JP2010509464A - 無水水酸化リチウムおよび/または水酸化リチウム一水和物分散液、およびこれらの分散液から作製されるグリース組成物 - Google Patents

無水水酸化リチウムおよび/または水酸化リチウム一水和物分散液、およびこれらの分散液から作製されるグリース組成物 Download PDF

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Abstract

開示される技術は、少なくとも1種の油と少なくとも1種の界面活性剤とを含む有機媒体に分散しているLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含む分散液に関する。分散液中のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の濃度が10重量%を超えており、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子が最大約10ミクロンの範囲にある平均粒径を有し、LiOH粒子の少なくとも約99重量%が最大約20ミクロンの範囲にある粒径を有する。この分散液を作製するための方法が開示されている。この分散液を用いて作製したグリース組成物が開示されている。

Description

開示される技術は、無水水酸化リチウムおよび/または水酸化リチウム一水和物分散液、これらの分散液を作製するための方法、およびこれらの分散液から作製されるグリース組成物に関する。
無水水酸化リチウム(LiOH)および水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)は、グリースを作製するために使用することができる。しかしながら、それら無水水酸化リチウムおよび水酸化リチウム一水和物は油に不溶性である。固形分(すなわち、分散液中のLiOHおよび/またはLiOH・HOの量)が少ない、典型的には最大10wt%であるこれら無水水酸化リチウムおよび水酸化リチウム一水和物のいずれかまたは両方を含有する分散液を使用することができる。
しかしながら、これら固形物分散液は分散媒(多くの場合潤滑粘度の油)を大量に含有し、この分散媒の体積が原因で分散液の輸送、貯蔵および分配が問題となる。これにより、固形物の少ない分散液も環境に優しくなくなり、またより高価になる。したがって、課題は、グリースを作製するために使用することができる、安定な固形分の多いLiOHおよび/またはLiOH・HOの分散液を提供することである。
開示される技術は、上記課題に対する解決法を提供する。
開示される技術は、有機媒体に分散しているLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含む分散液に関する。有機媒体が少なくとも1種の油と少なくとも1種の界面活性剤とを含み、分散液中のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の濃度が10重量%を超えており、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子が、最大約10ミクロンの範囲にある平均粒径を有し、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の少なくとも約99重量%が、最大約20ミクロンの範囲にある粒径を有する。この分散液は、安定な高固形物分散液と称することができる。
開示される技術はさらに、上述の分散液を少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合し、潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするためにLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子をカルボン酸および/またはそのエステルと十分に反応させることによって作製されるグリース組成物にも関する。
開示される技術はさらに、LiOH粒子を含む分散液を作製するための方法に関する。この方法は、(A)LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、(B)このスラリーを摩砕して、有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、ならびに(C)この分散液を脱水して、LiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換することを含む。この方法はさらに、(D)LiOH・HO固形物を、(C)で形成したLiOH粒子の分散液と混合して分散液混合物を形成すること、(E)この分散液混合物を摩砕して、LiOHおよびLiOH・HO粒子を含む第2の分散液を形成すること、ならびに(F)この第2の分散液を脱水して、第2の分散液中のLiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換することを含むことができる。ステップ(D)におけるLiOH粒子に対するLiOH・HO固形物の重量比は、約9.2:1〜約0.2:1の範囲内、一実施形態においては、約1.1:1〜約0.65:1の範囲内でよい。
開示される技術はさらに、LiOH粒子を含む分散液を作製するための方法に関する。この方法は、LiOH・HO固形物と、鉱脂と、ポリイソブテニルコハク酸および/または無水物とを含むスラリーを形成すること、このスラリーを摩砕して、鉱脂とポリイソブテニルコハク酸および/または無水物とに分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、ならびにこの分散液を脱水して、LiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換することを含み、LiOH粒子が、最大約1ミクロンの範囲内に平均粒径を有し、粒子の少なくとも約70重量%が最大約2ミクロンの範囲にある粒径を有し、粒子の少なくとも約99重量%が最大約10ミクロンの範囲にある粒径を有する。
開示される技術はさらに、LiOH・HO粒子を含む分散液を作製するための方法に関する。この方法は、LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、ならびにこのスラリーを摩砕して、有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成することを含む。
開示される技術はさらに、グリースを作製するための方法に関する。この方法は、LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、このスラリーを摩砕して、有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、この分散液を脱水して、LiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換すること、分散液を少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合すること、ならびに、潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするためにLiOH粒子をカルボン酸および/またはそのエステルと十分に反応させることを含む。
開示される技術はさらに、グリースを作製するための方法に関する。この方法は、LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、このスラリーを摩砕して、有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、分散液を少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合すること、ならびに、潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするためにLiOH・HO粒子をカルボン酸および/またはそのエステルと十分に反応させることを含む。
(詳細な説明)
固形物(たとえば、水酸化リチウム一水和物固形物)と、有機媒体(たとえば、油、または油と1種もしくは複数種の界面活性剤との混合物)との混合物について言及するために、用語「スラリー」を本明細書中で使用することができる。
一般的には互いに分離し、液体媒体全体に適度に均等に分布している個々の固体粒子(たとえば、無水水酸化リチウム粒子)を有する液体媒体(たとえば、油、油と1種または複数種の界面活性剤との混合物等を含む有機媒体)について言及するために、用語「分散液」を本明細書中で使用することができる。
分散液を撹拌することなく20℃で維持した場合に、60日後、一実施形態においては240日後に固形物の約1重量%未満しか分散液からなくならない分散液について言及するために、用語「安定分散液」を本明細書中で使用することができる。
リチウム含有量が少なくとも約1.5重量%、一実施形態においては少なくとも約3重量%、一実施形態においては少なくとも約5重量%、一実施形態においては少なくとも約7重量%、一実施形態においては少なくとも約10重量%〜最大約20重量%、一実施形態においては最大約18重量%である分散液について言及するために、用語「高固形物分散液」を使用することができる。一実施形態においては、リチウムの濃度は約1.5〜20重量%の範囲内、一実施形態においては約3〜約18重量%の範囲内でよい。10重量%を超えるLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約12重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約15重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約20重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約25重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約30重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約35重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約40重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含む分散液について言及するために、用語「高固形物分散液」を使用することができる。LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の濃度は、最大約62重量%、一実施形態においては最大約60重量%、一実施形態においては最大約55重量%、一実施形態においては最大約50重量%、一実施形態においては最大約45重量%、一実施形態においては最大約40重量%でよい。
本発明の文脈において純粋に炭化水素を有するまたは支配的に炭化水素特性を有する基について言及するために、分子の残りに結合している基を指す場合には、用語「ヒドロカルビル」を本明細書中で使用することができる。これらの基としては以下が挙げられる。
(1)純粋な炭化水素基、すなわち、脂肪族基、脂環式基、芳香族基、脂肪族および脂環式置換芳香族基、芳香族置換脂肪族および脂環式基など、ならびに環が分子の別の部分により完成する(すなわち、任意の2つの指示置換基が共に脂環式基を形成することができる)環状基。例としてはメチル、オクチル、シクロヘキシル、フェニルなどが挙げられる。
(2)置換炭化水素基、すなわち、基の炭化水素特性を支配的に変えることはない非炭化水素置換基を含む基。例としてはヒドロキシ、ニトロ、シアノ、アルコキシ、アシルなどが挙げられる。
