JPWO2007116725A1 - 潤滑油基油 - Google Patents

Abstract

潤滑性、スラッジ溶解性、低粘度性、低温特性に優れ、低揮発性を実現できる潤滑油基油に関する。この潤滑油基油は、炭素数９以下の２価又は３価カルボン酸と、炭素数が３〜２５のアルキレングリコールモノアルキルエーテル等の１価グリコールエーテルから合成されるジエステル体又はトリエステル体を主成分として含む潤滑油基油であり、これは液状種潤滑油やグリース状潤滑油の基油として使用される。適当なジエステル体としては、アジピン酸ジ（ヘキシロキシエチル）等がある。

Description

本発明は、合成潤滑油基油、特に工業用途で使用される潤滑油全般の基油に関する。更に詳細には、低揮発性で低温流動性に優れる特長を持ち、低温から高温までの広い領域で潤滑性を長期間発現できる潤滑油基油に関する。

液状潤滑油及びグリース状潤滑油（グリース）等の潤滑油の基油には、長期間安定して性能を発揮できること、すなわち、低揮発性、優れた熱・酸化安定性や低温始動性（低温流動性）、高粘度指数（ワイドレンジ）が求められる。特に、低粘度で低揮発性という特長を持つことは究極の目標といっても過言ではない。これらの性質を満足させるべく多くの潤滑油基油が提案されているが、ある程度の領域までは満足できるものの、究極の目標である低粘度で低揮発性の領域を満足できていないのが現状である。低粘度と低揮発性を同時に得ることは相反する面が強く、例えば同一構造で低粘度化を図ると分子量が低くなり、当然揮発性が増大する。

その様な欠点を解決した既存品としてポリオールエステルがある。ポリオールエステルは、ポリαオレフィンのような炭化水素系合成油と比べて、分子が嵩高く、ポリαオレフィンと同一粘度で比較するとポリオールエステルの方が粘度が低くなる。また、ポリオールエステルの原料に用いるネオペンチルグリコールやペンタエリスリトール等のアルコールが、β位に水素を持たないため熱安定性に優れる。ただし、ポリオールエステルは、一般的にジエステルよりも低温流動性に劣り、粘度指数が低くなる。よって、上記性質を満足させることができない。

特開２００３−３２１６９１号公報 特開平２−０４１３９２号公報

特許文献１には、４−ジエチル−１，５−ペンタンジオールとｎ−オクタン酸との反応で得られるポリオールエステルの提案がある。これは、ネオペンチル基とカルボニル基の分子屈曲性を改善するために合成されたものであるが、上記内容をもってしてもやはり上記性質を満足させることはできない。

また、特許文献２には、炭素数１０以上の二塩基酸又は三塩基酸とポリアルキレングリコールのモノアルキルエーテルから得られるエステルの提案がある。しかしながら、このようなジエステル体は炭素数が大きくなるがゆえに粘度が高く、例示されている化合物も５０℃における粘度が１４ｃｐｓ以上と低粘度の特徴を備えているとはいいがたい。

本発明は、低揮発性、優れた熱・酸化安定性や低温始動性（低温流動性）、高粘度指数（ワイドレンジ）を満足しうるものであり、特に、低粘度で低揮発性という優れた特長を有する潤滑油基油を提供することである。

本発明は、炭素数９以下の２価又は３価カルボン酸と、１価グリコールエーテルから合成されるジエステル体又はトリエステル体を含む潤滑油基油である。ここで、１価グリコールエーテルの炭素原子数は３〜２５であること、１価グリコールエーテルがアルキレングリコールモノアルキルエーテルであること、カルボン酸が２価カルボン酸であること、又はカルボン酸及び１価グリコールエーテルのいずれか一方又は両方が分岐アルキル基構造をもつこと、のいずれか１以上を満足することはより好ましい潤滑油基油を与える。

以下、本発明の潤滑油基油について説明する。本発明でいう潤滑油には、液状の潤滑油の他に、グリースを含む。したがって、潤滑油基油は液状の潤滑油の基油とグリースの基油含む。

本発明の潤滑油基油の主成分は、２価又は３価カルボン酸と１価グリコールエーテルから合成される液状のエステルである。有利には、潤滑油基油中の５０wt％以上、好ましくは８０wt％以上を上記液状のエステルが占める。本発明の潤滑油基油は、用途や要求特性に応じ、上記エステルの一種類又は二種類以上を使用できる。また、本発明の潤滑油基油は、その性能を低下させない範囲で、鉱物油、ポリαオレフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、動植物油、エステル類（上記エステルを除く）、アルキルベンゼン類、合成により誘導された芳香族若しくは脂環式炭化水素類、ポリアルキレングリコール、ポリビニールエーテル、ポリフェニルエーテル、アルキル（ジ）フェニルエーテル及びシリコーンからなる群から選ばれる１種以上を基油の一部として併用することも可能である。中でも、ポリαオレフィン、エステル類との併用は、低粘度化と低蒸発性のバランスに優れたものが得られる点で好適である。

