JP7876552B2 - 二相潤滑剤 - Google Patents

二相潤滑剤

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Description

本発明は、車軸の潤滑方法及びそれに使用する潤滑油組成物に関する。
燃料経済性は、自動車産業における主要な課題である。燃料効率を改善するための重要な方法は、より低い粘度を有する潤滑剤の使用である。しかしながら、装置が作動する温度の全範囲にわたって適切な潤滑剤粘度を維持することもまた重要である。特に、高負荷及び高温条件で必要な保護レベルを維持することは、低粘度の潤滑剤配合物では困難であることが判明し得る。
二相潤滑剤は、低粘度構成成分及び高粘度構成成分からなる。典型的には、鉱物基油又はポリ－α－オレフィン（Poly-α-Olefin、ＰＡＯ）が低粘度構成成分として使用され、ポリアルキレングリコールが高粘度構成成分として選択される。二相潤滑剤において、ポリアルキレングリコールは、室温未満で低粘度構成成分から分離した相にあるが、温度が上昇するにつれて低粘度構成成分に溶解し始める。次に、本現象は、温度が低下するにつれて逆転する。したがって、低温では、潤滑は低粘度構成成分に由来し、摩擦を効果的に低減し、一方、高温では、高粘度構成成分が大きな役割を果たし、より大きな摩耗保護を提供する。
国際公開第９６１１２４４号には、低粘度潤滑油と高粘度潤滑油とを組み合わせることにより、低温では低粘度潤滑油の特性のみを利用し、一方で、高温では高粘度潤滑油と低粘度潤滑油とを混合することによって粘度が増加する油の特性を利用して、高温と低温の両方で機能する潤滑油が開示されている。
国際公開第２０１４２０７１７２号は、（ｉ）鉱油、合成油及びＧＴＬから選択される低粘度潤滑油基油構成成分を、（ｉｉ）ポリアルキレングリコール系の高粘度構成成分と、（ｉｉｉ）調整構成成分と、を混合することによって生成される、１００℃での動粘度が３．５～７．０ｍｍ２／秒である駆動システム動力伝達油組成物を教示している。
二相潤滑油の使用に関する更なる研究は、ＫａｍａｔａらのＴｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｏｎｌｉｎｅ，１１，１（２０１６年），２４－３３に記載されている。
二相潤滑油をブレンドすることは、多くの課題を有する。任意の添加剤は、潤滑油が二相である場合に低温で完全に溶解して活性であり、二相が完全に混合する際に溶解と活性との両方を維持し、温度が再び低下する際に溶解と活性との両方を維持し続ける必要がある。このような活性は、加熱及び冷却の繰り返しサイクルにわたって維持されなければならない。特に重要なのは、二相潤滑油中で作用し、広範囲の温度にわたって実質的な消泡保護を提供し得る消泡添加剤の提供である。
図１ａ、図１ｂ、及び図１ｃは、使用中の二相流体の概略図である。
本発明は、潤滑油組成物であって、
（ａ）３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ（Fischer-Tropsch）誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
（ｂ）ポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
（ｃ）非イオン性界面活性剤である消泡添加剤と、を含み、質量％は、潤滑組成物の全質量を基準とする、潤滑油組成物を提供する。
本発明はまた、車軸を潤滑にするための方法を提供するが、当該方法は、当該車軸に潤滑油組成物を供給することを含み、潤滑油組成物は、
（ａ）３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ（Fischer-Tropsch）誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
（ｂ）ポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
（ｃ）非イオン性界面活性剤である消泡添加剤であって、質量％が、潤滑組成物の全質量を基準とする、消泡添加剤と、を含む。
驚くべきことに、非イオン性界面活性剤系の消泡剤は、低粘度構成成分としてフィッシャー・トロプシュ系の基油及び高粘度構成成分としてポリアルキレングリコールを含む二相潤滑油組成物において、優れた消泡特性を提供することが見出された。
