JP4672998B2 - 環境適応型潤滑油剤及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼処理する際にダイオキシンや腐食性のある硫黄酸化物等の有害物質を生じない、環境適応型の潤滑油剤及びその製造方法に関する。

従来から、潤滑性を向上させる潤滑添加剤としては油性剤、極圧添加剤、固体潤滑剤等が広く知られている。これらのうち油性剤は、比較的穏やかな潤滑条件下では効果を発揮するものの、厳しい条件下では効果がほとんど見られない。一方、塩素系、硫黄系、リン系、あるいはそれらを組み合わせた系の極圧添加剤は、厳しい潤滑条件下でも優れた効果を発揮する。しかし、これらは環境に悪影響を及ぼすものであることが多い。例えば、塩素系極圧添加剤は、燃焼により発ガン性の高いダイオキシンを生じることが知られている。また、塩素化パラフィンの中に含まれる短鎖パラフィン成分は、発ガン性物質として現在規制の対象となっている。硫黄系極圧添加剤は、それ自体の毒性は報告されていないが、燃焼すると有害な硫黄酸化物を生じ、やはり大気汚染や水質汚濁等の環境への悪影響が懸念される。さらに、リン系極圧添加剤は、加水分解によりリン酸を生じ、腐食、腐敗を生ずる恐れがあり、また湖沼の富栄養化を生じるため排水規制の対象ともなっている。また、黒鉛、雲母、二硫化モリブデン等に代表される固体潤滑剤は、付着や飛散による作業環境の悪化を生じ、また価格が高いものも多い。

これら以外の潤滑剤として、カルシウムスルホネート、カルシウムカルボキシレート等の金属塩系潤滑剤が知られている。ただし、カルシウムスルホネートは分子内に硫黄化合物を含んでいるため、硫黄系極圧添加剤と同様に燃焼により硫黄酸化物を発生することから、環境にやさしい潤滑剤とはいえない。カルシウムカルボキシレートについては、これらの問題はなく環境適合型の潤滑剤として選択できるが、中性のものは潤滑性が十分ではなく、潤滑成分としては主に高塩基性のカルシウムカルボキシレートが用いられている。

高塩基性カルシウムカルボキシレートを用いた潤滑油剤、潤滑添加剤については、多くの報告がなされている。例えば特許文献１では、炭酸カルシウムのようなアルカリ土類金属の炭酸塩の微粒子を炭素数１０〜２５の不飽和脂肪酸のアルカリ土類金属塩で分散させた組成物が報告されている。また、特許文献２では、炭素数７〜１５のカルボン酸と過剰なカルシウムとの混合物を、揮発性の溶剤の存在下で炭酸塩化することにより有用な組成物を得て潤滑油、燃料油等の添加剤として使用している。さらに、特許文献３では炭素数７〜１３の炭素数を有する有機カルボン酸またはその混合物のカルシウム塩に分散した炭酸カルシウムを含有する高塩基性カルシウム石鹸を用いた耐磨耗性添加剤が報告されている。

特開平７−５００３６５号公報 特開平７−５０２０５４号公報 特開２００３−１５５４９３号公報

しかし、上記の高塩基性カルシウムカルボキシレートはいずれも酸化カルシウムあるいは水酸化カルシウムを基油中に分散させた後、カルボン酸及びアルコール等の反応助剤の存在下で炭酸ガスを吹き込む方法により製造されており、作業が複雑で装置に多大な費用がかかり、コスト的に不利である。また、これらにより得られた組成物中には反応助剤成分が残り、例えばアルコールが残った場合には錆等の悪影響が生ずる恐れもある。

そこで、本発明は、環境適応性に優れ、かつ、低コストで潤滑性能に優れた潤滑油剤及びその製造方法を提供することを課題とする。

これまでに報告されている高塩基性カルシウムカルボキシレートは、主に酸化カルシウムあるいは水酸化カルシウムに炭酸ガスを作用させて合成したカルシウム化合物の炭酸化物を、特定の炭素数のカルボン酸塩で分散安定化したものである。これに対し、本発明者らは、炭酸カルシウムを直接基油中に安定に分散させることができれば簡便かつ低コストで潤滑性能に優れた潤滑油剤を製造できると考えた。そして詳細な検討を加えた結果、微粒子状の炭酸カルシウムを、分散剤を用いて基油と混合・攪拌することにより、煩雑な工程を要することなく分散安定性が良好で優れた潤滑性を有する潤滑油剤組成物が得られることを見出した。

本発明の第一の態様は、少なくとも基油、微粒子状炭酸カルシウム、および分散剤を含有する潤滑油剤であって、前記微粒子状炭酸カルシウムの潤滑油剤中におけるメジアン径が０．５μｍ以下であることを特徴とする潤滑油剤を提供して前記課題を解決するものである。この発明によれば、環境適応性に優れ、かつ、低コストで潤滑性能に優れた潤滑油剤を提供することができる。