１価グリコールエーテルは炭素数が３〜２５、好ましくは５〜１５であるものがよい。炭素数３未満であると得られるエステル体の沸点が低く、低揮発性が確保し難く、２５を超えると粘度や低温流動性が確保し難い。１価グリコールエーテルは、１種類用いても又は２種類以上を合成に用いてもよい。

１価グリコールエーテルの好ましい具体例としては下記式（１）で表されるものがある。
ＨＯ―Ｒ1―Ｏ−Ｒ2 （１）
ここで、Ｒ1はＣ_pＨ_2pで表されるアルキレン基であり、Ｒ2はＣ_nＨ_2n+1で表されるアルキル基である。そして、ｐは１〜５の範囲が好ましく、ｎは１〜１２の範囲が好ましい。

Ｒ1の具体例としては、エチレン基、１−メチルエチレン基、２−メチルエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基などが挙げられる。Ｒ2の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、クミル基、ヘキシル基、１，４−ジメチルブチル基、オクチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、３，５，５−トリメチルヘキシル基、デシル基などが挙げられる。

上記のようなＲ1及びＲ2であるアルキレングリコールモノアルキルエーテルであることは、低揮発性・低粘度・耐熱性のバランスに優れた潤滑油・グリースを得やすい点で好ましい。この場合、炭化水素鎖は直鎖構造でも分岐構造を有してもよく、また水酸基と結合する炭素は１級炭素、２級炭素いずれの構造を有しても良い。また、Ｒ1及びＲ2は直鎖状であってもよいが、少なくとも一方は分岐状であることが望ましい。

２価又は３価カルボン酸としては炭素数が９以下であれば特に限定はない。好ましくは、脂肪族カルボン酸である。２価のカルボン酸としては、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、ジメチルコハク酸、メチルアジピン酸、ジメチルグルタル酸などが挙げられる。３価のカルボン酸としては、１，２，４−ブタントリカルボン酸などが挙げられる。２価カルボン酸を用いることは、安価な潤滑油・グリースを得られる点で好ましい。これらのカルボン酸は１種類を用いても、２種類以上を合成に用いても良い。

上記のカルボン酸と１価グリコールエーテルからエステルを合成する反応は公知である。具体的な方法として、高温下、縮合反応で生成する水を除去しながらエステル化を進行させる合成方法が挙げられる。この反応には硫酸、パラトルエンスルホン酸などの触媒を用いることも可能であるし、またトルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの脱水溶媒を併用することも可能である。３価のカルボン酸を用いる場合は、３価のカルボン酸１モルに対し、１価グリコールエーテルを３モル反応させる。

以上の方法で得られるエステル体が、カルボン酸、１価グリコールエーテルのいずれかもしくは両方が分岐アルキル基構造を有する化合物より合成されたものは、良好な低温流動性を付与しやすい点で好ましい。

分岐アルキル基構造をもつ１価グリコールエーテルを例示すると、式（１）におけるＲ1が１−メチルエチレン基、２−メチルエチレン基であるものや、Ｒ2がイソブチル基、２−エチルヘキシル基であるものなどが挙げられる。また、分岐構造をもつ２価又は３価カルボン酸を例示するとジメチルコハク酸、メチルアジピン酸、ジメチルグルタル酸などが挙げられる。

本発明の潤滑油基油は、液状潤滑油及びグリース等の潤滑油の基油となるが、この基油を使用した潤滑油の性能を向上させるため、公知の酸化防止剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、金属不活性剤、防錆剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、消泡性等の添加剤の１種以上を適宜配合することができる。これらの添加剤は、潤滑油基油に対して好ましくは０．０１〜１０質量％、更に好ましくは０．０３〜５質量％添加される。

本発明の潤滑油基油を使用したグリースに使用される増ちょう剤は、特に限定されず、通常のグリースに使用されているものを適宜使用できる。例えば、金属石けん、複合石けん、ウレア、有機ベントナイト、シリカ等が挙げられる。本発明のグリース中、増ちょう剤の含有量は、通常３〜３０質量％が適当である。本発明のグリースには一般に配合される酸化防止剤、極圧剤、防錆剤、金属腐食防止剤、油性剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、付着性向上剤等の添加剤の１種又は２種以上を適宜配合することができる。これらの添加剤は、通常グリース基油に対して好ましくは０．０１〜１０質量％、更に好ましくは０．０３〜５質量％添加される。本発明のグリースは従来公知の方法により製造することができる。

