JP2010516865A - 耐摩耗剤およびその潤滑組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐摩耗剤およびその潤滑組成物に関する。本発明はさらに、動力伝達系路デバイスを潤滑するための方法もしくは上記耐摩耗剤を含む潤滑組成物を使用することによるグリース適用を提供する。
潤滑組成物を使用するデバイスの耐久性もしくは耐摩耗性に影響を及ぼす重要なパラメーターのうちの1つは、負荷および速度の種々の条件下で、適切な保護を有するデバイスを提供するにおける、リン耐摩耗剤もしくは極圧添加剤の有効性である。しかし、上記リン耐摩耗剤もしくは極圧添加剤の多くは、硫黄を含む。増大しつつある環境的懸念に起因して、耐摩耗剤もしくは極圧添加剤中の硫黄の存在は、望ましくないものになりつつある。さらに、上記硫黄含有耐摩耗剤もしくは極圧添加剤の多くは、揮発性硫黄種を放出し、臭気を有する耐摩耗剤もしくは極圧添加剤を含む潤滑組成物を生じ、これはまた、環境に対して有害であり得るか、またはますます厳重になっている健康および安全性の法律が明記するより高い可能性がある排出物質(emission)を放出し得る。
一実施形態において、本発明は、以下を含む潤滑組成物を提供する:潤滑粘性の油;および(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル(a hydroxy−substituted di−ester of phosphoric acid)、または(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステル(a phosphorylated hydroxy−substituted di− or tri− ester of phosphoric acid)のいずれかの硫黄非含有アミン塩。
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−(例えば、RO(R’O)P(O)−CH2CH(CH3)−)によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただし、x=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし(m+n)の和は、約4に等しく;
Mは金属イオンであり;
tは、約1〜約4(もしくは約1〜約2)で変動する整数であり;そして
qおよびeは、有理数であり、その合計は、tを満たすために完全原子価を提供し、ただしqは、約0.1〜約1.5(もしくは約0.1〜約1)の範囲内であり、eは、約0〜約0.9の範囲内である。
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−(例えば、RO(R’O)P(O)−CH2CH(CH3)−)によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただしx=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし(m+n)の和は、約4に等しい。
(a)(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル;および(ii)酸素含有無機リン化合物を反応させて、酸性リン化合物を形成する工程;ならびに
(b)上記酸性リン化合物とアミンとを反応させる工程。
アミンと、(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル、もしくは(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルのいずれかとを反応させる工程。
(a)式(1a)によって表されるリン化合物のアミン塩:
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−(例えば、RO(R’O)P(O)−CH2CH(CH3)−)によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただしx=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし(m+n)の和は、約4に等しく;
(b)アミンと、(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル、もしくは(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルいずれかとを反応させる工程を含むプロセスによって得られた/得ることができる、リン化合物の硫黄非含有アミン塩;ならびに
(c)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルの硫黄非含有アミン塩。
