JP2019178319A - 潤滑油用分散剤及びその製造方法、並びに潤滑油組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
「排ガス浄化性」については、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排出ガス中の窒素酸化物(NOx)及び粒子状排出物(PM)等に起因する環境汚染への対策が重要な課題である。
「清浄剤」とは、主に高温運転において劣化物の沈積を予防及び抑制する機能を有する添加剤を意味している。
「分散剤」とは、比較的低温で発生するスラッジ等を油中に分散するための添加剤である。
清浄剤としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の少なくともいずれかの金属を含む金属系清浄剤が一般的に用いられる。具体的には、当該金属のスルホネート、フェネート、サリチレート、ホスホネート、及びこれらの過塩基化合物等が金属系清浄剤として用いられる。
そのため、潤滑油組成物に含まれる金属系清浄剤中の金属分が排ガスに混入し、排出ガスの後処理装置のフィルターを閉塞する恐れがある。
例えば、特許文献1には、コハク酸イミド及びコハク酸アミド、またはそれらの混合物を無水フタル酸又はエチレンカーボネートで後処理したコハク酸イミド及びコハク酸アミド等が分散剤として有用であることが記載されている。
また、特許文献2には、分散剤として用いられるコハク酸イミド組成物の製造方法について記載されている。
しかしながら、無灰系分散剤として用いられている前記含窒素化合物は、潤滑油組成物を高粘度化させてしまうため、「省燃費性」の改善に際して障害となり得る。
そのため、前記含窒素化合物を潤滑油組成物に添加する場合、分散剤として機能する有効成分である含窒素化合物自体の添加量を十分に確保しようとすると、未反応ポリオレフィンも必然的に多く添加されてしまう。
しかし、前記含窒素化合物が高粘度である一方で、未反応ポリオレフィンも高粘度である。そのため、余分に添加され、分散剤として何ら寄与しない未反応ポリオレフィンが潤滑油組成物をより高粘度化させる要因となる。
そこで、未反応ポリオレフィンの含有量が少ない高純度の前記含窒素化合物を提供し、未反応ポリオレフィンに起因する潤滑油組成物の粘度上昇を抑ることにより、潤滑油基油の選択の自由度を高めることができれば、潤滑油組成物の省燃費性をより向上させやすいと考えられる。加えて、未反応ポリオレフィンの含有量が少ない高純度の前記含窒素化合物を提供することで、有効成分である前記含窒素化合物の添加量をより少量の添加で十分に確保または向上させることができ、潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させることができると考えられる。
[1] ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、ポリアミン(C)とを原料とする、下記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物並びに当該含窒素化合物のホウ素化物及び当該含窒素化合物のアシル化物から選択される1種以上の化合物を含む潤滑油用分散剤であって、
(上記一般式(1)〜(4)において、R1、R3、R4、R7、及びR9は、それぞれ独立して、ポリブテニル基及びポリイソブテニル基から選択されるアルケニル基、又は、水素化ポリブテニル基及び水素化ポリイソブテニル基から選択されるアルキル基であり、当該アルケニル基及び当該アルキル基は、分子量分布(Mw/Mn)が1.80以下であり、質量平均分子量(Mw)が500〜5,000である。
R2、R5、R6、R8、R10、及びR11は、それぞれ独立して、炭素数2〜5のアルキレン基である。
m、n、p、q、及びrは、それぞれ独立して、1〜10の整数である。)
ポリオレフィン(A)が、下記(α)及び(β)の少なくともいずれかの条件を満たす、潤滑油用分散剤。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。
[2] 上記[1]に記載の潤滑油用分散剤と、潤滑油基油とを含有する、潤滑油組成物。
[3] 上記[1]に記載の潤滑油用分散剤の製造方法であって、
以下の反応工程(S1)及び(S2)を有し、
・反応工程(S1):ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、を反応させる工程
・反応工程(S2):反応工程(S1)で得られた反応生成物(X)と、ポリアミン(C)と、を反応させて含窒素化合物を得る工程
ポリオレフィン(A)が、下記(α)及び(β)の少なくともいずれかの条件を満たす、潤滑油用分散剤の製造方法。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。
本発明の潤滑油用分散剤は、ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、ポリアミン(C)とを原料とする、下記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物並びに当該含窒素化合物のホウ素化物及び当該含窒素化合物のアシル化物から選択される1種以上の化合物を含む。
なお、上記一般式(2)中、R3及びR4は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
なお、本発明の一態様において、潤滑油組成物の高粘度化を抑えて、より粘度の低い潤滑油組成物を調製しやすくする観点から、前記アルケニル基及び前記アルキル基の分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは1.75以下であり、より好ましくは1.70以下であり、更に好ましくは1.65以下である。
前記アルケニル基及び前記アルキル基の質量平均分子量(Mw)が500未満であると、潤滑油基油への溶解性が低下する。また、潤滑油組成物の高温清浄性や分散性を十分に確保できなくなる。
前記アルケニル基及び前記アルキル基の質量平均分子量(Mw)が5,000よりも大きいと、前記含窒素化合物の塩基価を十分に確保できなくなる。
