JP4632465B2 - 潤滑油組成物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油組成物に関するものであり、さらに詳しくは、摩擦特性改善効果の高い新規な鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置、設備、機器等の運動部分の摺動面に生ずる摩擦・摩耗の低減については潤滑の基本的な課題であり、従来から限りのない技術開発が続けられている。近年、特に、省資源、省エネルギーの観点から潤滑分野において摩擦・摩耗の低減化に関する潤滑技術の一層の向上が要求され、潤滑油品質を改良することによる低摩擦、低摩耗達成への取組みが多観点から検討されている。このような技術開発を背景に摩擦特性の優れた潤滑油の製造にとって潤滑油基油に添加剤を加えて所望の摩擦特性に調整することが不可欠な手段となっている。従って、多数の各種摩擦調整剤が提案され、自動変速機油、湿式ブレーキ油、摺動面油、塑性加工油等には油性剤タイプの脂肪酸、脂肪酸金属塩、アルコール、エステル、アミン等および極圧剤タイプのリン酸エステル、亜リン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛等が用いられ、また、エンジン油、ギヤ油、切削油等には極圧剤タイプとして、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステルアミン塩、ジチオリン酸モリブデンおよびジチオカルバミン酸モリブデン等が用いられている。
さらに、摩擦特性の改善を目的としてマグネシウムスルホネート、特に、塩基価が３００以上の過塩基性マグネシウムスルホネートを配合した自動変速機油が提案され（特開昭６２−８４１９０号公報参照。）、また、金属系清浄剤として使用されてきたカルシウムサリシレートを自動変速機油の摩擦係数調整剤として用いることも提案されている（特開平５−１６３４９６号公報参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような従来提案されている摩擦調整剤は有機系、金属系共に摩擦低減効果が十分でなく、特に、マグネシウムスルホネート、カルシウムサリシレート等は、ある程度の摩擦低減効果を与えるものの、潤滑油の基油の種類および使用条件によってその効果が大巾に変動するなど、いずれも安定した摩擦特性改善効果を確保する点においては不十分であり、他の摩擦調整剤と併用してその効果を発揮する摩擦低減補助剤としての作用効果を奏するにすぎなかった。従って、安定的持続可能な摩擦低減作用を有する有機酸金属塩が実現するならば、その利用領域が広範囲に拡大し工業的価値が著しく向上するためその開発が切望されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような潤滑分野の摩擦低減技術に関する技術開発および従来の摩擦調整剤の開発事情に鑑み、摩擦特性改善能力を有する新規な有機酸金属塩を含有する潤滑油組成物を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、有機酸金属塩が特定の鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有することが重要であり、鎖状炭化水素基を有する芳香族有機酸金属塩であって、芳香族基の鎖状炭化水素基における結合位置が特定された有機酸金属塩が摩擦特性改善効果に著しく優れることを見いだし、これらの知見に基いて本発明の完成に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は、
潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物（ただし、過塩基性アルキルオキシベンゼンスルホネートを除く。）であって、該芳香族基はフェニル基であり、該フェニル基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が１４％〜２８％であり、かつ、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が３７％〜５３％の範囲にある有機酸金属塩を潤滑油組成物全重量基準で０．０１重量％〜１０重量％配合してなることを特徴とする摩擦特性が改善された潤滑油組成物
に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の潤滑油組成物の構成成分として用いられる潤滑油基油としては、特に限定されるものではなく、従来、潤滑油の基油として使用されているもの、例えば、鉱油系基油、合成系基油または植物油系基油のいずれか、または、これらの混合系基油を挙げることができる。
【０００８】
鉱油系基油としては、例えば、パラフィン系、中間基系またはナフテン系原油の常圧蒸溜残渣の減圧蒸溜により得られる潤滑油留分を溶剤精製、水素化分解、水素化処理、水素化精製、接触脱蝋、溶剤脱蝋、白土処理等の各種精製工程により処理して得られる鉱油、減圧蒸溜残渣を溶剤脱瀝に供したのち、脱瀝油を上記の精製工程により処理して得られる鉱油、または、ワックス分の異性化により得られる鉱油等またはこれらの混合油を用いることができる。前記の溶剤精製においては、フェノール、フルフラール、Ｎ−メチル−ピロリドン等の芳香族抽出溶剤が用いられ、また、溶剤脱蝋の溶剤としては、液化プロパン、ＭＥＫ／トルエン等が用いられる。また、接触脱蝋においては形状選択性ゼオライトを用いることができる。