(3)ヘテロ基、すなわち、性質が支配的に炭化水素であるが、炭素原子で構成される鎖またはそうでなければ環に炭素以外の原子を含む基。例としては窒素、酸素および硫黄が挙げられる。
一般に、ヒドロカルビル基において炭素原子10個につき置換基またはヘテロ原子は約3個だけ、一実施形態においては1個だけ存在することができる。
用語「低級(lower)」は、ヒドロカルビル、アルキル、アルケニル、アルコキシなどの用語と併せて本明細書中において使用することができ、合計最大7個の原子を含むこのような基を記載することができる。
25℃で1リットル当たり約0.5グラム程度まで鉱油に可溶性である材料について言及するために、用語「油溶性」を本明細書中で使用することができる。
25℃で鉱油に不溶性である、または25℃で1リットル当たり最大約0.5グラム程度まで鉱油に可溶性である材料について言及するために、用語「不溶性」を本明細書中で使用することができる。
全塩基価について言及するために用語「TBN」を本明細書中で使用することができる。これは、試料1グラム当たりのKOHのミリグラム数として表される、材料の塩基度のすべてまたは一部を中和するために必要となる酸(過塩素酸または塩化水素酸)の量である。
リチウムとカルボン酸および/またはそのエステルとの反応生成物について言及するために、用語「石けん」を本明細書中で使用することができる。
開示される技術に従って提供することができる分散液は、有機媒体に分散している無水水酸化リチウム(LiOH)および/または水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)粒子を含む高固形物分散液でよい。有機媒体は、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含むことができる。LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子は、最大約10ミクロンの範囲に、一実施形態においては約20ナノメートル(nm)〜約10ミクロンの範囲に、一実施形態においては約20nm〜約5ミクロンの範囲に、一実施形態においては約20nm〜約1ミクロンの範囲に、一実施形態においては約20〜約900nmの範囲に、一実施形態においては約20〜約600nmの範囲に、一実施形態においては約20〜約300nmの範囲に平均粒径を有することができる。LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の少なくとも約70重量%、一実施形態においては少なくとも約80重量%、一実施形態においては少なくとも約90重量%、一実施形態においては少なくとも約95重量%が、最大約20ミクロン、一実施形態においては最大約10ミクロン、一実施形態においては最大約1ミクロンの粒径を有することができる。LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の最大約100重量%、一実施形態においては最大約99重量%、一実施形態においては少なくとも約97重量%、一実施形態においては少なくとも約95重量%が、最大約20ミクロン、一実施形態においては最大約15ミクロン、一実施形態においては最大約10ミクロン、一実施形態においては最大約5ミクロン、一実施形態においては最大約3ミクロン、一実施形態においては最大約2ミクロンの範囲に粒径を有することができる。分散液は、約130〜約1600の範囲の、一実施形態においては約500〜約900の範囲のTBNを有することができる。
この分散液中で使用することができる油は、天然油、合成潤滑油およびこれらの混合物を含めた、潤滑粘度の1種または複数種の油を含むことができる。この油は、フィッシャー−トロプシュ(Fischer−Tropsch)反応などのGTL(gas−to−liquid)プロセスによって生産することができる。この油は1種または複数種のポリアルファオレフィンを含むことができる。
天然油としては、動物油および植物油(たとえば、ひまし油、ラード油)、ならびにパラフィン系、ナフテン系もしくはパラフィン−ナフテン系混合タイプの液状石油および溶媒処理もしくは酸処理鉱油系潤滑油などの鉱油系潤滑油を挙げることができる。これらの油は、生分解性油、たとえば、生分解性である植物油などの天然油でよい。石炭または頁岩から得られる潤滑粘度の油が有用であることがある。有用であることがある合成潤滑油としては、重合および共重合(interpolymerized)オレフィン類(たとえば、ポリブチレン類、ポリプロピレン類、プロピレンイソブチレンコポリマー類)、ポリ(1−ヘキセン)、ポリ(1−オクテン)、ポリ(1−デセン)、これらの混合物などの炭化水素油、アルキルベンゼン類(たとえば、ドデシルベンゼン類、テトラデシルベンゼン類、ジノニルベンゼン類、ジ−(2−エチルヘキシル)−ベンゼン類)、ポリフェニル類(たとえば、ビフェニル類、テルフェニル類、アルキル化ポリフェニル類)、アルキル化ジフェニルエーテル類およびアルキル化ジフェニルスルフィド類ならびにこれらの誘導体、類似体および同族体を挙げることができる。
エステル化およびエーテル化によって末端ヒドロキシル基が変性されているアルキレンオキシドポリマー類およびインターポリマー類ならびにこれらの誘導体が、使用することができる別のクラスの合成潤滑油群を構成する。これらの油は、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの重合により調製される油、これらのポリオキシアルキレンポリマーのアルキルおよびアリールエーテル類(たとえば、数平均分子量が1000であるメチル−ポリイソプロピレングリコールエーテル、分子量が500〜1000であるポリエチレングリコールのジフェニルエーテル、分子量が1000〜1500であるポリプロピレングリコールのジエチルエーテル)、あるいはこれらのモノおよびポリカルボン酸エステル類、たとえば、酢酸エステル類、混合C3〜8脂肪酸エステル類またはテトラエチレングリコールのC13オキソ酸ジエステルによって例示することができる。
使用することができる別のクラスの合成潤滑油群は、ジカルボン酸(たとえば、フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸、アルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノール酸二量体、マロン酸、アルキルマロン酸およびアルケニルマロン酸)の様々なアルコール類(たとえば、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテルおよびプロピレングリコール)とのエステル類を含むことができる。これらのエステル類の具体例としては、ジブチルアジペート、ジ−(2−エチルヘキシル)セバケート、ジ−n−ヘキシルフマレート、ジオクチルセバケート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソデシルアゼレート、ジオクチルフタレート、ジデシルフタレート、ジエイコシルセバケート、リノール酸二量体の2−エチルヘキシルジエステル、1モルのセバシン酸を2モルのテトラエチレングリコールおよび2モルの2−エチルヘキサン酸と反応させることによって形成される複合エステルが挙げられる。
有用であることがあるエステル類として、C〜C22モノカルボン酸と、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどのポリオール、またはジペンタエリスリトールやトリペンタエリスリトールなどのポリオールエーテルとから作製される合成油を挙げることができる。これらのタイプのエステル類の他の例として、トリメチロールプロパンおよび/またはネオペンチルグリコールの混合脂肪酸複合エステル類などのバイオベースエステル類を挙げることができる。
ポリアルキル−、ポリアリール−、ポリアルコキシ−またはポリアリールオキシ−シロキサン油やシリケート油などシリコンベースの油が、別の有用なクラスの合成潤滑油群(たとえば、テトラエチルシリケート、テトライソプロピルシリケート、テトラ−(2−エチルヘキシル)シリケート、テトラ−(4−メチルへキシル)シリケート、テトラ−(p−tert−ブチルフェニル)シリケート、ヘキシル−(4−メチル−2−ペントキシ)ジシロキサン、ポリ(メチル)シロキサンおよびポリ−(メチルフェニル)シロキサン)を含むことができる。他の合成潤滑油としては、リンを含有する酸の液体エステル(たとえば、トリクレジルホスフェート、トリオクチルホスフェート、およびデカンホスホン酸のジエチルエステル)ならびにポリマーテトラヒドロフランを挙げることができる。
約4個〜約30個の炭素原子、一実施形態においては約4〜約20個の炭素原子、一実施形態においては約6〜約16個の炭素原子を有するモノマーから、ポリアルファオレフィン(PAO)を得ることができる。有用なPAOの例としては、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセンまたはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物から得られるPAOを挙げることができる。これらのPAOは、100℃で約1.5〜約150mm/s(cSt)の範囲にある粘度を有することができる。これらのPAOは、水素化炭化水素を含むことができる。以上に開示したタイプの天然または合成の、未精製油、精製油および再精製油(ならびにこれらのうち任意の2種またはそれ以上の混合物)を使用することができる。未精製油は、さらなる精製処理なしで天然または合成源から直接得られる油である。たとえば、レトルト処理作業から直接得られる頁岩油、一次蒸留から直接得られる石油、またはエステル化プロセスから直接得られ、さらなる処理なしで使用されるエステル油が、精製されていない油となるはずである。精製油は、1つまたは複数の特性を向上させるために1つまたは複数の精製ステップにおいてさらに処理されていること以外は未精製油と類似している。溶媒抽出、二次蒸留、酸または塩基抽出、ろ過、パーコレーションなど、多くのこのような精製技法が当業者には公知である。再精製油は、既に使用されている精製油に適用する精製油を得るために使用するプロセスと類似のプロセスによって得ることができる。これらの再精製油は、再生油または再加工油としても知られていることがあり、多くの場合、使用済み添加剤および油分解生成物の除去を対象とした技法によって追加で加工される。
使用することができる潤滑粘度の油は、American Petroleum Institute (API) Base Oil Interchangeability Guidelinesに規定されているとおりに定義することができる。5つの基油グループは以下のとおりである。
Figure 2010509464
グループI、IIおよびIIIは、鉱油ベースのストックである。潤滑粘度の油は、グループI、II、III、IVもしくはVの油、またはこれらの油のうちの2種またはそれ以上の混合物でよい。
使用することができる界面活性剤は、イオン性および/または非イオン性化合物を含むことができる。イオン性化合物はカチオン性化合物および/またはアニオン性化合物でよい。これらの化合物の親水−親油平衡(HLB)は、最大約20、一実施形態においては約1〜約18の範囲内、一実施形態においては約1〜約14の範囲内、一実施形態においては約1〜約10の範囲内、一実施形態においては約1〜約8の範囲内、一実施形態においては約2.5〜約6の範囲内でよい。
