JP6348050B2 - 風力発電機用生分解性グリース組成物 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電機用生分解性グリース組成物に関する。

近年、地球環境の保護があらゆる産業において課題となっている。グリース組成物の使用環境はほとんどの場合において閉鎖系であり、自然環境に及ぼす影響は小さいと考えられる。しかし、事故や漏洩などにより非意図的に自然界中に流出した場合に備え、自然環境で使用されるグリース組成物にも生分解性が望まれるようになっている。

風力発電機は陸上や洋上の屋外に設置されるものであり、万が一風力発電機に使用されるグリース組成物が漏洩し、自然環境に放出されると、水質や土壌を汚染する可能性がある。そのため、風力発電機用のグリース組成物にも生分解性が求められている。

一般的な風力発電機は、ブレード（羽根）、タワー（支柱）、ナセル（発電を起す本体）からなり、グリース組成物は、風力を受けることによってブレードを回転する主軸支持軸受、ブレードのピッチ旋回座に用いられるブレード軸受、ナセルのヨー旋回座に用いられるヨー旋回軸受などに使用されている。

上記のような主軸支持軸受、ブレード軸受、ヨー旋回軸受は、風の向きや強さの変化、ブレードやナセルの制御などにより常に微振動を受けており、軸受に摩耗や腐食（フレッチング）が発生しやすい環境にある。そのため、風力発電機用グリース組成物には優れた耐フレッチング性が求められる。

特許文献１には、４０℃における動粘度が１０〜７０ｍｍ²／ｓであり、流動点が−４０℃以下である基油、およびジウレア化合物である増ちょう剤を含有する風力発電機軸受用グリース組成物が開示されているが、グリース組成物の生分解性および耐フレッチング性などについては考慮されていない。

特許文献２には、ポリオールエステルおよびコンプレックスエステルから選ばれる少なくとも１種以上を基油全量に対して７０質量％以上含有し、４０℃の動粘度が１〜２０００ｍｍ²／ｓの基油を用いることで、生分解性、および低温での極圧性を得ることができる生分解性グリース組成物が記載されている。しかし、耐フレッチング性や風力発電機用とすることなどについては考慮されていない。

特開２０１１−８４６４６号公報 特開２００８−２０８２４０号公報

本発明は、耐フレッチング性、極圧性、低温特性に優れ、さらに、生分解性に優れており自然環境に放出された場合でも環境への影響が少ない風力発電機用生分解性グリース組成物を提供することを目的とする。

本発明は、４０℃における動粘度が６０〜１６０ｍｍ²／ｓであるエステル油からなる基油、ならびに炭素数が４〜８の脂環式モノアミンおよび炭素数が２０〜２４の脂肪族モノアミンからなる混合アミンをジイソシアネート化合物と反応させて得られるジウレア化合物からなる増ちょう剤を含有し、混合アミン中の脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとの含有モル比が７：３〜９：１であり、基油および増ちょう剤の合計量中の増ちょう剤の含有量が７〜１１質量％であり、ちょう度が２６５〜３４０である風力発電機用生分解性グリース組成物に関する。

前記混合アミン中の脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとのモル比が８：２〜９：１であることが好ましい。

前記脂環式モノアミンの炭素数が６であり、前記脂肪族モノアミンの炭素数が２２であることが好ましい。

さらに、リン系の耐摩耗剤を含有することが好ましい。

本発明によれば、４０℃における動粘度が所定の範囲であるエステル油からなる基油、ならびに所定のジウレア化合物からなる増ちょう剤を含有することで、耐フレッチング性、極圧性、低温特性に優れ、さらに、生分解性に優れており自然環境に放出された場合でも環境への影響が少ない風力発電機用生分解性グリース組成物を提供することができる。

本発明のグリース組成物は生分解性グリース組成物である。生分解性とは、有機物が微生物によって二酸化炭素と水に分解され、無機化され得る性質のことであり、この特性を有するものを生分解性があると表現する。微生物による処理のしやすさを生分解性の指標とし、生分解性グリース組成物では、一般的にＯＥＣＤ法などによる生分解度試験で６０％以上の生分解度を示すものを生分解性グリース組成物とし、本明細書においても６０％以上の生分解度を示すものを生分解性グリース組成物とする。