本発明の潤滑油基油は、潤滑油として作動油、ギヤ油、スピンドル油、軸受油などの工業用潤滑剤をはじめ、動圧軸受油、焼結含油軸受油、ヒンジ油、ミシン油、摺動面油などの各種用途に適用できる。グリースとしては、軸受部（ボール、コロ、ニードル）、摺動部、ギヤ部などの各種潤滑部に適用することができる。

合成例１
３００ｃｃ四つ口フラスコ、攪拌子、温度計、窒素通気管及び窒素ライン、ディーンスターク管、冷却管、三方コック、真空装置から構成される反応装置に、アジピン酸３６．５４ｇ（０.２５ｍｏｌ）、エチレングリコールモノｎ−ヘキシルエーテル８７．７４ｇ（０．６０ｍｏｌ）、パラトルエンスルホン酸一水和物２．３８ｇ（０．０１２５ｍｏｌ）、トルエン８６ｇを入れ、窒素雰囲気にて、８５℃で３０時間攪拌し、反応させた。反応混合物に水酸化ナトリウム水溶液を添加してパラトルエンスルホン酸を中和し、油水分離した。分離後の油をアルカリ洗浄し、更に水洗を行った後、油水分離し、分離後の油を無水硫酸ナトリウムにて乾燥させた。この油より蒸留にて水、エチルベンゼン、未反応のエチレングリコールモノｎ−ヘキシルエーテルを留去し、アジピン酸ジヘキシロキシエチルを得た。

合成例２
カルボン酸としてアゼライン酸４７．０６ｇ（０.２５ｍｏｌ）、グリコールエーテルとしてプロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル(プロピレングリコールのプロピレン基が１−メチルエチレン基と２−メチルエチレン基である異性体混合物)７９．３２ｇ（０．６０ｍｏｌ）を使用した以外は合成例１と同様の手順にて、アゼライン酸ジ（ブトキシプロピル）を得た。なお、アゼライン酸ジ（ブトキシプロピル）は、アゼライン酸ジ(ブトキシ１−メチルエチル)とアゼライン酸ジ(ブトキシ２−メチルエチル)を主生成物とする混合物である。

合成例３
カルボン酸としてメチルアジピン酸４０.０６ｇ（０.２５ｍｏｌ）、グリコールエーテルとしてエチレングリコールモノｎ−ヘキシルエーテル８７．７４ｇ（０．６０ｍｏｌ）を使用した以外は合成例１と同様の手順にて、メチルアジピン酸ジ（ヘキシロキシエチル）を得た。

合成例４
カルボン酸としてドデカン二酸５７.５８ｇ（０.２５ｍｏｌ）、グリコールエーテルとしてプロピレングリコールモノｎ−ブチルエーテル７９．３２ｇ（０．６０ｍｏｌ）を使用した以外は合成例１と同様の手順にて、ドデカン二酸ジ（ブトキシプロピル）を得た。なお、ドデカン二酸ジ（ブトキシプロピル）は、ドデカン二酸ジ(ブトキシ１−メチルエチル)とドデカン二酸ジ(ブトキシ２−メチルエチル)を主生成物とする混合物である。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を説明にする。

実施例１〜５及び比較例１〜２
１２０℃の蒸発試験（熱天秤）を実施し、基油としての粘度と蒸発量の関係を評価した。低温時の回転特性に優れ、かつ、蒸発量の少ない基油を同条件にて評価した。実施例１は合成例１のアジピン酸ジヘキシロキシエチルを、実施例２は合成例２のアゼライン酸ジブトキシプロピルを、実施例３は合成例３のメチルアジピン酸ジ（ヘキシロキシエチル）を、実施例４は合成例２のアゼライン酸ジブトキシプロピル６５重量部とジイソオクチルアジペート(HATCOL2906：HATCO製)３５重量部を混合した混合油を、実施例５は合成例１のアジピン酸ジヘキシロキシエチル７５重量部とポリαオレフィン(PAO3：shevron製)２５重量部を混合した混合油をそれぞれ用いた。また、比較例１は合成例４のドデカン二酸ジ（ブトキシプロピル）を、比較例２はネオペンチルグリコールエステル（HAT COL2962：HATCO製）をそれぞれ用いた。表１に各基油の物性を評価した結果を示す。

蒸発率の測定方法は以下の通り。
測定装置：熱天秤（パーキンエルマー製）
潤滑油量：20mg
放置温度：120℃（大気中）
放置時間：480分
初期重量からの重量減少率を測定し、１．０重量％未満をG（合格）とし、１．０重量％以上をNG（不合格）とした。

