JP5431947B2 - 潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
これまで、その対策としては、自動車にパティキュレートフィルター(DPF)や排出ガス浄化触媒(酸化または還元触媒)などの排出ガス浄化装置を装着することが有望視されている。
しかしながら、そのような排出ガス浄化装置を装着した自動車に従来の内燃機関用潤滑油を用いた場合に、以下の問題を解決する必要がある。まず、パティキュレートフィルターに煤が付着する。この付着した煤は酸化、燃焼により取り除かれるものの、煤を燃焼させるため、通常燃料のポスト噴射が行われる。そのためエンジン油への燃料希釈が増大し、エンジン油の性能を低下させる。
また、燃焼により生成した金属酸化物や硫酸塩、カルボン酸塩などによってフィルターが目詰りする。したがって、潤滑油中の金属分はできるだけ低くする方が好ましいが、その金属分は、主に金属清浄剤や酸化防止剤に由来するものであるため、清浄性、酸化安定性を維持しつつ、その配合量を低減することは困難である。
このような問題解決に向かって、多くの提案がなされている。例えば、DPFにおける灰分詰まりを減少させると共に、DPFで捕集されるPMの燃焼性を向上させて、その除去効率を高め、かつDPFの長寿命化を図ることのできるDPF付きディーゼルエンジン用潤滑油組成物、すなわち硫酸灰分が1.0重量%以下、硫黄分含有量が0.3重量%以下及びモリブデン含有量が100ppm以上であることを特徴とするディーゼル微粒子除去装置付きディーゼルエンジン用潤滑油組成物(例えば、特許文献1参照)が開示されている。
このバイオ燃料は、天然油脂のエステル交換反応生成物など天然油脂由来の化合物を含む燃料であり、天然油脂源となる植物が、光合成によって大気中の二酸化炭素を吸収して生育するものであることから、バイオ燃料によって生成する二酸化炭素は、地球温暖化ガスの増加にカウントされない、カーボンニュートラルという規定があるからである。したがって、バイオ燃料の利用は、さらに増加すると考えられる。
〔1〕天然油脂の水素化処理物、天然油脂のエステル交換物、および天然油脂のエステル交換物の水素化処理物の中から選ばれた少なくとも一種を含む燃料を用いた内燃機関で使用される潤滑油組成物であって、アルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物を、組成物全量基準で、アルカリ金属換算量として10〜1000質量ppm含むことを特徴とする潤滑油組成物、
〔2〕(A)前記アルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物とともに、以下の(B)〜(E)の中から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む上記〔1〕に記載の潤滑油組成物、
(B)以下の一般式(I)
及び下記一般式(II)
で表される置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸エステル誘導体の中から選ばれる少なくとも一種の化合物、
(C)フェノール系酸化防止剤、
(D)アミン系酸化防止剤、
(E)モリブデン系酸化防止剤
〔3〕硫酸灰分が1.2質量%以下である上記〔1〕又は〔2〕に記載の潤滑油組成物、
を提供するものである。
天然油脂の水素化処理物とは、前記した油脂を適当な水素化触媒の存在下でいわゆる水添したものである。
ここで、水素化触媒としては、ニッケル系触媒、白金族(Pt,Pd,Rh,Ru)系触媒、コバルト系触媒、酸化クロム系触媒、銅系触媒、オスミウム系触媒、イリジウム系触媒、モリブデン系触媒などが挙げられる。また、水素化触媒としては上記触媒を2つ以上組み合わせて使用することも好ましい。
天然油脂のエステル交換物とは、適当なエステル合成触媒の存在下で、天然油脂を構成するトリグリセリドに対してエステル交換反応を行って得られたエステルである。例えば、低級アルコールと油脂とを、上記エステル合成触媒の存在下でエステル交換反応させることにより、バイオ燃料となる脂肪酸エステルが製造される。低級アルコールは、エステル化剤として使用されるものであり、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール等の炭素数5以下のアルコールを挙げることができるが、反応性の点でもコストの点でもメタノールが好ましい。このような低級アルコールは、一般に油脂に対して当量以上の量で用いられる。
また、天然油脂のエステル交換物の水素化処理物とは、前記したエステル交換物を適当な水素化触媒の存在下で水添したものである。
天然油脂、天然油脂の水素化処理物、天然油脂のエステル交換物、および天然油脂のエステル交換物の水素化処理物は、軽油などの炭化水素で構成される燃料に添加することで、混合燃料としても好適に使用することができる。