基油
グリース組成物の生分解性は、グリース組成物の主成分である基油に大きく依存する。本発明では、生分解性の基油として、生分解性能とグリース組成物としての性能を両立することができる天然油脂を原料に化学合成したエステル油を使用する。

前記エステル油は、生分解性を有し、４０℃における動粘度が６０〜１６０ｍｍ²／ｓであれば特に限定されないが、たとえば、脂肪酸エステル、脂肪酸のポリオールエステル、ペンタエリスリトールテトラエステル、ジエステルなどが挙げられ、特に、生分解性が良好であるという理由から脂肪酸エステルが好ましい。

本発明に係る基油の４０℃における動粘度は６０ｍｍ²／ｓ以上であり、７１ｍｍ²／ｓ以上が好ましく、１００ｍｍ²／ｓ以上がさらに好ましい。該動粘度が６０ｍｍ²／ｓ未満の場合は、極圧性が悪化する傾向、油膜が薄くなる傾向がある。また、基油の４０℃における動粘度は１６０ｍｍ²／ｓ以下であり、１５０ｍｍ²／ｓ以下が好ましく、１２０ｍｍ²／ｓ以下がさらに好ましい。該動粘度が１６０ｍｍ²／ｓを超える場合は、耐フレッチング性が悪化する傾向、流動性が悪化する傾向がある。

前記基油の含有量は、基油および増ちょう剤の合計量中８９質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましい。基油の含有量が８９質量％未満の場合は、グリース組成物を生分解性とすることが困難となる傾向、低温性が悪化する傾向がある。また、基油の含有量は、基油および増ちょう剤合計量中９３質量％以下が好ましく、９１質量％以下がより好ましい。基油の含有量が９３質量％を超える場合は、グリース組成物が軟質化し、漏洩する恐れがある。

増ちょう剤
本発明に係る増ちょう剤は、炭素数が４〜８の脂環式モノアミンおよび炭素数が２０〜２４の脂肪族モノアミンからなる混合アミンをジイソシアネート化合物と反応させて得られるジウレア化合物からなる。増ちょう剤をジウレア化合物とすることによって、グリース組成物の油膜が厚くなり耐フレッチング性および耐熱性が向上する傾向がある。

前記脂環式モノアミンの炭素数は、入手が容易であるという理由から４〜８であり、５〜７が好ましく、６のシクロヘキシルアミンがさらに好ましい。脂環式モノアミンとしては、シクロヘキシルアミン、アルキルシクロヘキシルアミンなどが挙げられる。なかでも入手性において優れ、耐熱性に優れるという点からシクロヘキシルアミンが好ましい。

前記脂肪族モノアミンの炭素数は、２０〜２４であり、２１〜２３が好ましく、２２がさらに好ましい。脂肪族モノアミンの炭素数が２０未満の場合は、増ちょう効果が低下する傾向があり、炭素数が２４を超えるものは入手が困難である。

混合アミン中の脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとの含有モル比（脂環式モノアミン：脂肪族モノアミン）は、７：３〜９：１であり、８：２〜９：１がより好ましく、８：２が最も好ましい。脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとの含有モル比を当該範囲にすることにより、耐フレッチング性、極圧性、低温特性に優れた風力発電機用グリース組成物とすることができる。

前記ジイソシアネート化合物としては４，４’−ジフェニルメタン−ジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートなどが挙げられる。なかでも、４，４’−ジフェニルメタン−ジイソシアネートが入手性に優れるという点から好ましい。

混合アミンとジイソシアネート化合物との反応は、種々の方法と条件下で行うことができるが、増ちょう剤の均一分散性が高いジウレア化合物が得られることから、基油中において行うことが好ましい。また、反応は混合アミンを溶解した基油中に、ジイソシアネート化合物を溶解した基油を添加して行ってもよく、また、ジイソシアネート化合物を溶解した基油中に、混合アミンを溶解した基油を添加して行ってもよい。

前記反応における温度および時間は、特に限定されず、通常のこの種の反応と同様でよい。反応温度は混合アミンおよびジイソシアネートの溶解性、揮発性の点から、８０〜１００℃が好ましい。反応時間は混合アミンとジイソシアネートの反応を完結させるという点と製造時間短縮による効率化の点から０．５時間未満が好ましく、反応時間は設けずに混合および昇温させながら行ってもよい。また、混合アミンのアミノ基とジイソシアネート化合物のイソシアネート基の反応は定量的に進み、それらの割合は、混合アミン２モルに対してジイソシアネート化合物１モルとすることが好ましい。