ここで、本発明の一態様において、潤滑油基油への溶解性をより良好にする観点、潤滑油組成物の高温清浄性をより優れたものとする観点、及び前記含窒素化合物の塩基価をより向上させる観点から、、前記アルケニル基及び前記アルキル基の質量平均分子量(Mw)は、好ましくは600〜4,000であり、より好ましくは700〜3,000であり、更に好ましくは800〜2,500である。
前記アルキレン基の炭素数が1であると、潤滑油基油に対する溶解性が低下する。
また、前記アルキレン基の炭素数が5より大きいと、潤滑油組成物の高温清浄性を十分に確保できなくなる。
ここで、本発明の一態様において、潤滑油基油に対する溶解性をより良好にする観点、及び潤滑油組成物の高温清浄性をより優れたものとする観点から、前記アルキレン基は、好ましくは炭素数2〜4であり、より好ましくは炭素数2〜3であり、更に好ましくはエチレン基である。
なお、上記一般式(2)中、R5及びR6は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、上記一般式(4)中、R10及びR11は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
m、n、p、q、及びrが10より大きいと、潤滑油基油に対する溶解性が低下する。
ここで、本発明の一態様において、潤滑油基油に対する溶解性をより良好にする観点、及び潤滑油組成物の高温清浄性をより優れたものとする観点から、m、n、p、q、及びrは、2〜6の整数であることが好ましく、2〜5の整数であることがより好ましい。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。
図1に示す1H−NMRスペクトルには、末端オレフィンに帰属されるピークと、内部オレフィンに帰属されるピークとが存在する。
図1に示す1H−NMRスペクトルにおいて、末端オレフィンに帰属されるピークのうち、末端ビニリデン基に帰属されるピークは、4.40〜5.00ppmと1.76〜2.10ppmに存在する。
詳細には、図1に示す末端ビニリデン基のb、d、e、及びfに帰属される4つのピークが存在する。
・末端ビニリデン基のb及びdに帰属されるピークb及びピークd:4.40〜5.00ppm
・末端ビニリデン基のアリル位メチレン基のeに帰属されるピークe及び末端ビニリデン基のアリル位メチル基のfに帰属されるピークf:1.76〜2.10ppm
また、図1に示す1H−NMRスペクトルにおいて、末端オレフィンのうち、内部ビニリデン基に帰属されるピークが、4.40〜5.00ppmに存在する。
詳細には、図1に示す内部ビニリデン基のcに帰属される1つのピークが存在する。
・内部ビニリデン基のcに帰属されるピークc:4.40〜5.00ppm
一方、図1に示す1H−NMRスペクトルにおいて、内部オレフィンに帰属されるピークは、5.01〜5.60ppmと1.65〜1.75ppmに存在する。
詳細には、図1に示す内部オレフィンのa、g、及びhに帰属される3つのピークが存在する。
・内部オレフィンのaに帰属されるピークa:5.01〜5.60ppm
・内部オレフィンのアリル位メチル基のg及びhに帰属されるピークg及びピークh:1.65〜1.75ppm
1H−NMRスペクトルにおける4.40〜5.00ppmの積分値を計算することで、ピークb、c、及びdの積分値の合計が計算されてSbが得られる。
1H−NMRスペクトルにおける1.65〜1.75ppmの積分値を計算することで、ピークg及びhの積分値の合計が計算されてScが得られる。
1H−NMRスペクトルにおける1.76〜2.10ppmの積分値を計算することで、ピークe及びfの積分値の合計が計算されてSdが得られる。
(α)Sb/Saが2以上である。
(β)Sd/Scが1以上である。
上記条件の双方を満たさない場合、末端ビニリデン基の含有量が少ないポリオレフィンを用いることになる。そのため、ポリオレフィン(A)のマレイン化反応率が低下して、未反応ポリオレフィンが増加する。その結果、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物並びに当該含窒素化合物のホウ素化物及び当該含窒素化合物のアシル化物から選択される1種以上の化合物を含む潤滑油用分散剤は、少量の添加で潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させるのが困難となり、低粘度の潤滑油組成物を調製し難くなる。
なお、本発明の一態様において、マレイン化反応率をより向上させて、未反応ポリオレフィンをより低減させる観点から、条件(α)におけるSb/Saは、10以上が好ましく、12以上がより好ましく、14以上が更に好ましく、16以上がより更に好ましい。
また、同様の観点から、条件(β)におけるSd/Scは、5以上が好ましく、5.2以上がより好ましく、5.5以上が更に好ましく、6.0以上がより更に好ましい。
一方で、内部オレフィンを多く含むポリオレフィンは、立体障害により反応が進行し難くなる。
これらの理由から、マレイン化反応の反応率の予測は困難である。
本発明では、このように予測が困難なマレイン化反応の反応率について、1H−NMRスペクトルを用いて原料となるポリオレフィンを規定することで、反応率を向上させて、未反応ポリオレフィンを低減することを可能にしている。このことを利用することによって、潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させながらも、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすい潤滑油用分散剤の提供を可能としている。
本発明の潤滑油用分散剤の製造方法は、以下の反応工程(S1)及び(S2)を有する。
・反応工程(S1):ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、を反応させる工程
・反応工程(S2):反応工程(S1)で得られた反応生成物(X)と、ポリアミン(C)と、を反応させて含窒素化合物を得る工程
そして、ポリオレフィン(A)が、下記(α)及び(β)の少なくともいずれかの条件を満たす。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。
反応工程(S1)では、ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、を反応させる。反応工程(S1)により、ポリオレフィン(A)のマレイン化反応が生じ、アルケニルコハク酸無水物及びアルキルコハク酸無水物の少なくともいずれか一方が反応生成物(X)として得られる。