この態様において、前記分散剤がカルボキシ変性樹脂であることが好ましい。このようにすることによって、微粒子状炭酸カルシウムの分散安定性に優れた潤滑油剤とすることができる。

また、この態様において、前記分散剤の添加量が炭酸カルシウムの質量基準で１〜５０質量％であることが好ましい。このようにすることによって、より潤滑性能に優れた潤滑油剤とすることができる。

本発明の第二の態様は、平均粒子径が０．５μｍ以下の微粒子状炭酸カルシウムを、分散剤と共に基油中に添加し、機械的分散手段によって分散させることを特徴とする潤滑油剤の製造方法を提供して前記課題を解決するものである。この発明によれば、環境適応性に優れ、かつ、低コストで潤滑性能に優れた潤滑油剤の製造方法を提供することができる。

この態様において、前記微粒子状炭酸カルシウムの表面は、脂肪酸、樹脂酸、ロジン、カルボキシ変性樹脂から選択される１種以上の物質によって表面処理されていることが好ましい。このようにすることによって、より微粒子状炭酸カルシウムの分散安定性に優れた潤滑油剤の製造方法とすることができる。

本発明の微粒子状炭酸カルシウムを基油中に分散した潤滑油剤は、環境汚染の問題がある塩素系極圧添加剤、硫黄系極圧添加剤、リン系極圧添加剤、超塩基性カルシウムスルホネートを含まないにもかかわらず、良好な潤滑性を示す。また、低粘度で液安定性も良好なバランスのとれた潤滑油剤である。本発明によって作られる潤滑油剤は、不要になった場合に燃焼処理しても有害なダイオキシン、硫黄酸化物を発生しない環境適応型の潤滑油剤である。さらに、国内資源として豊富な炭酸カルシウムを活用するため安価であり、かつ資源の有効活用ができる。

本発明のこのような作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための最良の形態から明らかにされる。

本発明の潤滑油剤は、微粒子状炭酸カルシウム、分散剤および基油を必須成分とし、分散剤によって微粒子状の炭酸カルシウムが基油中に安定に分散されていることを特徴とするものである。以下、各成分および製造方法について説明する。

（１）炭酸カルシウム
本発明の潤滑油剤中において、炭酸カルシウムは微粒子の状態で分散されており、そのメジアン径は０．５μｍ以下である。原料の微粒子状炭酸カルシウムは、後述する分散剤と共に粉砕、分散されることで所望のメジアン径にされる。原料となる微粒子状炭酸カルシウムは、市販の微粒子状の炭酸カルシウムを使用することができるが、その平均粒子径は０．５μｍ以下であることが好ましく、さらに基油中への分散時に微粒子状炭酸カルシウムの凝集が起こることを考慮すると、平均粒子径が０．２μｍ以下のものを用いることが特に好ましい。

本発明においては、微粒子状の炭酸カルシウムをそのまま基油中に添加しても良いが、微粒子状炭酸カルシウムを、ステアリン酸等の脂肪酸、ロジン、カルボキシ変性高分子から選択される１種以上の表面処理剤によって予め表面処理しておくことが好ましい。このようにすることによって基油とのなじみ性を向上させ、微粒子状炭酸カルシウムの分散安定性を良好なものとすることができる。微粒子状炭酸カルシウムの表面処理とは、微粒子状炭酸カルシウムの粒子表面を、表面処理剤によってコーティングすることをいい、そのような表面処理された微粒子状炭酸カルシウムは、例えば、水に分散させた状態の微粒子状炭酸カルシウムに表面処理剤を添加して攪拌分散し、これを脱水、乾燥、粉砕することによって作製することができる。表面処理された微粒子状炭酸カルシウムは、市販品を入手することもでき、例えば、丸尾カルシウム製の「ネオライトＳＰＴ」等を例示することができる。

本発明の潤滑油剤中における微粒子状炭酸カルシウムの量は、潤滑性能の点から基油の質量基準で０．１〜６０質量％であるのが好ましく、さらに好ましくは１〜６０質量％である。

（２）分散剤
分散剤は、上述した微粒子状の炭酸カルシウム表面を覆い、微粒子状の炭酸カルシウムを基油中に均一に分散させる役割を有するものである。そのような分散剤として機能する物質としては、炭酸カルシウム表面への吸着性が良好で分散安定性に優れた高分子系の分散剤が好ましく、具体的にはカルボキシビニルポリマー等のカルボキシ変性樹脂；ロジン変性フェノール樹脂等のロジン変性樹脂；マレイン化ポリブテン、スチレンマレイン酸樹脂等のマレイン酸変性樹脂；アクリル酸ブチル−アクリル酸等のアクリレートコポリマー；メタクリル酸メチル−メタクリル酸等のメタクリレートコポリマー；ポリスチレン−ポリビニルピロリドンコポリマー；ブチレンブタジエンコポリマー等が挙げられる。中でも、分散性の点からは親油性樹脂と親水性樹脂との共重合体が好ましく、特に好ましくはマレイン化ポリブテン、スチレンマレイン酸樹脂、ポリスチレン−ポリビニルピロリドンコポリマーである。