本発明は、上記に開示されるような、潤滑組成物;および動力伝達系路デバイスを潤滑するための方法を提供する。
一実施形態において、上記式(1)もしくは式(1a)によって表される化合物は、約1に等しいxを有する。
一実施形態において、上記リン化合物の硫黄非含有アミン塩は、アミンと、(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル、または(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルいずれかとを反応させる工程を包含するプロセスによって得られる/得ることができる。
(i)リン酸化剤(例えば、P2O5、P4O10、もしくはその等価物)と、アルコールとを反応させて、モノリン酸エステルおよび/もしくはジリン酸エステルを形成する工程;
(ii)該リン酸エステルと、アルキレンオキシドとを反応させて、リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルを形成する工程;および
(iii)アミンおよび/もしくは金属と反応させて、該リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルを塩化させる工程。
一実施形態において、上記潤滑組成物は、従来のリン耐摩耗剤および/もしくは極圧剤、またはこれらの混合物をさらに含む。
適切なジチオリン酸ベースの生成物の例は、約45分間にわたって約58℃でリンペントキシド(約64g)を、約514gのヒドロキシプロピルO,O−ジ(1,3−ジメチル−ブチル)ホスホロジチオエート(ジ(1,3−ジメチルブチル)−ホスホロジチオ酸と、約1.3モルのプロピレンオキシドとを、約25℃で反応させることにいって調製される)に追加することによって、調製される。上記混合物は、約2.5時間にわたって、約75℃で加熱し、珪藻土と混合され、そして約70℃で濾過される。その濾液を、約11.8重量% リン、約15.2重量% 硫黄、および酸価87(プロモフェノールブルー)を含む。
一実施形態において、上記潤滑組成物は、有機スルフィド、もしくはその混合物をさらに含む。一実施形態において、上記有機スルフィドは、ポリスルフィド、チアジアゾール化合物、もしくはこれらの混合物のうちの少なくとも1種を含む。
チアジアゾールの例としては、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールもしくはそのオリゴマー、ヒドロカルビル−置換された2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、ヒドロカルビルチオ−置換された2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールもしくはそのオリゴマーが挙げられる。上記ヒドロカルビル−置換された2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾールのオリゴマーは、代表的には、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール単位間の硫黄−硫黄結合を形成して、上記チアジアゾール単位の2つ以上のオリゴマーを形成することによって、形成する。
一実施形態において、上記ポリスルフィド分子のうちの少なくとも約50重量%は、トリスルフィドもしくはテトラスルフィドの混合物である。他の実施形態において、上記ポリスルフィド分子のうちの少なくとも約55重量%、もしくは少なくとも約60重量%は、トリスルフィドもしくはテトラスルフィドの混合物である。
一実施形態において、上記潤滑組成物は、摩擦調整剤をさらに含む。種々の実施形態において、上記摩擦調整剤は、上記潤滑組成物の約0重量%〜約5重量%、約0.1重量%〜約4重量%、約0.25重量%〜約3.5重量%、約0.5重量%〜約2.5重量%、および約1重量%〜約2.5重量%からなる群、または約0.05重量%〜約0.5重量%から選択される範囲で存在する。
上記潤滑油組成物は、潤滑粘性の天然もしくは合成の油、水素化分解、水素化、水素化仕上げ(hydrofinishing)、および未精製、精製、および再精製の油から得られる油、ならびにこれらの混合物を含む。
本発明の組成物は、必要に応じて、少なくとも1種の他の性能補助剤をさらに含む。上記他の性能補助剤は、金属不活化剤、界面活性剤、分散剤、粘性調整剤、分散粘性調整剤(dispersant viscosity modifier)、抗酸化剤、防腐食剤(corrosion inhibitor)、発泡インヒビター、解乳化剤、流動点降下剤(pour point depressant)、シール膨張剤(seal swelling agent)、およびこれらの混合物を含む。
一実施形態において、本明細書に記載される潤滑組成物は、グリース増粘剤をさらに含む。上記潤滑組成物がグリース増粘剤を含む場合、上記組成物は、グリース組成物として記載され得る。
