JP3755891B2 - 潤滑油中における向上した燐／ホウ素キャリアとしての低分子量塩基性窒素含有反応生成物 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般には、潤滑油添加剤に関し、特には、燐含有化合物と低分子量塩基性窒素含有化合物とホウ素含有化合物との反応生成物である多機能性添加剤に関する。
関連技術の説明
燐−及びホウ素含有化合物は、潤滑油処方物の特性を向上させるそれらの公知の能力の故に望ましい潤滑油添加剤である。燐含有化合物は、摩耗を減少し、酸化を減らし、且つ極圧（“ＥＰ”）添加剤として機能することが知られている。ホウ素含有化合物は、酸化を抑制し、且つ耐摩耗性能を向上させる働きをする。
燐−及びホウ素含有化合物の使用に対する制限は、潤滑油中におけるそれらの幾分制限された溶解度である。かくして、これらの化合物が潤滑油に付与する望ましい特性の故に、新規な燐−及びホウ素含有化合物並びに潤滑油への燐及びホウ素の溶解度を向上させる方法を見い出すための研究が続けられている。
この研究に対する１つの成果が米国特許第４８５７２１４号に記載されているので、必要ならばそれを参照されたい。この米国特許は、無機燐含有酸又は無水物とホウ素化合物との油溶性反応生成物を製造するための組成物及び方法、並びにアルケニルスクシンイミドの如き無灰分散剤を教示している。これらの反応生成物は、潤滑油中における耐摩耗性添加剤及びＥＰ添加剤として有用である。
以下に記載するように、本発明の添加剤には他の成果が見い出される。
発明の概要
本発明は、
（ａ）無機燐含有化合物、
（ｂ）ポリアミンと、数平均分子量が２００〜４５０のヒドロカルビル置換基を有するヒドロカルビル置換コハク酸又はコハク酸無水物との反応生成物である低分子量塩基性窒素含有化合物であって、随意に１個以上の遊離ヒドロキシル基を含有しうる低分子量塩基性窒素含有化合物、及び
（ｃ）ホウ素含有化合物、
を反応させることによって形成される、潤滑油組成物中において耐摩耗性添加剤、酸化防止剤又は極圧添加剤として有用な油溶性反応生成物組成物に関する。
本発明の他の具体例は、本発明の反応生成物を具体化する濃厚物及び潤滑油組成物を包含する。
本発明の更なる具体例は、潤滑油中における耐摩耗性、酸化防止性及び極圧向上性の各特性のうちの１つ以上を向上させる方法に関する。
本発明の他の具体例は、潤滑油中における燐及びホウ素の溶解度を向上させ、これによって他の化合物と比較して添加剤重量当り有意に多い量の燐及びホウ素を可溶化する方法に関する。
本発明の詳細な説明
本発明で使用しようとする燐含有化合物は、無機燐含有化合物及びそれらの完全又は部分硫黄類似体を包含する。
無機燐含有化合物としては、燐の酸及び無水物が挙げられる。これらの化合物の例としては、亜燐酸、燐酸、次亜燐酸、三塩化燐、三酸化燐、五酸化燐及び無水燐酸が挙げられる。また、ホスホロモノチオン酸、ホスホロジチオン酸、ホスホロトリチオン酸、ホスホロテトラチオン酸及び五硫化燐の如き部分又は完全硫黄類似体を用いることもできる。亜燐酸が好ましい燐含有化合物である。
低分子量塩基性窒素含有化合物は、１個以上の遊離ヒドロキシル基を含有することができ、そして（ｉ）ヒドロカルビル置換コハク酸又はコハク酸無水物とポリアミン、（ii）長鎖カルボン酸とポリアミン及び（iii）ヒドロカルビル置換フェノールとアルデヒド及びポリアミンとの反応生成物並びにこれらの混合物を包含する。
本発明で使用しようとする第一の種類の塩基性窒素含有化合物としては、ヒドロカルビル置換コハク酸又はコハク酸無水物とポリアミンとの反応生成物が挙げられる。ヒドロカルビル置換基の分子量（数平均に基づく）は、典型的には２００〜７００、好ましくは３００〜５００そして最とも好ましくは４００〜５００の範囲内である。一般には、２００よりも低い分子量では、得られる反応生成物は潤滑粒度の油中に不溶性になる傾向がある。追加的には、７００よりも上の分子量では、得られる反応生成物は潤滑油中に極めて低い百分率の燐及びホウ素を維持する傾向がある。７００を越えた分子量では、窒素含有キャリアは分散剤として機能することができる。即ち、７００を越えた分子量は、油不溶分を流体中に懸濁状態に維持することができるより大きいヒドロカルビル置換基に相当する。これは、潤滑油中の燐及びホウ素の量を最大限にしようとするときに望ましくない。