使用することができる界面活性剤の例は、McCutcheon's Emulsifiers and Detergents, 1993年, North American & International Editionに開示されている。例として、アルカノールアミド類、アルキルアリールスルホン酸塩、アミンオキシド類、アルキレンオキシド繰り返し単位(たとえば、Pluronic(商標))を含むブロックコポリマーを含めたポリ(オキシアルキレン)化合物、カルボキシル化アルコールエトキシレート類、エトキシル化アルコール類、エトキシル化アルキルフェノール類、エトキシル化アミン類およびアミド類、エトキシル化脂肪酸類、エトキシル化脂肪酸エステル類および油類、脂肪酸エステル類、グリセロールエステル類、グリコールエステル類、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリド類および誘導体、オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル類および誘導体、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸類またはアルコール類またはアルキルフェノール類、ソルビタン誘導体、ショ糖エステル類および誘導体、硫酸塩またはアルコール類またはエトキシル化アルコール類または脂肪酸エステル類、ポリイソブチレンスクシンイミドおよび誘導体、ドデシルおよびトリデシルベンゼン類または縮合ナフタレン類または石油のスルホン酸塩、スルホスクシネートおよび誘導体、トリデシルおよびドデシルベンゼンスルホン酸、ならびにこれらのうち2種またはそれ以上の混合物を挙げることができる。
界面活性剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のアルキル化ベンゼンスルホン酸塩を含むことができる。アルキル基は約8〜約20個の炭素原子、一実施形態においては約10〜約15個の炭素原子を含むことができる。アルキル基はドデシルでよい。アルカリ金属はリチウム、カリウムまたはナトリウムでよい。アルカリ土類金属はカルシウムまたはマグネシウムでよい。この界面活性剤はポリオレフィンの誘導体を1種または複数種含むことができる。ポリオレフィン類として、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、イソブテンおよびブタジエンから得られるコポリマー、イソブテンおよびイソプレンから得られるコポリマー、またはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物を挙げるこができる。
ポリオレフィンは、数平均分子量が少なくとも約250、300、500、600、700または800〜約5000以上、多くの場合最大約3000、2500、1600、1300または1200であるポリイソブチレンの誘導体でよい。このポリオレフィンを無水マレイン酸と反応させて無水コハク酸またはコハク酸誘導体(以後、「succinic」は「succan」と略されることがある)を作製することができ、この無水コハク酸またはコハク酸誘導体をさらに、アルカリ金属、アルコール、アルカノールアミン、アミンなどの極性基と反応させて、界面活性剤上により大きい親水基を形成することができる。このタイプの界面活性剤は、米国特許第4,708,753号に開示されている。一実施形態においては、コハク酸誘導体分子を作製するために使用するポリイソブチレンの約5重量%未満が、約250未満のMを有することができる。コハク酸誘導体を作製するために使用するポリイソブチレンは、少なくとも約700のMを有することができる。コハク酸誘導体を作製するために使用するポリイソブチレンは、少なくとも約30%の末端ビニリデン基を、一実施形態においては少なくとも約60%の、一実施形態においては少なくとも約75%または少なくとも約85%の末端ビニリデン基を含むことができる。コハク酸誘導体を作製するために使用するポリイソブチレンは、約5を超える、一実施形態においては約6〜約20の多分散性M/Mを有することができる。
コハク酸または無水コハク酸で置換されているポリイソブチレンのポリイソブチレン置換基は、約700〜約3000の範囲内の、一実施形態においては約1,500〜約3,000の範囲内の、一実施形態においては約1,800〜約2,300の範囲内の、一実施形態においては約700〜約1300の範囲内の、一実施形態においては約800〜約1000の範囲内の数平均分子量を有することができる。ポリイソブチレン置換コハク酸または無水コハク酸は、約1.0〜約2.5、一実施形態においては約1.3〜約2.5、一実施形態においては約1.7〜約2.1、一実施形態においては約1.0〜約1.3、一実施形態においては約1.0〜約1.2であるポリイソブチレン置換基1当量当たりのコハク酸基の数によって特徴付けることができる。
界面活性剤は、ペンタエリスリトールとのポリイソブテニル−ジヒドロ−2,5−フランジオンのエステルを含むことができる。界面活性剤は、ポリオレフィンアミノエステル、アルキルベンゼンスルホン酸、ポリイソブテニルコハク酸、ポリイソブテニル無水コハク酸および/またはポリアミンエトキシレートを含むこともできる。
分散液は、10重量%を超えるLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては少なくとも約12重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては約12〜約62重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては約12〜約60重量パーセントのLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては約12〜50重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては約12〜約45重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子、一実施形態においては約12〜約40重量%のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含むことができる。分散液は、10重量%を超えるLiOH粒子、一実施形態においては少なくとも約12重量%のLiOH粒子、一実施形態においては約12〜約62重量%のLiOH粒子、一実施形態においては約12〜約60重量パーセントのLiOH粒子、一実施形態においては約12〜50重量%のLiOH粒子、一実施形態においては約12〜約45重量%のLiOH粒子、一実施形態においては約12〜約40重量%のLiOH粒子を含むことができる。分散液は、約1.5〜約20重量%の範囲の、一実施形態においては約3〜約18重量%の濃度でリチウムを含有することができる。分散液は、約30〜約90重量%の油を、一実施形態においては約35〜約65重量%の油を含むことができる。分散液は、約1〜約20重量%の界面活性剤を、一実施形態においては約3〜約12重量%の界面活性剤を、一実施形態においては約3〜約6重量%の範囲内で、一実施形態においては約4〜約12重量%の範囲内で界面活性剤を含むことができる。
分散液は、(A)水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成することならびに(B)このスラリーを摩砕して、有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成することを含む方法によって調製することができる。この方法はさらに、(C)LiOH・HO粒子を脱水して、有機媒体に分散している無水水酸化リチウム(LiOH)粒子を形成することを含むことができる。この方法はさらに、(D)LiOH・HO固形物を、(C)で形成したLiOH粒子の分散液と混合して分散液混合物を形成すること、ならびに(E)この分散液混合物を摩砕して、LiOHおよびLiOH・HO粒子を含む第2の分散液を形成することを含むことができる。この方法はさらに、(F)第2の分散液中のLiOH・HO粒子を脱水して、LiOH粒子を形成することを含むことができる。
ステップ(A)において使用する水酸化リチウム一水和物固形物は、約100〜約1200ミクロンの範囲内の、一実施形態においては約150〜約500ミクロンの範囲内の平均粒径を有することができる。固形物を最初はより大きな粒径で提供し、粉砕して所望の粒径にすることもできる。
スラリーは、約10〜約70重量%の範囲の、一実施形態においては約30〜約60重量%の範囲の、一実施形態においては約40〜約55重量%の範囲の濃度の水酸化リチウム一水和物固形物を含むことができる。スラリーは、約30〜約90重量%の油を、一実施形態においては約35〜約65重量%の油を含有することができる。スラリーは、約1〜約20重量%の界面活性剤を、一実施形態においては約4〜約12重量%の界面活性剤を含有することができる。
スラリーを摩砕して水酸化リチウム一水和物固形物の寸法を減少させ、得られた粒子を有機媒体に分散さることによって、スラリーを所望の分散液に変換することができる。任意選択で、この分散液を脱水して、水酸化リチウム一水和物粒子を無水水酸化リチウム粒子に変換することができる。
スラリーは、1つまたは複数の媒体ミル、ボールミル、ローラミル、アトライタ(attritor)、粉砕機(disintegrator)、マイクロフルイダイザ(microfluidizer)、ジェットミル、超音波ミルおよび/またはホモジナイザを用いて摩砕することができる。媒体ミルには、1つまたは複数のビーズミル、サンドミル、ペブルミルおよび/またはパールミルを含めることができる。媒体ミルでは、平均直径が約0.3〜約2.5mmの範囲にある媒体(たとえば、ビーズ)を使用することができる。一実施形態においては、2つの逐次的な媒体(たとえば、ビーズ)ミルを使用することができ、一方は平均直径が約1.5〜約2.5mmの範囲内、一実施形態においては約1.8〜約2.2mmの範囲内、一実施形態においては約2mmである媒体(たとえば、ビーズ)を利用し、他方の媒体(たとえば、ビーズ)ミルは、平均直径が約0.3〜約0.8mmの範囲内、一実施形態においては約0.4〜約0.7mmの範囲内、一実施形態においては約0.5mmである媒体(たとえば、ビーズ)を利用する。この摩砕は、平均直径が約0.8〜約1.2の範囲内、一実施形態においては約1.0mmである媒体(たとえば、ビーズ)を利用する媒体(たとえば、ビーズ)ミルを用いて、単一の摩砕ステップで行うこともできる。
次いで、上記摩砕ステップにより形成される分散液を脱水して、水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)粒子を無水水酸化リチウム(LiOH)粒子に変換することができる。約80〜130℃の範囲の、一実施形態においては約90〜約110℃の範囲の温度で分散液を加熱することによって、水酸化リチウム一水和物粒子を無水水酸化リチウム粒子に変換することができる。圧力は、約50〜約500ミリバールの範囲内、一実施形態においては約100〜300ミリバールの範囲内でよい。この加熱ステップは、分散液の含水量が約0.5重量%未満、一実施形態においては約0.3重量%未満、一実施形態においては約0.1重量%未満となるまで行うことができる。脱水ステップは、1つまたは複数のストリッパ、ロータリエバポレータ、流下膜式蒸発器(falling film evaporator)、薄膜蒸発器、ワイプト膜蒸発器(wiped film evaporator)、短経路蒸発器および/または蒸留ユニットを用いて行うことができる。
LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含有する分散液を使用して、1種または複数種のグリース組成物を形成することができる。分散液を少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合し、潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするために十分な条件下で、無水水酸化リチウムおよび/または水酸化リチウム一水和物粒子をカルボン酸および/またはそのエステルと反応させることによって、グリース組成物を作製することができる。潤滑粘度の油は、分散液を形成する際に使用するための上記潤滑粘度の油のいずれかでよい。潤滑粘度の油は、少なくとも1種の生分解性油(たとえば、少なくとも1種の生分解性植物油など少なくとも1種の生分解性天然油、ならびに/あるいは混合脂肪酸とネオペンチルグリコールおよび/またはトリメチロールプロパンとから生じる少なくとも1種のバイオベースエステル)、少なくとも1種のポリアルファオレフィン、またはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物を含むことができる。