また、本発明の一態様の製造方法において、反応工程(S1)における反応温度は、100〜250℃が好ましく、180〜250℃がより好ましく、200〜250℃が更に好ましい。
なお、反応工程(S1)では、溶媒として、例えば炭化水素油等の有機溶剤を使用してもよい。
また、反応収率をより向上させる観点から、適宜触媒を用いてもよい。
反応工程(S2)では、反応工程(S1)で得られた反応生成物(X)と、ポリアミン(C)と、を反応させて含窒素化合物を得る。反応工程(S2)により、反応工程(S1)で得られた反応生成物(X)である、アルケニルコハク酸無水物及びアルキルコハク酸無水物の少なくともいずれか一方がイミド化又はアミド化し、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物が得られる。
ここで、ポリアミン(C)は、下記一般式(6)及び(7)で表される非環構造のポリアミンであることが好ましい。
なお、上記一般式(7)において、R22及びR23は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、上記一般式(6)及び(7)中、t及びuは、1〜10の整数であり、好ましくは2〜6の整数であり、より好ましくは2〜5の整数である。
また、本発明の一態様の製造方法において、反応工程(S2)における反応温度は、100〜200℃が好ましく、110〜190℃がより好ましく、120〜180℃が更に好ましい。
なお、反応工程(S2)では、溶媒として、例えば炭化水素油等の有機溶剤を使用してもよい。
すなわち、反応生成物(X)とポリアミン(C)との配合比率(C/X)が0.80〜1.2であれば、通常、モノイミド構造体又はモノアミド構造体が主に生成される。
反応生成物(X)とポリアミン(C)との配合比率(C/X)が0.4〜0.6であれば、通常、ビスイミド構造体が主に生成される。
反応生成物(X)とポリアミン(C)との配合比率(C/X)が1.8〜2.0であれば、通常、ビスアミド構造体が主に生成される。
本発明の潤滑油用分散剤は、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物のホウ素化物であってもよい。
本発明の一態様の製造方法は、上記反応工程(1)及び(2)の後に、さらに以下の反応工程(S3A)を有する
・反応工程(S3A):反応工程(S2)で得られた含窒素化合物をホウ素化合物と反応させて、該含窒素化合物のホウ素化物を得る工程。
当該ホウ素化合物は、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物をホウ素化できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、酸化ホウ素、ハロゲン化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸無水物、及びホウ酸エステル等が挙げられ、好ましくはホウ酸である。
また、本発明の一態様の製造方法において、反応工程(S3A)における反応温度は、50〜200℃が好ましく、100〜180℃がより好ましい。
なお、反応工程(S3A)では、溶媒として、例えば炭化水素油等の有機溶剤を使用してもよい。
本発明の潤滑油用分散剤は、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物のアシル化物であってもよい。
本発明の一態様の製造方法は、上記反応工程(1)及び(2)の後に、さらに以下の反応工程(S3B)を有する
・反応工程(S3B):反応工程(S2)で得られた含窒素化合物をカルボン酸化合物と反応させて、該含窒素化合物のアシル化物を得る工程。
当該カルボン酸化合物は、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物をアシル化できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、ギ酸(メタン酸)、酢酸(エタン酸)、無水酢酸、プロピオン酸(プロパン酸)、酪酸(ブタン酸)、吉草酸(ペンタン酸)、カプロン酸(ヘキサン酸)、エナント酸(ヘプタン酸)、カプリル酸(オクタン酸)、ペラルゴン酸(ノナン酸)、カプリン酸(デカン酸)、ウンデカン酸、ラウリン酸(ドデカン酸)、トリデシル酸(トリデカン酸)、ミリスチン酸(テトラデカン酸)、ペンタデシル酸(ペンタデカン酸)、パルミチン酸(ヘキサデカン酸)、マルガリン酸(ヘプタデカン酸)、及びステアリン酸(オクタデカン酸)等が挙げられる。
また、本発明の一態様の製造方法において、反応工程(S3B)における反応温度は、50〜200℃が好ましく、100〜180℃がより好ましい。
なお、反応工程(S3B)では、溶媒として、例えば炭化水素油等の有機溶剤を使用してもよい。
本発明の潤滑油組成物は、前記潤滑油用分散剤と、潤滑油基油とを含有する。
前記潤滑油用分散剤は、従来の含窒素化合物を含む潤滑油用分散剤と比較して未反応ポリオレフィンの含有量が少ないため、有効成分となる含窒素化合物を相対的に多く含む。したがって、前記潤滑油用分散剤の潤滑油組成物中含有量を低減することができ、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすい。
本発明の一態様の潤滑油用分散剤において、上記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物並びに当該含窒素化合物のホウ素化物及び当該含窒素化合物のアシル化物から選択される1種以上の化合物(以下、「有効成分」ともいう)の含有量は、未反応ポリオレフィンも含めて、滑油用無灰系清浄剤の全量(100質量%)基準で、50〜100質量%含有することが好ましく、60〜100質量%含有することがより好ましく、70〜100質量%含有することが更に好ましく、80〜100質量%含有することがより更に好ましく、90〜100質量%含有することが更になお好ましい。