動粘度の測定はJIS K 2283に準拠し、−１０℃での動粘度が１１０ｍｍ²／ｓ未満をG（合格）とし、１１０ｍｍ²／ｓ以上をNG（不合格）とした。

実施例６〜１０及び比較例３〜４
実施例１〜５及び比較例１〜２の各基油を用いて、公知の方法によりグリース化した。グリースは、増ちょう剤にステアリン酸リチウムを１２重量％及び公知の酸化防止剤（アルキルジフェニールアミン：イルガノックスL５７）を０．５重量％配合した。得られたグリースについて、旧ＡＳＴＭ Ｄ１７４１の試験機を用いて、１５０℃における寿命試験（連続運転、密封軸受使用）を実施し、寿命時間を評価した。なお、３００時間以上の寿命で合格と判定した。また、鈴木式摩擦摩耗試験機を用いて駆動から１０秒後の静摩擦係数を測定した。すべり速度は２．４ｍ／ｓ、面圧は１５ｋｇ／ｃｍ²に設定し、回転プレート試験片はＳ４５ＣにＤＬＣを被膜した。固定試験片はＳ４５Ｃをそのまま用いた。ＤＬＣを被膜することで、グリース摩擦係数を摩耗などに影響されないで測定できる。なお、静摩擦係数が０．１５未満でG（合格）と判定した。

評価結果を表２に示す。なお、実施例６は実施例１の、実施例７は実施例２の、実施例８は実施例３の、実施例９は実施例４の、実施例１０は実施例５の基油から得られたグリースであり、比較例３は比較例１の、比較例４は比較例２の基油から得られたグリースである。

表１より、実施例１、２、３は蒸発特性と低温時における回転特性に優れていることが分かる。これに対して、比較例１は蒸発特性に優れるが低温特性に劣る。比較例２は低温特性に優れるが、蒸発特性に劣る。この結果、本発明の基油の優位性が明らかになった。また、表２に示すグリース寿命試験においても比較例に劣らない寿命時間を示し、かつ低い静摩擦係数であった。本発明の基油を用いることにより、長寿命と低摩擦を併せ持つグリースが得られる。

産業上の利用の可能性

本発明の潤滑油基油は、エステル結合とエーテル結合を併せ持ち極性が高く、潤滑性とスラッジ溶解性に優れる。また、酸素原子数の増加（極性が高い）で低揮発性を実現でき、低温特性は、エステルに分岐鎖を持たせることでより良好な特性を実現できる。したがって、この潤滑油基油を用いて得られる潤滑油は究極目標の低粘度化と低揮発性を実現することが可能となる。本発明の合成潤滑油基油は、低粘度でかつ蒸発特性に優れ、長期安定して潤滑性を維持することができる。また、本発明の合成潤滑油基油をグリース化した場合、その特性を維持しながらも既存エステル類に勝る特性を有している。特に、既存低粘度エステル類でバランスが良いと言われているネオペンチルグリコールエステルよりも低粘度で、かつ蒸発特性に優れる点は画期的といっても過言ではない。したがって、本発明の潤滑油基油は、温度変化が激しい条件で使用される軸受用潤滑油をはじめ各種工業用潤滑油の発展に貢献すると思われる。特に焼結含浸軸受用潤滑油基油又は流体軸受用潤滑油基油として好適である。また、本発明の潤滑油基油を使用した潤滑油は、ミシン油、摺動面油、油圧作動油、ギヤ油、ミシン用潤滑油、軸受油、動圧軸受油、焼結含油軸受油などに優れた効果を発揮する。本発明の潤滑油基油をグリースの基油としたグリースは、高温、高速回転で使用される転がり軸受等に封入されるグリースや高速で摺動するギヤ部やすべり部用として好適である。

Claims (9)

1. 炭素数９以下の２価又は３価カルボン酸と、１価グリコールエーテルから合成されるジエステル体又はトリエステル体を含む潤滑油基油。
2. １価グリコールエーテルの炭素原子数が、３〜２５である請求項１記載の潤滑油基油。
3. １価グリコールエーテルが、アルキレングリコールモノアルキルエーテルである請求項１又は２記載の潤滑油基油。
4. カルボン酸が２価カルボン酸である請求項１〜３のいずれかに記載の潤滑油基油。
5. カルボン酸及び１価グリコールエーテルの少なくとも一方が分岐構造のアルキル基を有する請求項１〜４のいずれかに記載の潤滑油基油。
6. 潤滑油基油が、グリース基油である請求項１〜５のいずれかに記載の潤滑油基油。
7. 請求項６に記載のグリース基油を使用したグリース。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の潤滑油基油を使用した流体軸受油。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載の潤滑油基油を使用した油圧作動油、軸受油、動圧軸受油、焼結含油軸受油、ギヤ油又はミシン用潤滑油。