JP6440685B2 - 金属ナノ粒子をベースとする潤滑剤組成物 - Google Patents
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Description
本発明にかかる潤滑剤組成物は、金属ナノ粒子の含有量が、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.01〜2重量%である。
本発明にかかる潤滑剤組成物は、重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を含む。
● xは、1〜10の整数(好ましくは、2、3、4、5または6)であり、
● yは、2〜10の整数であり、
● R1は、水素原子、炭素数2〜20の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、O、NおよびSからなる群から選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む炭素数2〜20のヘテロアルキル基、炭素数2〜20のヒドロキシアルキル基、あるいは、式:−(CH2)x−O−(CH2)x−OHで表される置換基であり、
● R2は、炭素数8〜400(好ましくは、炭素数50〜200)の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数8〜400(好ましくは、炭素数50〜200)のアリール基、炭素数8〜400(好ましくは、炭素数50〜200)の直鎖状又は分岐鎖状のアリールアルキル基、あるいは、炭素数8〜400(好ましくは、炭素数50〜200)の直鎖状又は分岐鎖状のアルキルアリール基であり、
● R3およびR4は、同一又は異なり、互いに独立して、水素原子、炭素数1〜25の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数2〜6のアルケニル基、炭素数2〜12のヒドロキシ化アルケニル基、あるいは、炭素数2〜12のアミノ化アルケニル基である。]
● R1が、式:−(CH2)x−O−(CH2)x−OHで表される置換基であり、
● R2がポリイソブテニル基であり、
● xが2であり、
● yが5である、
置換コハク酸イミドである。
(基油)
本発明にかかる潤滑剤組成物は、潤滑剤基油として、鉱物由来の基油(鉱物基油)、合成由来の基油(合成基油)、天然由来の基油(天然基油;動物由来や植物由来のもの)等といったあらゆるタイプの基油を、その時々の用途に応じて含み得る。
本発明にかかる潤滑剤組成物は、さらに、トランスミッションオイルを処方するのに適した、あらゆる種類の添加剤を含み得る。例えば、そのような添加剤として、他種の(さらなる)分散剤、ポリマー系粘度指数向上剤、酸化防止剤、腐食防止剤、摩擦調整剤、および消泡剤から選択される少なくとも1種の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、単独で又は混合物の形態で、トランスミッションオイル用途において通常必要とされる含有量で配合される。
−少なくとも1種の基油を50〜99.89%と、
−金属ナノ粒子を0.01〜2%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を0.1〜10%と、
を含む、潤滑剤組成物である。
−少なくとも1種の基油を50〜99.79%と、
−金属ナノ粒子を0.01〜2%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を0.1〜10%と、
−少なくとも1種のさらなる添加剤を0.1〜10%(好ましくは2〜5%、特には3.5%)と、
を含む、潤滑剤組成物である。
−少なくとも1種の基油を50〜99.9%と、
−金属ナノ粒子を0.01〜2%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を0.1〜10%と、
から本質的に構成される、潤滑剤組成物である。
−少なくとも1種の基油を50〜99.79%と、
−金属ナノ粒子を0.01〜2%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を0.1〜10%と、
−少なくとも1種のさらなる添加剤を0.1〜10%(好ましくは2〜5%、特には3.5%)と、
から本質的に構成される、潤滑剤組成物である。
−二硫化タングステンナノ粒子を1〜15%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を5〜99%と、
を含む、添加剤濃縮物タイプの組成物である。
−二硫化タングステンナノ粒子を1〜15%と、
−重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤を15〜89%と、
−少なくとも1種のさらなる添加剤を10〜59%と、
を含む、添加剤濃縮物タイプの組成物に関する。
本発明にかかる潤滑剤組成物は、少なくとも1つの機械部品または少なくとも1つの機械装置、具体例として、軸受、ギヤ、自在継手、トランスミッション、ピストン/リング/ライナーのシステム、カムシャフト、クラッチ、マニュアルギヤボックス、オートマチックギヤボックス、アクスル、ロッカーアーム、ハウジング等を潤滑することができる。
本発明にかかる潤滑剤組成物の安定性を、その組成物の上澄み相中の二硫化タングステンナノ粒子の濃度を長期にわたって監視することによって評価する。
−グループ3の基油;
−二硫化タングステンナノ粒子(活性物質)と油との混合物(二硫化タングステンナノ粒子:20%)(Nanomaterials社から販売されているNanoLub Gear Oil Concentrate);
−第1の分散剤[PIBコハク酸イミドタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=1,921Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=1,755Da)];
