JP2009516061A - 持続的な高負荷条件下で用いられる潤滑油の強化されたデポジット制御 - Google Patents

持続的な高負荷条件下で用いられる潤滑油の強化されたデポジット制御 Download PDF

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Abstract

持続的な高負荷条件下で用いられるエンジン潤滑油(高速ディーゼルまたは定置天然ガスエンジンなど)は、これらのエンジン油へ、少量の一種以上のアルキルサリチレートまたはアルキルフェノレートの中性/低TBNのアルカリおよびアルカリ金属塩、または中性/低TBNおよび過塩基/高TBNのそれらの混合物、並びに少量の一種以上の有機モリブデン錯体(元素モリブデン25wppm〜2000wppmを、最終潤滑油組成物に与えるのに十分な量)を添加することによって、強化されたデポジット制御特性を有することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、定置ディーゼルエンジン、機関車ディーゼルエンジン、天然ガスエンジン等などの、持続的な高負荷条件下で運転されるエンジンで用いるための潤滑油処方物に関し、およびこれらの持続的な高負荷条件のエンジンで用いられる潤滑油のデポジット制御能力を強化するための方法に関する。
内燃機関は、潤滑油に、非常に大きなストレスを掛けていることが知られる。油は、全ての条件下で良好な潤滑性を提供し、磨耗および腐食に対する防止性を提供し、持続的なレベルの汚染に対して安定であり、エンジン表面を比較的に清浄に保持し、熱および/または酸化分解に耐性があり、および過剰な熱をエンジンから除去することを求められる。
全てのエンジンは、これらの潤滑油に、これらのストレスを掛けるものの、定置ディーゼル、および定置天然ガスエンジンは、特に、潤滑油に対して負担になる。日常的に、全負荷条件近くで、何日間または何週間も、連続運転するエンジンについては、定置ガスエンジンおよび遠隔地の場合におけるように、これらのエンジンで用いられる油に掛けられる要求は、過渡的というよりむしろ持続的な性質のものであり、しばしばエンジン不調または油不良に迅速に対応するための監視またはその機会が殆どまたは全くない。これは、更に、より高い負荷およびより長い油交換期間への傾向によって悪化される。
典型的には、これらのエンジンまたは環境で用いられる油は、清浄剤、分散剤、および酸化防止剤を用いて、良好な油寿命および磨耗制御が達成される。
特許文献1には、長寿命潤滑油組成物が教示される。これは、主要量の潤滑粘度の基油、並びに少量の高TBN(>150)、中TBN(>50〜150)、および低/中性TBN(10〜50)の清浄剤混合物を含む。その際、中、および低/中性TBNの清浄剤の少なくとも一種は、金属サリチレートである。特許文献2もまた、参照されたい。これらの潤滑油は、ガスエンジン油として有用である。
特許文献3には、潤滑粘度の基油、スルホキシモリブデンジチオカルバメート、亜鉛ジアルキルジチオホスフェート(ZDDP)、並びにカルシウムアルキルサリチレート50重量%〜100重量%およびマグネシウムアルキルサリチレート50重量%〜0重量%の混合物を含むエンジン潤滑油が教示される。その際、スルホキシモリブデンジチオカルバメートは、炭素8〜18個を含む炭化水素基を、処方物の全重量に対してモリブデン200〜1000wppmを与えるのに十分な量で有し、亜鉛ジアルキルジチオホスフェート(ZDDP)は、第一級C〜C18アルキル基を含むZDDP、および第一級C〜C18アルキル基およびC〜C18第二級アルキル基を含むZDDPの混合物を、組成物の全重量に対してリン0.04〜0.15重量%を与えるのに十分な量で選択され、金属サリチレートの全量は、全組成物の1重量%〜10重量%である。
特許文献4は、TBN範囲2〜20を有する天然ガスエンジン油に関する。これは、主要量の潤滑粘度の基油、TBN95以下を有する一種以上のヒドロカルビル置換サリチレート清浄剤、一種以上の金属清浄剤(好ましくは、TBN250超を有するサリチレート、フェネート、または錯体清浄剤)、一種以上の分散剤、および一種以上の耐磨耗剤を含む。分散剤は、好ましくは無灰のものとして特定される。これは、コハク酸イミドで例示される。耐磨耗剤は、金属または非金属であってもよく、これには、ジヒドロカルビルジチオホスフェート金属塩が含まれ、金属には、アルカリ土類金属、アルミニウム、鉛、錫、モリブデン、マンガン、ニッケル、または銅が含まれ、亜鉛塩が好ましい。亜鉛ジアルキルジチオホスフェートのみが、例示される。
特許文献5は、ディーゼルエンジン、特に舶用ディーゼルエンジンおよびディーゼルエンジン発電プラント、とりわけ中速ディーゼルエンジンの潤滑油に関する。油は、鉱物種または合成種であってもよい基油、およびTBN100〜600mgKOH/gを有し、過塩基アルカリ土類金属スルホネート、フェノレート、またはサリチレートである清浄分散剤を含む。その際、組成物の全リン含有量は、100wppm以下であり、しかも処方油のTBNは、15〜50mgKOH/gである。エンジン油はまた、耐磨耗剤を含んでもよい。これは、全組成物の0.1〜3重量%の範囲の量で用いられ、これには、有機モリブデン化合物(モリブデンジチオホスフェート、モリブデンジチオカルバメートなど)、亜鉛ジアルキルジチオホスフェート、有機ホウ素化合物(アルキルメルカプチルボレートなど)、黒鉛、MoSが含まれる。実施例は、いかなるモリブデン化合物も全く含まなかった。特許文献5の油は、強化された酸化耐性および低減された磨耗を示すことを見出された。
特許文献6は、エンジン油に関する。これは、一種以上の鉱油、または合成油、或いはそれらの混合物であってもよい基油、ホウ素含有化合物(ホウ素化アルケニルコハク酸イミドなど)、サルチル酸のアルカリ土類金属塩、および(モリブデン100〜2000ppmを与えるのに十分な量の)有機モリブデン錯体(モリブデンジチオホスフェートまたはモリブデンジチオカルバメートなど)を含む。
特許文献7は、改良された燃料経済性の保持特性を有する潤滑油に関する。これは、基油、並びに過塩基の油溶性カルシウム清浄剤および油溶性三核摩擦調整モリブデン化合物の組み合わせを含む。三核モリブデン化合物は、仕上げ油に対して、モリブデン50〜750ppmを付与するのに十分な量で用いられる。カルシウム清浄剤には、油溶性過塩基のカルシウムスルホネート、フェネート、硫化フェネート、チオホスホネート、サリチレート、ナフテネート、およびカルボキシレートが含まれる。好ましい過塩基のカルシウム清浄剤は、TBN150〜450mgKOH/gを有するスルホネート、およびTBN50〜450mgKOH/gを有するフェネートまたは硫化フェネートである。
特許文献8は、基油、少なくとも一種のカルシウム清浄剤、少なくとも一種の油溶性モリブデン化合物、少なくとも一種の窒素含有摩擦調整剤、および少なくとも一種の亜鉛ジアルキルジチオホスフェート化合物を含む潤滑油組成物に関する。モリブデン化合物は、モリブデン約350ppm以下を与えるのに十分な量で存在する。カルシウム清浄剤は、中性または過塩基のものとして特定され、フェネート、サリチレート、スルホネート、およびそれらの混合物、好ましくはスルホネートから誘導される。前記清浄剤は、TBN少なくとも100、通常100〜500を有する。
特許文献9は、スートで汚染されたディーゼル油の性能を改良するための方法に関し、前記方法は、ディーゼル油へ、特定の三核モリブデン化合物を添加する工程を含む。
特許文献10は、動粘度(100℃)3〜20mm/秒を有する基油、硫化オキシ金属有機ホスホロジチオエートおよび/または硫化オキシ金属ジチオカルバメート0.2〜5重量%(金属は、好ましくはモリブデンである)、少なくとも一種のZDDP0.1〜7重量%、カルシウムアルキルベンゼンスルホネートおよび/またはカルシウム石油スルホネート0.1〜20重量%、およびアルケニルコハク酸イミドまたはそれらのホウ素誘導体1〜15重量%を含む潤滑油組成物に関する。実施例においては、5.8mm/秒の基油が、モリジチオホスフェート0.6重量%、第二級CZDDP1.0重量%、第一級C〜CZDDP0.3重量%、25TBNのカルシウムアルキルベンゼンスルホネート0.8重量%、イミド2.7重量%と処方される。この油は、小型4サイクルICエンジン(1200回転および無負荷で、油温が平衡に達するまで運転される)において、摩擦係数のみが評価された。
米国特許第6,140,282号明細書 米国特許第6,191,081号明細書 米国特許第6,855,675号明細書 EP第1195426号明細書 米国特許第6,159,911号明細書 EP第0562172B1号明細書 米国特許第6,143,701号明細書 米国特許第6,300,291号明細書 米国特許第5,837,657号明細書 米国特許第4,529,526号明細書 米国特許第4,956,122号明細書 米国特許第4,827,064号明細書 米国特許第4,827,073号明細書 米国特許第5,055,626号明細書 欧州特許出願第168,534号明細書 米国特許第4,658,072号明細書 米国特許第6,080,301号明細書 米国特許第6,090,989号明細書 米国特許第6,165,949号明細書 米国特許第4,568,663号明細書 米国特許第4,663,305号明細書 米国特許第4,542,122号明細書 米国特許第4,621,072号明細書 米国特許第5,545,674号明細書 米国特許第2,817,693号明細書 米国特許第4,900,407号明細書 米国特許第4,937,399号明細書 米国特許第4,975,177号明細書 米国特許第4,921,594号明細書 米国特許第5,200,382号明細書 米国特許第5,516,740号明細書 米国特許第5,182,248号明細書 米国特許第5,290,426号明細書 米国特許第5,580,442号明細書 米国特許第5,976,351号明細書 米国特許第5,935,417号明細書 米国特許第5,885,438号明細書 米国特許第5,965,475号明細書 米国特許第6,190,532号明細書 米国特許第6,375,830号明細書 米国特許第6,332,974号明細書 米国特許第6,103,099号明細書 米国特許第6,025,305号明細書 米国特許第6,096,940号明細書 米国特許第6,620,312号明細書 米国特許第6,676,827号明細書 米国特許第6,383,366号明細書 米国特許第6,475,960号明細書 米国特許第5,059,299号明細書 米国特許第5,977,425号明細書 米国特許第5,935,416号明細書 米国特許第4,923,588号明細書 米国特許第5,158,671号明細書 米国特許第4,897,178号明細書 EP第0324528(B1)号明細書 EP第0532116(B1)号明細書 EP第0532118(B1)号明細書 EP第0537815(B1)号明細書 EP第0583836(B2)号明細書 EP第0666894(B2)号明細書 EP第0668342(B1)号明細書 EP第0776959(A3)号明細書 国際公開第97/031693(A1)号パンフレット 国際公開第02/064710(A2)号パンフレット 国際公開第02/064711(A1)号パンフレット 国際公開第02/070627(A2)号パンフレット 国際公開第02/070629(A1)号パンフレット 国際公開第03/033320(A1)号パンフレット 英国特許第1,429,494号明細書 英国特許第1,350,257号明細書 英国特許第1,440,230号明細書 英国特許第1,390,359号明細書 国際公開第99/45085号パンフレット 国際公開第99/20720号パンフレット 欧州特許出願第464546号明細書 欧州特許出願第464547号明細書 米国特許第4,594,172号明細書 米国特許第4,943,672号明細書 米国特許第6,046,940号明細書 米国特許第4,906,350号明細書 米国特許第5,075,269号明細書 米国特許第4,889,647号明細書 EP第1040115号明細書 米国特許第4,978,464号明細書 API文献第1509号(www.API.org) GundersonおよびHart著「合成潤滑油(Synthetic Lubricants)」(Reinhold Publ.Corp.