好適なヒドロカルビル基としては、アルキル、アルケニル、アリール、シクロアルキル及びそれらのヘテロ原子含有類似基が挙げられる。ヘテロ含有ヒドロカルビル基は１個以上のヘテロ原子を含有することができる。種々のヘテロ原子を用いることができるが、これらは当業者には容易に明らかである。好適なヘテロ原子としては窒素、酸素、燐及び硫黄が挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましいヘテロ原子は硫黄である。
好ましいヒドロカルビル置換基はアルケニルであって、好ましくはポリオレフィンから誘導されるものである。ポリオレフィンは、２〜１６個の炭素原子好ましくは２〜６個の炭素原子を有する１種又はそれ以上のオレフィン単量体の単独重合又は共重合から誘導することができる。共重合体は、ランダム、ブロック及びテーパード共重合体を包含する。好適な単量体としては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、イソブチレン、１−ペンテン及び１−オクテン、そしてブタジエン及びイソプレンの如きジオレフィンも挙げられる。ジエンを単量体として使用する場合には、得られた重合体は、好ましくは少なくとも７５％更に好ましくは実質上全部の不飽和結合を飽和するように水素化される。ポリイソブチレンから誘導されるアルケニル置換基を使用するのが特に好ましい。
ヒドロカルビル置換コハク酸及びコハク酸無水物は、ヒドロカルビル基当り１〜５個好ましくは１〜３個最も好ましくは１個の平均コハク酸基数を有する。
ヒドロカルビル置換コハク酸及びコハク酸無水物の製造法については斯界において周知である。例えば、ヒドロカルビル基をオレフィン系重合体から誘導するときには、米国特許３３６１６７３及び３４０１１１８に開示される如くしてオレフィン系重合体及びマレイン酸又は無水マレイン酸を一緒に単に加熱して熱“エン”反応を起こさせることができる。又は、オレフィン系重合体を先ずハロゲン化することができ、例えば重合体の重量を基にして塩素又は臭素約１〜８重量％好ましくは３〜７重量％まで塩素化又は臭素化させることができる。これは、ポリオレフィンに塩素又は臭素を６０〜２５０℃例えば１２０〜１６０℃の温度において約０．５〜１０時間好ましくは１〜７時間通すことによって行なうことができる。次いで、ハロゲン化された重合体は、得られる生成物がそのハロゲン化重合体１モル当り所望モル数のコハク酸又はコハク酸無水物を含有する程になるのに十分なマレイン酸又は無水マレイン酸と１００〜２５０℃通常は約１８０〜２３５℃で約０．５〜１０時間例えば３〜８時間反応させることができる。この一般的な形式の方法は米国特許３０８７９３６、３１７２８９２、３２７２７４６等に教示されている。
別法として、オレフィン系重合体及びマレイン酸又は無水マレイン酸は、塩素をその熱い物質に添加しながら混合加熱される。この種の方法は、米国特許３２１５７０７、３２３１５８７、３９１２７６４、４１１０３４９及び英国特許１４４０２１９に開示されている。
ハロゲンの使用によって、ポリオレフィン例えばポリイソブチレンの約６５〜９５重量％が通常マレイン酸又は無水マレイン酸と反応する。ハロゲン又は触媒を使用せずに熱反応を実施するときには、通常、ポリイソブチレンの約５０〜７５重量％だけが反応する。塩素化は、反応性を向上させるのを助ける。
ヒドロカルビル置換コハク酸又は無水コハク酸は、少なくとも２個典型的には２〜６０個好ましくは３〜１５個の総炭素原子数を有するポリアミンと反応される。ポリアミンは少なくとも２個の窒素原子典型的には３〜１５個好ましくは３〜１２個そして最とも好ましくは３〜９個の窒素原子を含有するが、この場合に窒素原子の少なくとも１個は第一アミン基でありそして残りの窒素原子の少なくとも１個好ましくは少なくとも２個は第一又は第二アミン基である。
ポリアミンはヒドロカルビルアミンであってよく、又は他の基例えばヒドロキシ基、アルコキシ基、アミド基、ニトリル、イミダゾリン基等を含むヒドロカルビルアミンであってもよい。１〜６個のヒドロキシ基好ましくは１〜３個のヒドロキシ基を持つヒドロキシルアミンが特に有用である。好ましいアミンは、一般式

