JP2004514024A - 低粘度機能性流体組成物 - Google Patents
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-
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Abstract
Description
本発明は、様々な用途において、特に、低温度での十分な機能を果たすため、より低粘度流体を必要とする新規なアンチロックブレーキシステム用のブレーキ流体として有用な低粘度機能性流体に関する。
【0002】
ホウ酸エステルに基づく機能性流体組成物は、当該技術分野においてよく知られている。DOT4またはDOT5.1ブレーキ流体として有用であるために、これらのホウ酸エステルベースの組成物は、特に最低乾燥平衡環流沸点(minimum dry equilibrium reflux boiling point)(ERBP)、最低湿潤平衡沸点(minimum dry equilibrium boiling point)(WERBP)および最大低温(−40℃)粘度に関して、厳格な物理特性および性能要件を満たし、同時に、適正な耐腐食性、安定性を維持し、また他の物性要件、例えばpH、リザーブアルカリ度(reserve alkalinity)、ゴム膨潤性(rubber swell)等を満足しなければならない。連邦自動車基準116(Federal Motor Vehicle Standards 116)に定義されているとおり、最低ERBP、WERBPおよび最大粘度要件は、下記表1に示される。
【0003】
【表1】
【0004】
最近開発された電子的またはオートマチックアンチロックブレーキシステムは、表1に明らかにした性能特性に比べて、更により優れた物理的および性能特性を有する高性能ブレーキ流体に対する必要性を生み出してきた。特に、表1に示したものに比べて、かなり低い低温粘度を有し、同時に最低ERBPおよびWERBP温度要件を満たすか、または凌駕する高性能ブレーキ流体に対する強い要望がある。DOT5.1流体に対して700センチストークス(7.0cm2/s)未満の低温粘度を有する高性能ブレーキ流体およびDOT4流体に対して500センチストークス(5.0cm2/s)未満の低温粘度を有する高性能ブレーキ流体が、これらの現在開発されたブレーキシステムに使用するために求められている。
【0005】
DOT4流体に対して、700センチストークス(7.0cm2/s)未満およびそれよりかなり低い低温粘度を有するホウ酸エステルベースの高性能ブレーキ流体の製造は、この産業における困難な課題であることが示されている。所望の高ERBPおよびWERBP温度を提供するために、その流体中に十分なホウ酸エステルが存在しなければならない。しかしながら、流体中の大量のホウ酸エステルは、許容限度を超えて低温粘度を上げる傾向がある。加えて、多くの従来のブレーキ流体添加物、例えばアルカノールアミン腐食抑制剤は、特に流体のpH安定性を維持するために必要とされる量で、低温粘度を上げる傾向がある。以上のとおり、非常に低い粘度を有するブレーキ流体組成物が依然として求められている。
【0006】
先行技術では、ホウ酸エステルベースのブレーキ流体の粘度を低下させ、同時に十分高い最低ERBPおよびWERBP温度を維持する様々な努力が開示されている。例えば、米国特許第4,371,448号明細書には、必須成分として十分な量のビス(エチレングリコールモノアルキルエーテル)を含むホウ酸エステルベースのブレーキ流体が開示されている。欧州特許第0750033号明細書及び欧州特許第0617116号明細書には、従来の腐食抑制剤を錯合化合物および化合物の混合物で置換することにより、ホウ酸エステルベースのブレーキ流体の粘度を低下させる試みが開示されている。これらの全ての努力は、複雑で高価な成分をブレーキ流体に導入することが含むが、ホウ酸エステルベースのブレーキ流体の低温粘度を、DOT5.1要件を他の方法で満たそうとする流体に対しては、700センチストロークス(7.0cm2/s)未満に下げ、またDOT4要件を他の方法で満たそうとする流体に対しては、500センチストロークス(5.0cm2/s)未満に下げる本出願人の目標を達成することに失敗した。
【0007】
本発明において、出願人は、DOT4および5.1流体の要件を満たしあるいは凌駕する十分に高度のERBPおよびWERBP温度とを有し、DOT4および5.1流体に対して700センチポイズ(7.0cm2/s)未満、好ましくは、DOT4流体に対して500センチストロークス(5.0cm2/s)未満の低温粘度(−40℃)を有する組成物の幾つかの独特の組み合わせを発見した。本発明の新規な機能性流体組成物は、容易に入手可能の、安価な成分から製造でき、また特定のホウ酸エステル成分、特定のアルコキシグリコール成分および数多くの典型的添加剤パッケージを含む。
【0008】
