JP6737450B2 - 潤滑油組成物、及び潤滑方法 - Google Patents
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Description
高温環境下で長期間使用された潤滑油組成物は、酸化による性能低下や、酸化に伴うスラッジの析出といった弊害が引き起こされ易い。析出したスラッジは、回転体の軸受に付着することで発熱して軸受の損傷を招く恐れや、循環ライン中に設けられたフィルタの目詰まりの発生、制御バルブにスラッジが堆積して制御系統の作動不良等の問題発生の原因となることがある。
そのため、タービンや回転式ガス圧縮機、油圧機器等に使用される潤滑油組成物には、高温環境下で長期間の使用に耐え得る、優れた酸化安定性が求められている。
また、特許文献2には、芳香族分(%CA)が2以下、パラフィン分(%CP)とナフテン分(%CN)との比が6以上、ヨウ素価が2.5以下である潤滑油基油と、硫黄原子を含まない無灰系酸化防止剤と含有し、アルキルナフタレン等のアルキル基置換芳香族炭化水素化合物を更に含有する潤滑油組成物が開示されている。
特許文献1及び2では、どちらも、酸化安定性とスラッジ抑制性を向上させた潤滑油組成物の提供を目的としている。
従来のタービンや油圧機器等に用いられる潤滑油組成物の多くは、引火点が250℃未満であるため、「第四石油類」の第四類危険物に該当し、消防法で規定の制限が課される。
一方で、「一気圧において20℃で液体を示し、引火点が250℃以上の物質(ギアー油、シリンダー油を除く)」は、「可燃性液体類」に分類され、2002年に施行の消防法で規定の危険物の指定から除外されている。「可燃性液体類」に分類される液体は、危険物に分類される液体に比べて、貯蔵や運搬、取り扱い等の規制が緩やかである。
そのため、タービンや油圧機器等に用いられる潤滑油組成物として、消防法において「可燃性液体類」に分類される、引火点が250℃以上の潤滑油組成物が求められているという背景がある。
しかしながら、一般的に高引火点の潤滑油組成物は、粘度が高い場合が多く、高温環境下で長期間使用することによって、酸化による性能低下や、スラッジの析出が生じ易く、酸化安定性の問題がある。
さらに、特許文献2の実施例においては、アルキルナフタレンを含有する潤滑油組成物が開示されているが、アルキルナフタレンは高温環境下で1000時間を超える長期間使用を継続すると、ナフタレン環が徐々に開裂し、スラッジの溶解性が低下する。そのため、当該潤滑油組成物は、長時間の使用に対しては酸化安定性の低下を招くものといえる。
すなわち、本発明は、下記〔1〕及び〔2〕を提供する。
〔1〕精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160℃以上のアルキルベンゼン(B)とを含有し、引火点が250℃以上である、潤滑油組成物。
〔2〕精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160℃以上のアルキルベンゼン(B)とを含有し、引火点が250℃以上である潤滑油組成物を用いた、潤滑方法。
また、本明細書において、「成分Xを実質的に含有しない潤滑油組成物」との規定は、「ある特定の動機を持って、成分Xを意図的に配合してなる潤滑油組成物」を除外したものであり、当該潤滑油組成物には、不純物として含み得る程の微量の成分Xを含有してもよい。
本発明の潤滑油組成物は、精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160℃以上のアルキルベンゼン(B)とを含有し、引火点が250℃以上である。
本発明の潤滑油組成物は、成分(A)と成分(B)とを、引火点が250℃以上となるような割合で含有したものであり、日本における2002年に施行の消防法で規定する「可燃性液体類」に分類されるものである。そのため、当該潤滑油組成物は、安全性や取扱性に優れている。
しかしながら、本発明の潤滑油組成物は、精製パラフィン系鉱油(A)と共に、引火点が上記範囲のアルキルベンゼン(B)が含有することで、引火点が250℃以上としつつも、当該潤滑油組成物の酸化劣化を抑制し、且つ使用に伴い生じるスラッジを溶解させ、スラッジの析出を抑えることができ、酸化安定性の向上に寄与する。
さらに、成分(B)のアルキルベンゼンは、高温環境下で長期間の使用に対しても耐久性が高いため、当該潤滑油組成物の長寿命化に寄与する。
また、酸化防止性能をより向上させる観点から、本発明の一態様の潤滑油組成物は、さらにアミン系酸化防止剤(D1)を含む酸化防止剤(D)を含有することが好ましい。
さらに、本発明の一態様の潤滑油組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、上記成分(A)〜(D)以外の基油や潤滑油用添加剤を含有してもよい。
本発明で用いる精製パラフィン系鉱油(A)としては、原油を常圧蒸留して得られる潤滑油留分を、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、硫酸洗浄、及び白土処理から選ばれる1種以上の精製工程を経て得られる鉱油;ワックス異性化鉱油もしくはGTL WAX(ガストゥリキッドワックスあるいはフィッシャートロプシュワックス)を異性化する手法で製造される鉱油等が挙げられる。