、New York、1962年) Eapenら著「ポリn−アルキルベンゼン化合物:熱安定性の広液体範囲流体の種類(A Class of Thermally Stable and Wide Liquid Range Fluids)」(ACS石油化学予稿集(ACS Petroleum Chemistry Preprint)、第1053〜1058頁、Phila.、1984年) Dressler,H.著「合成潤滑油および高性能機能性流体(Synthetic Lubricants and High Performance Functional Fluids)」(第5章(R.L.Shubkin編)、Marcel Dekker、N.Y.、1993年) Dieter Klamann著「潤滑油および関連生成物(Lubricants and Related Products)」(Verlag Chemie、Deerfield、Florida、1984年) C.V.SmalheerおよびR.Kennedy Smith著「潤滑油添加剤(Lubricant Additives)」(第1〜11頁、1967年)
持続的な高負荷条件下で用いるための、強化されたデポジット制御を示す潤滑油、および持続的な高負荷条件下で用いられる油のデポジット制御を強化するための方法に対する必要性がある。
本発明は、持続的な高負荷条件下で用いるための油に関し、この油は、主要量の潤滑粘度の基油、および少量の組み合わせ添加剤を含む。その際該少量の組み合わせ添加剤は、一種以上のアルキルサリチレートおよび/またはアルキルフェネートの中性/低TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属塩、または中性/低TBNおよび高TBNのそれらの混合物を必須成分として含む清浄剤、並びに一種以上の有機モリブデン化合物(元素モリブデン約25wppm〜約2000wppmを、最終処方物に与えるのに十分な量で存在する)を含む。更に、本発明は、持続的な高負荷条件下で用いられる油のデポジット耐性およびデポジット制御能力を、油へ上記される組み合わせ添加剤を添加することによって、改良するための方法に関する。
他の清浄剤などの更なる添加剤(例えば、中性および/または過塩基のアルカリまたはアルカリ土類金属スルホネート、フェネート、錯体/混成金属清浄剤、およびそれらの混合物)はまた、存在してもよい。無灰酸化防止剤、無灰分散剤、耐磨耗および極圧剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、粘度調整剤、粘度指数向上剤、分散剤、染料、消泡剤等も同様である。
ガスエンジン油、定置ディーゼルエンジン油、機関車ディーゼルエンジン油、舶用ディーゼルエンジン油等などの、持続的な高負荷条件下で用いられる潤滑油のデポジット耐性およびデポジット制御能力は、これらの潤滑油の基油として用いられる油へ、添加剤混合物を添加することによって、劇的に改良されることができることが発見された。その際、添加剤混合物は、一種以上の中性/低TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属サリチレートおよび/またはフェネート、または中性/低TBNおよび過塩基/高TBNのそれらの混合物、並びに一種以上の有機モリブデン化合物(元素モリブデン約25wppm〜約2000wppmを潤滑油へ与えるのに十分な量で用いられる)を含む。アルカリおよび/またはアルカリ土類金属清浄剤は、最終潤滑剤組成物の硫酸灰含有量約0.1質量%〜約2.0質量%、好ましくは約0.1〜約1.5質量%、より好ましくは約0.1〜約1.0質量%、最も好ましくは約0.1〜約0.7質量%を達成するのに十分な量で存在する。好ましくは、清浄剤系は、少なくとも一種の低TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属サリチレートまたはフェネート、および少なくとも一種の過塩基のアルカリまたはアルカリ土類金属フェネートまたはサリチレートを含む。
潤滑油基材は、いかなる天然、合成、または非従来の潤滑基材油留分でもある。これは、典型的には、動粘度(100℃)約5〜20mm/秒、より好ましくは約5〜16mm/秒、最も好ましくは約9〜13mm/秒を有する。好ましい実施形態においては、粘度指数向上剤を使用することにより、粘度(100℃)約20mm/秒以上の油を、本処方物を作製するのに用いられる潤滑油基油留分から除外することが可能となる。従って、好ましい基油は、あるとしても、重質留分を殆ど含まないものである。例えば、粘度(100℃)20mm/秒以上の潤滑油留分を、あるとしても、殆ど含まないものである。
幅広い範囲の潤滑基油は、当該技術分野において知られる。本発明で有用な潤滑基油は、天然油、合成油、および非従来油である。天然油、合成油、および非従来油、並びにそれらの混合物は、未精製、精製、または再精製(後者はまた、再生または再処理油として知られる)されて用いられることができる。未精製油は、天然、合成、または非従来の素材から直接得られ、かつ更なる精製なしに用いられるものである。これらには、例えば、乾留運転から直接得られるシェール油、一次蒸留から直接得られる石油、およびエステル化プロセスから直接得られるエステル油が含まれる。精製油は、精製油が、一つ以上の精製または変換工程に付されて、少なくとも一つの潤滑油特性が改良されることを除いて、未精製油に関して言及される油に類似である。当業者は、多くの精製または変換プロセスに精通している。これらのプロセスには、例えば、溶剤抽出、二次蒸留、酸抽出、塩基抽出、ろ過、浸出、水素添加、水素化精製、および水素仕上げが含まれる。再精製油は、精製油と類似のプロセスによって得られる。しかし、先に用いられた油を用いる。
グループI、II、III、IV、およびVは、潤滑油基油の指針を作成するためにアメリカ石油協会(非特許文献1)によって開発され、定義される基油材の広範な分類である。グループI基材は、一般に、粘度指数約80〜120を有し、硫黄約0.03%超および/または飽和分約90%未満を含む。グループII基材は、一般に、粘度指数約80〜120を有し、硫黄約0.03%以下および飽和分約90%以上を含む。グループIII基材は、一般に、粘度指数約120超を有し、硫黄約0.03%以下および飽和分約90%超を含む。グループIVには、ポリアルファオレフィン(PAO)が含まれる。グループV基材には、グループI〜IVに含まれない基材が含まれる。表1には、これらの5つのグループのそれぞれの特性が要約される。
Figure 2009516061
天然油には、動物油、植物油(例えば、ひまし油およびラード油)、および鉱油が含まれる。好ましい熱酸化安定性を有する動物および植物油は、用いられることができる。天然油のうち、鉱油が好ましい。鉱油は、その原油素材に従って、例えばそれらがパラフィン質か、ナフテン質か、または混合パラフィン質−ナフテン質かに従って幅広く異なる。石炭またはシェールから誘導される油はまた、本発明で有用である。天然油はまた、その生産および精製に用いられる方法に従って、例えばそれらの蒸留範囲、およびそれらが、直留であるか、或いは分解、水素化精製、または溶剤抽出されるかに従って異なる。
合成油には、炭化水素油、並びに非炭化水素油が含まれる。合成油は、化学組み合わせ(例えば、重合、オリゴマー化、凝縮、アルキル化、アシル化等)などのプロセスから誘導されることができる。その際、より小さく、より単純な分子種からなる物質は、より大きく、より複雑な分子種からなる物質に作り上げられる(即ち、合成される)。合成油には、重合オレフィンおよび共重合オレフィンなどの炭化水素油が含まれる。例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマー、エチレン−オレフィンコポリマー、およびエチレン−アルファオレフィンコポリマーである。ポリアルファオレフィン(PAO)油基材は、通常に用いられる合成炭化水素油である。例として、C、C10、C12、C14オレフィン、またはそれらの混合物から誘導されるPAOが、用いられてもよい。特許文献11、特許文献12および特許文献13を参照されたい。これらは、その全てが、参照により本明細書に援用される。
既知の物質であり、かつ一般に、大商業規模で、ExxonMobil Chemical Company、Chevron、BP−Amoco他などの供給業者から入手可能であるPAOは、典型的には、数平均分子量約250〜約3000、またはそれ以上で異なり、PAOは、粘度(100℃)約100mm/秒以下か、またはそれ以上で作製されてもよい。加えて、より高粘度のPAOは、商業的に入手可能であり、粘度(100℃)約3000mm/秒以下か、またはそれ以上で作製されてもよい。PAOは、典型的には、アルファオレフィンの比較的低分子量の水素添加ポリマーまたはオリゴマーからなり、これには、限定されないが、約C〜約C32アルファオレフィンが含まれる。約C〜約C16アルファオレフィン(1−オクテン、1−デセン、1−ドデセンなど)が好ましい。好ましいポリアルファオレフィンは、ポリ−1−オクテン、ポリ−1−デセン、ポリ−1−ドデセン、およびそれらの混合物、並びに混合オレフィン誘導ポリオレフィンである。しかし、より高級なオレフィン約C14〜C18の二量体は、許容可能に低揮発性の低粘度基材を提供するのに用いられてもよい。粘度グレードおよび出発オリゴマーによって、PAOは、主に、出発オレフィンの三量体および四量体であってもよく、少量のより高級なオリゴマーを有する。これは、粘度範囲約1.5〜12cStを有する。
他の有用な合成潤滑基材油(ケイ素ベースの油、またはリン含有酸のエステルなど)もまた、用いられてもよい。他の合成潤滑基材の例については、基本的な研究(非特許文献2)がある。これは、その全てが含まれる。
アルキル化芳香族材においては、アルキル置換基は、典型的には、炭素原子約8〜約25個、通常炭素原子約10〜18個のアルキル基であり、約3個以下のこれらの置換基が存在してもよい。これは、アルキルベンゼンについて、非特許文献3に記載される。トリ−アルキルベンゼンは、炭素原子8〜12個の1−アルキンの環化二量化によって製造されてもよい。これは、特許文献14に記載される。他のアルキルベンゼンは、特許文献15および特許文献16に記載される。アルキルベンゼンは、潤滑油基材として、特に低温用途(極地車両使用および冷凍機油)用に、および製紙油で用いられる。それらは、商業的に、線状アルキルベンゼン(LAB)の製造業者から入手可能である。Vista Chem.Co、Huntsman Chemical Co.、Chevron Chemical Co.、およびNippon Oil Co.などである。線状アルキルベンゼンは、典型的には、良好な低流動点および低温粘度、並びにVI値約100超を、添加剤に対する良好な溶解力と共に有する。必要に応じて用いられてもよい他のアルキル化芳香族は、例えば、非特許文献4に記載される。