本発明の新規な低粘度機能性流体は、下記のものを含む。
(a)組成物の全質量に基づいて35〜70質量%の下式を有するアルコキシグリコールホウ酸エステル成分、
[RO(CH2CH2O)n]3−B
(式中、Rは、メチル、エチル、プロピルもしくはブチル、またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=3であるホウ酸エステルが、ホウ酸エステル成分の全質量に基づいて90質量%より多い。)、
(b)組成物の全質量に基づいて25〜65質量%の下式を有するアルコキシグリコール成分
RO(CH2CH2O)nH
(式中、Rは、1〜8個の炭素原子を含むアルキル基またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=2であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて1〜88質量%で存在し、n=4であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて0〜20質量%で存在する。)、および
(c)組成物の全質量に基づいて0.3〜10質量%の、腐食抑制剤、消泡剤、pH安定剤および抗酸化剤の一種または二種以上を含む添加剤パッケージ
(ここで、n=2である、成分(a)および(b)の合計は、組成物の全質量に基づいて1〜45質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計は、組成物の全質量に基づいて0〜10質量%である。)
【0009】
少なくとも240℃のERBP、少なくとも165℃のWERBPおよび500センチストークス(5.0cm2/s)未満の低温粘度を有する本発明の流体組成物は、成分(a)において、n=3が90質量%より多く、成分(b)において、n=2が12〜88質量%であり、またn=4が0〜10質量%であり、またn=2である、成分(a)および(b)の合計が8〜45質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計が0〜6質量%である場合に得られる。
【0010】
少なくとも260℃のERBP、少なくとも180℃のWERBPおよび700センチストークス(7.0cm2/s)未満の低温粘度を有する本発明の流体組成物は、成分(a)において、n=3が95%質量より多く、成分(b)において、n=2が1〜12質量%であり、n=4が0〜20%であり、またn=2である、成分(a)および(b)の合計が1〜8質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計が0〜10質量%である場合に得られる。
【0011】
成分(a)において、n=3であるアルコキシグリコールホウ酸エステル成分の量は、好ましくは95質量%以上であり、またより好ましくは96質量%以上である。成分(a)において、n=2であるアルコキシグリコールホウ酸エステル成分の量は、好ましくは0.5質量%以上であり、またより好ましくは1.0質量%以上である。成分(a)において、Rは、好ましくはメチル、エチル、またはそれらの混合物であり、また最も好ましくはメチルである。
【0012】
成分(b)において、n=2であるグリコールエーテルの量は、好ましくは1質量%以上であり、より好ましくは2質量%以上である。
【0013】
好ましくは、成分(b)中に存在するn=2であるグリコールエーテルの量は、65質量%未満であり、より好ましくは40質量%またはそれ未満である。成分(b)において、n=4であるグリコールエーテルの量は、0.5質量%以上、およびより好ましくは1質量%以上である。成分(b)において、n=4であるグリコールエーテルの量は、12質量%以下、およびより好ましくは10質量%以下である。成分(a)および(b)において、n=2である、ホウ酸エステルおよびグリコールエーテルの量が、0.5質量%以上であり、より好ましくは1質量%以上であり、最も好ましくは2質量%以上である。成分(a)および(b)において、n=2である、ホウ酸エステルおよびグリコールエーテルの量が、好ましくは45質量%以下であり、より好ましくは35質量%以下であり、最も好ましくは25質量%以下である。成分(a)および(b)において、n=4である、ホウ酸エステルおよびグリコールエーテルの量が、好ましくは0.5質量%以上である。成分(a)および(b)において、n=4である、ホウ酸エステルおよびグリコールエーテルの量が、8質量%以下であり、またより好ましくは7質量%以下である。
【0014】
本発明の機能性流体組成物の成分(a)は、下式
[RO(CH2CH2O)n]3−B
(式中、Rは、メチル、エチル、プロピルまたはブチル、またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=3であるホウ酸エステル成分が、ホウ酸エステル成分の全質量に基づいて90質量%より多い。)
