JPS62270688A - 潤滑油基油組成物及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は弾性流体潤滑領域で使用される機械要素の潤滑
に好適な高い粘度・圧力係数を有する潤滑油基油組成物
及びその製造法に関する。

［従来の技術］ 多くの機械要素はその摩擦係数が最小となる弾性流体潤
滑領域で使用されている。この弾性流体潤滑領域におい
ては、接触面に発生する圧力が極めて高くなり、この圧
力の増加に伴って潤滑剤の粘度が指数関数的に増大する
ので高圧下でも油膜を維持し、接触面を分離できるとい
われている。

しかしながら、実際に用いられている機械要素、例えば
低速高荷重の滑り軸受や中荷重以上の転がり軸受等では
一部が境界摩擦状態となることが避けられず、油膜が破
断することにより金属間接触を起し、接触面の損傷が起
って摩擦の増大やピッチングの発生といった現象が生じ
、機械要素の寿命が短くなる。

このような現象に対して潤滑油が有効であり、接触面に
入った潤滑油の油膜が厚い程合居間接触を防ぎ、その結
果機械要求の寿命を長くすることが知られている。そし
て、この油膜厚さは機械の運転条件が一定ならば潤滑油
の常圧粘度と粘度・圧力係数に比例することが知られて
いる。しかし、常圧粘度を大きくすると１１ｆ１滑油自
身の粘性抵抗のために機械要素の運動が妨げられ、撹拌
損失が生じて発熱や摩擦係数の増大を招き、省エネルギ
ーの面から好ましくない。ところが、現在広く使用され
ている鉱油や種々の合成油においては、粘度・圧力係数
が小ざく、油膜厚みを１ｑるために必要以上に常圧粘度
を大きくしており、このために上記のような問題が生じ
ている。

このような問題に対して金属間接触を防ぐために、機械
要素の表面粗さをより小さくできる安価な工法の開発が
望まれているが、いまだ実現していない。また、低粘度
でも有効な油膜を形成できる潤滑油もいまだ開発されて
いない。

ところで、ナフテン系鉱油の粘度・圧力係数がパラフィ
ン系鉱油のそれに比較して大きいことが知られているが
、その絶対値は２０センチストークス（Ｃ３ｔ　、　１
７℃）で２０ギガパスカル（Ｇ−Ｐａ）程度であり、満
足し得るものではない。また、いわゆるトラクションド
ライブ用として開発された種々の合成油の中に高い粘度
・圧力係数を有するものも知られているが、この種の合
成油は本来、回転部材間の引張係数を向上させるために
開発されており、その用途から容易に推察されるように
機械要素の接触面における摩擦係数が大きく、通常の潤
滑用に使用するには省エネルギーの面から問題があるほ
か、供給できる粘度のグレードに制約があり、また、高
価であるという問題もある。

本発明者等は、かかる観点に鑑み、潤滑油の分子構造と
その物性との関係について鋭意研究をした結果、縮合多
環脂環式化合物の環構成炭素及びその環に直接結合する
炭素の合計が全炭素の８０％以上であると極めて高い粘
度・圧力係数を示すことを見出し、本発明に到達したも
のである。

［発明が解決しようとする問題点］ すなわち、本発明の目的は、高い粘度・圧力係数を有す
る潤滑油基油組成物を提供することであり、また、高い
粘度・圧力係数を有する潤滑油基油組成物を広範囲な粘
度範囲に亘って提供することであり、ざらに、高い粘度
・圧力係数を有するだけでなく、酸化安定性にも優れた
潤滑油基油を提供することである。

また、本発明の他の目的は、上記の如き特長を有する潤
滑油基油組成物を製造する方法を提供することであり、
ざらに、上記の如き特長を有する潤滑油基油組成物を入
手し易い原料から効率よく製造する方法を提供すること
でおる。