非従来基材/基油には、一種以上のガスツーリキッド(GTL)物質から誘導される基材の混合物、並びに水素化脱ロウまたは水素異性化/従来の接触(または溶剤)脱ロウ基材、およびそれらの基材の混合物の一種以上が含まれる。該脱ロウ基材は、天然ワックスまたはワックス質原料、鉱油および/または非鉱油のワックス質原料材から誘導される。スラックワックス、天然ワックス、およびガス油などのワックス質材、ワックス質燃料の水素化分解装置のボトム、ワックス質ラフィネート、水素化分解油、熱分解油、或いは他の鉱物、鉱油、または非石油誘導ワックス質物質(石炭液化またはシェール油から得られるワックス質物質など)である。
本明細書で用いられるように、次の用語は、以下に示される意味を有する。即ち、
a)「ワックス」:高流動点を有する炭化水素質物質である。これは、典型的には、室温(即ち、温度約15℃〜25℃)で固体として存在し、主にパラフィン質物質からなる。
b)「パラフィン質」物質:アルカンなどのいかなる飽和炭化水素でもある。パラフィン質物質には、線状アルカン、分枝アルカン(イソパラフィン)、シクロアルカン(シクロパラフィン;単環および/または多環)、および分枝シクロアルカンが含まれてもよい。
c)「水素処理」:原料材が、高温で圧力下に、通常は触媒の存在下に、水素と共に加熱されて、あまり望ましくない成分が除去および/または転化され、改良された生成物が製造される精製プロセスである。
d)「水素化」:硫黄および/または窒素含有炭化水素を、硫黄および/または窒素含有量が低減された炭化水素生成物に転化する接触水素添加プロセスである。これは、副産物として(それぞれ)硫化水素および/またはアンモニアを生成する。同様に、酸素含有炭化水素はまた、炭化水素および水に還元されることができる。
e)「接触脱ロウ」:従来の接触プロセスである。その際、ノルマルパラフィン(ワックス)および/またはワックス質炭化水素(例えば、僅かに分枝されたイソパラフィン)は、分解によって、より低分子量の種に転化されて、最終油生成物(基材または基油)は所望の生成物流動点を有することが確実にされる。
f)「水素異性化」(または異性化):ノルマルパラフィン(ワックス)および/または僅かに分枝されたイソ−パラフィンが、転位/異性化によって、分枝されるかまたはより分枝されたイソ−パラフィンに転化される接触プロセスである(これらのプロセスからの異性化油は、場合により、引続く更なるワックス除去工程を必要として、最終油生成物(基材または基油)は所望の生成物流動点を有することが確実にされる)。
g)「水素化分解」:水素添加が、炭化水素の分解を伴う接触プロセスである。例えば、より重質の炭化水素をより軽質の炭化水素に転化するか、または芳香族および/またはシクロパラフィン(ナフテン)を非環式分枝パラフィンに転化する。
h)「水素化脱ロウ」:(例えば、ChevronのISODEWAXING(登録商標)、またはExxon Mobil CorporationのMSDW(商標)である)単一の工程において、または単一の触媒または触媒混合物を用いることによって、ワックスを、n−パラフィンおよび僅かに分枝されたイソパラフィンの異性化/転位によって、より重質の分枝イソパラフィンに転化する非常に選択的な接触プロセスである。得られる生成物は、別の従来の接触または溶剤脱ロウ工程を要さずに、所望の生成物流動点が達成される。
i)用語「水素異性化油」、「異性化油」、「接触脱ロウ油」、および「水素化脱ロウ油」は、特段に示されない限り、それぞれのプロセスによって製造される生成物をいう。
従って、用語「水素異性化/接触脱ロウ」は、ノルマルパラフィンおよび/またはワックス質炭化水素を、転位/異性化によって、より分枝されたイソ−パラフィンに転化し、引続き(1)接触脱ロウして、異性化油中に存在するいかなる残留n−パラフィンまたは僅かに分枝されたイソ−パラフィンもその量が、分解によって低減されるか、または(2)水素化脱ロウして、異性化油の更なる異性化および非常に選択的な接触脱ロウが行われて、生成物流動点が低減されるという複合効果を有する接触プロセスをいうのに用いられる。用語(または溶剤)が、記載に含まれる場合には、記載されるプロセスには、水素異性化、引続く溶剤脱ロウ(水素異性化油からワックスの物理的分離を行って、生成物流動点が低減される)が含まれる。
GTL物質は、合成、組み合わせ、変換、転位、および/または分解/解体プロセスの一種以上により、ガス状炭素含有化合物、水素含有化合物、および/または原料材としての要素(水素、二酸化炭素、一酸化炭素、水、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、プロピレン、プロピン、ブタン、ブチレン、およびブチンなど)から誘導される物質である。GTL基材および基油は、炭化水素、例えばワックス質合成炭化水素(それ自体、より単純なガス状炭素含有化合物、水素含有化合物、および/または原料材としての要素から誘導される)から一般に誘導される潤滑粘度のGTL物質である。GTL基材には、潤滑油沸点範囲で沸騰する油が含まれる。これは、例えば蒸留によるなどで、合成GTL物質から分離/分留され、引続いて、周知の接触脱ロウプロセス、または溶剤脱ロウプロセスのいずれかである最終ワックス処理工程に付されて、低減された/低流動点の潤滑油;合成ワックス異性化油(例えば、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ合成炭化水素を含む);水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウフィッシャー−トロプシュ(F−T)物質(即ち、炭化水素、ワックス質炭化水素、ワックス、および可能な類似の含酸素化合物);好ましくは、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−T炭化水素、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−Tワックス、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ合成ワックス、またはそれらの混合物が製造される。
GTL物質から誘導されるGTL基材、特に、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−T物質誘導基材、および他の水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材は、典型的には、動粘度(100℃)約2mm/秒〜約50mm/秒、好ましくは約3mm/秒〜約50mm/秒、より好ましくは約3.5mm/秒〜約30mm/秒を有するものとして特徴付けられる。これは、F−Tワックスの異性化脱ロウによって誘導されるGTL基材(動粘度(100℃)約4mm/秒および粘度指数約130以上を有する)により例示される。しかし、本発明で用いられるGTL基材、並びに/或いは他の水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材は、典型的には、動粘度(100℃)約5mm/秒〜20mm/秒、好ましくは約5mm/秒〜約16mm/秒、より好ましくは約9mm/秒〜13mm/秒を有する。好ましくは、ワックス処理プロセスは、単一の水素化脱ロウ触媒を用いるプロセスにおいて行われる水素化脱ロウである。本明細書における動粘度の引用は、ASTM法D445によってなされる測定値をいう。
GTL物質から誘導されるGTL基材および基油、特に、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−T物質誘導基材、および他の水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材は、本発明の基材成分として用いられることができるが、これは、更に、典型的には、流動点約−5℃以下、好ましくは約−10℃以下、より好ましくは約−15℃以下、更により好ましくは約−20℃以下を有するものとして特徴付けられる。いくつかの条件下では、好都合な流動点約−25℃以下を有してもよく、有用な流動点は、約−30℃〜約−40℃以下である。必要に応じて、異なる脱ロウ工程が、所望の流動点を達成するために行われてもよい。本発明においては、しかし、用いられるGTL、或いは水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材/基油は、流動点約−30℃以上、好ましくは約−25℃以上、より好ましくは約−20℃以上を有するものである。本明細書における流動点の引用は、ASTM D97、および類似の自動型によってなされる測定値をいう。
GTL物質から誘導されるGTL基材、特に、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−T物質誘導基材、および他のこれらのワックス誘導基材は、本発明に用いられることができる基材成分であるが、これはまた、典型的には、粘度指数80以上、好ましくは100以上、より好ましくは120以上を有するものとして特徴付けられる。加えて、ある特定の場合においては、これらの基材の粘度指数は、好ましくは130以上、より好ましくは135以上、更により好ましくは140以上であってもよい。例えば、GTL物質、好ましくはF−T物質、特にはF−Tワックスから誘導されるGTL基材は、一般に、粘度指数130以上を有する。本明細書における粘度指数の引用は、ASTM法D2270をいう。
加えて、GTL基材は、典型的には、高度にパラフィン質(飽和分>90%)であり、モノシクロパラフィンおよびマルチシクロパラフィンの混合物を、非環式イソパラフィンとの組み合わせで含んでもよい。これらの組み合わせにおけるナフテン質(即ち、シクロパラフィン)含有量の比率は、用いられる触媒および温度と共に異なる。更に、GTL基材および基油は、典型的には、非常に低い硫黄および窒素含有量を有する。これは、一般には、これらの元素のそれぞれについて、約10ppm未満、より典型的には約5ppm未満を含む。F−T物質、特にF−Tワックスの水素異性化/異性化脱ロウによって得られるGTL基材および基油の硫黄および窒素含有量は、実質的にはゼロである。
好ましい実施形態においては、GTL基材は、主に、非環式イソパラフィンおよびほんの少量のシクロパラフィンからなるパラフィン質物質を含む。これらのGTL基材は、典型的には、非環式イソパラフィン60重量%超、好ましくは非環式イソパラフィン80重量%超、より好ましくは非環式イソパラフィン85重量%超、最も好ましくは非環式イソパラフィン90重量%超からなるパラフィン質物質を含む。
GTL基材、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウF−T物質誘導基材、およびワックス誘導水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ基材(ワックス異性化油または水素化脱ロウ油など)の有用な組成物は、例えば、特許文献17、特許文献18および特許文献19に列挙される。
ワックス質原料から誘導されるこれらの基材(これはまた、本発明で用いるのに適切である)は、潤滑油粘度のパラフィン質流体である。これは、鉱油、非鉱油、非石油、または天然素材の水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス質原料材(例えば、ガス油、スラックワックス、ワックス質燃料の水素化分解装置ボトム、炭化水素ラフィネート、天然ワックス、水素化分解油、熱分解油、フート油、石炭液化またはシェール油からのワックスの一種以上などの原料材)、或いは他の適切な鉱油、非鉱油、非石油、または天然素材誘導ワックス質物質、炭素数約20個以上(好ましくは約30個以上)を有する線状または分枝ヒドロカルビル化合物、およびこれらの異性化油/異性化脱ロウ基材および基油の混合物から誘導される。