本発明の潤滑油用分散剤は、従来の潤滑油用分散剤と比較して未反応ポリオレフィンの含有量が少ないため、有効成分を相対的に多く含む。したがって、少量の添加でも有効成分濃度を十分に高めることができ、潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させ得る。また、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすく、省燃費性に優れる潤滑油組成物を調製しやすくできる。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、かかる観点から、前記潤滑油用分散剤の含有量が、潤滑油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは0.01〜30質量%、より好ましくは0.1〜20質量%、更に好ましくは0.5〜10質量%、より更に好ましくは1〜8質量%、更になお好ましくは2〜6質量%である。
本発明の潤滑油組成物に用いられる潤滑油基油は、特に制限はなく、潤滑油基油として使用可能な鉱油及び合成油から選択される1種以上を用いることができる。
これらの鉱油は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
すなわち、潤滑油基油(D)の100℃動粘度は、1〜50mm2/sであることが好ましく、2〜20mm2/sであることがより好ましく、3〜15mm2/sであることが更に好ましい。
潤滑油基油(D)の40℃動粘度は、1〜200mm2/sであることが好ましく、5〜160mm2/sであることがより好ましく、10〜130mm2/sであることが更に好ましい。
潤滑油基油(D)の粘度指数は、80以上が好ましく、90以上がより好ましく、100以上が更に好ましい。
本明細書において、動粘度、及び粘度指数は、JIS K 2283:2000に準拠し、ガラス製毛管式粘度計を用いて測定した値である。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、前記潤滑油用分散剤及び前記潤滑油基油に加えて、さらにアルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体を含有することが好ましい。アルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体を含有することで、潤滑油組成物の高温清浄性及びスラッジ分散性がさらに向上する。
ここで、潤滑油基油への溶解性の観点、及び添加する質量当たりの性能の観点から、上記一般式(5)におけるR12及びR13は、炭素数10〜18のアルキル基又はアルケニル基であることが好ましく、炭素数12〜16のアルキル基又はアルケニル基であることがより好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、前記潤滑油用分散剤及びアルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体以外の他の成分を含んでいてもよい。
当該他の成分としては、潤滑油組成物に通常配合される酸化防止剤、耐摩耗剤、摩擦調整剤、極圧剤、他の分散剤、粘度指数向上剤、流動点向上剤、金属不活性化剤、防錆剤、消泡剤、抗乳化剤及び着色剤およびその他の添加剤が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性をより優れたものとする観点から、100℃動粘度、40℃動粘度、及び粘度指数が、以下に説明する範囲であることが好ましい。なお、当該潤滑油組成物の40℃動粘度、100℃動粘度、及び粘度指数は、JIS K2283−2000に準じて測定及び算出される値である。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、3〜20mm2/sであることが好ましく、4〜15mm2/sであることがより好ましく、5〜15mm2/sであることが更に好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、30〜150mm2/sであることが好ましく、40〜140mm2/sであることがより好ましく、50〜130mm2/sであることが更に好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、100以上が好ましく、105以上がより好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に使用されることが好ましい。
本発明の潤滑油組成物に含まれる本発明の一態様の潤滑油用分散剤は、潤滑油組成物の高温清浄性及び塩基価に優れ、清浄剤としての機能も発揮し得る。そのため、金属系清浄剤を併用する際に、当該金属系清浄剤の使用量を低減することができる。具体的には、排ガス処理装置のフィルター類の閉塞の問題を抑制することができ、排ガス処理装置の長寿命化を図り、内燃機関を長期に亘り良好に作動させ得る。
また、本発明の潤滑油組成物に含まれる前記潤滑油用分散剤は、未反応ポリオレフィンの含有量が少ないため、少量の添加で十分な量の有効成分を潤滑油組成物中に含有させ得る。そのため、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすく、省燃費性に優れる潤滑油組成物を調整しやすい。
しかも、本発明の潤滑油組成物に含まれる前記潤滑油用分散剤は、少量の添加量であっても有効成分の添加量を従来よりも向上させ得る。したがって、前記有効成分のうち清浄剤として機能する分量を従来よりも増やすことができること、及び、前記有効成分がより多くのスラッジやその前駆体等を分散させることによって清浄剤により中和すべき物質が低減することの少なくともいずれかの効果により、長期に亘って潤滑油組成物の清浄性を維持しつつ、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすいものとできる。
当該潤滑油組成物は、内燃機関以外にも、ガソリン自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用ギヤ油、その他一般機械等の工業用ギヤ油等のギヤ油、更には、油圧機械、タービン、圧縮機、工作機械、切削機械、歯車(ギヤ)、流体軸受け、転がり軸受けを備える機械等にも好適に用いられる。
さらに、本発明の一態様としては、当該潤滑油組成物を充填した駆動系機構、工業設備等が挙げられる。