【０００９】
一方、合成系基油としては、例えば、ポリα−オレフィンオリゴマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、トリメチロールプロパンエステル、ペンタエリスリトールエステル等のポリオールエステル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエステル、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、二塩基酸エステル、リン酸エステルおよびシリコーン油等を挙げることができる。
また、植物油系基油としては、ひまし油、なたね油、パーム油、ヤシ油、オリーブ油、ひまわり油等を用いることができる。
【００１０】
上記のような各種潤滑油基油は、潤滑油組成物の用途に応じて所望の粘度その他の性状を有するように適宜混合して用いることができる。例えば、内燃機関用潤滑油としては、１００℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ〜３０ｍｍ2 ／ｓ、特に、３ｍｍ2 ／ｓ〜１０ｍｍ2 ／ｓの範囲に、また、自動変速機油としては、１００℃における動粘度を２ｍｍ2 ／ｓ〜３０ｍｍ2 ／ｓ、特に、３ｍｍ2 ／ｓ〜１５ｍｍ2 ／ｓの範囲に調整することが好ましい。
【００１１】
本発明の潤滑油組成物に配合される有機酸金属塩は鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸部分と金属成分部分とからなるものであり、具体的には、金属スルホネート、金属フェネート、金属硫化フェネート、金属サリシレート、金属硫化サリシレート、金属ホスホネート等を挙げることができる。
【００１２】
本発明の有機酸金属塩の金属成分はアルカリ金属、アルカリ土類金属であり、また、原子番号１２〜５６の金属を挙げることができる。具体的には、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム等を挙げることができ、また、アルミニウム、亜鉛、スズ、クロム、銅およびコバルト等も用いることができるが、特に、カルシウム、マグネシウム、バリウム等が好ましい。
従って、本発明の有機酸金属塩としては、カルシウム、マグネシウムおよびバリウム等のアルカリ土類金属のスルホネート、フェネート、サリシレート等が好適である。
【００１３】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、芳香族基に鎖状炭化水素基が置換してなるものである。芳香族基としては、単環または多環縮合環のいずれでもよく、例えば、次の式（ａ）〜（ｇ）で表されるものが有効であるが、特に（ａ）のフェニル基、（ｄ）のナフチル基等が好ましい。
【００１４】
【化１】
【００１５】
また、鎖状炭化水素基置換芳香族構造の鎖状炭化水素基は特に限定されるものではないが、炭素数４〜３２のアルキル基、アルケニル基等が好ましい。具体的にはブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基およびトリアコンチル基等のアルキル基およびこれらに対応するアルケニル基を挙げることができる。さらに、アルキル基およびアルケニル基がアリール、エステル、ケトン、エーテル、アミン、アミド、イミド等の基を有するものでもよい。
【００１６】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造としては、具体的には、アルキルベンゼン、アルケニルベンゼン、アルキルナフタレン、アルケニルナフタレン、アルキルアントラセン、アルケニルアントラセン等を挙げることができるが、本発明の有機酸金属塩においては、アルキルベンゼン、アルケニルベンゼン、アルキルナフタレンおよびアルケニルナフタレン等が特に好適である。鎖状炭化水素基置換芳香族構造、例えば、アルキルベンゼンのアルキル基置換数は１〜４であり、アルキル基置換数１のものを２５％以上含有する鎖状炭化水素基置換芳香族構造が特に好ましい。
【００１７】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造において、該鎖状炭化水素基は、その２位、３位、４位およびその他の炭素に芳香族基が結合したものでもよいが、本発明者らの検討によれば、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％、特に、３５％〜７０％の範囲にあるものが摩擦低減効果に著しく優れていることが明らかになった。２位炭素または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３０％に達しないと摩擦係数低減効果が十分得られず、一方、９０％を超えても増量に応じた摩擦係数低減効果は得られない。
【００１８】