［問題点を解決するための手段］ 従って、本発明は、綜合多環脂環式化合物の環構成炭素
及びその環に直接結合する炭素の合計が全炭素の８０％
以上である潤滑油基油組成物を提供するものであり、ま
た、縮合多環芳香族化合物を含有する原料油を蒸溜、熱
分解又は水素化分解して全炭素の８０％以上が環構成炭
素又はその環に直接結合する炭素のいずれかに帰属する
炭化水素油を製造し、１ｑられた炭化水素油を核水素化
する潤滑油基油組成物の製造法を１？供するものである
。

先ず、第１番目の発明において、潤滑油基油組成物を構
成する脂環式化合物としては、好ましく□　　は、縮合
多環脂環化合物のうちの縮合３環脂環式化合物と縮合４
環脂環式化合物の合計が４０％以上、より好ましくは６
０％以上で、両者の比が１＝６〜２：１の範囲内、より
好ましくは１：６〜１：１の範囲内である。縮合２環脂
環式化合物（例えば、デカリン誘導体）及び５環以上の
縮合多環脂環式化合物についてはこれが６０％を越えな
い範囲内で潤滑油基油組成物中に存在してもよいが、縮
合２環脂環式化合物の含有量が多くなりすぎると潤滑油
基油組成物の引火点が低下しその用途が制約されて好ま
しくなく、また、５環以上の縮合多環脂環式化合物の含
有量が多くなりすぎると常圧粘度が高くなりすぎて省エ
ネルギーの観点から好ましくない。

さらに、単環脂環式構造や単一の炭素−炭素単結合ある
いは単一のメチレン鎖等で２個以上連結された構造を有
する非縮合多環脂環式化合物は、その粘度・圧力係数が
高くても、摩擦係数が大ぎいのでこれを多母に含むのは
好ましくなく、この構造に屈する炭素は全炭素の２０％
以下、好ましくは１０％以下であるのがよい。

本発明者等の研究によれば、縮合多環脂環式化合物の環
構成炭素及び／又はその環に直接結合する炭素の合計が
全炭素の殆どを占めるような高い粘度・圧力係数を有す
る潤滑油基油組成物と低い粘度・圧力係数を有する潤滑
油基油組成物とを混合した場合、その混合物の粘度・圧
力係数は低い粘度・圧力係数を有する潤滑油基油組成物
の影響をより強く受けることが判明した。従って、粘度
・圧力係数の向上に寄与しない化学構造に帰属する炭素
は本発明の潤滑油基油組成物中の全炭素の２０％未満、
好ましくは１０％未満でおることが望ましい。具体的に
は、鎖状アルキル炭素に帰属する炭素（１３Ｃ−ＮＭＲ
分析で１４．１１）ｌ）ｍ付近、１９．７ｐｐｍ付近、
２２．７ｐｌ）ｍ付近、２９．７ｐｐｍ付近、３２．Ｏ
ｐｐｍ付近）の合計が１５％以下、好ましくは１０％以
下であることが望ましい。

鎖状アルキル炭素に帰属する炭素の合計がこの範囲を逸
脱すると、粘度・圧力係数が急速に低下する。

また、本発明の潤滑油基油組成物としては、その酸化安
定性の観点から芳香族化合物の環構成炭素に帰属する炭
素を実質的に含有しないものがよく、”’Ｃ−Ｎ　Ｍ　
Ｒ分析で測定される芳香族化合物の環構成炭素に帰属す
る炭素の合計が組成物中の全炭素に対して１％以下、好
ましくは検出限界以下であるのがよい。この場合、芳香
族化合物の環構成炭素に帰属する炭素は少なければ少な
いほどよく、この点は優れた酸化安定性を得るために芳
香族化合物の含有量について最適な範囲が存在する鉱油
類と箸しく異なる点である。

