JP6552367B2 - リン含有化合物及びその使用 - Google Patents

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Description

関連出願へのクロスリファレンス
本出願は、2014年10月8日に申請された米国暫定出願第62/061,470号明細書の利益を主張し、その暫定出願の記載事項全体は引用することにより本明細書の内容となる。
発明の分野
本発明は、耐摩耗性添加物成分として有用なリン含有化合物、それぞれそのような化合物を含んでなる潤滑性添加物組成物及び潤滑性組成物ならびにそれらの製造及び使用方法に関する。
発明の背景
通常、潤滑性組成物の耐摩耗性成分は、アミン及び/又は金属イオンを用いて塩化された酸性有機ホスフェートを含む。これらの成分は優れた耐摩耗性保護を与えるが、劣ったシール耐久性(seal durability)、酸化安定性の低下及び不十分な腐蝕防止を含む他の性能属性を経験し得る。リン−及び硫黄含有化合物は、表面が遭遇する極度の圧力の結果としての摩耗から表面を保護するための潤滑性流体中で必須であると理解される。結果として、これらの流体は通常、シール(動的及び静的)及びイエローメタル(yellow metals)に有害であった。さらに、そのような成分の環境的影響を減少させるために、潤滑性流体からアミン及び金属イオンを除去するように監督機関からの圧力が増している。これらの環境的関心の増加のために、耐摩耗性添加物中のアミン及び金属イオンの存在はますます望ましくないものとなっている。従ってアミン又は金属イオンを含有しない新規な耐摩耗性化合物の開発が必要である。
発明の概略
1つの側面において、本発明は式(I):
[式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
2、R3、R4及びR5のそれぞれは独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
各Wは独立してS又はOであり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合(a bond)、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである]
の化合物に関する。
第2の側面において、本発明は、構造
の化合物を反応性基と反応させて構造
の化合物を形成することにより製造される化合物を提供し、
式中、各Wは独立してS又はOであり;
1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである。
第3の側面において本発明は、本発明の化合物を含んでなる潤滑性添加物組成物を提供する。
第4の側面において本発明は、主要量の(major amount of)潤滑性粘度(lubricating viscosity)の油又はそれから調製されるグリース及び少量の本発明の化合物を含んでなる潤滑性組成物を提供する。
第5の側面において本発明は、本発明の潤滑性組成物を用いて金属表面を潤滑することを含んでなる、動いている金属表面の潤滑方法を提供する。
第6の側面において本発明は、潤滑性組成物に有効量の本発明の化合物を加えることを含んでなる、潤滑性組成物の酸化安定性を向上させる方法を提供する。
本発明の詳細な記述
本明細書に開示される本発明は、耐摩耗剤として有用な新規なリン含有化合物及びその製造方法に関する。本発明は、化合物を含んでなる潤滑性添加物組成物及び潤滑性組成物ならびにその使用方法も提供する。
本発明の化合物は式(I)
[式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
各Wは独立してS又はOであり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである]
の化合物を含む。
1つの態様において、X1はSである。
1つの態様において、X2はSである。
別の態様において、M1はSである。
別の態様において、M2はSである。
さらに別の態様において、X1、X2、M1及びM2はそれぞれSである。
別の態様において、X1はOである。
別の態様において、X2はOである。
別の態様において、M1はOである。
別の態様において、M2はOである。
さらに別の態様において、X1、X2、M1及びM2はそれぞれOである。
1つの態様において、X1及びX2はOであり、且つM1及びM2はSである。
別の態様において、X1及びX2はSであり、且つM1及びM2はOである。
別の態様において、各R2、R3、R4及びR5は独立して水素又はC1−C30アルキルから選ばれる。
さらに別の態様において、各WはOである。別の態様において、各WはSである。さらに別の態様において、1つのWはSであり、他のWはOである。
1つの態様において、各R1は独立してC1−C30アルキルから選ばれる。別の態様において、各R1は独立してC3−C10アルキルから選ばれる。別の態様において、各R1は独立してC3−C6アルキルから選ばれる。ある態様において、各R1は他のすべてのR1と同じである。
別の態様において、R2及びR3の少なくとも1つは水素であり、R4及びR5の少なくとも1つは水素である。
別の態様において、R2、R3、R4及びR5は水素である。
1つの態様において、YはC1−C20アルキルである。
ある態様において、R3及びR4は同じである。
別の態様において、R2及びR5は同じである。
別の態様において、R2及びR4は同じである。
別の態様において、R3及びR5は同じである。
さらに別の態様において、R2及びR5は両方とも水素である。
別の態様おいて、R2及びR3の1つならびにR4及びR5の1つはC1−C10アルキルである。
1つの態様において、本発明は式(I)の化合物を提供し、ここで化合物は式(IA)
[式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである]
の化合物である。
別の態様において、本発明は式(I)の化合物を提供し、ここで化合物は式(IB)
[式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである]
の化合物である。
1つの態様において、本発明は:
から選ばれる化合物を提供する。
別の態様において、本発明は:
から選ばれる化合物を提供する。
別の態様において、本発明は:
から選ばれる化合物を提供する。
さらに別の態様において、本発明は:
から選ばれる化合物を提供する。
1つの側面において、本発明は式:
の化合物を反応性基と反応させて構造
の化合物を形成することにより製造される化合物を提供し、
式中、各Wは独立してS又はOであり;
1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
各nは独立して0〜6の整数であり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである。
さらに別の態様において、本発明は:
(a)式:
の化合物を式
のエポキシドと反応させ、
式中、Rはアルキル又はシクロアルキルであり;そして
M及びXはそれぞれ独立してS又はOであり;
(b)段階(a)の反応生成物をP25と反応させて構造
の化合物を形成し;そして
(c)段階(b)の反応生成物を反応性基と反応させて、構造
の化合物を形成する
ことを含んでなる方法により製造される化合物を提供し、
式中、
1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
各Wは同じであり、S又はOであり;
各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
nは0であり;
Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
6はアルキレンであり;
7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
9はアルキルである。
本明細書で用いられる場合、「アルキル」という用語ならびに本明細書で言及される他の基(例えばアルコキシ)のアルキル部分は、1〜30個の炭素原子を含有する直鎖状もしくは分枝鎖状飽和炭化水素であることができる。
本明細書で用いられる場合、「置換された」という用語は、1個もしくはそれより多い水素原子がそれぞれ独立して非水素置換基で置き換えられている場合を指す。
本明細書で用いられる場合、「アルコキシ」という用語は、酸素原子を介して親分子部分に結合しているアルキル基を指す。
本明細書で用いられる場合、「アルコキシアルキレン」という用語は、アルキル−O−アルキレン基を指す。
本明細書で用いられる場合、「アルキレン」という用語はメチレン又はポリメチレン基、すなわち−(CH2z−を指し、ここでzは1〜30の正の整数である。
本明細書で用いられる場合、「ヒドロキシアルキレン」という用語は基Ra−Rb−を指し、ここでRaはHO−であり、Rbはアルキレンである。