さらに、本発明の一態様としては、当該潤滑油組成物を充填した工業設備、駆動系機構等が挙げられる。
以下に説明する製造例において実施した物性値の測定方法は以下のとおりである。
原料として用いたポリブテンの質量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、以下の条件で測定し、標準ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)として評価した。
・SEC装置:東ソー製 HLC−8220GPC
・カラム:東ソー製 TSKguardcolumn HXL−H + TSKgel GMH−XL 2本 + G2000H−XL 1本
・溶媒:テトラヒドロフラン(和光純薬工業製安定剤不含特級)
・検出器:示差屈折率(RI)検出器、UV検出器
・濃度:0.1w/v%
・注入量:100μl
・流速:1.0ml/min
・カラム温度:40℃
・検量線用標準試料:東ソー製TSK標準ポリスチレン
・解析ソフト:GPC−8020model2
原料として用いたポリブテンの1H−NMRスペクトルは、以下の条件で測定した。
・NMR装置:ブルカー・バイオスピン製 DRX500
・分光計:ブルカー・バイオスピン製 AVANCE III HD
・プローブ:5mmφTCIクライオプローブ
・データポイント数:64k
・ダミースキャン回数:2回
・積算回数:64回
・観測中心:6.175ppm
・観測幅:20ppm
・acquisition time:3.28秒
・relaxation delay:10秒
・NMR試料管:5mmφ
・サンプル量:5〜15mg
・測定溶媒:重クロロホルム
・測定温度:室温
なお、以降の説明では、1H−NMRスペクトルにおいて観測される各種ピークの積分値を以下のように呼ぶ。
・5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値:Sa
・4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値:Sb
・1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値:Sc
・1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値:Sd
「5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値」に対する「4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値」は「Sb/Sa」ともいう。
「1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値」に対する「1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値」は「Sd/Sc」ともいう。
生成物のけん化価は、JIS K 2503−2010に基づいて測定した。
生成物の塩基価は、JIS K2501 2003に基づく塩酸法により測定した。
生成物の100℃動粘度は、JIS K2283−2000に準じて測定した。
以下に説明する製造例1〜4及び比較製造例1〜4により、ポリブテニルコハク酸無水物C1〜C4及びポリブテニルコハク酸無水物D1〜D4を調製した。
原料として使用したポリブテンA1−A4及びポリブテンB1−B4の詳細は、後述する表1に示す。
500mLのオートクレーブに、ポリブテンA1を240g、臭化セチルを0.3g(0.001mol)、無水マレイン酸を25.9g(0.264mol)を投入して窒素置換し、240℃で5時間反応させた。次いで、210℃に降温し、未反応の無水マレイン酸と臭化セチルを減圧留去した後、140℃に降温して加圧濾過し、ポリブテニルコハク酸無水物C1を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物C1の収量は247gであり、けん化価は97mgKOH/gであった。
ポリブテンA1をポリブテンA2に変更し、製造例1と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物C2を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物C2の収量は249gであり、けん化価は96mgKOH/gであった。
ポリブテンA1をポリブテンA3に変更すると共に、ポリブテンA3の投入量を312gに変更し、製造例1と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物C3を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物C3の収量は315gであり、けん化価は74mgKOH/gであった。
ポリブテンA1をポリブテンA4に変更すると共に、ポリブテンA4の投入量を276gに変更し、さらに、臭化セチルの投入量を0.15g(0.0005mol)に変更し、無水マレイン酸の投入量を12.9g(0.132mol)に変更して、製造例1と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物C4を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物C4の収量は272gであり、けん化価は40mgKOH/gであった。
ポリブテンA1をポリブテンB1に変更し、製造例1と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物D1を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物D1の収量は246gであり、けん化価は70mgKOH/gであった。
ポリブテンA2をポリブテンB2に変更し、製造例2と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物D2を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物D2の収量は252gであり、けん化価は68mgKOH/gであった。
