JP2023032260A

JP2023032260A - 潤滑油組成物

Info

Publication number: JP2023032260A
Application number: JP2021138278A
Authority: JP
Inventors: 建吾鈴木; Kengo Suzuki; 悠希吉村; Yuki Yoshimura
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-09

Abstract

【課題】優れた機能を有する、新規な潤滑油組成物の提供。【解決手段】基油と粘度指数向上剤とを含む潤滑油組成物であって、前記基油は、フィッシャー・トロプシュ由来基油及び／又はポリアルファオレフィン基油を含み、前記粘度指数向上剤は、窒素を含有する櫛形ポリマーを含む潤滑油組成物の提供である、潤滑油組成物。【選択図】なし

Description

自動車等に用いられる潤滑油組成物においては、省燃費性を向上させるために、摩擦の低減が重要である。従来においては、高い活性を有する添加剤や、化学合成された基油等を組み合わせて使用し、潤滑油組成物の摩擦低減を試みていた（例えば、特許文献１等）。

特開２０２１－０３１５７７号公報

しかしながら、高い活性を有する添加剤を使用すると、酸化安定性が悪化し、潤滑油組成物の寿命が短くなるデメリットがある。また、高度に精製された基油や化学合成された基油は、添加剤の溶解性が低く、保存中に添加剤が析出してしまい、潤滑油組成物の機能が劣化してしまう場合がある。

以上を考慮して、本発明は、優れた機能を有する、新規な潤滑油組成物を提供すること、を課題とする。

本発明者らは、鋭意研究の結果、特定の基油と特定の粘度指数向上剤とを組み合わせることで前記課題を解消可能なことを見出した。即ち、本発明は以下の通りである。

本発明は、
基油と粘度指数向上剤とを含む潤滑油組成物であって、
前記基油は、フィッシャー・トロプシュ由来基油及び／又はポリアルファオレフィン基油を含み、
前記粘度指数向上剤は、窒素を含有する櫛形ポリマーを含む
潤滑油組成物である。
また、本発明の潤滑油組成物は、ギヤオイルとすることが好ましい。

本発明によれば、優れた機能を有する、新規な潤滑油組成物を提供することができる。

以下、本発明に係る潤滑油組成物の、成分、物性／性質、製造方法、用途等について説明する。なお、本明細書において、上限値と下限値とが別々に記載されている場合、任意の上限値と任意の下限値とを組み合わせた数値範囲が実質的に開示されているものとする。

＜＜＜潤滑油組成物の成分＞＞＞
潤滑油組成物は、基油と、粘度指数向上剤とを含む。潤滑油組成物は、所望の性質に応じて添加されるその他の成分を含んでいてもよい。

＜＜基油＞＞
基油は、フィッシャー・トロプシュ由来基油及び／又はポリアルファオレフィン基油を含む。

フィッシャー・トロプシュ由来基油は、天然ガスの液体燃料化技術のフィッシャートロプッシュ法により合成された基油であり、ＧＴＬ（ガストゥリキッド）基油とも称される。
フィッシャー・トロプシュ由来基油は、原油から精製された鉱油基油と比較して、硫黄分や芳香族分が極めて低く、パラフィン構成比率が極めて高いため、酸化安定性に優れ、蒸発損失も非常に小さいため、好適に用いることができる。

ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）基油は、α－オレフィンをモノマーとする重合物として得られる、グループ４基油に属する合成炭化水素である。

潤滑油組成物全体に対する、フィッシャー・トロプシュ由来基油及びポリアルファオレフィン基油の合計の含有量は、５０質量％以上、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、９０質量％以上、又は、９５質量％以上であることが好ましい。

なお、潤滑油組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、フィッシャー・トロプシュ由来基油及びポリアルファオレフィン基油以外の基油（その他の基油）を含んでいてもよい。

その他の基油は、鉱油、合成油、動植物油、これらの混合油等の公知の基油が挙げられる。具体例としては、ＡＰＩ（ＡｍｅｒｉｃａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＩｎｓｔｉｔｕｔｅ；米国石油協会）基油カテゴリーでグループ１、グループ２、グループ３等に属する基油を、単独又は混合物として使用してもよい。

