JPWO2004044108A1 - 潤滑油組成物および内燃機関用潤滑油 - Google Patents
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Abstract
Description
粘度指数向上剤は、一般に潤滑油が高温時に適正な粘度を保持するために用いられるが、最近では、エンジン油に代表されるように、品質規格の高度化が進む中で、特に低温時の粘度上昇も低く抑えるような(低温特性に優れる)粘度指数向上剤用のポリマーが求められている。潤滑油用途において、より優れた低温特性を得るためには、ポリマー濃度をできるだけ低く抑えることが有効であり、また、経済性の面でも有利であることなどから、できるだけ高分子量のポリマーを用いる方法が知られている。しかしながら、分子量を高くして添加量を減らすと、せん断安定性が悪化するという問題がある。
また、一般の潤滑油には、パラフィン系鉱油が用いられており、このパラフィン系鉱油は、1〜5%のパラフィンワックス成分を含有している。このパラフィンワックスは低温時に板状結晶を形成し、さらに油分を吸蔵して三次元的網目構造となり、潤滑油全体の流動性を著しく低下させる。流動点降下剤は、この板状結晶を不定形化させて流動性を改善させるために併用される。しかしながら、流動点降下剤の効果は潤滑油基剤の種類により大きく異なるため、各基剤に適したものを選択する必要がある。
自動車用・産業用のエンジン油、ギヤー油(ATFを含む)、油圧油などの用途では、新規格設定に伴う要求性能の高度化および環境規制強化に対応するため、従来から潤滑油基剤として広く使用されているグループ−(i)オイルに代わり、グループ−(ii)または(iii)オイルのような高度に精製された潤滑油基剤の使用率が高まっている。特にエンジン油用途では、主要規格項目の一つであるミニロータリー低温粘度(オイルのポンピング特性のパラメーター)の上昇が大きな問題となっている。本発明者らは、高分子量のエチレン・α−オレフィン共重合体は、低温特性および経済性の優れた潤滑油の粘度指数向上剤として好適であるが、分子量が高くなり過ぎると潤滑油基剤への溶解性が低下し、低温特性が悪化する傾向があること、および高度に精製された潤滑油基剤を使用すると高分子量エチレン・α−オレフィン共重合体の溶解性が更に低下する傾向にあることを見出した。
本発明者らは、このような状況において鋭意研究の結果、エチレン含量、分子量、分子量分布、融点が特定の範囲にあるエチレン・プロピレン共重合体である粘度指数向上剤と、必要に応じて流動点降下剤を使用することにより、上記のような問題を解決することを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、自動車用・産業用エンジン油、ギヤー油、ショックアブソーバー油、油圧油などとして低温粘度特性および増粘性に優れた潤滑油組成物および該組成物からなる内燃機関用潤滑油を提供することを目的としている。
(B1)エチレン含量が30〜75重量%の範囲にある
(B2)極限粘度[η]が1.3〜2.0dl/gの範囲にある
(B3)Mw/Mnが2.4以下である
(B4)DSCで測定した融点が30℃以下である。
本発明に係る潤滑油組成物(AA)は、前記潤滑油基剤(A)が、下記(A1)〜(A3)の特性を有する鉱物油であるかまたはポリα−オレフィンであることが好ましい;
(A1)粘度指数が80以上である
(A2)飽和炭化水素分が90容量%以上である
(A3)硫黄分が0.03重量%以下である。
本発明に係る潤滑油組成物(BB)は、100℃における動粘度が1〜50mm2/sで、かつ粘度指数が80以上の潤滑油基剤(A)を92〜99.85重量%と、下記(B1)〜(B4)の特徴を有するエチレン・プロピレン共重合体(B)を0.1〜5重量%と、流動点降下剤(C)を0.05〜3重量%とからなることを特徴としている;
(B1)エチレン含量が30〜75重量%の範囲にあること