さらに、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が鎖状炭化水素基総数の１０％以上であれば、摩擦係数改善効果が一層向上し、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜９０：１０、特に、３０：７０〜７０：３０の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造によりさらに高度の摩擦低減効果が得られ、これに加えてゴム適合性改良効果も改善される。
本発明の潤滑油基油に配合される有機酸金属塩の代表的な化合物を以下に例示する。
【００１９】
【化２】
上記一般式［Ｉ］は金属スルホネートを例示するものであり、式中、ＡおよびＢは、鎖状炭化水素基置換芳香族構造であり、各々、互いに同一でもまたは異なるものでもよく、Ｍはアルカリ土類金属である。鎖状炭化水素基置換芳香族構造は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基が芳香族基に置換したものであり、２位炭素または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である。芳香族基は単環および二環のものが好ましく、このような芳香族基としてフェニル基またはナフチル基を挙げることができる。鎖状炭化水素基は炭素数４〜３２、好ましくは１２〜３０の直鎖状アルキル基である。
【００２０】
【化３】
【００２１】
【化４】
【００２２】
【化５】
【００２３】
【化６】
上記一般式［ＩＩ］〜［Ｖ］は、金属サリシレートおよび金属硫化サリシレートを例示するものであり、
各式中、
【００２４】
【化７】
が鎖状炭化水素基置換芳香族構造であり、上記一般式［ＩＩ］〜［Ｖ］中のＲ1 〜Ｒ4 は、炭素数４〜３２のアルキル基であり、各式において、各々、互いに同一または異なるものでもよい。好ましいアルキル基は炭素数１２〜３０のものである。Ｍはアルカリ土類金属であり、ｎは芳香族基に置換しているアルキル基の数を示す。また、一般式［ＩＶ］および［Ｖ］において、ｘは１〜５の数である。
これらの鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、２位炭素または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である。
【００２５】
【化８】
【００２６】
【化９】
上記一般式［ＶＩ］および［ＶＩＩ］は、鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する金属フェネート、金属硫化フェネートを例示するものである。各一般式において鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、
【００２７】
【化１０】
であり、一般式［ＶＩ］および［ＶＩＩ］においてＲ5 およびＲ6 は、炭素数４〜３２のアルキル基であり、各々、互いに同一または異なるものでもよい。好ましいアルキル基は炭素数１２〜３０のものである。Ｍはアルカリ土類金属であり、ｎは芳香族基に置換しているアルキル基の数を示す。一般式［ＶＩＩ］において、ｘは１〜５の数である。
これらの鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、２位炭素または３位炭素に芳香族基が置換している鎖状炭化水素基の数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である。
【００２８】
また、本発明の有機酸金属塩は、中性塩または過塩基性塩のいずれであっても摩擦係数改善効果を得ることができる。過塩基性塩は有機酸金属塩に主として金属水酸化物、金属炭酸塩を微粒子状に分散させたコロイド系であり、過塩基化方法は従来からよく知られている方法、例えば、酸性物質を有機酸またはその塩および金属化合物からなる反応混合物と反応させる方法が採用される。酸性物質としては、二酸化炭素または二酸化硫黄の如きガスを使用することができる。例えば、過塩基性アルカリ土類金属サリシレートは、その中性塩を二酸化炭素で処理することにより製造することもできる（例えば米国特許明細書第３０５７８９６号参照）。
【００２９】
本発明の潤滑油組成物への有機酸金属塩の配合量は、潤滑油の用途にもよるが、潤滑油組成物全重量基準で０．０１重量％〜１０重量％、好ましくは、０．０５重量％〜５重量％、金属量としては１ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍ、好ましくは、５０ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍの範囲とすれば、十分な摩擦低減効果を奏することができる。
【００３０】
また、本発明の潤滑油組成物には、必要に応じて、さらに、粘度指数向上剤、無灰分散剤、酸化防止剤、極圧剤、摩耗防止剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、腐蝕防止剤、他の摩擦調整剤等を適宜選択して配合することができる。
【００３１】
粘度指数向上剤としては、例えば、ポリメタクリレート系、ポリイソブチレン系、エチレン−プロピレン共重合体系、スチレンーブタジエン水添共重合体系等のものを用いることができ、これらは、通常、３重量％〜３５重量％の割合で使用される。
【００３２】
