JPH0860169A - 潤滑剤ベースストックとしての工業用ペンタエリスリトールエステル - Google Patents
潤滑剤ベースストックとしての工業用ペンタエリスリトールエステルInfo
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Abstract
形成が抑制された合成エステルベースストックを提供す
る。 【解決手段】 工業用ペンタエリスリトールとカルボン
酸混合物との反応生成物を含む合成エステルべーススト
ックであって、カルボン酸混合物は、(1)6個または
それより少ない反応性水素を有する少なくとも1つのC
8−C10カルボン酸、(2)6個またはそれより少ない
反応性水素を有する少なくとも1つのC5−C7カルボン
酸および(3)6個またはそれより多い反応性水素を有
する少なくとも1つのC6−C10カルボン酸を含んでい
る。
Description
ベースストック(基剤)に関するものであり、更に詳細
には工業用ペンタエリスリトールのカルボン酸エステル
に関するものである。
処方物中で使用される合成エステルベースストックは良
く知られている。ジェットエンジンの潤滑剤に使用され
る合成エステルベースストックの1つの重要な要素はエ
ステルが高温で沈積物を形成する傾向である。この沈積
物形成傾向は、一層苛酷な要件、例えばより高い運転温
度で運転される現在のジェットエンジンにとって特に重
要である。米国特許 4,826,633は、ジペンタエリスリト
ールのエステルを含有せずそして許容可能な粘度および
流動点特性を有する潤滑剤を提供する合成エステルベー
スストックに関している。モノペンタエリスリトールの
エステルは、沈積物形成傾向の減少を示す合成エステル
潤滑剤を提供し、一方ジペンタエリスリトールのエステ
ルは沈積物形成傾向を増大させると述べられている。現
在のジェットエンジンによる合成潤滑剤の需要が高まっ
ているため、運転状況下での沈積物形成傾向が一層減少
している合成エステルベースストックが必要である。
積物形成傾向が減少した合成エステルは工業用ペンタエ
リスリトールとC5−C10のカルボン酸混合物から製造
し得ることが見い出された。沈積物形成が減少した合成
エステルベースストックは: (a)工業用ペンタエリスリトールと、 (b)(1) 総酸に基づいて5から20モル%までの、
6個またはそれより少ない反応性水素を有する少なくと
も1つのC8−C10カルボン酸、(2) 総酸に基づいて
50から65モル%までの、6個またはそれより少ない反応
性水素を有する少なくとも1つのC5−C7カルボン酸、
(3) 総酸に基づいて少なくとも15モル%の、6個よ
り多い反応性水素を有する少なくとも1つのC6−C10
カルボン酸、を含むC5−C10のカルボン酸の混合物、
の反応生成物を含んでおり、その際得られるエステル混
合物は、反応性水素がエステル100グラム当たり6.0グラ
ム原子またはそれより少ないような総反応性水素含量を
有するとともに、99℃(210°F)で少なくとも4.6 cSt
の動粘度、−40℃で12,000 cSt未満の粘度、−40℃72時
間で±6%の粘度安定性および−54℃またはそれより低
い流動点を有している。本発明のもう1つの実施態様で
は、上記した合成エステルベースストックを用いてエン
ジンを運転することを特徴とする航空用タービンエンジ
ン中での沈積物形成を減少させる方法が提供される。
エリスリトールエステルから製造された本発明によるエ
ステルを処方した潤滑剤は、282℃から327℃の間の温度
で、モノペンタエリスリトールエステル単独から製造さ
れたエステルより低い沈積物形成傾向を示す。これらの
温度には現在市販のガスタービンエンジンの潤滑剤シス
テム中で遭遇し、そして工業用ペンタエリスリトールエ
ステルの低い沈積物形成傾向はこれらエンジンの潤滑剤
の性能改善に重要である。
エリスリトールとC5−C10カルボン酸から製造され
る。工業用ペンタエリスリトールは、約85%〜92%のモ
ノペンタエリスリトールと8%〜15%のジペンタエリス
リトールを含む混合物である。典型的な市販の工業用ペ
ンタエリスリトールは式: を有する約88%のモノペンタエリスリトールと式: を有する約12%のジペンタエリスリトールを含有してい
