JP6898348B2 - Dlc表面を含む潤滑システム - Google Patents

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Description

本発明は、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)表面を含む潤滑システム、及び潤滑システム中にモリブデン化合物及び有機ポリマーを含む潤滑配合物の使用に関する。有機ポリマーは、DLC表面とモリブデン化合物との相互作用によって生じる潤滑システムの1つ又は複数の部品の磨耗を低減する。本発明は、摩耗を低減する方法、及び磨耗を低減するための潤滑配合物の使用も提供する。
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)は、ダイヤモンドの特定の特性を有する炭素のクラスである。異なる特性を有する様々なタイプのDLCが存在する。潤滑システムの金属(例えば鋼)部品にDLCコーティングを加えることにより、部品をより耐久性にし、より耐摩耗性とすることができる。特定の潤滑条件では、DLCコーティングは鋼よりも低い摩擦係数を有することができる。摩擦及び摩耗の両方の利点は、自動車及び工業用潤滑システムにとって非常に有利である。DLCコーティングは、部品寿命の延長及び燃料経済性の向上が重要な目標である自動車産業において特に関心が持たれている。
潤滑剤(例えば自動車用エンジンオイル)中の摩擦調整剤の使用は周知であるが、これらの摩擦調整剤は、鋼−鋼の界面のために従来開発されてきた。DLC−金属界面の潤滑についてはほとんど知られていない。DLC材料は、伝統的な鋼、鋳鉄及びアルミニウム表面とは異なる様式で摩擦調整剤及び他の表面活性成分と相互作用する場合がある。モリブデンジチオカルバメート(MoDTC)などのモリブデン含有摩擦調整剤は、鋼−鋼界面に良好な摩擦低減特性を提供することが知られている。しかし、モリブデン含有摩擦調整剤がDLC表面を軟化又は分解することにより、DLC界面(例えばDLC−鋼及びDLC−DLC)における摩耗速度を増加させ、界面における部品の摩耗を増大させる場合があることが観察されている。
本発明は、モリブデン含有摩擦調整剤(モリブデン化合物)と、添加剤としてあるタイプの有機ポリマーとの組み合わせを潤滑配合物中で用いることにより、DLC表面を含む潤滑システムにおける1つ又は複数の表面の摩耗を、モリブデン含有摩擦調整剤のみを用いたときよりも顕著に低くすることができるという、本発明者らによる認識に部分的に基づく。理論に拘束されるものではないが、有機ポリマーは、摩擦低減添加剤として、複数の点で潤滑された表面に物理吸着を通じて機能することができる。この物理吸着はまたモリブデン化合物との有害な相互作用からDLC表面を保護することができる。このようにして、有機ポリマーは、モリブデン化合物の存在によって誘発され得る磨耗を低減又は緩和することができる。有機ポリマーは、単独で又はモリブデン化合物と組み合わせて、潤滑システムにおける摩擦を有利に低減することもできる。
第1の態様から見ると、本発明は、潤滑システムであって、
a)ダイヤモンドライクカーボン(DLC)表面である第1表面を有する部品、
b)第2表面を有する部品、及び
c)第1表面と第2表面との間に介在する潤滑配合物
を含み、潤滑配合物は、
i)ベースストック;
ii)モリブデン化合物;
iii)ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエーテルから選択される親水性ポリマーサブユニットとを含む有機ポリマー;及び
iv)任意に、他の添加剤
を含む、潤滑システムを提供する。
潤滑配合物中の有機ポリマーの存在は、モリブデン化合物を含むが有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、潤滑システムの動作中に、第一又は第二の表面、好ましくは第一の表面で起こる摩耗を有利に低減することができる。
第2の態様から見ると、本発明は、潤滑システムにおける摩耗を低減する方法を提供し、潤滑システムは、DLC表面を有する部品を含み、この方法は、
a.前記DLC表面と接触する潤滑配合物を提供する工程;
b.モリブデン化合物を前記潤滑配合物中に提供して、前記潤滑システムにおける摩擦を低減する工程;及び
c.ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエーテルから選択される親水性ポリマーサブユニットとを含む有機ポリマーを前記潤滑配合物中に提供して、前記潤滑システムの動作中に前記モリブデン化合物により生じる前記DLC表面の摩耗速度を低減する工程を含む。
第3の態様から見ると、本発明は、潤滑システムの動作中に潤滑配合物中のモリブデン化合物により生じるDLC表面の摩耗速度を低減するために、前記DLC表面を有する部品を含む前記潤滑システムにおける前記潤滑配合物中での、ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエーテルから選択される親水性ポリマーサブユニットとを含む有機ポリマーの使用を提供する。
第4の態様から見ると、本発明は、本発明の第1の態様で定義した潤滑配合物を提供する。
本発明のいずれの態様も、本発明のその態様又は本発明の他の態様に関して本明細書に記載された特徴を含んでもよい。
本明細書で使用されるあらゆる上限量若しくは下限量、又は範囲の限界は、独立して組み合わせることが可能であると理解される。
置換基中の炭素原子の数(例えば「C1〜C6」)を記載する場合、その数は、任意の分岐基に存在する炭素原子も含む、置換基に存在する炭素原子の総数を意味することが理解される。さらに、例えば脂肪酸中の炭素原子の数を記載する場合、これは、カルボン酸における炭素原子、及び任意の分岐基に存在する炭素原子も含む、炭素原子の総数を意味する。