潤滑油組成物全体に対する、その他の基油の含有量は、２０質量％以下、１０質量％以下、５質量％以下、又は、１質量％以下等とすることができる。

＜＜粘度指数向上剤＞＞
粘度指数向上剤は、窒素を含有する櫛形ポリマー（窒素含有櫛形ポリマー）を含む。

櫛形ポリマーとは、ポリマー主鎖に対して複数の伸長した側鎖を櫛状に有するポリマーを表す。櫛形ポリマーは、粘度指数向上剤として一般的に使用される成分であり、例えば、特開２０１０－５３２８０５号公報、特表２０１５－５２０２８５号公報、特開２０１９－０６５０９３号公報等にて説明されている。このような櫛形ポリマーとしては、代表的には、櫛形ポリメタクリレート系粘度指数向上剤等が挙げられる。

窒素含有櫛形ポリマーは、分子中に窒素を含む。窒素含有櫛形ポリマー中の窒素は、例えば、アミノ基／アルキルアミノ基やアミド基等として分子中に導入される。櫛形ポリマーを合成する際に、窒素を含有するモノマーを使用することで、櫛形ポリマーに窒素を導入することができる。また、窒素非含有櫛形ポリマーを変性させて、分子中に窒素を導入することも可能である。

窒素含有櫛形ポリマー中の窒素含有量（窒素原子含有量）は、特に限定されないが、０．０１～２質量％であることが好ましく、０．１～１．０質量％であることがより好ましく、０．２～０．５質量％であることが特に好ましい。

前述した基油と、窒素含有櫛形ポリマーとを組み合わせて使用することで、境界潤滑域及び弾性流体潤滑域の両方における摩擦がバランス良く低減される。その結果、幅広い潤滑領域にわたって優れた摩擦低減効果を奏することとなり、省燃費性の向上が期待できる。また、前記成分を組み合わせて使用することで、貯蔵安定性に優れた潤滑油組成物とすることができる。

重量平均分子量は、例えば、昭和電工株式会社製、高速液体クロマトグラフィーのＳｈｏｄｅｘＧＰＣ－１０１を使用して求められる。より詳細には、温度４０℃、検出器として示差屈折率検出器（ＲＩ）、キャリア流量はＴＨＦ－１．０ｍｌ／ｍｉｎ（Ｒｅｆ０．３ｍｌ／ｍｉｎ）、試料注入量は１００μｌ、カラムは｛ＫＦ－Ｇ（Ｓｈｏｄｅｘ）×１、ＫＦ－８０５Ｌ（Ｓｈｏｄｅｘ×２）｝、とし、ピークの分子量に相当する範囲を使用して、重量平均分子量（ポリスチレン換算における重量平均分子量）を解析（算出）することができる。

窒素含有櫛形ポリマーのＰＳＳＩ（パーマネントシェアスタビリティインデックス：永久せん断安定性指数）は１～２０であることが好ましく、５～１８であることがより好ましく、１０～１６であることが特に好ましい。
より具体的には、ＰＳＳＩは、窒素含有櫛形ポリマー５質量％を１００℃動粘度が約３ｍｍ^２／ｓのフィッシャー・トロプシュ由来基油に完全に溶解させ、ＣＥＣＬ－４５－Ａ－９９に準拠して、ＫＲＬせん断安定度試験機によるせん断試験を実施し、試験の前後に測定された動粘度、使用した基油の動粘度を用いて、ＡＳＴＭＤ６０２２に準拠して計算される。

潤滑油組成物全体に対する、窒素含有櫛形ポリマーの含有量は、５～２０質量％であることが好ましく、６～１５質量％であることがより好ましく、８～１２質量％であることが特に好ましい。

なお、潤滑油組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、窒素を含有しない櫛形ポリマーや非櫛形ポリマー（例えば、オレフィンコポリマー）等のその他の粘度指数向上剤を含んでいてもよい。潤滑油組成物全体に対する、その他の粘度指数向上剤の含有量は、５質量％以下、３質量％以下、又は、１質量％以下等とすることができる。

＜＜その他の成分＞＞
その他の成分としては金属系清浄剤、耐摩耗剤、分散剤、消泡剤、流動点降下剤、金属不活性剤、酸化防止剤、粘度指数向上剤等の公知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、複数の添加剤を含むパッケージ等の市販品を使用してもよい。

潤滑油組成物中のその他の成分の含有量は、特に限定されないが、潤滑油組成物全体を基準として、１質量％以上、２質量％以上、３質量％以上、又は、５質量％以上等とすることができ、また、３０質量％以下、２０質量％以下、１５質量％以下、又は、１０質量％以下等とすることができる。

潤滑油組成物の酸化安定性向上等の観点から、酸性リン酸エステル、または、Ｒ－Ｓｘ－Ｒ（ｘ≧４、Ｒ：アルキル鎖等）で表わされる硫黄系添加剤の含有量が、潤滑油組成物全体を基準として、５質量％以下、３質量％以下、又は、１質量％以下であることが好ましい。
上記酸性リン酸エステルの具体例としては、モノブチルアシッドホスフェート、モノペンチルアシッドホスフェート、モノヘキシルアシッドホスフェート、モノヘプチルアシッドホスフェート、モノオクチルアシッドホスフェート、モノノニルアシッドホスフェート、モノデシルアシッドホスフェート、モノウンデシルアシッドホスフェート、モノドデシルアシッドホスフェート、モノトリデシルアシッドホスフェート、モノテトラデシルアシッドホスフェート、モノペンタデシルアシッドホスフェート、モノヘキサデシルアシッドホスフェート、モノヘプタデシルアシッドホスフェート、モノオクタデシルアシッドホスフェート、モノオレイルアシッドホスフェート、ジブチルアシッドホスフェート、ジペンチルアシッドホスフェート、ジヘキシルアシッドホスフェート、ジヘプチルアシッドホスフェート、ジオクチルアシッドホスフェート、ジノニルアシッドホスフェート、ジデシルアシッドホスフェート、ジウンデシルアシッドホスフェート、ジドデシルアシッドホスフェート、ジトリデシルアシッドホスフェート、ジテトラデシルアシッドホスフェート、ジペンタデシルアシッドホスフェート、ジヘキサデシルアシッドホスフェート、ジヘプタデシルアシッドホスフェート、ジオクタデシルアシッドホスフェート、及びジオレイルアシッドホスフェートなどが挙げられる。
上記硫黄系添加剤の具体例としては、硫化オレフィン、硫化油脂、硫化エステル、ポリサルファイド及びチアジアゾール等が挙げられる。
なお、酸性リン酸エステルのアミン塩、及び、Ｒ－Ｓｘ－Ｒ（ｘ≦３、Ｒ：アルキル鎖等）で表わされる硫黄系添加剤については、含有量を高めても差し支えないと考えられる。例えば、これらの添加剤の含有量が、潤滑油組成物全体を基準として、１質量％超、３質量％超、又は、５質量％超としてもよい。

＜＜＜潤滑油組成物の物性／性質＞＞＞
＜＜摩擦特性＞＞
潤滑油組成物は、ＭＴＭ試験機によって測定された、後述する評価方法における１００℃（境界潤滑域）、滑り転がり比（ＳＲＲ）４０％における摩擦係数μが、０．０５０未満であることが好ましく、０．０４５以下であることがより好ましく、０．０４０以下であることが特に好ましい。

また、潤滑油組成物は、ＭＴＭ試験機によって測定された、後述する評価方法における３０℃（弾性流体潤滑域）、滑り転がり比（ＳＲＲ）４０％における摩擦係数μが、０．０５０未満であることが好ましく、０．０４５以下であることがより好ましく、０．０４０以下であることが特に好ましい。

＜評価方法＞
この試験は、スチールディスク上を転がり滑るスチールボールを用いる。標準的な構成では、ボールをディスクの面に対して積載し、ボールとディスクを独立して駆動して、転がり／滑り混合接触を創出する。力変換器によって、ボールとディスクの間の摩擦力を測定する。

試験前、ボール及びディスクを潤滑油組成物に浸漬し、これを１００℃、または、３０℃に加熱する。続いて、以下の試験条件下、滑り転がり比を固定し、速度を変化させることによって、摩擦係数の測定を行う。

試験片（ディスク）：ＰＣＳ社製標準スチールディスク（ＡＩＳＩ５２１００、Ｒａ０．０２μｍ）
試験片（ボール）：ＰＣＳ社製標準穴付きスチールボール（ＡＩＳＩ５２１００、Ｒａ０．０２μｍ）
ボール半径：０．９５ｃｍ

