JP7099659B1 - 消泡剤、消泡剤を含む潤滑油組成物及び潤滑油組成物を用いた機械 - Google Patents
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Abstract
Description
尚、本願明細書において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの一方又は両方をいう。
本発明の消泡剤は、ウレタン結合(-NH-C(=O)-O-)と、フッ素含有官能基及び/又はシリコーン鎖含有官能基とを有する重合性単量体(1)を重合成分とする重合体である。
ここで「重合成分」とは、重合体を構成する成分という意味であり、重合体を構成しない溶媒や重合開始剤等は含まれない。
前記一般式(PFPE)中に、Xとしてパーフルオロメチレン基及びパーフルオロエチレン基の両方が存在するとさらに好ましい。前記パーフルオロメチレン基(X-1)とパーフルオロエチレン基(X-2)とが共存する場合、その存在比(X-1/X-2)(個数の比)は1/10~10/1が好ましく、3/10~10/3がより好ましい。
Rの炭素原子数1~18のアルキル基は、好ましくは炭素原子数1~6のアルキル基であり、より好ましくはメチル基である。
R1は、水素原子又はメチル基であり、
L1は2価の有機基又は単結合であり、
L2は2価若しくは3価の有機基又は単結合であり、
L3は2価の有機基又は単結合であり、
Uはウレタン結合であり、
R2はフッ素含有官能基又はシリコーン鎖含有官能基であり、
R3は2価のフッ素含有官能基又は2価のシリコーン鎖含有官能基である。
xは1又は2の整数である。)
L1の炭素原子数1~50のアルキレンオキシ基は、好ましくは炭素原子数1~15のアルキレンオキシ基であり、より好ましくは炭素原子数1~8のアルキレンオキシ基であり、さらに好ましくはメチレンオキシ基、エチレンオキシ基、プロピレンオキシ基、オキシトリメチレン基、ブチレンオキシ基、オキシテトラメチレン基、ペンチレンオキシ基、ヘプチレンオキシ基、オクチレンオキシ基、ジメチレンオキシ基、ジエチレンオキシ基又はジプロピレンオキシ基である。
炭素原子数1~50のアルキレン基及び炭素原子数1~50のアルキレンオキシ基の具体例等は、上記と同じである。
R11は、炭素原子数1~6のアルキル基又は-OSi(R16)3で表される基(R16はそれぞれ独立に炭素原子数1~3のアルキル基)であり、
R12は、炭素原子数1~6のアルキル基又は-OSi(R17)3で表される基(R17はそれぞれ独立に炭素原子数1~3のアルキル基)であり、
R13は、炭素原子数1~6のアルキル基であり、
R14は、炭素原子数1~6のアルキル基であり、
R15は、炭素原子数1~6のアルキル基であり、
nは0以上の整数である。)
例えば末端にイソシアネート基を有する(メタ)アクリレート化合物と、一方又は両方の末端に水酸基を有し、フッ素含有官能基及び/又はシリコーン鎖含有官能基を有する化合物とを反応させることで重合性単量体(1)を製造することができる。
重合性単量体(1)の含有割合の上限については特に限定されないが、重合体の全量に対して例えば95質量%以下であり、90質量%以下、80質量%以下、75質量%以下の順に好ましい。
重合性単量体(1)の含有割合は、本発明の重合体の質量を基準にした値(重合性単量体(1)の重量/重合体の重量)であり、本発明の重合体を製造する際の重合性単量体(1)の原料仕込み比により調整できる。
本発明の重合体は、潤滑油組成物の消泡剤として好適に使用されるので、重合性単量体(1)に由来する構造以外の部分として、潤滑油組成物の潤滑油基油及び消泡剤以外の潤滑油用添加剤に対して相溶性を示す構造を有すると好ましい。
炭素原子数1~30のアルキル基、炭素原子数6~20の芳香族基及びポリオキシアルキレン鎖を含む基はいずれも潤滑油基油又は消泡剤以外の潤滑油用添加剤に対して高い相溶性を示すことができる。
重合性単量体(2)が有する炭素原子数1~30のアルキル基は、好ましくは炭素原子数1~25のアルキル基であり、より好ましくは炭素原子数3~14の環状アルキル基である。
尚、上記「ポリ(エチレングリコール・プロピレングリコール)」は、エチレングリコールとプロピレングリコールとのランダム共重合物を意味し、「ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコール」は、エチレングリコールとプロピレングリコールとのブロック共重合物を意味する。
これら化合物は、本発明の重合体を潤滑油組成物の消泡剤として使用する場合に、潤滑油組成物の潤滑油基油又は消泡剤以外の潤滑油用添加剤に対して相溶性を示すことができる。
R21は水素原子又はメチル基であり、
R22は炭素原子数1~30のアルキル基又はフェニル基であり、
R23は水素原子又はメチル基であり、
R24は水素原子、炭素原子数1~30のアルキル基又はフェニル基であり、