本明細書で定義されるすべての分子量は、特に明記しない限り数平均分子量である。そのような分子量は、本技術分野で周知の方法を用いてゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)によって決定することができる。GPCデータは、一連の直鎖状ポリスチレン標準に対して較正することができる。
本発明の組成物を製造するために使用され得る化学物質の多くは天然源から得られる。そのような化学物質は、典型的にはその天然由来の化学種の混合物を含む。そのような混合物が存在するため、本明細書で定義される様々なパラメータは平均値であってよく、非整数であってもよい。
本明細書で使用される「サブユニット」という用語は、分子又は分子を形成するために使用される反応物の構成部分を意味する。
潤滑システム
潤滑システムは、
a)ダイヤモンドライクカーボン(DLC)表面である第1表面を有する部品、
b)第2表面を有する部品、及び
c)第1表面と第2表面の間に介在する潤滑配合物
を含む。
潤滑システムは、互いに相対的に移動する少なくとも2つの部品を含むシステムであってもよい。潤滑配合物は、部品の相対運動を潤滑するために、部品の間に介在してもよい(又は配置されてもよい)。部品は、第1の部品及び第2の部品を含むことができる。第1の部品は第1表面を有することができる。第2の部品は、第2表面を有することができる。
潤滑システムは、エンジン、タービン、ギアボックス、油圧システム、トランスミッション、ポンプ及び圧縮機から選択することができ、好ましくはエンジン、トランスミッション及びギアボックスから選択することができる。潤滑システムはエンジンであってよく、好ましくは自動車エンジンであってよい。
第1の部品は、少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも80重量%、特に少なくとも90重量%、望ましくは少なくとも95重量%の金属を含むことができる。第1の部品は、本質的に金属からなるか、又は金属部品であってもよい。金属は、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン並びにそれらの混合物及び合金から選択することができ、好ましくは鉄、鋼、アルミニウム並びにこれらの混合物及び合金から選択することができ、特に鉄、鋼並びにそれらの混合物及び合金から選択することができる。第1表面は、第1の部品の一部又は全ての上のDLCコーティング、好ましくは第1の部品の一部の上のDLCコーティングであってよい。
第2の部品は金属部品であってもよい。金属は、鉄、鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン並びにそれらの混合物及び合金から選択することができ、好ましくは鉄、鋼、アルミニウム並びにこれらの混合物及び合金から選択することができ、特に鉄、鋼並びにそれらの混合物及び合金から選択することができる。好ましくは、第2の部品は鋼製部品である。
好ましくは、第2表面は金属表面、特に鉄表面又は鋼表面、とりわけ鋼表面である。
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)表面
DLC表面は、部品の上の、好ましくは第1の部品の上の、特に第1の部品の一部の上のコーティングであってよい。DLC表面は、物理堆積又は化学堆積によって部品の上に形成することができる。
DLC表面は、少なくとも1つのDLC層を含むことができる。DLC層は、少なくとも0.1μm、好ましくは少なくとも0.5μm、特に少なくとも1μmの厚みを有してもよい。DLC層は、最大100μm、好ましくは最大50μm、特に最大40μm、望ましくは最大30μmの厚みを有してもよい。
DLC表面は、非晶質、半結晶性又は結晶性、好ましくは非晶質であってもよい。DLC表面は、炭素及び/又は炭化物、好ましくは炭素を含んでもよい。
DLC表面は、炭素を40〜99重量%の範囲で、好ましくは炭素を50〜99重量%の範囲で、特に炭素を60〜99重量%の範囲で含んでもよい。
DLC表面はsp混成であってもよい。DLC表面は、少なくとも40%、好ましくは少なくとも50%、特に少なくとも60%、望ましくは少なくとも70%のsp混成であってよい。DLC表面は、最大95%のsp混成であってもよい。
DLC表面は、水素化DLC及び/又は非水素化DLCを含んでもよい。
好ましくは、DLC表面は水素化DLCを含む。好ましくは、DLC表面は、a−C:Hと呼ばれる水素化DLCを含む。好ましくは、DLCコーティングは、1〜60重量%の水素、特に1〜50重量%の水素、望ましくは1〜40重量%の水素を含む。
DLC表面は、非水素化DLC、例えばa−C(アモルファスカーボン)と呼ばれる非水素化DLC、及び/又はTa−C(四面体アモルファスカーボン)と呼ばれる非水素化DLCを含んでもよい。
DLC表面はドーパントを含んでもよい。ドーパントは、金属及び/又は半導体であってよい。ドーパントは、ケイ素、鉄、クロム、タングステン及びそれらの混合物から選択することができ、好ましくはクロム、タングステン及びそれらの混合物から選択することができる。DLC表面は、0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、特に0.5〜2重量%のドーパントを含んでもよい。
純粋なダイヤモンドコーティングと比較して、DLCコーティングは、一般にアモルファス材料であるため、一般に機械的及び熱的に耐性が低い。しかし、DLCコーティングは、大半の基材に低温で堆積することができる。
モリブデン含有化合物
モリブデン化合物は摩擦調整剤であってもよい。モリブデン化合物は、有機モリブデン化合物であってもよい。モリブデン化合物は、モリブデンジチオカルバメート(MoDTC)、モリブデンジチオホスフェート(MoDTP)、モリブデンジチオホスフィネート、モリブデンキサンテート、モリブデンチオキサンテート、モリブデンジスルフィド(MoS)などのモリブデンスルフィド、モリブデンジチオレート(Mo(TDT))、モリブデン/アミン錯体、モリブデン/硫黄錯体、及びそれらの混合物からなる群より選択することができる。