スラックワックスは、いかなるワックス質炭化水素油(F−Tワックス質油などの合成油、または石油を含む)からも、溶剤または自動冷凍脱ロウによって回収されるワックスである。溶剤脱ロウは、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、MEK/MIBKの混合物、MEKおよびトルエンの混合物などの冷却された溶剤を用い、一方自動冷凍脱ロウは、プロパンまたはブタンなどの加圧された液化低沸点炭化水素を用いる。
F−Tワックス質油などの合成ワックス質油から得られるスラックワックスは、通常、硫黄および/または窒素含有化合物の含有量がゼロまたは皆無であろう。石油から得られるスラックワックスは、硫黄および窒素含有化合物を含んでもよい。これらのヘテロ原子化合物は、水素化(水素化分解ではない)によって、例えば、水素化脱硫(HDS)および水素化脱窒素(HDN)によるなどで除去されて、水素異性化触媒の引続く被毒/不活性化が防止されなければならない。
本明細書および特許請求の範囲で用いられる用語「GTL基材/基油、および/またはワックス異性化油基材/基油」は、GTL基材/基油、および/またはワックス誘導水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ基材/基油(製造プロセスにおいて回収される)の個々の留分、二種以上のGTL基材/基油の留分、および/またはワックス誘導水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ基材/基油の留分の混合物、並びに一種または二種以上の低粘度GTL基材/基油の留分、および/またはワックス誘導水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ基材/基油の留分と、一種または二種以上のより高粘度のGTL基材/基油の留分、および/またはワックス誘導水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ基材/基油の留分との混合物を包含して、ダンベル混合物が製造されるものとして解されるべきである。その際、混合物は、前述の列挙された範囲内の動粘度を示す。
好ましい実施形態においては、GTL基材が誘導されるGTL物質は、F−T物質(即ち、炭化水素、ワックス質炭化水素、ワックス)である。スラリーF−T合成プロセスは、有利には、原料を、COおよび水素から合成するのに用いられてもよい。特に、それは、触媒コバルト成分を含むF−T触媒を用いて、より望ましいより高分子量のパラフィンを製造するための高いシュルツ−フローリーの動力学アルファ値がもたらされる。このプロセスはまた、当業者に周知である。
F−T合成プロセスにおいては、HおよびCOの混合物を含む合成ガスは、炭化水素、好ましくは液体炭化水素に接触転化される。水素/一酸化炭素のモル比は、広く、約0.5〜4の範囲であってもよい。しかし、これは、より典型的には、約0.7〜2.75、好ましくは約0.7〜2.5の範囲内にある。周知のように、F−T合成プロセスには、触媒が、固定床、流動床の形態にあるか、或いは触媒粒子のスラリーとして炭化水素スラリー液体中にあるプロセスが含まれる。F−T合成反応の化学量論モル比は、2.0である。しかし、化学量論比以外を用いることについては、当業者が知るように多くの理由がある。コバルトスラリー炭化水素合成プロセスにおいては、H/COの原料モル比は、典型的には、約2.1/1である。HおよびCOの混合物を含む合成ガスは、スラリーの底部にバブリングされ、微粒子F−T合成触媒の存在下にスラリー液体中で、炭化水素を形成するのに効果的な条件で反応する。その一部は反応条件で液体であり、かつそれは、炭化水素スラリー液体を構成する。合成された炭化水素液体は、遠心分離などの他の分離手段が用いられることができるものの、ろ過などの手段によって、触媒粒子からろ過液として分離される。合成された炭化水素の一部は、炭化水素合成反応器の頂部を、蒸気として、未反応合成ガスおよび他のガス状反応生成物と共に通過する。これらのオーバーヘッドの炭化水素蒸気の一部は、典型的には、液体へ凝縮され、炭化水素液体のろ過液と組合される。従って、ろ過液の初留点は、凝縮された炭化水素蒸気の一部がそれと組合されているかどうかによって異なってもよい。スラリー炭化水素合成のプロセス条件は、ある程度、触媒および所望の生成物によって異なる。主にC5+パラフィン(例えば、C5+〜C200)、好ましくはC10+パラフィンを含む炭化水素を、スラリー炭化水素合成プロセス(担持コバルト成分を含む触媒を用いる)で形成するのに効果的な典型的な条件には、例えば、温度約320〜850°F、圧力80〜600psi、およびガス空間速度100〜40,000V/時/V(ガス状COおよびH混合物の標準体積(0℃、1気圧)/時間/触媒の体積として表わされる)が含まれる。用語「C5+」は、本明細書では、炭素数4個超を有する炭化水素をいうのに用いられるが、炭素数5個を有する物質が存在しなければならないというわけではない。同様に、炭素数に関して示される他の範囲は、炭素数範囲の限界値を有する炭化水素が存在しなければならないこと、または示される範囲の全ての炭素数が存在することをいうわけではない。炭化水素合成反応は、限定された水性ガスシフト反応が生じるか、またはそれが全く生じない条件下で行われることが好ましい。より好ましくは、水性ガスシフト反応は、炭化水素合成中に全く生じない。また、アルファ値少なくとも0.85、好ましくは少なくとも0.9、より好ましくは少なくとも0.92を達成する条件下で反応を行い、そのためにより望ましいより高分子量の炭化水素がより多く合成されることが好ましい。これは、触媒コバルト成分を含む触媒を用いるスラリープロセスにおいて達成されている。当業者には、アルファ値が、シュルツ−フローリーの動力学アルファ値を意味することが知られる。適切なF−T反応タイプの触媒は、例えば、一種以上の第VIII族触媒金属(Fe、Ni、Co、Ru、およびReなど)を含むものの、触媒は、コバルト触媒成分を含むことが好ましい。一実施形態においては、触媒は、Co、並びにRe、Ru、Fe、Ni、Th、Zr、Hf、U、Mg、およびLaの一種以上の触媒有効量を、適切な無機担体物質上に、好ましくは一種以上の耐火性金属酸化物を含むものの上に担持して含む。Co含有触媒の好ましい担体は、特には、チタニアを含む。有用な触媒およびその調製は、公知で例示的な限定しない例は、例えば、特許文献20、特許文献21、特許文献22、特許文献23および特許文献24に見出されてもよい。
上記されるように、基材が誘導されるワックス質原料は、鉱油、非鉱油、非石油、または他の天然素材からのワックスまたはワックス質原料である。特に、スラックワックス、またはGTL物質、好ましくはF−T物質(F−Tワックスと呼ばれる)である。F−Tワックスは、好ましくは、初留点範囲650〜750°Fを有し、好ましくは、終点少なくとも1050°Fまで連続的に沸騰する。よりナローカットのワックス質原料はまた、水素異性化中に用いられてもよい。n−パラフィンワックス質原料の一部は、より低沸点のイソパラフィン質物質へ転化される。従って、潤滑油範囲で沸騰するイソパラフィン含有異性化油を得るためには、十分な重質n−パラフィン物質が存在しなければならない。接触脱ロウがまた、異性化/異性化脱ロウ後に行われる場合には、異性化油/異性化脱ロウ油の一部はまた、従来の接触脱ロウ中に、より低沸点物質へ水素化分解されるであろう。従って、ワックス質原料の終点は、1050°F超(1050°F)であることが好ましい。
沸点範囲が、本明細書に引用される際には、それは、留分を分離するのに用いられるより低いおよび/またはより高い蒸留温度を定義する。(例えば、留分が、連続的に沸騰するか、または全範囲を構成することを明記することによって)特段に述べられない場合には、沸点範囲の指定は、物質が特定限界で存在しなければならないことを必要としない。むしろ、それは、その範囲外で沸騰する物質を除外する。
ワックス質原料は、好ましくは、炭化水素合成プロセスによって形成される全650〜750°F留分を含む。これは、初期カットポイント650°F〜750°F(当業者によって決定される)、および終点好ましくは1050°F超(合成の当業者によって用いられる触媒およびプロセス変数によって決定される)を有する。これらの留分は、本明細書においては、「650〜750°F留分」といわれる。対照的に、「650〜750°F留分」は、不特定の初期カットポイントおよび終点およそ650°F〜750°Fを有する留分をいう。ワックス質原料は、全留分として、または蒸留または他の分離技術によって調製される全留分の部分集合として処理されてもよい。ワックス質原料はまた、典型的には、パラフィン質炭化水素90%超、一般には95%超、好ましくは98重量%超を含み、その殆どはノルマルパラフィンである。それは、ごく僅かな量の硫黄および窒素化合物(例えば、それぞれ1wppm未満)を有し、酸素2,000wppm未満、好ましくは1,000wppm未満、より好ましくは500wppm未満を、含酸素化合物の形態で有する。これらの特性を有し、本発明のプロセスで有用なワックス質原料は、先に示されるように、触媒コバルト成分を有する触媒を用いるスラリーF−Tプロセスを用いて作製されている。
潤滑油基材を、ワックス質材(例えば、スラックワックスまたはF−Tワックス)から作製するプロセスは、異性化プロセスとして特徴付けられてもよい。スラックワックスが、原料として用いられる場合には、それらは、予備水素化工程に、当業者に既に周知の条件下で付されて、硫黄および窒素含有化合物が、(触媒の被毒または不活性化を効果的に回避するであろうレベルまで)低減されるか、またはそれが除去される必要があってもよい。これは、さもなければ、引続く工程で用いられる水素異性化または水素化脱ロウ触媒を不活性化するであろう。F−Tワックスが用いられる場合には、これらの予備処理は、不要である。何故なら、上記に示されるように、これらのワックスは、ほんの痕跡量(約10ppm未満、またはより典型的には約5ppm未満〜ゼロ)の硫黄または窒素化合物の含有量を有するからである。しかし、いくつかの水素化脱ロウ触媒供給F−Tワックスは、含酸素化合物の除去に対して、予備水素化から利益を得てもよく、一方他は、含酸素化合物の処理から利益を得てもよい。水素異性化または水素化脱ロウプロセスは、触媒の組み合わせ、または単一の触媒により行われてもよい。転化温度は、約150℃〜約500℃の範囲であり、圧力は約500〜20,000kPaの範囲である。このプロセスは、水素の存在下に運転されてもよく、水素分圧は約600〜6000kPaの範囲である。水素/炭化水素原料材の比(水素循環比)は、典型的には、約10〜3500n.l.l−1(56〜19,660SCF/bbl)の範囲であり、原料材の空間速度は、典型的には、約0.1〜20LHSV、好ましくは0.1〜10LHSVの範囲である。
いかなる必要な水素化脱窒素または水素化脱硫にも続いて、これらのワックス質原料から基材を製造するのに用いられる水素処理は、非晶質水素化分解/水素異性化触媒(潤滑油水素化分解(LHDC)触媒など、例えば、Co、Mo、Ni、W、Mo等を、酸化物担体(例えば、アルミナ、シリカ、シリカ/アルミナ)の上に含む触媒)、または結晶質水素化分解/水素異性化触媒(好ましくはゼオライト触媒)を用いてもよい。
