JP2000290247A - 硫化アルケンの製造方法 - Google Patents

硫化アルケンの製造方法

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JP2000290247A JP11099920A JP9992099A JP2000290247A JP 2000290247 A JP2000290247 A JP 2000290247A JP 11099920 A JP11099920 A JP 11099920A JP 9992099 A JP9992099 A JP 9992099A JP 2000290247 A JP2000290247 A JP 2000290247A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明性、鉱油への溶解性、溶剤への溶解性が
良好で、硫黄の析出、及び加熱時の硫化水素発生が少な
い硫化アルケンを製造する方法を提供する。 【解決手段】 アミン触媒存在下、アルケン、硫黄、硫
化水素を反応させ、さらに未反応アルケンを減圧蒸留及
び空気の通気により留去して合成した硫化アルケン粗生
成物を空気及び/又は過酸化水素水溶液の様な酸化剤
で、副生する硫黄化合物のアミン塩を硫酸アミン塩及び
/又はチオ硫酸アミン塩に酸化し、アルコールの様な有
機溶媒で抽出除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はより高純度の硫化ア
ルケンの製造方法に関する。より具体的には、アミン触
媒存在下、アルケン、硫黄、硫化水素を反応させて得ら
れるジアルキルポリスルフィド構造を有する硫化アルケ
ンの透明性、鉱油及び溶剤への溶解性、硫黄析出、及び
加熱時の硫化水素発生の改良法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ジアルキルポリスルフィドに代表される
硫化アルケンは、例えば金属同士の摩擦、摩耗減少及び
焼き付きを防止する硫黄系極圧添加剤として、切削油、
塑性加工油、ギヤー油、摺動面油、グリースなどに幅広
く利用されている。
【0003】このジアルキルポリスルフィドの製法とし
ては、例えばアルキルメルカプタンと硫黄から合成する
方法、及び、オレフィン(アルケン)、硫黄、硫化水素
を触媒存在下に反応させ、ジアルキルポリスルフィド構
造を有する硫化アルケンとして合成する方法がある。
【0004】後者の硫化アルケン合成法は、安価なアル
ケンが出発原料であり、工業的に有利な方法であり、そ
の合成方法は、数多くの文献により、既に公知である。
【0005】これら公知の合成法の触媒としては、アミ
ン、アンモニア、アルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリ
ウムなど)、アルカリ金属酸化物(酸化カルシウムな
ど)などの塩基性触媒が有効であるが、特にアミンを用
いた場合が最も収率も高く微臭な生成物が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、反応性の高い
アミンを触媒として用いると、反応中に副生した硫黄化
合物とこのアミンとが塩を作り生成物中に残留する。こ
の副生したアミン塩は生成物への溶解性が高く、ろ過を
行ってもいったんは透明になるが、長期間保管すると再
び分離して、濁りや沈澱の原因となり、製品外観の透明
性に悪影響を及ぼす。
【0007】また、この硫黄化合物のアミン塩を含む硫
化アルケンを、鉱油に溶解した場合は当初は透明でも、
長期間放置すると、やはりこの副生アミン塩が分離して
濁りが発生するなど、硫黄系極圧添加剤等としての実使
用時においても、製品の油溶性を悪化させる。さらにミ
ネラルターペン、ガソリン、イソオクタン、ベンゼン、