鉱油としては、例えば、原油を常圧蒸留して得られる常圧残油を減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製等の1つ以上の処理を行って精製した鉱油、あるいはワックスやGTL WAXを異性化することによって製造される鉱油等が挙げられる。
また、合成油としては、例えば、ポリブテン、ポリオレフィン[α−オレフィン単独重合体や共重合体(例えばエチレン−α−オレフィン共重合体)など],各種のエステル(例えば、ポリオールエステル、二塩基酸エステル、リン酸エステルなど),各種のエーテル(例えば、ポリフェニルエーテルなど),ポリグリコール,アルキルベンゼン,アルキルナフタレンなどが挙げられる。これらの合成油のうち、特にポリオレフィン,ポリオールエステルが好ましい。
本発明においては、基油として、上記鉱油を1種用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、上記合成油を1種用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらには、鉱油1種以上と合成油1種以上とを組み合わせて用いてもよい。
基油の粘度については特に制限はなく、潤滑油組成物の用途に応じて異なるが、通常100℃の動粘度が2〜30mm2/s、好ましくは3〜15mm2/s、より好ましくは4〜10mm2/sである。100℃における動粘度が2mm2/s以上であれば蒸発損失が少なく、一方30mm2/s以下であれば、粘性抵抗による動力損失があまり大きくなることがなく、燃費改善効果が得られる。
%CAが、3.0以下で、硫黄分が50質量ppm以下の基油は、良好な酸化安定性を有し、酸価の上昇やスラッジの生成を抑制し得ると共に、金属に対する腐食性の少ない潤滑油組成物を提供することができる。
より好ましい%CAは1.0以下、さらには、0.5以下であり、またより好ましい硫黄分は30質量ppm以下である。
さらに、基油の粘度指数は、70以上が好ましく、より好ましくは100以上、さらに好ましくは120以上である。この粘度指数が70以上の基油は、温度の変化による粘度変化が小さい。
本発明でいうアルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物は、通常、取り扱いが容易な微粒子分散体として利用される。アルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物の例として米国特許3929650および4089790に記載されている方法により合成される化合物などが挙げられる。例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属中性スルホネートをアルカリ金属水酸化物の存在下で、好ましくは更にコハク酸イミドなどの無灰性分散剤の共存下で、炭酸化して過塩基性スルホネートを得、これにホウ酸を反応させて得られるアルカリ金属ホウ酸塩の微粒子分散体を挙げることができる。ここでアルカリ金属としては、カリウム、ナトリウムなどが望ましい。
具体例として、中性カルシウムスルホネートおよびコハク酸イミド系に分散させた組成式:KB3O5・H2Oで表されるアルカリ金属ホウ酸塩の水和物の粒径約0.3μm以下の微粒子分散体を挙げることができる。
この(B)成分は、前記一般式(I)および(II)で表される置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸エステル誘導体の中から選ばれる少なくとも一種の化合物である。
で表される化合物が好適である。
(C)成分として、前記フェノール系酸化防止剤を一種用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。当該(C)成分の配合量は、効果及び経済性のバランスなどの点から、潤滑油組成物全量に基づき、好ましくは0.05〜3.0質量%、より好ましくは0.2〜2.0質量%の範囲で選定される。
6価のモリブデン化合物と反応させるアミン化合物としては特に制限されないが、具体的には、モノアミン、ジアミン、ポリアミン及びアルカノールアミンが挙げられる。より具体的には、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジウンデシルアミン、ジドデシルアミン、ジトリデシルアミン、ジテトラデシルアミン、ジペンタデシルアミン、ジヘキサデシルアミン、ジヘプタデシルアミン、ジオクタデシルアミン、メチルエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルブチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、及びプロピルブチルアミン等の炭素数1〜30のアルキル基(これらのアルキル基は直鎖状でも分枝状でもよい)を有するアルキルアミン;エテニルアミン、プロペニルアミン、ブテニルアミン、オクテニルアミン、及びオレイルアミン等の炭素数2〜30のアルケニル基(これらのアルケニル基は直鎖状でも分枝状でもよい)を有するアルケニルアミン;メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、ペンタノールアミン、ヘキサノールアミン、ヘプタノールアミン、オクタノールアミン、ノナノールアミン、メタノールエタノールアミン、メタノールプロパノールアミン、メタノールブタノールアミン、エタノールプロパノールアミン、エタノールブタノールアミン、及びプロパノールブタノールアミン等の炭素数1〜30のアルカノール基(これらのアルカノール基は直鎖状でも分枝状でもよい)を有するアルカノールアミン;メチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、及びブチレンジアミン等の炭素数1〜30のアルキレン基を有するアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミン;ウンデシルジエチルアミン、ウンデシルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、オレイルジエタノールアミン、オレイルプロピレンジアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン等の上記モノアミン、ジアミン、ポリアミンに炭素数8〜20のアルキル基又はアルケニル基を有する化合物やイミダゾリン等の複素環化合物;これらの化合物のアルキレンオキシド付加物;及びこれらの混合物等が例示できる。これらのアミン化合物の中でも、第1級アミン、第2級アミン及びアルカノールアミンが好ましい。
前記6価のモリブデン化合物とアミン化合物との反応比は、アミン化合物1モルに対し、モリブデン化合物のMo原子のモル比が、0.7〜5であることが好ましく、0.8〜4であることがより好ましく、1〜2.5であることがさらに好ましい。反応方法については特に制限はなく、従来公知の方法、例えば特開2003−252887号公報に記載されている方法を採用することができる。
本発明においては、モリブデン系酸化防止剤として、上記モリブデン・アミン錯体以外に、特公平3−22438号公報、特開2004−2866号公報などに記載されているコハク酸イミドの硫黄含有モリブデン錯体を用いることもできる。
上記の中でも、本発明の好ましい形態としては、以下のものが挙げられる。
(1)基油+(A)
(2)基油+(A)+(B)
(3)基油+(A)+(C)及び/又は(D)
(4)基油+(A)+(B)及び/又は(D)
(5)基油+(A)+(B)+(C)及び/又は(D)+(E)
特に、バイオ燃料混入時の清浄性や酸化安定性をより高める点で、(2)、(4)及び(5)の形態、すなわち(B)成分を含むものが好適である。
粘度指数向上剤の配合量は、配合効果の点から、潤滑油組成物全量基準で、通常0.5〜15質量%程度が好ましく、より好ましくは1〜10質量%である。
流動点降下剤の配合量は、配合効果の点から、潤滑油組成物全量基準で、通常0.1〜2質量%程度が好ましく、より好ましくは0.1〜1質量%である。
無灰分散剤としては、潤滑油に用いられる任意の無灰分散剤を用いることができるが、例えば、一般式(IV)で表されるモノタイプのコハク酸イミド化合物、又は一般式(V)で表されるビスタイプのコハク酸イミド化合物が挙げられる。
R6、R8及びR9の数平均分子量は、好ましくは1,000〜4,000である。
また、R7、R10及びR11は、それぞれ、炭素数2〜5のアルキレン基で、R10及びR11は同一でも異なっていてもよく、rは1〜10の整数を示し、sは0又は1〜10の整数を示す。
上記R6、R8及びR9の数平均分子量が500未満であると、基油への溶解性が低下し、4,000を超えると、清浄性が低下し、目的の性能が得られない恐れがある。
また、上記rは、好ましくは2〜5、より好ましくは3〜4である。rが1未満であると、清浄性が悪化し、rが11以上であると、基油に対する溶解性が悪くなることがある。
一般式(V)において、sは好ましくは1〜4、より好ましくは2〜3である。
上記範囲内であれば、清浄性及び基油に対する溶解性の点で好ましい。
アルケニル基としては、ポリブテニル基、ポリイソブテニル基、エチレン−プロピレン共重合体からなる基を挙げることができ、アルキル基としてはこれらを水添したものである。
好適なアルケニル基の代表例としては、ポリブテニル基又はポリイソブテニル基が挙げられる。
ポリブテニル基は、1−ブテンとイソブテンの混合物あるいは高純度のイソブテンを重合させたものとして得られる。
また、好適なアルキル基の代表例としては、ポリブテニル基又はポリイソブテニル基を水添したものである。
上記のモノタイプのコハク酸イミド化合物及びビスタイプのコハク酸イミド化合物は、アルケニルコハク酸無水物若しくはアルキルコハク酸無水物とポリアミンとの反応比率を変えることによって製造することができる。
上記ポリオレフィンを形成するオレフィン単量体としては、炭素数2〜8のα−オレフィンの一種又は二種以上を混合して用いることができるが、イソブテンとブテン−1の混合物を好適に用いることができる。
