JP5168446B2 - 潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
上述の如く、本発明の潤滑油組成物は、潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤とを含有し、ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0%であるものであって、ダイヤモンドナノ粒子がダイヤモンドナノ粒子用分散剤により分散され、これと含酸素有機化合物とが相乗効果を発揮することによって、例えば自動車用内燃機関や動力伝達装置の部品の摺動部位などに適用された場合に、摩擦係数を大幅に低減し、燃費の向上を実現し得る。
また、適用される鋼やアルミニウム合金等の構造部品に対して、特殊な表面処理を施すことが必須でないことなどといった副次的な利点もある。
また、高度水素化分解鉱油又は1−デセンオリゴマー水素化物など、潤滑油基油の全芳香族含有量が2%以下、又は0%であっても摩擦低減効果の高い潤滑油組成物を得ることができるが、例えば、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤の含有量が1%を超える場合には、貯蔵安定性に劣る可能性があるため、必要に応じて溶剤精製鉱油やアルキルベンゼン等を配合することにより潤滑油基油の全芳香族含有量を調整する(例えば、2%以上とする。)ことが好ましい。
ここで、全芳香族含有量とは、ASTM D 2549に準拠して測定した芳香族留分含有量を意味し、通常この芳香族留分には、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、アントラセン、フェナントレン、これらのアルキル化物、四環以上のベンゼン環が縮合した化合物、又はピリジン類、キノリン類、フェノール類、ナフトール類等のヘテロ芳香族を有する化合物等が含まれる。
潤滑油基油の100℃における動粘度を2mm2/s以上とすることによって油膜形成が十分であり、潤滑性に優れ、また、高温条件下での基油の蒸発損失がより小さい潤滑油組成物を得ることができる。一方、100℃における動粘度を20mm2/s以下とすることによって、流体抵抗が小さくなるため潤滑箇所での摩擦抵抗のより小さい潤滑油組成物を得ることができる。
特に、摺動部材がなす摺動面の摩擦をより低減する観点からは、ヒドロキシル基を有し、炭素、水素及び酸素から成る含酸素有機化合物やその誘導体が好適である。
また、ヒドロキシル基は2つ以上有することがより好ましい。
上記と同様の理由で、硫黄含有量の少ない、又は硫黄を含有しない含酸素有機化合物であることがより好ましい。
なお、ここでいう「誘導体」とは、代表的には、炭素、水素及び酸素から成る含酸素有機化合物に、例えば、窒素含有化合物、リン含有化合物、硫黄や硫黄含有化合物、ホウ素含有化合物、ハロゲン元素やハロゲン元素含有化合物、金属元素や金属含有化合物等(有機、無機を問わない。)を反応させて得られる化合物等が挙げられ、特に制限はない。
また、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ベンジル)フェニルアルコール等の分子量300以上、好ましくは400以上の高分子量のヒンダードアルコール類は、高温条件(例えば内燃機関等の摺動条件)においても揮発しにくく耐熱性に優れ、摩擦低減効果を発揮できると共に、優れた酸化安定性をも付与できる点で好ましい。
具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン等のトリメチロールアルカン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,3,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3,4−ブタンテトロール、ソルビトール、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトール、これらの重合体又は縮合物(例えば、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリンなどのグリセリンの2〜8量体等、ジトリメチロールプロパンなどのトリメチロールプロパンの2〜8量体等、ジペンタエリスリトールなどのペンタエリスリトールの2〜4量体等、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物などの縮合化合物(分子内縮合化合物、分子間縮合化合物又は自己縮合化合物)等)が挙げられる。
なお、6価を超える多価アルコールの場合、粘度が高くなりすぎる。
炭素数2〜6のアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、1,2−エポキシブタン(α−ブチレンオキサイド)、2,3−エポキシブタン(β−ブチレンオキサイド)、1,2−エポキシ−1−メチルプロパン、1,2−エポキシヘプタン、1,2−エポキシへキサン等が挙げられる。
これらの中では、低摩擦性に優れる観点から、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドが好ましく、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドがより好ましい。
なお、上記III−1〜5に挙げたエステル類は、ヒドロキシル基又はカルボキシル基が全てエステル化された完全エステルでもよく、ヒドロキシル基又はカルボキシル基が一部残存した部分エステルであってもよい。
これらのうち、100℃における動粘度が1〜100mm2/sのものは潤滑油基油として使用することができ、通常、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤と区別することができる。