トルエン、ナフサなどの炭化水素系溶剤に溶解した場合
も、やはり当初は透明でも長期間放置すると濁り、沈殿
が発生するなど溶剤への溶解性を悪化させるなどの欠点
を有する。また、硫化アルケン、特にアルキル基の炭素
数が9以下のものは加熱時硫化水素が少量発生する欠点
がある。
【0008】本発明が解決しようとする課題は、硫黄化
合物アミン塩を含む硫化アルケン、例えばアミンを触媒
として合成した硫化アルケンに残留するアミン塩を効率
よく除去し、高純度の硫化アルケンを製造する方法、各
種添加剤として用いる場合において、透明性、油溶性、
炭化水素系溶剤への溶解性を向上させる方法、及び加熱
時に発生する硫化水素を減少させる方法を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するために硫化アルケン粗生成物中に残留するア
ミン塩の効率良い除去方法を検討した。その結果、硫黄
化合物のアミン塩をそのまま硫化アルケン粗生成物から
除去するのではなく、酸化してチオ硫酸アミン塩または
硫酸アミン塩として有機溶媒で抽出することで上記課題
を解決することを見い出した。
【0010】なかでも、例えば、反応終了後、未反応ア
ルケンを減圧蒸留で留去した硫化アルケン粗生成物中に
残留する副生した硫黄化合物のアミン塩を、酸素を含む
ガスによって酸化してチオ硫酸塩及び硫酸塩に変換させ
ると、例えばアルコールで高選択的に抽出出来る。さら
にこのアルコール抽出液を分離することにより、アミン
塩を効率良く系外に除去出来ることを見いだした。ま
た、過酸化水素で緩慢に酸化処理をすると加熱時に分解
して硫化水素を発生するような不安定な部分を安定化す
ることができ、発生硫化水素量を減少させることができ
ることを見いだした。
【0011】本発明は、次の発明を提供する。
【0012】(1) 硫化アルケン(A)と、硫黄化合
物のアミン塩(B)とを含む硫化アルケン粗生成物を、
酸化剤(C)で酸化し、チオ硫酸アミン塩及び/又は硫
酸アミン塩(D)とし、当該アミン塩(D)を有機溶媒
で抽出除去することを特徴とする高純度硫化アルケンの
製造方法。
【0013】(2) 硫化アルケン(A)と、硫黄化合
物のアミン塩(B)を含む硫化アルケン粗生成物が、ア
ミン触媒の存在下、アルケンと硫黄と硫化水素から硫化
アルケンを合成し、少なくとも未反応アルケンを除去し
た、硫化アルケン(A)と、硫黄化合物のアミン塩
(B)を含む硫化アルケン粗生成物である上記(1)記
載の硫化アルケンの製造方法。
【0014】(3) 酸化剤(C)が空気である上記
(1)または(2)記載の硫化アルケンの製造方法。
【0015】(4) 酸化剤(C)が過酸化水素である
上記(1)または(2)記載の硫化アルケンの製造方
法。
【0016】(5) 酸化剤(C)として、空気と過酸
化水素とを併用し、これらをこの順に用いて酸化を行う
上記(1)または(2)記載の硫化アルケンの製造方
法。
【0017】(6) 有機溶媒が、アルコールである上
記(1)〜(5)いずれか記載の硫化アルケンの製造方
法。
【0018】(7) アルコールがメタノールまたはエ
タノールである上記(6)記載の硫化アルケンの製造方
法。
【0019】(8) 硫黄化合物のアミン塩(B)が、
アルキルアミン塩、アリールアミン塩又はポリアミン塩
である上記(1)〜(7)いずれか記載の硫化アルケン
の製造方法。
【0020】(9) アミン触媒が、アルキルアミン、
アリールアミン又はポリアミンである上記(1)〜
(8)いずれか記載の硫化アルケンの製造方法。
【0021】(10) アルケンが、炭素原子数4〜1
8のアルケンである上記(1)〜(9)いずれか記載の
硫化アルケンの製造方法。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明では、硫化アルケン(A)
と、硫黄化合物のアミン塩(B)とを含む硫化アルケン