モリブデン化合物は、モリブデン酸などの酸性のモリブデン化合物であってもよい。モリブデン化合物は、モリブデン酸ナトリウム又はモリブデン酸カリウムなどのモリブデン酸アルカリ金属塩であってもよい。モリブデン化合物は、モリブデン酸アンモニウム又は酸化モリブデンなどのモリブデン塩であってもよい。
好ましくは、モリブデン化合物は、モリブデンジチオカルバメート(MoDTC)を含む。モリブデンジチオカルバメートの例として、C4−C18ジアルキル又はジアリールジチオカルバメート、又はアルキル−アリールジチオカルバメートが挙げられる。例えば、ジブチル−、ジアミル−、ジ−(2−エチル−ヘキシル)−、ジラウリル−、ジオレイル−及びジシクロヘキシル−ジチオカルバメート。
好適な有機モリブデン化合物の別のクラスは三核モリブデン化合物である。さらなる好適なモリブデン化合物は米国特許第6,723,685号に記載されており、参照により本明細書の一部とする。
モリブデン化合物は、潤滑配合物中に、約5ppm〜3000ppm、好ましくは約50〜2000ppm、特に約100〜1500ppmのモリブデンを提供する量で存在してもよい。
潤滑配合物は、少なくとも0.01重量%、好ましくは少なくとも0.05重量%、特に少なくとも0.1重量%、望ましくは少なくとも0.5重量%、特に少なくとも1重量%のモリブデン化合物を含んでもよい。潤滑配合物は、最大15重量%、好ましくは最大10重量%、特に最大8重量%、望ましくは最大5重量%のモリブデン化合物を含んでもよい。
有機ポリマー
有機ポリマーは、ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエーテルから選択される親水性ポリマーサブユニットとを含む。
有機ポリマーは摩擦低減添加剤であってもよい。有機ポリマーはコポリマーであってもよい。有機ポリマーは油溶性であってもよい。油溶性であるとは、有機ポリマーが、潤滑配合物中で意図する効果を発揮するのに十分な程度まで油中に溶解する又は安定に分散可能であることを意味する。
すべてのポリマーと同様に、有機ポリマーは、典型的には様々なサイズの分子の混合物を含む。有機ポリマーは、適切には1,000〜30,000ダルトン、好ましくは1,500〜25,000ダルトン、より好ましくは2,000〜20,000ダルトンの数平均分子量を有する。有機ポリマー及び/又はそのサブユニットの分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)によって測定することができる。GPC測定は直鎖状ポリスチレン標準に対して較正することができる。
親水性ポリマーサブユニットは、好ましくはポリアルキレングリコールを含む。疎水性のポリマーサブユニットは、好ましくは官能化ポリオレフィン、特に二酸基及び/又は無水物基を含むように官能化されたポリオレフィンを含む。
有機ポリマーは、以下の反応生成物であってよく、好ましくは以下の反応生成物のみであってよい。
a)ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される第1のポリマーサブユニット
b)ポリエーテルから選択される第2のポリマーサブユニット
c)任意に、ポリマーサブユニットを連結することが可能な骨格部位
d)任意に、連鎖停止基
第1のポリマーサブユニットは、疎水性ポリマーサブユニットであってよく、好ましくは、第2のポリマーサブユニットより疎水性であってよい。
第2のポリマーサブユニットは、親水性ポリマーサブユニットであってよく、好ましくは、第1のポリマーサブユニットより親水性であってよい。
好ましくは、骨格部位はポリオールである。
好ましくは、連鎖停止基は脂肪酸である。
第1の(疎水性)ポリマーサブユニットは、ポリエステル及び官能化ポリオレフィンから選択される。
ポリエステルは、ポリヒドロキシカルボン酸であってよく、好ましくはポリヒドロキシステアリン酸を含む。
官能化ポリオレフィンは、好ましくはエチレン、プロピレン、ブテン及びイソブテンなどの2〜6個の炭素原子を有するモノオレフィン、より好ましくはイソブテンのポリマーに由来し、ポリマーは15〜500個、好ましくは50〜200個の炭素原子の鎖を含む。好ましくは、官能化ポリオレフィンは官能化ポリイソブチレンである。
第2の(親水性)ポリマーサブユニットはポリエーテルから選択される。第2の(親水性)ポリマーサブユニットは、ポリアルキレングリコールを含んでもよい。ポリアルキレングリコールはポリエチレングリコール(PEG)であってよく、好ましくは(数平均)分子量が300〜5,000Da、より好ましくは400〜1,000Da、特に400〜800DaのPEGであってよい。あるいは、混合ポリ(エチレン−プロピレングリコール)又は混合ポリ(エチレン−ブチレングリコール)を使用してもよい。本発明で使用される例示的なポリエーテルは、PEG400、PEG600、PEG1000、PEG1500及びこれらの混合物から選択することができる。
第1のポリマーサブユニットは、直鎖状であっても分岐状であってもよい。第2のポリマーサブユニットは、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
有機ポリマーを形成する反応の過程で、第1及び第2のポリマーサブユニットの一部は、共に結合してブロックコポリマー単位を形成してもよい。存在する場合、有機ポリマー中のブロックコポリマー単位の数は、典型的には1〜20単位、好ましくは1〜15単位、より好ましくは1〜10単位、特に1〜7単位の範囲である。