また、この潤滑油組成物は、自動車用ギア油、ＡＴ油、ＭＴ油、及びＣＶＴ油等の動力伝達油、作動油、コンプレッサ油などの工業用潤滑油として、広く有効に使用され得る。好ましい実施形態では、それは車軸流体として使用される。
フィッシャー・トロプシュ誘導基油は、一酸化炭素と水素とを、様々な液体燃料と油とに変換するために、フィッシャー・トロプシュプロセスを使用して調製されたものである。一酸化炭素及び水素の供給源は、多様であり得る。例えば、ガス液化（Gas To Liquid、ＧＴＬ）基油は、出発物質として天然ガスを使用してフィッシャー・トロプシュプロセスによって合成される。例えば、石炭液化（Coal To Liquid、ＣＴＬ）、バイオマス液化（Biomass To Liquid、ＢＴＬ）及び動力液化（Power To Liquid、ＰＴＬ）など、Ｘが炭素原子及び水素原子の根源を表す様々なその他のＸＴＬプロセスが知られている。ＧＴＬ基油又はそのブレンドは、原油から生成される鉱油基油と比較して、硫黄含量及び芳香族含量が極めて低く、パラフィン構成成分比が非常に高いので、酸化安定性に優れ、蒸発損失が極めて小さいことから、本発明におけるフィッシャー・トロプシュ誘導基油として使用するために理想的である。
フィッシャー・トロプシュ誘導基油については、広範囲の１００℃での動粘度（ＫＶ１００）が存在するが、３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲のＫＶ１００を有するものが本発明において使用される。当該フィッシャー・トロプシュ誘導基油は、３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲のＫＶ１００を有する単一のフィッシャー・トロプシュ誘導基油であってもよい、又はブレンドのＫＶ１００が３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲である２種以上のフィッシャー・トロプシュ誘導基油のブレンドであってもよい。より好ましくは、フィッシャー・トロプシュ誘導基油である低粘度の第１の基油構成成分は、１００℃で４．０～６．０ｍｍ２／秒の範囲の動粘度を有する。
フィッシャー・トロプシュ誘導基油である低粘度の第１の基油構成成分の量は、潤滑油組成物の全質量を基準として、４５～７５質量％、好ましくは４５～６５質量％である。
高粘度の第２の基油構成成分は、潤滑油組成物の全質量を基準として、３～３５質量％の範囲で存在する。当該高粘度の第２の基油構成成分は、ポリアルキレングリコールである。好ましいポリアルキレングリコールとしては、ポリ（オキシプロピレン）系の生成物が挙げられる。好ましくは、当該高粘度の第２の基油構成成分は、潤滑油組成物の全質量を基準として、１３～２８質量％の範囲の量で存在する。
好適な高粘度の第２の基油構成成分は、９０～１２０ｍｍ２／秒、好ましくは９５～１０５ｍｍ２／秒の範囲のＫＶ１００を有する。
潤滑油組成物はまた、消泡添加剤として非イオン性界面活性剤を含む。このような非イオン性界面活性剤は、ポリアルコキシル化アルコール、アミン、及びこれらの混合物である傾向がある。
本発明のいくつかの実施形態では、１種以上のエステル基油を含む調整構成成分を潤滑油組成物に添加することが好ましい場合がある。このようなエステル基油は、二相油分離温度の調整構成成分として作用するが、この温度より上では両方の相が混和性となり、この温度より下では両方の相が非混和性となる。ＫａｍａｔａらのＴｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｏｎｌｉｎｅ，１１，１（２０１６年），２４－３３で説明されているように、高粘度構成成分と低粘度構成成分との極性の差は、この調整構成成分の添加によって変化する。
好適なエステルは、疎水性基及び親水性基の両方を有し、高粘度構成成分及び低粘度構成成分の両方に溶解して、それらの極性を変化させ、したがって、二相油が分離する温度を制御し得る。なお、調整構成成分として２種以上の異なるエステル基油を組み合わせて使用することもまた可能である。
好ましくは、調整構成成分として使用される当該エステル基油又はこれらの混合物は、３．５～１０ｍｍ２／秒の範囲、より好ましくは３．５ｍｍ２／秒以上の１００℃における動粘度を有する。好ましくは、ＫＶ１００は８ｍｍ２／秒以下であり、より好ましくは６ｍｍ２／秒以下である。また、好ましくは、調整構成成分として使用されるエステル基油又はこれらの混合物は、低粘度の第１の基油構成成分の動粘度を１ｍｍ２／秒以下、より好ましくは０．５ｍｍ２／秒以下で上回る、又は下回る、１００℃における動粘度を有する。