前記反応により得られるジウレア化合物は、ジイソシネート化合物の両イソシアネート基が混合アミン中の脂環式アミンと反応したジウレア化合物（ａ）、ジイソシネート化合物の両イソシアネート基が混合アミン中の脂肪族アミンと反応したジウレア化合物（ｂ）、およびジイソシアネート化合物のイソシアネート基の一方が脂環式アミンと、他方が脂肪族アミンと反応したジウレア化合物（ｃ）からなるジウレア化合物の混合物である。なお、本発明で用いるジウレア化合物には、前記のジウレア化合物（ａ）〜（ｃ）をそれぞれ合成し、これらを混合することで得られるジウレア化合物も含まれる。

前記増ちょう剤の含有量は、基油および増ちょう剤の合計量中、７質量％以上であり、９質量％以上が好ましい。増ちょう剤の含有量が７質量％未満の場合はグリース組成物が軟質化し、漏洩する恐れがある。また、増ちょう剤の含有量は、基油および増ちょう剤の合計量中、１１質量％以下であり、１０質量％以下が好ましい。増ちょう剤の含有量が１１質量％を超える場合は、グリース組成物の生分解率が低下する傾向がある。

添加剤
本発明のグリース組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、極圧剤、耐摩耗剤、染料、色相安定剤、増粘剤、構造安定剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、分散剤、防錆剤などの各種添加剤を適量含有してもよい。ただし、環境への影響を考慮すると、重金属を含まないものが好ましい。これらの各種添加剤を含有する場合、グリース組成物における含有量は基油および増ちょう剤の合計１００質量部に対して０．５質量部〜１０質量部とすることが好ましい。

前記耐摩耗剤としては、メチレンビスジチオカーバメート、硫黄系耐摩耗剤、リン系耐摩耗剤などを用いることが好ましい。なかでも、耐摩耗性に優れるという理由から、リン系耐摩耗剤を用いることがより好ましい。

リン系耐摩耗剤の具体例としては、ジアルキルジチオリン酸の亜鉛塩；トリブチルフォスファイトおよびトリオレイルフォスファイトなどを代表とするフォスファイト類；トリクレシジルフォスフェートおよびジラウリルアッシドフォスフェートなどを代表とするフォスフェート類；リン酸ジブチルオクチルアミン塩およびリン酸ジラウリルオクチルアミン塩などを代表とするアミンフォスフェート類；トリフェニルフォスフォロチオネートおよびアルキレイテッドフォスフォロチオネートなどを代表とするフォスフォロチオネート類；リン酸カルシウムを代表とする固体潤滑剤；およびジフェニルハイドロゲンフォスファイト等が挙げられる。本発明においては、リン系耐摩耗剤として、市販されているものを用いることもできる。なかでも、環境負荷が小さいという理由からアミンフォスフェート類が好ましく、具体例としては、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社製のＬｕｂｒｉｚｏｌ ４３２０ＦＧ等が挙げられる。

耐摩耗剤を含有する場合の基油および増ちょう剤の合計１００質量部に対する含有量は、０．１質量部以上が好ましく、０．５〜５質量部がより好ましく、１〜３質量部がさらに好ましい。耐摩耗剤の含有量が０．１質量部未満の場合は、耐摩耗剤を含有することによる効果が得られ難くなる傾向がある。また、耐摩耗剤の含有量が５質量部を超える場合は生分解性が低下する傾向がある。

前記極圧剤としては、硫黄系極圧剤、リン系極圧剤などが挙げられる。なかでも、少量で極圧効果を付与できるという理由から硫黄系極圧剤を含有することが好ましい。

極圧剤を含有する場合の基油および増ちょう剤の合計１００質量部に対する含有量は、０．１〜３質量部が好ましく、０．５〜２質量部がより好ましい。極圧剤の含有量が０．１質量部未満の場合は、極圧添加剤を含有することによる効果が得られ難くなる傾向がある。また、極圧剤の含有量が３質量部を超える場合は原料コストが高くなる傾向がある。