第1の(疎水性)ポリマーサブユニット及び/又は第2の(親水性)ポリマーサブユニットは、それらが他のサブユニットと連結することを可能にする官能基を含んでもよい。例えば、第1のポリマーサブユニットは官能化されて、不飽和二塩基酸又は無水物、例えば無水マレイン酸との反応により二酸基/無水物基を有してもよい。二酸/無水物は、水酸基末端を有する第2のポリマーサブユニット、例えばポリアルキレングリコールとのエステル化により反応可能である。好ましくは、第1のポリマーサブユニットは、二酸基及び/又は無水物基、特に無水コハク酸基を含むように官能化されたポリオレフィンを含む。
さらなる例では、第1のポリマーサブユニットは、過酸、例えば過安息香酸又は過酢酸とのエポキシ化反応によって官能化されていてもよい。エポキシドは、その後、水酸基末端及び/又は酸末端を有する第2のポリマーサブユニットと反応可能である。
さらなる例では、水酸基を有する第2のポリマーサブユニットは、不飽和モノカルボン酸、例えばビニル酸、特にアクリル酸又はメタクリル酸とのエステル化によって誘導体化されてもよい。この誘導体化された第2のポリマーサブユニットは、その後、ポリオレフィンの第1のポリマーサブユニットとフリーラジカル共重合により反応可能である。
特に好ましい第1のポリマーサブユニットは、300〜5000Da、好ましくは500〜1500Da、特に800〜1200Daの範囲の分子量(数平均)を有するポリイソブチレン無水コハク酸(PIBSA)を形成するマレイン化によって官能化されたポリイソブチレンを含む。ポリイソブチレン無水コハク酸は、末端不飽和基を有するポリイソブテンと無水マレイン酸との付加反応によって製造される市販の化合物である。好ましくは、疎水性ポリマーサブユニットは、ポリイソブチレン無水コハク酸を含む。
第1及び第2のポリマーサブユニットは、有機ポリマー中で互いに直接結合していてもよく、及び/又はそれらは少なくとも1つの骨格部位によって一緒に結合していてもよい。好ましくは、それらは、少なくとも1つの骨格部位によって一緒に結合されている。骨格部位は、ポリオール及びポリカルボン酸から選択することができ、好ましくはポリオールである。好ましくは、有機ポリマーはポリオールをさらに含む。
ポリオールは、ジオール、トリオール、テトロール、及び/又はそのような化合物の関連するダイマー若しくはトリマー、又は鎖延長ポリマーであってよい。ポリオールは、グリセロール、ポリグリセロール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、スクロース、ソルビタン、ソルビトール及びそれらの混合物から選択することができる。好ましくは、ポリオールは、グリセロール、ポリグリセロール、トリメチロールプロパン、ソルビタン及びソルビトールから選択され、特にグリセロール、ポリグリセロール及びソルビトールから選択される。好ましい実施形態では、ポリオールはグリセロールである。
骨格部位はポリカルボン酸、例えばジカルボン酸又はトリカルボン酸であってよい。ジカルボン酸は、好ましいポリカルボン酸骨格部位、特に直鎖状ジカルボン酸である。特に好適なものは、2〜10個の炭素原子の鎖長を有する直鎖状ジカルボン酸である。好ましくは、ポリカルボン酸は、シュウ酸、マロン酸、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、セバシン酸及びそれらの混合物から選択され、特にアジピン酸、アゼライン酸及びセバシン酸並びにそれらの混合物から選択される。マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸も適している。特に好ましいポリカルボン酸骨格部位はアジピン酸である。
有機ポリマーを形成する反応生成物が反応性基(例えば、ポリアルキレングリコール中のOHと同様)で終わる場合、反応生成物の末端に連鎖停止基を付加することが望ましい又は有用である場合もある。例えば、ポリアルキレングリコールの露出した水酸基へのエステル結合を介したカルボン酸の付加。連鎖停止基は、好ましくは脂肪カルボン酸(脂肪酸)である。好適な脂肪酸は、C12〜C22脂肪酸を含む。脂肪酸は、直鎖状飽和、分岐状飽和、直鎖状不飽和又は分岐状不飽和であってもよい。連鎖停止基は、ラウリン酸、エルカ酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸及びリノール酸から選択することができ、好ましくはパルミチン酸、オレイン酸及びリノール酸から選択することができる。特に好ましい連鎖停止基は、主としてオレイン酸であるトール油の誘導体である、トール油脂肪酸(TOFA)である。
好ましい実施形態では、有機ポリマーは、ポリイソブチレンコハク酸無水物、ポリアルキレングリコール(好ましくはPEG)、ポリオール(好ましくはグリセロール)及びジカルボン酸(好ましくはアジピン酸、アゼライン酸又はセバシン酸)の反応生成物である。
潤滑配合物は、少なくとも0.01重量%、好ましくは少なくとも0.05重量%、特に少なくとも0.1重量%、望ましくは少なくとも0.5重量%、特に少なくとも1重量%の有機ポリマーを含んでもよい。潤滑配合物は、最大20重量%、好ましくは最大15重量%、特に最大10重量%、望ましくは最大8重量%、とりわけ最大5重量%の有機ポリマーを含んでもよい。
潤滑配合物
潤滑配合物は、
i)ベースストック;
ii)モリブデン化合物;
iii)有機ポリマー;及び
iv)任意に、他の添加剤
を含む。
潤滑配合物は、エンジン油、タービン油、ギヤ油、作動油、ポンプ油、トランスミッション油、船舶用油、及び圧縮機油から選択することができ、好ましくは、エンジンオイル、トランスミッション油、ギヤ油、及び船舶用油から選択することができる。潤滑配合物は、エンジンオイル、好ましくは自動車用エンジンオイルであってもよい。自動車エンジンオイルは、ガソリン、ディーゼル、及び大型車両用ディーゼル(HDDEO)エンジンオイルを含む。
潤滑配合物中のモリブデン化合物と有機ポリマーの重量比は、10:1〜1:10、好ましくは8:1〜1:8、特に4:1〜1:4、望ましくは3:1〜1:3、とりわけ2:1〜1:2であってよい。
潤滑配合物中のモリブデン化合物と(有機ポリマーを含まない)他の添加剤の重量比は、4:1〜1:20、好ましくは2:1〜1:10、特に1:1〜1:10であってよい。