(B2)極限粘度[η]が1.3〜2.0dl/gの範囲にあること
(B3)Mw/Mnが2.4以下であること
(B4)DSCで測定した融点が30℃以下であること
本発明では、前記流動点降下剤(C)が、DSCで測定した融点が−13℃以下であることが好ましい。
本発明に係る内燃機関用潤滑油は、前記潤滑油組成物(BB)からなることを特徴としている。
本発明に係る潤滑油組成物(AA)は、潤滑油基剤(A)と、エチレン・プロピレン共重合体(B)とからなることを特徴とし、潤滑油組成物(BB)は、潤滑油基剤(A)と、エチレン・プロピレン共重合体(B)と、流動点降下剤(C)とからなること特徴としている。
まず、本発明に係る潤滑油組成物に含まれる各成分について説明する。
(潤滑油基剤(A))
本発明で使用される潤滑油基剤(A)としては、鉱物油、およびポリ−α−オレフイン、ポリオールエステル、ジエステル等の合成油が挙げられる。
鉱物油は一般に脱ワックス等の精製工程を経て用いられ、精製の仕方により幾つかの等級があり、本等級はAPI(米国石油協会)分類で規定される。表1に各グループに分類される潤滑油基剤の特性を示す。
表1におけるポリ−α−オレフィンは、炭素数10以上のα−オレフィンを少なくとも原料モノマーとして重合して得られる炭化水素ポリマーであって、例えばデセン−1を重合して得られるポリデセンなどが例示される。
本発明で使用される潤滑油基剤(A)としての鉱物油は、精製度の高い等級であるグループ(i)〜グループ(iv)が好ましく、すなわち100℃における動粘度が1〜50mm2/sで、かつ粘度指数が80以上の鉱物油またはポリα−オレフィンが好ましく、精製度の高い等級であるグループ(ii)またはグループ(iii)に属する鉱物油またはグループ(iv)に属するポリα−オレフィンがさらに好ましい。なお、鉱物油は、20重量%以下の割合で他の鉱物油、ポリ・α−オレフイン、ポリオールエステル、ジエステル等の合成油を含有してもよい。
本発明では、潤滑油基剤(A)として下記(A1)〜(A3)の特性を有する鉱物油またはポリα−オレフィンが好ましい。これらの潤滑油基剤の中でも下記(A1)〜(A3)の特性を有する鉱物油が特に好ましい。
(A1)粘度指数が80以上
(A2)飽和炭化水素分が90容量%以上
(A3)硫黄分が0.03重量%以下
ここで粘度指数、飽和炭化水素分、硫黄分は以下の方法で測定される。
粘度指数:ASTM D445(JIS K2283)に準じて測定
飽和炭化水素分:ASTM D3238に準じて測定
硫黄分:ASTM D4294(JIS K2541)に準じて測定
(エチレン・プロピレン共重合体(B))
本発明で使用されるエチレン・プロピレン共重合体(B)は、粘度指数改良用のポリマーである。
エチレン・プロピレン共重合体(B)は、本発明の目的を損なわない範囲で環状オレフィン、ポリエンから選ばれる少なくとも1種のモノマー(以下「他のモノマー」ということがある)から導かれる繰り返し単位を、例えば、5重量%以下、好ましくは1重量%以下の割合で含有してもよい。
なお、本発明はポリエンを含まないことが1つの好ましい態様である。この場合、特に耐熱性に優れている。実質的にエチレンとプロピレンのみからなっていることも好ましい。
このようなエチレン・プロピレン共重合体(B)は、下記(B1)、(B2)、(B3)および(B4)の特性を有している。
(B1)エチレン含量;
エチレン・プロピレン共重合体(B)のエチレン含量は、通常30〜75重量%、好ましくは40〜60重量%、特に好ましくは42〜52重量%にある。
エチレン・プロピレン共重合体(B)のエチレン含量は、「高分子分析ハンドブック」(日本分化学会、高分子分析研究懇談会編、紀伊国屋書店発行)に記載の方法に従って13C−NMRで測定される。
エチレン・プロピレン共重合体(B)のエチレン含量が上記範囲内にあると低温特性と剪断安定性のバランスのとれた性能が得られる。
(B2)極限粘度[η](dl/g);