nは1~4の範囲の整数であり、
mは1~4の範囲の整数であり、
p及びqはそれぞれ独立に0~200の範囲の整数であり、p+q≧1を満たす。)
また、重合性単量体(2)は、市販品を用いてもよい。例えばポリオキシアルキレン鎖を含む基を有し、重合性不飽和基が(メタ)アクリロイル基である重合性単量体(2)の市販品として、新中村化学工業株式会社製の「NKエステルM-20G」、「NKエステルM-40G」、「NKエステルM-90G」、「NKエステルM-130G」、「NKエステルM-230G」、「NKエステルAM-90G」、「NKエステルAMP-10G」、「NKエステルAMP-20G」、「NKエステルAMP-60G」、日油株式会社製の「ブレンマーPE-90」、「ブレンマーPE-200」、「ブレンマーPE-350」、「ブレンマーPME-100」、「ブレンマーPME-200」、「ブレンマーPME-400」、「ブレンマーPME-4000」、「ブレンマーPP-1000」、「ブレンマーPP-500」、「ブレンマーPP-800」、「ブレンマー70PEP-350B」、「ブレンマー55PET-800」、「ブレンマー50POEP-800B」、「ブレンマー10PPB-500B」、「ブレンマーNKH-5050」、「ブレンマーAP-400」、「ブレンマーAE-350」、株式会社ダイセル製のプラクセルFシリーズ等が挙げられる。
本発明の重合体は、好ましくは重合成分が重合性単量体(1)及び任意の重合性単量体(2)から実質的になる重合体であり、より好ましくは重合成分が重合性単量体(1)と任意の重合性単量体(2)のみからなる重合体である。ここで「実質的になる」とは、重合成分における重合性単量体(1)と任意の重合性単量体(2)の合計の含有割合が、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、又は99質量%以上である場合をいう。
本発明の重合体の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~200,000の範囲であり、より好ましくは1,500~150,000の範囲であり、さらに好ましくは2,000~100,000の範囲であり、特に好ましくは3,000~50,000の範囲である。
本発明の重合体の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)の値は、実施例に記載の方法により測定する。
本発明の重合体の製造方法は特に限定されず、公知の方法により製造することができる。
本発明の重合体は、ラジカル重合法、カチオン重合法、アニオン重合法等の重合機構に基づき、溶液重合法、塊状重合法、エマルジョン重合法等により製造できる。例えばラジカル重合法であれば、有機溶媒中に重合性単量体混合物を仕込み、汎用のラジカル重合開始剤を添加することで、本発明の重合体を製造できる。
必要に応じて、ラウリルメルカプタン、2-メルカプトエタノール、エチルチオグリコール酸、オクチルチオグリコール酸等の連鎖移動剤や、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のカップリング基を有するチオール化合物を連鎖移動剤等の添加剤として用いてもよい。
これら溶剤は、1種単独で用いることも2種以上併用することもできる。
炭素原子数1~6の2-ハロゲン化カルボン酸の炭素原子数1~6のアルキルエステルのより具体的な例としては、例えば、2-クロロプロピオン酸メチル、2-クロロプロピオン酸エチル、2-ブロモプロピオン酸メチル、2-ブロモイソ酪酸エチル等が挙げられる。
Mn+Xnで表される遷移金属化合物の遷移金属Mn+としては、Cu+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Ru2+、Ru3+、Cr2+、Cr3+、Mo0、Mo+、Mo2+、Mo3+、W2+、W3+、Rh3+、Rh4+、Co+、Co2+、Re2+、Re3+、Ni0、Ni+、Mn3+、Mn4+、V2+、V3+、Zn+、Zn2+、Au+、Au2+、Ag+及びAg2+からなる群から選択することができる。
Mn+Xnで表される遷移金属化合物のXは、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルコキシル基、(SO4)1/2、(PO4)1/3、(HPO4)1/2、(H2PO4)、トリフラート、ヘキサフルオロホスフェート、メタンスルホネート、アリールスルホネート(好ましくはベンゼンスルホネート又はトルエンスルホネート)、SeR11、CN及びR12COOからなる群から選択することができる。ここで、R11は、アリール基、直鎖状又は分岐状の炭素原子数1~20(好ましくは炭素原子数1~10)のアルキル基を表し、R12は、水素原子、ハロゲンで1~5回(好適にはフッ素もしくは塩素で1~3回)置換されていてもよい直鎖状又は分岐状の炭素原子数1~6のアルキル基(好ましくはメチル基)を表す。