粗生成物を、酸化剤(C)で酸化し、チオ硫酸アミン塩
及び/又は硫酸アミン塩(D)とし、当該アミン塩
(D)を有機溶媒で抽出除去して、より高純度の硫化ア
ルケンを製造する。
【0023】本発明の対象となる、硫化アルケン(A)
と硫黄化合物のアミン塩(B)を含む硫化アルケン粗生
成物は、公知慣用の合成方法で得ることが出来る。
【0024】より具体的には、例えばアミン触媒の存在
下、アルケンと硫黄と硫化水素とを反応させることによ
り、前記硫化アルケン粗生成物を合成することが出来
る。
【0025】この合成方法としては、例えばUSP41
19549、特開昭53−52510(GB39822
/76)、特開昭55−38819、特開昭55−38
820、特開昭62−240387(US83196
7)、特開昭63−245493、特開昭63−500
949(US777475)、特開平2−28145
(US195246)、特公平4−5718(US30
4526)などの公知の方法が挙げられる。
【0026】ここでの原料アルケンは、生成した硫化ア
ルケンの臭気や硫黄含有量を考慮すると、炭素原子数4
〜18のアルケンが適当である。一例としては、イソブ
チレン、1−ヘキセン、1ーオクテン、ジイソブチレ
ン、1ーノネン、1ードデセン、1−ヘキサデセンなど
が挙げられる。これらは混合物であっても良い。
【0027】硫黄及び硫化水素も公知慣用のものがいず
れも使用できる。必要なら溶融状態の硫黄を用いてもよ
い。
【0028】使用するアミン触媒としては、公知慣用の
ものがいずれも使用できるが、反応性の良い、例えばア
ルキルアミン、アリールアミン、ポリアミンを用いるこ
とが好ましい。一例としては、例えばブチルアミン、ジ
ブチルアミン、トリブチルアミン、n−オクチルアミ
ン、tert−オクチルアミン、ジオクチルアミン、t
ert−ドデシルアミン、tert−テトラデシルアミ
ン、tert−ヘキサデシルアミン、tert−オクタ
デシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、アリールアミ
ン、ヘキサメチレンテトラミン等が挙げられる。
【0029】アミン触媒の使用量は、反応性を悪化させ
ない範囲でより少量が好ましく、仕込原料合計の0.0
5〜0.5重量%、実用上は0.1〜0.2重量%とな
る量が適当である。
【0030】この様な各原料を用いた硫化アルケンの合
成方法のうち、好ましい方法は次の通りである。
【0031】最初に、加圧反応容器に炭素数4〜18の
アルケン、アミン触媒及び硫黄を仕込み、密閉して硫化
水素ガスを、温度100〜150℃で吹き込む。アルケ
ンの種類によってはさらに温度を140〜170℃に上
げて反応を完結させる。
【0032】次に温度70〜100℃、圧力10〜30
mmHgで減圧蒸留を行い、少なくとも未反応アルケン
を留去して硫化アルケン粗生成物を得る。
【0033】本発明では、硫化アルケン(A)と、硫黄
化合物のアミン塩(B)を含む硫化アルケン粗生成物を
酸化剤(C)で酸化する。
【0034】硫化アルケン粗生成物としては、硫化アル
ケン(A)と、硫黄化合物のアミン塩(B)を含む硫化
アルケン粗生成物が、アミン触媒の存在下、アルケンと
硫黄と硫化水素から硫化アルケンを合成したものであれ
ばよいが、少なくとも未反応アルケンを除去した、硫化
アルケン(A)と、硫黄化合物のアミン塩(B)を含む
硫化アルケン粗生成物であることが好ましい。
【0035】こうして好適なアミン触媒を用いた場合の
硫化アルケン粗生成物に含まれる硫黄化合物のアミン塩
(B)は、例えばアルキルアミン塩、アリールアミン塩
またはポリアミン塩となる。
【0036】蒸留や不活性ガスを通気することにより、
未反応アルケンや未反応硫化水素を除去することが出来
る。
【0037】ここで酸化剤(C)としては、例えば酸
