JP2010285475A - 潤滑油組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素系極圧添加剤と同等以上の性能を有する添加剤および該添加剤を含有する潤滑油組成物を提供する。
【解決手段】ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）を唯一の潤滑成分とする潤滑油組成物用添加剤、並びに、鉱物油及び／又は合成油からなる潤滑基油と、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）とを含有している潤滑油組成物とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、潤滑油組成物に関する。詳細には、塩素系極圧剤を含有しない潤滑油組成物に関する。

従来の金属加工用潤滑油組成物には、鉱物油または合成油からなる潤滑基油に、仕上げ面の向上や切削抵抗の低減を目的として、塩素系、硫黄系、燐系などの極圧添加剤を添加した潤滑油組成物が使用されてきた。上記極圧添加剤の中で塩素系極圧添加剤は極圧効果の点で優れているため、過酷な潤滑条件下では、塩素化パラフィンなどの塩素系極圧添加剤が多用されてきた。

しかしながら、近年、潤滑油組成物においては、環境保護の問題から塩素系極圧添加剤の使用に対する懸念が増大している。また、代表的な塩素系極圧添加剤である塩素化パラフィンの短鎖パラフィン成分は、発がん性物質として現在は規制の対象になっている。そのため、人体に対する安全性を考慮して、塩素系極圧添加剤を使用しない非塩素化油剤が発明されている。

例えば、特許文献１には、ジアルキルジチオリン酸亜鉛塩（ＺｎＤＴＰ）およびそれを含有する潤滑油組成物に関する技術が開示されている。また、非特許文献１には、コロイド状の炭酸カルシウムとチオリン酸カルシウムやジアルキルジチオリン酸カルシウムとがコアとなって、カルシウムスルホネートで分散された添加剤に関する技術が開示されている。

特開平３−２２３２９５号公報

Ｄｅｌｆｏｒｔ Ｂｒｕｎｏ、外３名、「Ｐｈｏｓｐｈｏｓｕｌｆｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｌｌｏｉｄａｌ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ−ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｉｗｅａｒ ａｎｄ ｅｘｔｒｅｍｅ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」、Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ、１９９８年１月、第４１巻、第１号、ｐ．１４０−１４４

しかしながら、低速重切削や高変形率の塑性加工、難削材の加工等の難加工では、価格を考慮すると塩素化パラフィンに代わり得る添加剤が見出されていなかった。したがって、難加工用の潤滑油組成物としては塩素化パラフィンが必須の成分となっていた。

そこで、本発明は、塩素系極圧添加剤と同等以上の性能を有する添加剤および該添加剤を含有する潤滑油組成物を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、以下の発明を完成させた。

第１の本発明は、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）を唯一の潤滑成分とする潤滑油組成物用添加剤である。

本発明において「ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）を唯一の潤滑成分とする」とは、基本的にはＣａＤＴＰのみを意味するが、ＣａＤＴＰを合成した際に、生成物中に残存した未反応の原料（例えば、ジアルキルジチオリン酸や水酸化カルシウム）、あるいは副生成物（ＣａＤＴＰ以外の生成物。カルシウム化合物など。）を含む場合は、それらも包含することを意味する。

第２の本発明は、鉱物油及び／又は合成油からなる潤滑基油と、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）とを含有している、潤滑油組成物である。

上記第２の本発明の潤滑油組成物において、潤滑成分として炭酸カルシウムを含まないことが好ましい。

上記第２の本発明の潤滑油組成物において、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）の含有量が、組成物全量基準で０．５質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。

本発明によれば、塩素系極圧添加剤と同等以上の性能を有する添加剤および該添加剤を含有する潤滑油組成物を提供することができる。

生成物のＩＲスペクトルを示す図である。 生成物の^３１Ｐ ＮＭＲを示す図である。 バーリング試験（しごき試験）の結果を示す図である。 ブローチ試験の結果を示す図である。 ブローチ試験の結果を示す図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を実施形態に基づき説明する。

＜潤滑油組成物用添加剤＞
本発明の潤滑油組成物用添加剤は、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）を唯一の潤滑成分とする。ＣａＤＴＰのアルキル基は、炭素数４〜１２の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましい。なお、ＣａＤＴＰを得る方法は特に限定されないが、以下の実施例においてＣａＤＴＰを得る方法の一例を説明する。

＜潤滑油組成物＞
本発明の潤滑油組成物は、鉱物油及び／又は合成油からなる潤滑基油と、上記ＣａＤＴＰとを含有しており、潤滑成分として炭酸カルシウムを含まないことが好ましい。