エチレン・プロピレン共重合体(B)は、極限粘度[η]が1.3〜2.0dl/g、好ましくは1.4〜1.9dl/g、特に好ましくは1.5〜1.8dl/gの範囲にある。
エチレン・プロピレン共重合体(B)の極限粘度[η]は、135℃、デカリン中で測定される。
極限粘度[η]が上記範囲内にあるエチレン・プロピレン共重合体(B)を含有する潤滑油組成物は、低温特性と増粘性のバランスは特に優れる。また、極限粘度[η]が上記範囲内であれば、特に低温−低せん断速度条件下で極めて低い粘度を有し、潤滑油ポンプのポンピング特性に優れ、低省燃費にも寄与できる。
(B3)分子量分布;
エチレン・プロピレン共重合体(B)は、分子量分布を示す指標であるMw/Mn(Mw:重量平均分子量、Mn:数平均分子量)が2.4以下、好ましくは1〜2.2の範囲にある。
エチレン・プロピレン共重合体(B)のMw/Mnは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフ)を用い、オルトジクロロベンゼン溶媒で、140℃で測定される。
分子量分布は2.4を超えると潤滑油のせん断安定性が低下する。
(B4)融点(Tm);
エチレン・プロピレン共重合体(B)の融点は、30℃以下、好ましくは0℃以下、さらに好ましくは−30℃以下である。
エチレン・プロピレン共重合体(B)の融点は、示差走査型熱量計(DSC)を用いて測定される。具体的には試料約5mgをアルミパンに詰めて200℃まで昇温し、200℃で5分間保持した後、10℃/分で−40℃まで冷却し、−40℃で5分保持した後、10℃/分で昇温する際の吸熱曲線から求める。
融点はエチレン・プロピレン共重合体(B)と流動点降下剤(C)との相互作用の目安で、流動点降下剤(C)の融点(−5〜+10℃)付近のエチレンシーケンスをできるだけ含まないようにすることが、相互作用を防止するために重要である。
本発明で使用されるエチレン・プロピレン共重合体(B)は、バナジウム、ジルコニウム、チタニウムなどの遷移金属化合物と、有機アルミニウム化合物(有機アルミニウムオキシ化合物)および/またはイオン化イオン性化合物とからなる触媒を使用して、エチレンとプロピレンとを共重合することにより製造することができる。このようなオレフイン重合用触媒としては、例えば国際公開第WO00/34420号パンフレットに記載されている。
(流動点降下剤(C))
本発明で使用される流動点降下剤としては、有機酸エステル基を含有する高分子化合物が用いられ、有機酸エステル基を含有するビニル重合体が特に好適に用いられる。有機酸エステル基を含有するビニル重合体としては例えばメタクリル酸アルキルの(共)重合体、アクリル酸アルキルの(共)重合体、フマル酸アルキルの(共)重合体、マレイン酸アルキルの(共)重合体、アルキル化ナフタレン等が挙げられる。
このような流動点降下剤(C)は、下記(C1)の特性を有することが好ましい。
(C1)流動点降下剤(C)の融点;
流動点降下剤(C)の融点は、−13℃以下、好ましくは−15℃、さらに好ましくは−17℃以下である。
流動点降下剤(C)の融点は、上記エチレン・プロピレン共重合体(B)の融点の測定方法と同様の方法により求められる。
上記流動点降下剤(C)はさらに、下記(C2)の特性を有することが好ましい。
(C2)流動点降下剤(C)の分子量(ポリスチレン換算重量平均分子量:Mw);
流動点降下剤(C)の重量平均分子量は、20,000〜400,000、好ましくは30,000〜300,000、より好ましくは40,000〜200,000の範囲にある。
流動点降下剤(C)の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用い、テトラフロロフラン溶媒で、40℃で測定される。
(潤滑油組成物(AA))