無灰分散剤としては、例えば、ポリブテニルコハク酸イミド系、ポリブテニルコハク酸アミド系、ベンジルアミン系、コハク酸エステル系のものがあり、これらは、通常、０．０５重量％〜７重量％の割合で使用される。
【００３３】
酸化防止剤としては、例えば、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、４，４´−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）等のフェノール系酸化防止剤、さらに、ジチオリン酸亜鉛等を挙げることができ、これらは、通常０．０５重量％〜５重量％の割合で使用される。
【００３４】
極圧剤としては、例えば、ジベンジルサルファイド、ジブチルジサルファイド等があり、これらは、通常、０．０５重量％〜３重量％の割合で使用される。
【００３５】
金属不活性化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール誘導体、チアジアゾール等があり、これらは、通常、０．０１重量％〜３重量％の割合で使用される。
【００３６】
流動点降下剤としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化パラフィンとナフタレンとの縮合物、塩素化パラフィンとフェノールとの縮合物、ポリメタクリレート、ポリアルキルスチレン等が挙げられ、これらは、通常、０．１重量％〜１０重量％の割合で使用される。
【００３７】
摩耗防止剤としては、例えば、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、イオウ化合物等を挙げることができ、これらは、通常、０．０１重量％〜５重量％の割合で使用される。
【００３８】
その他の添加剤として、本発明の有機酸金属塩の作用を阻害しないものであれば任意に選択して使用することができる。
本発明の有機酸金属塩は、鉱油等の溶媒に溶解させた形態で使用することができ、また、添加剤パッケージの一成分として用いることもできる。
【００３９】
本発明の好ましい実施の形態として、
▲１▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３５％〜７０％の範囲にある有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲２▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が１０％以上であり、かつ、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜９０：１０の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲３▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が１０％を超え、かつ、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜６５：３５の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲４▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３０％〜９０％の範囲にある有機酸金属塩を含有し、さらに、粘度指数向上剤、無灰分散剤、酸化防止剤、摩耗防止剤および金属不活性化剤からなる群より選択される少なくとも一種の添加剤を配合してなる潤滑油組成物
を提供することができる。
【００４０】
【実施例】
次に、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明する。
なお、有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造の構造解析および潤滑油組成物の性能評価（摩擦係数）には、次の測定方法を採用した。
有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造の構造解析
13Ｃ−ＮＭＲ測定による。
【００４１】
摩擦係数の測定方法
ＪＡＳＯ Ｍ３４８−９５自動変速機油摩擦特性試験方法に準じた試験方法によりＳＡＥ Ｎｏ．２摩擦試験機を用いて１０ｃ／ｃ後の静止摩擦係数を測定した。摩擦材としてはＳＤ１７７７を使用した。
【００４２】
実施例１
潤滑油基油として精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、これに有機酸金属塩として、表１に示すようにアルキル基の平均炭素数が２３であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の２７％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の５３％であるオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数を前記の方法で測定したところ０．１３３であった。
【００４３】
実施例２