［式中、Ｒ，Ｒ₁，Ｒ₂及びＲ₃はそれぞれ、水素、Ｃ₁〜Ｃ₂₅直鎖又は分子鎖アルキル基、２〜２６個の総炭素原子数を有するアルコキシ置換アルキレン基、２〜２６個の総炭素原子数を有するヒドロキシアルキルアミノ置換アルキレン基、２〜２６個の総炭素原子数を有するアルキルアミノ置換アルキレン基から選択される］のものを含めた脂肪族飽和アミンである。
Ｒ₃は、式

［式中、Ｒ₁は先に規定した通りであり、ｓ及びｓ’は２〜６好ましくは２〜４の同じ又は異なる数であってよく、そしてｔ及びｔ’は同じ又は異なってよくそして０〜１０好ましくは２〜７最とも好ましくは約３〜７の整数である］の部分を追加的に含むことができる。これらの変数は、ｔは少なくとも１であり、ｔ及びｔ’の合計は約１５よりも大きくなく、化合物中の窒素原子は合計して少なくとも２、好ましくは少なくとも３例えば約３〜１５であり、窒素原子のうちの少なくとも１個は第一アミン基の形態で存在し、そして残りの窒素原子のうちの少なくとも１個好ましくは少なくとも２個は第一又は第二アミン基として存在するものとする。上記式の最とも好ましいアミン化合物は式IIによって表わされ、そして少なくとも２個の第一アミン基及び少なくとも１個好ましくは少なくとも３個の第二アミン基を含有する。
好ましい種類のポリアミンの例としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン及びテトラエチレンペンタミンの如きポリエチレンアミン、ジ（１，２−プロピレン）トリアミン、ジ（１，３−プロピレン）トリアミンの如きポリプロピレンアミン、並びにそれらの混合物が挙げられる。
ポリアミンは、ヒドロカルビル置換コハク酸及び無水コハク酸と容易に反応する。反応は、典型的には、５〜９５重量％のヒドロカルビル置換コハク酸又は無水コハク酸を含有する油溶液を約１００〜２５０℃好ましくは１２５〜１７５℃に一般には１〜１０時間典型的には２〜６時間、所望量の水が除去されるまで加熱することにすることによって達成されることができる。これらの反応の好ましい生成物は構造式Ａ及びＢ並びにこれらの混合構造によって特徴づけられるが、ここでＡ及びＢは

［式中、Ｒ₄は約４５０の分子量のポリイソブチレン部分を表わしそしてｘは２〜６の整数である］である。
本発明で使用しようとする第二の種類の低分子量塩基性窒素含有化合物としては、長鎖カルボン酸とポリアミンとの反応生成物が挙げられる。
好適なカルボン酸反応体は、カルボキシル基で停止されたＣ₂〜Ｃ₁₂オレフィンの低分子量ホモ重合体又は共重合体を包含する。例えば、カルボン酸は、特定のオレフィン系ホモ重合体又は共重合体をアクリル酸と反応させることによって形成することができよう。
好ましいカルボン酸反応体は、式

［式中、Ｒ₅は、９〜２９個の炭素原子好ましくは１１〜２３個の炭素原子を含有する直鎖又は分枝鎖、飽和又は不飽和脂肪族ヒドロカルビル基である］によって特徴づけられる脂肪族モノ酸（脂肪酸）である。Ｒ₅は好ましくは直鎖であるが、しかしながら、ポリブテンのような物質を用いることによって導入されるもののような限定された分枝又は短側鎖も受け入れ可能である。従って、Ｒ₅基の数平均分子量は、典型的には１５０〜５００好ましくは２００〜３００最とも好ましくは２００〜２５０の範囲内である。例えばスクシンアミド及びスクシンイミドのヒドロキシル置換基に関しての場合のように、典型的には１５０よりも下の分子量では、得られる反応生成物は潤滑粘度の油中に不溶性になる傾向がある。一般には、４００よりも上の分子量では、反応生成物は、低温度における流体粘度（即ち、４０℃におけるブルックフィールド粘度）に望ましくない影響を及ぼす可能性がある。
脂肪酸は、天然源から誘導することができ又は合成的に製造することもできる。脂肪酸のヒドロキシル基を説明するのに用語「ヒドロカルビル」を使用するときには、それは、主としてヒドロカルビルからなる基並びに純粋にヒドロカルビルからなる基を包含する。これらの基を主としてヒドロカルビルからなる基として記載するときには、それらは、ここに記載するようなそれらの用途に適するかかる基のヒドロカルビル特性に有意な影響を及ぼす非ヒドロカルビル置換基又は非炭素原子を全く含有しないことを意味する。例えば、純粋なヒドロカルビルからなるＣ₂₀アルキル基、及びメトキシ置換基で置換されたＣ₂₀アルキル基はそれらの特性において事実上同じであり、そして本明細書ではヒドロカルビルと見なされる。また、脂肪酸の硫化変種も使用することができる。
脂肪酸のヒドロカルビル基の一般的な性状のヒドロカルビル特性を有意には変更しない置換基の例としては、
エーテル基（特にはフェノキシ、ベンジルオキシ、メトキシ、ｎ−イソトキシ等の如きヒドロカルビルオキシ、特に１０個までの炭素原子を持つアルコキシ基）、
オキソ基（例えば、主炭素鎖における−Ｏ−結合）、

が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
これらの脂肪酸は、先に記載した種類のポリアミンとアミン反応体１モル当り脂肪酸約０．１〜１０モル当量の割合において約１２０〜２５０℃の温度で反応される。脂肪酸対ポリアミンのモル比は、好ましくは約２．５〜７最とも好ましくは約３〜５モル当量である。好ましいポリアミンは先に記載したポリエチレンアミンである。
好ましいカルボン酸−ポリアミン反応生成物は、構造式Ｃ