素、空気、オゾン、過酸化水素、過炭酸、過酢酸、過塩
素酸等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で用いて
もよいし併用することも出来る。中でも、空気と過酸化
水素が好ましい。
【0038】本発明においては、穏和な条件で比較的短
時間に容易に多量のアミン塩(B)を酸化でき、経済性
にも優れる点では空気が好ましく、比較的長時間を要し
ても確実な酸化を行いたい場合や臭気の少ない硫化アル
ケンを得ようとする場合には、過酸化水素を用いるのが
好ましい。
【0039】本発明では、空気で主たる酸化を行ってか
ら、過酸化水素により補足的な酸化を行う様にするのが
好ましい。緩慢な酸化作用と取り扱いの容易さから過酸
化水素が実用的である。この方法では、主たる酸化によ
り、硫黄化合物のアミン塩(B)は、チオ硫酸のアミン
塩及び/又は硫酸のアミン塩(D)が主成分となる様に
酸化させ、残留する少量の硫黄化合物のアミン塩(B)
を過酸化水素で酸化する。こうして、硫黄化合物のアミ
ン塩(B)を含まないが、硫酸のアミン塩及び/又はチ
オ硫酸のアミン塩(D)を含む硫化アルケン粗生成物を
得る。
【0040】酸素を含むガスとしては、例えば酸素ガ
ス、空気(窒素と酸素との混合ガス)、酸素とヘリウム
等の不活性ガスとの混合ガス等が挙げられる。空気が、
より穏和に酸化が出来る点、経済性の点で好ましい。
【0041】酸素を含むガスを通気して硫化アルケン粗
生成物に含まれる硫黄化合物のアミン塩(B)を酸化を
するに当たっては、温度は酸化反応速度、反応生成物の
分解などを考慮する。酸素を含むガスの通気量は少なす
ぎると酸化効率が悪く、多すぎると粗生成物の飛散が起
こるため、調整することが好ましい。
【0042】好ましくは、この硫化アルケン粗生成物
に、温度70〜100℃で、単位時間当たり、使用反応
容器の容量の5〜10倍の通気量で空気を吹き込み、残
留する未反応の硫化水素や未反応のアルケンを除去する
とともに、副生した硫黄化合物のアミン塩(B)を酸化
して、硫酸のアミン塩及び/又はチオ硫酸のアミン塩
(D)に変換させる。
【0043】上記した通り、蒸留や不活性ガスを通気す
ることにより、未反応アルケンや未反応硫化水素を除去
することが出来るが、この際に空気を用いてやることで
酸化した上で同様な効果を得ることも出来る。
【0044】次いで、空気の通気を終えた、アミン塩
(D)を含む硫化アルケン粗生成物に酸化剤として過酸
化水素を加えて、空気で酸化しただけではアミン塩
(D)としきれなかったアミン塩(B)をアミン塩
(D)とし、アミン塩を全てアミン塩(D)となして、
硫化アルケン中に含まれる不安定成分を安定化する。
【0045】過酸化水素による酸化は、例えば酸化剤と
して過酸化水素水溶液及び必要に応じて有機溶媒を加え
て室温〜40℃で攪拌することにより行うことが出来
る。この有機溶媒は、硫化アルケンと相溶しないものを
用いる様にする。好ましくは、過酸化水素水溶液と水溶
性有機溶媒とを併用する。この酸化は、実質的にアミン
塩(B)が検出されなくなるまで行えば良い。
【0046】過酸化水素の使用量は、アミン塩(D)を
含む硫化アルケン粗生成物に対して過酸化水素として
0.1〜1.0重量%が適当である。
【0047】本発明において水溶性有機溶媒としては、
例えばアルコール、ケトン等が挙げられるが、中でもア
ルコールが好ましい。好適なアルコールとしては、メタ
ノールまたはエタノールが挙げられる。
【0048】予め過酸化水素水溶液にアルコールを含ま
せておくことにより、当該アミン塩(D)をアルコール
で容易に抽出することができる。アミン塩(D)は専ら
アルコール側に抽出される。
【0049】アミン塩(D)を含む硫化アルケン粗生成
物に対して、アルコールは5〜10重量%が適当であ
る。
【0050】より確実に、アミン塩(D)を粗生成物か