調整構成成分として使用するのに好適なエステル基油は、国際公開第２０１４２０７１７２号に記載されており、当該エステル基油（又はこれらの混合物）は、０．０８０～０．３５０、好ましくは０．０８０～０．３００、より好ましくは０．０８０～０．２５０の酸素／炭素重量比を有することが必要とされる。
エステル系基油としては、多価アルコールのモノエステル、ジエステル、部分エステル又は全エステルのいずれであってもよい。
エステル基油を構成するアルコールは、一価アルコールであってもよい、又は多価アルコールのいずれかであってもよく、酸は、単塩基酸であっても多塩基酸であってもよい。
一価アルコールとしては、炭素数１個～２４個のアルコールであってもよいが、好ましくは１個～１２個、より好ましくは１個～８個のアルコールであってもよく、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。それらはまた、飽和であっても不飽和であってもよい。
多価アルコールは、二価～十価アルコールであってもよいが、好ましくは、二価～六価アルコールである。二価～十価の多価アルコールとしては、二価アルコールが挙げられる。エステル基油を構成するアルコールは、一価アルコールであってもよい、又は多価アルコールのいずれかであってもよく、酸は、単塩基酸であっても多塩基酸であってもよい。
エステル基油を形成する酸の単塩基酸としては、炭素数２個～２４個の脂肪酸が挙げられ、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよく、飽和であっても不飽和であってもよい。上述の飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸のうち、炭素数３個～２０個の飽和脂肪酸、炭素数３個～２２個の不飽和脂肪酸、及びこれらの混合物が好ましいが、炭素数４個～１８個の飽和脂肪酸、炭素数４個～１８個の不飽和脂肪酸、及びこれらの混合物がより好ましい。潤滑性、取り扱い性が向上し、酸化安定性も考慮すると、炭素数４個～１８個の飽和脂肪酸が最も好ましい。
存在する場合、１種以上のエステル基油を含む調整構成成分の量は、潤滑油組成物の全質量を基準として、１～２０質量％、好ましくは２～１０質量％である。
本発明の潤滑油組成物には、例えば、極圧添加剤、分散剤、金属系清浄剤、摩擦調整剤、酸化防止剤、腐食防止剤、防錆剤、抗乳化剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、封止膨潤剤、消泡剤、着色剤等の当該技術分野で周知の各種添加剤を、単独で又は数種類を組み合わせてブレンドしてもよい。典型的には、これらの添加剤の一部又は全部を添加剤パッケージとして提供してもよい。
図面の詳細な説明
図１ａ、図１ｂ、及び図１ｃは、二相潤滑油組成物の使用の概略図を提供する。
図１ａは、本発明の潤滑油組成物の一態様を表し、低温における潤滑油組成物の状態である二相状態１を示す。低粘度の第１の基油構成成分２は上相を形成し、高粘度の第２の基油構成成分３は下相を形成する。図１ｂは、潤滑されている機械４が使用され、機械が潤滑油組成物の上相に浸漬されている状態を示す。始動時（低温時）には、上相を形成する低粘度の第１の基油構成成分２が潤滑に主に寄与し、一方で、高粘度の第２の基油構成成分３は潤滑にほとんど寄与していない。低粘度の第１の基油構成成分２は、低温で十分な潤滑性能を発揮するため、低粘度の構成成分のみが存在する場合であっても潤滑性能を阻害することはない。図１ｃは、機械４の連続使用から生じる温度上昇に続いて生成される単相状態５を示す。
ここで、温度上昇の結果として、低粘度の第１の基油構成成分２と高粘度の第２の基油構成成分３とが混合し、均質な潤滑油組成物を生成する。低粘度の第１の基油構成成分２の温度上昇に伴う粘度低下は、高粘度の第２の基油構成成分３によって補われるので、温度上昇が生じた場合であっても油膜が崩れる等の問題は生じない。
ここで、以下の非限定的な実施例によって、本発明を実証する。
実施例
表１及び表２に列挙するように、一連の潤滑油をブレンドした。使用した組成物は、以下のとおりである。