Mn+Xnで表される遷移金属化合物のnは、金属上の形式電荷を表し、0~7の整数である。
リビングラジカル重合で使用する溶媒としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒;ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒などが挙げられる。
上記溶媒は、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
本発明の消泡剤は、潤滑油組成物の消泡剤として好適に用いることができ、本発明の潤滑油組成物は本発明の消泡剤を含有する。
本発明の消泡剤は、高い消泡性能を有し、例えば自動車の緩衝器、変速機、パワーステアリング等の駆動系機器用の潤滑油組成物に制限無く用いることができる。
また、鉱油系ワックスやフィッシャー・トロプシュ法等により製造されるワックス(GTLワックス)を異性化することによって製造される鉱油等も挙げられる。
潤滑油基油の100℃における動粘度が上記範囲にあることで、蒸発損失が少なく、粘性抵抗による動力損失があまり大きくないため、燃費改善効果が得られやすくなる。
潤滑油基油は、パラフィン分が上記範囲にあることで酸化安定性等が良好になる。
その他添加剤としては、無灰清浄剤、無灰系摩擦調整剤、耐摩耗剤、極圧剤、粘度指数向上剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、防錆剤等の添加剤を含有してもよい。これらの添加剤は、1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。
その他添加剤の合計含有量は、潤滑油組成物全量基準で、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
尚、本発明は下記実施例に限定されない。
GPCの測定条件は以下の通りである。
測定装置:東ソー株式会社製高速GPC装置「HLC-8320GPC」
カラム:東ソー株式会社製「TSK GUARDCOLUMN SuperHZ-L」+東ソー株式会社製「TSK gel SuperHZM-N」+東ソー株式会社製「TSK gel SuperHZM-N」+東ソー株式会社製「TSK gel SuperHZM-N」+東ソー株式会社製「TSK gel SuperHZM-N」
検出器:RI(示差屈折計)
データ処理:東ソー株式会社製「EcoSEC Data Analysis バージョン1.07」
カラム温度:40℃
展開溶媒:テトラヒドロフラン
流速:0.35mL/分
測定試料:試料7.5mgを10mlのテトラヒドロフランに溶解し、得られた溶液をマイクロフィルターでろ過したものを測定試料とした。
試料注入量:20μL
標準試料:前記「HLC-8320GPC」の測定マニュアルに準拠して、分子量が既知の下記の単分散ポリスチレンを用いた。
東ソー株式会社製「A-300」
東ソー株式会社製「A-500」
東ソー株式会社製「A-1000」
東ソー株式会社製「A-2500」
東ソー株式会社製「A-5000」
東ソー株式会社製「F-1」
東ソー株式会社製「F-2」
東ソー株式会社製「F-4」
東ソー株式会社製「F-10」
東ソー株式会社製「F-20」
東ソー株式会社製「F-40」
東ソー株式会社製「F-80」
東ソー株式会社製「F-128」
東ソー株式会社製「F-288」
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、2-(パーフルオロヘキシル)エタノール100質量部、溶剤として1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン100質量部、触媒としてオクチル酸第一錫0.03質量部を仕込んだ。次いで、空気気流下にて攪拌を開始し、フラスコ内温度を75℃に昇温させ、2-イソシアナトエチルメタクリレート42.2質量部を40分かけて滴下し、滴下終了後、80℃まで昇温して1時間攪拌させることにより反応を行った。
得られた反応物について、IRスペクトル測定を行った結果、イソシアネート基の吸収ピークの消失が確認された。これにより下記一般式(I)で表されるウレタン結合とフッ素含有官能基とを有する重合性単量体(I)を得た。
2-(パーフルオロヘキシル)エタノールの代わりに下記式(A)で表されるフッ素化合物を用いた他は合成例1と同様にして、下記一般式(II)で表されるウレタン結合とフッ素含有官能基とを有する重合性単量体(II)を合成した。
2-(パーフルオロヘキシル)エタノールの代わりに2-(パーフルオロブチル)エタノールを用いた他は合成例1と同様にして、下記一般式(III)で表されるウレタン結合とフッ素含有官能基とを有する重合性単量体(III)を合成した。