る。工業用ペンタエリスリトールは、工業用ペンタエリ
スリトールの製造中に副生成物として通常形成される幾
つかのトリ−およびテトラペンタエリスリトールを含有
していることもある。
するために使用されるC5−C10カルボン酸は反応性水
素の数で特徴付けられる酸の混合物である。C5−C10
カルボン酸の文脈内の用語「反応性水素」は、酸の炭素
鎖中に含まれる二級かまたは三級の炭素原子、即ち と結合した水素を呼称する。
付けることができる。例えば、直鎖C6、C7、C8、C9
およびC10カルボン酸は、それぞれ8、10、12、14およ
び16個の反応性水素を有している。メチル側鎖を導入す
ると反応性水素の数は減少する。それ故、n−ヘキサン
酸は8個の反応性水素を有しており、2−メチルペンタ
ン酸は5個の反応性水素を有しており、そして2,3−
ジメチルブタン酸は2個の反応性水素を有している。反
応性水素の数は酸中の総炭素対アルキル鎖中の側鎖数の
関数として表1に示す。
ック中に含まれる酸群の総反応性水素含量は、酸の化学
構造が知られている場合、エステル中の各タイプの酸の
濃度から計算することができる。反応性水素含量は、10
0gのベースストック当たりの反応性水素のグラム原子
として、次のようにして計算される: Hi=各酸エステルにおける反応性水素の数 Xi=酸混合物中の各酸の濃度、モルフラクション n =エステル中の異なる酸の数 Y =工業等級のモノペンタエリスリトールの濃度、モ
ルフラクション M =ペンタエリスリトールエステルの平均分子量 XiHi=各酸が寄与する反応性水素の数
リスリトールと反応させられる酸の大部分は、合成エス
テルの清浄性の改善を達成するために6個またはそれよ
り少ない反応性水素を有していなければならないことが
見い出された。6個またはそれより少ない反応性水素を
有するカルボン酸のうちで、酸の総量に基づいて50から
60モル%がC5−C7カルボン酸であることが好ましい。
6個またはそれより少ない反応性水素を有する好ましい
C5からC7のカルボン酸にはn−ペンタン酸、2−メチ
ルブタン酸、2,2−および3,3−ジメチルブタン酸並
びに2,2−、3,3−および4,4−ジメチルペンタン
酸が含まれ、更に好ましくはn−ペンタン酸および2−
メチルブタン酸、特にn−ペンタン酸が含まれる。主要
量のn−ペンタン酸によって、シール適合性および清浄
性に関する利点を最大にすることができ、そしてイソ−
C5(2−メチルブタン)酸と比べてより大きい酸化安
定性が提供される。6個またはそれより少ない水素を有
するC8−C10カルボン酸の量は好ましくは、酸の総量
に基づいて6から12モル%までである。好ましいC8−
C10酸は、優れた沈積物制御を提供する3,5,5−トリ
メチルヘキサン酸であり、そしてこれはエステルが表2
に示した物理的特性を満たすようにC5−C7酸の最大含
量と均衡させる。
を有するC6−C10カルボン酸は、酸の総量に基づい
て、好ましくは45から15モル%まで、更に好ましくは44
から28モル%までの量で存在する。好ましい酸は、n−
ヘキサン酸、n−ヘプタン酸、n−オクタン酸、n−ノ
ナン酸およびn−デカン酸を含む直鎖の酸である。特に
好ましい酸はn−ヘプタン酸、n−オクタン酸およびn
−デカン酸の混合物である。これらの酸は、エステルベ
ースストックに優れた粘度温度特性を賦与しそしてエラ
ストマーのシール適合性の改善を助ける。市販で入手可
能な酸は少量の他の酸を含有していることがある。例え
ば、C8とC10の酸の混合物は少量のC6とC12の酸を含
有していることがある。
合成エステルベースストックは、それらの粘度および流
動点特性に関して一定の要件を満たさなければならな
い。このような要件の1つのセットは米国陸軍MIL−
L−23699仕様書中に記載されている。完成オイルでM
IL−L−23699仕様書を満たすために必要なベースス
トックの粘度および流動点の目標範囲は表2に示す。
はこれらの要件を満たし、一方同時に沈積物形成を減少
させる。アルコールとカルボン酸からのエステルの製造
は慣用の方法を使用して達成することができる。工業用
ペンタエリスリトールは、任意に触媒の存在下で所望の
カルボン酸混合物と一緒に加熱する。一般的には、僅か