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２２であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキルの数がアルキル基総数の２８％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の４５％であるニュートラルアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数を前記の方法で測定したところ０．１３４であった。
【００４４】
実施例３
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２２であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の１４％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の３７％のオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数は０．１４０であった。
【００４５】
比較例１
潤滑油基油として精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、有機酸金属塩を配合せずに潤滑油基油のみの摩擦係数を測定したところ０．１６８であった。
【００４６】
比較例２
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２５．５であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の６％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の９％であるオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を得た。得られた潤滑油組成物の摩擦係数の測定結果は０．１６４であった。
実施例および比較例において用いた有機酸金属塩の構造およぼ潤滑油組成物の性能評価結果（ＳＡＥ Ｎｏ．２摩擦係数測定結果）を表１に記載した。
【００４７】
【表１】
【００４８】
以上の実施例および比較例から、芳香族基が３位炭素に結合した鎖状炭化水素基および芳香族基が４位炭素に結合した鎖状炭化水素基の各々の単独の割合と摩擦係数との間には相関関係がないのに対し、芳香族基が２位炭素に結合した鎖状炭化水素基および芳香族基が３位炭素に結合した鎖状炭化水素基の合計割合を制御することによる摩擦係数低減効果が明確になった。すなわち、芳香族基が２位炭素または３位炭素に結合した鎖状炭化水素基数の全鎖状炭化水素基数に対する割合が３０％以上であると摩擦係数が著しく低減することが示されている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、芳香族基が２位炭素または３位炭素に結合している鎖状炭化水素基の数が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩混合物を配合してなる潤滑油組成物に関するものであり、芳香族基が鎖状炭化水素基の２位炭素または３位炭素という特定の位置に集中的に結合した有機酸金属塩、例えば、カルシウムスルホネートを用いると摩擦係数改善効果が極めて高く、摩擦特性を改善した潤滑油組成物を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油組成物に関するものであり、さらに詳しくは、摩擦特性改善効果の高い新規な鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械装置、設備、機器等の運動部分の摺動面に生ずる摩擦・摩耗の低減については潤滑の基本的な課題であり、従来から限りのない技術開発が続けられている。近年、特に、省資源、省エネルギーの観点から潤滑分野において摩擦・摩耗の低減化に関する潤滑技術の一層の向上が要求され、潤滑油品質を改良することによる低摩擦、低摩耗達成への取組みが多観点から検討されている。このような技術開発を背景に摩擦特性の優れた潤滑油の製造にとって潤滑油基油に添加剤を加えて所望の摩擦特性に調整することが不可欠な手段となっている。従って、多数の各種摩擦調整剤が提案され、自動変速機油、湿式ブレーキ油、摺動面油、塑性加工油等には油性剤タイプの脂肪酸、脂肪酸金属塩、アルコール、エステル、アミン等および極圧剤タイプのリン酸エステル、亜リン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛等が用いられ、また、エンジン油、ギヤ油、切削油等には極圧剤タイプとして、リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステルアミン塩、ジチオリン酸モリブデンおよびジチオカルバミン酸モリブデン等が用いられている。