［式中、Ｒ₅は約１６個の炭素原子のアルキル基を表わし、そしてｘは２〜６の整数であり］によって特徴づけることができる。
本発明で使用しようとする第三の種類の低分子量塩基性窒素含有化合物としては、ヒドロカルビル置換フェノールとアルデヒド及びポリアミンとの反応生成物が挙げられる。好適なヒドロカルビル置換基は、スクシンアミド及びスクシンイミドとの使用について先に記載したものと同じである。好ましいヒドロカルビル基は、１５０〜７００好ましくは３００〜５００最とも好ましくは４００〜５００の範囲内の数平均分子量を有するポリオレフィンから誘導されるアルケニルである。好ましいアルデヒドはホルムアルデヒドである。好ましいポリアミンは先に記載したポリエチレンアミンである。
これらの低分子量反応生成物の製造法は、高分子量マンニッヒ縮合生成物を製造するのに使用される周知の方法と同様である。かかる方法は例えば米国特許３６４９２２９、３８０３０３９及び３９８０５６９に記載されているので、必要ならばそれらを参照されたい。
反応体混合物は、ホウ素含有化合物を含有する。好適なホウ素含有化合物としては、ホウ酸の如きホウ素の酸、かかる酸のエステル、例えば１〜２０個の炭素原子を有するアルコール例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール等とのモノ−、ジ−及びトリ有機エステル、並びに酸化ホウ素及び酸化ホウ素水和物の如きホウ素の酸化物が挙げられる。好ましいホウ素含有化合物はホウ酸である。
反応体混合物は、低分子量塩基性窒素含有化合物によって提供される塩基性窒素のモル量に等しい量まで補助的モル量の塩基性窒素を含有することができる。好ましい補助窒素化合物は、約１２〜２４個の炭素原子を含有する長鎖第一、第二及び第三アルキルアミン並びにそれらのヒドロキシアルキル誘導体である。長鎖アルキル基は、随意として１個以上のエーテル基を含有する。好適な化合物の例は、オレイルアミン、Ｎ−タロージエチノールアミン及びミリスチルオキサプロピルアミンである。
また、潤滑油添加剤中に通常使用されそして反応に干渉しない他の物質も反応体混合物中に存在させてよい。例えば、トリルトリアゾールの如き少量のトリアゾールを銅不動態化剤として添加することができる。好適なトリアゾールとしては、ベンゾトリアゾール及び好ましくは１〜１０個の炭素原子最とも好ましくは１個の炭素原子を含有する１個又は２個のアルキル基を有するアルキル置換ベンゾトリアゾールが挙げられる。最とも好ましいトリアゾールは、商品名「Cobratec TT-100」の下に市場で入手できるトリルトリアゾールである。
反応は、各反応体を撹拌下に約４０〜２００℃（好ましくは約１００℃）の温度において約０．５〜３時間、透明な油溶性溶液が得られるまで混合及び加熱することによって溶剤の不在下に実施することができる。好ましくは、ホウ素化合物の初期の溶解を容易にするために水が添加される。反応で形成された水及びすべての添加された水は、次いで、約４０〜１２０℃の温度での真空蒸留によって除去される。好ましくは、反応は、希釈剤油又は溶剤例えば芳香族炭化水素の混合物中において実施される。反応は、水の除去を容易にするためにポリジメチルシロキサンの如き通常の消泡剤を添加して実施することができる。
燐化合物の使用量は、反応混合物中の塩基性窒素及び遊離ヒドロキシル１モル当り約０．１〜３モルの範囲内であるが、その半分までは補助窒素化合物によって提供されることができる。ホウ素化合物の使用量は、混合物中の塩基性窒素及び遊離ヒドロキシル１モル当り約０．１〜３．０モルの範囲内であって、燐含有化合物のモル量を越えたものである。
添加される水の量は特に厳密なものではない。と云うのは、それは反応の終了時に蒸留によって除去されるからである。混合物の約１０重量％までの量が好ましい。希釈剤を使用するときには、その量は一般には混合物の約５〜５０重量％の範囲内である。銅保護剤を用いるときには、その量は一般には混合物の約１〜２０重量％の範囲内である。
本発明の反応混合物を製造するのに使用される反応体の典型的な量及び好ましい量は次の通りである。