カルボン酸および/またはそのエステルは、任意のモノもしくはポリカルボン酸および/またはそのエステル、あるいはこれらのうち2種またはそれ以上の混合物を含むことができる。ポリカルボン酸および/またはエステルは、ジカルボン酸および/またはそのエステルでよい。ジカルボン酸のエステルは、ジエステルでよい。カルボン酸および/またはエステルは、分岐、脂環式または直鎖の飽和または不飽和モノまたはポリヒドロキシ置換または非置換カルボン酸および/またはエステルを1種または複数種含むことができる。カルボン酸は、1種または複数種の酸塩化物を含むことができる。カルボン酸エステルは、1種または複数種のカルボン酸の1種または複数のアルコールとの1種または複数種のエステルを含むことができる。アルコールは、炭素原子が1〜約5個のアルコールでよい。カルボン酸は、1分子当たりに炭素原子を2〜約30個、一実施形態においては炭素原子を約4〜約30個、一実施形態においては炭素原子を約8〜約27個、一実施形態においては炭素原子を約12〜約24個、一実施形態においては炭素原子を約16〜約20個含むことができる。カルボン酸および/またはそのエステルは、1種または複数種のモノカルボン酸および/またはそのエステル、1種または複数種のジカルボン酸および/またはそのエステル、あるいはこれらのうち2種またはそれ以上の混合物を含むことができる。カルボン酸は、アルカン酸を含むことができる。カルボン酸および/またはそのエステルは、1種または複数のジカルボン酸および/またはそのエステルならびに/あるいは1種または複数のポリカルボン酸および/またはそのエステルの混合物を含むことができる。カルボン酸および/またはそのエステルは、1種または複数種のモノカルボン酸および/またはそのエステルと、1種または複数種のジカルボン酸および/またはポリカルボン酸および/またはそのエステルとの混合物を含むことができる。モノカルボン酸および/またはそのエステルに対するジカルボン酸および/またはポリカルボン酸および/またはそのエステルの重量比は、約15:85〜約40:60の範囲内、一実施形態においては約20:80〜約35:65、一実施形態においては約25:75〜約35:65、一実施形態においては約30:70でよい。
カルボン酸および/またはそのエステルは、1種または複数種のヒドロキシステアリン酸および/またはこれら酸のエステルを含むことができる。これらの酸は、9−ヒドロキシステアリン酸、10−ヒドロキシステアリン酸、12−ヒドロキシステアリン酸またはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物を含むことができる。エステルは、9−ヒドロキシステアリン酸メチル、10−ヒドロキシステアリン酸メチル、12−ヒドロキシステアリン酸メチル、水素化ひまし油、これらのうち2種またはそれ以上の混合物など、1種または複数種のメチルエステルまたは天然エステルを含むことができる。カルボン酸は、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、アラキジン酸、ベヘン酸および/またはリグノセリン酸を含むことができる。カルボン酸は、ウンデシレン酸、ミリストレイン酸、パルミトオレイン酸、オレイン酸、ガドレイン酸、エライジン酸、シス−エイコセン酸(cis−eicosenoic acid)、エルシン酸、ネルボン酸、2,4−ヘキサジエン酸、リノール酸、12−ヒドロキシテトラデカン酸、10−ヒドロキシテトラデカン酸、12−ヒドロキシヘキサデカン酸、8−ヒドロキシヘキサデカン酸、12−ヒドロキシイコサン酸、16−ヒドロキシイコサン酸、11,14−エイコサジエン酸(eicosadienoic acid)、リノレン酸、シス−8,11,14−エイコサトリエン酸(eicosatrienoic acid)、アラキドン酸、シス−5,8,11,14,17−エイコサペンテン酸(eicosapentenoic acid)、シス−4,7,10,13,16,19−ドコサヘキセン酸(docosahexenoic acid)、オール−トランス−レチノイン酸(all−trans−retinoic acid)、リシノレン酸(ricinoleic acid)、ラウロレン酸、エレオステアリン酸、リカン酸(licanic acid)、シトロネリン酸(citronelic acid)、ネルボン酸(nervonic acid)、アビエチン酸、およびアブシシン酸、またはこらのうちの2種もしくはそれ以上の混合物のうちの1種または複数種を含むことができる。カルボン酸は、パルミトレン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リカン酸、エレオステアリン酸、またはこらのうちの2種もしくはそれ以上の混合物を含むことができる。
カルボン酸は、イソ−オクタン二酸、オクタン二酸、ノナン二酸(アゼライン酸)、デカン二酸(セバシン酸)、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン酸またはこらのうちの2種もしくはそれ以上の混合物を含むことができる。カルボン酸はノナン二酸(アゼライン酸)を含むことができる。カルボン酸はデカン二酸(セバシン酸)を含むことができる。反応性カルボン酸官能基は、アジピン酸ジメチル、ノナン二酸ジメチル(アゼライン酸塩)、デカン二酸ジメチル(セバシン酸塩)、アジピン酸ジエチル、ノナン二酸ジエチル(アゼライン酸塩)、デカン二酸ジエチル(セバシン酸塩)、これらのうち2種またはそれ以上の混合物などのエステルによってもたらすことができる。
グリース組成物は、少なくとも1種の潤滑粘度の油と、少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含む混合物から作製することができる。この混合物は、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子分散液を約0.3〜約9重量%、一実施形態においては分散液を約1.3〜約3重量%を含むことができる。この混合物中で使用するカルボン酸および/またはエステルの量は、約1.4〜約39重量%の範囲内、一実施形態においては約2〜約25重量%の範囲内、一実施形態においては約3〜約8重量%の範囲内でよい。このグリース組成物は、約1.5〜約40重量%の石けんを最終的なグリース組成物中に、一実施形態においては約6〜約13.5重量%の石けんを最終的なグリース組成物中に含むことができる。
グリース組成物は、約25℃〜約220℃の範囲の、一実施形態においては約80℃〜約180℃の範囲の温度で、LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の分散液と、潤滑粘度の油と、カルボン酸および/またはそのエステルとを混合することによって作製することができる。この反応は、グリースが所望の稠度に達するまで行うことができる。ASTM D217による針入度は、約10分の6〜約10分の475ミリメートルの、一実施形態においては約10分の200〜約10分の320ミリメートルの範囲内でよい。反応時間は、約35〜約75分の範囲内、一実施形態においては約35〜約55分の範囲内でよい。
グリース組成物は、1種または複数種の金属不活性化剤、酸化防止剤、摩耗防止剤、防錆剤、粘度調整剤、極圧添加剤またはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物をさらに含むことができる。
金属不活性化剤は、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、2−アルキルジチオベンズイミダゾール、2−アルキルジチオベンゾチアゾール、2−(N,N−ジアルキルジチオカルバモイル)−ベンゾチアゾール、2,5−ビス(アルキルジチオ)−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ビス(N,N−ジアルキルジチオカルバモイル)−1,3,4−チアジアゾール,2−アルキルジチオ−5−メルカプトチアジアゾールまたはこれらの混合物の1種または複数種の誘導体を含むことができる。
ベンゾトリアゾール化合物は、以下の環の位置、1−または2−または4−または5−または6−または7−ベンゾチアゾールの1つまたは複数にヒドロカルビル置換を含むことができる。ヒドロカルビル基は、1〜約30個の炭素を、一実施形態においては1〜約15個の炭素を、一実施形態においては1〜約7個の炭素を含むことができる。金属不活性化剤は、5−メチルベンゾトリアゾールを含むことができる。
金属不活性化剤は、最大約5重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.0002〜約2重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.001〜約1重量パーセントの範囲の濃度でグリース組成物中に存在することができる。
酸化防止剤は、硫化フェナート類、ホスホ硫化(phosphosulphurised)テルペン類、硫化エステル類、芳香族アミン類およびヒンダードフェノール類、あるいはこれらのうち2種またはそれ以上の混合物を含めた様々な化学種から選択することできる。
酸化防止剤は、1種または複数種のアルキル化立体障害フェノールを含むことができる。アルキル基は、1〜約24個の炭素原子を、一実施形態においては約4〜約18個の炭素原子を、一実施形態においては約4〜約12個の炭素原子を含む分岐または直鎖アルキル基でよい。アルキル基は直鎖状であっても、または分岐鎖状であってもよい。フェノールは、t−ブチル基を2つ含むブチル置換フェノールでよい。これらのt−ブチル基が2−および6−位置を占める場合、フェノールは立体障害を有していてもよい。加えて、これらのフェノールは、ヒドロカルビルの形の追加の置換を、または2つのこのような芳香族基間に架橋基を有することができる。パラ位における架橋基としては、−CH−(メチレン橋)および−CHOCH−(エーテル橋)を挙げることができる。
使用することができる別のクラスの酸化防止剤群は、ジフェニルアミン類を含む。これらの化合物は、下記式で表すことができる。
Figure 2010509464
式中、RおよびRは独立に、水素、1〜約24個の炭素原子を含むアリールアルキル基または直鎖もしくは分岐アルキル基であり、hは独立に0、1、2または3である。ただし、少なくとも1つの芳香環がアリールアルキル基または直鎖もしくは分岐アルキル基を含む。RおよびRは、約4〜約20個の炭素原子を含むアルキル基でよい。ジフェニルアミンは、モノ−またジ−ノニル化(nonylated)ジフェニルアミンでよい。
酸化防止剤は、最大約12重量パーセントの、一実施形態においては約0.1〜約6重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.25〜約3重量パーセントの範囲の濃度でグリース組成物中に存在することができる。
摩耗防止剤は、1種または複数種のチオリン酸金属塩を含むことができる。これらチオリン酸金属塩として、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、リン酸エステルまたはその塩、亜リン酸塩、またはリン含有エステル、エーテル、もしくはアミドを挙げることができる。摩耗防止剤は、最大約10重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.1〜約5重量パーセントの範囲の濃度で存在することができる。