ポリブテンA3をポリブテンB3に変更し、製造例3と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物D3を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物D3の収量は318gであり、けん化価は52mgKOH/gであった。
ポリブテンA4をポリブテンB4に変更すると共に、ポリブテンB4の投入量を275gに変更し、製造例4と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸無水物D4を得た。
ポリブテニルコハク酸無水物D4の収量は275gであり、けん化価は27mgKOH/gであった。
質量平均分子量が1,000である製造例1〜2で得られたポリブテニルコハク酸無水物C1〜C2と比較製造例1〜4で得られたポリブテニルコハク酸無水物D1〜D2とを比較すると、ポリブテニルコハク酸無水物C1〜C2のほうがけん化価が高いことから、マレイン化反応率が高く、未反応ポリブテンの量が少ないと考えられる。
質量平均分子量が1,300である製造例3で得られたポリブテニルコハク酸無水物C3と比較製造例3で得られたポリブテニルコハク酸無水物D3との比較、及び、質量平均分子量が2,300である製造例4で得られたポリブテニルコハク酸無水物C4と比較製造例4で得られたポリブテニルコハク酸無水物D4との比較においても同様の傾向が見られた。
以下に説明する製造例5〜8及び比較製造例5〜8により、ポリブテニルコハク酸イミドE1〜E4及びポリブテニルコハク酸イミドF1〜F4を調製した。
1Lセパラブルフラスコ中に、製造例1で得たポリブテニルコハク酸無水物C1を50g(約0.043mol)、トリエチレンテトラミン(TETA)を3.5g(0.024mol)、ジエチレントリアミン(DETA)を2.5g(0.024mol)、鉱油(150ニュートラル留分の鉱油、100℃動粘度:5.3mm2/s)を19g投入し、窒素気流下、150℃で4時間反応させた。次いで、200℃に昇温し、未反応のTETA及びDETAと生成水とを減圧留去した後、140℃に降温して加圧濾過し、ポリブテニルコハク酸イミドE1を得た。
ポリブテニルコハク酸イミドE1の収量は71gであり、塩基価は49.9mgKOH/gであり、100℃動粘度は277mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物C1を、製造例2で得たポリブテニルコハク酸無水物C2に変更し、製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドE2を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物C2の投入量は50g(約0.043mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドE2の収量は70gであり、塩基価は50.3mgKOH/gであり、100℃動粘度は276mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物C1を、製造例3で得たポリブテニルコハク酸無水物C3に変更すると共に、トリエチレンテトラミン(TETA)の投入量を2.6g(0.018mol)に変更し、ジエチレントリアミン(DETA)の投入量を1.8g(0.018mol)に変更して、製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドE3を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物C3の投入量は50g(約0.033mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドE3の収量は67gであり、塩基価は34.0mgKOH/gであり、100℃動粘度は317mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物C1を、製造例4で得たポリブテニルコハク酸無水物C4に変更すると共に、トリエチレンテトラミン(TETA)の投入量を1.5g(0.010mol)に変更し、ジエチレントリアミン(DETA)の投入量を1.0g(0.010mol)に変更して、製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドE4を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物C4の投入量は50g(約0.018mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドE4の収量は64gであり、塩基価は22.2mgKOH/gであり、100℃動粘度は486mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物C1を、比較製造例1で得たポリブテニルコハク酸無水物D1に変更すると共に、トリエチレンテトラミン(TETA)の投入量を2.5g(0.017mol)に変更し、ジエチレントリアミン(DETA)の投入量を1.8g(0.017mol)に変更し、鉱油の投入量を18gに変更して、製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドF1を得た。
ポリブテニルコハク酸イミドF1の収量は68gであり、塩基価は38.4mgKOH/gであり、100℃動粘度は282mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物D1を、比較製造例2で得たポリブテニルコハク酸無水物D2に変更し、比較製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドF2を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物D2の投入量は50g(約0.030mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドF2の収量は67gであり、塩基価は37.9mgKOH/gであり、100℃動粘度は289mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物D1を、比較製造例3で得たポリブテニルコハク酸無水物D3に変更すると共に、トリエチレンテトラミン(TETA)の投入量を1.9g(0.013mol)に変更し、ジエチレントリアミン(DETA)の投入量を1.3g(0.013mol)に変更して、比較製造例5と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドF3を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物D3の投入量は50g(約0.023mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドF3の収量は64gであり、塩基価は27.1mgKOH/gであり、100℃動粘度は313mm2/sであった。