本明細書で用いられる場合、「ヒドロキシアルキレンオキシ」という用語は基Ra−Rb−Rcを指し、ここでRaはHO−であり、Rbはアルキレンであり、Rcは−O−である。
本明細書で用いられる場合、「反応性基(reactive group)」という句は、例えばジチオホスフェート中の求核性P−SH基中の硫黄原子に置換基の炭素原子を結合させるか、あるいは例えばホスフェート中の求核性P−OHの酸素原子に置換基の炭素原子を結合させることができる求電子性基を指す。そのような反応性基は当該技術分野における熟練者により容易に認識される。本発明に従う適した反応性基の例にはアルキルハライド、トシレート、トリフレート及びメシレートを含む活性化アルキルアルコール、エポキシド及びアクリレート誘導体が含まれる。ある態様において、反応性基を1−ブロモヘキサデカン、ヨウ化メチル、臭化ベンジル、ビニルブチルエーテル、アクリル酸エチル、1,2−エポキシドデカン、アクリル酸、1,2−エポキシデカン及びアクリル酸2−ヒドロキシエチルから選ぶことができる。
本明細書で用いられる場合、「有効量」という句は、所望の効果を与えるのに十分な量を意味する。例えば本発明の化合物は、潤滑性組成物中に導入されると耐摩耗剤として有用である。従って潤滑性組成物中に導入される場合の本発明の化合物の有効量は、本発明の化合物を含んでなる潤滑性組成物の耐摩耗性を、本発明の化合物を含まない同じ潤滑性組成物と比較して向上させる量であることができる。
本明細書で用いられる場合、「油組成物」、「潤滑性組成物(lubrication
composition)」、「潤滑性組成物(lubricating composition)」「潤滑油組成物」、「潤滑油」、「潤滑性組成物(lubricant
composition)」、「完全に調製された潤滑性組成物」及び「潤滑剤」という用語は同義語、少量の添加物組成物が加えられた主要量のベースオイルを含んでなる完成された潤滑性製品を指す完全に互換性の用語と考えられる。
本開示の化合物は、式Iの化合物のすべての立体異性体(例えばシス及びトランス異性体)ならびにすべての光学異性体(例えばR及びSエナンチオマー)、ある種の位置異性体ならびにそのような異性体のラセミ、ジアステレオマー及び他の混合物を含む。関連する技術分野における熟練者はそのような異性体を容易に想像することができ、異性体は本発明の範囲内に含まれる。
本開示の化合物、塩及びプロアディティブ(proadditives)は、エノール及びイミン形態ならびにケト及びエナミン形態を含むいくつかの互変異性体ならびに幾何異性体及びそれらの混合物において存在し得る。そのような互変異性体のすべては本開示の範囲内に含まれる。1つの互変異性体が記載されるかも知れないが、本開示は本化合物のすべての互変異性体を含む。
本発明の化合物は潤滑性ベースオイル中の添加物として用いられるべきことが意図されている。本明細書で用いられる場合、「ベースオイル」という用語は、米国石油協会(API)によりカテゴリーグループGroup I−V油と分類される油ならびに動物油、植物油(例えばひまし油及びラード油)、石油、鉱油、合成油及び石炭又はシェールに由来する油を指す。米国石油協会はこれらの種々のベースストック(basestock)の型を以下の通りに分類した:Group I,0.03重量パーセントより多い硫黄及び/又は90体積パーセントより少ない飽和炭化水素(saturates),80〜1
20の粘度指数;Group II,0.03重量パーセントより少ないかもしくはそれに等しい硫黄ならびに90体積パーセントより多いかもしくはそれに等しい飽和炭化水素,80〜120の粘度指数;Group III,0.03重量パーセントより少ないかもしくはそれに等しい硫黄ならびに90体積パーセントより多いかもしくはそれに等しい飽和炭化水素,120より高い粘度指数;Group IV,すべてのポリアルファオレフィン。水素処理されたベースストック及び触媒的に脱蝋されたベースストックは、それらの低い硫黄及び芳香族化合物の含有率のために、一般にGroup II及びGroup IIIカテゴリー中に含まれる。ポリアルファオレフィン(Group IVベースストック)は、種々のアルファオレフィンから製造される合成ベースオイルであり、実質的に硫黄及び芳香族化合物を含まない。
Group I、II及びIIIは鉱油プロセスストック(process stock)である。Group IVベースオイルは、オレフィン性不飽和炭化水素の重合により製造される真の合成分子種を含有する。多くのGroup Vベースオイルも真の合成生成物であり、ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール、アルキル化芳香族化合物、ポリホスフェートエステル、ポリビニルエーテル及び/又はポリフェニルエーテルなどを含み得るが、植物油のような天然に存在する油であることもできる。Group IIIベースオイルは鉱油に由来するが、これらの流体が受ける過酷な処理はそれらの物理的性質をPAOsのようないくつかの真の合成物に非常に似させることに注目しなければならない。従ってGroup IIIベースオイルに由来する油は工業において合成流体と言及されることもあり得る。
本発明の化合物を鉱油又は合成油、動物油、植物油又はそれらの混合物の形態におけるベースオイルに加えることができる。一般にパラフィン性及びナフタレン性の両方ならびにそれらの混合物の鉱油を潤滑油又はグリースビヒクルとして用いることができる。ベースとして前記の油のいずれかが用いられるグリースも包含される。
他の添加物成分の他に本発明の化合物を潤滑油に加え、少なくともSAE 90又は75W−85の粘度を有する完成流体(finished fluid)を形成する。約95〜130の粘度指数が好ましい。これらの油の平均分子量は約250〜約800の範囲であることができる。
潤滑剤がグリースとして用いられる場合、潤滑剤は一般に、増粘剤及びグリース調製物中に含まれる他の添加物成分の所望の量を計算した後に全体的なグリース組成を均衡させるのに十分な量で用いられる。増粘剤又はゲル化剤として多様な材料を用いることができる。これらには通常の金属塩又はセッケンのいずれか、例えばステアリン酸もしくはヒドロキシステアリン酸のカルシウムもしくはリチウム塩が含まれ得、それらはグリース形成量における潤滑性ビヒクル中に、得られるグリース組成物に所望の稠度(consistency)を与えるのに十分な量で分散される。グリース調製物中で用いられ得る他の増粘剤は非セッケン増粘剤、例えば表面改質粘土及びシリカ、アリールウレア、カルシウム錯体及び類似の材料を含む。一般に特定の環境内で必要な温度で用いられる場合に溶融又は溶解しないグリース増粘剤を用いることができる;しかしながら他のすべての点で、グリースの形成のために炭化水素流体を増粘するかもしくはゲル化するために通常用いられるいずれの材料も本発明において用いることができる。
合成油又はグリースのためのビヒクルとして用いられる合成油が鉱油又は鉱油と合成油の混合物より望ましい場合、種々の合成油を用いることができる。典型的な合成油にはポリイソブチレン、ポリブテン、ポリデセン、シロキサン及びシリコーン(ポリシロキサン)が含まれる。
本発明は、主要量の潤滑性粘度の油又はそれから調製されるグリース及び少量の本発明の化合物を含んでなる潤滑性組成物を提供する。本発明の化合物は、組成物全体の約0.001〜10重量%、0.01〜5重量%、0.01〜1.0重量%、0.5〜2.0重量%及び0.015〜約0.5重量%の量で潤滑性組成物中に存在することができる。いくつかの態様において、潤滑性組成物は約0.01〜0.5重量%、約0.01〜約0.4重量%又は約0.01〜約0.3重量%又は約0.01〜約0.2重量%を含有することができる。
上記の通り、本発明の化合物を多様な機械部品及び成分と一緒に用いるのに適した潤滑性組成物に容易に調製することができる。本発明の化合物を含んでなる潤滑性組成物は、場合によりさらに1種もしくはそれより多い他の添加物成分を含むことができる。下記に開示する添加物成分のリストは徹底的なものではなく、本明細書に明らかに開示されてはいない添加物成分が熟練者に周知であり、やはり潤滑性組成物中に含まれることができる。本発明の潤滑性組成物中で用いられ得る添加物成分には、制限するわけではないが、酸化防止剤、追加の耐摩耗剤、腐蝕防止剤、清浄剤、極圧剤、粘度指数向上剤及び減摩剤が含まれる。
1つの態様において、本発明の潤滑性組成物は、本発明の化合物ならびに酸化防止剤、耐摩耗剤、腐蝕防止剤、清浄剤、極圧剤、分散剤、粘度指数向上剤及び摩擦修正剤(friction modifier)より成る群から選ばれる少なくとも1種の追加の添加物組成物を含む。
本発明の化合物を潤滑性粘度の油中に直接導入することができる。あるいはまた、本発明の化合物を他の潤滑性添加物と組み合わせて調製し、潤滑性添加物組成物を形成することができる。一般に潤滑性添加物組成物は、最終的な潤滑性組成物の合計重量に対して特定の重量%の潤滑性添加物パッケージにおいて潤滑性粘度の油中にさらに導入されるであろう。選ばれる重量%は一般に処理率(treat rate)と言われ、潤滑性添加物組成物を含有する潤滑性組成物は一般に完成流体と言われる。