防錆剤は、スルホン酸カルシウムまたはスルホン酸マグネシウムなどの金属スルホン酸塩、オクタン酸オクチルアミンなどカルボン酸のアミン塩、ドデセニルコハク酸もしくは無水物およびオレイン酸などの脂肪酸のポリアミン、たとえばトリエチレンテトラミンなどのポリアルキレンポリアミンとの縮合生成物、またはアルケニル基が約8〜約24個の炭素原子を含むアルケニルコハク酸の、ポリグリコールなどのアルコールとの半エステルを1種または複数種含むことができる。
防錆剤は、最大約4重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.02〜約2重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.05〜約1重量パーセントの範囲の濃度でグリース組成物中に存在することができる。
粘度調整剤は、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、ポリイソブテン、水素化スチレン−イソプレンポリマー、水素化ラジカルイソプレンポリマー、ポリメタクリレート酸エステル、ポリアクリレート酸エステル、ポリアルキルスチレン、アルケニルアリール共役ジエンコポリマー、ポリオレフィン、ポリアルキルメタクリレート、無水マレイン酸エステル−スチレンコポリマーおよびこれらの混合物を含めたポリマー材料を、1種または複数種含むことができる。
一部のポリマーは、分散剤粘度調整剤(多くの場合、DVMと称される)として記載することもできる。というのは、それらポリマーは分散剤特性も示すからである。このタイプのポリマーとしては、ポリオレフィン、たとえば、無水マレイン酸とアミンとの反応生成物で官能化されているエチレン−プロピレンコポリマーを挙げることができる。使用することができる別のタイプのポリマーは、アミンで官能化されたポリメタクリレートである(このタイプは、メタクリレート重合において窒素含有コモノマーを組み込むことによって作製することもできる)。
粘度調整剤は、最大約30重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.5〜約20重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約1〜約5重量パーセントの範囲の濃度でグリース組成物中に存在することができる。
使用することができる極圧添加(EP)剤は、硫酸もしくはクロロ硫酸EP剤、塩素化炭化水素EP剤、リンEP剤、またはこれらのうち2種もしくはそれ以上の混合物を、1種または複数種含むことができる。このようなEP剤の例として、塩素化ワックス、ベンジルジスルフィド、ビス−(クロロベンジル)ジスルフィド、ジブチルテトラスルフィド、硫化まっこう鯨油、硫化オレイン酸メチルエステル、硫化アルキルフェノール、硫化ジペンテン、硫化テルペン、硫化ディールス−アルダー(Diels−Alder)付加物などの有機硫化物および多硫化物、硫化リンのテレピンまたはオレイン酸メチルとの反応生成物などのホスホ硫化炭化水素、二炭化水素および三炭化水素亜リン酸塩、すなわち、亜リン酸ジブチル、亜リン酸ジヘプチル、亜リン酸ジシクロヘキシル、亜リン酸ペンチルフェニル、亜リン酸ジペンチルフェニル、亜リン酸トリデシル、亜リン酸ジステアリル、ポリプロピレン置換亜リン酸フェノールなどのリンエステル、ジオクチルジチオカルバミン酸亜鉛やヘプチルフェノール二酸バリウムなどのチオカルバミン酸金属塩、ジシクロヘキシルホスホロジチオ酸亜鉛およびホスホロジチオ酸亜鉛塩の組合せを挙げることができる。
極圧添加剤は、最大約10重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.25〜約5重量パーセントの範囲の、一実施形態においては約0.5〜約2.5重量パーセントの範囲の濃度でグリース組成物中に存在することができる。
グリースを作製するためのこのプロセスにより、グリース形成の時間を短縮し、温度対時間の関係において繊維形成に必要なピーク温度に達するための時間を減少させることによって、公知の方法と比較してより緩やかな反応条件が可能となることがある。LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子とカルボン酸との反応は、約25〜約220℃、一実施形態においては約80〜約180℃の範囲の温度で行うことができる。リチウム錯体グリースの形成は、水に溶解させた固体LiOH・HOを用いて作製したグリースよりも約80%短い時間内の104℃と低い温度における滴点形成から明らかなように、より速く起こることがある。
グリースを作製するためのこのプロセスにより、粉末状の水酸化リチウムを使用する先行技術と比較して約15〜約36%、一実施形態においては約48〜約67%短縮される反応時間が可能となることがある。反応時間の短縮は水酸化リチウムの水和の程度に関連していることがあることが、当業者には理解されよう。水和の程度がより高いと、反応の速度が遅くなることがある。したがって、水和した水酸化リチウムの存在を回避して、反応時間を短縮することができる。
たとえば、過剰な水の除去のためにより長い時間泡を出す、粉末状の水酸化リチウムと水とを使用するプロセス用いる場合と比較して、たとえば一実施形態においては約118℃における泡の除去から明らかなように、グリースを作製するこのプロセスは減少した量の泡しか形成しないことがある。
グリースを作製するためのこのプロセスは、バッチプロセス、半連続プロセスまたは非バッチプロセスを含むことができる。
本明細書中に開示されているグリース組成物は、実質的にはモノカルボン酸のみで作製されるリチウム石けんグリース、錯体石けんグリース、リチウム錯体石けんグリース、カルシウム石けんグリース、低ノイズ石けんグリース(直径約2ミクロンを上回る残留水酸化金属粒子の欠如を特徴とすることがある)、および短繊維高石けん分グリースを含むことができる。
低ノイズグリースは、ポンプや圧縮機などの回転要素軸受用途において使用することができる。錯体石けんグリースは滑らかであっても、粒が見えてもよい。錯体石グリースはポリカルボン酸、たとえば、ジカルボン酸を含有することができる。
(実施例1)
水酸化リチウム一水和物と、油と、界面活性剤とを含むスラリーを摩砕することによって、分散液を調製する。プロセス金物(ミル)は、撹拌システムが取り付けられ、粉砕媒体が入っているジャケット付き横置き容器を備える。粉砕媒体はビーズ状である。作動時、スラリーはポンプでミルに送り込まれ、ミル内を通る。ビーズと固形物との衝突により、初晶も二次(凝集)結晶も共に摩耗が生じる。界面活性剤は、再凝集(re−agglomeration)を防ぐ粒子を安定化させる。最終的な生成物は、微細な水酸化リチウム一水和物の安定化油分散液である。連続流水平型ビーズミルの代わりに、バッチ式縦型ビーズミルを使用することができる。
縦型ビーズミルは、プラスチックのふたと、ガラスの粉砕媒体(直径2mmまたは4mmのビーズ)とを有する500mlの丸底ガラス容器を備える。低速高トルクステンレス鋼(SS−10)またはポリウレタンのパドル付きのHeidolph社のミキサー(回転速度300〜500rpm)によって撹拌を行う。このミルには、300mlの分散液を処理する能力がある。
水平型ビーズミルは、WAB、Basle、ECM Dyno Mill Multilabが供給するミルでよい。このミルが、酸化イットリウム/ジルコニウム(YtZ)の加速器が3つ入った0.6リットルのチャンバを有する。これらの加速器を、先端速度8メートル/秒(m/s)で、また直径0.3mmのYtZビーズを用いてビーズ装填65%v/v(ビーズの体積/チャンバの体積)で作動させる。チャンバはジャケット付きで、水冷されている。このミルを使用して、慎重な何回もの単一パスまたはバッチの連続再循環で、一度にスラリー2kgを処理する。5〜10分の滞留時間を使用する。
先端速度は、混合素子(回転子)および1分(または1秒)当たりの回転数の関数である。
Figure 2010509464
式中、rは混合素子の半径(メートルで)で、rpm/60は1秒当たりの回転数である。先端速度の単位は、メートル/秒(m/s)と表される。
単一パス作業は、材料がミルを一度通過する動作のモードである。ミルを通るポンプ速度は、所望の滞留(または摩砕)時間を与えるよう調整される。以下の用語を使用する。
Vm −ミルチャンバ内の分散液の動作体積または体積(リットル)
Vt −摩砕しようとする分散液の全容量(リットル)
F −ミルを通る分散液の流速(リットル/分)
Tt −全摩砕時間(分)
滞留時間は、摩砕チャンバ内の材料の持続時間であり、容器を通るプラグ流れと仮定する。ガラス容器内の無色の材料に染料を注入する実験により、これが有効な仮定であり、チャンバ内における側方混合が少ししかないことが実証される。
滞留時間(Rs) = Vm/F [単位:時間]
摩砕時間(ワンパス) = Vt/F [単位:時間]
バッチ作業は、混合容器からミルを通って混合容器へ戻るループ内に処理している材料をポンプで送り込む作業のモードである。ミルを通る統計的パスの回数を最大にするために、ポンプ速度を高く維持する。10リットルのスラリーを再循環モードで摩砕し、スラリーを1分当たり2リットルの速度でミルの中へポンプで送り込む場合、5分後にスラリーの当量容量がミルの中へポンプで送り込まれることになる。これらの条件下では、5分毎に1回の統計的パスが起こる。
Figure 2010509464
再循環バッチプロセスにおける全滞留時間は、以下のように算出することもできる。全滞留時間(Rr)=統計的パスの回数×滞留時間、Rs(1回のパス当たり)。
分散液は、Coulter LS230および顕微鏡法により行われる粒径測定によって、また貯蔵安定性によって特徴付けられる。Coulter LS230は、コロイド粒子による光散乱のFraunhoferおよびMieの理論に基づくレーザ回折技法を用いて直径0.04〜2000ミクロンの粒子を測定するために設計された市販の粒径分析器(Beckman Coulterが供給)である。
水酸化リチウム一水和物(LiOH・HO)用に可能性のある分散剤として、多くの界面活性剤を評価する。これらの調合物は、縦型ビーズミルを用いて調製する。実験室で組み立てる縦型ビーズミル内における7時間の処理を用いて14種の試料を調製し、それら試料の化学組成および製造の詳細を表1に示す。表1で識別されている界面活性剤を、界面活性剤A〜Eとラベル付けする。これらの界面活性剤については以下で説明する。異なるバッチからのLiOH・HOを、試料3〜14と比較して試料1に使用する。
Figure 2010509464
表1で識別されている界面活性剤は以下のとおりである。
Figure 2010509464
表1中の溶媒は、表2に示すように特徴付けられる。
Figure 2010509464
*100N油は、文中で100SN油と称されることがある。
表1に報告する試料は、Coulter LS230および貯蔵安定性によって特徴付けられ、これを表3に示す。
Figure 2010509464
表3において、「O」は、試料管の最上部における透明な油層の形成を指す(試料管の高さの%として表される)。「L」は、試料管における堆積物の最下層の形成を指す(試料管の高さの%として表される)。
試料6についての分散液を、結晶水を飛ばすために95℃で3時間加熱する。加熱前、粒径分析器(Coulter LS230)により平均粒径6.55ミクロンが示され、1.2体積%が0.5ミクロン未満、6.2体積%が1ミクロン未満となる。加熱後、粒径の減少を測定すると、平均粒径が0.51ミクロンで、90体積%が0.5ミクロン未満となる。
一連の実験を、水平型ビーズミル内で湿式磨砕を用いて2段階で、より大きなビーズを用いる粗粉砕と、その後のより小さいビーズを用いる微粉砕で行う。表4に詳細を示すスラリー4キログラムを、水平型ビーズミルを用いて処理して分散液を形成する。