なお、本発明で用いる精製パラフィン系鉱油(A)は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
成分(A)の引火点が250℃以上であれば、引火点が250℃以上の潤滑油組成物を調製することができる。また、優れた酸化安定性を長期間維持することができ、潤滑油組成物の長寿命化に寄与する。
なお、原油を常圧蒸留して得られる潤滑油留分を、上述の精製工程を複数組み合わせて精製を十分に行うことで、引火点の高い精製パラフィン鉱油(A)を得ることができる。つまり、精製を行うほど、得られるパラフィン系鉱油の引火点は高くなる。
なお、本明細書において、酸価は、JIS K2501の指示薬法に準拠して測定された値を意味する。
なお、本明細書において、15℃における密度は、JIS K2249−1に準拠して測定された値を意味する。
なお、本明細書において、流動点は、JIS K2269に準拠して測定された値を意味する。
成分(A)の含有量が60質量%以上であれば、引火点が250℃以上の潤滑油組成物とすることができる。また、優れた酸化安定性を長期間維持することができ、潤滑油組成物の長寿命化に寄与する。
一方、成分(A)の含有量が99.9質量%以下であれば、アルキルベンゼン(B)の含有量を確保することができ、当該潤滑油組成物の酸化劣化やスラッジの析出を抑制し、優れた酸化安定性を長期間維持することができる。
本発明の一態様の潤滑油組成物において、成分(A)以外のその他の基油を含有してもよい。その他の基油としては、鉱油であってもよく、合成油であってもよい。
なお、本発明において、「アルキルベンゼン」は、当該「合成油」のカテゴリーではなく、後述の成分(B)に属するものとする。
本発明で用いるアルキルベンゼン(B)としては、1つのベンゼン環の少なくとも1個の水素原子がアルキル基で置換された化合物であればよい。
アルキルベンゼン(B)は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
なお、上記の「各種」との語は、対象となるアルキル基のすべての異性体を指す意味で使用した語である。
本発明において、アルキルベンゼン(B)が複数のアルキル基を有する場合、当該複数のアルキル基は、互いに同一であってもよく、互いに異なるものであってもよい。
成分(B)の引火点が160℃未満であると、引火点が250℃以上の潤滑油組成物を調製することが難しくなる。なお、成分(B)の含有量を少なくすることで、得られる潤滑油組成物の引火点を上昇させることは可能ではあるが、成分(B)の含有量が少ないために、当該潤滑油組成物の酸化劣化やスラッジの析出といった弊害の抑制効果が不十分となり易い。
成分(B)の含有量が0.1質量%以上であれば、酸化劣化やスラッジの析出を抑制し、優れた酸化安定性を長期間維持し得る潤滑油組成物とすることができる。
一方、成分(B)の含有量が10質量%以下であれば、引火点が250℃以上の潤滑油組成物とすることができる。また、優れた酸化安定性を長期間維持することができ、潤滑油組成物の長寿命化に寄与する。
アルキルナフタレンは、高温環境下で長期間使用を継続すると、ナフタレン環が徐々に開裂し、スラッジの溶解性の低下を招く。その結果、アルキルナフタレンを含む潤滑油組成物は、長期間の使用に伴い、酸化安定性が低下する傾向にあり、低寿命となり易い。
そのため、本発明の一態様の潤滑油組成物において、アルキルナフタレンの含有量は極力少ない程好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物において、アルキルナフタレンの含有量は、成分(B)の全量100質量部に対して、好ましくは10質量部以下、より好ましくは5質量部以下、更に好ましくは1質量部以下、より更に好ましくは0.1質量部以下である。
本発明の一態様の潤滑油組成物において、消泡性及び放気性を向上させる観点から、さらにポリアクリレート系消泡剤(C1)を含む消泡剤(C)を含有することが好ましい。
ポリアクリレート系消泡剤(C1)としては、例えば、ポリメタクリレート(PMA)及びその変性物等が挙げられ、ポリメタクリレートが好ましい。
ポリアクリレート系消泡剤(C1)は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
なお、本明細書において、重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により、標準ポリスチレン換算にて測定された値であって、具体的には実施例に記載の方法により測定された値である。
成分(C1)以外の消泡剤としては、例えば、アルケニルコハク酸誘導体等の脂肪酸誘導体、o−ヒドロキシベンジルアルコール等のアルコール及びその誘導体、ポリヒドロキシ脂肪族アルコールと長鎖脂肪酸のエステル等が挙げられる。
これらの成分(C1)以外の消泡剤は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
