JP3670749B2

JP3670749B2 - 潤滑油

Info

Publication number: JP3670749B2
Application number: JP6083296A
Authority: JP
Inventors: 誠二畠中; 昇道谷; 福晃山本
Original assignee: NIPPON QUAKER CHEMICAL Ltd
Current assignee: NIPPON QUAKER CHEMICAL Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09249889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動油、エンジン油および塑性加工油等として使用されるのに適した潤滑油、詳しくはジメチロールアルカンと飽和および不飽和直鎖脂肪酸混合物から得られる合成エステルを含む潤滑油に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から作動油、エンジン油および塑性加工油等の潤滑油として使用されている合成エステルにはジエステル系およびヒンダードエステル系があり、これらの潤滑油は一般に低粘性、低温流動性、熱安定性および潤滑性等に優れていることおよび高粘度指数を有することが要求されている。
【０００３】
しかしながら、ジエステル系潤滑油およびペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコールを用いたヒンダードエステル系潤滑油を使用する場合、かかる特性を得るためには脂肪酸の炭素原子数を１０以下にする必要があり、それに伴い当該潤滑油を適用する機器のホース、パッキンおよびシール材に使用されるニトリル系ゴムに顕著な劣化が生じ問題となっている。また、金属腐食性（特に銅、銅合金）も問題となっている。
【０００４】
このような問題の解決手段として、特開平７−２２４２８９号公報ではペンタエリスリトールと混合重量比８０／２０〜５０／５０のＣ₆−Ｃ₁₄直鎖飽和モノカルボン酸およびＣ₆−Ｃ₁₀分岐飽和モノカルボン酸の酸成分とにより合成されたエステル潤滑油が開示されている。しかしながら、かかるヒンダードエステル潤滑油においても、脂肪酸として比較的低分子量のものを使用しているため、ニトリル系ゴムの使用に悪影響を及ぼしたり、金属を腐食し、十分な上記特性を有するには至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は高粘度指数、優れた潤滑性、低温流動性および熱安定性を有し、ゴム材、特にニトリル系ゴム材が劣化しにくく、更には天然に産する脂肪酸を使用した生分解性のある潤滑油を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はジメチロールＣ₅−Ｃ₇アルカンと混合モル比１０／９０〜５０／５０の飽和および不飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸から得られる合成エステルであり、４０℃における動粘度（ＪＩＳ−Ｋ−２２８３に基づく）（以下、単に「粘度」とする）が２０〜４０cSt、粘度指数（ＪＩＳ−Ｋ−２２８３に基づく）が１２０以上、かつ流動点が−３０℃以下である合成エステルを含む潤滑油に関する。
【０００７】
本発明においては、エステルの脂肪酸の炭素鎖を短くすることなく、エステルの粘度および流動点を下げることを試み、ジメチロールＣ₅−Ｃ₇アルカンと一定混合比の飽和および不飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸とのエステルがかかる要求を満たすことを見いだした。
【０００８】
本発明において用いられるジメチロールＣ₅−Ｃ₇アルカンとしては、例えば、２,２−ジメチロールペンタン、２,２−ジメチロールヘキサン、２,２−ジメチロールヘプタンおよびこれらの混合物等が挙げられ、好ましくはジメチロールペンタンおよびジメチロールヘプタン、特に好ましくはジメチロールヘプタンである。アルカンの炭素原子数が５より少ないと低流動性に欠けることとなり、７より多いとコスト的に高価となり、実用的には不向きとなる。
【０００９】
飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸としては、例えば、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸等が挙げられ、これらの２種以上の混合物を用いてもよく、好ましくはラウリン酸、ミリスチン酸である。飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸どちらにおいても炭素原子数が１０より少ないとニトリル系ゴムおよび金属（特に銅、銅合金）に悪影響を及ぼし、２０より多いと流動性が悪くなる。
【００１０】
不飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸としては不飽和結合、例えば、二重結合および／または三重結合を１個以上、好ましくは１〜２個有するＣ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸であれば制限されず、シス体またはトランス体どちらであってもよい。例えば、オレイン酸、ウンデシレン酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸およびステアロール酸等が挙げられ、好ましくはオレイン酸、リノール酸であり、またこれらの混合物を用いてもよい。
【００１１】
脂肪酸として上記の直鎖および不飽和脂肪酸の混合物を用いることにより、ジメチロールアルカンの２つの水酸基を異なる脂肪酸でエステル化した分子が生成され、エステル分子の対称性が崩れるため、低温において分子の結晶化が起こりにくくなり、流動点は低下すると考えられる。
【００１２】
これら飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸および不飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸の混合モル比は１０／９０〜５０／５０が好ましく、さらに好ましくは３０／７０〜４０〜６０である。混合脂肪酸中、飽和脂肪酸比率が１０モル％未満であると、エステル中の二重結合が多くなり熱安定性が悪くなる。一方、飽和脂肪酸比率が５０モル％を越えると流動点が上がり所望の値が得られず低温流動性が悪化して極寒の地での使用に耐えられなくなったり、潤滑性および粘度指数が低下し問題となる。
【００１３】
本発明の潤滑油に含まれる合成エステルは、このような混合脂肪酸を上述のジメチロールアルカンで既知の方法によりエステル化させることによって得られる。その方法としては、例えば、１８０〜２８０℃にて３〜８時間、ジメチロールヘプタンと脂肪酸混合物を還流させる方法が挙げられる。
【００１４】
このようにして得られたエステルは４０℃における粘度が２０〜４０cSt、好ましくは２５〜３５cSt、粘度指数が１２０以上、好ましくは１３０〜１８０、かつ流動点は−３０℃以下が好ましい。
【００１５】
４０℃における粘度について２０cSt未満であると潤滑性能が低下することとなり、４０cStを越えると寒冷地における油圧機器の低温始動性が悪化する。粘度指数が１２０未満であると温度による粘度変化が大きくなり、特に加圧下においては固化傾向が現れ問題となる。
【００１６】
流動点の測定はＪＩＳ−Ｋ−２２６９に基づき行っているが、ここでは液体を冷却していったとき固化する温度を示している。かかる流動点が−３０℃より高くなると、極寒の地で屋外にて使用する機器に適用した場合、流動性が悪くなり結晶化する傾向が大きくなり問題となる。
【００１７】
本発明の潤滑油には上記合成エステルが１０〜１００重量％、好ましくは７０〜１００重量％含まれる。すなわち、本発明においては上記合成エステルを単独でそのまま用いてもよいし、他の基油、例えば、鉱物油等と混合して用いてもよい。
【００１８】
また、従来から潤滑油に添加されるいかなる添加剤、例えば、酸化防止剤、防錆添加剤、清浄分散剤、耐荷重添加剤、粘度指数向上剤および金属不活性剤等を添加して用いてもよい。
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。
【００１９】
【実施例】
（アルコールの選定）
下記アルコールとオレイン酸とのエステルを以下のように製造し、それの４０℃での粘度および流動点を測定した。これら結果を原料モル比率とともに表１に示す。
ＮＰＧ（ネオペンチルグリコール）
ＤＭＨ（２,２−ジメチロールヘプタン）
ＤＭＰ（２,２−ジメチロールペンタン）
ＣＨＤＭ（シクロヘキサンジメタノール）
（エステルの製造方法）
上記各種アルコールとオレイン酸を表１に示すモル比で反応機に仕込み、１８０〜２８０℃で脱水反応（エステル化）を行いエステルを製造した。反応率は９８％以上であった。
【００２０】
【表１】