Figure 2010509464
まず、直径2mmのガラスビーズ65%v/vと、先端速度8m/sのYtZ加速器と、3回の慎重なパスで実現される全滞留時間9.59分とを用いてスラリーを処理する。得られた分散液を、直径0.3mmのYtZビーズが65%v/vで、YtZ加速器が先端速度8m/sで、全滞留時間が10.29分である水平型ビーズミルを用いてさらに処理する。
これらの試料についてのデータを表5に示す。
Figure 2010509464
最終的な粒径により、この生成物が何ヶ月も安定である可能性が示唆される。
表5および本明細書中の他の場所において、顕微鏡による格付けA、B、C、D、E、F、GまたはHを示す。これらの格付けは、分散液を微細または粗大分散液に分類する主観的評価に基づいている。分散液に対する格付け「A」は、非常に微細な分散液に対して適応される。格付け「H」は、非常に粗大な分散液に対して提供される。これらの格付けは、非常に微細(A)から非常に粗大(H)へとそれらの間の段階的な格付けB、C、D、E、FまたはGにより次第に進行する。
試料15、18および21への熱の影響を表6に示す。これは、粒子が粗大である(加熱後の粒径減少の順序:試料15>18>21)場合に脱水による粒径減少の影響が最大であることを示している。
Figure 2010509464
水酸化リチウム一水和物の分散液を加熱することにより、結晶水が取り除かれる。水酸化リチウム一水和物は正方晶系の結晶構造を有し、一方無水水酸化リチウムはより緻密な四面体構造を有する。
試料21の粒径は、試料を加熱した場合に変化しない。しかしながら、この試料を調製する際、製造中に強い発熱が生じる。
(実施例2)
Chemetall、FMCおよびSQMからLiOH・HO粉末の試料を得る。LiOH・HO粉末を100N油中で混合し、光学顕微鏡を用いて特徴付ける。これらの両粉末中の水酸化リチウム一水和物結晶は、四面体形状である。FMC製品の結晶は典型的には長さ200〜600ミクロンであり、SQMの結晶は典型的には800ミクロンよりも大きい。Chemetallの結晶は上記の間である。
2つの実験を行う。両実験において、以下のスラリーを4キログラム調製する。
Figure 2010509464
スラリーを、合計9回の連続パスの間水平型ビーズミルの中を通過させる。いかなる場合も、ミルを先端速度8m/sで作動させ、ビーズ(65%v/v)で充填する。ミルを通る各パスについてのポンプ速度は、試料滞留時間が3分前後となるようにする。両実験では、ミルを以下のようにビーズで順次装填する。
(1)最初の3回のパスについては直径2mmのガラスビーズ
(2)4回目〜6回目のパスについては直径0.5mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
(3)7回目以降のパスについては直径0.3mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
実験1
冷媒温度は、最初の9回のパスについては4℃に設定する。分散液(ミル内)の温度は、70℃でずっと一定である。分散液を9回のパスの間ミルを通過させた後、0.3mmのビーズを用いてさらに30分の滞留時間の間磨砕する。この段階中に、冷媒温度を10℃まで上昇させる。著しい生成物の温度変化は観測されない。結果を表8に示す。LiOHに対するLiOH・HOの比率を、熱重量分析(TGA)によってこれらの試料について確認する。Coulter LS230およびMalvern Zetasizer Nano ZSを用いて粒径分析を行う。Malvern Zetasizer Nano ZSは、0.6ナノメートル(nm)〜6ミクロンの範囲内で測定することができる、Mavernが供給する光散乱機器である。粘度および密度を表9に報告する。
実験2
冷媒温度を15℃に設定する。4回目のパス(0.5mmのビーズを用いる最初のパス)中は、温度を観測して、再度降下する前に70℃から80℃へと上昇させる。実験1と同様に分析を行う。データを表9に示す。分散液試料の粒径分析(Coulter LS230およびMalvern Zetasizer)を表8に示す。粘度および密度の測定値を表9に示す。
Figure 2010509464
3回の測定の平均値
実験1および2についての最終的な試料の動的粘度および密度の測定値を、以下の表9に示す。
Figure 2010509464
(実施例3)
以下の試料の熱重量分析(TGA)を行う。
(1)無水LiOH粉末
(2)LiOH・HO粉末
(3)無水LiOHスラリー(50重量%のLiOH、10重量%の界面活性剤Dおよび40重量%の100N油)
(4)LiOH・HOスラリー(50重量%のLiOH・HO、10重量%の界面活性剤Dおよび40重量%の100N油)
(5)1回、2回および3回のパスによりそれぞれ2mmのビーズを用いて調製したLiOH・HOの分散液
(6)2mm、0.5mmおよび0.3mmのビーズをそれぞれ用いてミルを通る1回のパスにより調製したLiOH・HOの分散液
TGAトレースのすべてにおいて、材料の約20重量%が130℃未満で取り除かれる。これは、固形物LiOH・HOの40重量%の質量に対応する。LiOH・HOの理論的な含水量は42重量%であり、したがってこれは理論と一致する。150℃よりも上で取り除かれる材料は、基油および界面活性剤の気化によるものである。
粉末状LiOH・HO中に存在する結晶水は、直接加熱によって100℃未満で取り除くことができる。しかしながら、粉末を油および界面活性剤と共にスラリーにした場合、100℃未満から約110℃へのTGAピークのシフトに見られるように、水を取り除くことがより困難となる。結晶水は容易に固体結晶から離れるが、結晶が油中に懸濁している場合、水は自由水として凝縮し、油相から水を飛ばすためにはさらなるエネルギーが必要となる。
実験1および2(実施例2)で調製した試料のTGA分析は、冷媒の温度は最終的な分散液に実質的には影響を及ぼさない、TGAトレースが類似していることを示している。最終的な分散液の粒径は、実験1についても実験2についても共に類似している(表8を参照のこと)。
上記は、以下を示している。
(1)固体LiOH一水和物の脱水は比較的容易なステップであり、水の沸点未満で起こる。
(2)油懸濁液中固体LiOH一水和物の脱水には、固形物のみの脱水よりも多くのエネルギーを必要とする。水は油相中に取り込まれ、その後油相中で、油中に存在する材料との他の相互作用に関与することがあり(沸騰温度がより高い共沸混合物を形成する可能性がある)、それにより水の除去がより困難となる。
(3)LiOH一水和物のサブミクロン分散液への(たとえば、サブ0.5ミクロンの分散液への)磨砕は、比較的容易に実現される。
(実施例4)
のこ歯ミキサ内で成分を混合するによって、表10に示すスラリーを3キログラム調製する。
Figure 2010509464
表10に示すスラリーの脱水を、125℃のホットプレート上で6時間加熱することによって行う。スラリー3kgの完全な脱水を、磨砕前にTGAによって確認する。顕微鏡およびCoulter LS230によって脱水前後に試料を特徴付ける。顕微鏡法は、脱水後長斜方形の結晶が、長い結晶質の針がちりばめられている非晶質の固形物に変わってしまうことを示している。試料体積の減少に注意する。
脱水したスラリーを、パス1回当たりの滞留時間を約3分として数回の逐次パスで摩砕する。この試料を、2mmのビーズを用いて3回のパスで摩砕し、その後0.5mmのビーズを用いて3回のパスで摩砕する。最終的な、また中間の試料を分析する。結果を表11に示す。
Figure 2010509464
試料8は250s−1で191cPの粘度を、また15℃で1.0266の密度を有する。
顕微鏡法もCoulterも共に、LiOH(無水)懸濁液が、LiOH・HOと比較した場合、摩砕プロセス中の寸法減少に対してより耐性があることを示している。顕微鏡法およびCoulterの測定値は、約40〜60ミクロンの結晶径が実現可能な限界であろうことを示している。長期に及ぶ摩砕にもかかわらず、いくつかの長い結晶が顕微鏡により観測される。
この結果により、無水LiOHを摩砕してサブミクロン分散液とすることが困難であることが示唆される。このことは、対照的に、LiOH・HOを摩砕することの容易性を伴い、(結晶水の存在の有無にかかわらず)LiOHの優れたサブミクロン分散液を作製するための実行可能な経路を示唆する。LiOH・HOを加熱すると、結晶水は容易に取り除かれる。さらなる加熱により、約470℃で固形物が溶融する。これは比較的低い融点である。摩砕は、撃心で1000℃を超える局部温度を発生することが知られている。しかしながら、固形物が水和している場合、脱水プロセスによって局所熱を消散させることができる。摩砕が結晶状破面のプロセスを進行させるにつれて、蒸発による高い局所熱エネルギーの消散により、固形物の寸法を縮小することが可能となる。結晶水を取り除いた場合、固形物が融点まで加熱されることがあり、結晶成長がより重要となることがある。固形物がより軟らかくなり、破砕することが困難となることがある。
(実施例5)
この実施例は、LiOH・HOを摩砕しその後脱水する、サブミクロン分散液を作製するためのプロセスを示す。表12に示す調合物を有するスラリーを調製する。
Figure 2010509464
スラリーを、単一パスで数回水平型ビーズミルの中を通過させる。いかなる場合も、ミルを先端速度8m/sで作動させ、ビーズ(65%v/v)で充填する。ミルを通る各パスについてのポンプ速度は、試料滞留時間がパス1回当たり約3分となるようにする。冷媒温度を4℃に設定する。本実施例においては、ミルを以下のようにビーズで順次装填する。
・最初の3回のパスについては直径2mmのガラスビーズ
・4回目〜6回目のパスについては直径0.5mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
・7回目以降のパスについては直径0.3mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
試料を各パスの後取り出し、顕微鏡およびCoulter LS230によって寸法を決定する。1回、3回、4回および6回のパス後に取り出した試料は脱水もする。ホットプレートを用いて脱水試料を調製し、これら試料をCoulter LS230および顕微鏡法によって特徴付ける。
このデータを使用して、スラリーに対する分散液脱水の相対的な容易性を決定することができる。脱水への粒径減少(もしあれば)の影響も確認することができ、特定の粒径についての摩砕滞留時間を決定することができる。さらなる実験を行って、脱水速度を決定する。結果を表13に示す。表13において、LiOH・HO分散液は、脱水の前後に特徴付けられている。
Figure 2010509464
TGAは、この試料の部分的な脱水しか示していない。9%w/wの水が残っている。
スラリーおよび2種の分散液を脱水し、脱水速度を比較する。試験結果を表14に示す。
Figure 2010509464
試料11についての250s−1における粘度は540cPであり、試料17については粘度が302cPである。これの結果は、分散液またはスラリーを脱水するためには、類似の脱水条件が必要となることを示している。脱水中には粒径減少がないため、脱水前に所望の寸法にまで摩砕することが有利である。
(実施例5A)
脱水効率への粒径の影響は、ワイプト膜蒸発器(Kuhni AGが供給)を用いる商用パイロット規模では無視できることが実証されている。蒸発器のカラムは0.14mの表面積を有し、ステンレス鋼回転ワイパが取り付けられている直径80mm、長さ55cmのカラムである。供給生成物膜が、この縦型カラムの長さ方向下方へと形成される(厚さ1mm)。