すべての随意化合物を含めて反応生成物は、濃厚物又は動力伝達液特に自動変速液の如き完全配合潤滑油処方物を形成するために他の潤滑油添加剤と混合されることができる。
典型的な潤滑油添加剤としては、分散剤、腐食防止剤、清浄剤、流動点降下剤、極圧添加剤、粘度指数向上剤、摩擦調整剤等が挙げられる。これらの添加剤は、典型的には、例えばジー・ブイ・スモールヒール及びアール・ケネディ・スミス各氏による“Lubricant Additiues”（１９６７、p.p.１−１１）並びに米国特許４１０５５７１に開示されているので、必要ならばそれらの文献を参照されたい。
濃厚物は、一般には、他の所望の添加剤及び少量の希釈剤油又は他の溶剤と一緒に本発明の反応生成物を過半部分の量で含有する。反応生成物及び所望の添加剤（即ち、活性成分）は、予定量の潤滑油と一緒にしたときに完全処方物中に所望の濃度を与える量で濃厚物中に提供される。濃厚物中の活性成分の総量は典型的には約１０〜９０好ましくは約２５〜７５最とも好ましくは４０〜６０重量％であり、そして残部は潤滑油ベースストックである。
他方、完全配合潤滑油処方物は約１〜２０重量％の活性成分を含有することができるが、残部は潤滑油ベースストックである。しかしながら、活性成分の正確な種類及び量は特定の用途に左右される。潤滑油処方物の添加剤の代表的な量は次の通りである。

本発明で使用しようとする潤滑油ベースストックは、天然潤滑油、合成潤滑油又はこれらの混合物から誘導することができる。一般には、潤滑油ベースストックは４０℃において約５〜約１０，０００ｍｍ²／ｓ（cSt）の範囲内の粘度を有するけれども、典型的な用途では４０℃において約１０〜約１，０００ｍｍ²／ｓ（cSt）の範囲内の粘度を有する油が要求される。
天然潤滑油としては、動物油、植物油（例えば、ヒマシ油及びラード油）、石油、鉱物、及び石炭又は頁岩から誘導される油が挙げられる。
合成油としては、重合及び共重合オレフィン（例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレン−イソブチレン共重合体、塩素化ポリブチレン、ポリ（１−ヘキセン）、ポリ（１−オクテン）、ポリ（１−ドセン）等、及びこれらの混合物）の如き炭化水素油及びハロ置換炭化水素油、アルキルベンゼン（例えば、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニルベンゼン、ジ（２−エチルヘキシル）ベンゼン等）、ポリフェニル（例えば、ビフェニル、テルフェニル、アルキル化ポリフェニル等）、アルキル化ジフェニルエーテル、アルキル化ジフェニルスルフィド、並びにそれらの誘導体、類似体及び同族体等が挙げられる。
また、合成潤滑油は、アルキレンオキシド重合体、交互共重合体（インターポリマー）、共重合体（コポリマー）及びそれらの誘導体（ここで、末端ヒドロキシル基はエステル化、エーテル化等によって変性されている）を包含する。この群の合成油は、エチレンオキシド又はプロピレンオキシドの重合によって製造されたポリオキシアルキレン重合体、これらのポリオキシアルキレン共重合体のアルキル及びアリールエーテル（例えば、１，０００の平均分子量を有するメチルポリイソプロピレングリコール、５００〜１，０００の分子量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、１，０００〜１，５００の分子量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）、並びにそれらのモノ−及びポリカルボン酸エステル（例えば、酢酸エステル、混成Ｃ₃〜Ｃ₈脂肪酸エステル、及びテトラエチレングリコールのＣ₁₃オキソ酸ジエステル）によって例示される。
他の好適な群の合成潤滑油は、ジカルボン酸（例えば、フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸及び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）と種々のアルコール（例えば、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、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、プロピレングリコール等）とのエステルを包含する。これらのエステルの具体的な例としては、アジピン酸ジブチル、セバシン酸ジ（２−エチルヘキシル）、フマル酸ジ−ｎ−ヘキシル、セバシン酸ジオクチル、アゼライン酸ジイソオクチル、アゼライン酸ジイソデシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジデシル、セバシン酸ジエイコシル、リノール酸二量体のエチルヘキシルジエステル、並びに１モルのセバシン酸を２モルのテトラエチレングリコール及び２モルの２−エチルヘキサン酸と反応させることによって形成された複雑エステル等が挙げられる。
また、合成油として有用なエステルとしては、Ｃ₅〜Ｃ₂₂モノカルボン酸並びにポリオール及びポリオールエーテル例えばネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール等から作られたものが挙げられる。また、合成炭化水素油は、ｎ−オレフィンの水添オリゴマーからも得られる。
シリコーンベース油（ポリアルキル−、ポリアリール−、ポリアルコキシ−又はポリアリールオキシシリコーン油及びシリケート油の如き）も他の有用な群の合成潤滑油を構成する。これらの油としては、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−２−エチルヘキシル）シリケート、テトラ（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）シリケート、ヘキサ（４−メチル−２−ペントキシ）シシロキサン、ポリ（メチル）シロキサン、ポリ（メチルフェニル）シロキサン等が挙げられる。他の合成潤滑油としては、燐含有酸の液体エステル（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、デシルホスホン酸のジエチルエステル）、重合体テトラヒドロフラン、ポリアルファオレフィン等が挙げられる。
潤滑油は、未精製油、精製油、再精製油又はこれらの混合物から誘導されることができる。未精製油は、天然源又は合成源（例えば、石炭、頁岩、タールサンド又はビチューメン）から更なる精製又は処理を行わずに直接得られる。未精製油の例としては、乾留操作から直接得られる頁岩油、蒸留から直接得られる石油又はエステル化プロセスから直接得られるエステルが挙げられるが、これらの各々は次いで更なる処理を行わずに使用される。精製油は未精製油と同様のものであるが、但し、精製油は１つ以上の特性を向上させるために１つ以上の精製工程で処理されたものである。好適な精製技術としては蒸留、水素化処理、脱ワックス、溶剤抽出、酸又は塩基抽出、濾過及びパーコレーションが挙げられるが、これらはすべて当業者に周知である。再精製油は、精製油を得るために使用されるものと同様の方法で精製油を処理することによって得られる。また、これらの再精製油は再生油又は再加工油としても知られ、そして使用済み添加剤及び油分解生成物の除去技術によって追加的に処理される場合が多い。
本発明は好ましい具体例を含む次の実施例から更に良く理解されるだろうが、これらの実施例は本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
Ｉ．製造例
Ａ．低ＭＷ塩基性窒素含有反応体の製造
（ｉ）ポリイソブテニルコハク酸無水物−ポリアミン（“ＰＩＢＳＡ−ＰＡＭ”）
約１のコハク酸無水物（“ＳＡ”）対ポリイソブチレン（“ＰＩＢ”）比（ＳＡ：ＰＩＢ）即ち官能価数を有するポリイソブテニルコハク酸無水物（“ＰＩＢＳＡ”を製造した。これは、４５０の数平均分子量