に過剰の酸を使用して反応を完結させる。反応中に水を
除去しそして次に過剰の酸を反応混合物から除去する。
工業用ペンタエリスリトールのエステルはそれ以上精製
しないで使用することができ、または蒸留のような慣用
の技術を使用して更に精製することができる。合成エス
テルベースストックは潤滑剤処方物、特に航空用ターボ
オイルの製造に使用することができる。航空用ターボオ
イルとして使用される潤滑剤組成物は合成エステルベー
スストックおよび少なくとも1つの以下の添加剤: 抗酸
化剤、抗摩損剤、極圧添加剤、防腐食剤、消泡剤、清浄
剤、加水分解安定剤および金属不活性化剤を含有してい
る。
施例で更に説明される。
製造した。表3で特定した原料および錫オキサレート触
媒を、240〜255℃および少なくとも29インチ水銀柱の真
空を与えることができる撹拌反応器中に入れた。反応器
は窒素スパージャーまたはブランケットを備えていた。
装入物は約227℃から232℃の間の反応温度に加熱した。
反応の水は反応中にトラップに集め、一方酸は反応器に
戻した。真空は、反応を維持するために必要に応じて適
用した。ヒドロキシル値が十分に低い値(最大値、5.0m
g KOH/g)にまで低下したとき、過剰の酸の大部分
を真空蒸留で除去した。残存酸性度はアルカリで中和し
た。得られたエステルベースストックを乾燥しそしてろ
過した。
ールの量との化学量論的反応に必要な量の約10から15重
量%過剰で反応に含まれている。過剰の酸は反応を完了
させるために使用される。過剰の酸は反応を実施するの
に決定的に重要ではないが、過剰が少なければ少ないほ
ど反応時間は長くなる。過剰の酸は最終生成物中のもの
と同じ割合で存在して、各酸の反応速度は概ね等しいと
推定される。反応が完了した後、過剰の酸は除去および
精製によって取り去る。一般的に、エステル化反応は慣
用の触媒の存在下で実施する。
cStの間であり、そして−40℃(−40°F)では7510か
ら8500 cStの間であり、これらはそれぞれASTM D
−445およびASTM D−2532に従って測定した。流動
点はASTM D−97に従って測定したとき−54℃から
−57℃(−65°Fから−70°F)の間であった。装入物
の酸構成を好ましい実施態様として述べる。これらの好
ましい実施態様は変動可能であるので、酸装入物の構成
は或る範囲で変動させ得ると理解すべきである。例え
ば、この範囲は約50から60モル%の間の直鎖C5酸、約1
7.5から30モル%の間の直鎖C7、そして10から20モル%
の間の直鎖C8およびC10の酸混合物を含むことができ
る。イソ−C9酸は酸装入物の約6から12モル%の間で
使用することができる。
は、一定の添加剤パッケージを使用してMIL−L−23
699仕様書に含まれる適用に適する完成品ターボオイル
処方に混合した。上記の添加剤パッケージはジアリール
アミンの組合せ物からなる抗酸化剤、トリアリールホス
フェートを含有する通常使用される金属不動態化剤、ア
ルキル化ベンゾトリアゾールからなる防腐食剤、抗摩損
添加剤および加水分解安定化剤を含有していた。添加剤
パッケージは、上記で示した式から計算される種々の反
応性水素含量を含有する一連のベースストックと混合し
た。これらの処方化されたオイルは、以下の実施例で沈
積物試験に付した。
ジを使用してベースストックの反応性水素含量の関数と
して示すものである。処方化したオイルは傾斜パネル沈
積物試験(「IPDT」)を使用して別々に評価した。
IPDTは、パネル本体の穴に挿入された2つのヒータ
ーによって電気的に加熱されたステンレス鋼パネルから
なるベンチ試験である。試験温度は282℃で保持する。
パネル温度は記録用熱電対を使用してモニターする。パ
ネルは4°の角度で傾斜させ、そしてオイルは頂部近く
の加熱されたパネル上に落とし、オイルをパネル表面の
長さで流し、加熱された表面の末端から落とし、そして
オイル容器に戻す。オイルは試験室を流れる空気と接触
した薄い流動膜を形成する。試験期間は24時間である。
パネル上に形成された沈積物は、軸受装置試験(FE
D.試験方法 STD.No.791C、方法 3410.1)で
形成された沈積物で使用したものと同じ規準で評価す