で表されるアルコキシグリコールホウ酸エステルである。ホウ酸エステルおよびその製造方法は、この技術分野でよく知られている。本発明の機能性流体組成物において有用であるホウ酸エステルは、ホウ酸と、典型的にはアルコキシトリエチレングリコール種の少なくとも90質量%、好ましくは95質量%を含むアルコキシグリコールの選択的混合物である適切なアルコキシグリコール成分とを反応させることにより製造できる。
【0015】
有用なホウ酸エステルの例には、メトキシトリエチレングリコールホウ酸エステル、エチルトリエチレングリコールホウ酸エステル、ブチルトリエチレングリコールホウ酸エステルおよびこれらの混合物を含む。特に、DOT4流体を製造するとき、90%より多いメトキシトリエチレングリコールホウ酸エステルを含むホウ酸エステル成分と、そしてDOT5.1流体を製造するとき95%より多いメトキシトリエチレングリコールホウ酸エステルを含むホウ酸エステル成分とにより良い結果が得られる。成分(a)は、典型的に、全組成物の質量に基づいて、35〜70質量%の量で機能性流体組成物中に存在する。
【0016】
本発明の機能性流体組成物の成分(b)は、下式
RO(CH2CH2O)nH
(式中、Rは、1〜8個の炭素原子を含むアルキル基またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=2であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて1〜88質量%で存在し、n=4であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて0〜20質量%で存在する。)、
を有するアルコキシグリコールをその組成物の全質量に基づいて25〜65質量%含む。有用なアルコキシグリコールの例には、メトキシトリグリコール、メトキシジグリコール、メトキシテトラグリコール、エトキシトリグリコール、エトキシジグリコール、エトキシテトラグリコール、プロポキシトリグリコール、ブトキシトリグリコール、ブトキシジグリコール、ブトキシテトラグリコール、ペントキシジグリコール、ペントキシトリグリコール、2−エチルヘキシルグリコールおよびこれらの混合物が含まれる。特に、メトキシトリグリコール、メトキシジグリコール、エトキシトリグリコール、ブトキシジグリコール、ブトキシトリグリコール、ヘキソキシジグリコールおよびこれらの混合物を使用すると良い結果が得られる。
【0017】
本出願人は、アルコキシ基が1〜5個の炭素原子を含むアルコキシジグリコールが、機能性流体組成物の粘度を低下させるのに有用であることを発見した。しかしながら、そのようなより低級アルコキシジグリコールが、本発明のDOT4流体中で45質量%を超えて存在し、または本発明のDOT5.1流体中で8質量%を超えて存在する場合、ERBPおよびWERBPは受容不可能のレベルに低下させられうる。より高級なアルコキシジグリコール、つまりアルコキシ基が5〜8個の炭素原子を含むものは、ERBPまたはWERBPに深刻な悪影響を及ぼさないで10質量%まで、あるいはそれ以上の量で、機能性流体組成物中に許容され得る。これらの量で存在する場合、これらのより高級なアルコキシジグリコールは、有利なゴム膨潤特性を提供できることが発見された。
【0018】
本発明の機能性流体組成物の成分(c)は、腐食抑制剤(corrosion inhibitor)を含む添加剤パッケージの組成物の全質量に基づいて0.3〜10質量%を含む。この技術分野において公知である種々の従来の添加剤が、本発明の機能性流体組成物において有利に使用可能である。これらの添加剤には、例えば、腐食抑制剤、安定剤、例えばpH安定剤、および抗酸化剤が含まれる。
【0019】
本発明の機能性流体組成物を調整するに当って、有効な腐食抑制剤の選択は、特に重要である。多くの従来の腐食抑制剤、例えばアルカノールアミンまたはアルキルアミンおよび他の有機アミンは、ホウ酸エステルベースの機能性流体組成物の低温粘度を増大させて、欧州特許第0750033号明細書(EP0750033)および欧州特許第0617116号明細書(EP0617116)に開示されたように、より複雑で高価な添加剤の使用が必要となる。本出願人の機能性流体組成物の利点は、従来の腐食抑制剤、例えばアルカノールアミンの使用を可能として、さらにこれまで知られたものより低い粘度を得ることができることである。他の利点は、従来の抑制剤および添加剤をより多くの量使用可能にすることであり、それは、許容可能の低粘度を維持しつつ、向上した安定性と腐食抵抗性を得るのに望ましい。
【0020】