本発明の潤滑油剤中における分散剤の含有量は、分散性の点からは炭酸カルシウムの質量基準で１質量％以上であるのが好ましく、潤滑性能の点からは炭酸カルシウムの質量基準で５０質量％以下であるのが好ましい。特に好ましくは１〜２０質量％である。

（３）基油
基油としては、通常、潤滑油に使用されている油であればいずれも使用することができ、例えば、スピンドル油、マシン油等の鉱油；ナタネ油、大豆油、牛油等の動植物油；エステル油、ポリエーテル油、シリコーン油等の合成油；等を例示することができる。

（４）潤滑油剤の製造方法
本発明の潤滑油剤は、微粒子状の炭酸カルシウムおよび分散剤を基油に直接添加し、分散することで簡便に製造することができる。最初に添加する微粒子状の炭酸カルシウムは、分散性、粉砕の効率等の点から、上述したように平均粒子径が０．５μｍ以下であることが好ましい。分散する装置としては通常のプロペラ攪拌機や高速ホモジナイザー等も使用できるが、本発明においては、特にビーズミルを使用するのが好ましい。ビーズミルを使用することによって、潤滑油剤中に好ましい大きさの微粒子状炭酸カルシウムを効率よく作成し、また安定に分散させることができる。ビーズミルの回転数や分散時間は、使用する分散剤の種類や量、炭酸カルシウムのサイズや量などにもよるが、潤滑油中における微粒子状炭酸カルシウムのメジアン径が０．５μｍ以下となるような回転数や分散時間に調整するのが好ましい。

以下実施例により詳しく述べる。
（実施例１〜５）
表１に記載の組成となるように、各成分をビーズミル機に投入し、１０００ｒｐｍで２４時間混合することによって潤滑油剤を得た。

（比較例１〜６）
比較例１〜３については、表２に記載の組成となるように、各成分をビーズミル機に投入し、１０００ｒｐｍで２４時間混合することによって潤滑油剤を得た。また、比較例４〜６については、表２に記載の組成となるように、各成分を容器に投入し、プロペラ攪拌機を用いて３００ｒｐｍで２時間混合することによって潤滑油剤を得た。

上記得た実施例１〜５および比較例１〜６の潤滑油剤を、下記評価方法によって測定した。結果を表３に示す。
（１）液の性状
目視で色および濁りの有無を観察した。
（２）粘度
ＪＩＳ Ｋ７１１７のブルックフィールド型回転粘度計により、２５℃における粘度を測定した。
（３）メジアン径
レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製 ＬＡ−９１０）により、試験油剤のメジアン径を測定した。
（４）液安定性試験
栓付きメスシリンダーに試料１００ｍｌを入れて室温で１４日間静置した後、分離の有無を調べた。
（５）摩擦係数
高速四球試験機（神鋼造機（株）社製、形式ＦＨ−２）を用いて、負荷荷重９００Ｎ、５００ｒｐｍ、５ｍｉｎで試験を行い、摩擦係数を測定した。
（６）磨耗痕径
高速四球試験機（神鋼造機（株）社製、形式ＦＨ−２）を用いて、負荷荷重９００Ｎ、５００ｒｐｍ、５ｍｉｎでの試験後、試験球を取り出し、磨耗痕径を測定した。
（７）耐荷重試験
高速四球試験機（神鋼造機（株）社製、形式ＦＨ−２）を用いて、負荷荷重０〜５０００Ｎ、５００ｒｐｍ、負荷速度６２５Ｎ／ｍｉｎで試験を行い、焼き付き荷重を測定した。

表３から明らかなように、本発明の潤滑油剤は分散安定性に優れており、また全ての性能試験で良好な結果を得ることができた。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更をともなう、潤滑油剤、及びその製造方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

Claims (3)

1. 少なくとも基油、平均粒子系が０．２μｍ以下の微粒子状炭酸カルシウム、および分散剤を含有する潤滑油剤であって、潤滑油剤中における前記微粒子状炭酸カルシウムのメジアン径が０．５μｍ以下であり、
   前記分散剤が、マレイン化ポリブテンであり、
   前記分散剤の添加量が、前記微粒子状炭酸カルシウムの質量基準で１〜５０質量％であることを特徴とする潤滑油剤。
2. 前記微粒子状炭酸カルシウムの表面が、脂肪酸、樹脂酸、ロジン、カルボキシ変性樹脂から選択される１種以上の物質によって表面処理されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑油剤。
3. 平均粒子系が０．２μｍ以下の微粒子状炭酸カルシウム、および、分散剤であるマレイン化ポリブテンを、前記分散剤の添加量が、前記微粒子状炭酸カルシウムの質量基準で１〜５０質量％となるように基油中に添加する工程、
   得られた混合物を、潤滑油中における前記微粒子状炭酸カルシウムのメジアン径が０．５μｍ以下となるように分散させる工程、を備えた、
   潤滑油剤の製造方法。