アルケニル若しくはアルキルコハク酸イミド化合物のホウ素誘導体は、常法により製造したものを使用することができる。
例えば、上記のポリオレフィンを無水マレイン酸と反応させてアルケニルコハク酸無水物とした後、更に上記のポリアミンと酸化ホウ素、ハロゲン化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸無水物、ホウ酸エステル、ホウ素酸のアンモニウム塩等のホウ素化合物を反応させて得られる中間体と反応させてイミド化させることによって得られる。
このホウ素誘導体中のホウ素含有量には、特に制限はないが、ホウ素として、通常、0.05〜5質量%、好ましくは0.1〜3質量%である。
配合量が0.5質量%未満であると、その効果が発揮されにくく、又15質量%を超えてもその配合量に見合った効果は得られないことがある。
また、コハク酸イミド化合物は、上記の規定量を含有する限り、単独又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらはまた1級アルキル基、2級アルキル基又は3級アルキル基でもよい。
また、アルカリ土類金属スルフォネート、アルカリ土類金属フェネート及びアルカリ土類金属サリシレートとしては、前記のアルキル芳香族スルフォン酸、アルキルフェノール、アルキルフェノールサルファイド、アルキルフェノールのマンニッヒ反応物、アルキルサリチル酸等を直接、マグネシウム及び/又はカルシウムのアルカリ土類金属の酸化物や水酸化物等のアルカリ土類金属塩基と反応させたり、又は一度ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩としてからアルカリ土類金属塩と置換させること等により得られる中性アルカリ土類金属スルフォネート、中性アルカリ土類金属フェネート及び中性アルカリ土類金属サリシレートだけでなく、中性アルカリ土類金属スルフォネート、中性アルカリ土類金属フェネート及び中性アルカリ土類金属サリシレートと過剰のアルカリ土類金属塩やアルカリ土類金属塩基を水の存在下で加熱することにより得られる塩基性アルカリ土類金属スルフォネート、塩基性アルカリ土類金属フェネート及び塩基性アルカリ土類金属サリシレートや、炭酸ガスの存在下で中性アルカリ土類金属スルフォネート、中性アルカリ土類金属フェネート及び中性アルカリ土類金属サリシレートをアルカリ土類金属の炭酸塩又はホウ酸塩を反応させることにより得られる過塩基性アルカリ土類金属スルフォネート、過塩基性アルカリ土類金属フェネート及び過塩基性アルカリ土類金属サリシレートも含まれる。
なお、ここでいう全塩基価とは、JIS K 2501「石油製品及び潤滑油−中和価試験方法」の7.に準拠して測定される電位差滴定法(塩基価・過塩素酸法)による全塩基価を意味する。
なお、ここでいう金属比とは、金属系清浄剤における金属元素の価数×金属元素含有量(モル%)/せっけん基含有量(モル%)で表され、金属元素とはカルシウム、マグネシウム等、せっけん基とは、スルホン酸基、フェノール基及びサリチル酸基等を意味する。
配合量が0.01質量%未満であると、その効果が発揮されにくく、また20質量%を超えてもその添加に見合った効果は得られないことがある。
また、金属系清浄剤は、上記の規定量を含有する限り、単独又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。
硫黄系酸化防止剤としては、例えばフェノチアジン、ペンタエリスリトール−テトラキス−(3−ラウリルチオプロピオネート)、ジドデシルサルファイド、ジオクタデシルサルファイド、ジドデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネート、ドデシルオクタデシルチオジプロピオネート、2−メルカプトベンゾイミダゾールなどが挙げられる。
摩擦低減剤の配合量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.01〜2質量%が好ましく、0.01〜1質量%がより好ましい。
金属不活性剤の配合量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.01〜3質量%が好ましく、0.01〜1質量%がより好ましい。
これら防錆剤の配合量は、配合効果の点から、潤滑油組成物全量基準で、通常0.01〜1質量%程度が好ましく、0.05〜0.5質量%がより好ましい。
界面活性剤又は抗乳化剤の配合量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.01〜3質量%が好ましく、0.01〜1質量%がより好ましい。
本発明の潤滑油組成物においては、リン含有量は組成物全量基準で0.12質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%以下である。リン含有量が0.12質量%以下であると、排出ガスを浄化する触媒の性能低下を効果的に抑えることができる。
(1)動粘度