低粘度基油：５．５ｍｍ２／秒のＫＶ１００を有するＧＴＬ基油のブレンド
高粘度基油：Ｓｙｎａｌｏｘ１００－Ｄ４５０、例えば、Ｄｏｗ、プロピレンオキシドの水不溶性ホモポリマー（７１３ｃＳｔのＫＶ４０、１１０ｃＳｔのＫＶ１００）。
エステル基油：例えば、ＣｒｏｄａのＰｒｉｏｌｕｂｅ１９３６、ジエステル基油（２６ｃＳｔのＫＶ４０、５．３ｃＳｔのＫＶ１００）
アドパック１－市販の多機能自動車ギアパッケージアドパック。
消泡剤１－Ｖｉｓｃｏｐｌｅｘ１４－５２０、Ｅｖｏｎｉｋ製の有機変性シロキサン消泡剤。
消泡剤２－ＤＣＦ２００－１２５００ｃＳｔ（３％）、例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製のポリジメチルシロキサン系消泡剤。
消泡剤３－Ｓｙｎａｔｉｖｅ ＡＣ ＡＭＨ－２－非イオン性界面活性剤系消泡剤、例えば、Ｃｏｇｎｉｓ製。
摩擦調整剤－市販のアミン系摩擦調整剤。
表１及び表２に示す配合物を、標準的な方法を使用してブレンドし、標準試験ＡＳＴＭ Ｄ８９２を使用して試験した。試験によって説明されるように、油が泡立つ傾向は、高速ギア、大容量ポンピング、及びスプラッシュ潤滑などのシステムにおいて深刻な問題であり得る。不十分な潤滑、キャビテーション、及び潤滑剤のオーバーフロー損失は、機械的故障につながる可能性がある。本試験方法は、このような操作条件についての油の評価において使用される。本試験方法は、２４℃及び９３．５℃での潤滑油の発泡特性の決定を包含する。これは３つの作用順序からなる。
作用順序Ｉでは、２４℃＋／－０．５℃の恒温槽温度に維持された試料の一部を、空気によって一定速度（９４ｍＬ／分＋／－５ｍＬ／分）で５分間発泡させ、次に、１０分間静置する。泡の体積は、両方の期間の終わりに測定される。
作用順序ＩＩでは、９３．５℃＋／－０．５℃の恒温槽温度に維持された試料の第２の部分が、前の作用順序で示されたものと同じ空気流量及び発泡及び静置時間を使用して分析される。
最後に、作用順序ＩＩＩでは、作用順序ＩＩを実施する際に使用された試料部分が再び使用されるが、ここで、任意の残りの発泡体が崩壊され、試料部分の温度は、２４℃＋／－０．５℃に維持された浴中にシリンダーを配置する前に、試験シリンダーを室温で空気中に放置することによって、４３．５℃未満に冷却される。作用順序Ｉで示したのと同じ空気流量、発泡、及び静置時間が続く。
試験した実施例の結果を、表１に示す。ＳＡＥ Ｊ２３６０は、商業用途及び軍事用途のための自動車ギア潤滑剤の基準を定めている。ＳＡＥ Ｊ２３６０規格において、油の発泡傾向特性は、ＡＳＴＭ Ｄ８９２によって決定される。ここで、作用順序Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩについての５分間の発泡期間の終わりにおける泡の最大許容体積は、それぞれ２０、５０及び２０ｍＬである。
消泡剤は、低粘度基油のみを含む潤滑油組成物に必要とされる（実施例１と比較して、実施例２～５を参照のこと）。有機変性シロキサン（消泡剤１）は、望ましい結果を提供せず、ポリジメチルシロキサン系の脱泡剤（消泡剤２）は、発泡における必要な低減を提供するために必要とされる（実施例３～５を参照のこと）。
しかしながら、二相潤滑油組成物におけるこの消泡剤の使用（実施例６）は、単相組成物と比較して発泡の増加をもたらす。実施例７～実施例１０で使用される非イオン性界面活性剤系消泡剤は、単独で使用されてもその他の消泡剤と組み合わせて使用されても、二相潤滑油組成物において優れた発泡結果を提供する。二相流体中で単一の消泡剤を使用して、ある温度範囲にわたって（二相状態及び単相状態の間に）優れた発泡結果をもたらすことは、非常に望ましい結果である。
以下に実施態様を記載する。
態様１
潤滑油組成物であって、
（ａ）３．５～７．０ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
（ｂ）ポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
（ｃ）非イオン性界面活性剤である消泡添加剤と、を含み、質量％は、前記潤滑組成物の全質量を基準とする、潤滑油組成物。
態様２
前記低粘度の第１の基油構成成分が、４．０～６．０ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有する、態様１に記載の潤滑油組成物。
態様３