さらに、摩擦特性の改善を目的としてマグネシウムスルホネート、特に、塩基価が３００以上の過塩基性マグネシウムスルホネートを配合した自動変速機油が提案され（特開昭６２−８４１９０号公報参照。）、また、金属系清浄剤として使用されてきたカルシウムサリシレートを自動変速機油の摩擦係数調整剤として用いることも提案されている（特開平５−１６３４９６号公報参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような従来提案されている摩擦調整剤は有機系、金属系共に摩擦低減効果が十分でなく、特に、マグネシウムスルホネート、カルシウムサリシレート等は、ある程度の摩擦低減効果を与えるものの、潤滑油の基油の種類および使用条件によってその効果が大巾に変動するなど、いずれも安定した摩擦特性改善効果を確保する点においては不十分であり、他の摩擦調整剤と併用してその効果を発揮する摩擦低減補助剤としての作用効果を奏するにすぎなかった。従って、安定的持続可能な摩擦低減作用を有する有機酸金属塩が実現するならば、その利用領域が広範囲に拡大し工業的価値が著しく向上するためその開発が切望されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような潤滑分野の摩擦低減技術に関する技術開発および従来の摩擦調整剤の開発事情に鑑み、摩擦特性改善能力を有する新規な有機酸金属塩を含有する潤滑油組成物を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、有機酸金属塩が特定の鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有することが重要であり、鎖状炭化水素基を有する芳香族有機酸金属塩であって、芳香族基の鎖状炭化水素基における結合位置が特定された有機酸金属塩が摩擦特性改善効果に著しく優れることを見いだし、これらの知見に基いて本発明の完成に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明は、
潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物（ただし、過塩基性アルキルオキシベンゼンスルホネートを除く。）であって、該芳香族基はフェニル基であり、該フェニル基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が１４％〜２８％であり、かつ、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が３７％〜５３％の範囲にある有機酸金属塩を潤滑油組成物全重量基準で０．０１重量％〜１０重量％配合してなることを特徴とする摩擦特性が改善された潤滑油組成物
に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の潤滑油組成物の構成成分として用いられる潤滑油基油としては、特に限定されるものではなく、従来、潤滑油の基油として使用されているもの、例えば、鉱油系基油、合成系基油または植物油系基油のいずれか、または、これらの混合系基油を挙げることができる。
【０００８】
鉱油系基油としては、例えば、パラフィン系、中間基系またはナフテン系原油の常圧蒸溜残渣の減圧蒸溜により得られる潤滑油留分を溶剤精製、水素化分解、水素化処理、水素化精製、接触脱蝋、溶剤脱蝋、白土処理等の各種精製工程により処理して得られる鉱油、減圧蒸溜残渣を溶剤脱瀝に供したのち、脱瀝油を上記の精製工程により処理して得られる鉱油、または、ワックス分の異性化により得られる鉱油等またはこれらの混合油を用いることができる。前記の溶剤精製においては、フェノール、フルフラール、Ｎ−メチル−ピロリドン等の芳香族抽出溶剤が用いられ、また、溶剤脱蝋の溶剤としては、液化プロパン、ＭＥＫ／トルエン等が用いられる。また、接触脱蝋においては形状選択性ゼオライトを用いることができる。
【０００９】
一方、合成系基油としては、例えば、ポリα−オレフィンオリゴマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、トリメチロールプロパンエステル、ペンタエリスリトールエステル等のポリオールエステル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールエステル、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、二塩基酸エステル、リン酸エステルおよびシリコーン油等を挙げることができる。
また、植物油系基油としては、ひまし油、なたね油、パーム油、ヤシ油、オリーブ油、ひまわり油等を用いることができる。
【００１０】
上記のような各種潤滑油基油は、潤滑油組成物の用途に応じて所望の粘度その他の性状を有するように適宜混合して用いることができる。例えば、内燃機関用潤滑油としては、１００℃における動粘度が２ｍｍ2 ／ｓ〜３０ｍｍ2 ／ｓ、特に、３ｍｍ2 ／ｓ〜１０ｍｍ2 ／ｓの範囲に、また、自動変速機油としては、１００℃における動粘度を２ｍｍ2 ／ｓ〜３０ｍｍ2 ／ｓ、特に、３ｍｍ2 ／ｓ〜１５ｍｍ2 ／ｓの範囲に調整することが好ましい。
【００１１】
本発明の潤滑油組成物に配合される有機酸金属塩は鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸部分と金属成分部分とからなるものであり、具体的には、金属スルホネート、金属フェネート、金属硫化フェネート、金属サリシレート、金属硫化サリシレート、金属ホスホネート等を挙げることができる。
【００１２】