本発明のグリース組成物の混和ちょう度は、２６５〜３４０であり、２７０〜３２０が好ましく、２８０〜３１５がより好ましい。混和ちょう度が３４０を超える場合は、グリース組成物が軸受内から漏洩しやすくなる傾向がある。また、混和ちょう度が２６５未満の場合は使用箇所のトルクが増大する傾向、流動性低下により焼付き寿命が低下する傾向がある。

本発明の風力発電機用グリース組成物は、風力発電機の主軸支持軸受、ブレード軸受、ヨー旋回軸受などに使用することが出来るが、低粘度であり、微振動によるフレッチングの抑制に優れることから、風力発電機のブレード軸受に使用することが好ましい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本実施例では、以下の原料を使用した。
基油
エステル油１：ＢＡＳＦジャパン（株）社製のＳｙｎａｔｉｖｅ ＥＳ ３３４５（脂肪酸エステル、動粘度（４０℃）：１１２ｍｍ²／ｓ）
エステル油２：クローダジャパン（株）社製のＰｒｉｏｌｕｂｅ２０８９（脂肪酸エステル、動粘度（４０℃）：４６ｍｍ²／ｓ）
エステル油３：ＢＡＳＦジャパン（株）社製のＳｙｎａｔｉｖｅ ＥＳ ３１５７（脂肪酸エステル、動粘度（４０℃）：４６ｍｍ²／ｓ）
エステル油４：ＢＡＳＦジャパン（株）社製のＳｙｎａｔｉｖｅ ＥＳ １２００（脂肪酸エステル、動粘度（４０℃）：１２００ｍｍ²／ｓ）
エステル油５：ＢＡＳＦジャパン（株）社製のＳｙｎａｔｉｖｅ ＥＳ ＴＭＰ ０５/３２０（脂肪酸エステル、動粘度（４０℃）：３２６ｍｍ²／ｓ）
増ちょう剤
ジイソシアネート化合物
ＭＤＩ：日本ポリウレタン工業（株）製のミリオネートＭＴ−Ｆ（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、分子量：２５０．２５）
アミン
ベヘニルアミン：日油（株）製のアミンＶＢ−Ｓ（炭素数２２の脂肪族アミン、分子量：３２５．６２）
ステアリルアミン：ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株）製のアーミンＨＴフレーク（炭素数１８の脂肪族アミン、分子量：２６９．５１）
シクロヘキシルアミン：新日本理化（株）製のＣＨＡ（炭素数６の脂環式アミン、分子量：９９．１７）
添加剤
極圧剤：Ｒｈｅｉｎ Ｃｈｅｍｉｅ Ｒｈｅｉｎａｕ ＧｍｂＨ製のＡｄｄｉｔｉｎ ＲＣ８４００（硫黄系白色固体潤滑剤）
Ｃａスルフォネート：キングインダストリー社製のＮＡ-ＳＵＬ ＣＡ−７７０ＦＧ
防錆剤１：ダウ・ケミカル日本（株）製のアルカターゼＴ（オキサゾリン系防錆剤）
防錆剤２：日油（株）製のノニオンＯＰ−８０Ｒ（ソルビタンモノオレート）
耐摩耗剤：Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社製のＬｕｂｒｉｚｏｌ ４３２０ＦＧ（アミンフォスフェート）

実施例１
表１に示す配合に従い各試験用グリース組成物を調製した。まず、基油にＣａスルフォネートの一部（増ちょう剤の１０質量％）、各アミンを添加して８０〜９０℃に保持し、さらにジイソシアネート化合物を添加し、攪拌しながら１６０℃まで加熱し、極圧剤を添加した。さらに、攪拌しながら冷却し、ホモジナイザー処理（圧力約３００ｂａｒ）にて均質化し、これをベースグリースとした。その後、ベースグリースに残りのＣａスルフォネート、その他の添加剤を添加し、攪拌脱泡して各試験用グリース組成物を調製した。得られた試験用グリース組成物について以下の評価を行った。結果を表１に示す。

＜混和ちょう度の測定＞
ＪＩＳ Ｋ２２２０−７に準拠し、２５℃の環境下で、ちょう度計に取り付けた円錐を試験用グリース組成物に落下させ、５秒間かけて進入した深さ（ｍｍ）を測定し、測定された値を１０倍したものを混和ちょう度とする。