本発明に係る潤滑油組成物(AA)は、上記潤滑油基剤(A)と上記エチレン・プロピレン共重合体(B)とからなり、潤滑油基剤(A)を80〜99重量%、好ましくは85〜95重量%、エチレン・プロピレン共重合体(B)を1〜20重量%、好ましくは5〜15重量%の割合で含有している。ここで(A)と(B)の合計は100重量%である。
このような潤滑油組成物は、温度依存性が小さく低温特性に優れる。この潤滑油組成物は、そのまま使用することができ、またこの潤滑油組成物にさらに潤滑油基剤、流動点降下剤などを配合して例えば下記に説明する(BB)のような潤滑油組成物として、各種の潤滑油用途に使用することもできる。また上記潤滑油基剤(A)以外の潤滑油基材などを配合しても良い。また潤滑油組成物(AA)にはさらに必要により後述するような流動点降下剤、酸化防止剤、清浄分散剤、極圧剤、消泡剤、錆び止め剤、腐食防止剤等の添加剤を適宜配合することができる。
(潤滑油組成物(BB))
本発明に係る潤滑油組成物(BB)は、上記潤滑油基剤(A)と、上記エチレン・プロピレン共重合体(B)と、上記流動点降下剤(C)とからなり、潤滑油基剤(A)が92〜99.85重量%、好ましくは95〜99.7重量%、更に好ましくは97〜99.5重量%、エチレン・プロピレン共重合体(B)が0.1〜5重量%、好ましくは0.2〜3重量%、更に好ましくは0.4〜2重量%、流動点降下剤(C)が0.05〜3重量%、好ましくは0.1〜2重量%、さらに好ましくは0.1〜1重量%の割合で含有されている。なお(A)と(B)と(C)の合計は100重量%である。
潤滑油組成物(AA)に加えられる潤滑油基剤は潤滑油組成物(AA)中の潤滑油基剤と同じであっても異なってもよいが、上記(A1)〜(A3)の特性を有するものが好ましい。
このような潤滑油基剤(A)とエチレン・プロピレン共重合体(B)と流動点降下剤(C)とからなる潤滑油組成物(BB)は、温度依存性が小さく低温特性に優れ、特に低温−低せん断速度条件下で低い粘度を有する。
(添加剤)
本発明の潤滑油組成物は、上記潤滑油基剤(A)およびエチレン・プロピレン共重合体(B)、必要に応じて流動点降下剤(C)からなるものであるが、必要により酸化防止剤、清浄分散剤、極圧剤、消泡剤、錆び止め剤、腐食防止剤等の添加剤を適宜配合することができる。
ここで、酸化防止剤として具体的には、2,6−ジ−t−ブチル−4メチルフェノール等のフェノール系酸化防止剤;ジオクチルジフェニルアミン等のアミン系酸化防止剤などが挙げられる。また清浄分散剤としては、カルシウムスルフォネート、メグネシウムスルフォネート等のスルフォネート系;フィネート;サリチレート;コハク酸イミド;ベンジルアミンなどが挙げられる。
極圧剤としては、硫化油脂、硫化オレフィン、スルフィド類、リン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩、亜リン酸エステルアミン塩などが挙げられる。
消泡剤としては、ジメチルシロキサン、シリカゲル分散体等のシリコン系消泡剤;アルコール、エステル系消泡剤などが挙げられる。
錆止め剤としては、カルボン酸、カルボン酸塩、エステル、リン酸などが挙げられる。また、腐食防止剤としては、ベンゾトリアゾールとその誘導体、チアゾール系化合物などが挙げられる。
(調製方法)
本発明に係る潤滑油組成物(AA)および(BB)は、従来公知の方法で、潤滑油基剤(A)にエチレン・プロピレン共重合体(B)、必要に応じて流動点降下剤(C)、さらに必要に応じてその他の添加剤を混合または溶解することにより調製することができる。
潤滑油組成物(BB)は、潤滑油組成物(AA)に流動点降下剤(C)と必要によりさらに潤滑油基剤を加えることによっても得られる。この場合、潤滑油組成物(AA)に加えられる潤滑油基剤は、潤滑油組成物(AA)中の潤滑油基剤(A)と同じであっても異なってもよいが、上記(A1)〜(A3)の特性を有するものが好ましい。
(効果)
本発明の潤滑油組成物は、SAE粘度規格で規定される低温・低せん断速度条件下で低い粘度を有し、ポンピング特性に優れるので特にエンジン油等の内燃機関用潤滑油として有用である。