炭酸カルシウムは、ＣａＤＴＰと比べると粒子径が大きく、親油性も小さいため、潤滑基油中での安定性が劣る（凝集し沈降しやすい）。そのため、非特許文献１などに記載されているように、カルシウムスルホネートなどで分散させ、高塩基性カルシウムスルホネートとして製品化されているが、十分な安定性は得られていない。この分散性不良が固体潤滑剤の最大の欠点となっている。ＣａＤＴＰは、それ自身に親油性が見込めるため、分散安定性が大幅に向上し、透明な潤滑油組成物を得ることができる。潤滑油組成物を用いて加工を行う際には、加工中に被加工物の表面状態の観察が容易であることが要望されており、潤滑油組成物の透明性は作業性を向上させるための重要な要素である。また、加工油剤のように長期間循環使用する潤滑油組成物では、潤滑剤成分が凝集してフィルターで除去されてしまわないことや汚れの原因とならないことなども重要な因子となる。したがって、本発明の潤滑油組成物には、潤滑成分として炭酸カルシウムを含まないことが好ましい。

（潤滑基油）
潤滑基油としては、一般に金属加工用の基油として用いられている、鉱油、合成油、またはこれらの混合物を用いることができる。より具体的には、４０℃における動粘度が１ｍｍ^２／ｓ以上１００ｍｍ^２／ｓ以下の範囲になるものが好ましく、３ｍｍ^２／ｓ以上５０ｍｍ^２／ｓ以下の範囲になるものがより好ましい。動粘度が低すぎれば、引火点が低くなり、ミストによって作業環境を悪化させる虞がある。逆に動粘度が高すぎれば、油剤が被加工物に付着して持ち去られる量が多くなり、経済的でなくなる虞がある。また、この基油の低温流動性の指標である流動点については、特に制限はないが、−１０℃以下であることが好ましい。

本発明に用いることができる鉱油としては、種々のものを挙げることができる。例えば、パラフィン基系原油、中間基系原油、またはナフテン基系原油を常圧蒸留するか、あるいは常圧蒸留の残渣油を減圧蒸留して得られる留出油、またはこれを常法にしたがって精製することによって得られる精製油、例えば、溶剤精製油、水添精製油、脱ロウ処理油、白土処理油等を挙げることができる。

一方、本発明に用いることができる合成油としては、例えば、炭素数８〜１４のポリ−α−オレフィン、オレフィンコポリマー（例えば、エチレン−プロピレンコポリマーなど）、あるいはポリブテン、ポリプロピレン等の分岐オレフィンやこれらの水素化物、さらにはポリオールエステル（トリメチロールプロパンの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなど）や二塩基酸エステル等のエステル系化合物、アルキルベンゼン等を挙げることができる。

（その他の添加剤）
本発明の潤滑油組成物は、上記潤滑基油にＣａＤＴＰを添加することにより得られるが、潤滑油組成物の基本的な性能を維持するために、本発明の目的を阻害しない範囲で各種公知の添加剤を適宜配合することができる。ただし、上記したように、潤滑成分として炭酸カルシウムを含まないことが好ましい。

還流冷却器をつけた反応フラスコにジ（２−エチルヘキシル）ジチオリン酸（４７．４５ｇ）と水酸化カルシウム（４．９７ｇ）を入れ、マグネチックスターラーを用いて室温で攪拌した。反応フラスコ内の溶液の粘度が高くなったらヘキサン（４０ｇ）を加え、１７時間攪拌した。攪拌終了後、吸引ろ過、溶媒留去を行い、生成物（４９．７３ｇ）を得た。

上記生成物の分析を行った。まず、ＩＣＰを用いて上記生成物のＣａ濃度を測定した結果、５．１％（構造から計算した理論Ｃａ濃度：５．４％）であり、上記生成物中にＣａＤＴＰが生成されていることを確認した。図１には、ＩＲスペクトルを示す。図１において、上段が出発物質であるジ（２−エチルヘキシル）ジチオリン酸のＩＲスペクトルを示しており、下段が上記生成物のＩＲスペクトルを示している。図２には、上記生成物の^３１Ｐ ＮＭＲを示す。^３１Ｐ ＮＭＲにおいて、ジ（２−エチルヘキシル）ジチオリン酸のシグナルは８６ｐｐｍに現れ、上記反応が進むことで、８６ｐｐｍのシグナルは１０５ｐｐｍへと低磁場にシフトして出現した。この傾向はＺｎＤＴＰを合成する場合でも確認された。

（実施例１）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６相当）７０質量％と、鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６０相当）２０質量％と、上記のように作製したＣａＤＴＰを含む生成物１０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は８０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