る。ワニス沈積物は0(きれいな金属)から5(重いワ
ニス)まで等級付けする。スラッジ沈積物は6(軽い)
から8(重い)まで等級付けする。炭素沈積物は9(軽
い炭素)から11(重い/厚い炭素)まで等級付けする。
より高い等級付け(12から20)は、試験中に金属表面か
ら縮むかまたは剥がれ落ちる炭素沈積物に与える。
タエリスリトールエステルでありそして種々の反応性水
素含量を有する幾つかのベースストックのIPDTを使
用して得られた。これらの結果は図1に示され、そして
これは沈積物形成を反応性水素含量の関数として表わし
ている。図1から分かるように、沈積物形成は反応性水
素含量が増加すると沈積物形成も増加する。
るペンタエリスリトールエステルは6.0未満の反応性水
素含量をもたらし、そしてMIL−L−23699仕様書に
概略された物理的特性要件を満たす。これら組成物は要
求されるMIL−L−23699仕様書と最少沈積物形成の
両方を同時に満たす。
匹敵するモノペンタエリスリトールエステルより少しし
か沈積物を形成しないことを証明する。表4の沈積物デ
ータは、実施例2に記載したIPDT試験で、282℃で
はなくて299℃および304℃のパネル温度で得られた。各
対で1つのモノ(MONO)および1つの工業用ペンタ
エリスリトール(TECH)エステルからなる2対のベ
ースストックを試験した。ベースストック中に混合した
添加剤パッケージは前記した。第1の対のベースストッ
クは75モル%の直鎖ペンタン(n−C5)酸および25モ
ル%の3,5,5−トリメチルヘキサン(i−C9)酸を
含有する。各ベースストックはベースストック100g当
たり4.4グラム原子の水素の反応性水素含量を有してい
る。これらの結果は明らかに、TECHベースストック
が、より低い沈積物等級付けで示されるように、MON
Oより顕著に少ない沈積物をもたらすことを示してい
る。同様な結果は表4のベースストックの第2の対によ
って得られた。酸組成はMONO処方中では24および14
モル%のn−C5およびi−C9酸であり、そしてTEC
H処方中では30および6モル%のn−C5およびi−C9
酸である。直鎖ヘプタン(n−C7)酸が酸組成の残り
を構成した。MONOベースストックはより低い反応性
水素含量(TECHの6.2に対して5.9)を有しており、
TECHベースストックはより低い沈積物形成を示す。
それ故、工業用ペンタエリスリトールベースストック
(複数)はより低い沈積物形成を示すものである。
する一連のモノおよび工業用ペンタエリスリトールベー
スストックの沈積物形成を測定した。各ベースストック
は上記した同一の添加剤パッケージと混合した。この試
験では、流動空気の存在下で電気的に加熱した水平のス
テンレス鋼シリンダーの内壁にオイルを噴霧する。試験
期間は20時間である。各試験で約1リットルの新鮮なオ
イルを使用する。各オイルは、加熱したシリンダーの温
度を系統的に高める一連の試験に付す。試験温度は282
℃から327℃までの範囲である。かなりの量の炭素沈積
物が形成される温度(Ti)が各ベースストックで認めら
れる。図2の対照ベースストックは反応性水素含量が最
も低くそしてかなりの量の炭素沈積物が形成し始める温
度(To)は最も高い。温度差、To−Tiは熱受入れと
して℃で定義され、そして縦軸にプロットする。反応性
水素含量は横軸にプロットする。
タエリスリトール(TECH PE)の熱受入れは図2
に示す。これらのデータは明らかに、MONO PEエ
ステルは所定の反応製水素含量ではTECH PEエス
テルより熱受入れが高いことを示している。MONO
PEベースストックはより低い温度で炭素質沈積物を形
成し、実施例3で認められたMONO PEベーススト
ックのより高い沈積特性を確認している。
によって、上記した添加剤パッケージと混合したとき、
MIL−L−236999仕様書に合致する完成ターボオイル
がもたらされる。
熱された傾斜パネルの表面に滴下したとき試験オイルに
よって形成された沈積物を、ペンタエリスリトールエス
テルの総反応性水素含量の関数として測定したものであ
る。
タエリスリトールエステルの両方のベースストックの総
反応性水素含量の関数として、一連のベースストックの
沈積物形成に関連した熱受入れ(thermal debit)を記