本発明の方法は、種々の動力伝達系路デバイスを潤滑するためにもしくはグリース適用に有用である。上記動力伝達系路デバイスは、ギア、ギアボックス、車軸ギア(axle gear)、トラクションドライブトランスミッション(traction drive transmission)、オートマチックトランスミッションもしくはマニュアルトランスミッションのうちの少なくとも1種を含む。一実施形態において、上記動力伝達系路デバイスは、マニュアルトランスミッションもしくはギア、ギアボックス、または車軸ギアである。
工程A:リンペントキシド(219g,約1.54mol)を、約1.5時間にわたって、イソオクチルアルコール(約602g,約4.63mol)を含むフラスコにゆっくりと添加すると同時に、窒素雰囲気中で、約60℃〜約70℃で攪拌する。次いで、その混合物を、約90℃に加熱して、そこで約5時間維持する。その生成物を冷却する。上記生成物の分析によって、約11.6重量%のリン含有量が示される。
調製実施例2は、調製実施例1の工程Aおよび工程Bと類似の手順を使用して調製される。しかし、工程Aに関しては、化学量論量のプロピレンオキシド(209g,3.60mol)を、イソオクチルリン酸(約952g,約3.43mol)に添加する。次いで、その混合物を、約75℃に、4時間加熱する。工程Aの得られる生成物は、約9.65重量%のリン含有量を有する。工程Bに関しては、工程Aの生成物(約208g,約0.374mol)をフラスコ中で加熱し、ビス−(2−エチルヘキシル)アミン(約97.5g,約0.404mol)を、滴下漏斗を介して約40分間の期間にわたって滴下する。次いで、その反応温度を約75℃に上昇させ、約5時保持する。その得られる生成物は、約6.6重量%のリン含有量を有する。
調製実施例3は、調製実施例1と類似の手順において調製される。しかし、調製実施例3の工程Aは、リンペントキシド(約189g,約1.33mol)、メチルアミルアルコール(約408g,約4mol)を反応させる。上記リンペントキシドを、約75分間の期間にわたって約60℃の温度で添加する。次いで、その生成物を、約70℃に加熱し、約1.5時間保持する。その得られた生成物は、約13.7重量%のリン含有量を有する。工程Bを、工程Aの生成物(240g/molの等重量に基づいて、171.7g,0.719mol)と、約1.1当量のプロピレンオキシド(約46.0g,約0.791mol)とを反応させることによって、行う。その得られた生成物は、約10.96重量%のリン含有量を有する。工程Cを、工程Bの生成物(約200g,約0.71mol)を窒素雰囲気下で約60℃において加熱し、リンペントキシド(約33g,約0.23mol)と反応させることによって行う。上記発熱反応は、約87℃に達する。約65℃に冷却させて、上記フラスコをこの温度で約1.5時間保持する。次いで、上記フラスコを、約40℃に冷却し、続いて、約1.5時間の期間にわたって、ビス−(2−エチルヘキシル)アミン(約200g,約0.83mol)を滴下する。次いで、上記フラスコを約75℃に加熱し、約2時間保持する。その生成物は、約8.6重量%のリン含有量、および約2.8重量%の窒素含有量を有する。
調製実施例4を調製するためのプロセスは、調製実施例2のプロセスと類似である。しかし、工程Aに関しては、上記フラスコは、メチルアミルリン酸(約154.4g,約0.647mol)を含み、約25℃において、窒素雰囲気下で、1,2−エポキシヘキサデカン(約163.0g,約0.679mol)を、滴下漏斗を介して、約1.5時間の期間にわたって滴下する。次いで、その混合物を、約75℃に加熱し、そこで約4時間保持する。その生成物は、約6.7重量%のリン含有量を有する。次いで、工程Aの生成物を窒素雰囲気下で約60℃に加熱し、リンペントキシド(約33g,約0.23mol)を、2等分して、約1.5時間にわたって添加する。上記温度を、約75℃において約1.5時間保持する。次いで、上記生成物を窒素下で約40℃に加熱し、ビス−(2−エチルヘキシル)アミン(約144.8g,約0.596mol)を、滴下漏斗を介して1.5時間にわたって滴下した。次いで、その温度を約70℃に上昇させ、約2時間にわたって保持する。その生成物は、約6.6重量%のリン含有量、および約2.1重量%の窒素含有量を有する。
潤滑組成物1〜4を、車軸流体(AXF1、AXF2、AXF3およびAXF4)であり、調製実施例1〜4の生成物をそれぞれ、500ppmのリンを提供するに十分な量でベースオイルへとブレンドすることによって調製する。上記車軸流体は、分散剤、硫化オレフィン、防錆剤、粘性調整剤および流動点降下剤(200ppm)を、従来の量でさらに含む。