潤滑配合物中の有機ポリマーと(モリブデン化合物を含まない)他の添加剤の重量比は、4:1〜1:20、好ましくは2:1〜1:10、特に1:1〜1:10であってよい。
潤滑配合物は、少なくとも60重量%、好ましくは少なくとも70重量%、特に少なくとも80重量%のベースストックを含んでもよい。潤滑配合物は、最大95重量%のベースストック、好ましくは最大90重量%のベースストックを含んでもよい。潤滑配合物は、残部のベースストックを含んでもよい(例えば、ベースストックは、モリブデン化合物、有機ポリマー及び任意の他の添加剤が含まれた後、配合物を100重量%にする。)。
潤滑配合物は好ましくは非水性である。しかし、潤滑配合物の成分は少量の残留水分(例えば湿気)を含有してもよい。潤滑配合物は、合計で5重量%未満の水、好ましくは2重量%未満の水、特に1重量%未満の水、望ましくは0.5重量%未満の水を含んでもよい。
潤滑剤ベースストック(基油としても知られる)の選択は、酸化及び熱安定性、揮発性、低温流動性、添加剤や汚染物質及び分解生成物の溶解力、並びに粘度などの潤滑剤特性に影響しうる。米国石油協会(API)は現在、5つのグループの潤滑剤ベースストックを定義している(API出版1509)。
グループI、II及びIIIは、含有する飽和物及び硫黄の量及びそれらの粘度指数によって分類される鉱油である。下記の表1は、グループI、II及びIIIのこれらのAPI分類を示す。
Figure 0006898348
グループIのベースストックは、製造するのに最も安価なベースストックである溶剤精製鉱油であり、現在ベースストック販売の大半を占めている。これらは、十分な酸化安定性、揮発性、低温性能及び牽引特性を提供し、添加剤及び汚染物質に対して非常に良好な溶解力を有する。グループIIのベースストックは、主に水素処理された鉱油であり、グループIのベースストックと比較して、典型的には改善された揮発性及び酸化安定性を提供する。グループIIIのベースストック(グループIII+のガス・トゥー・リキッドを含む)は、大幅に水素化処理された鉱油であるか、又はワックス若しくはパラフィンの異性化によって製造することができる。これらは、グループI及びIIのベースストックよりも優れた酸化安定性及び揮発性を有するが、市販の粘度範囲が限られていることが知られている。
グループIVのベースストックは、それらが合成ベースストック、例えばポリアルファオレフィン(PAO)である点でグループI〜IIIと異なる。PAOは良好な酸化安定性、揮発性及び低い流動点を有する。短所として、極性添加剤、例えば耐摩耗添加剤の溶解度が中程度であることが挙げられる。
グループVのベースストックは、他のグループに含まれていないすべてのベースストックである。例えば、アルキルナフタレン、アルキル芳香族化合物、植物油、エステル(ポリオールエステル、ジエステル及びモノエステルを含む)、ポリカーボネート、シリコーン油、及びポリアルキレングリコールが挙げられる。
好ましくは、ベースストックは、APIグループI、II、III、IV、Vベースストック又はそれらの混合物からなる群より選択される。ベースストックがグループIVのポリアルファオレフィン(PAO)を含む場合、ベースストックはまた、グループI、II又はIIIの鉱油又はグループVのエステルを含んでもよい。ベースストックは、グループIVとグループVのベースストックの混合物、又はグループIVとグループI、II又はIIIのベースストックの混合物であってもよい。好ましくは、ベースストックは、その主成分として、グループII、グループIII、又はグループIVのベースストックの1つ、特にグループIIIを有する。主成分とは、ベースストックの少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも65重量%、より好ましくは少なくとも75重量%、特に少なくとも85重量%を意味する。
ベースストックはまた、少量成分として、好ましくは30重量%未満、より好ましくは20重量%未満、特に10%未満の、ベースストックの主成分として使用されていないグループIII+、IV及び/又はグループVのベースストックのいずれか又は混合物を含んでもよい。そのようなグループVのベースストックの例として、アルキルナフタレン、アルキル芳香族化合物、植物油、エステル、例えばモノエステル、ジエステル及びポリオールエステル、ポリカーボネート、シリコーン油、及びポリアルキレングリコールが挙げられる。2種以上のグループVのベースストックが存在してもよい。好ましいグループVのベースストックは、エステル、特にポリオールエステルである。
目的とする用途に潤滑配合物を適合させるために、潤滑配合物は、以下の他の1又は複数の添加剤を含んでもよい。
1.分散剤:例えば、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、他の有機化合物で変性されたアルケニルコハク酸イミド、エチレンカーボネート又はホウ酸による後処理によって変性されたアルケニルスクシンイミド、ペンタエリスリトール、フェネートサリシレート及びそれらの後処理類似体、アルカリ金属若しくは混合アルカリ金属、アルカリ土類金属のホウ酸塩、水和アルカリ金属ホウ酸塩の分散液、アルカリ土類金属ホウ酸塩の分散液、ポリアミド無灰分散液など、又はそのような分散剤の混合物。