シリコーン系消泡剤を含有する潤滑油組成物は、発生した泡が消え難く、放気性に問題がある。また、当該潤滑油組成物は、放気性が劣るために空気を除去し難く、空気の存在により潤滑油組成物の酸化が進み、寿命の低下を引き起こし易い。
そのため、本発明の一態様の潤滑油組成物において、シリコーン系消泡剤の含有量は極力少ない程好ましい。
本発明の一態様の潤滑油組成物において、シリコーン系消泡剤の含有量は、成分(C)の全量(100質量%)基準で、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下、より更に好ましくは0.1質量%以下である。
なお、成分(C)は、希釈油に溶解した溶液の形態で配合される場合があるが、上記の成分(C)の含有量の規定は、希釈油を除いた有効成分換算(樹脂分換算)での含有量を意味する。
本発明の一態様の潤滑油組成物において、酸化防止性能をより向上させる観点から、さらにアミン系酸化防止剤(D1)を含む酸化防止剤(D)を含有することが好ましい。
アミン系酸化防止剤(D1)は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
RA−NH−RB (d−1)
当該アリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基等が挙げられるが、フェニル基又はナフチル基が好ましい。
アリール基に置換してもよいアルキル基としては、上述のアルキルベンゼン(B)が有してもよいアルキル基のうち、炭素数が1〜20のアルキル基と同じものが挙げられる。
当該アルキル基の炭素数としては、好ましくは4〜18、より好ましくは6〜16、更に好ましくは8〜14である。
成分(D1)中の成分(D11)及び成分(D12)の合計含有量は、成分(D1)の全量(100質量%)基準で、好ましくは70〜100質量%、より好ましくは80〜100質量%、更に好ましくは90〜100質量%、より更に好ましくは95〜100質量%である。
また、フェニル−ナフチルアミン系化合物(D12)としては、下記一般式(d−121)で表される化合物もしくは下記一般式(d−122)で表される化合物が好ましい。
n1、n2、n3、n6は、それぞれ独立に、0〜5の整数であり、好ましくは0〜3の整数、より好ましくは0〜1の整数、更に好ましくは1である。
m4、m7は、それぞれ独立に、0〜3の整数であり、好ましくは0〜1の整数、より好ましくは0である。
p5、p8は、それぞれ独立に、0〜4の整数であり、好ましくは0〜2の整数、より好ましくは0〜1の整数、更に好ましくは0である。
フェニレンジアミン系化合物を含有する潤滑油組成物は、高温で長期間使用を継続するとスラッジが生成し易く、アルキルベンゼン(B)を含有することによるスラッジの抑制効果が十分に発現され難くなる傾向にある。
そのため、本発明の一態様の潤滑油組成物において、フェニレンジアミン系化合物の含有量は極力少ない程好ましい。
なお、本発明において、「フェニレンジアミン系化合物」とは、ベンゼン環を1つ有し、少なくとも当該ベンゼン環の水素原子の2つがアミノ基により置換された化合物を指し、当該ベンゼン環にアミノ基以外のアルキル基等の置換基を有する化合物も含まれる。
ただし、成分(D)中の成分(D1)の含有割合としては、当該潤滑油組成物に含まれる成分(D)の全量(100質量%)基準で、好ましくは50〜100質量%、より好ましくは60〜100質量、更に好ましくは70〜100質量%、より更に好ましくは80〜100質量%である。
フェノール系酸化防止剤(D2)としては、例えば、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、2,4,6−トリ−t−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシメチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノール、2,6−ジ−t−ブチル−4−(N,N−ジメチルアミノメチル)フェノール、2,6−ジ−t−アミル−4−メチルフェノール、n−オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等の単環フェノール系化合物や、4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、4,4’−イソプロピリデンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)、4,4’−ビス(2−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデンビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)等の多環フェノール系化合物が挙げられる。
これらのフェノール系酸化防止剤(D2)は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、上記成分(A)〜(D)には該当しない、一般的な潤滑油組成物に使用される潤滑油用添加剤を含有してもよい。