次に、第２番目の発明において、原１１として使用する
縮合多環芳香族化合物を含有する原料油としては、例え
ば、製鉄用コークス製造時に副生するコールタール等の
石炭乾留油、各種の石炭液化油、接触分解デカントオイ
ル、接触分解重質リサイクル油等を挙げることができる
が、好ましくは高度に縮合した多環構造を得易いことか
ら石炭乾留油や石炭液化油であり、より好ましくは不要
なアルキル鎖をあまり含まず、場合によっては熱分解等
のアルキル基除去のための工程を省略することができる
ことから石炭の高温乾沼時に副生ずるコールタールであ
る。

本発明方法においては、上記いずれの原料油を使用した
場合でも、その原料油を蒸溜、熱分解又は水素化分解し
た際に、芳香族化合物又は脂環式化合物の環構成炭素又
はその環に直接結合する炭素のいずれかに帰属する炭素
が全炭素の８０％以上、好ましくは９０％以上を占める
ような炭化水素油を与えるものであることが必要である
。炭化水素油中における環構成炭素又はその環に直接結
合する炭素のいずれかに帰属する炭素の割合が８０％よ
り少ないと、本発明の潤滑油基油組成物を得るために、
核水素化の後に鎖状アルキル炭素を除去する工程が必要
になってコスト的に不利である。

このようにして得られた炭化水素油には、通常その原料
油に由来する硫黄化合物が元素硫黄分に換算して０．０
２〜２重量％含有され、また、窒素化合物が元素窒素分
に換算して０．１〜３重量％含有されているが、これら
硫黄分や窒素分については、次の核水素化工程を円滑に
遂行するため、好ましくは水素化精製により硫黄分を１
１００ｐｐ以下、窒素分を１．０００１）ｌ）ｍ以下に
する。

この目的で行う炭化水素油の水素化精製は、例えばＭＯ
，Ｗ、Ｎ　ｉ、ｃｏ等の周期律表第ＶＩ族又は第■族の
金属から選択された少くとも１種の金属成分をアルミナ
やシリカ等の担体に担持させた触媒の存在下にバッチ式
や流通式で行うことができるが、好ましくは流通式であ
り、この場合の反応条件としては、反応温度が２００〜
５００℃、好ましくは３５０〜４００℃であり、反応圧
力が２　Ｃ）〜３００に’ｊ／ｃｒｔｉ−Ｇ、好ましく
は５０〜２００に９／ｃｉ−Ｇでおり、液空間速度（Ｌ
ＩＩＳＶ）が０゜１〜１０．０ｈｒ−１であり、また−
が１０（）〜５，０００．２　　Ｈ２／Ｊ２　　ｏｉｌ
である。本発明の潤滑油基油組成物を効率良く得るため
には分解ガス化といった副反応を極力避ける必要があり
、かかる観点から反応温度にいては４００’Ｃ以下であ
ることが望ましい。

必要に応じて脱硫・脱窒素され、硫黄分１１００１）Ｉ
）以下及び窒素分１．ＯＯＯｐｐｍ以下に精製された炭
化水素油は、次に核水素化される。この核水素化は、例
えばＮｉ、ｐｔ、Ｒｕ等の周期律表第■族の金属から選
択された少くとも１種の金属成分を含有する触媒の存在
下にバッチ式や流通式で行うことができるが、好ましく
は流通式であり、この場合の反応条件としては、反応温
度が５０〜３００℃、好ましくは１５０〜２５０’Ｃで
あり、反応圧力が５０〜３００に３／ＣＩｒｒ−Ｇ、好
ましくは５０〜２００Ｋｇ／ｃｄ−Ｇであり、液空間速
度（［［ｌ５Ｖ）が０．１〜１０．０ｈｒ−’であり、
また−が１００〜５．０００．２　　Ｈ２／１２　　ｏ
ｉｌでおる。

でおる。

さらに、上記炭化水素油中に残留する不純物を除去する
目的で、上記核水素化の前及び／又は後に必要に応じて
硫酸洗浄処理及び／又は固体吸着処理による精製処理を
行ってもよく、この際これら処理については、そのいず
れか一方の処理のみを行ってもよいほか、両者を行って
もよく、また、両者の処理を行う場合その順序は任意で
あって、いずれか一方の処理を核水素化の前に行って使
方の処理を核水素化の後に行うようにしてもよい。