本発明の機能性流体組成物中に使用することのできる従来の腐食抑制剤の実施例クラスには、脂肪酸、例えばラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸またはオレイン酸、亜リン酸またはリン酸と脂肪族アルコールとのエステル、ホスファイト、例えばエチルホスファイト、ジメチルホスファイト、イソプロピルホスファイト、ブチルホスファイト、トリフェニルホスファイトおよびイソプロピルホスファイト、窒素含有へテロ環式化合物、例えばベンゾトリアゾールまたはその誘導体、それらの化合物と1,2,4−トリアゾールおよびその誘導体との混合物が含まれる(米国特許6,974,992第号明細書参照)。腐食抑制剤として有用な他のアミン化合物には、アルキルアミン、例えばジn−ブチルアミンおよびジn−アミルアミン、シクロヘキシルアミンおよびそれらの塩が含まれる。本発明の機能性流体組成物中で腐食抑制剤として特に有用であるアミン化合物には、アルカノールアミン、好ましくは各アルカノール基が1〜6個の炭素原子を含む、1〜3個のアルカノール基を有するアルカノールアミンが含まれる。有用なアルカノールアミンの例として、モノ−、ジ−、およびトリメタノールアミン、モノ−、ジ−、およびトリエタノールアミン、モノ−、ジ−、およびトリプロパノールアミン、モノ−、ジ−、およびトリイソプロパノールアミンが含まれる。容易に入手可能で、安価なジイソプロパノールアミンを用いて、本発明の機能性流体組成物により良好な結果が得られた。
【0021】
本発明の機能性流体組成物において使用される腐食抑制剤の量は、組成物の質量に基づいて0.3〜10質量%、好ましくは1〜3質量%の範囲である。
【0022】
本発明の機能性流体は、又有利には、1つ以上の腐食抑制剤に加えて、他の添加化合物、例えば消泡剤、pH安定剤、抗酸化剤、機能性流体組成物の性能を向上させるのに熟練の製造業者にとって公知の全てのものを含むことができる。そのような他の添加剤は、腐食抑制剤と組み合わせて、通常、機能性流体組成物の全質量に基づいて、0.3〜10.0質量%の量で存在する。
【0023】
ERBPまたはWERBP温度を受容可能のレベル以下に低下させないように、また低温粘度を許容レベル以上に増加させないように配慮されるかぎり、本発明の機能性流体組成物に他の材料を調合することが意図される。例えば、本発明の機能性流体組成物は、その機能性流体の全質量に基づいて、0〜20質量%の希釈剤または潤滑剤、例えばポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリ(アルキレンオキシド)ジアルコキシグリコール、またはボーレートコ−エステルを含むことができる。
【0024】
本発明の教示は、より低い粘度を得るために、調合される他の流体に適用できる、例えば、米国特許第4,371,448号明細書、欧州特許第0750033号明細書および欧州特許第0617116号明細書に開示された流体に、許容最低限度のERBPおよびWERBP温度を保ちながら、より低い粘度を得るために適用できることも意図される。
【0025】
実施例
限定することを意図していない以下の実施例により、本発明の機能性流体組成物およびその好ましい実施態様について説明する。
【0026】
以下の実施例において機能性流体組成物を製造するために使用した純粋のメトキシトリエチレングリコールホウ酸エステル(MTGBE)は、成分(a)の検討において上記した式により表される高度選択性エステルであり、n=3の種を98%で、n=2の種を2%含有していた。下記の実施例の機能性流体を製造するのに使用されたMTGBEは、メトキシトリエチレングリコール中、純粋ホウ酸エステル87質量%として導入された。
【0027】
下記の実施例において機能性流体を製造するに使用されたホウ酸エステルおよび種々の成分は、下記のように特定される。
【0028】
【表2】
【0029】
ERBP、WERBP及び−40℃粘度は、運輸省(Department of Transportation)FMVSS116に記載された試験手順により決定される。
【0030】
存在する各成分の量に関して下記の表中に示された数字は、流体組成物の全質量に基づいて質量%で示されている。グリコールエーテル中に存在するn=2の種およびn=4の種の量に関する数字は、存在する全グリコールエーテルの全質量に基づいて、質量%で示されている。流体組成物中に存在するn=2の種およびn=4の種の量に関する数字は、流体組成物の全質量に基づいて、質量%で示されている。
【0031】
実施例1〜5
表2に示す組成を有する5種の機能性流体が製造された。これらの実施例により、本発明の機能性流体組成物がDOT4ブレーキ流体のERBPおよびWERBP最小温度要件に適合し、同時に700センチストローク(7.0cm2/s)未満の−40℃粘度を有することが明らかである。実施例1および2は、流体組成物が500センチストローク(5.0cm2/s)未満の低温粘度を有することを明らかしている。
【0032】
【表3】
【0033】
ERBP、WERBPおよび−40℃粘度は、実施例1〜5の流体組成物に対して測定され、表3に示されている。
【0034】
【表4】
【0035】