1つの態様において本発明は、本発明の化合物及び少なくとも1種の追加の添加物成分を含んでなる潤滑性添加物組成物を提供する。1種もしくはそれより多い追加の添加物成分は、酸化防止剤、耐摩耗剤、腐蝕防止剤、清浄剤、極圧剤、粘度指数向上剤及び摩擦修正剤から選ばれることができる。
酸化防止剤
酸化防止性化合物は既知であり、例えばフェネート、フェネートスルフィド、硫化オレフィン、ホスホ硫化テルペン(phosphosulfurized terpenes)、硫化エステル、芳香族アミン、アルキル化ジフェニルアミン(例えばノニルジフェニルアミン、ジノニルジフェニルアミン、オクチルジフェニルアミン、ジオクチルジフェニルアミン)、フェニル−アルファ−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−アルファ−ナフチルアミン、ヒンダード非芳香族アミン、フェノール、ヒンダードフェノール、油溶性モリブデン化合物、高分子酸化防止剤又はそれらの混合物が含まれる。1種の酸化防止剤又は2種もしくはそれより多種の組み合わせを用いることができる。
ヒンダードフェノール酸化防止剤は、立体的に障害性の基として第2級ブチル及び/又は第3級ブチル基を含有することができる。フェノール基はさらにヒドロカルビル基及び/又は第2の芳香族基に連結する架橋基で置換されていることができる。適したヒンダードフェノール酸化防止剤の例には2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4−メチル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4−エチル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4−プロピル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール又は4−ブチル
−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール又は4−ドデシル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノールが含まれる。1つの態様において、ヒンダードフェノール酸化防止剤はエステルであることができ、例えば2,6−ジ−tert−ブチルフェノールとアルキルアクリレートから誘導される付加生成物を含むことができ、ここでアルキル基は約1〜約18個又は約2〜約12個又は約2〜約8個又は約2〜約6個又は約4個の炭素原子を含有することができる。
有用な酸化防止剤にはジアリールアミン及び高分子量フェノールが含まれ得る。1つの態様において、潤滑油組成物はジアリールアミンと高分子量フェノールの混合物を含み、各酸化防止剤が潤滑油組成物の最終的な重量に基づいて最高で約5重量%の酸化防止剤を与えるのに十分な量で存在できるようにすることができる。いくつかの態様において、酸化防止剤は、潤滑油組成物の最終的な重量に基づいて約0.3〜約1.5重量%のジアリールアミン及び約0.4〜約2.5重量%の高分子量フェノールの混合物であることができる。
硫化して硫化オレフィンを形成することができる適したオレフィンの例にはプロピレン、ブチレン、イソブチレン、ポリイソブチレン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ウンデセン、ドデセン、トリデセン、テトラデセン、ペンタデセン、ヘキサデセン、ヘプタデセン、オクタデセン、ノナデセン、エイコセン又はそれらの混合物が含まれる。1つの態様において、ヘキサデセン、ヘプタデセン、オクタデセン、ノナデセン、エイコセン又はそれらの混合物ならびにそれらのダイマー、トリマー及びテトラマーは特に有用なオレフィンである。あるいはまた、オレフィンは1,3−ブタジエンのようなジエンとブチルアクリレートのような不飽和エステルのDiels−Alder付加物であることができる。
別の種類の硫化オレフィンには硫化脂肪酸及びそれらのエステルが含まれる。脂肪酸は多くの場合に植物油又は動物油から得られ、典型的には約4〜約22個の炭素原子を含有する。適した脂肪酸及びそれらのエステルの例にはトリグリセリド、オレイン酸、リノール酸、パルミトレイン酸又はそれらの混合物が含まれる。多くの場合、脂肪酸はラード油、トール油、ピーナツ油、大豆油、綿実油、ひまわり油又はそれらの混合物から得られる。脂肪酸及び/又はエステルをα−オレフィンのようなオレフィンと混合することができる。
1種もしくはそれより多い酸化防止剤は、潤滑性組成物の約0重量%〜約20重量%又は約0.1重量%〜約10重量%又は約1重量%〜約5重量%の範囲内で存在することができる。
耐摩耗剤
追加の適した耐摩耗剤の例には金属チオホスフェート;金属ジアルキルジチオホスフェート;リン酸エステル又はその塩;ホスフェートエステル;ホスファイト;リン含有カルボン酸エステル、エーテルもしくはアミド;硫化オレフィン;チオカルバメートエステル、アルキレン−共役(coupled)チオカルバメート及びビス(S−アルキルジチオカルバミル)ジスルフィドを含むチオカルバメート−含有化合物;ならびにそれらの混合物が含まれるが、これらに限られない。リン含有耐摩耗剤は、欧州特許第0612 839号明細書にさらに十分に記載されている。ジアルキルジチオホスフェート塩中の金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム、鉛、錫、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、チタン又は亜鉛であることができる。有用な耐摩耗剤は、亜鉛ジアルキルジチオホスフェートであることができる。
耐摩耗剤は、潤滑性組成物の合計重量の約0重量%〜約15重量%又は約0.01重量
%〜約10重量%又は約0.05重量%〜約5重量%又は約0.1重量%〜約3重量%の範囲内で存在することができる。
清浄剤
潤滑性組成物は、場合により1種もしくはそれより多い中性、低塩基化又は過塩基化(overbased)清浄剤及びそれらの混合物を含むことができる。適した清浄剤基質にはフェネート、硫黄含有フェネート、スルホネート、カリキサレート(calixarate)、サリキサレート(salixarate)、サリチレート、カルボン酸、亜リン酸、モノ−及び/又はジチオリン酸、アルキルフェノール、硫黄カップルド(coupled)アルキルフェノール化合物及びメチレン架橋フェノールが含まれる。適した清浄剤及びそれらの製造方法は、米国特許第7,732,390号明細書を含む多数の公開特許(patent publications)及びその中で引用されている参照文献中により詳細に記載されている。
アルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばこれらに限られないがカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、リチウム、バリウム又はそれらの混合物を用い、清浄剤基質を塩化することができる。いくつかの態様において、清浄剤はバリウムを含まない。適した清浄剤には石油スルホン酸及びアリール基がベンジル、トリル及びキシリルの1つである長鎖モノ−もしくはジアルキルアリールスルホン酸のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属塩が含まれ得る。
過塩基化清浄剤添加物は当該技術分野において周知であり、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属過塩基化清浄剤添加物であることができる。金属酸化物又は金属水酸化物を基質及び二酸化炭素ガスと反応させることにより、そのような清浄剤添加物を製造することができる。基質は、典型的には酸、例えば脂肪族置換スルホン酸及び脂肪族置換カルボン酸又は脂肪族置換フェノールのような酸である。
「過塩基化」という用語は、存在する金属の量が化学量論的量を超えているスルホネート、カルボキシレート及びフェネートの金属塩のような金属塩に関する。そのような塩は、100%を超える転換レベルを有することができる(すなわちそれらは酸をその「正」塩、「中性」塩に転換するのに必要な金属の理論的な量の100%より多くを含むことができる)。多くの場合にMRと略される「金属比」という表現は、過塩基化塩中の金属の合計化学当量対既知の化学的反応性及び化学量論に従う中性の塩中の金属の化学当量の比を称するために用いられる。正塩又は中性塩において、金属比は1であり、過塩基化塩、MRにおいてそれは1より大きい。そのような塩は通常、過塩基化、高塩基化(hyperbased)又は超塩基化(superbased)塩と呼ばれ、有機硫黄酸、カルボン酸又はフェノールの塩であることができる。
過塩基化清浄剤は、1.1:1から、又は2:1から、又は4:1から、又は5:1から、又は7:1から、又は10:1からの金属比を有することができる。