GTL物質および/またはワックス質物質を、基材または基油へ、水素化分解、水素化脱ロウ、水素異性化するための他の異性化触媒およびプロセスは、例えば、特許文献25、特許文献26、特許文献27、特許文献28、特許文献29、特許文献30、特許文献31、特許文献32、特許文献33、特許文献34、特許文献35、特許文献36、特許文献37、特許文献38、特許文献39、特許文献40、特許文献41、特許文献42、特許文献43、特許文献17、特許文献44、特許文献45、特許文献46、特許文献47、特許文献48、特許文献49、特許文献50、特許文献51、特許文献52、特許文献53および特許文献54、特許文献55、特許文献56、特許文献57、特許文献58、特許文献59、特許文献60、特許文献61、特許文献62、特許文献63、特許文献64、特許文献65、特許文献66、特許文献67、特許文献68、同様に特許文献69、特許文献70、特許文献71、特許文献72、特許文献73および特許文献74に記載される。特に好ましいプロセスは、特許文献75および特許文献76に記載される。F−Tワックス原料を用いるプロセスは、特許文献77、特許文献78、特許文献79、特許文献48、特許文献42、特許文献41および特許文献40に記載される。
本明細書に開示されるn−パラフィンワックス質原料材を転化して、イソパラフィン質炭化水素基油を形成するのに有用な炭化水素転化触媒は、ゼオライト触媒である。ZSM−5、ZSM−11、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−12、ZSM−38、ZSM−48、オフレタイト、フェリエライト、ゼオライトベータ、ゼオライトシータ、およびゼオライトアルファなどである。これらは、特許文献80に開示される。これらの触媒は、第VIII族金属、特にパラジウムまたは白金と組み合わせて用いられる。第VIII族金属は、従来の技術(イオン交換など)によってゼオライト触媒に組込まれてもよい。
一実施形態においては、ワックス質原料材の転化は、Pt/ゼオライトベータおよびPt/ZSM−23触媒の組み合わせによって、水素の存在下に行われてもよい。他の実施形態においては、潤滑油基材を製造するプロセスは、単一の触媒(Pt/ZSM−35など)による水素異性化および脱ロウを含む。更に他の実施形態においては、ワックス質原料は、第VIII族金属充填ZSM−48、好ましくは第VIII族貴金属充填ZSM−48、より好ましくはPt/ZSM−48を含む水素化脱ロウ触媒に、一段または二段のいずれかで供給されることができる。いかなる場合においても、有用な炭化水素基油生成物が得られてもよい。触媒ZSM−48は、特許文献81に記載される。ワックス質原料材の水素異性化において、第VIII族金属充填ZSM−48系の触媒(好ましくは、白金充填ZSM−48)を用いることにより、後続の別個の脱ロウ工程の必要がなくなり、かつ好ましい。
脱ロウ工程は、必要に応じて、溶剤脱ロウ、接触脱ロウ、または水素化脱ロウプロセスの一種以上を用いて達成されてもよい。全水素異性化油、または650〜750°F留分のいずれかは、脱ロウ前に、より高沸点の物質から分離されていない場合には、存在する650〜750°F物質を意図的に用いることによって、脱ロウされてもよい。溶剤脱ロウにおいては、水素異性化油は、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、MEK/MIBKの混合物、またはMEK/トルエンの混合物などの冷却溶剤と接触され、更に冷却されて、より高流動点の物質が、ワックス質固体として析出されてもよい。これは、次いで、ラフィネートである溶剤含有潤滑油留分から分離される。ラフィネートは、典型的には、スクレープドサーフェイスチラーで更に冷却されて、より多くのワックス固体が除去される。プロパンなどの低分子量炭化水素を用いる自動冷凍脱ロウもまた用いられることができる。その際、水素異性化油は、例えば液体プロパンと混合され、その少なくとも一部が、フラッシングされて、水素異性化油が冷却され、ワックスが析出される。ワックスは、ろ過、膜分離、または遠心分離によって、ラフィネートから分離される。溶剤は、次いで、ラフィネートからストリッピングされる。これは、次いで分留されて、本発明で有用な好ましい基材が製造される。接触脱ロウもまた、周知であり、水素異性化油が、適切な脱ロウ触媒の存在下に、水素異性化油の流動点を低下させるのに効果的な条件で、水素と反応される。接触脱ロウはまた、水素異性化油の一部を、沸点範囲例えば650〜750°Fのより低沸点の物質へ転化する。これは、より重質の650〜750°F基材留分から分離され、基材留分は、二種以上の基材に分留される。より低沸点の物質の分離は、650〜750°F物質を、所望の基材に分留する前、またはその際のいずれかに達成されてもよい。
水素異性化油の流動点を低減するであろういかなる脱ロウ触媒、好ましくは潤滑油基材を、水素異性化油から大きな収率でもたらすものが用いられてもよい。これらには、形状選択性モレキュラーシーブが含まれる。これは、少なくとも一種の触媒金属成分と組合される場合には、石油留分を脱ロウするのに有用なものとして示されている。これには、例えば、フェリエライト、モルデナイト、ZSM−5、ZSM−11、ZSM−23、ZSM−35、シータ1またはTONとしても知られるZSM−22、およびSAPOとして知られるシリコアルミノホスフェートが含まれる。意外にも、特に効果的であると見出されている脱ロウ触媒は、貴金属、好ましくはPtを、H−モルデナイトと複合化して含む。脱ロウは、触媒により、固定、流動、またはスラリー床で達成されてもよい。典型的な脱ロウ条件には、温度範囲約400〜600°F、圧力500〜900psig、H処理速度1500〜3500SCF/B(フロースルー反応器)、およびLHSV0.1〜10、好ましくは0.2〜2.0が含まれる。脱ロウは、典型的には、初留点範囲650〜750°Fを有する水素異性化油の40重量%以下、好ましくは30重量%以下を、その初留点未満で沸騰する物質へ転化するように行われる。
GTL基材、水素化脱ロウまたは水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材は、従来のAPIグループIIおよびグループIII基材に勝る有利な動粘度の利点を有する。これは、そのために、本発明と共に非常に好都合に用いられてもよい。これらのGTL基材および基油は、実質的により高い動粘度(100℃)約20〜50mm/秒以下を有することができ、一方比較すると、市販グループII基油は、動粘度(100℃)約15mm/秒以下を有することができ、市販グループIII基油は、動粘度(100℃)約10mm/秒以下を有することができる。より高い動粘度範囲のGTL基材および基油は、より限定された動粘度範囲のグループIIおよびグループIII基材および基油と比べて、本発明との組み合わせで、潤滑油組成物を処方する際に更なる有益な利点をもたらすことができる。
本発明においては、水素化脱ロウ油の混合物または水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウ油基材、GTL基材の混合物、或いはそれらの混合物、好ましくはGTL基材の混合物は、基油の全て、またはその一部を構成することができる。
これらのワックス質原料誘導基材および基油の一種以上は、GTL物質および/または他のワックス質原料物質から誘導されるが、これは、同様に、そのように、または更に、鉱油素材の他の基材および基油、天然油、および/または合成基油との組み合わせで用いられることができる。
GTL基材/基油、および/または水素化脱ロウおよび/または水素異性化/接触(または溶剤)脱ロウワックス誘導基材/基油、好ましくはF−Tワックスの水素異性化によって得られるGTL基油/基材、より好ましくはF−Tワックスの水素化脱ロウによって得られるGTL基油/基材は、全基油の5〜100重量%、好ましくは40〜100重量%、より好ましくは70〜100重量%を構成することができ、用いられる量は、当業者に任せられる。
GTL物質および/またはワックス質原料から誘導される好ましい基材または基油は、主にパラフィン質組成物を有するものとして特徴付けられ、更に、高い飽和分レベル、低〜ゼロの硫黄、低〜ゼロの窒素、低〜ゼロの芳香族を有するものとして特徴付けられる。これは、本質的に色相が無色透明である。
好ましいGTL液体炭化水素組成物は、パラフィン質炭化水素成分を含むものである。その際、メチル水素のパーセントによって測定される分枝の程度(BI)、および末端基または分枝から炭素4個以上離れた反復メチレン炭素のパーセントによって測定される分枝近接(CH≧4)は、(a)BI−0.5(CH≧4)>15、および(b)BI+0.85(CH≧4)<45(前記液体炭化水素組成物を全体として測定される)である。
好ましいGTL基油は、更に、必要に応じて、芳香族炭化水素0.1重量%未満、窒素含有化合物20wppm未満、硫黄含有化合物20wppm未満、流動点−18℃未満、好ましくは−30℃未満、好ましいBI≧25.4および(CH≧4)≦22.5を有するものとして特徴付けられることができる。それらは、名目沸点370℃を有し、平均してそれらは、平均してヘキシルまたはそれより長い分枝10個未満/炭素原子100個であり、平均してメチル分枝16個超/炭素原子100個を有する。それらはまた、動粘性(CCS(−40℃)によって測定される)、および動粘度(100℃で測定される)の組み合わせによって特徴付けられることができる。これは、式:DV(−40℃)<2900(KV100℃)−7000で表される。
好ましいGTL基油はまた、分枝パラフィンの混合物を含むものとして特徴付けられる。これは、潤滑基油が分枝パラフィンの混合物少なくとも90%を含むという点で特徴付けられる。その際、前記分枝パラフィンは、炭素鎖長約C20〜約C40、分子量約280〜約562、沸点範囲約650°F〜約1050°Fを有するパラフィンであり、しかも前記分枝パラフィンは、アルキル分枝4個以下を含み、更に前記分枝パラフィンの遊離炭素指数は、少なくとも約3である。
上記においては、分枝指数(BI)、分枝近接(CH≧4)、および遊離炭素指数(FCI)は、次のように決定される。
分枝指数
359.88MHz 1H溶液のNMRスペクトルを、CDCl中10%溶液を用いて、Bruker360MHz AMX分光計で得た。TMSは、内部化学シフト基準である。CDCl溶液は、7.28に位置するピークを示す。全スペクトルは、90゜パルス(10.9μ秒)、パルス遅延時間30秒(最長の水素スピン格子緩和時間(T)の少なくとも5倍である)、および良好なS/N比を確保するための120スキャンを用いる定量条件下で得られる。
H原子タイプを、次の領域に従って定義する。即ち、
9.2〜6.2ppm(芳香族環の水素)
6.2〜4.0ppm(オレフィン炭素原子の水素)
4.0〜2.1ppm(芳香族環のα位におけるベンジル水素)
2.1〜1.4ppm(パラフィン質CHのメチン水素)
1.4〜1.05ppm(パラフィン質CHのメチレン水素)
1.05〜0.5ppm(パラフィン質CHのメチル水素)
である。
分枝指数(BI)は、非ベンジルメチル水素(0.5〜1.05ppm)/全非ベンジル脂肪族水素(0.5〜2.1ppm)の比(%)として計算される。
分枝近接(CH≧4)
90.5MHzのCMRの単一パルス、および135個の分極移動による無歪み増強(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)(DEPT)NMRスペクトルを、CDCL中10%溶液を用いるBrucker360MHz AMX分光計で得る。TMSは、内部化学シフト基準である。CDCL溶液は、13Cスペクトルにおける77.23ppmに位置する三重線を示す。全ての単一パルススペクトルは、45゜パルス(6.3μ秒)、試料の完全な緩和を確保するためのパルス遅延時間60秒(最長の炭素スピン格子緩和時間(T)の少なくとも5倍である)、良好なS/N比を確保するための200スキャン、およびWALTZ−16プロトンデカップリングを用いる定量条件下で得られる。