核水素化されて生成し、また、必要に応じて硫酸洗浄処
理及び／又は固体吸着処理によって精製された生成油は
、蒸溜、好ましくは減圧蒸溜によって適当な沸点範囲の
留分に分離し、あるいは、このようにして得られた留分
を適当に配合することにより、種々の常圧粘度範囲の高
い粘度・圧力係数を有する潤滑油基油組成物を得ること
ができる。

本発明の潤滑油基油組成物は、種々の機械要素に使用さ
れる汎用の潤滑油として有用であるだけでなく、例えば
、軸受油、ギヤ油、冷凍機油等の特殊な用途にも使用で
きる。

［実施例］ 以下、実施例に阜いて、本発明を具体的に説明する。

実施例１ 高温乾留コールタールを減圧蒸溜し、常圧換算沸点３５
０〜４８０℃の炭化水素油を得た。この炭化水素油は、
”’Ｃ−ＮＭＲ分析の結果、芳香族化合物の環構成炭素
及びその環に直接結合する炭素の合計の割合が全炭素に
対して９７％であった。

次に、市販のＮ　！　−ＭＯ／Ａｆ２２０３触媒が充填
された流通式反応器を使用し、上記炭化水素油を反応温
度４００℃、反応圧力１８０Ｋｇ／ｃｎ１・Ｇ、液空間
速度（ＬＨ３Ｖ）　０．２ｈｒ−１及び液・ガス比１゜
０００ｆｆｌ　　Ｈ２／ｆｆｌ　　ｏｉｌの条件で水素
化精製を行った。この水素化精製において反応中のガス
化による炭素損失は１％以下であり、得られた水素化精
製油の硫黄分は２０　ｐｐｍで、窒素分は６５０ＤＤｍ
であった。

ざらに、上記水素化精製油を１２０’Ｃ及び液空間速度
（ＬＨ３Ｖ）　１　ｈｒ’の条件で活性白土処理した後
、市販のＮｉ／ケイソウ土触媒が充填された流通式反応
器を使用し、上記活性白土処理した水素化精製油を反応
温度２２０℃、反応圧；／ｐ１８０Ｋｙ／　ｃｒｉ−Ｇ
、液空間速度（ＬＨ３Ｖ）　０．３ｈｒ　　及び液・ガ
ス比１，５００ρ−町／ｆｌ−ｏｉｌの条件で核水素化
し、核水素化部を得た。

１ｑられた核水素化部を減圧蒸溜により常圧換算沸点３
００〜４３０’Ｃの間で１０留分に分画し、各留分を適
当な割合で混合して４種の粘度グレート＜１３０　ＶＧ
：　１０．２２．５４及び１００）の潤滑油基油組成物
を調製した。得られた各粘度グレードの潤滑油基油組成
物について、全炭素に対する環構成炭素及びその環に直
接結合する炭素の合計（Ｃｒ十Ｃ（ｘ）の割合、全炭素
に対する鎖状アルキル炭素に帰属する炭素（Ｃ）の割合
、１ｋｙｌ 全炭素に対する芳香族化合物の環構成炭素に帰属する炭
素＜Ｃ＞の割合、粘度・圧力係数ａｒｏｍａ。

（高圧落球粘度計）及び酸化安定性を調べた。結果を第
１表に示す。

実施例２ 核水素化の際の反応温度を２３０℃とした以外は実施例
１と同様にして４種の粘度グレードの潤滑油基油組成物
を調製し１．各粘度グレードの潤滑油基油組成物につい
て環構成炭素及びその環に直接結合する炭素の合計（Ｃ
，＋ＣｃＸ）の割合、鎖状アルキル炭素に帰属する炭素
（Ｃａｌｋｙｌ　）の割合、芳香族化合物の環構成炭素
に帰属する炭素（Ｃ）の割合、粘度・圧力係数及び酸化
室ａｒｏｍａ。