＜極圧性試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ２５９６（高速四球試験）に準拠し、試験用グリース組成物の融着荷重（Ｎ）を下記の試験条件で測定した。融着荷重の値が大きいほど極圧性において優れることを示す。なお、２４５２Ｎ以上を性能目標値とする。
回転数：１７７０ｒｐｍ
試験温度：室温（２５℃）
試験時間：１０秒

＜ファフナー摩耗量＞
ＡＳＴＭ Ｄ４１７０に準拠して耐フレッチング試験を行い、試験前後の質量差からファフナー摩耗量（ｍｇ）を測定した。ファフナー摩耗量が少ないほど、耐フレッチング性において優れることを示す。なお、１．０ｍｇ以下を性能目標値とする。

＜低温性試験＞
レオメータ装置（ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン（株）製のＡＲＥＳ−ＲＤＡ３）を用い、上部回転するプレートと下部固定のプレート間にあるギャップ（０．５ｍｍ）を設定し、そのギャップ間に各グリース組成物を挟みこみ、−２０℃の環境に保持後、せん断速度が１０ｓ^-1となる条件下で、起動時のトルクおよび回転時のトルクを測定した。両トルクが低い程、低温特性に優れることを示す。なお、起動時のトルクは１５ｍＮ・ｍ以下を性能目標値とし、回転時トルクは５ｍＮ・ｍ以下を性能目標値とする。

＜せん断安定性試験＞
ＡＳＴＭ Ｄ１８３１に準拠し、せん断を２時間加えた後の各グリース組成物の混和ちょう度を測定した。混和ちょう度の値が小さいほど、せん断安定性において優れることを示す。なお、３７５以下を性能目標値とする。

＜生分解性試験＞
ＯＥＣＤ ３０１Ｃに準拠し、実施例１の試験用グリース組成物の生分解率（％）を測定した。実施例１の生分解率をもとに、他の実施例および比較例の生分解性を下記式により算出した。結果は６０％以上のものを○、６０％未満のものを×で示す。
生分解性（％）＝（実施例１の生分解率）×（各グリース組成物の基油含有率）
／（実施例１の基油含有率）

＜膜厚測定試験＞
光干渉法を応用したＰＣＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製油膜厚さ測定装置を用いて各グリース組成物の油膜形成性を室温で評価した。直径約１０ｃｍの硬質ガラスに各グリース組成物を膜厚１ｍｍとなるように塗布した直径約１０ｃｍの硬質ガラス面上に３／４インチ軸受鋼球を２０Ｎ荷重でセットし、接触軌道部が１．００ｍ/ｓの転がり速度となるよう硬質ガラスを回転させた。その後、６０秒かけて転がり速度を０．１０ｍ/ｓまで段階的に減速させ、０．１０ｍ/ｓになった時の油膜厚さを各グリース組成物のＥＨＬ油膜厚さとした。なお、１５０ｎｍ以上を性能目標値とする。

表１の結果より、４０℃における動粘度が所定の範囲であるエステル油からなる基油、ならびに所定のジウレア化合物からなる増ちょう剤を含有するグリース組成物は、耐フレッチング性、極圧性、低温特性に優れ、さらに、生分解性に優れており自然環境に放出された場合でも環境への影響が少ない風力発電機用生分解性グリース組成物であることがわかる。

Claims (4)

1. ４０℃における動粘度が６０〜１６０ｍｍ²／ｓであるエステル油からなる基油、ならびに
   炭素数が４〜８の脂環式モノアミンおよび炭素数が２０〜２４の脂肪族モノアミンからなる混合アミンをジイソシアネート化合物と反応させて得られるジウレア化合物からなる増ちょう剤を含有し、
   混合アミン中の脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとの含有モル比が７：３〜９：１であり、
   基油および増ちょう剤の合計量中の増ちょう剤の含有量が７〜１１質量％であり、
   ちょう度が２６５〜３４０である風力発電機用生分解性グリース組成物。
2. 前記混合アミン中の脂環式モノアミンと脂肪族モノアミンとのモル比が８：２〜９：１である請求項１記載の風力発電機用生分解性グリース組成物。
3. 前記脂環式モノアミンの炭素数が６であり、前記脂肪族モノアミンの炭素数が２２である請求項１または２記載の風力発電機用生分解性グリース組成物。
4. さらに、リン系の耐摩耗剤を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の風力発電機用生分解性グリース組成物。