表3から明らかなとおり、実施例1および2の流体組成物は、DOT4流体のERBPおよびWERBP最小温度要件に適合し、また500センチストローク(5.0cm2/s)未満の低温粘度を有する。
【0036】
実施例6〜9
表4に示す組成を有する5種の機能性流体が製造された。実施例6、7および8は、本発明の機能性流体組成物がDOT5.1ブレーキ流体のERBPおよびWERBP最小温度要件に適合し、同時に700センチストローク(7.0cm2/s)未満の−40℃粘度を有することを明らかにした。実施例9は、この粘度要件を満たさない流体組成物を示した。
【0037】
【表5】
【0038】
ERBP、WERBPおよび−40℃粘度が実施例6〜9の流体組成物に対して測定され、表5に示されている。
【0039】
【表6】
【0040】
表5から明らかなように、実施例6、7および8の流体組成物は、DOT5.1流体のERBPおよびWERBP最小温度要件に適合し、同時に700センチストローク(7.0cm2/s)の最大低温粘度要件を満たした。実施例9は、この粘度目標を満たすのに失敗した。
【0041】
実施例1、6および7の流体組成物が運輸省(Department of Transportation )FMVSS 116に記載された手順により腐食抵抗性およびボム膨潤性を試験するために選択された。ゴム膨潤性テストが170℃で72時間実施された。その結果を表6に示す。
【0042】
【表7】
Claims (10)
- (a)組成物の全質量に基づいて35〜70質量%の下式を有するアルコキシグリコールホウ酸エステル成分、
[RO(CH2CH2O)n]3−B
(式中、Rは、メチル、エチル、プロピルもしくはブチル、またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=3が、ホウ酸エステル成分の全質量に基づいて90質量%より多い。)、
(b)組成物の全質量に基づいて25〜65質量%の下式を有するアルコキシグリコール成分
RO(CH2CH2O)nH
(式中、Rは、1〜8個の炭素原子を含むアルキル基またはそれらの混合物であり、nは、本質的に2〜4であり、n=2であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて1〜88質量%で存在し、n=4であるアルコキシグリコールが、アルコキシグリコール成分の全質量に基づいて0〜20質量%で存在する。)、および
(c)組成物の全質量に基づいて0.3〜10質量%の、腐食抑制剤を含む添加剤パッケージ
(ここで、n=2である、成分(a)および(b)の合計は、組成物の全質量に基づいて1〜45質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計は、組成物の全質量に基づいて0〜10質量%である。)
を含む、機能性流体組成物。 - 成分(a)におけるn=3が、90質量%より多く、成分(b)におけるn=2が、12〜88質量%であり、また成分(b)におけるn=4が、0〜10質量%であり、またn=2である、成分(a)および(b)の合計が、8〜45質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計が、0〜6質量%である、請求項1に記載の機能性流体組成物。
- 少なくとも240℃のERBP、少なくとも165℃のWERBPおよび500センチストークス未満の低温粘度を有する、請求項2に記載の機能性流体組成物。
- 成分(a)におけるn=3が、95質量%より多く、成分(b)におけるn=2が、1〜12質量%であり、n=4が、0〜20質量%であり、またn=2である、成分(a)および(b)の合計が、1〜8質量%であり、またn=4である、成分(a)および(b)の合計が、0〜10質量%である、請求項1に記載の機能性流体組成物。
- 少なくとも260℃のERBP、少なくとも180℃のWERBP、および700センチストークス未満の低温粘度を有する、請求項4に記載の機能性流体組成物。
- 成分(a)が、組成物の全質量に基づいて35〜55質量%の量で存在し、成分(b)が、40〜65質量%の量で存在する、請求項1に記載の機能性流体組成物。
- 成分(a)が、組成物の全質量に基づいて45〜70質量%の量で存在し、成分(b)が、25〜50質量%の量で存在する、請求項1に記載の機能性流体組成物。
- 成分(b)が、組成物の全質量に基づいて少なくとも1質量%のヘキソキシジグリコールを含む、請求項1に記載の機能性流体組成物。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の機能性流体組成物を含むブレーキ流体。
- 電子的またはオートマチックアンチロックブレーキシステムと、請求項1〜8のいずれか一項に記載の機能性流体組成物を含むブレーキ流体との組み合わせ。
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