を有する１７０ｋｇ（２８０ｌｂ）のＰＩＢと約２７．７ｋｇ（６１ｌｂ）の無水マレイン酸との混合物を約１２０℃の温度に徐々に加熱することによって実施された。次いで、混合物に塩素ガスを１時間当り約２．７ｋｇ（６ｌｂ）でバップリングした。次いで、反応混合物を約１６０〜１７０℃に加熱し、そしてこの温度において合計して約２２．９ｋｇ（５０．５ｌｂ）の塩素が添加されるまで維持した。次いで、反応混合物を約２２０℃に加熱し、そして窒素を散布して未反応無水マレイン酸を除去した。得られたポリイソブテニルコハク酸無水物は１７６のＡＳＴＭケン化価（“ＳＡＰ”）を有していたが、これを計算すると、出発ＰＩＢを基にして１．１４のＳＡ対ＰＩＢ比である。
反応器に約３６．３ｋｇ（８０ｌｂ）のＰＩＢＳＡ、約６．０ｋｇ（１３．１ｌｂ）の市販等級ポリエチレンアミン（これは、分子当り平均して約５〜７個の窒素を有するポリエチレンアミンの混合物である）（“ＰＡＭ”）、１３．７ｋｇ（３０．２ｌｂ）のソルベント１５０ニュートラルオイル（Exxon Ｓ１５０Ｎ）及び５．５ｇのシリコーン基材消泡剤／炭化水素溶剤の５０％混合物を仕込むことによってＰＩＢＳＡ生成物をアミン化した。混合物を１５０℃に加熱し、そして窒素散布を開始して水を駆逐した。更なる水が発生しなくなるまで、混合物を１５０℃で２時間維持した。生成物を冷却し、そして反応器から排出させて最終生成物（“ＰＩＢＳＡ−ＰＡＭ”）を得た。この生成物は、１００℃において５１０ｍｍ²／ｓ（cSt）の粘度及び３．７重量％の窒素含量を有し、そして約８８重量％のＰＩＢＳＡ−ＰＡＭを含有していた。
（ii）カルボン酸−ポリアミン
（１）イソステアリン酸−ＴＥＰＡ
撹拌及び伝熱許容するのに十分なレベルを得るために還流凝縮器、撹拌棒及び窒素バッブラーを備えた５００ｍｌの丸底４口フラスコに４５０ｇのイソステアリン酸（“ＩＳＡ”）を加えることによってＩＳＡとテトラエチレンペンタミン（ユニオン・カーバイド・ＨＰ ＴＥＰＡ：“ＴＥＰＡ”）との反応生成物を製造した。次いで、フラスコの内容物を１１０℃に加熱し、そして混合しながら１８９ｇ（約１モル）のＴＥＰＡを徐々に添加した。すべてのＴＥＰＡをフラスコに加えた後、１１０℃において撹拌しながら追加的な４５０ｇのＩＳＡを加えた（合計して約３．１２５モルのＩＳＡを加えた）。次いで、バッチ温度を徐々に上げて縮合反応を進めた。縮合水が直ちに現われ始めたので、それを窒素の散布によってフラスコのオーバーヘッド系を経て除去した。この水の大部分を除去（約１６０℃で）した後、真空ストリッピングを適用し、そしてフラスコ温度を２００℃に上げて縮合を完結まで進めた。反応は約５時間後に完了し、そして３モルのＩＳＡが１モルのＴＥＰＡと反応してＩＳＡ−ＴＥＰＡを生成した。
理論的には、ＴＥＰＡは、式Ｈ₂Ｎ−Ｎ−Ｎ−Ｎ−ＮＨ₂（ここで、−Ｎ−Ｎ−は−ＮＨ−ＣＨ₂−ＣＨ₂−ＮＨ−を表わす）を有する単一ポリアミン化合物である。しかしながら、ユニオン・カーバイドＨＰ ＴＥＰＡの如き市販ＴＥＰＡは実際にはアミンの混合物からなる。ユニオンカーバイド社から市場で入手可能なＴＥＰＡの実際の組成は次の通りである。