2.酸化防止剤:使用中に鉱油が劣化する傾向を減少させる添加剤であり、劣化は金属表面上のスラッジ及びワニス状の堆積物などの酸化生成物及び粘度上昇によって証明される。酸化防止剤の例として、4,4’−メチレン−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、4,4’−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、4,4’−ビス(2−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4’−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4’−イソプロピリデン−ビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−ノニルフェノール)、2,2’−イソブチリデン−ビス(4,6−ジメチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス(4−メチル−6−シクロヘキシルフェノール)、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2,4−ジメチル−6−tert−ブチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−ジメチルアミノ−p−クレゾール、2,6−ジ−tert−4−(N,N’−ジメチルアミノ−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(2−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、ビス(3−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルベンジル)−スルフィド、及びビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)などのフェノール型(フェノール性)酸化防止剤が挙げられる。他のタイプの酸化防止剤として、アルキル化ジフェニルアミン(例えば、イルガノックス L−57、元チバガイギー)、金属ジチオカルバメート(例えば、亜鉛ジチオカルバメート)、及びメチレンビス(ジブチルジチオカルバメート)が挙げられる。
3.耐摩耗剤:その名前が示すようにこれらの剤は可動金属部品の摩耗を低減する。このような剤の例として、ホスフェート、ホスファイト、カルバメート、エステル、硫黄含有化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
4.乳化剤:例えば、Dow Chemical Companyから入手可能なTERGITOL(登録商標)15−S−3などの、直鎖状アルコールエトキシレート。
5.乳化破壊剤:例えば、アルキルフェノール及びエチレンオキシドの付加生成物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、及びポリオキシエチレンソルビタンエステル。
6.極圧剤(EP剤):例えば、第1級アルキル、第2級アルキル及びアリール型ZDDPのようなジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZDDP)、硫化油、ジフェニルスルフィド、トリクロロステアリン酸メチル、塩素化ナフタレン、フルオロアルキルポリシロキサン、及びナフテン酸鉛など。好ましいEP剤はZDDPである。
7.粘度指数向上剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー、エチレン−プロピレンコポリマー、スチレン−イソプレンコポリマー、水素化スチレン−イソプレンコポリマー、ポリイソブチレン、及び分散剤型粘度指数向上剤。
8.流動点降下剤:例えば、ポリメタクリレートポリマー。
9.発泡防止剤:例えば、アルキルメタクリレートポリマー及びジメチルシリコーンポリマー。
潤滑配合物は、少なくとも1重量%、好ましくは少なくとも2重量%、特に少なくとも4重量%、望ましくは少なくとも8重量%、とりわけ少なくとも10重量%の他の添加剤を含んでもよい。潤滑配合物は、最大20重量%、好ましくは最大15重量%、特に最大10重量%の他の添加剤を含んでもよい。
摩擦低減
好ましくは、潤滑配合物は、モリブデン化合物を含まず有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、潤滑システム内の摩擦を低減する。摩擦はMTM(本明細書に記載)によって測定することができる。摩擦は80℃で測定することができる。摩擦は、0.01m/秒〜0.1m/秒で測定することができる。潤滑配合物は、モリブデン化合物を含まず有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、潤滑システム内の動摩擦係数を少なくとも1%、好ましくは少なくとも5%減少させることができる。
潤滑配合物は、モリブデン化合物を含むが有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、潤滑システム内の動摩擦係数を減少させることができる。動摩擦係数は0.1m/秒で測定することができる。
摩耗低減
潤滑配合物は、潤滑システム内の部品の表面の摩耗(摩耗速度)を低減することができる。摩耗はMTM(本明細書に記載)によって測定することができる。好ましくは、表面はDLC表面である。表面は、金属表面、好ましくは鋼表面であってよい。潤滑配合物は、DLC及び/又は金属表面の摩耗を低減することができる。
潤滑配合物は、モリブデン化合物を含まず有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、潤滑システム内の部品の表面の摩耗(摩耗速度)を低減することができる。潤滑配合物は、モリブデン化合物を含まず有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、表面の摩耗を少なくとも10%、好ましくは少なくとも30%、特に少なくとも50%、望ましくは少なくとも70%低減することができる。好ましくは、表面はDLC表面である。