2-(パーフルオロヘキシル)エタノールの代わりに下記式(B)で表されるシリコーン化合物を用いた他は合成例1と同様にして、下記一般式(IV)で表されるウレタン結合とシリコーン含有官能基とを有する重合性単量体(IV)を合成した。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として酢酸n-ブチル100質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら110℃に昇温した。次いで、1,3-ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン54.3質量部に溶解した合成例1の重合性単量体(I)56.5質量部と、酢酸n-ブチル210質量部に溶解したメトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約23)33.5質量部および、ジシクロペンタニルアクリレ-ト10質量部と、ラジカル重合開始剤としてt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート15質量部を酢酸n-ブチル35質量部に溶解した重合開始剤溶液との3種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を110℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で5時間攪拌することによって、ウレタン結合とフッ素含有官能基とを有する重合体である消泡剤(1)の溶液を得た。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート204.1質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら92℃に昇温した。次いで、メチルイソブチルケトン76.9質量部に溶解した合成例2の重合性単量体(II)115.3質量部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約23)68.4質量部及びジシクロペンタニルアクリレ-ト20.4質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート158.3質量部に溶解させたモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてジメチル2,2’-アゾビスブチレート10.2質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート91.8質量部に溶解した重合開始剤溶液との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を92℃に保ちながら同時に4時間かけて滴下した。滴下終了後、92℃で2時間攪拌した後、ラジカル重合開始剤としてジメチル2,2‘-アゾビスブチレート2質量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート4.8質量部に溶解した重合開始剤溶液を15分かけて滴下した。滴下終了後、92℃で2時間攪拌することによって、ウレタン結合とフッ素含有官能基とを有する重合体である消泡剤(2)の溶液を得た。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として酢酸n-ブチル30質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、酢酸n-ブチル39.5質量部に溶解した合成例3の重合性単量体(III)33質量部及びジシクロペンタニルアクリレ-ト3質量部、酢酸n-ブチル45質量部および、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約9)13質量部を酢酸n-ブチル45質量部に溶解させたモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート1.5質量部を酢酸n-ブチル15質量部に溶解した重合開始剤溶液との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で3時間攪拌することによって、ウレタン結合とシリコーン鎖含有官能基とを有する重合体である消泡剤(3)の溶液を得た。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として酢酸n-ブチル30質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、合成例4の重合性単量体(IV)25質量部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約9)20質量部を酢酸n-ブチル60質量部に溶解させたモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート0.45質量部を酢酸n-ブチル15質量部に溶解した重合開始剤溶液との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で5時間攪拌することによって、ウレタン結合とシリコーン鎖含有官能基とを有する重合体である消泡剤(4)の溶液を得た。