ポリブテニルコハク酸無水物D3を、比較製造例4で得たポリブテニルコハク酸無水物D4に変更して、比較製造例7と同様の方法で、ポリブテニルコハク酸イミドF4を得た。
なお、ポリブテニルコハク酸無水物D4の投入量は50g(約0.023mol)である。
ポリブテニルコハク酸イミドF4の収量は61gであり、塩基価は16.2mgKOH/gであり、100℃動粘度は494mm2/sであった。
なお、鉱油による希釈率は、ポリブテニルコハク酸イミドの原料であるポリブテンの数平均分子量が同一のものが同一希釈率となるように設定した。
原料ポリブテンの数平均分子量が1,000である製造例5のポリブテニルコハク酸イミドE1、製造例6のポリブテニルコハク酸イミドE2、比較製造例5のポリブテニルコハク酸イミドF1、比較製造例6のポリブテニルコハク酸イミドF2を比較すると、ポリブテニルコハク酸イミドE1、ポリブテニルコハク酸イミドE2の塩基価を極めて高くできることがわかる。
また、原料ポリブテンの数平均分子量が1,300である製造例7のポリブテニルコハク酸イミドE3と比較製造例7のポリブテニルコハク酸イミドF3とを比較した場合、及び、原料ポリブテンの数平均分子量が2,300である製造例8のポリブテニルコハク酸イミドE4と比較製造例8のポリブテニルコハク酸イミドF4とを比較した場合にも、同様の傾向が見られる。
これらの結果から、製造例5〜8で得られたポリブテニルコハク酸イミドE1〜E4は、少量の添加で潤滑油組成物中の分散剤としての有効成分濃度を十分に確保しやすく、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすいものであることがわかる。
以下に説明する製造例9〜12により、ホウ素化ポリブテニルコハク酸イミドE5〜E6及びアシル化ポリブテニルコハク酸イミドE7〜E8を調製した。
200mLのセパラブルフラスコ中に、製造例5で得たポリブテニルコハク酸イミドE1を50g(約0.021mol)とホウ酸を5.8g(0.094mol)投入し、窒素気流下、150℃で4時間反応させた。次いで、150℃で生成水を減圧留去した後、加圧濾過し、ホウ素化ポリブテニルコハク酸イミドE5を得た。
ホウ素化ポリブテニルコハク酸イミドE5の収量は50gであり、塩基価は47.2mgKOH/gであり、ホウ素含有量は1.9質量%であった。
ホウ酸の投入量を2.9g(0.047mol)とし、製造例9と同様の方法で、ホウ素化ポリブテニルコハク酸イミドE6を得た。
ホウ素化ポリブテニルコハク酸イミドE6の収量は50gであり、塩基価は48.0mgKOH/gであり、ホウ素含有量は1.0質量%であった。
200mLのセパラブルフラスコ中に、製造例5で得たポリブテニルコハク酸イミドC1を50g(約0.021mol)とラウリン酸を8.5g(0.0425mol)投入し、窒素気流下、160℃で5時間反応させて、アシル化ポリブテニルコハク酸イミドE7を得た。
アシル化ポリブテニルコハク酸イミドE7の収量は57gであり、塩基価は1.9mgKOH/gであった。
200mLのセパラブルフラスコ中に、製造例5で得たポリブテニルコハク酸イミドC1を50g(約0.021mol)と無水酢酸を4.3g(0.0425mol)投入し、窒素気流下、140℃で5時間反応させて、次いで、残存酢酸を減圧留去して、アシル化ポリブテニルコハク酸イミドE8を得た。
アシル化ポリブテニルコハク酸イミドE8の収量は53gであり、塩基価は5.3mgKOH/gであった。
以下に説明する実施例1〜10及び比較例1〜4の潤滑油組成物を調製し、ホットチューブ試験を実施した。
500ニュートラル留分の鉱油(40℃動粘度90.11mm2/s、100℃動粘度11.04mm2/s、粘度指数=108、硫黄含有量=5質量ppm未満)に、製造例5〜8で得たポリアルケニルコハク酸イミドE1〜E4及び比較製造例5〜8で得たポリアルケニルコハク酸イミドF1〜F4を5質量%を配合して潤滑油組成物を調製した。この潤滑油組成物の性能をホットチューブ試験(230℃)により評価した。潤滑油組成物の性状、評価結果を表4に示す。
製造例9〜12で得たホウ素化ポリアルケニルコハク酸イミドE5〜E6及びアシル化ポリアルケニルコハク酸イミドE7〜E8を用いた以外は、実施例1と同様に潤滑油組成物を調製した。この潤滑油組成物の性能をホットチューブ試験(250℃)により評価した。評価結果を表5に示す。
500ニュートラル留分の鉱油(40℃動粘度90.11mm2/s、100℃動粘度11.04mm2/s、粘度指数=108、硫黄含有量=5質量ppm未満)、に、ドデシルサリチル酸ドデシルフェニルエステル2質量%と製造例9〜10で得たホウ素化ポリアルケニルコハク酸イミドE5〜E6を5質量%を配合して潤滑油組成物を調製した。この潤滑油組成物の性能をホットチューブ試験(270℃)により評価した。評価結果を表6に示す。
JPI−5S−55−99に準拠してホットチューブ試験を行った。具体的には、内径2mmのガラス管に、ガラス管の温度を230℃、250℃、又は270℃に保ちながら、該ガラス管内に各実施例及び比較例の潤滑油組成物を0.3mL/時間で、空気を10mL/分で16時間流し続けた。その後、以下の評価を行った。
上記ホットチューブ試験後、ガラス管中に付着したラッカーと色見本とを比較し、無色透明の場合は10点、黒の場合は0点として11段階の評点をつけた。透明度が高いほど評点が高く、高温における清浄性及び安定性並びにスラッジ分散性が高いことを示す。
ホットチューブ試験評点は、4以上であればよく、好ましくは5以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは9以上、より更に好ましくは10である。