いくつかの態様において、ギア、アクセル又はエンジン中の錆を減少させるか又は防ぐために清浄剤を用いることができる。
清浄剤は、潤滑性組成物の合計重量に基づいて約0重量%〜約10重量%又は約0.1重量%〜約8重量%又は約1重量%〜約4重量%又は約4重量%より多くから約8重量%において存在することができる。
分散剤
潤滑性組成物は、場合によりさらに1種もしくはそれより多い分散剤又はそれらの混合
物を含むことができる。潤滑油組成物中で混合される前、分散剤は灰形成性金属を含有せず、且つそれらは通常潤滑剤に加えられる時に灰に寄与しないので、分散剤は多くの場合に無灰型分散剤として既知である。無灰型分散剤は、比較的高分子量の炭化水素鎖に結合した極性の基により特徴付けられる。典型的な無灰分散剤にはN−置換長鎖アルケニルスクシンイミドが含まれる。N−置換長鎖アルケニルスクシンイミドの例には、約350〜約5000又は約500〜約3000の範囲内のポリイソブチレン置換基の数平均分子量を有するポリイソブチレンスクシンイミドが含まれる。スクシンイミド分散剤及びそれらの製造は、例えば米国特許第7,897,696号明細書及び米国特許第4,234,435号明細書に開示されている。スクシンイミド分散剤は、典型的にはポリアミン、典型的にはポリ(エチレンアミン)から形成されるイミドである。
いくつかの態様において、潤滑性組成物は、約350〜約5000又は約500〜約3000の範囲内の数平均分子量を有するポリイソブチレンから誘導される少なくとも1種のポリイソブチレンスクシンイミド分散剤を含む。ポリイソブチレンスクシンイミドを単独で、又は他の分散剤と組み合わせて用いることができる。
いくつかの態様において、ポリイソブチレン(PIB)は、含まれる場合、50モル%より高い、60モル%より高い、70モル%より高い、80モル%より高い、又は90モル%より高い末端二重結合の含有率を有することができる。そのようなPIBは、高反応性PIB(「HR−PIB」)とも呼ばれる。約800〜約5000の範囲の数平均分子量を有するHR−PIBは、本開示の態様における使用に適している。通常の非高反応性PIBは、典型的には50モル%より低い、40モル%より低い、30モル%より低い、20モル%より低い、又は10モル%より低い末端二重結合の含有率を有する。
約900〜約3000の範囲の数平均分子量を有するHR−PIBは適していることができる。そのようなHR−PIBは商業的に入手可能であるか、あるいは米国特許第4,152,499号明細書又は米国特許第5,739,355号明細書に記載されているように、三フッ化ホウ素のような非塩素化触媒の存在下におけるイソブテンの重合により合成することができる。前記の末端エン反応において用いられる場合、HR−PIBは、反応性の向上の故に、反応におけるより高い転換率ならびにより少量の沈殿物生成を生ずることができる。
適した分散剤の1つの種類はマンニッヒ塩基であることができる。マンニッヒ塩基は、高い分子量のアルキル置換フェノール、ポリアルキレンポリアミン及びホルムアルデヒドのようなアルデヒドの縮合により生成する材料である。マンニッヒ塩基は、米国特許第3,634,515号明細書にさらに詳細に記載されている。
適した種類の分散剤は、高分子量エステル又は半エステルアミドであることができる。
多様な薬剤を用いる反応による通常の方法により、分散剤を後処理することもできる。これらの薬剤の中には、ホウ素、ウレア、チオウレア、ジメルカプトチアジアゾール、二硫化炭素、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素置換無水コハク酸、無水マレイン酸、ニトリル、エポキシド、カーボネート、環状カーボネート、ヒンダードフェノール性エステル及びリン化合物がある。米国特許第7,645,726号明細書;米国特許第7,214,649号明細書;及び米国特許第8,048,831号明細書は、いくつかの適した後処理法及び後処理された生成物を記載している。
分散剤は、存在するなら、潤滑油組成物の合計重量に基づいて最高で約20重量%を与えるのに十分な量で用いられ得る。用いられ得る分散剤の量は、潤滑油組成物の合計重量に基づいて約0.1重量%〜約15重量%又は約0.1重量%〜約10重量%又は約3重
量%〜約10重量%又は約1重量%〜約6重量%又は約7重量%〜約12重量%であることができる。1つの態様において、潤滑油組成物は混合分散剤系を用いる。
極圧剤
本明細書の潤滑油組成物は、場合により1種もしくはそれより多い極圧剤も含有することができる。油中に可溶性である極圧(EP)剤には硫黄−及びクロロ硫黄(chlorosulfur)含有EP剤、塩素化炭化水素EP剤及びリンEP剤が含まれる。そのようなEP剤の例には塩素化ワックス;有機スルフィド及びポリスルフィド、例えばジベンジルジスルフィド、ビス(クロロベンジル)ジスルフィド、ジブチルテトラスルフィド、オレイン酸の硫化メチルエステル、硫化アルキルフェノール、硫化ジペンテン、硫化テルペン及び硫化Diels−Alder付加物;ホスホ硫化炭化水素、例えばリンスルフィドとターペンタイン又はオレイン酸メチルの反応生成物;リンエステル、例えばジヒドロカルビル及びトリヒドロカルビルホスファイト、例えばジブチルホスファイト、ジヘプチルホスファイト、ジシクロヘキシルホスファイト、ペンチルフェニルホスファイト;ジペンチルフェニルホスファイト、トリデシルホスファイト、ジステアリルホスファイト及びポリプロピレン置換フェニルホスファイト;金属チオカルバメート、例えば亜鉛ジオクチルジチオカルバメート及びバリウムヘプチルフェノール二酸;例えばジアルキルジチオリン酸とプロピレンオキシドの反応生成物のアミン塩を含むアルキル及びジアルキルリン酸のアミン塩;ならびにそれらの混合物が含まれる。
摩擦修正剤
本明細書の潤滑油組成物は、場合により1種もしくはそれより多い追加の摩擦修正剤を含むこともできる。適した摩擦修正剤には金属含有及び金属非含有摩擦修正剤が含まれ得、イミダゾリン、アミド、アミン、スクシンイミド、アルコキシル化アミン、アルコキシル化エーテルアミン、アミンオキシド、アミドアミン、ニトリル、ベタイン、第4級アミン、イミン、アミン塩、アミノグアニジン、アルカノールアミド、ホスホネート、金属含有化合物、グリセロールエステル、硫化脂肪化合物及びオレフィン、ひまわり油及び他の天然に存在する植物もしくは動物油、ジカルボン酸エステル、ポリオールと1種もしくはそれより多い脂肪族もしくは芳香族カルボン酸のエステル又は部分エステルなどが含まれ得るが、これらに限られない。
適した摩擦修正剤は、直鎖状、分枝鎖状又は芳香族ヒドロカルビル基あるいはそれらの混合物から選ばれ、飽和又は不飽和であることができるヒドロカルビル基を含有することができる。ヒドロカルビル基は、炭素及び水素又は硫黄もしくは酸素のようなヘテロ原子から構成されることができる。ヒドロカルビル基は、約12〜約25個の炭素原子の範囲であることができる。1つの態様において、摩擦修正剤は長鎖脂肪酸エステルであることができる。1つの態様において、長鎖脂肪酸エステルはモノエステル又はジエステル又は(トリ)グリセリドであることができる。摩擦修正剤は、長鎖脂肪アミド、長鎖脂肪エステル、長鎖脂肪エポキシド誘導体又は長鎖イミダゾリンであることができる。
他の適した摩擦修正剤には有機、無灰(金属非含有)、窒素非含有有機摩擦修正剤が含まれ得る。そのような摩擦修正剤にはカルボン酸及び無水物をアルカノールと反応させることにより生成するエステルが含まれ得、一般に親油性炭化水素鎖に共有結合した極性末端基(例えばカルボキシル又はヒドロキシル)を含む。有機無灰窒素非含有摩擦修正剤の例は一般にグリセロールモノオレエート(GMO)として既知であり、それはオレイン酸のモノ−、ジ−及びトリエステルを含有することができる。他の適した摩擦修正剤は米国特許第6,723,685号明細書に記載されている。
アミン性摩擦修正剤にはアミン又はポリアミンが含まれ得る。そのような化合物はヒドロカルビル基を有することができ、それは直鎖状、飽和もしくは不飽和又はそれらの混合
物であり、約12〜約25個の炭素原子を含有することができる。適した摩擦修正剤のさらなる例にはアルコキシル化アミン及びアルコキシル化エーテルアミンが含まれる。そのような化合物はヒドロカルビル基を有することができ、それは直鎖状、飽和もしくは不飽和又はそれらの混合物である。それらは約12〜約25個の炭素原子を含有することができる。例にはエトキシル化アミン及びエトキシル化エーテルアミンが含まれる。
アミン及びアミドはそのままで、あるいは三酸化二ホウ素、ハロゲン化ホウ素、メタボレート、ホウ酸又はモノ−、ジ−もしくはトリアルキルボレートのようなホウ素化合物との付加物又は反応生成物の形態で用いられ得る。他の適した摩擦修正剤は米国特許第6,300,291号明細書に記載されている。
摩擦修正剤は、潤滑性組成物の合計重量に基づいて約0重量%〜約10重量%又は約0.01重量%〜約8重量%又は約0.1重量%〜約4重量%の量で存在することができる。
粘度指数向上剤