潤滑配合物は、モリブデン化合物を含むが有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、摩耗のより大きな低減を提供することができる。潤滑配合物は、モリブデン化合物を含むが有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、表面の磨耗を少なくとも10%、好ましくは少なくとも30%、特に少なくとも50%、望ましくは少なくとも70%、とりわけ少なくとも90%低減することができる。好ましくは、表面はDLC表面である。
開示された特徴のいずれか若しくは全て、及び/又は説明された方法若しくは処理のステップのいずれか又は全てを、本発明のあらゆる態様で使用することができる。
本発明は、以下の非限定的な実施例によって例示される。
本明細書に記載された全ての試験手順及び物理的パラメータは、特に断らない限り、又は参照された試験方法及び手順に別段の記載がない限り、大気圧及び室温(すなわち、約20℃)で測定されたことが理解される。特に断らない限り、全ての部及びパーセントは重量で示す。
試験方法
本明細書では、以下の試験方法が使用された。
(i)ディスク摩擦計上のミニトラクションマシン(MTM)ボールを用いて摩擦及び摩耗を試験した。MTMは、英国ロンドンのPCS Instrumentsから供給された。この機械は、速度、荷重、温度などのいくつかの特性を変化させながら、ボール・オン・ディスク構成を使用して所与の潤滑配合物の動摩擦係数を測定する方法を提供する。MTMと以下の条件を使用した。
50mLの潤滑配合物サンプル
80℃の試験温度
純粋な摺動摩擦レジーム
0.01メートル/秒〜0.1メートル/秒の引きずり速度
1.01GPa接触圧力
120分の持続時間
MTMのDLCボールは、PCS Instrumentsによって供給されたa−C:HDLC材料(sp3 〜50%、H 〜40%)で被覆された鋼(1600HV)であった。
MTMのディスクはAISI 52100鋼(760HV)でした。
MTMの鋼球は、AISI 52100鋼(760HV)であった。
(ii)動摩擦係数は初期及び120分後にMTMを用いて測定した。
(iii)摩耗を、ボール及びディスクの上の摩耗痕の幅及び深さを測定するBruker Contour−GT非接触型3D光学プロファイラを用いて測定し、摩耗体積を計算した。摩耗は摩擦試験を120分間行った後に測定した。
(iv)酸価は、試料1g中の遊離酸を中和するのに必要な水酸化カリウムのmg数として定義され、標準水酸化カリウム溶液による直接滴定によって測定された。
(v)水酸基価は、試料1gの水酸基含量に相当する水酸化カリウムのmg数として定義され、アセチル化とそれに続く過剰の無水酢酸の加水分解によって測定された。続いて生成した酢酸をエタノール性水酸化カリウム溶液で滴定した。
(vi)鹸化(又はSAP)値は、1gの試料の完全鹸化に必要な水酸化カリウムのmg数として定義され、標準水酸化カリウム溶液による鹸化によって測定され、続いて標準硫酸酸性溶液で滴定した。
(vii)粘度は、試料の粘度に応じて適切なスピンドル(LV1、LV2、LV3、又はLV4)を使用してブルックフィールドLVT粘度計で0.1Hz(6rpm)で測定した。
例1−添加剤A
有機ポリマーである添加剤Aを以下のように調製した。
添加剤Aの第1のポリマーサブユニットは、平均分子量1000amuのポリイソブチレンに由来する市販のマレイン化ポリイソブチレンであり、約78%のマレイン化度及び85mgKOH/gの鹸化値を有する。
添加剤Aの第2のポリマーサブユニットは、190mgKOH/gの水酸基価を有する市販のポリ(エチレンオキシド)PEG600である。
マレイン化ポリイソブチレン(113.7g)及びグリセロール(5.5g)を、メカニカルスターラー、イソマントルヒーター及びオーバーヘッドコンデンサを備えたガラス製丸底フラスコに入れ、窒素雰囲気下100〜130℃で4時間反応させた。PEG600(71.8g)及びエステル化触媒であるテトラブチルチタネート(0.4g)を添加し、反応を200〜220℃で水を除去しながら減圧して酸価が6mgKOH/g未満になるまで継続した。アジピン酸(8.8g)を添加し、反応を同じ条件で酸価が5mgKOH/g未満になるまで継続した。
最終生成物のポリエステル添加剤Aは、100℃での粘度が約3500cP(mPa・s)である暗褐色の液体であった。
例2−添加剤B
有機ポリマーである添加剤Bを以下のように調製した。
第1のポリマーサブユニットは、平均分子量950amuのポリイソブチレンに由来する市販のマレイン化ポリイソブチレンであり、約98mgKOH/gの鹸化価を有する。
第2のポリマーサブユニットは、190mgKOH/gの水酸基価を有する市販のポリ(エチレンオキシド)PEG600である。
マレイン化ポリイソブチレン(110g)、PEG600(72g)、グリセロール(5g)及びトール油脂肪酸(25g)を、メカニカルスターラー、イソマントルヒーター及びオーバーヘッドコンデンサを備えたガラス製丸底フラスコに入れ、エステル化触媒であるテトラブチルチタネート(0.1g)を用い、200〜220℃で水を除去しながら最終酸価が10mgのKOH/g未満になるまで反応させた。
最終生成物のポリエステル添加剤Bは、暗褐色の粘性液体であった。
例3−添加剤C
有機ポリマーである添加剤Cを以下のように調製した。
第1のポリマーサブユニットは、平均分子量1000amuのポリイソブチレンに由来する市販のマレイン化ポリイソブチレンであり、約95mgKOH/gの鹸化値を有する。
第2のポリマーサブユニットは、190mgのKOH/gの水酸基価を有する市販のポリ(エチレンオキシド)PEG600である。
マレイン化ポリイソブチレン(100g)、PEG600(70g)、及びトール油脂肪酸(25g)を、メカニカルスターラー、イソマントルヒーター、オーバーヘッドコンデンサ及びディーンスターク分離器を備えたガラス製丸底フラスコに入れ、同伴溶媒であるキシレン(25g)を用いて還流下で水を除去しながら最終酸価が約10mgKOH/g未満になるまで反応させた。反応の終わりに、残留キシレンを減圧下でストリップして、褐色の粘稠な液体として生成物のポリエステル添加剤Cを得た。
例4