ら分離するに当たっては、前記操作の後にアルコールを
分離後、硫化アルケン粗生成物に再度アルコールを加え
て攪拌して、残った当該アミン塩(D)を抽出すれば良
い。アルコールを分離後、実質的にはアミン塩(D)を
全く含まない硫化アルケン粗生成物から減圧蒸留によっ
て残留アルコールを留去すれば、高純度の硫化アルケン
を得ることができる。
【0051】尚、抽出用アルコールの使用量は、実質的
にはアミン塩(D)を全く含まない硫化アルケン粗生成
物の5〜15重量%が適当である。
【0052】こうして得られた高純度の硫化アルケン
は、公知慣用の用途いずれにも使用出来る。より具体的
には、硫黄系極圧添加剤として、例えば切削油、塑性加
工油、ギヤー油、摺動面油、グリース、スピンドル油、
鉱油などに必要量添加することにより、目的とする効果
を発揮することが出来る。
【0053】
【実施例】以下に実施例を用いて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。以下、%は重量%を表す。
【0054】調製された硫化アルケンの透明性の評価
は、室温で30日放置後の外観を、透明持続(○)、か
すみ又は曇り発生(△)、モヤモヤ又は浮遊物発生
(×)、沈殿多量発生(××)の4ランクで評価した。
【0055】油溶性の評価は、調製された硫化アルケン
を20%溶解したスピンドル溶液を室温で30日放置
し、外観を透明性と同一の4ランクで評価した。炭化水
素系溶剤への溶解性評価は、調製された硫化アルケンを
50%溶解したイソオクタン溶液を室温で30日放置
し、発生した不溶解分を秤量し、イソオクタン不溶解分
%で評価した。
【0056】硫酸のアミン塩及びチオ硫酸のアミン塩
は、イオンクロマトグラフィーで、硫酸根(SO4 2-
及びチオ硫酸根(S23 2-)を測定し、ミリ%(10-3
%)で評価した。
【0057】イオンクロマトグラフィーの条件は、横河
製カラムSAM3-125を用い、4.4Mol炭酸ナ
トリウムと1.2MoL重炭酸ナトリウム水溶液の溶離
液を、流量2mL/分で用い、導電率検出器で検出し
た。硫黄析出の評価は、製品を室温で30日放置し、析
出状態を、硫黄沈殿なし(○)、かすかに硫黄沈殿
(△)、硫黄沈殿(×)、硫黄多量に沈殿(××)の4
ランクで評価した。
【0058】加熱時の硫化水素発生量は、100mL試
験管に試料20gをとり密閉して60℃で1時間加熱
後、上部の硫化水素濃度を硫化水素ガス検知管で測定し
た。
【0059】<実施例1>硫化水素吹き込み管、硫化水
素吸収装置及び減圧蒸留装置をを接続した1Lオートク
レーブにアルケンとしてジイソブチレン450g、硫黄
220g、アミン触媒としてジシクロヘキシルアミン
1.5gを仕込んだ。装置を密閉し120℃で硫化水素
ガス75gを圧力6Kg/cm2で吹き込んだ。70℃
まで冷却後、硫化水素吸収装置に接続した弁を開けて圧
力を常圧に戻した。
【0060】再び装置を密閉後減圧蒸留装置の接続弁を
開けて70℃で圧力10mmHgまで徐々に減圧して未
反応のジイソブチレンを留去した。圧力を常圧に戻し、
硫化水素吸収装置に接続した弁を開けて、吹き込み管か
ら空気を吹き込み、残留硫化水素、残留ジイソブチレン
を留去するとともに副生した硫黄化合物アミン塩をチオ
硫酸アミン塩及び硫酸アミン塩に変換させた。
【0061】このようにして硫黄含有量39.9%を有
する濁りのある黄色液体の硫化ジイソブチレン粗生成物
694g(収率93%)を得た。
【0062】この硫化ジイソブチレン粗生成物に35%
過酸化水素水1.98g、メタノール69.4gを加
え、温度20℃で1時間攪拌し、30分静置後メタノー
ル層を分離する。さらにメタノール69.4gを加え、
1時間攪拌し、30分静置後メタノール層を分離する。
製品層を温度70℃、圧力10mmHgで減圧蒸留によりメ