このような潤滑油用添加剤としては、例えば、粘度指数向上剤、清浄剤、分散剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、耐摩耗剤、摩擦調整剤、極圧剤、防錆剤等が挙げられる。
これらの各々の添加剤は、単独で又は2種以上を併用してもよい。
本発明の潤滑油組成物は、精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160〜220℃のアルキルベンゼン(B)とを配合することで、製造することができる。この際、必要に応じて、成分(A)及び(B)と共に、成分(A)及び(B)には該当しない鉱油や、上述の消泡剤(C)、酸化防止剤(D)、及び上述の潤滑油用添加剤を配合してもよい。
なお、各成分の配合量は、上述のとおりである。
各成分を配合した後、公知の方法により、撹拌して均一に分散させることが好ましい。
なお、各成分を配合後に、成分の一部が変性したり、2成分が互いに反応し、別の成分を生成した場合の得られる潤滑油組成物についても、本発明の技術的範囲に属するものである。
本発明の潤滑油組成物の引火点は、250℃以上であるが、好ましくは253℃以上、より好ましくは255℃以上であり、また、好ましくは260℃以下である。
また、本発明の一態様の潤滑油組成物の塩基価は、好ましくは1.00mgKOH/g以下、より好ましくは0.50mgKOH/g以下、更に好ましくは0.30mgKOH/g以下、より更に好ましくは0.10mgKOH/g以下である。
なお、本明細書において、塩基価は、JIS K2501の塩酸法に準拠して測定された値を意味する。
また、当該時間におけるスラッジ生成量としては、平均孔径1.0μmのミリポア社のメンブランフィルターを用いて測定した際、好ましくは7.0mg/100ml以下、より好ましくは5.0mg/100ml以下、更に好ましくは4.07.0mg/100ml以下である。
本発明の一態様の潤滑油組成物は、蒸気タービン、原子力タービン、ガスタービン、水力発電用タービン等の各種タービンの潤滑に用いられるタービン油;送風機、圧縮機等の各種ターボ機械の潤滑に用いられる軸受油、ギヤ油、制御系作動油;さらには油圧作動油、内燃機関用潤滑油等として使用し得る。
つまり、本発明の潤滑油組成物は、各種タービンや各種ターボ機械、油圧機器等の潤滑用途に使用することが好ましい。
そのため、本発明は、上述の潤滑油組成物を用いた潤滑方法、つまり、「精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160〜220℃のアルキルベンゼン(B)とを含有し、引火点が250℃以上である潤滑油組成物を用いた潤滑方法」も提供し得る。
(1)重量平均分子量(Mw)
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により、標準ポリスチレン換算にて測定した。具体的には、以下の装置及び条件下で測定した。
・GPC装置:Waters 1515 Isocratic HPLC Pump + Waters 2414 Refractive Index Detector(いずれもWaters社製)
・カラム:「TSKgel SuperMultiporeHZ−M」(東ソー社製)を2本連結したもの
・カラム温度:40℃
・溶離液:テトラヒドロフラン
・流速:0.35mL/min
・検出器:屈折率検出器
(2)動粘度
JIS K2283に準拠し、各温度における動粘度を測定した。
(3)粘度指数
JIS K2283に準拠して測定した。
(4)酸価
JIS K2501の指示薬法に準拠して測定した。
(5)塩基価(塩酸法)
JIS K2501の塩酸法に準拠して測定した。
(6)密度(15℃)
JIS K2249−1に準拠して、15℃における密度を測定した。
(7)引火点(COC)
JIS K 2265に準拠し、クリーブランド開放式(COC)法により測定した。
(8)流動点
JIS K2269に準拠して測定した。
(9)%CP、%CN、%CA
ASTM D 3238−85に準拠した方法(n−d−M環分析)により測定された値であり、パラフィン炭素数の割合(百分率)を%CPとし、ナフテン炭素数の割合(百分率)を%CNとし、芳香族炭素数の割合(百分率)を%CAとした。
表1に示す性状を有する精製パラフィン系鉱油(1)〜(3)、及びアルキルベンゼン、並びに、以下に示す各種添加剤を表2に示す配合量にて、各々配合し、十分に混合して、潤滑油組成物(I)〜(V)をそれぞれ調製した。
表2に記載の実施例及び比較例で用いた各種添加剤の詳細は、以下のとおりである。
・ポリアクリレート系消泡剤(1):Mwが48000であるポリメタクリレートを軽質油で希釈した樹脂分濃度1質量%の溶液。
・ポリアクリレート系消泡剤(2):Mwが51000であるポリメタクリレート。
・シリコーン系消泡剤:25℃における動粘度が12500mm2/sのポリジメチルシリコーンを軽質油で希釈した樹脂分濃度1質量%の溶液。
(酸化防止剤)
・アミン系酸化防止剤(1):ジオクチルジフェニルアミン(前記一般式(d−11)中、R1及びR2=オクチル基、n1及びn2=1である化合物)、ジフェニルアミン系化合物(D11)に該当。