（２）オレイン酸−ＴＥＰＡ
撹拌及び伝熱のための十分なレベルを得るために還流凝縮器、撹拌棒及び窒素バッグラーを備えた５００ｍｌの丸底４口フラスコに４５０ｇのオレイン酸を加えることによってオレイン酸とＴＥＰＡとの反応生成物を製造した。次いで、フラスコの内容物を１１０℃に加熱し、そして撹拌しながら１８９ｇ（約１モル）のＴＥＰＡを徐々に加えた。ＴＥＰＡの全部をフラスコに加えた後、１１０℃で撹拌しながら追加的な４５０ｇのオレイン酸を加えた（合計して約３，１２５モルのオレイン酸を加えた）。次いで、バッチ温度を徐々に上げて縮合反応を促進させた。縮合水が直ちに現われ始めたので、それを窒素散布によってフラスコのオーバーヘッド系を経て除去した。この水の大部分を除去（約１６０℃で）した後、真空ストリッピングを適用し、そしてフラスコ温度を２００℃に上げて縮合を完結まで進めた。反応は約３時間後に完了し、そして３モルのオレイン酸が１モルのＴＥＰＡと反応してオレイン酸−ＴＥＰＡを生成した。
Ｂ．反応生成物の製造
以下に記載した手順に従って５種の反応生成物Ａ〜Ｅを製造した。
（ｉ）亜燐酸反応生成物の手順
撹拌機、温度計、Ｎ₂導入管、及び付設凝縮器を持つディーンスタークトラップ（Deen-Stark trap）を備えた丸底フラスコに各反応成分を仕込んだ。ドライアイストラップを介して凝縮器の頂部を真空ポンプに連結した。装置を窒素でフラッシングし、次いで窒素を流出させながら１００℃で２時間加熱した。次いで、圧力を徐々に４０ｍｍに下げ、そして温度を１１０℃に上げた。次いで、ディーンスタークトラップにおいて水をオーバーヘッドとして取り出し、そして反応を透明な溶液が得られるまで続けた。この工程は約１時間を要した。
（ii）燐／ホウ素反応生成物の手順
この手順は、反応フラスコに先ず水及びＨ₃ＢＯ₃を仕込み、僅かに加熱し次いで残りの反応成分を仕込んだことを除いて、亜燐酸反応生成物の手順と実質上同じであった。
使用した反応生成物の量、並びに得られた反応生成物の燐及びホウ素成分を表１に要約する。

II．液体性能の実施例
様々な量の反応生成物Ａ−Ｅを含有する５種の鉱油処方物Ｎ−Ｒを調製した。２種の比較処方Ｓ及びＴを使用した。処方物Ｓは、燐源を全く含有しない“ブランク”処方物であった。処方物Ｔは、フォード社によって商品名「ＭＥＲＣＯＮ」基準液として使用される市販ＡＴＦ処方物であった（Exxon FN 1975）。
慣用量の分散剤、酸化防止剤、摩擦調整剤、シールスエラント（seal swellant）、消泡剤及び粘度調整剤を使用して同じ潤滑油ベースストックから処方物Ｎ−Ｓを調製した。これらの添加剤の量は処方物Ｎ−Ｓで同じままであり、従って反応生成物Ａ−Ｅの効果は各処方物において定量化することができた。
最終処方物Ｎ−Ｒに２５０ｐｐｍの燐を与えるように反応生成物Ａ−Ｅの処理レベルを選択した。処方物中のホウ素及び窒素のレベルを変動させた。表２は、処方物Ｎ−Ｒに含有される各反応生成物の重量％を表わすものである。

次いで、処方物を耐摩耗性、極圧及び酸化防止性能について試験した。
摩耗試験
ＡＳＴＭ Ｄ−２２６６四球摩耗試験において処方物Ｎ−Ｔを試験した。この試験は、鋼製カップ内にピラミッド状に配置された４個の鋼球上に約５ｍｌの処方液を置いた。３個の下側の球をその場所に保ちそしてそれらに対して頂部の球を回転させた。１，２００ｒｐｍにおける４０ｋｇの荷重を７５℃の温度で１時間適用した。下側の３個の球の平均摩耗痕直径を各処方物について測定した。これらの結果を以下に記載する。