した図面である。
Claims (3)
- 【請求項1】 (a)工業用ペンテリスリトールと (b)(1) 総酸に基づいて5から20モル%まで
の、6個またはそれより少ない反応性水素を有する少な
くとも1つのC8−C10カルボン酸、(2) 総酸に基づ
いて50から65モル%までの6個またはそれより少な
い反応性水素を有する少なくとも1つのC5−C7カルボ
ン酸、および(3) 総酸に基づいて少なくとも15モ
ル%の、6個より多い反応性水素を有する少なくとも1
つのC6−C10カルボン酸を含むC5−C10のカルボン酸
混合物、の反応生成物を含む洗浄性が改善されている合
成エステルベースストックであって、その際得られるエ
ステル混合物は、反応性水素がエステル100グラム当
たり6.0グラム原子またはそれより少ないような総反
応性水素含量を有するとともに99℃で少なくとも4.
6cStの動粘度、−40℃で12,000cSt未満
の粘度、−40℃72時間で±6%の粘度安定性および
−54℃またはそれより低い流動点を有する合成エステ
ルベースストック。 - 【請求項2】 (a)工業用ペンテリスリトールと (b)(1) 総酸に基づいて5から20モル%まで
の、6個またはそれより少ない反応性水素を有する少な
くとも1つのC8−C10カルボン酸、(2) 総酸に基づ
いて50から65モル%までの6個またはそれより少な
い反応性水素を有する少なくとも1つのC5−C7カルボ
ン酸、および(3) 総酸に基づいて少なくとも15モ
ル%の、6個より多い反応性水素を有する少なくとも1
つのC6−C10カルボン酸を含むC5−C10のカルボン酸
混合物、の反応生成物を含む洗浄性が改善されている合
成エステルベースストックであって、その際得られるエ
ステル混合物は、反応性水素がエステル100グラム当
たり6.0グラム原子またはそれより少ないような総反
応性水素含量を有するとともに99℃で少なくとも4.
6cStの動粘度、−40℃で12,000cSt未満
の粘度、−40℃72時間で±6%の粘度安定性および
−54℃またはそれより低い流動点を有する合成エステ
ルベースストック、に基づく潤滑剤を用いて航空用ター
ビンエンジンを運転することを特徴とするエンジン中で
の沈積物形成を減少させる方法。 - 【請求項3】 (a)工業用ペンテリスリトールと (b)(1) 総酸に基づいて6から12モル%まで
の、8個から10個までの炭素原子を有する少なくとも
1つの分岐鎖状酸、(2) 総酸に基づいて50から6
5モル%までのn−ペンタン酸、および(3) 総酸に
基づいて少なくとも約15モル%の、6個から10個ま
での炭素原子を有する1つより多い直鎖状酸、を含む5
から10個までの炭素原子を有するカルボン酸混合物、
の反応生成物を含む洗浄性が改善されている合成エステ
ルベースストックであって、その際得られるエステル混
合物は、反応性水素がエステル100グラム当たり6.
0グラム原子またはそれより少ないような総反応性水素
含量を有するとともに99℃で少なくとも4.6cSt
の動粘度、−40℃で9,000cSt未満の粘度、−
40℃72時間で±6%の粘度安定性および−54℃ま
たはそれより低い流動点を有している合成エステルベー
スストック。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US284,777 | 1994-08-02 | ||
US08/284,777 US5503761A (en) | 1994-08-02 | 1994-08-02 | Technical pentaerythritol esters as lubricant base stock |
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JPH0860169A true JPH0860169A (ja) | 1996-03-05 |
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EP (1) | EP0695797B1 (ja) |
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