出発材料または供給生成物は、1.2mmのビーズで装填され連続再循環モードで作動させるECM Pro Dyno Mill(スイスのWABが供給)を用いて100kg規模で調製した、50重量%のLiOH・HO分散液(組成を以下の表21、実験Cに示す)である。供給生成物を、撹拌反応容器から蒸発器最上部へとポンプで送り込む。蒸発器最上部における供給生成物の温度を90℃に調整する。蒸発の速度および範囲は、主に下記の関数である。
1.供給生成物の流量
2.印加されるストリッピング真空圧力
3.加熱投入量(カラムのまわりの加熱用オイルジャケットによって供給され変わる)
脱水した生成物を底部で回収する。留出物を、一次および二次凝縮ユニットに通して凝縮する。
この実験では、(カラム上の流体を加熱する)油温度の影響、真空圧力、およびユニットを通る材料の流量を探る。最初の実験は、試料A(平均約5ミクロンの微細分散液)を用いて行い、この後粗大分散液(試料C、平均約200ミクロン)、次いで中間粗大分散液(試料B、平均約10ミクロン)を用いて行う。粗大試料(C)は、数時間放置すると硬い堆積物を形成する傾向にあり、実験を通じて撹拌する。21.4重量%の水(主としてLiOH・HO中の結晶水として)を含有する3種の生成物はすべて同様に振る舞い、流量15kg/hr、圧力80mbarおよび油温度130℃で完全に脱水される(ディーンスターク法(Dean and Stark method)によって決まる含水量0.1重量%にまで)。残留含水量は、流量を20kg/hrにまで増大させた場合、最終生成物中0.5重量%である。
(実施例6)
表15に示す調合物を有するスラリーを調製する。
Figure 2010509464
界面活性剤Fは、ポリイソブテニル(Mn=940)コハク酸である。
スラリーを、合計9回の連続単一パスの間水平型ビーズミルの中を通過させる。いかなる場合も、ミルを先端速度8m/sで作動させ、ビーズ(65%v/v)で充填する。ミルを通る各パスについてのポンプ速度は、試料滞留時間が約3分となるようにする。各試運転において、ミルを以下のようにビーズで順次装填する。
1.最初の3回のパスについては直径2mmのガラスビーズ
2.4回目〜6回目のパスについては直径0.5mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
3.7回目以降のパスについては直径0.3mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
処理条件を表16に示す。
Figure 2010509464
結果を表17に示す。
Figure 2010509464
(実施例7)
水平型ビーズミルを用いて脱水分散液を調製する。このミルを先端速度8m/sで作動させ、ビーズ(65%v/v)で充填する。分散液の調合物およびキャラクタリゼーションを表18に提供し、脱水分散液のデータを表19に示す。
Figure 2010509464
Figure 2010509464
表19に示す分散液に、追加の30重量%のLiOH・HO(FMC)を添加し、得られた混合物を、さらに6回の連続パスで水平型ビーズミルの中を通過させる。いかなる場合も、ミルを先端速度8m/sで作動させ、ビーズ(65%v/v)で充填する。ミルを通る各パスについてのポンプ速度は、試料滞留時間が約3分となるようにする。
各実験において、ミルを以下のようにビーズで順次装填する。
1.最初の3回のパスについては直径2mmのガラスビーズ
2.4回目〜6回目のパスについては直径0.5mmのイットリウム/ジルコニウムビーズ
この試料は、顕微鏡の格付けがB8である。この試料を脱水し、最終的な調合物およびキャラクタリゼーションを表20に示す。
Figure 2010509464
水酸化リチウム粉末は、粗大粒状材料(大きさ数mm)である。このため、直径2mmのガラスビーズを用いて粗い湿式粉砕を行うことが有利である。これらのビーズは、固形物を約3ミクロンの平均粒径にまで粉砕することができる。固形物/ビーズの径比が大きすぎる場合には、ビーズ摩砕はより微細な結晶の寸法しか減少させるころができず、粗大材料には少ししか影響を及ぼさない。大きい粒子の破砕には短い摩砕時間で十分であることがある(最初のパス試料は、0.5および/または0.3mmのビーズによる摩砕には十分に小さいことがある)。
界面活性剤Fは、安定剤としてうまく機能する。この界面活性剤Fにより、低処理速度であっても優れた摩砕効率、優れた安定性および低粘度の分散液がもたらされる。
摩砕中著しい脱水は観測されない。脱水条件を適用する場合、同一条件を用いてスラリーおよび分散液を完全に脱水する。脱水分散液はあまり容易には摩砕されないため、摩砕後に脱水することが有利である。摩砕中ミルが十分に冷却され場合には、摩砕プロセスにおいて生じる熱を使用して乾燥を促すことができる。
上記は、最大約46%w/wのLiOHを段階1の後に実現することができ、少なくとも約54%w/w、一実施形態においては少なくとも約60%w/wを段階2の後に実現することができる2段階摩砕プロセスを使用することができることを示している。
TGAを使用して、乾燥後の水酸化リチウム一水和物分散液の残留含水量をうまく決定することができる。
上記により以下が示される。
1.LiOH・HO中の結晶水を飛ばすことは比較的容易である。
2.LiOH・HOはビーズ摩砕が容易な材料であり、微細なサブ0.5ミクロン分散液が容易にもたらされる。一方、無水LiOHは、サブミクロン粒径未満への摩砕が困難である。
3.LiOH・HOが吸熱脱水に耐える能力により、破壊した結晶がビーズとの衝突の際に受け取るエネルギーを消散させる機構がもたらされる。このエネルギーをLiOH(無水)中で熱エネルギーに、また表面の溶融に変換することができ、結晶成長機構が関与する機会が広がる。
4.固形分が多く(54質量%LiOH)界面活性剤が少ない(4.6質量%)サブ0.5ミクロンの分散液を得るために有用となることがあるプロセスは、分散液の反復逐次摩砕および脱水と、それら摩砕と脱水との間におけるLiOH・HO粉末のさらなる添加を含む。
(実施例8)
この研究では3種の調合物を利用し、これら調合物を表22に示す。2つのLiOH・HO源、FMCおよびSQMを使用する。これら2つのリチウム源間の主な違いは、出発粉末の結晶径である。SQM材料は、FMC材料よりも粗大である。
Figure 2010509464
表22の調合に従ってのこ歯ミキサを用いて各スラリー10Kgを調製する。これらのスラリーを、単一の離散的パスで作動させる水平型ビーズミルを用いて摩砕する。このミルは、先端速度8m/s、3つのYtZ加速器、ビーズ装填65%v/vを用いて作動させる。各実験についての摩砕順序を表22に示す。
Figure 2010509464
以下の手順のステップに注意する。
1.均質スラリーを調製する。このスラリーには連続撹拌を使用する。
2.直径2mmのYtZビーズを用いた摩砕:実験AおよびBにおいては、全滞留時間が10.5分である3回のパスを使用し、一方実験CおよびDにおいては、滞留時間がそれぞれ5.6分および3分である、単一パスを使用する。
3.直径0.5mmのYtZビーズを用いた摩砕:いかなる場合も、3回の逐次パスを使用する。
ミルを通る最初のパスの後および最後のパスの後に、試料を取り出す。摩砕の終わりに、取り出した試料すべてを2つに分割し、一方を130℃の実験室用ホットプレート上で7時間脱水する。完全な脱水をTGAによって確認した。すべての試料を光学顕微鏡、Coulter LS230および貯蔵安定性によって特徴付ける。これに加え、流動点、引火点、密度、窒素分および赤外分光について各試料を試験する。結果を表23に示す。
Figure 2010509464
無水LiOH分散液についての有利な粒径分布は、以下のとおりでよい。
平均径<1μm
70%<2μm
100%<10μm
表23においては、様々なLiOH・HO分散液についての粒径、顕微鏡法および貯蔵安定性の結果を示す。試料の欄は、試料の組成および摩砕を示している。文字は調合を示し(表22を参照のこと)、数字は、試料がミルを通して受け取ったパスの回数を示す。
これらの結果は、基油を100Nから330SNに変えた場合に摩砕効率が影響を受けることはないように思われることを示している。また、固形物をFMCの水酸化リチウム一水和物からSQMの水酸化リチウム一水和物に変えた場合にも、摩砕効率が影響を受けることはないように思われる。
基油およびLiOH源の変化による二次効果を無視すると、これらの実験からのデータは、急速な通過(滞留時間2分)でさえも数100ミクロンから10ミクロン未満の平均径をもたらすことを示している。長期に及ぶ摩砕は平均結晶径をわずかに(約2ミクロンまで)減少させるだけである。
0.5mmのビーズを用いた摩砕についての結果は、以下を示している。
1.平均粒径は、2分の滞留時間後には<1.0ミクロンであり、<0.5ミクロンのパーセントは約50%である。
2.滞留時間10分前後(0.5mmのビーズの)で平均径が0.5ミクロン未満の非常に微細な分散液を作製することが可能である。
これらの結果は、SN100またはSN330と5%界面活性剤との中のLiOH・HO(固形物50%)についての有利な摩砕が以下のとおりでよいことを示している。
1.大きい結晶を平均径10ミクロン未満まで、90%を20ミクロン未満に縮小するための粗粉砕。水平型ビーズミルでは、これを急速な単一パスで(滞留時間2〜3分)実現することができる。
2.平均径を1ミクロン未満まで減少させるための微粉砕:これは、0.5(または0.7mm)のビーズを用い、および滞留時間3〜5分でさらなる摩砕によって実現することができる。これにより、平均径が<1.0ミクロンで100%が5ミクロン未満である分散液をもたらすことができる。
2〜4分の間滞留時間の間1.0mmのビーズを用いることによって、所望の粒径分布を実現することが可能であることがある。
上記分散液についての粘度の測定値を、以下の表24に示す。
Figure 2010509464
330SNを用いて調製したLiOH・HO分散液の粘度は、100Nを用いて調製した分散液の粘度のほぼ2倍である。一般に、粘度は摩砕時間の減少に伴って低下し、Brookfieldはサブミクロン分散液と共にわずかな増大を示す(界面活性剤枯渇の開始の可能性がある)。
LiOH・HO分散液試料A6、B6およびC4について、様々な試験を行う。これらを表25に報告する。
Figure 2010509464
注1:試料は20%に希釈して試験し、計算して元の試料に戻す。50%w/wのLiOH・HOについての期待TBNは669mgKOH/gである。
これらの試料を、実験室用のホットプレート上で7時間加熱して結晶水を取り除く。TGAを用いて完全な脱水を確認する。約130℃の温度を7時間持続すれば、これらの試料を脱水するには十分である。これら結果を表26に示す。
Figure 2010509464
水の損失は、各最終試料について100%が<1.0ミクロンとなる粒径減少をもたらすことができる。最終パス試料の平均粒径も、水和分散液についての平均0.4ミクロンから、脱水試料についての0.15ミクロン前後まで減少する。
Figure 2010509464
おそらく内相体積の減少により、脱水後に粘度が著しく減少する。脱水後、すべての分散液が典型的なずり減粘挙動を示す。LiOH・HO源が脱水分散液の粘度に与える影響は小さい。しかしながら、基油の選択はより大きな影響を与える。
脱水試料A6、B6およびC4について、様々な試験を行う。これらを表28に報告する。
Figure 2010509464
注1:TBNの結果は分散液の20%希釈物を用いて行われたものである。期待TBNは853mgKOH/gである。
上記結果により、単一パスプロセスを用いて満足できる品質のLiOH・HO分散液を実現することができることが示唆される。このプロセスは、まず2mmのビーズで装填されているミルに通し、その後連続して0.5mmのビーズで装填されている第2のミルに通す、LiOH・HOの分散液の逐次摩砕を含むことができる。代替の構成が、1.0mmのビーズで装填されている単一のミルの中にスラリーを通すことであってもよい。