これらの結果は、本発明の反応生成物を含有するすべての処方物が、処方物Ｓ（ブランク）のものよりも有意に少なくそして市販ＡＴＦ（液体Ｔ）に匹敵する摩耗痕をもたらすことを示している。
極圧性能
ＤＩＮ５１３５４（ドイツ国）試験手順に従ってＦＺＧ歯車試験において処方物Ｎ−Ｔを試験した。従って、各試験処方物を使用して荷重を段階的に増加させながら歯側面の傷が発生するまで歯車のセットを作動させた。それ故に、より高い荷重段階での処方物の破壊が望ましい。この試験の結果は次の通りである。

この試験の結果は、本発明の反応生成物を含有する処方物が燐不含のブランクである処方物Ｓ及び市販ＡＴＦである処方物Ｔよりも良好な結果をもたらすことを示している。
様々な量の反応生成物Ａ、Ｂ、Ｄ及びＥを含有する５種類の追加的な鉱油処方物Ｕ−Ｙを調製した。
慣用量の無灰分散剤、ホウ素化無灰分散剤、酸化防止剤、摩擦調整剤、シールスエラント、消泡剤及び粘度調整剤を含有する同じ潤滑油ベースストックから処方物Ｕ−Ｙを調製した。
反応生成物Ａ、Ｂ、Ｄ及びＥの処理レベルは、処方物Ｕ−Ｙにおいて約２５ｐｐｍの燐を与えるように選択された。ホウ素濃度は、ホウ素処理又は無ホウ素処理無灰分散剤のどちらかを使用することによって約１００ｐｐｍに調節された。表３は、各処方物中に含有される反応生成物の重量％を示す。

酸化防止試験
フォード・アルミニウム・ビーカー・オキシデーション・テスト（“ＡＢＯＴ”）に従って処方物Ｕ−Ｙ及び市販ＡＴＦの処方物Ｚを試験した。この試験では、空気を５ｍｌ／分で連続的に導入しながら処方物を１５５℃で２５０時間維持した。試験の終りに、処方物を存在するペンタン不溶分の百分率、全酸価（“ＴＡＮ”）の変化、赤外（“ＩＲ”）の変化及び４０℃における粘度上昇％について試験した。これらの結果を以下に示す。

ＡＢＯＴ試験の結果は、たいていの場合に本発明の反応生成物を含有する処方物が、ペンタン不溶分％、ＴＡＮ変化及び粘度上昇％の面において市販処方物Ｚよりも実質上良好に機能したことを示す。本発明の反応生成物を含有する処方物は、ＩＲ変化の面で市販処方物Ｚと同等に良好に機能した。

Claims (11)

1. （ａ）無機燐含有化合物、
   （ｂ）ポリアミンと、数平均分子量が２００〜４５０のヒドロカルビル置換基を有するヒドロカルビル置換コハク酸又はコハク酸無水物との反応生成物である低分子量塩基性窒素含有化合物であって、随意に１個以上の遊離ヒドロキシル基を含有しうる低分子量塩基性窒素含有化合物、及び
   （ｃ）ホウ素含有化合物、
   を反応させることによって形成される、潤滑油組成物における耐摩耗性添加剤、酸化防止剤又は極圧添加剤用の油溶性反応生成物組成物。
2. （ａ）の量が塩基性窒素及び遊離ヒドロキシル１モル当り燐０．１〜３．０モルであり、そして（ｃ）の量が塩基性窒素及び遊離ヒドロキシル１モル当りホウ素０．１〜３．０モルであって、（ａ）のモル量を越える請求項１記載の組成物。
3. 無機燐含有化合物が燐の酸又は無水物である請求項２記載の組成物。
4. ヒドロカルビル置換基が、アルキル、アルケニル、アリール、シクロアルキル及びそのヘテロ原子含有類似基である請求項３記載の組成物。
5. （ｂ）がポリイソブテニルコハク酸無水物と分子当り平均３〜８個の窒素原子を有するポリエチレンアミンとの反応生成物である請求項４記載の組成物。
6. ポリイソブテニルコハク酸無水物がポリイソブチレン基当りコハク酸無水物基１〜３個の比率を有する請求項５記載の組成物。
7. 反応生成物がＡ、Ｂ又はそれらの混合物によって特徴づけられ、そしてＡ及びＢが、
   

   

   （ここで、Ｒ₄は２００〜４５０の数平均分子量を有するポリイソブチレン部分を表わし、そしてｘは２〜６の整数である）である請求項６記載の組成物。
8. 多部分の請求項１記載の組成物と少部分の希釈剤油とを含む油溶性潤滑油添加剤濃厚物。
9. 多量の潤滑油と、その潤滑油に耐摩耗性、酸化防止性及び極圧向上性の特性のうちの少なくとも１つを付与するのに有効な量の請求項１記載の組成物とを含む潤滑油組成物。
10. 潤滑油に有効量の請求項１記載の組成物を添加することによって潤滑油の耐摩耗性、酸化防止性及び極圧向上性の特性のうちの１つ以上を向上させる方法。
11. 潤滑油に有効量の請求項１記載の組成物を添加することによって潤滑油への燐及びホウ素の溶解度を向上させる方法。