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として酢酸n-ブチル200質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら110℃に昇温した。次いで、酢酸n-ブチル530質量部に溶解した2-(パーフルオロヘキシル)エチルメタクリレート104質量部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約23)72質量部及びジシクロペンタニルアクリレ-ト22質量部を酢酸n-ブチル530質量部に溶解させたモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート30質量部を酢酸n-ブチル70質量部に溶解した重合開始剤溶液との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を110℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、110℃で5時間攪拌することによって、ウレタン結合を有さずフッ素含有官能基を有する重合体である消泡剤(1’)の溶液を得た。
撹拌装置、温度計、冷却管、滴下装置を備えたガラスフラスコに、溶媒として酢酸n-ブチル20質量部を仕込み、窒素気流下にて攪拌しながら105℃に昇温した。次いで、下記式(C)で表される化合物を25質量部及びメトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキシド鎖の繰り返し数が約9)20質量部を酢酸n-ブチル70質量部に溶解させたモノマー溶液と、ラジカル重合開始剤としてt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート0.45質量部を酢酸n-ブチル15質量部に溶解した重合開始剤溶液との2種類の滴下液をそれぞれ別々の滴下装置にセットし、フラスコ内を105℃に保ちながら同時に2時間かけて滴下した。滴下終了後、105℃で5時間攪拌することによって、ウレタン結合を有さずシリコーン鎖含有官能基を有する重合体である消泡剤(2’)の溶液を得た。
潤滑油基油(パラフィン系鉱油)を主成分に、各種添加剤(粘度指数向上剤、亜リン酸エステル化合物、チアジアゾール化合物、カルシウム系洗浄剤、金属不活性化剤、無灰分散剤、酸化防止剤など)を少量含むベース潤滑油100質量部に、表1に示す消泡剤を表1及び2に示す量だけ加えて、潤滑油組成物とした。
(泡立ち試験)
泡立ち試験は特開2008-120880号公報に開示のホモジナイザー法に準拠して行った。
ジェネレーターシャフト(プライミクス株式会社製「ミニミクサー」)を備えるホモジナイザー(プライミクス株式会社製「T.K.ロボミックス」)を用いて、下記の条件に従って潤滑油組成物を撹拌し、撹拌を終了してから3秒後の泡立ち面の読み(mL)から撹拌前の油面の読み(mL)を差し引き、泡立ち量(mL)とした。泡立ち量が少ないほど消泡性に優れていることを意味する。
回転数:16,000rpm
油温:120℃又は130℃
油量:80ml
容器:200mlメスシリンダー(内径φ36mm)
撹拌時間:1分間
Claims (14)
- R2のフッ素含有官能基が、炭素原子数1~6のフッ素化アルキル基である請求項1に記載の消泡剤。
- 前記重合成分が、炭素原子数1~30のアルキル基、炭素原子数6~20の芳香族基及びポリオキシアルキレン鎖を含む基から選択される1以上を有する重合性単量体(2)をさらに含有する請求項1~5のいずれかに記載の消泡剤。
- 前記炭素原子数1~30のアルキル基が、炭素原子数3~14の環状アルキル基である請求項6又は7に記載の消泡剤。
- 前記重合性単量体(1)と前記重合性単量体(2)の質量比が、重合性単量体(1):重合性単量体(2)=10:90~80:20の範囲にある請求項6~8のいずれかに記載の消泡剤。
- 重量平均分子量が3,000~50,000の範囲にある請求項1~9のいずれかに記載の消泡剤。
- 潤滑油基油と請求項1~10のいずれかに記載の消泡剤とを含有する潤滑油組成物。
- 内燃機関又は電動モーターを備える機械において、前記機械の駆動部の潤滑に用いられる請求項11に記載の潤滑油組成物。
- 内燃機関又は電動モーターを備える自動車において、前記自動車の駆動部の潤滑に用いられる請求項11に記載の潤滑油組成物。
- 請求項11に記載の潤滑油組成物を駆動部に用いた機械。
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