これらの例としては、例えば、トリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−2−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等の、炭素数3〜40、好ましくは炭素数4〜18、特に好ましくは4〜12の3価以上のポリオール類、特にネオペンチル構造を有する3価以上のポリオール類と、炭素数1〜40、好ましくは炭素数4〜18、特に好ましくは6〜12のモノカルボン酸から選ばれる1種又は2種以上との単一エステル類又はコンプレックスエステル類等のポリオールエステル類及びこれらの混合物、又は、更にアルキレンオキサイドを付加させたもの等が挙げられる。
これらはヒドロキシル基又はカルボキシル基が全てエステル化された完全エステルでもよく、ヒドロキシル基又はカルボキシル基が一部残存した部分エステルでもよいが、完全エステルであることが好ましく、そのヒドロキシル基価は通常100mgKOH/g以下、より好ましくは50mgKOH/g以下、特に好ましくは10mgKOH/g以下である。
また、これら潤滑油基油の100℃における動粘度は、好ましくは2〜60mm2/s、特に好ましくは3〜50mm2/sである。
具体的には、例えば、ジブチルマレエート、ジトリデシルグルタレート、ジ−2−エチルヘキシルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジ−2−エチルヘキシルセバケート等の炭素数2〜40、好ましくは炭素数4〜18、特に好ましくは6〜12のジカルボン酸類から選ばれる1種又は2種以上の多価カルボン酸類と、炭素数4〜40、好ましくは炭素数4〜18、特に好ましくは6〜14の1価アルコール類から選ばれる1種又は2種以上とのジエステル類、これらジエステル類(例えばジブチルマレエート等)と炭素数4〜16のポリαオレフィン等との共重合体、無水酢酸等にαオレフィンを付加した化合物と炭素数1〜40のアルコール類とのエステル等が挙げられる。これらのうち、100℃における動粘度が1〜100mm2/sのものは潤滑油基油として使用することができる。
具体的には、例えば、フタル酸エステル類、トリメリット酸エステル類、ピロメリット酸エステル類、サリチル酸エステル類等の芳香族カルボン酸エステル類が挙げられる。
これらのうち、100℃における動粘度が1〜100mm2/sのものは潤滑油基油として使用することができる。
これらのうち、100℃における動粘度が1〜100mm2/sのものは潤滑油基油として使用することができる。
これらのうち、100℃における動粘度が1〜100mm2/sのものは潤滑油基油として使用することができる。
なお、誘導体を得る際に用いる上記化合物は、通常添加剤として用いられるものであるが、基油として用いられる場合においてもその効果は特に限定されるものではない。
なお、上記炭化水素基は、その炭素数に何ら制限はないが、好ましくは炭素数1〜40、より好ましくは炭素数2〜30、特に好ましくは炭素数3〜20である。
また、上記炭化水素基と共にヒドロキシ基やカルボキシル基を有する場合は、これら含有量は、特に制限はないが、組成物全量基準で、10〜1000ppmであることが好ましい。
更にまた、上記アルキルシクロアルキル基としては、メチルシクロペンチル基、ジメチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロペンチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルシクロヘキシル基、ジメチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロヘキシル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルシクロヘプチル基、ジメチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)、メチルエチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルシクロヘプチル基(全ての構造異性体を含む。)等の炭素数4〜40のアルキルシクロアルキル基等が挙げられ、好ましくは炭素数5〜20のアルキルシクロアルキル基、特に好ましくは炭素数6〜12のアルキルシクロアルキル基である。
更に、上記アルキルアリール基としては、トリル基(全ての構造異性体を含む。)、エチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝状のプロピルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝状のブチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のペンチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のヘキシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のヘプチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のオクチルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のノニルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のウンデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)、直鎖又は分枝のドデシルフェニル基(全ての構造異性体を含む。)のような1置換フェニル基;キシリル基(全ての構造異性体を含む。)、ジエチルフェニル基、ジプロピルフェニル基、2−メチル−6−tert−ブチルフェニル基、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル基、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ベンジル)フェニル基等のような同一又は異なる直鎖又は分枝のアルキル基を2つ以上有するアリール基(アルキル基は、更にアリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を含んでもよく、全ての構造異性体を含む。)等のアルキルアリール基等が挙げられ、炭素数7〜40のアルキルアリール基、好ましくは炭素数7〜20のアルキルアリール基、特に好ましくは炭素数7〜12のアルキルアリール基である。
