JP5136816B2 - ナノ粒子含有潤滑油組成物 - Google Patents
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CO2削減については、自動車の燃費の削減を図ることが大きな課題の一つであり、潤滑油が果たす役割は大きい。
ナノメートルオーダーの粒子(ナノ粒子)は、体積に対する表面積の割合が高いため、系としての表面エネルギーが高く、かかる粒子を液体に分散させた場合には、ほとんど沈降せずに分散し易い傾向を示す。
このような構成とすることにより、特に、広く内燃機関の摺動部品に使われる鋼製品に対して使用した際に、摩擦係数を有意に低減することができ、省燃費化を実現することができる。
なお、「対向して相対的に運動する接触面」とは、対向する一方の面若しくは両面の面が運動することにより、相対的に両面が運動する摺動面、回動面、転動面などの様々な接触面を意味する。
特に、密閉式、循環式等のシステムに本発明の潤滑油組成物を供給して運動させれば、省燃費効果が発揮される。
具体的には、浸炭鋼SCM420やSCr420(JIS)等が挙げられる。
本発明においては、基油として鉱油や合成油を用いることができ、これらの基油がナノ粒子含有潤滑油組成物において主成分であることが望ましい。
なお、「主成分」とは、潤滑油組成物全量基準で50%以上であることをいう。
また、溶剤精製や水素化精製処理したものが一般的であるが、芳香族分をより低減することが可能な高度水素化分解プロセスやGTL Wax(ガス・トウー・リキッド・ワックス)を異性化する手法で製造したものが詳細は後述するが好適例として挙げられる。
また、上記混合物における2種類以上の混合比も特に限定されず任意に選ぶことができる。
また、上記ポリ−α−オレフィン系基油を含有する基油の全芳香族含有量は5%以下であることが好ましく、3%以下であることがより好ましく、2%以下であることが特に好ましい。
また、高度水素化分解鉱油又は1−デセンオリゴマー水素化物などは、基油の全芳香族含有量が2%以下、又は0%であっても摩擦低減効果の高い組成物を得ることができる。
例えば、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤の含有量が1.4%を超える場合には、貯蔵安定性に劣る可能性があるため、必要に応じて溶剤精製鉱油やアルキルベンゼンなどを配合することにより基油の全芳香族含有量を調整する(例えば、2%以上とする)ことが好ましい。
一方、その動粘度は20mm2/s以下であることが好ましく、10mm2/s以下であることがより好ましく、8mm2/s以下であることが特に好ましい。
一方、100℃における動粘度を20mm2/s以下とすることによって、流体抵抗が小さくなるため、潤滑箇所での摩擦抵抗がより小さい潤滑油組成物を得ることができる。
基油の粘度指数が高いものを選択することにより、低温粘度特性に優れるだけでなく、摩擦低減効果に優れた潤滑油組成物を得ることができる。
上述したように、本発明のナノ粒子含有潤滑油組成物は、水酸基を有する添加剤を含有することを要する。
ここで、水酸基を有する添加剤としては、無灰系摩擦調整剤などを挙げることができる。
具体的な好適例としては、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート及びソルビタンジオレートなどが挙げられる。
なお、上記アルキル基及びアルケニル基には、考えられるすべての直鎖状構造及び分岐状構造が含まれ、また、アルケニル基における二重結合の位置は任意である。
上記含有量が0.05%未満であると摩擦低減効果が小さくなり易く、3.0%を超えると摩擦低減効果に優れるものの潤滑油への溶解性や貯蔵安定性が著しく悪化し、沈殿物が発生し易いので好ましくない。
また、非分散型又は分散型エチレン−α−オレフィン共重合体(α−オレフィンとしては例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテンなど)及び水素化物、ポリイソブチレン及びその水素化物、スチレン−ジエン水素化共重合体、スチレン−無水マレイン酸エステル共重合体、並びにポリアルキルスチレンなども例示できる。
本発明において、ナノ粒子は1〜10nmであることを要する。
ここで、「添加剤」とは、水酸基を有する添加剤に限られるものではなく、必要に応じて配合した全ての添加剤を意味する。
ナノ粒子の含有量が0.05%未満の場合には、摩擦係数の顕著な低下が認められないため好ましくなく、ナノ粒子の含有量が3%を超えると、粘度が増加し摩擦係数が上昇するため好ましくない。
このような炭素材料としては、例えば煤(及びその凝集体としてのカーボンブラック)、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、ダイヤモンドなどを挙げることができ、これらの炭素材料を適宜混合してもよい。また、DLCの水素含有量は少ないほど好ましく、具体的には、10原子%以下であることが好ましく、5原子%以下であることがより好ましく、1原子%以下であることが更に好ましい。
ダイヤモンドから成るナノ粒子が単結晶であると、多結晶体又は凝集体において、粒界に存在する不定形炭素が表層に存在しないため、sp3構造表層のダングリングボンドにより水酸基を有する添加剤をより吸着し易くなる。
ダイヤモンドから成るナノ粒子の粒子径が10nm以下であると、表面積の割合が増加することから、吸着が加速する。
更にまた、酸化物、炭化物又は炭素材料のナノ粒子を2種以上混合して用いることもできる。上記酸化物としては、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化銅、酸化ホルミウム、酸化ビスマス、酸化コバルト、酸化鉄又は酸化マンガン、及びこれらを適宜混合した金属酸化物や、酸化珪素などの非金属酸化物、更には金属酸化物と非金属酸化物を混合したものを挙げることができる。また、上記炭化物としては、例えばバナジウムカーバイド、タングステンカーバイド及びチタンカーバイドなどの金属炭化物やシリコンカーバイドなどの非金属炭化物を挙げることができる。上述したように、金属酸化物や金属炭化物は優れた摩擦低減効果が得られ、これらの中では、酸化アルミニウムが特に優れた摩擦低減効果を発揮する。
