JP4686475B2 - 沈降作用が小さい摩擦調整剤 - Google Patents
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Description
〔1.技術分野〕
本発明は、例えば自動車用エンジンで用いられる潤滑油のための摩擦調整剤(friction modifiers;フリクションモディファイヤー)に関する。
潤滑油の潤滑性を改善するための摩擦調整剤は知られている。典型的な摩擦調整剤には、グリセロールと脂肪酸とのエステル、過塩基性(overbased)カルボン酸塩、酸化された石油留分が包含される。更に、過塩基性スルホン酸カルシウム等の清浄分散剤(detergent additives)を用いることも知られている。しかし、潤滑油が老化した(aging)ときに生じる一般的問題は、沈降物が形成されることである。
本明細書では、潤滑油のための添加剤混合物を提供する。該添加剤混合物は、(a)過塩基性アルカリ土類金属スルホン酸塩と、(b)過塩基性アルカリ土類金属カルボン酸塩、アルカノールアミンと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、チオジグリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、ジアルキレングリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物から成る群から選ばれる少なくとも1種の摩擦調整剤とを含有する。
エンジン(とりわけ、内燃機関)の可動部を滑らかにするために用いられる潤滑油組成物は、潤滑粘度の基油、又はそのような複数種の油の混合物と、該油の性能特性を改善するのに用いられる添加剤とを含有する。例えば、添加剤は、洗浄力を改善し、エンジンの損耗を低減させ、熱及び酸化に対する安定性を提供し、油消費量を低減させ、腐食を抑制し、分散剤として作用し、且つ、摩擦損失(friction loss)を減少させるために用いられる。分散剤/粘度調整剤のような複数の利点を提供する添加剤もあれば、潤滑油の一つの特性は改善されるものの、他の特性に悪影響を及ぼす添加剤もある。従って、最適の総合性能を有する潤滑油を提供するためには、入手可能な様々な添加剤の効果を全て特徴付けて理解し、且つ、該潤滑剤の添加剤含有量を慎重に調和させる必要がある。
前記添加剤混合物は、金属切削油及び金属引抜き油を包含するあらゆるタイプの潤滑油(とは言え、モータ油が好ましい)に添加することができる。それらの潤滑油は、天然のもの又は合成されたものである場合がある。天然油には、石油、溶媒処理済み鉱油、酸処理済み鉱油、水素化処理済み鉱油、コールオイル(coal oil)及びシェール油が包含される。該潤滑油は、飽和成分、オレフィン系不飽和成分及び芳香族成分を含有することができる。更に、該潤滑油は、脂肪酸及び脂肪酸エステルのような、炭化水素成分及び/又は非炭化水素成分を含有することができる。
前記潤滑剤組成物はまた、摩擦係数を減少させるために摩擦調整剤を含有している。該摩擦調整剤及び過塩基性スルホン酸カルシウムは、酸化防止剤、分散剤及び(又は)消泡剤のような他の添加剤、又は、上述のような他の種類の添加剤と一緒に混ぜ合わせて、容器に入れることができる。
摩擦調整剤として有用なグリコールモノエステルには、例えば、グリセロールモノパルミテート、グリセロールモノステアレート、グリセロールモノオレエートのような、飽和又は不飽和のC8〜C20脂肪酸のグリセロールエステル、その他同種類のものが包含される。
摩擦調整剤として用いるのに適した、トリエタノールアミン(TEA)と脂肪酸エステルの一つの反応生成物は、TEAとオレイン酸メチルの反応生成物である。他の適切な摩擦調整剤には、TEAと、例えば、オレイン酸、リシノール酸、イソステアリン酸、エルカ酸、タル油脂肪酸(TOFA)、オレイン酸/ステアリン酸の混酸、及びイソオレイン酸との反応生成物が包含される。
チオジグリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステル(例えば、オレイン酸、オレイン酸メチル等)との反応生成物、及び、ジアルキレングリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステル(例えば、オレイン酸、オレイン酸メチル等)との反応生成物(例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール等)もまた、摩擦調整剤として用いるのに適している。