これらの中では、アルコール類、カルボン酸類及びアルデヒド類並びにこれらの誘導体から選ばれる1種又は2種以上と、アミン化合物との反応生成物(例えばマンニッヒ反応生成物、アシル化反応生成物、アミド等。)が好ましい例として挙げられる。
より具体的には、アンモニア;メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、ステアリルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオクチルアミン、ジノニルアミン、ジデシルアミン、ジウンデシルアミン、ジドデシルアミン、ジトリデシルアミン、ジテトラデシルアミン、ジペンタデシルアミン、ジヘキサデシルアミン、ジヘプタデシルアミン、ジオクタデシルアミン、メチルエチルアミン、メチルプロピルアミン、メチルブチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、及びプロピルブチルアミン等の炭素数1〜30のアルキル基(これらのアルキル基は直鎖状でも分枝状でもよい。)を有するアルキルアミン;エテニルアミン、プロペニルアミン、ブテニルアミン、オクテニルアミン、及びオレイルアミン等の炭素数2〜30のアルケニル基(これらのアルケニル基は直鎖状でも分枝状でもよい。)を有するアルケニルアミン;メタノールアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン、ブタノールアミン、ペンタノールアミン、ヘキサノールアミン、ヘプタノールアミン、オクタノールアミン、ノナノールアミン、メタノールエタノールアミン、メタノールプロパノールアミン、メタノールブタノールアミン、エタノールプロパノールアミン、エタノールブタノールアミン、及びプロパノールブタノールアミン等の炭素数1〜30のアルカノール基(これらのアルカノール基は直鎖状でも分枝状でもよい。)を有するアルカノールアミン;メチレンジアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、及びブチレンジアミン等の炭素数1〜30のアルキレン基を有するアルキレンジアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン等のポリアミン;ウンデシルジエチルアミン、ウンデシルジエタノールアミン、ドデシルジプロパノールアミン、オレイルジエタノールアミン、オレイルプロピレンジアミン、ステアリルテトラエチレンペンタミン等の上記モノアミン、ジアミン、ポリアミンに炭素数8〜20のアルキル基又はアルケニル基を有する化合物やN−ヒドロキシエチルオレイルイミダゾリン等の複素環化合物;これらの化合物のアルキレンオキシド付加物;及びこれらの混合物等が例示できる。
これら窒素化合物の中でもデシルアミン、ドデシルアミン、トリデシルアミン、ヘプタデシルアミン、オクタデシルアミン、オレイルアミン及びステアリルアミン等の炭素数10〜20のアルキル基又はアルケニル基を有する脂肪族アミン(これらは直鎖状でも分枝状でもよい)が好ましい例として挙げることができる。
これら含酸素有機化合物の誘導体の中でも、オレイン酸アミドのような炭素数8〜20のカルボン酸アミド類が好ましい例として挙げられる。
また、好ましくは50%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、10%以下であることが更に好ましく、特に好ましくは5%以下であり、0.1〜2%程度の少量の添加であっても優れた低摩擦特性を発揮することができる。
これら粘度指数向上剤の分子量は、せん断安定性を考慮して選定することが必要である。具体的には、粘度指数向上剤の数平均分子量は、例えば分散型及び非分散型ポリメタクリレートでは5000〜1000000、好ましくは100000〜800000がよく、ポリイソブチレン又はその水素化物では800〜5000、エチレン−α−オレフィン共重合体及びその水素化物では800〜300000、好ましくは10000〜200000がよい。また、かかる粘度指数向上剤は、単独で又は複数種を任意に組み合わせて含有させることができるが、通常その含有量は、潤滑油組成物基準で0.1〜40.0%であることが望ましい。
ダイヤモンドナノ粒子の含有量が、0.01%未満である場合や3.0%を超える場合には、省燃費効果を発揮できない。
具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンジアルキルフェノールエーテル、アルキルグリコシド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミドが挙げられる。
更に、ソルビタントリオレートから成るダイヤモンドナノ粒子用分散剤が特に望ましい。
潤滑油基油としてのポリ−α−オレフィンに、含酸素有機化合物としてGMOを1%、粒径5nmのダイヤモンドナノ粒子を0.01%、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤として非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル5%、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸95%)を1%含有するように調製して、本例の潤滑油組成物を得た。仕様の一部を表1に示す。
なお、表1中の分散性とは、ダイヤモンドナノ粒子の分散性を外観により判定した結果であり、「○」はダイヤモンドナノ粒子が完全溶解(液が透明)し、分散していること、「△」はダイヤモンドナノ粒子がやや溶解(液が白濁)し、分散していること、「×」はダイヤモンドナノ粒子が不溶解(液が白濁及びナノダイヤが沈降)し、分散していないこと、を示す。