エチレン含量;
日本電子LA500型核磁気共鳴装置を用い、オルトジクロルベンゼンとベンゼン−d6との混合溶媒(オルトジクロルベンゼン/ベンゼン−d6=3/1〜4/1(体積比))中、120℃、パルス幅45°パルス、パルス繰り返し時間5.5秒で測定した。
極限粘度[η];
135℃、デカリン中で測定した。
Mw/Mn;
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用い、オルトジクロロベンゼン溶媒で、140℃で測定した。
100℃での動粘度(K.V.);
ASTM D 445に基づいて測定を行った。尚、本実施例では試料油のK.V.が11mm2/sとなるように調整した。
Mini−Rotary Viscometer(MRV)粘度;
ASTM D 3829、D4684に基づいて−35℃で測定を行った。MRVはオイルポンプが低温で正常なポンピングを行うための評価に用いられ、値が小さい程、低温特性に優れることを示す。
Cold Cranking Simulator(CCS)粘度;
ASTM D 2602に基づいて−25℃および−30℃で測定を行った。CCS粘度はクランク軸における低温での摺動性(始動性)の評価に用いられ、値が小さい程、低温特性に優れることを示す。
Shear Stability Index(SSI);
ASTM D 3945に基づいて測定を行った。SSIは潤滑油中の共重合体成分が金属摺動部でせん断を受け、分子鎖が切断することによる動粘度の損失の尺度であり、SSIが大きい値である程、損失が大きいことを示す。
(重合例1〜4)
充分窒素置換した容量2リットルの攪拌翼付連続重合反応器に、脱水精製したヘキサン1リットルを張り、8.0mmol/lに調整したエチルアルミニウムセスキクロリド(Al(C2H5)1.5・Cl1.5)のヘキサン溶液を500ml/hの量で連続的に1時間供給した後、更に触媒として0.8mmol/lに調整したVO(OC2H5)Cl2のヘキサン溶液を500ml/hの量で、ヘキサンを500ml/hの量で連続的に供給した。一方重合器上部から、重合液器内の重合液が常に1リットルになるように重合液を連続的に抜き出した。次にバブリング管を用いてエチレンを180l/hの量で、プロピレンを120l/hの量で、水素を1.5〜5.5l/hの量で供給した。共重合反応は、重合器外部に取り付けられたジャケットに冷媒を循環させることにより15℃で行った。
上記条件で反応を行うと、エチレン・プロピレン共重合体を含む重合溶液が得られた。得られた重合溶液は、塩酸で脱灰した後に、大量のメタノールに投入して、エチレン・プロピレン共重合体を析出させた後、130℃で24時間減圧乾燥を行った。得られたポリマーの性状を表2に示す。
(重合例5)
充分窒素置換した容量2リットルの攪拌翼付ステンレススチール製オートクレーブに、23℃でヘプタン900mlを装入した。このオートクレーブに、攪拌翼を回し、かつ氷冷しながらプロピレン13Nl、水素100mlを装入した。次にオートクレーブを70℃まで加熱し、更に、全圧が6KGとなるようにエチレンで加圧した。オートクレーブの内圧が6KGになった所で、トリイソブチルアルミニウムの1.0mmol/mlヘキサン溶液1.0mlを窒素で圧入した。続いて、予め調製しておいた、トリフェニルカルベニウム(テトラキスペンタフルオロフェニル)ボレートをB換算で0.02mM、[ジメチル(t−ブチルアミド)(テトラメチル−η5−シクロペンタジエニル)シラン]チタンジクロリドを0.0005mmolの量で含むトルエン溶液3mlを、窒素でオートクレーブに圧入し重合を開始した。その後、5分間、オートクレーブを内温70℃になるように温度調製し、かつ圧力が6kgとなるように直接的にエチレンの供給を行った。重合開始5分後、オートクレーブにポンプでメタノール5mlを装入し重合を停止し、オートクレーブを大気圧まで脱圧した。反応溶液に3リットルのメタノールを攪拌しながら注いだ。得られた溶媒を含む重合体を130℃、13時間、600torrで乾燥して31gのエチレン・プロピレン共重合体を得た。得られたポリマーのエチレン含量は47重量%、[η]は1.60dl/g、Mw/Mnは2.1、融点は−40℃未満(−40℃以上に融点が確認されない)であった。