−第2の分散剤[PIBコハク酸イミドタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=1,514Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=1,328Da)];
−第3の分散剤[コハク酸イミドエステルタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=1,132Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=1,046Da)];
−第4の分散剤[本発明にかかるPIBコハク酸イミドタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=6,370Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=2,850Da)](Oronite社から販売されているOLOA 13000);および
−第5の分散剤[本発明にかかるPIBコハク酸イミドタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=3,085Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=1,805Da)]。
−分散剤の添加;
−二硫化タングステンナノ粒子分散液の添加;
−1時間の磁気撹拌;
−基油の添加;
−60〜70℃で1時間加熱撹拌;
−非加熱で一晩(約16時間)撹拌;および
−15分間の超音波浴。
i)二硫化タングステンナノ粒子の量を横軸、吸光度を縦軸として、t=0hにおけるキャリブレーション曲線の作成に取り掛かる;
ii)上記15分間の超音波浴中での撹拌処理を経た組成物から、相異なる質量の3〜4個の試料を採取する;
iii)シクロヘキサン(20mL)を添加する;
iv)吸光度を計測する(波長=490nmに固定);
v)二硫化タングステンナノ粒子の濃度(採取した試料の質量、組成物中でのナノ粒子の初期濃度、添加したシクロヘキサンの体積量、およびそのシクロヘキサンの比重から算出)を横軸として吸光度曲線をプロットする(実際には、得られた曲線は、試験対象の組成物の特性を直線で表す標準直線となる);
vi)次に、組成物(100mL)を試験管に入れて、常温で放置する;
vii)所定の質量分を採取して、これにシクロヘキサン(20mL)を添加する;
viii)吸光度を計測する(波長=490nmに固定);
ix)先程の標準直線に基づいて、上澄み相中のナノ粒子の濃度を算出する;および
x)工程vi)〜ix)を一定時間ごとに繰り返す。これにより、上澄み相中の二硫化タングステンナノ粒子の経時的な濃度変化を求めることができる。
二硫化タングステンナノ粒子と重量平均分子量が2,000ダルトン以上である分散剤との組合せが、潤滑剤組成物の摩擦特性にどのような影響を及ぼすのかを、キャメロンプリント往復動摩擦試験機TE−77を用いて、キャメロンプリントラボ摩擦試験法により評価する。
−第1の基油[ポリαオレフィンPAO8タイプの基油(100℃での動粘度=8mm2/s)];
−第2の基油(ポリオールエステル)(Croda社から販売されているPriolube 3970);
−第1のポリマー(エチレン/プロピレンのコポリマー)(三井化学(株)社から販売されているルーカント HC600);
−第2のポリマー(ポリαオレフィン)(Exxon社から販売されているSpectrasyn 1000);
−含シリコーン系消泡剤;
−二硫化タングステンナノ粒子(活性成分)と油との混合物(二硫化タングステンナノ粒子:20%)(Nanomaterials社から販売されているNanoLub Gear Oil Concentrate);
−分散剤[本発明にかかるPIBコハク酸イミドタイプの分散剤(ASTM D5296規格に準拠した測定値での重量平均分子量=6,370Da、ASTM D5296規格に準拠した測定値での数平均分子量=2,850Da)](Oronite社から販売されているOLOA 13000);
−摩擦調整剤(モリブデンジチオカルバメート)(Vanderbilt社から販売されているMolyvan 855);および
−第1のパッケージ添加剤(さらなる添加剤に加えて、アミン系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤との混合物も含有しているパッケージ添加剤)(Lubrizol社から販売されているAnglamol 2198)。
本発明にかかる潤滑剤組成物の耐フレーキング性を、閉ループ動力循環式試験機で試験を実施することによって評価する。
スコア=0:一つの歯におけるフレーキング表面積(FS)=0mm2である場合;
スコア=0.4:FS≦1mm2である場合;
スコア=1.3:1mm2<FS≦3mm2である場合;
スコア=4:3mm2<FS≦7mm2である場合;
スコア=12:7mm2<FS≦16mm2である場合;
スコア=36:16mm2<FS≦36mm2である場合;および
スコア=108:FS≧36mm2である場合。
−試験を600時間にわたって実施したが、ギヤボックスの部品を交換することなく、かつ、前記駆動ピニオンおよび前記第3ギヤのピニオンのいずれにもフレーキングが全く見受けられなかった;さらに、
−ハウジング内における二硫化タングステンナノ粒子の過度の付着も見受けられなかった。
本発明にかかる潤滑剤組成物中に含まれるナノ粒子について、閉ループ動力循環式試験機で試験を実施した後の、そのナノ粒子の付着リスクを評価する。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様1〕
少なくとも1種の基油と、
少なくとも1種の分散剤と、
金属ナノ粒子と、
を含む、潤滑剤組成物であって、