潤滑配合物試料1〜4を調製した。試料1〜4の組成を表2に示す。
Figure 0006898348
例5
MTMを、本明細書に記載の設定(試験方法)で使用して、種々の条件下で例4の試料1〜4により潤滑したときの鋼製ディスク及びDLC被覆ボールの摩擦及び摩耗を調べた。摩擦の結果を表3に示す。摩擦分析が行われた後に測定された摩耗の結果を表4に示す。
Figure 0006898348
摩擦
表3から分かるように、0.01m/秒では、試料1と比較して22%の最大初期摩擦の低減が試料4により提供された。0.1m/秒では、試料1と比較して6%の最大初期摩擦の低減が試料4により提供された。0.1m/秒では、試料1と比較して18%の最大最終摩擦の低減が試料4により提供された。
0.5重量%のMoDTCと0.5重量%の添加剤Aとの組み合わせを含む本発明の試料4が、表2で試験した全ての条件下で試料1と比較して摩擦が低減された唯一の試料であった。すなわち、試料4について摩擦の増加はなかった。
したがって、試料4における0.5重量%のMoDTCと0.5重量%の添加剤Aとの組み合わせは、比較試料1〜3と比較したときに、摩擦低減の点で有利であることが分かる。
Figure 0006898348
摩耗
表4の結果は、表3の摩擦分析を行った後に測定した。すなわち、摩耗は120分の接触後に測定された。
表4から分かるように、モリブデン化合物を含み添加剤Aを含まない比較試料2は、ボール及びディスクの両方の摩耗を大幅に増大させる。理論に束縛されないが、モリブデン化合物の存在は、DLC表面を「軟化」させるように作用し、DLC表面に不均一な摩耗を引き起こしうると考えられる。DLC表面は鋼表面よりも依然として硬いので、DLC表面上のこの摩耗もまた、より軟らかい鋼表面に大きな摩耗を引き起こすようである。潤滑配合物への有機ポリマー添加剤Aの添加は、DLC表面上のモリブデン化合物のこの効果を阻害するようである。このことは、DLCボールの摩耗を81%(788μm)低減し、鋼製ディスクの摩耗を89%(1389μm)低減する、本発明の試料4から理解することができる。
したがって、試料4における0.5重量%のMoDTCと0.5重量%の添加剤Aとの組み合わせは、比較試料2と比較したときに、摩耗低減の点で有利であることが分かる。
例6
表4の磨耗結果と比較して、鋼球及び鋼製ディスクを同じ条件下で摩耗について試験した。結果を表5に示す。
Figure 0006898348
表5から、モリブデン化合物を含む試料2は、表4の鋼−DLCシステムと比較したときに、鋼−鋼システムにおいて摩耗が生じるのと同じ効果を有さないことが分かる。
本発明は、単なる例示として記載されている上記の実施形態の詳細に限定されるものではないことを理解されたい。多くの変形が可能である。

Claims (8)

  1. 潤滑システムであって、
    a)ダイヤモンドライクカーボン(DLC)表面である第1表面を有する部品、
    b)第2表面を有する部品、及び
    c)前記第1表面と前記第2表面の間に介在する潤滑配合物
    を含み、前記潤滑配合物は、
    i)ベースストック;
    ii)前記潤滑配合物の0.05〜10重量%の、モリブデンジチオカルバメート(MoDTC)を含むモリブデン化合物;
    iii)前記潤滑配合物の0.05〜10重量%の、官能化されて二酸基及び/又は無水物基を含むポリイソブチレンを含む疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエチレングリコールを含む親水性ポリマーサブユニットとを含む有機ポリマー;及び
    iv)任意に、他の添加剤
    を含み、前記潤滑配合物は、前記モリブデン化合物を含まずかつ前記有機ポリマーを含まない同等の潤滑配合物と比較したときに、前記潤滑システムの動作中の第1表面及び/又は第2表面の摩耗を少なくとも50%低減し、かつ摩擦を少なくとも5%低減する、潤滑システム。
  2. 前記第2表面が金属表面である、請求項1に記載の潤滑システム。
  3. 前記潤滑システムが自動車のエンジンである、請求項1又は2に記載の潤滑システム。
  4. 前記疎水性ポリマーサブユニットがポリイソブチレン無水コハク酸を含む、請求項に記載の潤滑システム。
  5. 前記有機ポリマーが、親水性ポリマーサブユニットと疎水性ポリマーサブユニットを結合する、ポリオール由来の骨格部位をさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の潤滑システム。
  6. 前記ポリオールが、グリセロール、ポリグリセロール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、スクロース、ソルビタン、ソルビトール、及びそれらの混合物から選択される、請求項に記載の潤滑システム。
  7. 前記有機ポリマーが摩擦低減添加剤である、請求項1〜のいずれか一項に記載の潤滑システム。
  8. 潤滑システムの動作中の潤滑システムにおける摩耗を少なくとも50%及び摩擦を少なくとも5%低減する方法であって、前記潤滑システムは、DLC表面を有する部品を含み、前記方法は、
    a.前記DLC表面と接触する潤滑配合物を提供する工程;
    b.前記潤滑配合物の0.05〜10重量%の、モリブデンジチオカルバメート(MoDTC)を含むモリブデン化合物を前記潤滑配合物中に提供して、前記潤滑システムにおける摩擦を低減する工程;及び
    c.前記潤滑配合物の0.05〜10重量%の、官能化されて二酸基及び/又は無水物基を含むポリイソブチレンを含む疎水性ポリマーサブユニットと、ポリエチレングリコールを含む親水性ポリマーサブユニットとを含む有機ポリマーを前記潤滑配合物中に提供して、前記潤滑システムの動作中に前記DLC表面の摩擦及び摩耗速度を低減する工程
    を含む、方法。
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