表1に示すように分散剤の組成や種類を変更した以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、各例の潤滑油組成物を得た。
(SRV摩擦試験)
低摩擦運動システムの接触面の一例として、オプチモール社製SRV摩擦試験機用の試験片を作製した。試験片はSUJ2熱処理材からディスク材料、円筒材料に研磨加工後、ラッピングテープを用いた研磨によって所定の表面粗さ(Ra=0.2μm以下)に仕上げた。オプチモール社製SRV試験機にセットし、各例の潤滑油組成物を試験片に滴下し、下記の試験条件にて10分から20分までの摩擦係数を測定した。得られた結果を表1に併記する。
なお、試験開始後10分から20分までが最も安定した摩擦係数を示すことから、当該摩擦係数を評価した。
また、摩擦係数を測定するに際し、各例の潤滑油組成物としては、ダイヤモンドナノ粒子を撹拌・混合してから1週間経たものを用いた。
・温度 :80℃
・荷重 :400N
・振幅 :3mm
・周波数 :50Hz
これは、ダイヤモンドナノ粒子が分散していない比較例1〜4の潤滑油組成物が、摺動部位において摩耗や焼き付きを起こし易いためと考えられる。
また、顔料やカーボンブラックを分散する高分子系分散剤が、ダイヤモンドナノ粒子を分散させ難いことが分かる。
更に、現時点では、ダイヤモンドナノ粒子の金属表面への吸着性の向上の観点から、実施例1、2、3、4、7が最も良好な結果をもたらすものと思われる。
Claims (5)
- 潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤と、を含有する潤滑油組成物であって、
上記ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0質量%であり、
上記含酸素有機化合物が、脂肪族モノカルボン酸と1価、2価又は3価以上のアルコールから選ばれる少なくとも1種とのエステルであり、
上記ダイヤモンドナノ粒子用分散剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテルとポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸とを含有する
ことを特徴とする潤滑油組成物。 - 潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤と、を含有する潤滑油組成物であって、
上記ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0質量%であり、
上記含酸素有機化合物が、脂肪族モノカルボン酸と1価、2価又は3価以上のアルコールから選ばれる少なくとも1種とのエステルであり、
上記ダイヤモンドナノ粒子用分散剤が、ポリオキシエチレンアルキルエーテルとポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸とから成り、該ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量が5〜15質量%であり、該ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸の含有量が85〜95質量%であることを特徴とする潤滑油組成物。 - 潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤と、を含有する潤滑油組成物であって、
上記ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0質量%であり、
上記含酸素有機化合物が、脂肪族モノカルボン酸と1価、2価又は3価以上のアルコールから選ばれる少なくとも1種とのエステルであり、
上記ダイヤモンドナノ粒子用分散剤が、ポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルとポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルリン酸とを含有することを特徴とする潤滑油組成物。 - 潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤と、を含有する潤滑油組成物であって、
上記ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0質量%であり、
上記含酸素有機化合物が、脂肪族モノカルボン酸と1価、2価又は3価以上のアルコールから選ばれる少なくとも1種とのエステルであり、
上記ダイヤモンドナノ粒子用分散剤が、ポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルとポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルリン酸とから成り、該ポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルの含有量が10〜15質量%であり、該ポリオキシエチレンジアルキルフェニルエーテルリン酸の含有量が85〜90質量%であることを特徴とする潤滑油組成物。 - 潤滑油基油と、含酸素有機化合物と、ダイヤモンドナノ粒子と、ダイヤモンドナノ粒子用分散剤と、を含有する潤滑油組成物であって、
上記ダイヤモンドナノ粒子の含有量が0.01〜3.0質量%であり、
上記含酸素有機化合物が、グリセリンモノオレート、グリセリンジオレート、ソルビタンモノオレート及びソルビタンジオレートからなる群より選ばれた少なくとも1種を含有し、
上記ダイヤモンドナノ粒子用分散剤が、ソルビタントリオレートである
ことを特徴とする潤滑油組成物。
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