上記車軸流体のAXF1、AXF2、AXF3、AXF4、およびCLC1を、ASTM Method D6121−05a(最終ハイポイド駆動車軸に使用される低速および高トルク条件下で潤滑剤の能力を有する負荷を評価するための標準試験法(Standard Test Method for Evaluation of the Load Carrying Capacity of Lubricants Under Conditions of Low Speed and High Torque Used for Final Hypoid Drive Axles))を使用することによって、評価する。得られた結果は、上記AXF1、AXF2、AXF3、AXF4、およびCLC1車軸流体が、有用な車軸流体として作用するに十分機能することを示す。
潤滑組成物5〜8は、調製実施例1〜4の生成物それぞれを約0.49重量%含むオートマチックトランスミッション流体(それぞれ、ATF1、ATF2、ATF3およびATF4)である。上記オートマチックトランスミッション流体は、分散剤、摩擦調整剤、ポリメタクリレート粘性調整剤、リン耐摩耗剤および流動点降下剤(200ppm)を、従来の量でさらに含む。
上記オートマチックトランスミッション流体ATF1、ATF2、ATF3、ATF4およびCLC2を、ASTM Method D130(約150℃で3時間の銅腐食);およびFord Mercon(登録商標)V 4−ボール摩耗試験(ASTM D4172−94(2004)ともいわれる)を使用して、評価する。上記4−ボール摩耗試験を2回行う。示される結果は、2回の試験の平均摩耗傷である。
比較リチウムグリース組成物(CGC1)を調製し、これは、通常量のリン耐摩耗剤(上記に記載されるように、従来調製実施例1の生成物と類似)を含む。
(グリース組成物試験)
上記グリース組成物GR1〜GR4、およびCGC1を、ASTM Methods D2596、D2509およびD2266を使用して、耐摩耗性能について評価する。その結果は、本発明のグリース組成物および上記比較グリース組成物が、上記試験において類似の性能を有することを示す。
Claims (27)
- 以下を含む潤滑組成物:
潤滑粘性の油;および
(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル、または(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルいずれかの硫黄非含有アミン塩。 - 前記硫黄非含有アミン塩は、リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルまたはリン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルである、請求項1に記載の潤滑組成物。
- 前記硫黄非含有アミン塩は、以下の式(1)もしくは式(1a):
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であるが、ただし、x=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし(m+n)の和は約4に等しく;
Mは金属イオンであり;
tは、約1〜約4で変動する整数であり;そして
qおよびeは、有理数であり、その合計は、tを満たすために、完全原子価を提供し、ただし、qは、約0.1〜約1.5の範囲内であり、eは、約0〜約0.9の範囲内である、
請求項1に記載の潤滑組成物。 - 前記式(1a)によって表されるリン化合物のアミン塩は、式(1a):
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただし、x=0の場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし、(m+n)の和は、約4に等しい、
請求項1に記載の潤滑組成物。 - xは約1である、請求項3に記載の潤滑組成物。
- xは約0である、請求項3に記載の潤滑組成物。
- mは約3に等しく;そしてnは約1に等しい、請求項3に記載の潤滑組成物。
- AおよびA’は、独立して、約2〜約4個の炭素原子を含む、請求項3に記載の潤滑組成物。
- R、R’およびR”はすべて、独立して、約4〜約20個の炭素原子を含む、請求項3に記載の潤滑組成物。
- 有機スルフィドをさらに含む、請求項1に記載の潤滑組成物。
- 前記有機スルフィドは、ポリスルフィド、チアジアゾール化合物、もしくはこれらの混合物のうちの少なくとも1つを含む、請求項10に記載の潤滑組成物。
- ホウ酸化ポリイソブチレンスクシンイミドをさらに含む、請求項1に記載の潤滑組成物。
- リン耐摩耗剤もしくは極圧剤、もしくはこれらの混合物をさらに含む、請求項1に記載の潤滑組成物。
- 前記従来のリン耐摩耗剤もしくは極圧剤は、非イオン性リン化合物、モノアルキルリン酸エステルおよびジアルキルリン酸エステルの混合物のアミン塩、金属ジアルキルジチオホスフェート、金属ジアルキルホスフェート、ならびにこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の潤滑組成物。