前記分散剤は、重量平均分子量が2,000ダルトン以上であり、前記金属ナノ粒子の含有量は、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.01〜2重量%であり、かつ、前記金属ナノ粒子は、多層構造又は積層シート状構造の同心多面体である、潤滑剤組成物。
〔態様2〕
態様1に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子を構成する金属が、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、白金、レニウム、チタン、タンタル、ニオブ、亜鉛、セリウム、アルミニウム、インジウムおよび錫からなる群から選択される、潤滑剤組成物。
〔態様3〕
態様1または2に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子が、MoS 2 、MoSe 2 、MoTe 2 、WS 2 、WSe 2 、ZrS 2 、ZrSe 2 、HfS 2 、HfSe 2 、PtS 2 、ReS 2 、ReSe 2 、TiS 3 、ZrS 3 、ZrSe 3 、HfS 3 、HfSe 3 、TiS 2 、TaS 2 、TaSe 2 、NbS 2 、NbSe 2 およびNbTe 2 からなる群から選択される(好ましくはMoS 2 、MoSe 2 、WS 2 およびWSe 2 から選択され、より好ましくはWS 2 である)、潤滑剤組成物。
〔態様4〕
態様1から3のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子の含有量が、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.05〜2重量%である(好ましくは0.1〜1重量%、より好ましくは0.1〜0.5重量%である)、潤滑剤組成物。
〔態様5〕
態様1から4のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子の平均サイズが、5〜600nmである(好ましくは20〜400nm、より好ましくは50〜200nmである)、潤滑剤組成物。
〔態様6〕
態様1から5のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、分散剤が、少なくとも1つのコハク酸イミド基を有する化合物、ポリオレフィン、オレフィンコポリマー、少なくとも1個のスチレン単位を含むコポリマー、ポリアクリレート、およびこれらの誘導体から選択される、潤滑剤組成物。
〔態様7〕
態様1から6のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、分散剤が、少なくとも1つの置換コハク酸イミド基を有する化合物、および少なくとも2つの置換コハク酸イミド基を有して且つこれら置換コハク酸イミド基同士が当該置換コハク酸イミド基のうちの窒素原子を有する環の頂点でポリアミン基により互いに連結されている化合物から選択される、潤滑剤組成物。
〔態様8〕
態様1から7のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、分散剤は、重量平均分子量が2,000〜15,000ダルトンである(好ましくは2,500〜10,000ダルトン、より好ましくは3,000〜7,000ダルトンである)、潤滑剤組成物。
〔態様9〕
態様1から8のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、分散剤は、さらに、数平均分子量が1,000ダルトン以上である(好ましくは1,000〜5,000ダルトン、より好ましくは1,800〜3,500ダルトン、より好ましくは1,800〜3,000ダルトンである)、潤滑剤組成物。
〔態様10〕
態様1から9のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、分散剤の含有量が、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.1〜10重量%である、潤滑剤組成物。
〔態様11〕
態様1から10のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、基油が、ポリαオレフィン、エステル類(好ましくは、ポリオールエステル類)、およびこれらの混合物から選択される、潤滑剤組成物。
〔態様12〕
態様1から11のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物において、さらに、
少なくとも1種のさらなる添加剤、
を含み、当該少なくとも1種のさらなる添加剤は、ポリマー系粘度指数向上剤、酸化防止剤、およびこれらの混合物から選択され、かつ、前記ポリマー系粘度指数向上剤は、エチレンとαオレフィンとのコポリマーから選択される(特には、エチレンとプロピレンとのコポリマーから選択される)、潤滑剤組成物。
〔態様13〕
態様12に記載の潤滑剤組成物において、さらなる添加剤が、酸化防止剤であり、当該酸化防止剤が、ジアルキルフェニルアミン類、フェノール系酸化防止剤、およびこれらの混合物から選択される、潤滑剤組成物。
〔態様14〕
態様1から13のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物を含むトランスミッションオイル。
〔態様15〕
態様1から13のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスまたはアクスル(好ましくは、自動車のギヤボックス)を潤滑するための使用。
〔態様16〕
態様15に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスがマニュアルギヤボックスである、使用。
〔態様17〕
態様1から13のいずれか一態様に記載の潤滑剤組成物の使用であって、機械部品(好ましくはトランスミッション装置、より好ましくはギヤボックスまたはアクスル)のフレーキングを抑えるための使用。
〔態様18〕