次の実施例は、本発明の特徴を例示する。以下の実施例1〜実施例30及び実施例59〜実施例75に例示される、一つのタイプの実験において、選定された過塩基性スルホン酸カルシウムと選定された摩擦調整剤とを含有する潤滑油について試験を行って、沈降特性を得た。実施例31〜実施例58及び実施例76に例示される、もう一つのタイプの実験において、選定された過塩基性スルホン酸カルシウムと摩擦調整剤とを含有する潤滑油について試験を行って、摩擦減少特性(friction reducing characteristics)を得た。
これらの例は、過塩基性スルホン酸カルシウムと、選定された摩擦調整剤との様々な混合物の沈降特性の研究に向けられている。2つのタイプの過塩基性スルホン酸カルシウムについて個々に試験を行った。カルシネート(Calcinate)(登録商標)C300CSは、約300の全アルカリ価(TBN)と、約50nmから約100nmまでの粒径とを有する結晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであって、クロンプトン社から入手することができる。カルシネート(登録商標)C400CLRは、クロンプトン社から入手することのできる非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであって、約400のTBNと約30nm以下の粒径とを有するものである。過塩基性スルホン酸カルシウムは、10%の濃度で存在した。該摩擦調整剤は、グリセロールモノオレエート(glycerol mono oleate)(GMO)を含有した。例3、例4及び例7では、分散剤として、約1050の分子量を有するポリイソブチレン無水コハク酸(polyisobutylene succinic anhydride)(PIBSA)が存在した。該摩擦調整剤は、用いられるとき、1%の濃度で存在した。該潤滑油原料油は、ハイプレン(Hyprene)H100の名称でエルゴン社(Ergon, Inc.)から入手することのできる、激しく水素化処理されたナフテン系油であった。ハイプレンH100は、24.6のAPI比重(60°F)と、−50°Fの流動点と、163°Fのアニリン点とによって特徴付けられる。各々の過塩基性スルホン酸カルシウムと摩擦調整剤は、希釈用潤滑剤原料油と混ぜ合わせて、100ml遠心管に入れて70℃のオーブンに入れ、12週間置いた。形成された沈降物は、1週間間隔で測定し、百分率として記録した。例1及び例5では、摩擦調整剤は用いなかった。(例5〜例8で)非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネートC400CLRを用いれば、沈降特性は著しく低下することがわかる。様々な非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムの沈降作用が低下したことは、それの粒径がより小さいことに関係するものと思われる。
例1〜例4で、カルシネート(登録商標)C300CSによって形成された沈降物は、底層からの沈降物のアリコートを、ピペットを用いて除去することによって、FTIR(フーリエ変換赤外分光法)により分析した。全ての沈降物において、881cm−1に強いピークが存在した。このピークは、方解石型CaCO3を示す。スルホン酸塩由来のピークは全く観察されなかった。スルホン酸塩は、該方解石と一緒には沈降しなかった。
試験を行った摩擦調整剤が、Alox 165Lの名称でルブリゾール(Lubrizol)から入手することのできる酸化処理済み石油留分と、本明細書では「OCO」と称される塩基性オレイン酸カルシウムと、GMO(グリセロールモノオレエート)とであったことを除き、例1〜8の方法と同じ方法で、沈降実験を行なった。それらの摩擦調整剤は、使用した場合、それぞれ0.5%の濃度で存在した。例10及び例14では、いずれの摩擦調整剤も使用しなかった。それらの結果から分かるように、(例13〜例16の)非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネート(登録商標)C400CLRは、(例9〜例12の)カルシネート(登録商標)C300CSについての沈降%(0.11〜0.50)とは対照的に、非常に小さい沈降%(典型的には、約0.001〜約0.005)によって特徴付けられた。
表2に、これらの実験の結果を示す。
試験を行った摩擦調整剤が、OCO(塩基性オレイン酸カルシウム)と、Alox 302(含酸素石油留分)と、本明細書では「OBT」と称される、バリウム3%〜10%を含有する過塩基性バリウムタレートと、本明細書では「OCT」と称される、カルシウム4%〜10%を含有する過塩基性カルシウムタレートと、GMO(グリセロールモノオレエート)とであったことを除き、例9〜16の方法に類似した方法で、沈降実験を行なった。例22及び例28では、いずれの摩擦調整剤も使用しなかった。