C原子タイプCH、CH、およびCHは、135DEPT13CNMR実験から同定される。全13CNMRスペクトルにおける主CH共鳴(≒29.8ppm)は、末端基または分枝から四個以上離れた等価反復メチレン炭素による(CH>4)。分枝のタイプは、主に、分枝の端部におけるメチル炭素か、または分枝のメチルから一個離れたメチレン炭素に対する13C化学シフトに基づいて決定される。
遊離炭素指数(FCI)。FCIは、炭素の単位で表され、イソパラフィン中の炭素数の尺度である。これは、末端炭素から炭素少なくとも5個に位置し、側鎖から炭素4個離れている。末端メチルまたは分枝炭素を「1」として数えると、FCIの炭素は、直鎖末端メチルまたは分枝メタン炭素のいずれかから、5番目以上の炭素である。これらの炭素は、13Cスペクトルの29.9ppm〜29.6ppmに現れる。それらは、次のように測定される。
a)試料中の分子の平均炭素数を計算する。これは、潤滑油物質については、試料油の分子量を14(CHの式重量)で単に除することによって十分な精度で達成される。
b)全13C積分面積(チャート区分または面積計数)を、操作a)からの平均炭素数で除して、試料中の積分面積/炭素を得る。
c)試料の29.9ppm〜29.6ppmの面積を測定する。
d)操作b)からの積分面積/炭素で除して、FCIを得る。
分枝の測定は、いかなるフーリエ変換NMR分光計をも用いて行われることができる。好ましくは、測定は、7.0T以上の磁石を有する分光計を用いて行われる。全ての場合に、質量分光計、UV、またはNMR測定によって、芳香族炭素が含まれないことを検証した後、スペクトル幅は、飽和炭素領域(約0〜80ppm、対TMS(テトラメチルシラン))に限定された。クロロホルム−dl中15〜25重量%の溶液が、45゜パルスによって、続いて0.8秒の捕捉時間によって励起された。不均一な強度データを最小にするために、プロトンデカップラーが、励起パルスの前の10秒遅れの間、および捕捉中にゲートオフされた。全実験時間は、11〜80分の範囲であった。DEPTおよびAPTシーケンスは、若干の変更を伴って、文献記載に従って行われた。これは、VarianまたはBrukerの操作マニュアルに記載される。
DEPTは、分極移動による無歪み増強(Distortionless Enhancement by Polarization Transfer)である。DEPTは、第四級を示さない。DEPT45シーケンスは、プロトンに結合された全ての炭素に対する信号を示す。DEPT90は、CH炭素のみを示す。DEPT135は、CHおよびCHがアップであることを示し、CH180゜は、相の外(ダウン)である。APTは、付属プロトン試験(Attached Proton Test)である。全ての炭素がわかることが可能であるが、CHおよびCHがアップの場合には、第四級およびCHはダウンである。シーケンスは、全ての分枝メチルが対応するCHを有するべきであり、メチルは化学シフトおよび相によって明らかに同定されるという点で有用である。各試料の分枝特性は、全試料がイソパラフィン質であるという計算の仮定を用いて、13CNMRによって決定される。補正は、n−パラフィンまたはシクロパラフィンに対してはなされない。これらは、油試料中に種々の量で存在してもよい。シクロパラフィンの含有量は、電界イオン化質量分光計(FIMS)を用いて測定される。
アルキレンオキシドポリマーおよびコポリマー、並びに変性末端ヒドロキシル基を含むそれらの誘導体(例えばエステル化またはエーテル化によって得られる)は、有用な合成潤滑油である。例として、これらの油は、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド、これらのポリオキシアルキレンポリマーのアルキルおよびアリールエーテル(例えば、平均分子量約1000を有するメチル−ポリイソプロピレングリコールエーテル、分子量約500〜1000を有するポリエチレングリコールのジフェニルエーテル、および分子量約1000〜1500を有するポリプロピレングリコールのジエチルエーテル)、またはそれらのモノおよびポリカルボン酸エステル(例えば、テトラエチレングリコールの酸性酸エステル、混合C3〜8脂肪酸エステル、またはC13オキソ酸ジエステル)の重合によって得られてもよい。
エステルは、有用な基材を構成する。添加剤の溶解性およびシールの親和性の特性は、エステルを用いることによって確保されてもよい。二塩基酸とモノアルカノールとのエステル、およびモノカルボン酸のポリオールエステルなどである。前者のタイプのエステルには、例えば、ジカルボン酸(フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸、アルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノール酸二量体、マロン酸、アルキルマロン酸、アルケニルマロン酸等など)と、種々のアルコール(ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール等など)とのエステルが含まれる。これらのタイプのエステルの特定の例には、ジブチルアジペート、ジ(2−エチルヘキシル)セバケート、ジ−n−ヘキシルフマレート、ジオクチルセバケート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソデシルアゼレート、ジオクチルフタレート、ジデシルフタレート、ジエイコシルセバケート等が含まれる。
特に有用な合成エステルは、一種以上の多価アルコール(好ましくは、ネオペンチルポリオールなどのヒンダ−ドポリオール、例えばネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、およびジペンタエリトリトール)を、炭素原子少なくとも約4個を含むアルカン酸(好ましくは、C5〜30酸、例えば、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、およびベヘン酸を含む飽和直鎖脂肪酸または対応する分枝鎖脂肪酸、或いは不飽和脂肪酸(オレイン酸など)など)と反応させることによって得られるものである。
適切な合成エステル成分には、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、トリメチロールエタン、ペンタエリトリトール、および/またはジペンタエリトリトールと、炭素原子約5〜約10個を含む一種以上のモノカルボン酸とのエステルが含まれる。
ケイ素ベースの油は、有用な合成潤滑油の他の種類である。これらの油には、ポリアルキル−、ポリアリール−、ポリアルコキシ−、およびポリアリールオキシ−シロキサン油およびシリケート油が含まれる。適切なケイ素ベースの油の例には、テトラエチルシリケート、テトライソプロピルシリケート、テトラ−(2−エチルヘキシル)シリケート、テトラ−(4−メチルヘキシル)シリケート、テトラ−(p−tert−ブチルフェニル)シリケート、ヘキシル−(4−メチル−2−ペントキシ)ジシロキサン、ポリ(メチル)シロキサン、およびポリ−(メチル−2−メチルフェニル)シロキサンが含まれる。
合成潤滑油の他の種類は、リン含有酸のエステルである。これらには、例えば、トリクレジルホスフェート、トリオクチルホスフェート、デカンホスホン酸のジエチルエステルが含まれる。
他の種類の油には、高分子テトラヒドロフラン、それらの誘導体などが含まれる。
本ガスエンジン潤滑油の必要な成分は、一種以上の中性/低TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属アルキルサリチレート、またはアルキルフェネート清浄剤、或いは中性/低TBNおよび過塩基/高TBNのそれらの混合物、任意に、一種以上の更なる中性/低TBNおよび/または過塩基/高TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属アルキルフェネートまたはアルキルサリチレート清浄剤、好ましくは、用いられる各金属塩が、用いられる他の金属塩または金属塩清浄剤の群と比べて、異なるTBNを有する場合には、清浄剤は、潤滑油処方物中に、仕上げ潤滑油処方物の硫酸灰含有量約0.1質量%〜約2.0質量%、好ましくは約0.1〜1.5質量%、より好ましくは約0.1〜約1.0質量%、最も好ましくは約0.1〜0.7質量%を達成するのに十分な量で用いられる。
中性/低TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属アルキルサリチレート、またはアルキルフェネートのTBNは、約150mgKOH/g以下、好ましくは約120mgKOH/g以下、最も好ましくは約100mgKOH/g以下であり、一方過塩基性/高TBNのアルカリまたはアルカリ土類金属アルキルサリチレート、またはアルキルフェネートのTBNは、約160mgKOH/g以上、好ましくは約190mgKOH/g以上、最も好ましくは約250mgKOH/g以上である。TBNは、ASTM D−2896によって測定される。
清浄剤、または清浄剤の混合物は、潤滑油処方物へ、清浄剤または清浄剤混合物中の活性成分を基準として約10体積%以下、好ましくは活性成分を基準として約8体積%以下、より好ましくは清浄剤または清浄剤混合物中の活性成分を基準として約6体積%以下、最も好ましくは清浄剤または清浄剤混合物中の活性成分を基準として約1.5〜5.0体積%の量で添加される。
活性成分とは、処方物において、銘柄の清浄剤または清浄剤混合物化学物質を実際に構成する添加剤の量を意味し、いかなる希釈油も殆ど、物質中には含まれない。添加剤は、典型的には、製造業者によって供給され、希釈油(通常は軽質油)中に溶解、懸濁、または混合されて、添加剤がより好都合な液体の形態でもたらされる。混合物中の活性成分は、希釈油を除いた物質中の実際の所望化学物質の量である。
有機モリブデン錯体としては、有機モリブデンジチオカルバメート、有機モリブデンジチオホスフェート、および有機モリブデン−窒素錯体が使用されることができる。これは、元素モリブデン約25wppm〜約2000wppm、好ましくは約25wppm〜約500wppm、最も好ましくは約50wppm〜約300wppmを与えるのに十分な量で処方物中に存在する。
本発明に従って潤滑油組成物に組込まれるべきモリブデンジチオカルバメートとしては、次式で表される化合物が使用されてもよい。
Figure 2009516061
[式中、RおよびRは、独立に、炭素原子8〜18個を有する炭化水素基であり、同じであってもまたは同じでなくてもよく、mおよびnは、正の整数である。但し、M+n=4である]
炭素原子8〜18個を有し、一般式のRおよびRによって表される炭化水素基の例には、炭素原子8〜18個を有するアルキル基、炭素原子8〜18個を有するアルケニル基、炭素原子8〜18個を有するシクロアルキル基、炭素原子8〜18個を有するアリール基、アルキルアリール基、およびアリールアルキル基などの炭化水素基が含まれる。上記のアルキルおよびアルケニル基は、線状であるか、または分枝されてもよい。本発明の潤滑油組成物においては、RおよびRによって表される炭化水素基は、炭素原子8個を有することが特に好ましい。