本発明の有機酸金属塩の金属成分はアルカリ金属、アルカリ土類金属であり、また、原子番号１２〜５６の金属を挙げることができる。具体的には、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム等を挙げることができ、また、アルミニウム、亜鉛、スズ、クロム、銅およびコバルト等も用いることができるが、特に、カルシウム、マグネシウム、バリウム等が好ましい。
従って、本発明の有機酸金属塩としては、カルシウム、マグネシウムおよびバリウム等のアルカリ土類金属のスルホネート、フェネート、サリシレート等が好適である。
【００１３】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、芳香族基に鎖状炭化水素基が置換してなるものである。芳香族基としては、単環または多環縮合環のいずれでもよく、例えば、次の式（ａ）〜（ｇ）で表されるものが有効であるが、特に（ａ）のフェニル基、（ｄ）のナフチル基等が好ましい。
【００１４】
【化１】
また、鎖状炭化水素基置換芳香族構造の鎖状炭化水素基は特に限定されるものではないが、炭素数４〜３２のアルキル基、アルケニル基等が好ましい。具体的にはブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、テトラコシル基、ペンタコシル基、ヘキサコシル基、ヘプタコシル基、オクタコシル基、ノナコシル基およびトリアコンチル基等のアルキル基およびこれらに対応するアルケニル基を挙げることができる。さらに、アルキル基およびアルケニル基がアリール、エステル、ケトン、エーテル、アミン、アミド、イミド等の基を有するものでもよい。
【００１６】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造としては、具体的には、アルキルベンゼン、アルケニルベンゼン、アルキルナフタレン、アルケニルナフタレン、アルキルアントラセン、アルケニルアントラセン等を挙げることができるが、本発明の有機酸金属塩においては、アルキルベンゼン、アルケニルベンゼン、アルキルナフタレンおよびアルケニルナフタレン等が特に好適である。鎖状炭化水素基置換芳香族構造、例えば、アルキルベンゼンのアルキル基置換数は１〜４であり、アルキル基置換数１のものを２５％以上含有する鎖状炭化水素基置換芳香族構造が特に好ましい。
【００１７】
本発明の有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造において、該鎖状炭化水素基は、その２位、３位、４位およびその他の炭素に芳香族基が結合したものでもよいが、本発明者らの検討によれば、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％、特に、３５％〜７０％の範囲にあるものが摩擦低減効果に著しく優れていることが明らかになった。２位炭素または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３０％に達しないと摩擦係数低減効果が十分得られず、一方、９０％を超えても増量に応じた摩擦係数低減効果は得られない。
【００１８】
さらに、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が鎖状炭化水素基総数の１０％以上であれば、摩擦係数改善効果が一層向上し、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜９０：１０、特に、３０：７０〜７０：３０の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造によりさらに高度の摩擦低減効果が得られ、これに加えてゴム適合性改良効果も改善される。
本発明の潤滑油基油に配合される有機酸金属塩の代表的な化合物を以下に例示する。
【００１９】
【化２】
【００２０】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
各式中、
【００２４】
【化７】
これらの鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、２位炭素または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である。
【００２５】
【化８】
【化９】
【００２７】
【化１０】
これらの鎖状炭化水素基置換芳香族構造は、２位炭素または３位炭素に芳香族基が置換している鎖状炭化水素基の数の合計が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である。
【００２８】
また、本発明の有機酸金属塩は、中性塩または過塩基性塩のいずれであっても摩擦係数改善効果を得ることができる。過塩基性塩は有機酸金属塩に主として金属水酸化物、金属炭酸塩を微粒子状に分散させたコロイド系であり、過塩基化方法は従来からよく知られている方法、例えば、酸性物質を有機酸またはその塩および金属化合物からなる反応混合物と反応させる方法が採用される。酸性物質としては、二酸化炭素または二酸化硫黄の如きガスを使用することができる。例えば、過塩基性アルカリ土類金属サリシレートは、その中性塩を二酸化炭素で処理することにより製造することもできる（例えば米国特許明細書第３０５７８９６号参照）。
【００２９】