分かるように、(例23〜例28の)非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネート(登録商標)C400CLRは、(例17〜例22の)結晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネート(登録商標)C300CSについての沈降%とは対照的に、非常に小さい沈降%によって特徴付けられる。
表3に、これらの実験の結果を示す。
摩擦調整剤が、結果的にトリオレエートエステルになる、TEA(トリエタノールアミン)とタル油脂肪酸との反応生成物であって、本明細書では「TEA−T」と称される反応生成物を0.5%含有したことを除き、前述の諸例の方法と同じ方法で、沈降実験を行なった。
表4に示される結果は、(例31、例32の)非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネート(登録商標)C400CLRは、結晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネート(登録商標)C300CSについての沈降%よりも、非常に小さい沈降%によって特徴付けられたことを例示する。しかしまた、カルシネート(登録商標)C300CSと共に摩擦調整剤としてTEA−Tを使用した際には、GMO/ET−2摩擦調整剤を使用したものよりもずっと低い沈降性を有する潤滑剤ブレンドが提供された。
これらの例は、潤滑油混合物の摩擦減少特性(friction reducing characteristics)に向けられている。選定されたそれら混合物の摩擦係数は、カメロン−プリント(Cameron-Plint)TE−77高周波数摩擦試験で測定した。以下に、その条件を示す。
上側試料 6mm×16mm ドエル(Dowel) EN1A(BS 1804
パート1 グレード1、220M07)
下側試料 平坦な硬化グラウンド(Flat hardened ground) NSOH BO1
ゲージプレート(RC60/0.4μm)
周波数 5Hz
負荷(N) 50〜100
振幅 15mm
カルシネート(登録商標)C300CS及びカルシネート(登録商標)C400CLRは、同量でなくて同一TBN(全アルカリ価)を基準として比較した以外は例33〜49と同様の方法でこれらの例を行った。表6に、それらの結果を示す。
様々な摩擦調整剤に関する研究を行って、12週間における沈降を確認した。それらの実験は、結晶質過塩基性スルホン酸カルシウムであるカルシネートC300CS(10重量%)を、ハイプレン(Hyprene)H100潤滑油原料油、及び選定した摩擦調整剤0.5%と混合することによって行った。該組成物は、次いで、100ml遠心管に入れて70℃のオーブンの中に置き、次いで、1週間間隔で、形成された沈降物を測定した。形成されたそれらの沈降物は、綿状の白色/灰色の物質から黒色固体まで様々であった。とは言え、観察された異なるタイプのものを別々に定量化する試みは行わなかった。逆に、単純な比較を行うことができるように、遠心分離機内で観察される沈降物の全量のみを記録した。表7に、12週間の終わりに形成された沈降物の全量を記載する。比較を行うため、カルシネートC300CSと潤滑油との混合物であって摩擦調整剤を含有しないものについて試験を行って、比較の基準を与えた。該混合物は0.25%と記録された。混合済みオレイン酸グリコール/ステアリン酸グリコールは、ユニフレックス(Uniflex)1803の名称で、アリゾナ・ケミカル社(Arizona Chemical Co.)から入手することができる。例65〜例74の摩擦調整剤は、特定化合物の反応生成物である。
例59〜例74の沈降試験は、前記の12週間を超えて延長し、分離による故障モードの特質を決定した。図1に、選定した摩擦調整剤の試験結果を示す。タル油脂肪酸の二量体化によって得られるモノマー脂肪酸留分[例えば、センチュリー(Century)(登録商標)D−1の名称でアリゾナ・ケミカル社から入手することのできる、枝分かれ鎖脂肪酸と直鎖脂肪酸との混合物]と、TEA(トリエタノールアミン)との反応によって生成された摩擦調整剤と比較する。また、図1には、C18単不飽和の大部分がメチル枝分かれ脂肪酸の混合物であってセンチュリー(登録商標)D1164の名称でアリゾナ・ケミカル社から入手することのできる混合物とTEAとの反応によって生成される摩擦調整剤の沈降試験結果をも示す。
摩擦試験は、例31〜58に開示する試験方法に従い、例75の摩擦調整剤と過塩基性スルホン酸カルシウムとの選定された組み合せに基づいて行った。図2に、それらの結果を示す。