およびRによって表される炭化水素基の特定の例には、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、オクテニル、ノネイル(noneyl)、デセニル、ウンデセニル、ドデセニル、トリデセニル、テトラデセニル、ヘキサデセニル、オクタデセニル、ジメチルシクロヘキシル、エチルシクロヘキシル、メチルシクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル、プロピルシクロヘキシル、ブチルシクロヘキシル、ヘプチルシクロヘキシル、ジメチルフェニル、メチルベンジル、フェネチル、ナフチル、およびジメチルナフチル基が含まれる。
本発明に従って潤滑油に組込まれるべきモリブデンジチオホスフェートとしては、次式で表される化合物が使用されてもよい。
Figure 2009516061
[式中、R、R、R、およびRは、炭素8〜18個を含む同じかまたは異なるヒドロカルビル基であり、Xは酸素または硫黄であり、好ましくはR〜Rは、C〜C18アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルキルアリール、アラルキルであり、より好ましくはアルキルであり、最も好ましくはC〜C10アルキルである]
本明細書および添付の特許請求の範囲において、本発明で有用な特定のモリブデン錯体を定義するのに用いられる用語「有機モリブデン−窒素錯体」は、特許文献82に記載される有機モリブデン−窒素錯体を包含する。錯体は、脂肪油、ジエタノールアミン、およびモリブデン素材の反応生成物である。特定の化学構造は、錯体とされていない。特許文献82には、その発明の典型的な反応生成物の赤外スペクトルが報告される。即ち、スペクトルには、1740cm−1にエステルカルボニルバンド、および1620cm−1にアミドカルボニルバンドが同定される。脂肪油は、炭素原子少なくとも12個〜炭素原子22個以下か、またはそれ以上を含むより高級な脂肪酸のグリセリルエステルである。モリブデン素材は、酸素含有化合物である。モリブデン酸アンモニウム、酸化モリブデン、および混合物などである。
本発明で用いられることができる他の有機モリブデン錯体は、特許文献83に記載される3核モリブデン−硫黄化合物および特許文献84に記載されるモリブデン錯体である。
処方物はまた、一種以上の通常に用いられる添加剤を含んでもよい。従って、引用の清浄剤に加えて、油組成物は、一種以上の酸化防止剤(フェノール、アミン、またはその他)、粘度指数向上剤、流動点降下剤、耐磨耗/極圧剤、消泡剤、染料、金属不活性化剤、更なる清浄剤、分散剤等を含むことができる。好ましくは、処方物に添加されるいかなる更なる添加剤も、無灰または低灰、最も好ましくは無灰である。更に、将来のより厳しい処方油規格を満足するためには、いかなる更なる添加剤もまた、好ましくは、低硫黄および低リン含有量のものであるべきであるか、或いは従来のもの、または高い硫黄および/またはリン含有量のものである場合には、低濃度で用いられるべきである。その結果、仕上げ処方潤滑油は、P約1,500wppm以下、好ましくはP約1,000wppm以下、より好ましくはP約500wppm以下、最も好ましくはP約300wppm以下、およびS約0.8重量%以下、好ましくはS約0.5重量%以下、最も好ましくはS約0.2重量%以下を有する。
本発明で有用な酸化防止剤は、フェノール(例えば、ジ−tert−ブチルフェノールなどのo,o’ジ−tert−アルキルフェノール)またはアミン(例えば、ジブチル、オクチルブチル、またはジオクチルジフェニルアミンなどのジアルキルジフェニルアミン)タイプのもの、或いはそれらの混合物であってもよい。これらは、ピークのエンジン運転温度で実質的に非揮発性であるべきである。「実質的に非揮発性」とは、約150℃、好ましくは約175℃、最も好ましくは約200℃以上で揮発分が10%未満であることを意味する。本明細書で用いられる用語「フェノールタイプ」には、一つ以上の水酸基を芳香族環に結合されて有する化合物が含まれる。これは、それ自体、単核(例えば、ベンジル)か、または多核(例えば、ナフチルおよびスピロ芳香族化合物)であってもよい。従って、「フェノールタイプ」には、フェノール自体、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ナフトール等、並びにそれらのアルキルまたはアルケニルおよび硫化アルキルまたはアルケニル誘導体、並びにビスフェノールタイプの化合物(アルキレンブリッジまたは硫黄または酸素ブリッジによって架橋されたこれらのビ−フェノール化合物を含む)が含まれる。アルキルフェノールには、モノ−およびポリ−アルキルまたはアルケニルフェノール(アルキルまたはアルケニル基は、炭素約3〜100個、好ましくは炭素4〜50個を含む)、およびそれらの硫化誘導体が含まれる。その際、芳香族環に存在するアルキルまたはアルケニル基の数は、1個から、芳香族環に結合された水酸基の数を数えた後に残る芳香族環の利用可能な充足されてない原子価までの範囲である。
一般に、従って、「フェノールタイプ」の酸化防止剤は、次の一般式によって表されてもよい。
(R)―Ar―(OH)
[式中、Arは、
Figure 2009516061
からなる群から選択され、
式中、RはC〜C100アルキルまたはアルケニル基、硫黄置換アルキルまたはアルケニル基、好ましくはC〜C50アルキルまたはアルケニル基または硫黄置換アルキルまたはアルケニル基、より好ましくはC〜C100アルキルまたは硫黄置換アルキル基、最も好ましくはC〜C50アルキル基であり、R′は、C〜C100アルキレン基、硫黄置換アルキレン基、好ましくはC〜C50アルキレンまたは硫黄置換アルキレン基、より好ましくはC〜C20アルキレンまたは硫黄置換アルキレン基であり、yは1から、Arの利用可能な原子価までの範囲であり、xは0から、Ar−yの利用可能な原子価までの範囲であり、zは1〜10の範囲であり、nは0〜20の範囲であり、mは0〜4であり、pは0または1であり、好ましくはyは1〜3の範囲であり、xは0〜3の範囲であり、zは1〜4の範囲であり、nは0〜5の範囲であり、pは0である]
最も好ましくは、フェノールは、ジイソプロピルフェノール、ジ−tert−ブチルフェノール、ジ−tert−ブチルアルキル化フェノールなどのヒンダードフェノールであり、その際アルキル置換基は、ヒドロカルビルであり、炭素原子1〜20個を含む。2,6ジ−tertブチル−4メチルフェノール、2,6−ジ−tertブチル−4−エチルフェノール等、または2,6ジ−tertブチル4−アルコキシフェノールなどである。
フェノールタイプの酸化防止剤は、潤滑油工業においては、および当業者には周知である。上記のものは、あくまで例示として示され、本発明で用いられることができるフェノール酸化防止剤のタイプに関しては全く限定がない。
アミンタイプの酸化防止剤には、ジアリールアミンおよびチオジアリールアミンが含まれる。適切なジアリールアミンには、ジフェニルアミン;フェニル−α−ナフチルアミン;フェニル−β−ナフチルアミン;α−α−ジ−ナフチルアミン;β−β−ジナフチルアミン;またはα−β−ジナフチルアミンが含まれる。適切な酸化防止剤はまた、ジアリールアミンである。その際、アリール基の一つまたは両方は、例えば炭素原子1〜12個を含む線状または分枝アルキル基でアルキル化される。ジエチルジフェニルアミン;ジオクチルジフェニルアミン、メチルフェニル−α−ナフチルアミン;フェニル−β−(ブチルナフチル)アミン;ジ(4−メチルフェニル)アミンまたはフェニル(3−プロピルフェニル)アミン、オクチル−ブチル−ジフェニルアミン、ジオクチルジフェニルアミン、オクチル−、ノニル−ジフェニルアミン、ジノニルジフェニルアミン、およびそれらの混合物などである。
適切なチオジアリールアミンには、フェノチアジン、アルキル化フェノチアジン、フェニルチオ−α−ナフチルアミン;フェニルチオ−β−ナフチルアミン;α−α−チオジナフチルアミン;β−β−チオジナフチルアミン;フェニルチオ−α(メチルナフチル)アミン;チオ−ジ(エチルフェニル)アミン;(ブチルフェニル)チオフェニルアミンが含まれる。
他の適切な酸化防止剤には、次式のs−トリアジンが含まれる。
Figure 2009516061
[式中、R、R、R10、R11は水素、C〜C20ヒドロカルビルまたはピリジルであり、RはC〜Cヒドロカルビル、C〜C20ヒドロカルビルアミン、ピリジル、またはピリジルアミンである]
必要に応じて、酸化防止剤の混合物が、本発明の潤滑油組成物中に存在してもよい。用いられる従来の酸化防止剤または酸化防止剤混合物の全量は、あるとしても、活性成分約0.05〜3.0体積%、好ましくは約0.1〜2.0体積%、最も好ましくは約0.5〜2.0体積%の範囲である。
本発明で有用な粘度指数向上剤には、強化された粘度特性を仕上げ油へ付与し、一般に、分子量(Mw)約2,000〜1,000,000、好ましくは約50,000〜200,000を有する炭化水素ベースのポリマーであるいかなるポリマーも含まれる。粘度指数向上剤ポリマーには、典型的には、オレフィンコポリマー(例えば、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−(イソ−)ブチレンコポリマー、プロピレン−(イソ−)ブチレンコポリマー、エチレン−ポリアルファオレフィンコポリマー、ポリメタクリレート);スチレン−ジエンブロックコポリマー(例えば、スチレン−イソプレンコポリマー)、および星型コポリマーが含まれる。粘度指数向上剤は、単官能性または多官能性であってもよい。二次的な潤滑油性能の特徴(分散性、流動点降下等など)を与える置換基を含むものなどである。
粘度指数向上剤は、潤滑油工業において、および当業者にとって周知の潤滑剤である。上記のものは、あくまで例として示され、本発明で用いられることができる粘度指数向上剤のタイプに関しては全く限定するものとして示されない。
用いられる粘度指数向上剤の量は、それが単官能性または多官能性であるとしても、典型的には、活性成分ベースで約0.05〜8体積%、好ましくは約0.1〜4体積%、最も好ましくは約0.3〜2体積%の量にある。
完全処方潤滑油は、他の更なる典型的な添加剤を含んでもよい。これは、当業者に知られ、入手したままの状態で用いられる。
従って、完全処方油は、コハク酸イミドによって一般に表されるタイプの分散剤を含んでもよい(例えば、PIBSAの分子量約700〜2500を有するポリイソブチレンコハク酸/無水物(PIBSA)−ポリアミン)。分散剤は、ホウ素化されるか、または非ホウ素化されてもよい。分散剤は、約0.5〜8体積%の量、より好ましくは約1〜6体積%の量、最も好ましくは約2〜4体積%の量で存在することができる。
金属不活性化剤は、アリールチアジン、チアゾール、またはアルキル置換ジメルカプトチアジアゾール(DMTD)、或いはそれらの混合物のものであってもよい。金属不活性化剤は、約0.01〜0.2体積%の量、より好ましくは約0.02〜0.15体積%の量、最も好ましくは約0.05〜0.1体積%の量で存在することができる。
金属ジチオホスフェート(例えば、亜鉛ジアルキルジチオホスフェート(ZDDP))、金属ジチオカルバメート、金属キサンテート、またはトリクレジルホスフェートなどの耐磨耗剤が含まれてもよい。耐磨耗剤は、約0.05〜1.5体積%の量、より好ましくは約0.1〜1.0体積%の量、最も好ましくは約0.2〜0.5体積%の量で存在することができる。
ポリ(メタ)アクリレート、またはアルキル芳香族ポリマーなどの流動点降下剤が含まれてもよい。流動点降下剤は、約0.05〜0.6体積%の量、より好ましくは約0.1〜0.4体積%の量、最も好ましくは約0.2〜0.3体積%の量で存在することができる。
シリコーン消泡剤などの消泡剤は、約0.001〜0.2体積%の量、より好ましくは約0.005〜0.15体積%の量、最も好ましくは約0.01〜0.1体積%の量で存在することができる。
潤滑油添加剤は、一般に非特許文献5に、および非特許文献6にも記載される。これらの開示は、参照により本明細書に援用される。