JIS K 2283に準拠して測定した。
(2)カルシウム、カリウム、ホウ素、及びリンの含有量
JIS−5S−38−92に準拠して測定した。
(3)窒素の含有量
JIS K2609に準拠して測定した。
(4)モリブデン、亜鉛の含有量
JIS−5S−38−92に準拠して測定した。
(5)硫黄含有量
JIS K2541に準拠して測定した。
(6)硫酸灰分
JIS K2272に準拠して測定した。
(7)NOACK試験
ASTM D 5800に準拠して測定した。250℃、1時間の条件で測定した。
試験用の潤滑油組成物としては、内燃機関内における燃料と潤滑油との混合割合を想定して、前記した各潤滑油組成物(新油)に対してバイオ燃料(菜種油をメチルアルコールによりエステル交換して得られた燃料)を5質量%配合した混合油を用いた。試験温度は、290℃に設定し、その他の条件については、JPI−5S−55−99に準拠して測定した。また、試験後の評点はJPI−5S−55−99に準拠してテストチューブに付着したラッカーを0点(黒色)〜10点(無色)の11段階にて評価し、数字が大きいほど堆積物が少なく清浄性が良好であることを示す。なお、参考として、新油だけを用いて同様に試験を行った。また、ホットチューブ試験は粘度指数向上剤の量が影響する場合もあるので、各実施例・比較例では粘度指数向上剤の配合量を一定にした。
前記(7)と同様に各潤滑油組成物(新油)に対してバイオ燃料(菜種油をメチルアルコールによりエステル交換して得られた燃料)を5質量%配合した混合油を用いて、JIS K2514−1996に準拠して内燃機関用潤滑油酸化安定度試験を実施した。
下記の試験条件で酸化し、試験前(新油)と試験後の100℃における動粘度を測定し、粘度増加率%を求めた。粘度増加率が小さいものほど酸化安定性に優れていることを示す。
(試験条件)
試験温度165.5℃、回転数1300rpm、試験時間168時間、触媒; 銅板及び鉄板
第1表に示した基油及び添加剤を第1表に示す割合で配合して、潤滑油組成物を調製し、その組成物の性状・組成及び性能を第1表に示す。
1)基油:水素化精製基油(40℃動粘度=21mm2/s、100℃動粘度=4.5mm2/s、粘度指数=127、%CA=0、硫黄分≦20質量ppm未満、NOACK試験蒸発量=13.3質量%)
2)アルカリ金属ホウ酸塩水和物:微粒子分散体(ホウ素含有量=6.8質量%、カリウム含有量=4.0質量%)
3)芳香族カルボン酸エステル:ドデシルサリチル酸ドデシルフェニルエステル
4)フェノール系酸化防止剤:オクタデシル-3-(3,5−tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート
5)アミン系酸化防止剤:ジアルキルジフェニルアミン(窒素含有量=4.62質量%)
6)モリブデン系酸化防止剤:商品名「サクラルーブ710」(アデカ社製)、モリブデン含有量=10質量%、窒素含有量=1.3質量%)
7)粘度指数向上剤:ポリメタクリレート(重量平均分子量=420000、樹脂量39質量%)
8)流動点降下剤:ポリアルキルメタクリレート(重量平均分子量=6000)
9)金属系清浄剤:過塩基性カルシウムサリシレート(塩基価(過塩素酸法)=225mgKOH/g、Ca含有量=7.8質量%、硫黄含有量=0.3質量%
10)ポリブテニルコハク酸イミド−1:モノ型イミド(ポリブテニル基の平均分子量=1000、窒素含有量=1.76質量%)
11)ポリブテニルコハク酸イミド−2:ビス型イミド(ポリブテニル基の平均分子量=2000、窒素含有量=0.99質量%)
12)ジアルキルジチオリン酸亜鉛:亜鉛含有量=9.0質量%、リン含有量=8.2質量%、硫黄含有量=17.1質量%、アルキル基=第2級ブチル基及び第2級ヘキシル基の混合物
13)銅腐食防止剤:1‐[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチルメチルベンゾトリアゾール]
14)シリコン系消泡剤、防錆剤及び界面活性剤など
Claims (2)
- 天然油脂の水素化処理物、天然油脂のエステル交換物、および天然油脂のエステル交換物の水素化処理物の中から選ばれた少なくとも一種を含む燃料を用いた内燃機関で使用される潤滑油組成物であって、(A)アルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物を、組成物全量基準で、アルカリ金属換算量として10〜1000質量ppm含み、
(A)アルカリ金属ホウ酸塩若しくはその水和物とともに、以下の(B)〜(E)の化合物を含む潤滑油組成物。
(B)下記の一般式(I)
及び下記一般式(II)
で表される置換ヒドロキシ芳香族カルボン酸エステル誘導体の中から選ばれる少なくとも一種の化合物、
(C)フェノール系酸化防止剤、
(D)アミン系酸化防止剤、
(E)モリブデン系酸化防止剤 - 硫酸灰分が1.2質量%以下である請求項1に記載の潤滑油組成物。
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