潤滑油組成物を容器中に長期間に渡って貯蔵するとき、本発明による摩擦調整剤と過塩基性スルホン酸カルシウムのような過塩基性アルカリ土類金属スルホン酸塩とを含有する混合物を、潤滑油原料油に添加することによって、非常に小さい沈降作用が生じ得るということは、容易によく理解されるであろう。
前記の記述には、数多くの限定的事項(specifics)が含まれているが、これらの限定的事項は、本発明を限定するものと解釈されるべきではなく、本発明の好ましい具体例を単に例示するものと解釈されるべきである。当業者は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲及び趣旨の範囲内で、他の多くの具体例を想像するであろう。
Claims (8)
- 水素化処理されたナフテン系油のための添加剤混合物であって、
a)過塩基性スルホン酸カルシウム(該過塩基性スルホン酸カルシウムは、30nm以下の粒子径を有する非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムである)と、
b)ポリアルキレン無水コハク酸、過塩基性アルカリ土類金属カルボン酸塩、アルカノールアミンと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、チオジグリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、ジアルキレングリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物から成る群から選ばれる少なくとも1種の摩擦調整剤と、
を含有している、上記添加剤混合物。 - 潤滑剤組成物であって、
a)水素化処理されたナフテン系油と、
b)該潤滑剤組成物の総重量に対して10重量%の、過塩基性スルホン酸カルシウム(該過塩基性スルホン酸カルシウムは、30nm以下の粒子径を有する非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムである)と、
c)ポリアルキレン無水コハク酸、過塩基性アルカリ土類金属カルボン酸塩、アルカノールアミンと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、チオジグリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、ジアルキレングリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物から成る群から選ばれる少なくとも1種の摩擦調整剤と、
を含有する、上記潤滑剤組成物。 - 潤滑剤組成物を貯蔵するための方法であって、
a)潤滑剤原料と、下記i)およびii)を含む添加剤混合物とを混ぜ合わせて、潤滑剤組成物を提供する段階
i)該潤滑剤組成物の総重量に対して10重量%の、過塩基性スルホン酸カルシウム(該過塩基性スルホン酸カルシウムは、30nm以下の粒子径を有する非晶質過塩基性スルホン酸カルシウムである)、及び
ii)前記潤滑剤組成物の総重量に対して0.5〜1.0重量%の少なくとも1種の摩擦調整剤であって、ポリアルキレン無水コハク酸、過塩基性アルカリ土類金属カルボン酸塩、アルカノールアミンと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、チオジグリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物、及びジアルキレングリコールと脂肪酸又は脂肪酸エステルとの反応生成物から成る群から選ばれる少なくとも1種の摩擦調整剤、および
b)前記潤滑剤組成物を容器に入れる段階、
を包含する、上記方法。 - アモルファス過塩基硫酸カルシウムが少なくとも400のTBNを有する、請求項1に記載の添加剤混合物。
- 摩擦調整剤がトリエタノールアミンと脂肪酸エステルとの反応生成物を含む、請求項1に記載の添加剤混合物。
- 摩擦調整剤が、トリエタノールアミンと、オレイン酸メチル、タル油脂肪酸、オレイン酸、リシノール酸、イソステアリン酸、エルカ酸、オレイン酸/ステアリン酸の混酸およびイソオレイン酸からなる群から選択される1種または2種以上の脂質化合物との反応生成物を含む、請求項1に記載の添加剤混合物。
- 摩擦調整剤がチオジグリコールとオレイン酸メチルとの反応生成物を含む、請求項1に記載の添加剤混合物。
- 摩擦調整剤がジエチレングリコールとオレイン酸メチルとの反応生成物を含む、請求項1に記載の添加剤混合物。
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