定性を調べた。結果を第１表に示す。

実施例３ 高温乾留コールタールを蒸溜して得られた軟ピツチを水
素化触媒の存在下に水素化処理し、得られた水素化ピッ
チをディレートコ−カーで熱分解して炭化水素油を得た
。

コノ炭化水素油を、Ｎ　ｉ　　ＭＯ／Ａｌ２２０３触媒
が充填された流通式反応器に、反応温度４００℃、反応
圧力１８０Ｋｇ／ＣｒＡ−Ｇ、液空間速度（ＬｌｌＳＶ
）　０．２ｈｒ”及び液・ガス比１，０ＯＯｕ−Ｈ２／
、２　　ｏｉｌの条件で流通させて水素化精製を行った
。得られた水素化精製油の硫黄分は１．５ｐｐｍで、窒
素分は４５　Ｄｐｍであった。分析のためにこの水素化
精製油の一部を白金触媒で脱水素し、１３Ｃ−ＮＭＲ分
析及びト１−ＮＭＲ分析で測定した結果、この脱水素油
において芳香族化合物の環構成炭素及びα位炭素の合計
は全炭素に対して９３％でめった。

次に、Ｒｕ／Ａρ２０３触媒が充填された流通式反応器
を使用し、上記水素化精製油を反応温度２００℃、反応
圧力１８０Ｋ（Ｊ／ｃｉ−Ｇ、液空間速度（ＬｔｌＳＶ
）　０．５ｈｒ−１及び液・ガス比１．０００１２　８
２／ｕ　　ｏｉｌの条件で核水素化し、核水素化部を得
た。

得られた核水素化部をもとに、実施例１と同様にして４
種の粘度グレードの潤滑油基油組成物を調製し、各粘度
グレードの潤滑油基油組成物について環構成炭素及びそ
の環に直接結合する炭素の合計（Ｃ，＋ＣＣＸ）の割合
、鎖状アルキル炭素に帰属する炭素（Ｃ）の割合、芳香
族化合物１ｋｙｌ の環構成炭素に帰属する炭素（Ｃ）の割合、ａｒｏｍａ
。

粘度・圧力係数及び酸化安定性を調べた。結果を第１表
に示す。

実施例４ モーエル褐炭から得られた石炭液化油をディレートコ−
カーで熱分解し、得られた熱分解油を減圧蒸溜して常圧
換算沸点３５０〜５００’Ｃの炭化水素油を得た。

次に、市販のＮ　ｉ　　ＭＯ／Ａｔ＞２０３触媒が充填
された流通式反応器を使用し、上記炭化水素油を反応温
度４００　℃、反応圧力１５０ＫＩ／ｃｒｉ　・Ｇ、液
空間速度（ＬＨ３Ｖ）　０．３ｈｒ−１及び液・ガス比
５００ｆ−ト１２／１２−ｏｉｌの条件で水素化精製を
行った。得られた水素化精製油の硫黄分は１５ｐｐｍで
、窒素分は１８０１）ｌ）ｍであった。分析のためにこ
の水素化精製油の一部を白金触媒で脱水素し、１３Ｃ−
Ｎ　Ｍ　Ｒ分析及びｈｒ　−Ｎ　Ｍ　Ｒ分析で測定した
結果、この脱水素油において芳香族化合物の環構成炭素
及びα（ｇ炭素の合計は全炭素に対して８６％であった
。

次に、上記水素化精製油中に］Ｏ小母％のＲｕ／Ｃ触媒
を添加し、オートクレーブ中に仕込んで、反応温度１８
０’Ｃ及び水素圧力１４０にび／ｃｎｔ・Ｇの条イ′１
で１０時間水素化し、核水素化部を得た。