本明細書の潤滑油組成物は、場合により1種もしくはそれより多い粘度指数向上剤も含有することができる。適した粘度指数向上剤にはポリオレフィン、オレフィンコポリマー、エチレン/プロピレンコポリマー、ポリイソブテン、水素化スチレン−イソプレンポリマー、スチレン/マレイン酸エステルコポリマー、水素化スチレン/ブタジエンコポリマー、水素化イソプレンポリマー、アルファ−オレフィン無水マレイン酸コポリマー、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアルキルスチレン、水素化アルケニルアリール共役ジエンコポリマーあるいはそれらの混合物が含まれ得る。粘度指数向上剤は星型高分子を含むことができ、適した例は米国特許公開第2012/0101017 A1号明細書に記載されている。
本明細書の潤滑油組成物は、場合により粘度指数向上剤に加えて、あるいは粘度指数向上剤の代わりに、1種もしくはそれより多い分散剤粘度指数向上剤(dispersant viscosity index improvers)も含有することができる。適した分散剤粘度指数向上剤には官能基化ポリオレフィン、例えばアクリル化剤(無水マレイン酸のような)とアミンの反応生成物を用いて官能基化されたエチレン−プロピレンコポリマー;アミンを用いて官能基化されたポリメタクリレートあるいはアミンと反応したエステル化無水マレイン酸−スチレンコポリマーが含まれ得る。
粘度指数向上剤及び/又は分散剤粘度指数向上剤の合計量は、潤滑性組成物の合計重量に基づいて約0重量%〜約20重量%、約0.1重量%〜約15重量%、約0.1重量%〜約12重量%又は約0.5重量%〜約10重量%であることができる。
特定の調製物のための種々の添加物成分の有効量を容易に突き止めることができるが、例示の目的で、代表的な有効量に関するこれらの一般的な指針を提供する。下記の量は完成流体の重量%で示される。
本発明の化合物及びそれを含んでなる潤滑性添加物組成物を自動車のギア又はアクセルオイル中で用いることができる。そのような油の典型的なものは、過激な圧力、負荷及び温度条件下で働く自動車のスパイラルベベルギア及びウォーム−ギアアクセルオイル、高速、低トルク及び低速、高トルク条件の両方の下で働くハイポイドギアオイルである。
本発明の化合物及びそれを含んでなる潤滑性添加物組成物が用いられ得る工業的な潤滑用途には油圧油、工業用ギアオイル、滑り面機械油、循環油及び蒸気タービン油、重構造ガスタービン及び航空機ガスタービンの両方のためのガスタービン油、軌道潤滑剤(way lubricants)、ギアオイル、コンプレッサーオイル、ミストオイル(mist oil)及び工作機械潤滑剤が含まれる。乗用車モーターオイル、重構造ジーゼルエンジンオイル、船舶用エンジンオイル、機関車及び高速自動車ジーゼルエンジンのようなエンジンオイルも包含される。
本発明の化合物及びそれを含んでなる潤滑性添加物組成物から機能性流体を調製することもできる。これらの流体には手動式トランスミッション流体、自動トランスミッション流体、連続可変トランスミッション流体、パワーステアリング流体及びパワーブレーキ流体のような自動車の流体が含まれる。
本発明の化合物を、自動車用、工業用及び航空機用グリースのようなグリースならびに自動車シャシー潤滑剤中に導入することもできる。
本発明は、金属表面の潤滑方法も提供する。本発明の潤滑性組成物を用いて金属表面を潤滑することは、動く時の金属表面間の摩耗を低下させることができる。1つの態様において、潤滑されている金属表面は機械部品であることができる。機械部品はアクセル、差動装置、エンジン、手動式トランスミッション、自動トランスミッション、連続可変トランスミッション、クラッチ、油圧装置、工業用ギア、滑り面装置及びタービンを含むことができる。
本発明はさらに、本発明の化合物を含んでなる潤滑性組成物を用いて動力伝達系統、工業装置又は金属加工装置を潤滑することを含んでなる、動力伝達系統、工業装置又は金属加工装置を潤滑する方法を提供する。
本発明はさらに、有効量の本発明の化合物を組成物に加えることを含んでなる、潤滑性組成物の酸化安定性を向上させる方法を提供する。
本明細書で、本発明のある態様が個々に記載され得るが、いずれの1つの態様もいずれの他の態様と組み合わせることができ、且つ本発明の範囲により包含されることが熟練者により理解される。
合成スキーム
以下の一般的なスキームを用い、ある本発明の化合物を製造することができる。以下のスキーム中で示される原子及び置換基は、他に指示されなければ、上記の本発明の記述中で同じ原子及び置換基に与えられたと同じ意味を有する。
ある場合には、化合物の合成は位置異性体の製造を生じ得る。例えば以下のように1つの反応により第1級及び第2級アルコールの両方が生成し得る:
下記の中間体及び実施例において示される構造は、記載される特定の反応において製造される最も豊富な異性体の構造である。熟練者は、上記のエポキシド付加反応及びそれに類似の反応が、上記に示される中間体Paのような化合物を第2級アルコール(Pa2)として与えることを認識し、且つ理解する。しかしながら、同じエポキシド付加反応はいくらかの量の第1級アルコール(Pa1)を形成し得る。従って得られるエポキシド付加反応の生成物は位置異性体の混合物であり得る。簡単のために、第2級アルコール及びそれからの反応生成物のみを中間体及び実施例において下記に示す。しかしながら、中間体及び実施例のすべての位置異性体がこれらの型の反応の結果として本発明の範囲内である。
中間体Paをさらに反応させて化合物Ps又はPoを形成することができる。例えば中間体PaをP25と反応させてPsを形成することができるか、あるいはさらに中間体PaをP25と反応させてPoを形成することができる。1つの例を下記に示す。
以下の通り、PaをPiと反応させて化合物Psを製造することもできる:
ある態様において、上記の反応を2:1のモル比のPa:Piにおいて行い、1:1のモル比で行われる同じ反応と比較してPsの収率を高めることができる。
上記で示したものと類似の反応スキームを用い、化合物P3及びP4を製造することができる。例えば上記の反応スキームを用いる場合、R2及びR3の1つは水素であり、且つR4及びR5の1つは水素である。nがゼロより大きい場合、上記に示したPaの形成のために用いられるエポキシドをハライドアルコールで置き換え、中間体Pa’(示されていない)を形成することができる。Pa’をさらにO,O−ジ−イソプロピルジチオリン酸と反応させ、化合物P3を形成することができる。
P3又はP4をさらに反応性基と反応させ、それぞれ式(IA)及び式(IB)の化合物を製造することができる:
Paのような中間体をPOCl3と反応させ、Pcを形成することもできる。
Pcのような化合物をさらに求核性試薬と反応させ、式P4の化合物を形成することができる:
中間体及び実施例
他に指示しなければ、すべての中間体及び実施例の存在は31P NMRにより確証された。
中間体
中間体1aの合成:O,O−ビス(4−メチルペンタン−2−イル)S−水素ホスホロジチオエート(75.34g又は0.25モル)を40℃に加熱し、反応温度を50℃に低く保つためにプロピレンオキシド(14.65g又は0.25モル)をゆっくり加える。反応混合物を次いで50℃で30分間加熱する(cooked)。中間体1aは反応生成物である。
中間体P3−1の合成:P25(198g,0.89モル)を含有する反応フラスコに中間体1a(1300g,3.56モル)を加え、続いて反応温度を16時間80℃にする。反応内容物を周囲温度に冷まし、未反応のP25を濾過により除去する。65mg KOH/gのTANを有する1406gの材料が得られる。
中間体2aの合成:1,2−エポキシドデカン(38g,207ミリモル;ArkemaによりVikolox 12として供給される)を、20℃の初期温度において、反応温度が30℃を超えない速度でジイソプロピルジチオリン酸(44.1g,206ミリモル)に加えた。1H及び31P NMRはジチオリン酸の消費及び反応の生成物としての2aの生成を確証する。LC−MSは、中間体2aの構造を確証する。
中間体P3−2の合成:P25(282g,1.27モル)を含有する反応フラスコに中間体2a(2023.7g,5.08モル)を加え、続いて反応温度を16時間80℃にする。反応内容物を周囲温度に冷まし、未反応のP25を濾過により除去する。
中間体3aの合成:エポキシドデカンをエポキシオクタンに置き換える以外は、中間体2aの合成の場合と同じ一般的な方法を用いて中間体3aを製造した。
中間体P3−3の合成:中間体P3−2の合成の場合と同じ一般的な方法を用い、中間体P3−3を製造した。中間体P3−3をLC−MS及び31P NMRにより特性化した。
中間体4aの合成:中間体2aの合成の下に記載された通りに、ジイソブチルジチオリン酸及びプロピレンオキシドを合わせた。
中間体P3−4の合成:P3−2に関して記載したと同じ一般的な方法を用い、中間体4aをP25と反応させてP3−4を製造した。
中間体5aの合成:中間体2aの合成の下に記載した通りに、ジイソプロピルジチオリン酸及びプロピレンオキシドを合わせ、中間体5aを製造した。
中間体P3−5の合成:続いてP3−2に関して記載したと同じ一般的な方法を用い、中間体5aをP25と反応させてP3−5を製造した。
