JP5489838B2 - 工業用作動油組成物 - Google Patents
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Description
電力消費量削減の一つの方法として、産業機械や輸送機械で使用される潤滑油側からの省電力化が図られている。
工業用油圧装置は、オイルタンク、ベーンポンプやピストンポンプなどの油圧ポンプ、流量、方向、圧力を調整するための制御弁、油圧シリンダーや油圧モーターなどのアクチュエーター、それらをつなぐ配管から構成される。これらの各部位の内、油圧ポンプ、制御弁、アクチュエーターにおいて、作動油は狭い経路を流れることとなり、高せん断条件にさらされる。油圧ポンプ、制御弁、アクチュエーターといった、油圧装置を構成するメインの部位での粘度を低くすることは、油圧装置の省電力化の方法の一つとして有効であると考えられ、動粘度だけではなく、高せん断条件下での一時せん断粘度(以下、「高せん断粘度」ということもある)を低くすることは、油圧装置の省電力化によりいっそう寄与することが期待できる。
また、工業用油圧装置を構成する油圧ポンプ、油圧シリンダーや油圧モーターなどのアクチュエーター部分における摩擦係数を低くすることもまた、摩擦損失の低減につながり、油圧装置の省電力化の方法の一つとして有効であると考えられる。
本発明の工業用作動油組成物に用いる(A)成分である炭化水素系潤滑油基油の40℃動粘度は、JIS K2283動粘度試験方法において、10〜40mm2/sであり、より好ましくは12〜35mm2/sであり、さらに好ましくは14〜30mm2/sであり、特に好ましくは15〜25mm2/sである。40℃動粘度が10mm2/s未満であると、適当な油膜厚さが保たれなくなり、十分な摩耗防止性を得づらくなる。40℃動粘度が40mm2/sを超えると、作動油として適切な動粘度に調整するために、後述するポリマーの配合量を減らす必要が生じ、高せん断粘度が大きくなり、十分な省電力効果を得づらくなる。なお、複数の基油成分を混合した基油を用いる場合には、混合後の基油の40℃動粘度が上記の範囲内であればよく、各基油成分の40℃動粘度が上記範囲内であることがより好ましい。
また、本発明においてVG32の作動油を調製する場合、本発明で使用する基油の動粘度は好ましくは10〜30mm2/sであり、さらに好ましくは15〜29mm2/sであり、特に好ましくは18〜28mm2/sである。
また、本発明においてVG22の作動油を調製する場合、本発明で使用する基油の動粘度は好ましくは10〜20mm2/sであり、さらに好ましくは13〜19mm2/sであり、特に好ましくは15〜18mm2/sである。
本発明の工業用作動油組成物に用いる炭化水素系潤滑油基油の粘度指数は、JIS K2283動粘度試験方法において、90以上であることが好ましい。粘度指数を90以上とすることで、後述する好ましい組成物の粘度指数を得やすく、その結果、低温粘度を抑制しやすいため、低温始動時の電力消費量を抑制しやすく、より高い省電力効果を得やすい傾向にある。
また、本発明の工業用作動油組成物に含まれる基油の含有割合は、好ましくは67〜99質量%であり、より好ましくは72〜98質量%であり、特に好ましくは77〜97質量%である。
本発明の工業用作動油組成物に用いる(B)成分であるエステル系ポリマーは、多価アルコールとモノカルボン酸の反応物であるハーフエステルと、ジカルボン酸とが縮重合したものである。
上記多価アルコールとしては、グリコールなどの2価アルコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの3価アルコール、ペンタエリスリトールなどの4価アルコール、キシリトールなどの5価アルコール、ソルビトールなどの6価アルコールが挙げられるが、3価以上の多価アルコールがより好ましい。3価以上とすることで、後述するモノカルボン酸とより多くのエステル結合を作ることができ、摩擦係数を低減しやすい傾向にある。
多価アルコールは、1種を単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。好ましい使用例としては、3価アルコール単独、4価アルコール単独、または3価アルコールと4価アルコールの組合せが挙げられる。
上記多価アルコールとモノカルボン酸の反応物であるハーフエステルは、水酸基を1個以上、ポリマー末端部以外の繰り返し単位に用いられるハーフエステルについては、水酸基を2個以上残したものである。
HOOC−R−COOH (1)
式(1)中、Rは、2価の炭化水素基であり、好ましくは2価の脂肪族炭化水素基である。Rは飽和でも不飽和でもよく、直鎖であっても分岐鎖があっても良い。R中の炭素数は2〜25である。ジカルボン酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸などが挙げられる。
ジカルボン酸は、1種を単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。
エステル系ポリマー中の多価アルコール由来部分の含有割合は、好ましくは5〜30質量%であり、より好ましくは7〜20質量%である。
エステル系ポリマー中のモノカルボン酸由来部分の含有割合は、好ましくは10〜90質量%であり、より好ましくは30〜60質量%である。
エステル系ポリマー中のジカルボン酸由来部分の含有割合は、好ましくは1〜50質量%であり、より好ましくは10〜30質量%である。
好ましいエステル系ポリマーの一例として、式(2)で表されるエステル系ポリマーが挙げられる。
なお、上記の式(2)で表されるエステル系ポリマーは、ジカルボン酸と4価アルコールの縮合物である繰り返し単位と、ジカルボン酸と3価アルコールの縮合物である繰り返し単位とが、交互に結合しているが、ランダムに結合しているものであっても良い。
さらに、上記の式(2)で表されるエステル系ポリマーは、両末端が3価アルコールのハーフエステルに由来する基になっているが、両末端の一方又は両方が水酸基を有する多価アルコールに由来する基であってもよいし、カルボン酸基であってもよい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーで測定され、ポリスチレン換算による値である。
ここで、エステル価はJIS K0070に準拠し、ケン化価と酸価の差から求めた。
上記のエステル系ポリマーは、1種を単独使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。
また、本発明の作動油組成物には、本発明の効果を損ねない範囲内であれば、前記エステル系ポリマー以外の他のポリマーを含んでもよい。前記エステル系ポリマー以外の他のポリマーとしては、たとえば、オレフィンコポリマー、ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、スチレン−ジエン水素化共重合体などが挙げられる。
本発明の工業用作動油組成物の40℃動粘度は、JIS K2283動粘度試験方法において、19〜51mm2/sであり、好ましくは24〜48mm2/sであり、さらに好ましくは28〜46mm2/sである。40℃動粘度が19mm2/s未満であると、適当な油膜厚さが保たれなくなり、十分な摩耗防止性が得にくくなる傾向にある。40℃動粘度が51mm2/sを超えると、高せん断粘度が大きくなり、省電力効果を十分に得られなくなる傾向にある。
本発明の工業用作動油組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種の公知の添加剤を配合することができる。たとえば、酸化防止剤、極圧剤、油性剤、清浄分散剤、さび止め剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、消泡剤、抗乳化剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール等のフェノール系酸化防止剤、アルキル化ジフェニルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、ホスホン酸エステル等のリン系酸化防止剤等が挙げられる。
油性剤としては、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、オレイルアルコール等の高級アルコール、オレイルアミン等のアミン、ブチルステアレート等のエステルが挙げられる。
清浄分散剤としては、アルケニルコハク酸イミド、アルケニルコハク酸エステル等の無灰系清浄分散剤、アルカリ土類金属系清浄分散剤が挙げられる。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾ−ルおよびその誘導体、アルキルコハク酸誘導体が挙げられる。
流動点降下剤としては、ポリアルキルメタクリレート、ポリブテン、ポリアルキルスチレン、ポリビニルアセテート、ポリアルキルアクリレート等が挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン油やエステル系消泡剤等が挙げられる。
抗乳化剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤等の抗乳化剤が挙げられる。
(A−1)水素化分解鉱油
40℃動粘度:20.1mm2/s、100℃動粘度:4.31mm2/s、粘度指数:122、15℃における密度:0.834g/cm3、%CN:20、アニリン点:115℃、引火点:220℃
(A−2)水素化分解鉱油