上記ホットチューブ試験後、試験前後のガラス管質量の増加量をガラス管内に付着した堆積物量とした。堆積物量が少ないほど、高温における清浄性及び安定性が高いことを示す。
堆積物量は、3.0mg以下であればよく、好ましくは2.5mg以下、より好ましくは2.0mg以下、更に好ましくは1.5mg以下、より更に好ましくは1.0mg以下である。
表4の実施例1〜4の潤滑油組成物及び比較例1〜4の潤滑油組成物は、アルケニルコハク酸イミドE1〜E4及びF1〜F4の含有量が全て同一であるにも関わらず、実施例1〜4の潤滑油組成物の方が、ホットチューブ試験における評点が優れており、堆積物量も少なかった。
したがって、表2に示す結果も勘案すると、アルケニルコハク酸イミドE1〜E4は、潤滑油組成物の高温清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させながらも、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすい潤滑油用分散剤として好適である。
また、表5に示す結果から、アルケニルコハク酸イミドのホウ素化物E5及びE6、並びにアルケニルコハク酸イミドのアシル化物E7及びE8を含む実施例5〜8の潤滑油組成物は、実施例1〜4の潤滑油組成物よりも高温におけるホットチューブ試験における評点が優れており、堆積物量も少なかった。
したがって、表3に示す結果も勘案すると、アルケニルコハク酸イミドのホウ素化物E5及びE6、並びに、アルケニルコハク酸イミドのアシル化物E7及びE8は、潤滑油組成物のより高温における清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させながらも、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすい潤滑油用分散剤として好適である。
さらに、表6に示す結果から、アルケニルコハク酸イミドのホウ素化物E5及びE6に加えてアルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体をさらに添加した実施例9及び10の潤滑油組成物は、さらに高温でもホットチューブ試験における評点が優れており、堆積物量も少なかった。
したがって、潤滑油組成物に本発明の潤滑油用分散剤を添加すると共にアルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体を添加することで、潤滑油組成物のさらに高温における清浄性、塩基価、及びスラッジ分散性を維持又は向上させながらも、低粘度の潤滑油組成物を調製しやすい。
Claims (9)
- ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、ポリアミン(C)とを原料とする、下記一般式(1)〜(4)で表される含窒素化合物並びに当該含窒素化合物のホウ素化物及び当該含窒素化合物のアシル化物から選択される1種以上の化合物を含む潤滑油用分散剤であって、
(上記一般式(1)〜(4)において、R1、R3、R4、R7、及びR9は、それぞれ独立して、ポリブテニル基及びポリイソブテニル基から選択されるアルケニル基、又は、水素化ポリブテニル基及び水素化ポリイソブテニル基から選択されるアルキル基であり、当該アルケニル基及び当該アルキル基は、分子量分布(Mw/Mn)が1.80以下であり、質量平均分子量(Mw)が500〜5,000である。 R2、R5、R6、R8、R10、及びR11は、それぞれ独立して、炭素数2〜5のアルキレン基である。 m、n、p、q、及びrは、それぞれ独立して、1〜10の整数である。)
ポリオレフィン(A)が、下記(α)及び(β)の少なくともいずれかの条件を満たす、潤滑油用分散剤。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。 - Sb/Saが10以上であり、Sd/Scが5以上である、請求項1に記載の潤滑油用分散剤。
- 請求項1又は2に記載の潤滑油用分散剤と、潤滑油基油とを含有する、潤滑油組成物。
- アルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体を更に含む、請求項3に記載の潤滑油組成物。
- アルキル置換ヒドロキシ芳香族エステル誘導体が、下記一般式(5)で表される化合物である、請求項4に記載の潤滑油組成物。
(R12及びR13は、それぞれ独立して、炭素数6〜24のアルキル基又はアルケニル基であり、sは1又は2である。) - 内燃機関に用いられる、請求項4に記載の潤滑油組成物。
- 請求項1又は2に記載の潤滑油用分散剤の製造方法であって、
以下の反応工程(S1)及び(S2)を有し、
・反応工程(S1):ポリブテン及びポリイソブテンから選択される1種以上のポリオレフィン(A)と、マレイン酸及び無水マレイン酸から選択される1種以上のマレイン酸化合物(B)と、を反応させる工程
・反応工程(S2):反応工程(S1)で得られた反応生成物(X)と、ポリアミン(C)と、を反応させて含窒素化合物を得る工程
ポリオレフィン(A)が、下記(α)及び(β)の少なくともいずれかの条件を満たす、潤滑油用分散剤の製造方法。
(α)1H−NMRスペクトルにおいて5.01〜5.60ppmに存在するピークの積分値(Sa)と、1H−NMRスペクトルにおいて4.40〜5.00ppmに存在するピークの積分値(Sb)との比(Sb/Sa)が2以上である。
(β)1H−NMRスペクトルにおいて1.65〜1.75ppmに存在するピークの積分値(Sc)と、1H−NMRスペクトルにおいて1.76〜2.10ppmに存在するピークの積分値(Sd)との比(Sd/Sc)が1以上である。 - 反応工程(S1)及び(S2)の後に、さらに反応工程(S3A)を有する、請求項7に記載の潤滑油用分散剤の製造方法。
・反応工程(S3A):反応工程(S2)で得られた含窒素化合物をホウ素化合物と反応させて、該含窒素化合物のホウ素化物を得る工程。 - 反応工程(S1)及び(S2)の後に、さらに反応工程(3B)を有する、請求項7に記載の潤滑油用分散剤の製造方法。
・反応工程(S3B):反応工程(S2)で得られた含窒素化合物をカルボン酸化合物と反応させて、含窒素化合物のアシル化物を得る工程。
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