タノールを留去し、透明黄色液体の硫化ジイソブチレン
を得た。
【0063】<実施例2>実施例1において、過酸化水
素使用量を0.3%に変えた以外は実施例1と同様に処
理した。
【0064】<実施例3>実施例1において、過酸化水
素使用量を0.5%に変えた以外は実施例1と同様に処
理した。
【0065】<実施例4>実施例1での対象となる硫化
ジイソブチレン粗生成物で、過酸化水素を使用せず通気
のみで酸化し、次いでメタノール抽出のみを行った。
【0066】<比較例1>硫化ジイソブチレン粗生成物
で通気のみを行い、メタノール抽出を行わなかった。
【0067】各実施例及び比較例の処理条件及び透明
性、油溶性、イソオクタン不溶解分、硫酸根及びチオ硫
酸根、硫黄沈殿、加熱時硫化水素濃度、及び製品(調製
された硫化アルケン)硫黄含有量を以下の表ー1にまと
めて示した。
【0068】
【表1】表−1
【0069】注1)製品室温30日後の外観 4ランク
評価 [○:透明 △:かすみ、曇り ×:モヤモヤ、浮遊物
発生 ××:沈殿多量] 注2)20%スピンドル油溶液 室温30日後の外観 上記透明性と同一の4ランク評価 注3)50%イソオクタン溶液 室温30日後の不溶解
分% 注4)イオンクロマト法 注5)製品室温30日後の硫黄析出状態 4ランク評価 [○:硫黄沈殿なし △:かすかに硫黄沈殿 ×:硫黄
沈殿 ××:沈殿多量] 注6)60℃、1時間加熱後のガス検知管による硫化水
素濃度(ppm)
【0070】硫黄化合物のアルキルアミン塩を含む硫化
イソブチレン粗生成物は、何ら処理を加えないで濾過す
るだけでは透明性、油溶性が悪く、硫黄も少量沈殿し、
硫酸根及びチオ硫酸根も高い数値のままだが、メタノー
ル抽出を行うと硫酸根及びチオ硫酸根が減少し、透明
性、油溶性が明らかに向上し、イソクタン不溶解分が減
少した。また、溶解硫黄が除去減少し、硫黄析出も改良
された。さらに過酸化水素処理を行うと加熱時硫化水素
の発生が抑制された。
【0071】
【発明の効果】本発明の硫黄化合物のアミン塩除去方法
によれば、硫化アルケンの製品の沈澱、濁りがなくなり
透明性が持続し、溶存する硫黄が減少する結果、長期保
存中の硫黄の析出が防止できる。さらに、鉱油への溶解
性、炭化水素系溶剤への溶解性が向上する。さらに加熱
時の硫化水素発生が減少する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 硫化アルケン(A)と、硫黄化合物アミ
    ン塩(B)とを含む硫化アルケン粗生成物を、酸化剤
    (C)で酸化し、チオ硫酸アミン塩及び/又は硫酸アミ
    ン塩(D)とし、当該アミン塩(D)を有機溶媒で抽出
    除去することを特徴とする高純度硫化アルケンの製造方
    法。
  2. 【請求項2】 硫化アルケン(A)と、硫黄化合物のア
    ミン塩(B)を含む硫化アルケン粗生成物が、アミン触
    媒の存在下、アルケンと硫黄と硫化水素から硫化アルケ
    ンを合成し、少なくとも未反応アルケンを除去した、硫
    化アルケン(A)と、硫黄化合物のアミン塩(B)を含
    む硫化アルケン粗生成物である請求項1記載の硫化アル
    ケンの製造方法。
  3. 【請求項3】 酸化剤(C)が空気である請求項1記載
    の硫化アルケンの製造方法。
  4. 【請求項4】 酸化剤(C)が過酸化水素である請求項
    1記載の硫化アルケンの製造方法。
  5. 【請求項5】 酸化剤(C)として、空気と過酸化水素
    とを併用し、これらをこの順に用いて酸化を行う請求項
    1記載の硫化アルケンの製造方法。
  6. 【請求項6】 有機溶媒が、アルコールである請求項1
    記載の請求項1記載の硫化アルケンの製造方法。
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