JP4393625B2 - 合成潤滑油基油 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、幅広い温度範囲で、かつ長期間にわたって優れた潤滑性を有する合成潤滑油基油に関する。
【0002】
【従来の技術】
潤滑油基油には、高粘度指数、良好な低温流動性、優れた熱酸化安定性、低揮発性等の性質が求められている。
【0003】
高い熱安定性と良好な低温流動性を発現させるために、ヒンダードエステル系の合成潤滑油基油が用いられている。例えば、特開平6−158079号公報には、2位に側鎖を有する炭素数4〜26の脂肪酸を必須とし、3位に側鎖を有する炭素数4〜26の脂肪酸と2位と3位に側鎖を有しない炭素数4〜54の脂肪酸を含んだエステル系潤滑油組成物が開示されている。また、特開平7−224289号公報には、ペンタエリスリトールと直鎖飽和モノカルボン酸及びα分岐鎖飽和カルボン酸とを含有した合成潤滑油基油が開示されている。
【0004】
しかしながら、前記合成潤滑油基油は、低温流動性、揮発量及び粘度指数の全てを満足するものではないという欠点を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低温流動性、揮発量及び粘度指数の全てを満足しうる、幅広い温度範囲でかつ長期間にわたって優れた潤滑性を有する合成潤滑油基油を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペンタエリスリトールと、下記(a)を2〜10モル%、(b)を67〜90モル%及び(c)を5〜27モル%含有する混合カルボン酸:
(a)炭素数16又は18の分岐鎖飽和脂肪酸、
(b)n−ヘプタン酸、並びに
(c)イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸及びイソノナン酸からなる群より選ばれた1種以上の分岐鎖飽和脂肪酸、
とから得られるエステルからなる合成潤滑油基油であって、180℃で500時間加熱した際の揮発量が35重量%以下、流動点が−40℃以下、かつ粘度指数が135以上の性状を有する合成潤滑油基油に関する。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の合成潤滑油基油において、180℃で500時間加熱した際の揮発量は、35重量%以下である。揮発量は、20gの試料を100mlのビーカーに入れ、雰囲気温度が180℃の恒温槽内で500時間加熱した際の揮発量であり、〔(加熱前の試料量−加熱後の試料量)/加熱前の試料量〕×100(重量%)により算出される。合成潤滑油基油の揮発量は、該合成潤滑油基油を高温下で長期間使用した際において、優れた潤滑性を長期間維持させる観点から、35重量%以下、好ましくは30重量%以下、さらに好ましくは25重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。
【0008】
本発明の合成潤滑油基油において、流動点は、−40℃以下である。なお、流動点は、JIS K2269に規定の方法で測定したときの値である。本発明の合成潤滑油基油の流動点は、低温時における流動性をより一層向上させる観点から、−40℃以下、−45℃以下が好ましく、−50℃以下がより好ましい。
【0009】
本発明の合成潤滑油基油において、40℃における動粘度が10〜100mm2 /secが好ましい。動粘度は、JIS K2283に規定の方法で測定したときの値である。合成潤滑油基油の40℃における動粘度は、低温時における流動性をより一層向上させ、高温下での合成潤滑油基油の揮発量をより一層低減させる観点から、10〜100mm2 /秒が好ましく、より好ましくは10〜75mm2 /秒であり、さらに好ましくは10〜35mm2 /秒であり、特に好ましくは15〜35mm2 /秒であり、最も好ましくは20〜35mm2 /秒である。
【0010】
本発明の合成潤滑油基油において、粘度指数は、135以上である。粘度指数は、JIS K2283に規定の方法で測定したときの値である。本発明の合成潤滑油基油は、粘度指数が135以上であることにより、100℃以上の高温においても潤滑部位間の境界面の油膜保持性能を向上させることができる。合成潤滑油基油の粘度指数は、高温下での潤滑性をより一層向上させる観点から、135以上であり、好ましくは140以上であり、特に好ましくは150以上である。
【0011】
本発明において、優れた熱安定性、低揮発性、好適な粘度等を発現させる観点から、3〜4価のアルコールとカルボン酸とから得られるエステルを含有した合成潤滑油基油が好ましい。
【0012】
前記3〜4価のアルコールは、好ましくは3〜4価のヒンダードアルコールである。前記ヒンダードアルコールとしては、具体的にはトリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリスリトールが挙げられ、なかでも、熱安定性の観点から、ペンタエリスリトールが好ましい。
【0013】
カルボン酸としては、下記(a)、(b)及び(c)のカルボン酸を含有した混合カルボン酸:
(a)炭素数16又は18の分岐鎖飽和脂肪酸〔以下(a)という〕、
(b)n−ヘプタン酸〔以下(b)という〕、並びに