・アミン系酸化防止剤(2):p−t−オクチルフェニル−1−ナフチルアミン(前記一般式(d−122)中、R6=t−オクチル基、n6=1、m7及びp8=0である化合物)、フェニル−ナフチルアミン系化合物(D12)に該当。
・フェノール系酸化防止剤:3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸ジエチル。
(他の添加剤)
・極圧剤:トリクレジルホスフェート。
・防錆剤:アルケニルコハク酸多価アルコールエステル。
・金属不活性化剤:N−ジアルキルアミノメチルベンゾトリアゾール。
JIS K 2514−3の回転ボンベ式酸化安定度試験(RBOT)に準拠し、試験温度150℃、初期圧力620kPaで行い、圧力が最高圧力から175kPa低下するまでの時間(RBOT値)を測定した。当該時間が長いほど、酸化安定性に優れた潤滑油組成物であるといえる。
ASTM D7873の酸化安定性試験(Dry−TOST法)に準拠し、ASTM D2272に準拠するRPVOT値が、試験前のRPVOT値の25%となった時間(単位:時間)と、その時間におけるスラッジ生成量を測定した。
なお、スラッジ生成量は、ASTM D7873に準拠し、平均孔径1.0μmのミリポア社のメンブランフィルターを用いて測定した。
ASTM D3427に準拠し、測定温度50℃において、泡が消えるまでの時間(単位:分)を測定した。当該時間が短いほど、放気性に優れた潤滑油組成物であるといえる。
JIS K2520に準拠し、温度54℃のおける水分離性試験を行い、乳化層が3mLに到達するまでの時間(抗乳化度、単位:分)を測定した。当該時間が短いほど水分離性に優れた潤滑油組成物であるといえる。
一方、比較例1及び2で調製した潤滑油組成物(IV)及び(V)は、引火点が250℃未満と低く、また、酸化安定性については、潤滑油組成物(I)〜(III)に比べて劣る結果となった。
そのため、本発明の一態様の潤滑油組成物は、例えば、タービン油、圧縮機油、油圧作動油等として好適に使用できる。
Claims (10)
- 引火点が250℃以上の精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160℃以上のアルキルベンゼン(B)と、アミン系酸化防止剤(D1)を含む酸化防止剤(D)とを含有し、
前記アミン系酸化防止剤(D1)が、ジフェニルアミン系化合物(D11)及びフェニル−ナフチルアミン系化合物(D12)を含み、
前記精製パラフィン系鉱油(A)の含有量が、組成物の全量基準で60〜99.9質量%であり、前記アルキルベンゼン(B)の含有量が、組成物の全量基準で0.1〜10質量%であり、
引火点が250℃以上である、タービン油に用いられる潤滑油組成物。 - さらにポリアクリレート系消泡剤(C1)を含む消泡剤(C)を含有する、請求項1に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- ポリアクリレート系消泡剤(C1)の重量平均分子量が1万〜20万である、請求項2に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- 消泡剤(C)が、シリコーン系消泡剤を実質的に含有しない、請求項2又は3に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- 成分(D11)と成分(D12)の含有量比〔D11/D12〕が、質量比で、0.1/1〜1/1である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- アミン系酸化防止剤(D1)が、フェニレンジアミン系酸化防止剤を実質的に含有しない、請求項1〜5のいずれか一項に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- 精製パラフィン系鉱油(A)の40℃における動粘度が20〜300mm2/sである、請求項1〜6のいずれか一項に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- アルキルベンゼン(B)の40℃における動粘度が45〜80mm2/sである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- アルキルナフタレンを実質的に含有しない、請求項1〜8のいずれか一項に記載のタービン油に用いられる潤滑油組成物。
- 引火点が250℃以上の精製パラフィン系鉱油(A)と、引火点が160℃以上のアルキルベンゼン(B)と、アミン系酸化防止剤(D1)を含む酸化防止剤(D)とを含有し、
前記アミン系酸化防止剤(D1)が、ジフェニルアミン系化合物(D11)及びフェニル−ナフチルアミン系化合物(D12)を含み、
前記精製パラフィン系鉱油(A)の含有量が、組成物の全量基準で60〜99.9質量%であり、前記アルキルベンゼン(B)の含有量が、組成物の全量基準で0.1〜10質量%であり、
引火点が250℃以上であるタービン油に用いられる潤滑油組成物を用いた、潤滑方法。
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