中間体6aの合成:ジイソプロピルジチオリン酸(100g,0.467モル)を水中の1M KOHの500mlに加えた。内部温度が20℃に戻るまで反応内容物を撹拌し、続いて2−クロロエタノール(50g,0.62モル,Sigma Aldrich 99%)を加えた。反応混合物を3.5時間加熱還流し、室温に冷まし、トルエンの添加を用いて反応体積を二倍にした。有機層を集め、水層を等体積のトルエンを用いてさらに2回洗浄した。合わせた有機画分を次いで飽和ブライン溶液で洗浄し、硫酸マグネシウム上で乾燥し、濾過した。濾液を減圧下で濃縮し、87gの中間体6aを与えた。1H及び31P NMRは、生成物の正体を中間体6aと確証した。
中間体P3−6の合成:P3−2に関して記載した通りに中間体6aをP25と反応させ、P3−6を製造した。
実施例
20℃において、アセトニトリル(35ml)中のP3−1(41.2g又は0.05モル)の撹拌溶液にトリエチルアミン(5.3g又は0.052モル)を加えた。アミンの添加後、反応混合物をさらに5分間加熱せずに撹拌して放置した。次に1−ブロモヘキサデカン(15.7g又は0.051モル)を加え、反応混合物を40℃で24時間加熱した。生成する固体の沈殿を濾過し、ヘプタンで洗浄し、濾液を減圧下で濃縮した。31P NMRはP3−1のP−SHのP−S−アルキル基への転換を確証した。
方法は、1−ブロモヘキサデカンをヨウ化メチルで置き換えることを除いて、実施例1におけると同じである。
1−ブロモヘキサデカンを臭化ベンジルで置き換えることを除いて、実施例1に関して記載した方法と類似の方法。
60℃において、P3−1(161.4g又は0.2モル)の撹拌溶液にビニルブチルエーテル(20.0g又は0.2モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において11時間撹拌して放置した。続いて未反応のビニルブチルエーテルを減圧下で45℃において除去した。
60℃において、P3−1(109.8g又は0.136モル)の撹拌溶液にアクリル酸エチル(13.6g又は0.136モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において4時間撹拌して放置した。続いて未反応のアクリル酸エチルを減圧下で45℃において除去した。
磁気撹拌棒が備えられた丸底フラスコ中で中間体1a(897g,2.52モル)をO,O−ジ−イソプロピルジチオリン酸(268g,1.25モル;(Cheminova
Inc.,USAにより供給されたまま使用))と反応させることによっても実施例5を製造した。反応内容物を減圧下(10mm Hg)で85℃に加熱した。反応中ずっとイソプロパノールを蒸留し、別の冷却された容器中に集めた。14時間後、反応内容物を10℃に冷まし、アクリル酸エチル(130g,1.3モル;Dow Chemical)を反応に加え、温度を2時間70℃にした。続いて反応物を80℃にし、アクリル酸エチルがもはや冷トラップ中に蒸留されなくなるまで、100mm Hgの真空を適用した。
45℃において、P3−2(872.4g又は0.97モル)の撹拌溶液に1,2−エポキシドデカン(182.4g又は0.97モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で50℃において2時間、撹拌して放置した。
60℃において、P3−2(986.4g又は1.1モル)の撹拌溶液にアクリル酸エチル(110.1g又は1.1モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において16時間撹拌して放置し、続いて真空ストリッピング(vacuum strip)を行った。
60℃において、P3−2(980.4g又は1.1モル)の撹拌溶液にアクリル酸(79.3g又は1.1モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において16時間撹拌して放置し、続いて真空ストリッピングを行った。
40℃〜50℃において、P3−3(852.2g又は1.0モル)の撹拌溶液に1,2−エポキシデカン(156.1g又は1.0モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で50℃において2時間撹拌して放置した。
60℃において、P3−3(91.9g又は0.11モル)の撹拌溶液にアクリル酸エチル(11.0g又は0.11モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において16時間撹拌して放置し、続いて真空ストリッピングを行った。
40℃において、P3−3(91.9g又は0.11モル)の撹拌溶液にアクリル酸2−ヒドロキシエチル(12.1g又は0.10モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で40℃において16時間撹拌して放置し、続いて真空ストリッピングを行った。
実施例10に関して記載した通りのP3−4とアクリル酸エチルとの反応は、実施例12を与え、それを真空ストリッピングに供して有機揮発性物質を除去した。
実施例10に関して記載した通りのP3−5とアクリル酸エチルとの反応は、実施例13を与え、それを真空ストリッピングに供して有機揮発性物質を除去した。
別の合成によっても実施例13を製造した。磁気撹拌棒が備えられ、10℃に冷却された丸底フラスコに、O,O−ジ−イソプロピルジチオリン酸(1284g,6モル)を加えた。これに、反応温度が20℃を超えないようにゆっくり、プロピレンオキシド(238g,4モル)を加えた。エポキシドの添加に続き、反応物を室温で30分間撹拌して放置してから、真空下で80℃に18時間加熱した。次いで反応物を室温に冷まし、アクリル酸エチル(200g,2モル)を加え、反応内容物を2時間70℃にした。反応物を真空下で2時間80℃にすることにより、揮発性物質を除去した。
P3−6を、実施例10の場合と同じ方法を用いてアクリル酸エチルと反応させた。
別の合成によっても実施例14を製造し、その合成では、磁気撹拌棒が備えられた丸底フラスコ中で中間体6a(3.1g,12ミリモル)をO,O−ジ−イソプロピルジチオリン酸(1.36g,6.4ミリモル)と合わせた。反応内容物を減圧下で(10mm Hg)400分間90℃に加熱した。反応内容物を室温に冷まし、アクリル酸エチル(0.7g,7ミリモル)を加え、温度を2時間70℃にした。続いて反応物を80℃にし、アクリル酸エチルがもはや冷トラップ中に蒸留されなくなるまで10mm Hgの真空を適用した。反応混合物のP NMR分析は、77%の化合物14を明らかにした。
中間体6aの製造における2−クロロエタノールを化合物15A及び15Bのためにそれぞれ3−クロロ−1−プロパノール及び6−クロロ−1−ヘキサノールで置き換える以外は、中間体6a、P3−6及び実施例14に類似の方法により、化合物15A及び15Bを製造した。出発材料はSigma Aldrichから購入した。
J.Org.Chem.76(10) 4189−4193,2011に記載されている方法を用い、ジイソプロピルチオリン酸を得ることができる。100mlのジエチルエーテル中のジイソプロピルチオリン酸(99.0g,0.5モル)を含有する丸底フラスコに1,2−エポキシデカン(82.1g,0.525モル;ArkemaによりVikolox 10として供給される)を加えた。エポキシド添加の間、氷浴を用いて反応温度を10℃より低く保持した。添加に続き、反応混合物が室温に温まるのを許し、2時間撹拌した。この時点に、ジエチルエーテルを真空ストリッピングした。粗反応混合物を200mlのトルエンで希釈し、P25(27.8g,0.125モル)をフラスコに加えた。反応混合物を50℃にし、16時間撹拌した。この時点にアクリル酸エチル(25g,0.25モル)をフラスコに加え、反応混合物を60℃で48時間加熱した。反応混合物を濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。31P NMRは化合物16を確証する。
ジエチルエーテル(50g)中のジ−ブチルリン酸(24.4g,0.12モル;Sigma Aldrichにより供給される)の溶液に2−テトラデシルオキシラン(31g;ArkemaからVikolox 16として供給される)を加えた。反応フラスコを氷浴中に沈め、エポキシド添加速度は、内部反応温度が10℃を超えない速度であった。エポキシド添加に続き、反応混合物を室温で4時間撹拌し、続いて減圧下でジエチルエーテルを除去した。そのようにして得られる粗材料をトルエン(100ml)で希釈し、続いて固体P25(6.4g,0.029モル)を加えた。1時間の激しい撹拌下で反応混合物を80℃にし、次いで周囲温度でさらに16時間撹拌して放置した。この時点にアクリル酸エチル(12g,0.12モル)を加え、反応混合物を60℃で3時間撹拌した。31P NMRは化合物17を確証する。