(c)イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸及びイソノナン酸からなる群より選ばれた1種以上の分岐鎖飽和脂肪酸〔以下(c)という〕が挙げられる。
【0014】
前記(a)は、合成により得られた化合物であってもよく、植物油を原料とする化合物であってもよい。
【0015】
前記(a)としては、例えば、イソパルミチン酸、イソステアリン酸、α位に分岐鎖を有する2−ヘプチルウンデカン酸等が挙げられる。前記カルボン酸のなかでは、低揮発性及び十分な粘度指数を得る観点から、分子内にメチル基の分岐鎖を有するイソパルミチン酸、イソステアリン酸が好適である。
【0016】
また、(a)が植物油を原料とする化合物である場合、該(a)には、通常、直鎖飽和脂肪酸であるミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、直鎖不飽和脂肪酸であるオレイン酸、リノール酸、分岐鎖不飽和脂肪酸であるイソオレイン酸等が含まれる。この場合、十分な潤滑性を得る観点から、(a)におけるイソパルミチン酸とイソステアリン酸との合計含有量は、55モル%以上が好ましく、65モル%以上がより好ましく、75モル%以上がさらに好ましく、85モル%以上が特に好ましい。
【0017】
混合カルボン酸における前記(a)の含有量は、低揮発性、十分な粘度指数及び低温流動性を得る観点から、0.5〜20モル%が好ましく、1〜15モル%がさらに好ましく、2〜10モル%が特に好ましい。
【0018】
混合カルボン酸における前記(b)の含有量は、低揮発性、十分な粘度指数及び低温流動性を得る観点から、50〜96.5モル%が好ましく、60〜93モル%がさらに好ましく、67〜90モル%が特に好ましい。
【0019】
前記(c)において、イソヘプタン酸としては、例えば、2−メチルヘキサン酸、3−メチルヘキサン酸、2−エチルペンタン酸、3−エチルペンタン酸、2,2−ジメチルペンタン酸、2,3−ジメチルペンタン酸、3,3−ジメチルペンタン酸等が挙げられる。前記イソヘプタン酸のなかでは、低温における流動性を高める観点から、2−メチルヘキサン酸及び2−エチルペンタン酸が好適である。
【0020】
前記(c)において、イソノナン酸としては、例えば、3,5,5−トリメチルヘキサン酸、2−メチルオクタン酸、2,2−ジメチルヘプタン酸等が挙げられる。前記イソノナン酸のなかでは、低温における流動性を高める観点から、3,5,5−トリメチルヘキサン酸は、本発明において好適である。
【0021】
混合カルボン酸における前記(c)の含有量は、低揮発性、十分な粘度指数及び低温流動性を得る観点から、3〜40モル%が好ましく、さらに5〜35モル%が好ましく、特に好ましくは7〜27モル%である。
【0022】
前記(c)においては、イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸及びイソノナン酸を混合して用いることにより、得られる合成潤滑油基油の低温流動性をさらに高めることができる。
【0023】
エステルの構成成分であるカルボン酸成分には、本発明の目的を達成しうる範囲内で、前記(a)、(b)及び(c)のカルボン酸に加え、さらに、他のカルボン酸が配合されていてもよい。かかるカルボン酸としては、n−ペンタン酸、n−ヘキサン酸、n−オクタン酸、n−ノナン酸、ラウリン酸等の直鎖カルボン酸、2−メチルブタン酸、3−メチルブタン酸、2−エチルブタン酸、3−エチルヘキサン酸、2,2−ジメチルヘキサン酸、3、3−ジメチルヘキサン酸等の分岐鎖カルボン酸等が挙げられる。
【0024】
本発明の合成潤滑油基油においては、低揮発性、十分な粘度指数及び低温流動性を得る観点から、エステルが3〜4価のアルコールと、下記(a)、(b)及び(c)のカルボン酸を含有した混合カルボン酸:
(a)炭素数16又は18の分岐鎖飽和脂肪酸、
(b)n−ヘプタン酸、並びに
(c)イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸及びイソノナン酸からなる群より選ばれた1種以上の分岐鎖飽和脂肪酸、
とから得られるエステルであることが好ましい。
【0025】
前記3〜4価のアルコールと、カルボン酸との反応に際して、両者の当量比には、特に限定がないが、通常、3〜4価のアルコールの水酸基1当量に対して全カルボン酸のカルボキシル基の合計量1〜1.3当量となるように調製することが好ましい。
【0026】
なお、脂肪酸のカルボキシル基の比率を高くした場合、3〜4価のアルコールと脂肪酸との反応性が良好となるが、反応終了後、過剰の脂肪酸が生じる。この場合には、例えば、減圧留去、蒸気加熱、吸着剤を用いた吸着除去等の方法により、過剰の脂肪酸を除去することができる。
【0027】
本発明の合成潤滑油基油における前記エステルの含有量は、低温流動性、揮発性及び粘度指数の全てを満足させる観点から、70重量%以上が好ましく、80重量%以上がさらに好ましく、90重量%以上がより好ましい。
【0028】
前記エステルの酸価は、引火点、酸化安定性、熱安定性、加水分解安定性、金属腐食性等の観点から、1mgKOH/g以下、好ましくは0.5mgKOH/g以下、さらに好ましくは0.1mgKOH/g以下であることが望ましい。また、前記エステルの水酸基価は、引火点、低温流動性、熱安定性、加水分解安定性等の観点から、10mgKOH/g以下、好ましくは7mgKOH/g以下、さらに好ましくは5mgKOH/g以下であることが望ましい。なお、酸価及び水酸基価は、例えば、JIS K0070 3.1(酸価)及びJIS K0070 7.2(水酸基価)により求めることができる。