（比較例１）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６相当）６０質量％と、鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６０相当）３０質量％と、塩素化パラフィン（塩素分５０％）１０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は８３ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

（比較例２）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６相当）７０質量％と、鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６０相当）２０質量％と、ＺｎＤＴＰ（Ｒ＝Ｃ８）１０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は８０ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

＜バーリング試験（しごき試験）＞
上記実施例１、比較例１および比較例２で得た潤滑油組成物を用いてバーリング試験を行った。実施例１、比較例１および比較例２の潤滑油組成物の配合比率を表１に示す。

ダイ（ダイ径：２０．４５ｍｍ）の上に下穴を開けた試験片（ＳＵＳ３０４、３ｍｍ厚、常温）を乗せ、その上から鋼球（ＳＵＪ２、φ１８．００ｍｍ、１００℃）を押し付けて試験片をしごいた。しごき率（（変形前の試験片の板厚−しごいた後の変形部の板厚）／変形前の試験片の板厚）は５９．２％であった。

上記のようにして試験片をしごいた後、試験片の外観を観察して、焼き付きがなければ「１」、わずかに焼き付きがあれば「２」、１／３面に焼き付きがあれば「３」、１／２面に焼き付きがあれば「４」、全面に焼き付きがあれば「５」、一部欠けていれば「６」、破断していれば「７」として評点を付けた。その結果を図３に示す。

図３に示したように、ＺｎＤＴＰを用いた比較例２では試験片の全面に焼き付きを生じたが、ＣａＤＴＰを用いた実施例１では試験片の１／３程度しか焼き付いておらず、塩素化パラフィンを用いた比較例１でも同様であった。この結果より、塑性加工において、ＣａＤＴＰを添加した潤滑油組成物は、ＺｎＤＴＰを添加した潤滑油組成物よりも潤滑性に優れており、塩素化パラフィンを添加した潤滑油組成物と同等であると考えられる。

（実施例２）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ １０相当）８０質量％と、上記のように作製したＣａＤＴＰを含む生成物２０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は１３ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

（比較例３）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ ４６相当）１００質量％の潤滑油組成物とした。なお、粘度は４５ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

（比較例４）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ １０相当）８０質量％と、塩素化パラフィン（塩素分５０％）２０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は１７ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

（比較例５）
鉱物油（ＩＳＯ ＶＧ １０相当）８０質量％と、ＺｎＤＴＰ（Ｒ＝Ｃ８）２０質量％とを混合した潤滑油組成物を得た。なお、粘度は１５ｍｍ^２／ｓ（４０℃）であった。

＜ブローチ試験＞
上記実施例２、比較例３、比較例４および比較例５の潤滑油組成物を用いてブローチ試験を行った。試験条件を以下に示す。実施例２、比較例３、比較例４および比較例５の潤滑油組成物の配合比率は表２に示す。
試験機 株式会社不二越製ブローチ試験機
工具 サーフェスブローチ、６枚刃、ＳＫＨ５５
刃幅 ４ｍｍ
切り込み量 ８０μｍ／刃
切削速度 ４ｍ／分
繰り返し ２回
測定項目 切削抵抗（主分力、背分力）

ブローチ試験の結果を図４に示す。ＣａＤＴＰを用いた実施例２では、鉱物油単独である比較例３よりも全切削力が約１２００Ｎ低下した。この結果は、塩素化パラフィンを用いた比較例４とＺｎＤＴＰを用いた比較例５よりも良好であった。

また、ＣａＤＴＰの含有量を変えた以外は実施例２と同様にして潤滑油組成物作製し、上記と同様のブローチ試験を行った結果を図５に示す。図５に示したように、ＣａＤＴＰの含有量を増やしていくと、２０質量％付近から全切削力の減少率が緩やかになる傾向が見られた。したがって、価格や添加時の粘度などから、ＣａＤＴＰの推奨使用範囲は０．５質量％以上３０質量％以下と考えられる。

以上、現時点において最も実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う潤滑油組成物用添加剤および潤滑油組成物もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

Claims (4)

1. ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）を唯一の潤滑成分とする潤滑油組成物用添加剤。
2. 鉱物油及び／又は合成油からなる潤滑基油と、ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）とを含有している、潤滑油組成物。
3. 潤滑成分として炭酸カルシウムを含まない、請求項２に記載の潤滑油組成物。
4. 前記ジアルキルジチオリン酸カルシウム塩（ＣａＤＴＰ）の含有量が、組成物全量基準で０．５質量％以上３０質量％以下である、請求項２または３に記載の潤滑油組成物。

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