(比較例1)
鉱物油120ニュートラル(商標、ESSO社製)を87.70重量%用い、粘度指数向上剤(B)として重合例1で得られたエチレン・プロピレン共重合体を1.00重量%用いる以外は実施例4と同様に行った。結果を表5に示す。
(比較例2)
鉱物油120ニュートラル(商標、ESSO社製)を88.09重量%用い、粘度指数向上剤として重合例4で得られたエチレン・プロピレン共重合体(B)を0.61重量%用いる以外は実施例1と同様に行った。結果を表5に示す。
(比較例3)
潤滑油基剤(A)(ベース油)として、グループ(ii)に分類される100℃動粘度が4.60mm2/sの鉱物油(ESSO社製)を87.22重量%、粘度指数向上剤(B)として重合例1で得られたエチレン・プロピレン共重合体を0.98重量%、流動点降下剤(C)としてアクルーブ146(商標、三洋化成社製)を0.3重量%、清浄分散剤LZ20003C(商標、ルブリゾール社製)を11.5重量%用いて、潤滑油性能評価を行った。結果を表6に示す。
(比較例4)
100℃動粘度が4.60mm2/sの鉱物油(ESSO社製)を87.61重量%、粘度指数向上剤(B)として重合例4で得られたエチレン・プロピレン共重合体を0.59重量%用いる以外は比較例3と同様に行った。結果を表6に示す。
(比較例5)
流動点降下剤(C)としてアクルーブ136(商標、三洋化成社製)を用いる以外は比較例3と同様に行った。結果を表6に示す。
(比較例6)
流動点降下剤(C)としてアクルーブ136(商標、三洋化成社製)を用いる以外は比較例4と同様に行った。結果を表6に示す。
Claims (5)
- 100℃における動粘度が1〜50mm2/sで、かつ粘度指数が80以上の潤滑油基剤(A)80〜99重量%と、下記(B1)〜(B4)の特性を有するエチレン・プロピレン共重合体(B)1〜20重量%とからなることを特徴とする潤滑油組成物(AA);
(B1)エチレン含量が30〜75重量%の範囲にある
(B2)極限粘度[η]が1.3〜2.0dl/gの範囲にある
(B3)Mw/Mnが2.4以下である
(B4)DSCで測定した融点が30℃以下である。 - 前記潤滑油基剤(A)が、下記(A1)〜(A3)の特性を有する鉱物油であるかまたはポリα−オレフィンであることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の潤滑油組成物(AA);
(A1)粘度指数が80以上である
(A2)飽和炭化水素分が90容量%以上である
(A3)硫黄分が0.03重量%以下である。 - 100℃における動粘度が1〜50mm2/sで、かつ粘度指数が80以上の潤滑油基剤(A)を92〜99.85重量%と、下記(B1)〜(B4)の特徴を有するエチレン・プロピレン共重合体(B)を0.1〜5重量%と、流動点降下剤(C)を0.05〜3重量%とからなることを特徴とする潤滑油組成物(BB);
(B1)エチレン含量が30〜75重量%の範囲にあること
(B2)極限粘度[η]が1.3〜2.0dl/gの範囲にあること
(B3)Mw/Mnが2.4以下であること
(B4)DSCで測定した融点が30℃以下であること - 前記流動点降下剤(C)が、DSCで測定した融点が−13℃以下であることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の潤滑油組成物(BB)。
- 請求の範囲第3項または第4項に記載の潤滑油組成物(BB)からなることを特徴とする内燃機関用潤滑油。
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