- 摩擦調整剤をさらに含む、請求項1に記載の潤滑組成物。
- グリース増粘剤をさらに含む、請求項1に記載の潤滑組成物。
- 前記グリース増粘剤は、カルボン酸および/もしくはエステルから得られる、請求項16に記載の潤滑組成物。
- 前記グリース増粘剤は、12−ヒドロキシステアリン酸から得られる、請求項16に記載の潤滑組成物。
- 前記グリース増粘剤は、過塩基性スルホン酸カルシウムから得られる、請求項16に記載の潤滑組成物。
- 前記グリース増粘剤は、ジウレア増粘剤、ポリウレア増粘剤、もしくはポリウレア複合体増粘剤またはこれらの混合物から得られる、請求項16に記載の潤滑組成物。
- 以下を含む潤滑組成物:
潤滑粘性の油;および
(A)もしくは(B)のいずれかを含むプロセスによって得られた/得ることができるリン化合物の硫黄非含有アミン塩:
ここで(A)は、(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル;および(ii)酸素含有無機リン化合物を反応させて、酸性リン化合物を形成する工程;ならびに該酸性リン化合物とアミンとを反応させる工程を包含し;または
ここで(B)は、リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルとアミンとを反応させる工程を包含する。 - 動力伝達系路デバイスを潤滑するための方法であって、該方法は、該動力伝達系路デバイスに、(i)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステル、もしくは(ii)リン酸のリン酸化ヒドロキシ置換されたジエステルもしくはトリエステルのいずれかの硫黄非含有アミン塩を含む潤滑組成物を供給する工程を包含する、方法。
- 前記リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルの硫黄非含有アミン塩は、
(a)以下の式(1)もしくは式(1a)によって表されるリン化合物のアミン塩:
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただしx=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし、(m+n)の和は、約4に等しく;
Mは金属イオンであり;
tは、約1〜約4(もしくは約1〜約2)で変動する整数であり;そして
qおよびeは、有理数であり、その合計は、tを満たすために完全原子価を提供し、ただしqは、約0.1〜約1.5の範囲内であり、eは、約0〜約0.9の範囲内であり;そして
(c)リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルの硫黄非含有アミン塩、
からなる群より選択される、請求項22に記載の方法。 - 潤滑組成物に適した耐摩耗剤としての、リン化合物の硫黄非含有アミン塩の使用。
- 以下を含む化合物:
AおよびA’は、独立して、H、もしくは約1〜約30個の炭素原子を含むヒドロカルビル基であり;
各RおよびR”基は、独立して、ヒドロカルビル基であり;
各R’は、独立して、R、H、もしくはヒドロキシアルキル基であり;
Yは、独立して、R’、もしくはRO(R’O)P(O)−CH(A’)CH(A)−によって表される基であり;
xは、約0〜約1の範囲であり、ただし、x=0である場合、R’は、ヒドロキシアルキル基であり;そして
mおよびnはともに、正の0でない整数であり、ただし、(m+n)の和は、約4に等しく;
Mは、金属イオンであり;
tは、約1〜約4(もしくは約1〜約2)で変動する整数であり;そして
qおよびeは、有理数であり、その合計は、tを満たすために完全原子価を提供し、ただしqは、約0.1〜約1.5の範囲内であり、eは、約0〜約0.9の範囲内である。 - tは、約1に等しく、eは、約0に等しく、そしてqは、約1に等しい、請求項25に記載の化合物。
- リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルの塩を調製するためのプロセスであって、
(i)リン酸化剤(例えば、P2O5、P4O10、もしくはその等価物)と、アルコールとを反応させて、モノリン酸エステルおよび/もしくはジリン酸エステルを形成する工程;
(ii)該モノリン酸エステルおよび/もしくはジリン酸エステルと、アルキレンオキシドとを反応させて、リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルを形成する工程;ならびに
(iii)アミンおよび/もしくは金属と反応させて、該リン酸のヒドロキシ置換されたジエステルを塩化する工程、
を包含する、プロセス。
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