態様17に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスがマニュアルギヤボックスである、使用。
〔態様19〕
二硫化タングステンナノ粒子と、
重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤と、
を含む、添加剤濃縮物タイプの組成物。
Claims (19)
- 少なくとも1種の基油と、
少なくとも1種の分散剤と、
金属ナノ粒子と、
を含む、潤滑剤組成物であって、
前記分散剤は、重量平均分子量が2,000ダルトン以上であり、前記金属ナノ粒子の含有量は、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.01〜2重量%であり、かつ、前記金属ナノ粒子は、多層構造又は積層シート状構造の同心多面体であり、前記分散剤は、少なくとも1つのコハク酸イミド基を有する化合物、少なくとも1個のスチレン単位を含むコポリマー、ポリアクリレート、およびこれらの誘導体から選択される、潤滑剤組成物。 - 請求項1に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子を構成する金属が、タングステン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、白金、レニウム、チタン、タンタル、ニオブ、亜鉛、セリウム、アルミニウム、インジウムおよび錫からなる群から選択される、潤滑剤組成物。
- 請求項1または2に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子が、MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2、ZrS2、ZrSe2、HfS2、HfSe2、PtS2、ReS2、ReSe2、TiS3、ZrS3、ZrSe3、HfS3、HfSe3、TiS2、TaS2、TaSe2、NbS2、NbSe2およびNbTe2からなる群から選択される、潤滑剤組成物。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子の含有量が、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.05〜2重量%である、潤滑剤組成物。
- 請求項1から4のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、金属ナノ粒子の平均サイズが、5〜600nmである、潤滑剤組成物。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、分散剤が、少なくとも1つの置換コハク酸イミド基を有する化合物、および少なくとも2つの置換コハク酸イミド基を有して且つこれら置換コハク酸イミド基同士が当該置換コハク酸イミド基のうちの窒素原子を有する環の頂点でポリアミン基により互いに連結されている化合物から選択される、潤滑剤組成物。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、分散剤は、重量平均分子量が2,000〜15,000ダルトンである、潤滑剤組成物。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、分散剤は、さらに、数平均分子量が1,000ダルトン以上である、潤滑剤組成物。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、分散剤の含有量が、当該潤滑剤組成物の総重量に対して0.1〜10重量%である、潤滑剤組成物。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、基油が、ポリαオレフィン、エステル類、およびこれらの混合物から選択される、潤滑剤組成物。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物において、さらに、
少なくとも1種のさらなる添加剤、
を含み、当該少なくとも1種のさらなる添加剤は、ポリマー系粘度指数向上剤、酸化防止剤、およびこれらの混合物から選択され、かつ、前記ポリマー系粘度指数向上剤は、エチレンとαオレフィンとのコポリマーから選択される、潤滑剤組成物。 - 請求項11に記載の潤滑剤組成物において、さらなる添加剤が、酸化防止剤であり、当該酸化防止剤が、ジアルキルフェニルアミン類、フェノール系酸化防止剤、およびこれらの混合物から選択される、潤滑剤組成物。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物を含むトランスミッションオイル。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスまたはアクスルを潤滑するための使用。
- 請求項14に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスがマニュアルギヤボックスである、使用。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の潤滑剤組成物の使用であって、機械部品のフレーキングを抑えるための使用。
- 請求項16に記載の潤滑剤組成物の使用であって、機械部品がギヤボックスである、使用。
- 請求項17に記載の潤滑剤組成物の使用であって、ギヤボックスがマニュアルギヤボックスである、使用。
- 二硫化タングステンナノ粒子と、
重量平均分子量が2,000ダルトン以上である少なくとも1種の分散剤と、
を含み、前記二硫化タングステンナノ粒子は、多層構造又は積層シート状構造の同心多面体であり、前記分散剤は、少なくとも1つのコハク酸イミド基を有する化合物、少なくとも1個のスチレン単位を含むコポリマー、ポリアクリレート、およびこれらの誘導体から選択される、添加剤濃縮物タイプの組成物。
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