また、溶剤分散できる酸化物は、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化珪素、酸化錫、酸化セリウム、酸化銅、酸化イットリウムなどがある。
なお、溶剤に分散させる場合には、ナノ粒子の濃度を5〜20%とすることが好ましい。特にアルミナはトルエンに分散させた場合、粒子同士の凝集が生じないため効果的であることを確認している。
表1に示すような各例のナノ粒子含有潤滑油組成物を調製した(ただし、比較例1についてはナノ粒子を含有させなかった。)。
また、「粘度指数向上剤」としては、分散型PMA(ポリメタクリレート)を用いた(なお、この粘度指数向上剤は窒素含有極性基が用いられており水酸基を有していない。)。
更に、「無灰系摩擦調整剤」としては、GMO(グリセリンモノオレート)を用いた(なお、この無灰系摩擦調整剤は水酸基を有している。)。
更にまた、「ダイヤモンドA」としては、市販のクラスターダイヤモンドを用いた(なお、粒子径は15nmであった。)。
表2に示すような各例のナノ粒子含有潤滑油組成物を調製した。
また、「粘度指数向上剤」としては、分散型PMA(ポリメタクリレート)を用いた(なお、この粘度指数向上剤は窒素含有極性基が用いられており水酸基を有していない。)。
更に、「無灰系摩擦調整剤」としては、GMO(グリセリンモノオレート)を用いた(なお、この無灰系摩擦調整剤は水酸基を有している。)。
更にまた、「ダイヤモンドB」としては、市販のクラスターダイヤモンド(ダイヤモンドA)をボールミルにて粉砕し、分散溶媒にて凝集させることなく分散状態で抽出したものを用いた(なお、粒子径は3〜5nmであった。)。
(試験片の作製)
低摩擦運動システムの接触面の一例として、オプチモール社製SRV摩擦試験機用の試験片を作製した。試験片はSUJ2熱処理材からディスク材料、円筒材料に研磨加工後、ラッピングテープを用いた研磨によって所定の表面粗さ(Ra=0.2μm以下)に仕上げた。得られた試験片の仕様を表3に示す。
得られた試験片を、オプチモール社製SRV試験機にセットし、表1及び表2に示す各ナノ粒子含有潤滑油組成物を試験片に滴下し、下記の試験条件にて10分から20分までの摩擦係数を測定した。得られた結果を表1及び表2に併記する。
なお、試験開始後10分から20分までが最も安定した摩擦係数を示すことから、当該摩擦係数を評価した。
・温度 :80℃
・荷重 :400N
・振幅 :3mm
・周波数 :50Hz
また、現時点では、フリクション低減効果や経済性の観点から、実施例10が最も良好な結果をもたらすものと思われる。
11 円筒
Claims (11)
- 基油と水酸基を有する添加剤とナノ粒子を含有して成るナノ粒子含有潤滑油組成物であって、
上記水酸基を有する添加剤が、水酸基を有する脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤であり、該脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤が、炭素数6〜30の炭化水素基を有する脂肪酸と脂肪族多価アルコールとからなるエステルであり、
上記ナノ粒子が、粒子径が1〜10nmの単結晶のダイヤモンドであり、
上記ナノ粒子が、0.05〜3%含有されている
ことを特徴とするナノ粒子含有潤滑油組成物。 - 基油と水酸基を有する添加剤とナノ粒子を含有して成るナノ粒子含有潤滑油組成物であって、
上記水酸基を有する添加剤が、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート及びソルビタンジオレートからなる群より選ばれた少なくとも1種の水酸基を有する脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤であり、
上記ナノ粒子が、粒子径が1〜10nmの単結晶のダイヤモンドであり、
上記ナノ粒子が、0.05〜3%含有されている
ことを特徴とするナノ粒子含有潤滑油組成物。 - 上記ナノ粒子が、0.05〜1%含有されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 上記水酸基を有する脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤が、0.05〜3.0%含有されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 粘度指数向上剤、流動降下剤、摩擦防止剤、極圧剤、摩擦調整剤、清浄分散剤、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性化剤、界面活性剤、抗乳化剤、シール膨潤剤、消泡剤及び着色剤からなる群より選ばれた少なくとも1種の添加剤を更に含有して成ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 分散溶媒を更に含有して成ることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 上記ナノ粒子が、基油と添加剤との合計100重量部に対して、0.1〜0.6重量部含有されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 上記ナノ粒子が、基油と添加剤との合計100重量部に対して、0.3〜0.5重量部含有されていることを特徴とする請求項7に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 上記基油が、鉱油及び/又は合成油を含む基油であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 上記基油が、50%以上含有されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
- 対向して相対的に運動する双方が鉄系金属材料製部品又はアルミニウム合金製部品である接触面に対して用いられることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つの項に記載のナノ粒子含有潤滑油組成物。
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