40℃動粘度:34.7mm2/s、100℃動粘度:6.53mm2/s、粘度指数:145、15℃における密度:0.835g/cm3、%CN:15、アニリン点:129℃、引火点:260℃
40℃動粘度:43.6mm2/s、100℃動粘度:7.18mm2/s、粘度指数:126、15℃における密度:0.846g/cm3、%CN:20、アニリン点:125℃、引火点:252℃
(A−4)水素化精製鉱油
40℃動粘度:31.6mm2/s、100℃動粘度:5.53mm2/s、粘度指数:112、15℃における密度:0.860g/cm3、%CN:31、アニリン点:101℃、引火点:224℃
K2283動粘度試験方法、密度はJIS K2249密度試験方法により測定した。%CNはASTM D3238環分析により測定した。算出に必要な屈折率、密度、分子量および硫黄分は、JIS K0062屈折率測定方法、JIS K2249密度試験方法、ASTM D2502分子量試験方法、JIS K2541硫黄分試験方法にて測定した。アニリン点は、JIS K2256アニリン点試験方法にて測定した。引火点は、JIS K2265−4クリーブランド開放法にて測定した。
(B−1)エステル系ポリマー : ペンタエリスリトールとイソステアリン酸からなるハーフエステル、トリメチロールプロパンとイソステアリン酸からなるハーフエステル、アジピン酸、アルキル置換基含有コハク酸の重縮合体
重量平均分子量:86,000、Mw/Mn:5.7(希釈油なし)、エステル価:252mgKOH/g、酸価:20mgKOH/g
重量平均分子量:86,000、Mw/Mn:6.3(希釈油なし)、エステル価:316mgKOH/g、酸価:21mgKOH/g
(B−3)ポリメタクリレート
重量平均分子量:18,000、Mw/Mn:1.7(希釈油含有量 36%)、エステル価:5.4mgKOH/g、酸価0.08mgKOH/g
重量平均分子量:85,000、Mw/Mn:2.2(希釈油含有量 27%)、エステル価:12.0mgKOH/g、酸価0.05mgKOH/g
※(B−1)〜(B−4)の重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーにて測定し、ポリスチレン換算にて算出した。ゲル浸透クロマトグラフィーはカラムにShodex
GPC LF−804を3本、移動層にTHF、検出器に示差屈折検出器を用いた。
(C)その他添加剤
(C−1) トリクレジルフォスフェート
工業用作動油組成物の高せん断条件下における一時せん断粘度(高せん断粘度)、及び永久せん断安定性、摩擦係数、溶解性について、下記の評価方法により評価した。
(1)高せん断粘度
USV(Ultra Shear Viscometer、PCS Instruments製)を用い、温度40℃・せん断速度106s−1における高せん断粘度を測定した。
超音波法(JPI−5S−29準拠、低出力法)にて行い、30分超音波照射後の40℃動粘度を測定した。超音波照射前の40℃動粘度を基準として、40℃動粘度低下率(%)を評価した。
(3)摩擦係数
SRV摩擦試験機にて、SUJ2製ディスク/シリンダ、振動数50Hz、荷重100N、振幅1.5mm、温度40℃の条件で摩擦試験を実施、摩擦係数を評価した。
(4)溶解性
室温での濁り有無を目視にて判断した。
表1に記載されている(A)成分、(B)成分を、表1に記載されている配合割合で混合して、工業用作動油組成物を得た。
(比較例1〜5)
表2及び表3に記載されている(A)成分、(B)成分、(C)成分を、表2及び表3に記載されている配合割合で混合して、工業用作動油組成物を得た。
なお、表1〜表3に記載されている配合量の数値の単位は、質量%である。
実施例1〜2は、比較例5(ポリメタクリレート配合)よりも永久せん断安定性に優れている。
また、実施例1〜2は、比較例1、2(エステル系ポリマー配合なし、摩擦低減効果の添加剤トリクレジルフォスフェート配合)よりも摩擦低減効果が低く、比較例4(ポリメタクリレート配合)と比較しても摩擦係数が低い。
よって、これらの実施例より、本発明の特定のエステル系ポリマーを配合した作動油組成物は、高せん断粘度が低くかつ摩擦係数も低いため、省電力効果が期待できることがわかる。
Claims (1)
- (A)40℃動粘度が10〜40mm2/sである炭化水素系潤滑油基油、(B)エステル系ポリマーを含有する組成物であり、該エステル系ポリマーが、多価アルコールとモノカルボン酸の反応物であるハーフエステルと、ジカルボン酸とが縮重合したものであり、重量平均分子量が10,000〜200,000、エステル価が50〜300mgKOH/gであり、該組成物の40℃における動粘度が19〜51mm2/sであることを特徴とする工業用作動油組成物。
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