【００２１】
この結果より、ジメチロールヘプタンまたはジメチロールペンタンを用いたエステルが好ましい流動点を有し、粘度に関しても最も好ましい範囲内の値を有することが明らかとなった。
【００２２】
実施例１〜５および比較例１〜３
ラウリン酸とオレイン酸とのモル比を表２に示されるように１００／０〜０／１００に変化させた混合物を調製し、脂肪酸として該混合脂肪酸を、アルコールとしてジメチロールヘプタンを用いたこと以外、上述の方法と同様にして、これら脂肪酸とジメチロールヘプタンとのエステルＡ〜Ｈを製造した。原料モル比を表２に示す。
【００２３】
（混合比による粘度、流動点および粘度指数の変化）
エステルＡ〜Ｈの原液の４０℃における粘度、流動点および粘度指数を測定した。これらの結果を以下の表２に示す。
【００２４】
【表２】

【００２５】
これらの結果より、ラウリン酸が１０〜５０モル％のとき、すなわちオレイン酸が９０〜５０モル％のとき、流動点は最も下がり、粘度および粘度指数に関しても最も好ましい範囲内にあることがわかった。
【００２６】
（熱安定性評価）
また、飽和脂肪酸混合によるエステルの熱安定性効果を評価するため、エステルＡ、Ｄ、ＧおよびＨそれぞれの原液５０ｇを、１００時間、２００時間および３００時間１５０℃にて加熱し、それぞれの時間経過後の４０℃における粘度を測定した。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】

【００２８】
これらの結果よりラウリン酸含量が増加するにつれてエステルの粘度増加は減少する、すなわち熱安定性は上昇することが明らかとなった。混合脂肪酸中の不飽和脂肪酸比率が９０モル％を越えると粘度変化率が著しく高くなり、熱安定性および使用時の始動性が悪化し問題となる。これらからエステルの熱安定性の悪化（熱性劣化）は不飽和脂肪酸二重結合の何等かの関与、例えば、酸化および重合等が原因であると考えられ、脂肪酸にラウリン酸等の飽和脂肪酸を混合することが熱性劣化に伴う粘度増加をある程度抑制できることを示唆するものである。
【００２９】
（潤滑性評価）
シェル式特殊高速四球試験機（１８００rpm、３０kgf、３０分間：神鋼造機（株）社製）により室温にてエステルＡおよびＤの原液を用いたときの摩耗こん径を測定して潤滑性を評価した。また、エステルＤに関してはその原液を（財）機械振興協会にて実際のポンプに適用し、カムリングおよびベーンの摩耗量を測定して潤滑性を評価した。その試験条件は温度５０℃、エステル量４５リットル、圧力１４Ｍｐａ、回転速度１５００rpm、運転時間１００時間であった。なお、これらの試験においては既存エステルとしてトリメチロールプロパントリオレエートについても測定した。上記摩耗こん径の測定結果については表４に示し、上記摩耗量の測定結果については表５に示す。
【００３０】
【表４】

【００３１】
【表５】

【００３２】
シェル式特殊高速四球試験において、エステルＤについては既存エステルより優れた潤滑性が確認された。エステルＡについては油膜切れを起こし測定不能であった。ポンプ試験においても、エステルＤの摩耗量は既存エステルの１／２以下であり、優れた潤滑性が示された。
【００３３】
（ゴム材浸漬試験）
エステルＤのゴム材に対する影響を調べるため、ＪＩＳ−Ｋ−６３０１に準じ、１００℃のエステルＤの原液に中ニトリルの断片を１６８時間浸漬し、浸漬前と比較した。なお、ペンタエリスリトールテトラアルキレート（アルキル鎖は炭素原子数が８および／または１０である。以下、「ＰＥＴＡ」とする。）についても調べた。これらの結果を表６に示す。
【００３４】
【表６】

【００３５】
この結果より、本発明の潤滑油をニトリル系ゴム材料のものに適用しても実用上問題ないことがわかった。
【００３６】
（生分解性評価）
（財）日本食品分析センター多摩研究所にてＣＥＣＬ−３３−Ｔ−８２Ｌ「Biodegradability of Two-Stroke Cycle Outboard Engine Oil in Water」により、エステルＤの生分解性を評価した。結果を表７に示す。なお、エコマーク認定基準は生分解率６６．７％以上である。
【００３７】
【表７】

【００３８】
この結果より、生分解性にも優れていることが明らかとなった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明により、高粘度指数、優れた潤滑性、低温流動性および良好な熱安定性を有する潤滑油を容易に提供できる。また、本発明の潤滑油はゴム材、特にニトリル系ゴムを劣化させにくく生分解性があり環境性にも優れている。

Claims

ジメチロールＣ₅−Ｃ₇アルカンと混合モル比１０／９０〜５０／５０の飽和および不飽和Ｃ₁₀−Ｃ₂₀直鎖脂肪酸から得られる合成エステルであり、４０℃における動粘度が２０〜４０cSt、粘度指数が１２０以上、かつ流動点が−３０℃以下である合成エステルを含む潤滑油。