合重量パーセントは、最終潤滑油ブレンドに、リンの等し寄与を与えるように調節された。
表1は、添加剤パッケージについての貯蔵安定性試験の結果をまた表示する。貯蔵安定性試験は、4オンス透明ガラスビン中に添加剤サンプルを入れ、次ぎに(20℃でのデータのために)実験室の棚上に、あるいは(66℃でのデータのために)実験室のオーブン中に、ビンを動かさない状態のままにさせることにより行われる。定期的に明るい光を用いてその視覚的外観についてサンプルを点検する。サンプルにおいての綿毛状塊又は濁りの量、及びビンの底での沈降の量を書き記した。貯蔵安定性は、サンプルビンの底に沈降が認められないならば優れているとみなされる。この発明の驚くべき発見は、例2が例1よりもずっと良好な貯蔵安定性を有することである。例2ついての“>19週”の表示は、貯蔵試験が19週の終わりに終わらせたことを意味する。したがって室温貯蔵で、例2は1週間直後に多量の沈降物を形成した例1よりもはるかに優れている。例2についての優れた貯蔵結果はまた、66℃での促進貯蔵条件にまで至っている。
Figure 2008540728
例3〜例6
表2は例1又は例2のいずれかの添加剤を使用する極圧潤滑油の配合を示す。例3及び例4は、100℃で同じ粘度を有する潤滑油であり、そしてそれらは同じ極圧性質及び貯蔵安定性を示すことが予期されるだろう。しかしながら表2におけるデータは亜リン酸トリラウリルを含有する添加剤を用いて調製された例4の油についての貯蔵安定性において予期しない非常に大きな改良を示す。ASTM法D2783により測定されたとき、例3の油と例4の油との間で、極圧性能において差はない。
表2は例5及び例6をまた示し、例3及び例4についてよりもずっと高い粘度水準にあるけれども、例5及び例6は100℃で同じ粘度を有する油である。例5及び例6の油は、85W−140のSAE粘度等級より僅かに低くブレンドされ、そして例3及び例4の油は、80W−90のSAE粘度等級よりも僅かに低くブレンドされる。また、亜リン酸トリアルキルを用いて作成された例(例6)は、亜リン酸ジアルキルを用いて作成された例(例5)に比較して貯蔵安定性において予期しない非常に大きな改良を示す。貯蔵安定性においての改良は極圧性能においての損失なしで得られる。
Figure 2008540728
本明細書に記載された教示用及び支持用実施例を考慮に入れて可能である本発明についての多くの変形が存在する。それ故、本明細書において特定的に記載され又は例示されたものとは別のやり方で、特許請求の範囲の範囲内で、本発明を実施することができることが理解されよう。

Claims (14)

  1. (a)水和されたアルカリ金属ほう酸塩成分;
    (b)油溶性硫黄含有化合物成分;
    (c)少なくとも90重量%が式(RO)P(但し、Rは4〜24個の炭素原子のアルキルである)を有する、亜リン酸トリアルキル成分;及び
    (d)中和されたリン酸エステル成分の混合物であって、前記リン酸エステルがモノチオリン酸エステルを本質的に含有しない前記混合物;
    の混合物の小量を中に分散して有する潤滑粘度の油を含む潤滑組成物。
  2. 前記潤滑組成物が、
    (a)0.1〜20重量%のアルカリ金属ほう酸塩;
    (b)0.1〜10.0重量%の硫黄含有化合物成分;
    (c)0.01〜10.0重量%の亜リン酸トリアルキル成分;及び
    (d)0.03〜3.0重量%の中和されたリン酸エステル成分の混合物で
    あって、前記リン酸エステルがモノチオリン酸エステルを本質的に含有しない該混合物;
    を含む請求項1の組成物。
  3. 前記ほう酸塩が三ほう酸カリウムである、請求項2の潤滑剤組成物。
  4. 前記硫黄含有化合物が硫化されたイソブチレンである、請求項2の潤滑剤組成物。
  5. 前記亜リン酸エステルが亜リン酸C10〜C20トリアルキル類の混合物である、請求項2の潤滑剤組成物。
  6. 前記リン酸エステルが、
    (a)ジチオリン酸水素ジヒドロカルビル;及び
    (b)リン酸二水素ヒドロカルビルとリン酸水素ジヒドロカルビルとの硫黄不含有混合物であって、前記成分がヒドロカルビルアミン(このヒドロカルビル基において10〜30個の炭素原子を有する)により少なくとも50%中和されている、前記硫黄不含有混合物;
    を含む、請求項2の潤滑剤組成物。
  7. 前記ジチオリン酸水素ジヒドロカルビル、リン酸二水素ヒドロカルビル及びリン酸水素ジヒドロカルビルにおけるヒドロカルビル基が、1〜10個の炭素原子のアルキル基である、請求項6の組成物。
  8. (a)水和されたアルカリ金属ほう酸塩成分;
    (b)油溶性硫黄含有化合物成分;
    (c)亜リン酸トリアルキル成分(但し、この少なくとも90重量%が式
    (RO)
    (但し、Rは4〜24個の炭素原子のアルキルである)を有する);
    及び
    (d)中和されたリン酸エステル成分の混合物であって、前記リン酸エステルはモノチオリン酸エステルを本質的に含有しない、前記混合物;
    の混合物を含む、潤滑油濃縮物。
  9. 主要量の潤滑油、及び小量であるが、しかし当該潤滑組成物の耐荷重性質を改良するために有効な量の請求項8の濃縮物を含む潤滑組成物。
  10. 組成物が、前記濃縮物の1.0〜10.0重量%を含有する、請求項9の組成物。
  11. 前記ほう酸塩が三ほう酸カリウムである、請求項8の潤滑剤組成物。
  12. 前記硫黄含有化合物が硫化されたイソブチレンである、請求項8の潤滑剤組成物。
  13. 前記亜リン酸エステルが、亜リン酸C10〜C20トリアルキル類の混合物である、請求項8の潤滑剤組成物。
  14. 前記リン酸エステルが、
    (a)ジチオリン酸水素ジヒドロカルビル;及び
    (b)リン酸二水素ヒドロカルビルとリン酸水素ジヒドロカルビルとの硫黄不含有混合物であって、前記成分がヒドロカルビルアミン(これのヒドロカルビル基において10〜30個の炭素原子を有する)により少なくとも50%中和されている、前記硫黄不含有混合物;
    を含む、請求項8の潤滑剤組成物。
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