磁気撹拌棒が備えられた丸底フラスコ中で、中間体1a(20.2g,0.057モル)、ジエチルエーテル(150ml)及びオキシ三塩化リン(oxyphosphorous trichloride)(4.3g,0.028モル)を、室温においてその順序で合わせた。トリエチルアミン(5.6g,0.055モル)を撹拌混合物中に、温度を制御する試みなしで滴下して導入した。反応物を1時間撹拌して放置し、その時点にn−ブタノール(100ml)及びトリエチルアミン(2.8g,0.028モル)の混合物をひとまとめに加えた。さらに3時間撹拌した後、白色の沈殿を濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。31P NMR及びLC−MS分析は化合物18の生成を確証する。
機械撹拌機、熱電対及びコンデンサーが備えられた1Lの3つ口丸底フラスコに、中間体1a(178.2g,0.5モル)を窒素雰囲気下で加えた。内部温度を70℃にし、P25(25.0g,0.176モル)を2時間かけ、等量の5回分に分けて加えた。反応混合物を70℃の温度で5時間加熱してから室温に冷ました。粗反応混合物にトルエン(83g)を加えてから濾過した。フィルターケークを追加の73gのトルエンで洗浄し、濾液を集めて減圧下で濃縮した。この材料の16.5gを分離し、アセトニトリル(50ml)を含有する500mlの丸底フラスコに加えた。これに窒素雰囲気下でトリエチルアミン(4.0g,0.04モル)及びヨウ化メチル(8.5g,0.06モル)を連続して加えた。反応物を室温で16時間撹拌して放置し、次いで減圧下でアセトニトリルを除去した。そのようにして得られる白色の粘着性の固体を、ヘプタン(150ml)を用いて磨砕した。ヘプタン含有層を濾過し、減圧下で濃縮し、透明な粘性の液体を現した。
ジブチルリン酸(31.5g,0.15モル)をジエチルエーテル(100ml)中に取り上げ、反応混合物を氷浴中で冷却した。これに、内部温度が20℃を超えない速度でプロピレンオキシド(9.3g,0.16モル)を加えた。さらに1時間撹拌した後、反応混合物が室温に温まるのを許し、オキシ三塩化リン(11.5g,0.075モル)及びトリエチルアミン(15.2g,0.15モル)を15分かけて加えた。温度を制御する試みなしで反応物を1時間撹拌して放置し、次いでn−ブタノール(11.1g,0.15モル)及びトリエチルアミン(7.6g,0.075モル)をひとまとめに加えた。反応物を16時間撹拌して放置し、次いで固体沈殿を濾過した。濾液を蒸留水、飽和炭酸ナトリウム及び次いでブラインで連続的に洗浄した。有機画分を硫酸ナトリウム上で乾燥し、濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。LC−MS分析は化合物20の生成を確証した。
P3−3(852.2g又は1.0モル)の撹拌溶液に、40〜50℃でヨウ化メチル(141.9g又は1.0モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で50℃において2時間撹拌して放置した。
P3−1(109.8g又は0.136モル)の撹拌溶液に、60℃においてアクリル酸2−ヒドロキシエチル(12.1g又は0.10モル)を加えた。反応混合物を窒素雰囲気下で60℃において4時間撹拌して放置し、続いて真空ストリッピングした。
銅腐蝕性能
本発明の化合物が一般にそれらのそれぞれの中間体より向上した銅腐蝕性能を有することを示すために、120℃で3時間実施されるASTM D130銅腐蝕試験において、実施例21及びP3−3を銅腐蝕性能に関して試験した。両方の試料を150SN88VI中に1重量%で配合した。P3−3は4bと評価されたが、実施例21は向上した2Cと評価された。銅腐蝕試験の結果は、驚くべきことに、P3−3のP−SH基のアルキル化が銅腐蝕性能を向上させたことを示す。かくして、P3−3は本発明の化合物に構造的に類似しているが、それは本発明の化合物と同じ銅腐蝕性能を示さなかった。
酸化安定性
本発明の化合物が一般にそれらのそれぞれの中間体より向上した酸化安定性を有することを示すために、純(neat)化合物P3−3、実施例21、純化合物P3−5及び実
施例13をTGA−酸素により分析し、P−SH基対P−S−アルキル基の熱安定性への効果を決定した。TGA法はASTM E1131−08に基づく。データを表1にまとめる。酸化安定性試験の結果は、驚くべきことに、P3−3及びP3−5のP−SH基のアルキル化が酸化安定性を向上させたことを示す。かくしてP3−3及びP3−5は本発明の化合物に構造的に類似しているが、それらは本発明の化合物と同じ酸化安定性を示さなかった。
4ボール摩耗傷(4 Ball Wear Scar)、高温−L37及び摩滅(Verschleiss)試験
実施例のすべてならびに1個のリン中心を有するいくつかの比較実施例をボール摩耗傷及び高温−L37に供した。1つの実施例を摩滅摩耗試験(Verschleiss wear test)において調べた。結果を表2a−2cにおいて下記に示す。
4ボール摩耗傷試験に関する条件:1200rpm,40Kg,75℃及び1時間の持続時間。Exxon Mobil Group 1ベースストック(80W−90)中の1100ppmのリンにおいて耐摩耗成分を試験した。4−ボール摩耗傷決定の条件は、ASTM 方法D4172(1200rpm,40KG,75℃,1時間)に従った。
上記の試験試料を、325oFにおいて潤滑剤を試験するように修正された高温L−37試験(ASTM D−6121に従う)に供した。HT L−37は、高速、低トルク及び低速、高トルク運転の条件下におけるハイポイドアクセルアセンブリ中のギア潤滑剤の耐荷、摩耗及び極圧特性を決定するために用いられる。その方法の装置はリアアクセル
アセンブリ、エンジン、トランスミッション及び2つの大きな動力計を含む。アクセルを440アクセルrpm、295oFの潤滑剤温度及び9460ポンド−インチのトルクにおいて100分間運転する。次いでアクセルを80アクセルrpm、325oFの潤滑剤温度及び41,800ポンド−インチのトルクにおいて16時間運転する。合格/不合格基準は、摩耗、リップリング、リッジング、スポーリング及びスコーリングを含む数種の摩耗カテゴリーにおいて、リング及びピニオンギアに「有意な」ディストレス(distress)がないことを必要とする。
上記の表2b、化合物5、6、9及び10を含有する調製物に関する試験結果は、ギアディストレスが「合格」の試験結果により同定されたことを示す。「合格」は、試験の最後に有意なギアディストレスが観察されなかったことを示す。かくして試験の完了後に試験試料中に有意な量の鉄は検出されなかった。試験の最後の流体中に有意な量で鉄が存在する場合、それはギアディストレス及び耐摩耗性保護の喪失の証拠である。HT−L37試験に用いられるすべての完成流体は、完成流体に1100ppmのリンを送達するのに十分な耐摩耗剤を含有した。完成流体は、存在する耐摩耗性成分においてのみ異なり、他の点では同じ典型的なアクセル成分及びベースストックの調製物を含有した。HT−L−37試験のための調製物は、3.24%の硫化イソブチレン、1.4%の流動点降下剤、1%の1300MWポリイソブチレンを用いて製造されるホウ素化マレエート化ビス−スクシンイミド(boronated maleated bis−succinimide)分散剤、0.15%の2,5−(t−ノニルチオ)−1,3,4−チアジアゾール、0.05%の消泡剤、0.005%のダイマー酸、1.15%の本発明の耐摩耗性化合物を含有し、バランスは35:54の比率におけるExxonMobilからの150Nと2500Nのベースオイル混合物であった。150Nは29−32m2/秒の40℃における動粘度を有する。そして2500Nは30.6−32.7mm2/秒の100℃における動粘度を有する。ベースオイル及び添加物成分を含む完成流体は、15.5cStの100℃における動粘度を有した。
摩滅試験法は、2005年に発行されたZF Specification AA05.468.017に従う。FZG摩滅試験は、試験の最後の鉄含有量を決定するために用いられる低速試験であり、その含有量は摩耗の結果としてギアから失われる金属ギア材料の量を表わす。各試験のために新しい標準的なFZG Cピッチングギアを用いた。ギアは14mmの歯厚、91.5mmの中心距離及び0.3+/−0.1μmの粗さを有した。予備加熱せずに室温で試験を行った。試験法は、ギア摩耗を決定するために3回の40時間サイクルを用いた。各サイクルは13rpmのピニオン速度及び1814N/mm2の圧力を有した。サイクル1及び3は90℃で行われ、サイクル2は120℃で行われた。試験の前にギアを最も近いミリグラムまで(to the nearest milligram)秤量した。続いてギアを各サイクルの後に秤量し、Stoddard溶剤、アセトン及びペンタンで連続して清浄化し、次いで安定化のためにデシケーター中に1時間置いた。かくして各ギアを3回秤量した。2回の連続する秤量が同じになるまで、清浄化サイクルを繰り返した。