【0029】
本発明の合成潤滑油基油は、十分な潤滑性を発揮させる観点から、−60〜250℃、好ましくは−50〜200℃の温度範囲で使用されうる。
【0030】
本発明の合成潤滑油基油には、必要により、潤滑油に通常用いられる酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、消泡剤、抗乳化剤、増粘剤等の添加剤を本発明の目的を達成しうる範囲の量で用いることができる。
【0031】
本発明の合成潤滑油基油は、例えば、温度変化が激しい状況下で使用される機械類、電機絶縁油、冷凍機油、作動油、コンプレッサー油等の潤滑油として好適に使用しうるものである。
【0032】
【実施例】
実施例1
2リットルの4つ口フラスコに、混合カルボン酸として、n−ヘプタン酸74.5モル、イソヘプタン酸〔協和発酵(株)製、商品名:キョーワノイックGH〕20.8モルとイソステアリン酸4.7モルを添加し、これにペンタエリスリトールの水酸基1当量に対して前記混合カルボン酸のカルボキシル基の合計量が1.25当量となるようにペンタエリスリトールを添加した。
【0033】
次に、フラスコ内に、窒素ガスを吹き込みながら230℃で14時間反応させ、留出する水を除去した。反応終了後、1kPaの減圧下で過剰のカルボン酸を1時間脱酸し、1kPaの減圧下で1時間蒸気を吹き込んだ。ついで、吸着剤(協和化学工業(株)製、商品名:キョーワドー500SH)で残存しているカルボン酸を吸着させた後、濾過を行ない、エステルを得た。
【0034】
実施例2〜4
実施例1において、カルボン酸の組成を表1に示すように変更し、ペンタエリスリトールの水酸基1当量に対して前記混合カルボン酸のカルボキシル基の合計量が1.25当量となるように調製したほかは、実施例1と同様にしてエステルを調製した。
【0035】
なお、表1中、iC7 酸は、イソヘプタン酸が主成分であり〔協和発酵(株)製、商品名:キョーワノイックGH〕、2-エチルペンタン酸、2−メチルヘキサン酸、2−エチルヘキサン酸の混合物である。iC9 酸は、3,5,5−トリメチルヘキサン酸を示す。iC18酸はイソステアリン酸が主成分であり〔エメリー製、商品名:エマゾール874〕、イソステアリン酸、イソパルミチン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の混合物である。
【0036】
比較例1〜9
実施例1において、カルボン酸の組成を表2に示すように変更し、ペンタエリスリトールの水酸基1当量に対して混合カルボン酸のカルボキシル基の合成量が1.25当量となるように調製したほかは、実施例1と同様にしてエステルを調製した。なお、表2中に記載のiC8 酸はイソオクタン酸〔エクソン化学(株) 製、商品名:セカノイックC8 酸〕を示す。
【0037】
試験例1
(1)揮発量
20gの試料を100mlのビーカーに入れ、180℃の恒温槽内における500時間の加熱前後の試料の量を測定した。揮発量は、〔(加熱前の試料の量−加熱後の試料の量)/加熱前の試料の量〕×100(重量%)により算出した。
【0038】
(2)流動点
JIS K2269に規定の方法で測定した。
【0039】
(3)40℃及び100℃における動粘度
JIS K2283に規定の方法に従い、40℃及び100℃の条件下に測定した。
【0040】
(4)酸価
JIS K0070 3.1により酸価を求めた。
【0041】
(5)水酸基価
JIS K0070 7.2により水酸基価を求めた。
【0042】
(6)粘度指数
JIS K2283に規定の方法で測定した。
【0043】
実施例及び比較例で得られたエステルの揮発量、流動点、40℃及び100℃における動粘度、酸価、水酸基価及び粘度指数を、それぞれ表1及び2に示す。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
【発明の効果】
本発明の合成潤滑油基油は、低温流動性に優れ、高温で長期間使用した場合であっても優れた潤滑性を維持することができ、かつ幅広い使用温度範囲で優れた潤滑性を長期間にわたって発現するという優れた効果を奏する。従って、本発明の合成潤滑油基油は、温度変化が激しい条件で使用される機器類等への使用に好適である。
Claims (2)
- ペンタエリスリトールと、下記(a)を2〜10モル%、(b)を67〜90モル%及び(c)を5〜27モル%含有する混合カルボン酸:
(a)炭素数16又は18の分岐鎖飽和脂肪酸、
(b)n−ヘプタン酸、並びに
(c)イソヘプタン酸、2−エチルヘキサン酸及びイソノナン酸からなる群より選ばれた1種以上の分岐鎖飽和脂肪酸、
とから得られるエステルからなる合成潤滑油基油であって、180℃で500時間加熱した際の揮発量が35重量%以下、流動点が−40℃以下、かつ粘度指数が135以上の性状を有する合成潤滑油基油。 - 40℃における動粘度が10〜100mm2 /secである請求項1記載の合成潤滑油基油。
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