前記高粘度の第２の基油構成成分が、９０～１２０ｍｍ ２ ／秒、好ましくは９５～１０５ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有する、態様１又は２に記載の潤滑油組成物。
態様４
１種以上のエステル基油を含む調整構成成分もまた含む、態様１～３のいずれか一項に記載の潤滑油組成物。
態様５
前記エステル基油が、０．０８０～０．３５０、好ましくは０．０８０～０．３００の酸素／炭素重量比を有する、態様４に記載の潤滑油組成物。
態様６
前記エステル基油が、前記低粘度の第１の基油構成成分の動粘度を１ｍｍ ２ ／秒以下、より好ましくは０．５ｍｍ ２ ／秒以下で上回る、又は下回る、１００℃における動粘度を有する、態様４又は５に記載の潤滑油組成物。
態様７
１種以上のエステル基油を含む前記調整構成成分が、前記潤滑油組成物の前記全質量を基準として、２～１０質量％の量で存在する、態様４～６のいずれか一項に記載の潤滑油組成物。
態様８
前記非イオン性界面活性剤が、ポリアルコキシル化アルコール、ポリアルコキシル化アミン、及びこれらの混合物から選択される、態様１～７のいずれか一項に記載の潤滑油組成物。
態様９
車軸を潤滑にするための方法であって、前記方法が、前記車軸に潤滑油組成物を供給することを含み、前記潤滑油組成物が、
（ａ）３．５～７．０ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
（ｂ）ポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
（ｃ）非イオン性界面活性剤である消泡添加剤と、を含み、質量％は、前記潤滑組成物の前記全質量を基準とする、方法。

Claims (7)

  1. （ａ）３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
    （ｂ）９０～１２０ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
    （ｃ）ポリアルコキシル化アルコール、ポリアルコキシル化アミン、及びこれらの混合物から選択される非イオン性界面活性剤である消泡添加剤と、
    １種以上のエステル基油を含む調整構成成分を含む潤滑油組成物であって、質量％は、前記潤滑油組成物の全質量を基準とする、潤滑油組成物。
  2. 前記低粘度の第１の基油構成成分が、４．０～６．０ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有する、請求項１に記載の潤滑油組成物。
  3. 前記高粘度の第２の基油構成成分が、９５～１０５ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有する、請求項１又は２に記載の潤滑油組成物。
  4. 前記エステル基油が、０．０８０～０．３５０、好ましくは０．０８０～０．３００の酸素／炭素重量比を有する、請求項１に記載の潤滑油組成物。
  5. 前記エステル基油が、前記低粘度の第１の基油構成成分の動粘度を１ｍｍ２／秒以下、より好ましくは０．５ｍｍ２／秒以下で上回る、又は下回る、１００℃における動粘度を有する、請求項１に記載の潤滑油組成物。
  6. １種以上のエステル基油を含む前記調整構成成分が、前記潤滑油組成物の前記全質量を基準として、２～１０質量％の量で存在する、請求項１に記載の潤滑油組成物。
  7. 車軸を潤滑にするための方法であって、前記方法が、前記車軸に潤滑油組成物を供給することを含み、前記潤滑油組成物が、
    （ａ）３．５～７．０ｍｍ２／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するフィッシャー・トロプシュ誘導基油である、４５～７５質量％の低粘度の第１の基油構成成分と、
    （ｂ）９０～１２０ｍｍ ２ ／秒の範囲の１００℃における動粘度を有するポリアルキレングリコールである、３～３５質量％の高粘度の第２の基油構成成分と、
    （ｃ）ポリアルコキシル化アルコール、ポリアルコキシル化アミン、及びこれらの混合物から選択される非イオン性界面活性剤である消泡添加剤と、
    １種以上のエステル基油を含む調整構成成分を含み、質量％は、前記潤滑油組成物の全質量を基準とする、方法。
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