(実施例9)
以下の粒径分布は、グリース作製にとって、また分散液の安定性にとって有利となることがある。
平均径<1μm
70%<2μm
100%<10μm
100N油(45%w/w)および5%w/wの界面活性剤F中の、50%(w/w)の(SQM−より粗い原材料)LiOH・HOのスラリーをまず、2mmのYtZビーズで装填されている水平型ビーズミルに通し、2回目に0.5mmのビーズで装填されているミルに通す。条件を表29に示す。ポンプ速度は、結晶の粗さのために最初のステップを通して変動する。以下のプロセスステップを使用する。
ステップA:2mmのビーズを用いる3分間の摩砕、その後
ステップB:0.5mmのビーズを用いる2.85分間の摩砕、その後
ステップC:分散液の脱水
Figure 2010509464
脱水前後の中間および最終分散液の粒径分析を、以下の表30に示す。
Figure 2010509464
室温における所蔵安定性試験は、粗大摩砕した試料(脱水前および脱水後)が期待できる安定性を有し、この安定性により2週間後に遊離油も堆積物も示さないことを示している。
(実施例10)
試料AおよびBは、平均粒径がそれぞれ8.92および0.99ミクロンである50重量%のLiOH・HOを含有する分散液である。これらの分散液を共に脱水して、分散液CおよびDとする。分散液CおよびDは、平均粒径がそれぞれ5.5および0.4ミクロンである36重量%のLiOH粒子を含有する。堆積物を形成する分散液の傾向は、以下の表31に示すように粒径の関数である。分散液AおよびBは、2カ月前後で堆積物形成の開始を示す。約4カ月後、径がより小さい分散液は、いかなる堆積物形成の兆候も示さない。
Figure 2010509464
表31において、「L」は、試料管における堆積物最下層の形成を指す(試料管の高さの%として表される)。
実施例11〜16では、グリース組成物を開示する。水をベースとするLiOH・HOの溶液を使用する実施例11および14は、比較の目的で提供する。
(実施例11)比較例
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A(12−ヒドロキシステアリン酸)96.6gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、水56gに溶解させたLiOH・HO14.02gを添加する。この混合物を、198℃〜202℃の範囲の温度にまで62分かけて加熱し、その後193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、10.85重量%の石けんを含有し、P0=208、P60=209、滴点が207℃である。
(実施例12)
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A96.6gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、TBNが846でCoulter LS−230により測定した平均粒径が6.66ミクロンである36%無水LiOH分散液23.2gを加える。この混合物を198℃〜202℃まで55分かけて加熱し、その後193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、10.7重量%の石けんを含有し、P0=211、P60=220、滴点が205℃である。
(実施例13)
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A96.6gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、TBNが646でCoulter LS−230により測定した平均粒径が0.34ミクロンである50%LiOH・HO分散液29.75gを加える。この混合物を198℃〜202℃まで55分かけて加熱し、その後193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、10.7重量%の石けんを含有し、P0=204、P60=210、滴点が207℃である。
(実施例14)比較例
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A96.6gと、アゼライン酸30.9gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、水112.2gに溶解させた固体LiOH・HO27.65gを添加する。この混合物を、148℃まで75分かけて加熱し、148℃で30分間保持し、その後199℃まで25分かけて加熱する。この混合物を193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、14.0重量%の石けんを含有し、P0=222、P60=232、滴点が241℃である。
(実施例15)
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A96.6gと、アゼライン酸30.9gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、TBNが646でCoulter LS−230により測定した平均粒径が0.34ミクロンである50%LiOH・HO分散液58.11gを加える。この混合物を148℃まで40分かけて加熱し、その後199℃まで30分かけて加熱する。この混合物を193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、13.6重量%の石けんを含有し、P0=200、P60=209、滴点が292℃である。
(実施例16)
Hobartのステンレス鋼ミキシングボウルに、800sus油810gと、Cenwax A96.6gと、アゼライン酸30.9gとを加える。この混合物を82℃まで加熱し、その後、TBNが846でCoulter LS−230により測定した平均粒径が6.66ミクロンである36%無水LiOH分散液45.5gを加える。この混合物を148℃まで40分かけて加熱し、その後199℃まで30分かけて加熱する。この混合物を193℃まで冷却させる。さらに冷却し、3本ロールミルで3回摩砕した後、得られたグリースは、13.6重量%の石けんを含有し、P0=206、P60=213、滴点が260℃である。
開示される技術は特定の実施形態に関して説明してきたが、それらの様々な変更形態が、本明細書を読むことで当業者には明らかとなるであろうことを理解されたい。したがって、本明細書中に開示する本発明は、添付の特許請求の範囲内にあるこのような変更形態にも及ぶものであることを理解されたい。

Claims (10)

  1. 少なくとも1種の油と少なくとも1種の界面活性剤とを含む有機媒体に分散しているLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を含む分散液であって、該分散液中のLiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の濃度が10重量%を超えており、該LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子が最大約10ミクロンの範囲にある平均粒径を有し、該LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の少なくとも約99重量%が最大約20ミクロンの範囲にある粒径を有する分散液。
  2. 前記LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子が最大約1ミクロンの平均粒径を有し、該粒子の少なくとも約70%が最大約2ミクロンの範囲にある粒径を有し、該LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子の少なくとも約99重量%が最大約10ミクロンの範囲にある粒径を有する、請求項1に記載の分散液。
  3. 前記界面活性剤が、最大約20の範囲にある親水−親油平衡を有する、請求項1に記載の分散液。
  4. 前記界面活性剤が、ポリイソブテニルコハク酸、ポリイソブテニル無水コハク酸、またはこれらの混合物を含む、請求項1に記載の分散液。
  5. 請求項1に記載の前記分散液を、少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと、少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合し、該潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするために十分に、前記LiOHおよび/またはLiOH・HO粒子を該カルボン酸および/またはそのエステルと反応させることによって作製したグリース組成物。
  6. LiOH粒子を含む分散液を作製するための方法であって、
    (A)LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、
    (B)該スラリーを摩砕して、該有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、ならびに
    (C)該分散液を脱水して、該LiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換することを含む方法。
  7. (D)LiOH・HO固形物を、(C)で形成した前記LiOH粒子分散液と混合して、分散液混合物を形成すること、
    (E)該分散液混合物を摩砕して、LiOHおよびLiOH・HO粒子を含む第2の分散液を形成すること、ならびに
    (F)該第2の分散液を脱水して、該第2の分散液中のLiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換することをさらに含む、請求項6に記載の方法。
  8. LiOH・HO粒子を含む分散液を作製するための方法であって、
    LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、ならびに
    該スラリーを摩砕して、LiOH・HOを含む分散液を形成することを含む方法。
  9. グリースを作製するための方法であって、
    LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、
    該スラリーを摩砕して、該有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、
    該分散液を脱水して、該LiOH・HO粒子をLiOH粒子に変換すること、ならびに
    該分散液を、少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと、少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合し、該潤滑粘度の油をグリース組成物まで濃くするために十分に、該LiOH粒子を該カルボン酸および/またはそのエステルと反応させることを含む方法。
  10. グリースを作製するための方法であって、
    LiOH・HO固形物と、少なくとも1種の油および少なくとも1種の界面活性剤を含む有機媒体とを含むスラリーを形成すること、
    該スラリーを摩砕して、該有機媒体に分散しているLiOH・HO粒子を含む分散液を形成すること、ならびに
    該分散液を、少なくとも1種のカルボン酸および/またはそのエステルと、少なくとも1種の潤滑粘度の油と混合し、該潤滑粘度の油をグリース稠度まで濃くするために、該LiOH・HO粒子を該カルボン酸および/またはそのエステルと十分反応させることを含む方法。
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