本発明は、更に、次の限定しない実施例および比較例で説明される。
実験
社内専有デポジットスクリーン試験を、クランクケース油のデポジット傾向を測定するのに用いた。この試験は、適切にエンジンン条件をまねて、デポジットがバルブ上およびピストンリングゾーンに引起こされるように開発された。即ち、過酷な現場条件において、良および不良のデポジット制御が良好に確立された市販油を、試験を開発するのに用いた。選ばれた最終条件および試験方法は、これらの市販参照油について、優れた油性能の識別能力および繰返し性を達成した。スクリーン試験は、秤量された金属片上に蓄積する潤滑油誘導デポジットの重量を、高温、試験時間、および金属表面−油の接触の条件下で測定する。
低灰ガスエンジン油(硫酸灰0.3〜0.6質量%)は、世界的に、中および高速定置ガスエンジン油市場の最大の部分の1つであるが、これは、鉱油基材系を包含して、デポジットスクリーン試験で評価された。これは、表2、3および4に報告される。参照油、並びに比較油1および2は、知られた現場性能を有する現行の商業技術の油を表す。参照油1、比較油1および2は全て、低灰ガスエンジン油であり、APIグループII基材系を含む。比較油3および4は、APIグループII基材を用いる成分処方物である。参照油1は、現場では、不十分なデポジットレベルをもたらすと認められており、一方比較油1および2は、現場では、少なくとも満足すべきデポジット制御を示している。スクリーン試験の結果は、参照油1に対して過度のデポジット蓄積(47.6mg)を示し、パネル表面の約90%が、黒色の炭素質デポジットによって被覆された。比較油1および2に対するいくらかより少ないデポジット重量(それぞれ、20.3および28.8mg)は、それぞれ、デポジットによって被覆されたパネル表面約50%および80%を伴った。比較油1に対する第二の結果の23.2mgは、この試験の良好な繰返し性を示す。明らかに、試験は、知られた良および不良の現場性能を有する油間で、良好な定量的および目視の識別力を示す。
本発明の実施例1〜5は、成分ベースの低灰処方物である。これは、成分の組み合わせによる。即ち、金属清浄剤、無灰清浄剤、ZDDP、無灰酸化防止剤、粘度指数向上剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、および消泡剤を含む。用いられる清浄剤系は、金属サリチレート清浄剤を、一種または二種の更なる添加剤(その一種は、第一の金属サリチレートとは異なるTBNのものである)と組み合わせて含んだ。加えて、種々の油溶性有機金属モリブデン錯体が、表2における本発明の実施例に含まれた。即ち、これらは、元素モリブデン約100wppm〜約300wppmを最終油組成物へ与える処理割合で、モリブデンジチオホスフェート、モリブデンジチオカルバメート、およびモリブデン−窒素化合物錯体からなった。表2の五つの本発明の実施例の処方物のそれぞれは、意外にも、低いデポジット重量(7〜10mg)、および目視で決定されたパネル表面のデポジット被覆率約30%〜約40%を示した。即ち、参照油および比較油によって示されるより、はるかに少ない試験片表面のデポジット被覆率であり、本発明のはるかにより清浄なパネル表面である。
Figure 2009516061
表3における本発明の実施例6および7はまた、成分ベースの低灰処方物である。これは、しかし、表2に比較して、低TBNのカルシウムサリチレート清浄剤の処理比率がより高く、過塩基カルシウム清浄剤が異なる。再度、モリブデンジチオカルバメートを、(元素モリブデン約150ppmを油組成物へ与えるのに十分な量で)を包含することにより、非常に低いデポジット重量約7mgがもたらされ、また、パネル表面の単に約20%〜25%が、炭素質デポジットで被覆された(比較:本発明の実施例1〜5のパネル表面の被覆率30%〜40%)。従って、これは、本発明の実施例6および7における清浄剤の選択は、同様に、有機金属モリブデン錯体のデポジット低減の利点を強化したことを示す。
Figure 2009516061
本発明の実施例1、2、3、4、5、6、および7は、例外的なデポジット制御を、現行の商業技術のそれを超えて、および低灰レベル(即ち、金属清浄剤系処理)に対して予測されることができたものを超えてもたらす。有機金属モリブデン錯体は、改良された摩擦、EP/耐磨耗性能、およびいくらかの酸化防止性をもたらすそれらの能力が知られるが、上記の本発明の実施例に含まれるこれらの分子は、予想外に、デポジット制御を、従来の酸化防止剤から、および清浄剤の選択と可能な処理から入手可能なものを超えて強化した。
表4に報告された結果は、清浄剤の選択が、本発明の重要な局面であることを示す。比較油3および4、並びに本発明の実施例8〜10は全て、実質的に、同じカルシウムレベルおよび同じ処理のモリブデンジチオカルバメート(元素モリブデン150wppmを与える)を有する。比較油3および4はそれぞれ、単に、異なる過塩基の清浄剤(それぞれ、フェネートおよびサリチレート)を用い、デポジットレベルは、少なくとも、参照油のそれらと同程度に高かった。従って、清浄剤およびモリブデンジチオカルバメートが存在するにも係らず、デポジット制御は、非常に不十分であった。対照的に、本発明の実施例8〜10は、非常に低いデポジットレベルを示した。特には、それぞれ単に一種の(しかし異なる)低TBNの清浄剤を用いた8および10である。事実、実施例8および10は、これまでに見られた最良の結果を示し、パネル表面の単に10〜15%が、炭素質デポジットで被覆された。従って、本発明は、清浄剤系の少なくともいくつかが、有機金属モリブデン錯体との組み合わせで、低TBNのものであることを必要とする。
本発明の実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、および10は、例外的なデポジット制御を、現行の従来技術のものを超えて、および低灰レベル(即ち、金属清浄剤系処理)に対して予測されることができたものを超えてもたらす。有機金属モリブデン錯体は、改良された摩擦、EP/耐磨耗性能、およびいくらかの酸化防止性をもたらすそれらの能力が知られるが、実施例に記載された正しい清浄剤の選択で組合された場合には、強化されたデポジット制御が、現行の市販潤滑油から入手可能なものを超えて達成される。
Figure 2009516061

Claims (18)

  1. 持続的な高負荷条件下で用いられる潤滑油組成物のデポジット耐性を強化する方法であって、前記潤滑油組成物の基材油に組み合わせ添加剤を添加する工程を含み、
    前記組み合わせ添加剤は、
    少量の清浄剤;および
    元素モリブデン25wppm〜2000wppmを最終の前記潤滑油組成物中に与えるのに十分な少量の有機モリブデン錯体
    を含み、
    前記清浄剤は、最終潤滑油組成物の硫酸灰含有量0.1質量%〜2.0質量%を達成するのに十分な、アルキルサリチレートおよび/またはアルキルフェネートのアルカリおよび/またはアルカリ土類金属塩を必須成分として含み、
    前記金属塩は、一種以上の中性/低TBNであるもの、および/または中性/低TBNであるものと過塩基性/高TBNであるものの混合物である
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記基材油は、動粘度(100℃)5〜20mm秒を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記基材油は、動粘度(100℃)5〜16mm秒を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記基材油は、動粘度(100℃)9〜13mm秒を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記基材油は、一種以上の天然、合成または非従来の基材油であることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  6. 前記基材油は、天然PAO、エステル、アルキル芳香族、GTL、ワックス異性化油よりなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記中性/低TBNの清浄剤は、TBN150mgKOH/g以下を有し、前記過塩基性/高TBNの清浄剤は、TBN160mgKOH/g以上を有することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  8. 前記中性/低TBNの清浄剤は、TBN150mgKOH/g以下を有し、前記過塩基性/高TBNの清浄剤は、TBN160mgKOH/g以上を有することを特徴とする請求項6に記載の方法。
  9. 前記有機モリブデン錯体は、有機モリブデンジチオカルバメート、有機モリブデンジチオホスフェート、有機モリブデン−窒素錯体よりなる群から選択される一種以上であることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  10. 前記有機モリブデン錯体は、元素モリブデン25wppm〜500wppmを与えるのに十分な量で存在することを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  11. 前記有機モリブデン錯体は、元素モリブデン50wppm〜300wppmを与えるのに十分な量で存在することを特徴とする請求項9に記載の方法。
  12. 前記潤滑油組成物は、一種以上の他の添加剤を更に含み、前記他の添加剤は、酸化防止剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、耐磨耗/極圧剤、消泡剤、染料、金属不活性化剤、更なる清浄剤、分散剤を含むことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  13. 前記潤滑油組成物は、一種以上の他の添加剤を更に含み、前記他の添加剤は、酸化防止剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、耐磨耗/極圧剤、消泡剤、染料、金属不活性化剤、更なる清浄剤、分散剤を含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  14. 前記潤滑油組成物は、定置ガスエンジン油、定置ディーゼルエンジン油、機関車ディーゼルエンジン油、舶用ディーゼルエンジン油であることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の方法。
  15. 前記アルカリおよび/またはアルカリ土類金属アルキルサリチレートおよび/またはアルキルフェネートは、最終の潤滑油における硫酸灰含有量0.1〜1.0質量%を達成するのに十分な量で存在することを特徴とする請求項1、2、3、または4に記載の方法。
  16. 前記アルカリおよび/またはアルカリ土類金属アルキルサリチレートおよび/またはアルキルフェネートは、最終の潤滑油における硫酸灰含有量0.1〜0.7質量%を達成するのに十分な量で存在することを特徴とする請求項1、2、3、または4に記載の方法。
  17. 前記一種以上の他の添加剤は、無灰添加剤であることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  18. 前記一種以上の他の添加剤は、無灰添加剤であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
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