得られた核水素化部を減圧蒸溜して常圧換綿沸点３００
〜４５０℃の間で６留分に分画し、各留分を適当な割合
で混合して実施例１と同様に４種□　　の粘度グレード
の１１１１滑油基油組成物を調製し、各粘度グレードの
潤滑油基油組成物について環構成炭素及びその環に直接
結合する炭素の合計（Ｃｒ十Ｃ（ｘ）の割合、鎖状アル
キル炭素に帰属する炭素（Ｃ）の割合、芳香族化合物の
環構成炭１ｋｙｌ 素に帰属する炭素（Ｃ＞の割合、粘度・圧ａｒｏｍａ。

力係数及び酸化安定性を調べた。結果を第１表に示す。

比較例１及び２ 比較例１としてナフテン系鉱油を使用し、また、比較例
２としてパラフィン系鉱油を使用し、上記各実施例の場
合と同じ４種の粘度グレードの潤滑油基油組成物をｖＡ
製し、各粘度グレードの潤滑油゛基油組成物について環
構成炭素及びその環に直接結合する炭素の合計（Ｃｒ＋
Ｃ−の割合、鎖状アルキル炭素に帰属する炭素（Ｃ）の
割合１ｋｙｌ 及び粘度・圧力係数及び酸化安定性を調べた。結果を第
１表に示す。

［発明の効果］ 本発明の潤滑油基油組成物は、高い粘度・圧力係数を有
し、優れた潤滑性能を発揮するだけでなく、広範囲な常
圧粘度範囲に亘って高い粘度・圧力係数を発揮し、また
、酸化安定性にも優れている。

また、本発明の潤滑油基油組成物の製造法によれば、上
記の如き特長を有する潤滑油基油組成物を入手し易い原
料から効率よく製造することができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）縮合多環脂環式化合物の環構成炭素及びその環に
   直接結合する炭素の合計が全炭素の８０％以上であるこ
   とを特徴とする潤滑油基油組成物。
2. （２）縮合多環脂環式化合物のうちの縮合３環脂環式化
   合物と縮合４環脂環式化合物の合計が４０％以上で両者
   の比が１：６〜２：１の範囲内である特許請求の範囲第
   １項記載の潤滑油基油組成物。
3. （３）縮合多環芳香族化合物を含有する原料油を蒸溜、
   熱分解及び水素化分解して全炭素の８０％以上が環構成
   炭素又はその環に直接結合する炭素のいずれかに帰属す
   る炭化水素油を製造し、得られた炭化水素油を核水素化
   することを特徴とする潤滑油基油組成物の製造法。
4. （４）炭化水素油を水素化精製により脱硫及び脱窒素し
   て硫黄分を１００ｐｐｍ以下及び窒素分を１，０００ｐ
   ｐｍ以下にした後、核水素化する特許請求の範囲第３項
   記載の潤滑油基油組成物の製造法。
5. （５）水素化精製を周期律表第VI族又は第VIII族の金属
   から選ばれた少くとも１種の金属成分を含有する触媒の
   存在下に、反応温度２００〜５００℃、反応圧力２０〜
   ３００Ｋｇ／ｃｍ＾２・Ｇ、液空間速度０．１〜１０．
   ０ｈｒ＾−＾１、液・ガス比１００〜５，０００ｌ−Ｈ
   ＿２／ｌ−ｏｉｌの条件で行う特許請求の範囲第４項記
   載の潤滑油基油組成物の製造法。
6. （６）核水素化を周期律表第VIII族の金属から選ばれた
   少なくとも１種の金属成分を含有する触媒の存在下に、
   反応温度５０〜３００℃、反応圧力２０〜３００Ｋｇ／
   ｃｍ＾２・Ｇ、液空間速度０．１〜１０．０ｈｒ＾−＾
   １、液・ガス比１００〜５，０００ｌ−Ｈ＿２／ｌ−ｏ
   ｉｌの条件で行う特許請求の範囲第３項又は第４項記載
   の潤滑油基油組成物の製造法。
7. （７）原料油が石炭乾留油又は石炭液化油である特許請
   求の範囲第３項記載の潤滑油基油組成物の製造法。