負荷荷重：３０Ｎ
潤滑油温度：１００℃、または、３０℃
ボール半径：０．９５ｃｍ
エントレインメント速度：０．１ｍ／ｓ
滑り転がり比（ＳＲＲ）：１～１００％

滑り転がり比（ＳＲＲ）は、滑り速度（Ｕ_ボール－Ｕ_ディスク）とエントレインメント速度（Ｕ_ボール＋Ｕ_ディスク）／２の比として定義される。

＜＜粘度指数＞＞
潤滑油組成物の粘度指数（ＶｉｓｃｏｓｉｔｙＩｎｄｅｘ；ＶＩ）は、好ましくは１００以上であり、より好ましくは１２５以上であり、さらに好ましくは１５０以上である。

＜＜４０℃動粘度＞＞
潤滑油組成物の、ＪＩＳＫ２２８３に準じて測定される４０℃における動粘度は、好ましくは１０～１００ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは２０～９０ｍｍ^２／ｓであり、さらに好ましくは４０～８０ｍｍ^２／ｓである。

＜＜１００℃動粘度＞＞
潤滑油組成物の、ＪＩＳＫ２２８３に準じて測定される１００℃における動粘度は、好ましくは１～３０ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは２～２５ｍｍ^２／ｓであり、さらに好ましくは５～２０ｍｍ^２／ｓである。

＜＜＜潤滑油組成物の製造方法＞＞＞
潤滑油組成物は、公知の方法に従って製造することができ、各成分を適宜混合すればよく、その混合順序は特に限定されるものではない。添加剤は、複数種が混合されたパッケージ品として添加されてもよい。

＜＜＜潤滑油組成物の用途＞＞＞
本発明に係る潤滑油組成物は、高い粘度指数を有し、省燃費性、酸化安定性、貯蔵安定性に優れることから、種々の用途に使用することができ、特に、ギヤオイル（例えば、自動車用ギヤ油、変速機油、ハイポイドギヤ油など）として好適に使用される。

＜＜＜潤滑油組成物＞＞＞
以下の原料を、表に示す配合量（質量％）となるように配合し、各実施例及び各比較例に係る潤滑油組成物を製造した。

＜＜基油＞＞
＜基油１＞
・１００℃における動粘度が４．１ｍｍ^２／ｓであるフィッシャー・トロプシュ由来基油（ＧＴＬ）
＜基油２＞
・１００℃における動粘度が７．６ｍｍ^２／ｓであるフィッシャー・トロプシュ由来基油（ＧＴＬ）
＜基油３＞
・１００℃における動粘度が７．８ｍｍ^２／ｓのポリα－オレフィン
＜基油４＞
・１００℃における動粘度が７．６ｍｍ^２／ｓの鉱物油由来のグループ３基油

＜＜添加剤＞＞
＜粘度指数向上剤＞
・オレフィンコポリマー
・粘度指数向上剤１：窒素含有櫛型ＰＭＡ
・粘度指数向上剤２：窒素非含有櫛型ＰＭＡ
・粘度指数向上剤３：窒素含有ＰＭＡ
・粘度指数向上剤４：窒素非含有ＰＭＡ
＜流動点降下剤＞
・ポリメタクリレート系流動点降下剤
＜添加剤パッケージ＞
・ＧＬ-５相当の極圧性を有するＳＰ系添加剤パッケージ（硫化オレフィン（Ｒ－Ｓｘ－Ｒ（ｘ：数値、３≧ｘ、Ｒ：アルキル鎖等）））、リン酸エステルアミン塩等を配合したもの)
＜消泡剤＞
・シリコン系消泡剤（ジメチルポリシロキサンを３質量％含有する灯油溶液）

＜＜＜測定／評価＞＞＞
各潤滑油組成物について、前述の方法に従って、４０℃動粘度、１００℃動粘度、粘度指数、１００℃動摩擦係数、３０℃動摩擦係数を測定し、且つ、下記の方法に従って貯蔵安定性を評価した。測定結果を表に示す。

＜＜貯蔵安定性＞＞
潤滑油組成物を－１８℃にて３日間保管し、保管後の潤滑油組成物を目視で観察した。組成物全体が白濁していた場合をＨａｚｙと評価し、組成物全体の透明性が保たれていた場合をＣｌｅａｒ＆Ｂｒｉｇｈｔと評価した。

Claims

基油と粘度指数向上剤とを含む潤滑油組成物であって、
前記基油は、フィッシャー・トロプシュ由来基油及び／又はポリアルファオレフィン基油を含み、
前記粘度指数向上剤は、窒素を含有する櫛形ポリマーを含む
ことを特徴とする、潤滑油組成物。
ギヤオイルである、請求項１記載の潤滑油組成物。