FZG摩滅試験のために用いられる完成流体は、完成流体に1100ppmのリンを送達するのに十分な耐摩耗性成分を含有した。特定的に、調製物は3.46%の硫化イソブチレン、1.82%の流動点降下剤、1.07%の分散剤、0.125%のチアジアゾール誘導体、0.25%の酸化防止剤、0.05%の消泡剤、0.005%のダイマー酸、1.2%の本発明の耐摩耗性化合物及びバランスベースオイルを含有した。
本開示の他の態様は、本明細書及び本明細書に開示され且つ示唆されている態様の実施の考察から、当該技術分野における熟練者に明らかであろう。明細書及び実施例は例としてのみ考えられ、開示の真の範囲及び精神は以下の請求項により示されることが意図されている。

Claims (44)

  1. 式(I):
    [式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
    各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
    各nは独立して0〜6の整数であり;
    1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
    各Wは独立してS又はOであり、かつ少なくとも1つのWはSであり
    Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
    6はアルキレンであり;
    7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
    8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
    9はアルキルである]
    の化合物。
  2. 1がSである請求項1の化合物。
  3. 2がSである請求項1の化合物。
  4. 1がSである請求項1の化合物。
  5. 2がSである請求項1の化合物。
  6. 1、X2、M1及びM2がそれぞれSである請求項1の化合物。
  7. 1がOである請求項1の化合物。
  8. 2がOである請求項1の化合物。
  9. 1がOである請求項1の化合物。
  10. 2がOである請求項1の化合物。
  11. 1、X2、M1及びM2がそれぞれOである請求項1の化合物。
  12. 1及びX2がOであり、且つM1及びM2がSである請求項1の化合物。
  13. 1及びX2がSであり、且つM1及びM2がOである請求項1の化合物。
  14. 化合物が下記式(IA)で表される化合物である
    [式中、各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
    各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
    各nは独立して0〜6の整数であり;
    Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
    6はアルキレンであり;
    7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
    8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
    9はアルキルである]
    求項1の化合物。
  15. 各R2、R3、R4及びR5が独立して水素又はC1−C30アルキルから選ばれる請求項1の化合物。
  16. 2及びR3の少なくとも1つが水素であり、R4及びR5の少なくとも1つが水素である請求項1の化合物。
  17. 各R1が同じである請求項1の化合物。
  18. YがC1−C20アルキルである請求項1の化合物。
  19. Yが−R6−R7−R8である請求項1の化合物。
  20. 3及びR4が同じである請求項1の化合物。
  21. 2及びR5が同じである請求項1の化合物。
  22. 2及びR4が同じである請求項1の化合物。
  23. 3及びR5が同じである請求項1の化合物。
  24. 2及びR5が両方とも水素である請求項1の化合物。
  25. 1がC3−C10アルキルである請求項1の化合物。
  26. 1がC3−C6アルキルである請求項25の化合物。
  27. 2及びR3の1つならびにR4及びR5の1つがC1−C10アルキルである請求項1の化合物。
  28. 化合物が:
    より成る群から選ばれる請求項1の化合物。
  29. 化合物が:
    より成る群から選ばれる請求項1の化合物。
  30. 化合物が:
    より成る群から選ばれる請求項1の化合物。
  31. 化合物が:
    より成る群から選ばれる請求項1の化合物。
  32. 式:
    の化合物を、アルキルハライド、活性化アルキルアルコール、エポキシド及びアクリレート誘導体から成る群から選ばれる反応性基と反応させて構造
    の化合物を形成することを含む、化合物の製造方法であって、
    式中、各Wは独立してS又はOであり、かつ少なくとも1つのWはSであり
    1、M2、X1及びX2はそれぞれ独立してS又はOであり;
    各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
    各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
    各nは独立して0〜6の整数であり;
    Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
    6はアルキレンであり;
    7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
    8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
    9はアルキルである
    製造方法。
  33. (a)式:
    の化合物を式
    のエポキシドと反応させ、
    式中、Rはアルキル又はシクロアルキルであり;そして
    M及びXはそれぞれ独立してS又はOであり;
    (b)段階(a)の反応生成物をP25と反応させて構造
    の化合物を形成し;そして
    (c)段階(b)の反応生成物を、アルキルハライド、活性化アルキルアルコール、エポキシド及びアクリレート誘導体から成る群から選ばれる反応性基と反応させて、構造
    の化合物を形成する
    ことを含んでなる化合物の製造方法であって、
    式中、各WはSであり;
    各R1は独立してアルキル又はシクロアルキルであり;
    各R2、R3、R4及びR5は独立して水素、アルキル及びシクロアルキルより成る群から選ばれ;
    nは0であり;
    Yはアルキル、アルコキシアルキレン、ベンジル及び−R6−R7−R8より成る群から選ばれ;
    6はアルキレンであり;
    7は単結合、アルキレン;−C(O)−及び−C(R9)−より成る群から選ばれ;
    8はアルキル、ヒドロキシアルキレン、ヒドロキシアルキレンオキシ、ヒドロキシル及びアルコキシより成る群から選ばれ;そして
    9はヒドロキシルである
    製造方法。
  34. 請求項1の化合物を含んでなる潤滑性添加物組成物。
  35. 潤滑性添加物組成物が酸化防止剤、耐摩耗剤、腐蝕防止剤、清浄剤、極圧剤、分散剤、粘度指数向上剤及び摩擦修正剤より成る群から選ばれる1種もしくはそれより多い添加物成分をさらに含む請求項34の潤滑性添加物組成物。
  36. a)大部分のベースオイル;及び
    b)請求項1で特許請求される化合物
    を含んでなる潤滑性組成物。
  37. 潤滑性組成物が酸化防止剤、耐摩耗剤、腐蝕防止剤、清浄剤、極圧剤、分散剤、粘度指数向上剤及び摩擦修正剤より成る群から選ばれる1種もしくはそれより多い添加物成分をさらに含む請求項36の潤滑性組成物。
  38. 式(I)の化合物が潤滑性組成物の合計重量に基づいて約0.010重量%〜約5重量%の量で存在する請求項37の潤滑性組成物。
  39. 式(I)の化合物が潤滑性組成物の合計重量に基づいて約0.05重量%〜約2.0重量%の量で存在する請求項38の潤滑性組成物。
  40. 請求項36の潤滑性組成物を用いて金属表面を潤滑することを含んでなる、動いている金属表面の潤滑方法。
  41. 金属表面が機械部品である請求項40の方法。
  42. 機械部品がギア、アクセル、差動装置、エンジン、クランクシャフト、トランスミッション、クラッチ、油圧装置、滑り面装置及びタービンの1つもしくはそれより多くから選ばれる請求項41の方法。
  43. a)主要量の潤滑性粘度の油;
    b)有効量の請求項1の化合物
    を含んでなる潤滑性組成物を用いて機械部品を潤滑することを含んでなる、機械部品の動いている金属表面の間の摩耗を減少させる方法。
  44. 請求項1で特許請求される化合物の有効量を潤滑性組成物に加えることを含んでなる潤滑性組成物の酸化安定性を向上させる方法。
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