本発明の潤滑油組成物への有機酸金属塩の配合量は、潤滑油の用途にもよるが、潤滑油組成物全重量基準で０．０１重量％〜１０重量％、好ましくは、０．０５重量％〜５重量％、金属量としては１ｐｐｍ〜１０，０００ｐｐｍ、好ましくは、５０ｐｐｍ〜５，０００ｐｐｍの範囲とすれば、十分な摩擦低減効果を奏することができる。
【００３０】
また、本発明の潤滑油組成物には、必要に応じて、さらに、粘度指数向上剤、無灰分散剤、酸化防止剤、極圧剤、摩耗防止剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、腐蝕防止剤、他の摩擦調整剤等を適宜選択して配合することができる。
【００３１】
粘度指数向上剤としては、例えば、ポリメタクリレート系、ポリイソブチレン系、エチレン−プロピレン共重合体系、スチレンーブタジエン水添共重合体系等のものを用いることができ、これらは、通常、３重量％〜３５重量％の割合で使用される。
【００３２】
無灰分散剤としては、例えば、ポリブテニルコハク酸イミド系、ポリブテニルコハク酸アミド系、ベンジルアミン系、コハク酸エステル系のものがあり、これらは、通常、０．０５重量％〜７重量％の割合で使用される。
【００３３】
酸化防止剤としては、例えば、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、４，４´−メチレンビス−（２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール）等のフェノール系酸化防止剤、さらに、ジチオリン酸亜鉛等を挙げることができ、これらは、通常０．０５重量％〜５重量％の割合で使用される。
【００３４】
極圧剤としては、例えば、ジベンジルサルファイド、ジブチルジサルファイド等があり、これらは、通常、０．０５重量％〜３重量％の割合で使用される。
【００３５】
金属不活性化剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール誘導体、チアジアゾール等があり、これらは、通常、０．０１重量％〜３重量％の割合で使用される。
【００３６】
流動点降下剤としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩素化パラフィンとナフタレンとの縮合物、塩素化パラフィンとフェノールとの縮合物、ポリメタクリレート、ポリアルキルスチレン等が挙げられ、これらは、通常、０．１重量％〜１０重量％の割合で使用される。
【００３７】
摩耗防止剤としては、例えば、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、イオウ化合物等を挙げることができ、これらは、通常、０．０１重量％〜５重量％の割合で使用される。
【００３８】
その他の添加剤として、本発明の有機酸金属塩の作用を阻害しないものであれば任意に選択して使用することができる。
本発明の有機酸金属塩は、鉱油等の溶媒に溶解させた形態で使用することができ、また、添加剤パッケージの一成分として用いることもできる。
【００３９】
本発明の好ましい実施の形態として、
▲１▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３５％〜７０％の範囲にある有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲２▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が１０％以上であり、かつ、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜９０：１０の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲３▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が１０％を超え、かつ、２位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数の比が１０：９０〜６５：３５の範囲にある鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩を配合してなる潤滑油組成物、
▲４▼潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物混合物であって、該芳香族基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位または３位炭素に芳香族基が結合している鎖状炭化水素基の数が３０％〜９０％の範囲にある有機酸金属塩を含有し、さらに、粘度指数向上剤、無灰分散剤、酸化防止剤、摩耗防止剤および金属不活性化剤からなる群より選択される少なくとも一種の添加剤を配合してなる潤滑油組成物
を提供することができる。
【００４０】
【実施例】
次に、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明する。
なお、有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造の構造解析および潤滑油組成物の性能評価（摩擦係数）には、次の測定方法を採用した。
有機酸金属塩の鎖状炭化水素基置換芳香族構造の構造解析
13Ｃ−ＮＭＲ測定による。
【００４１】
摩擦係数の測定方法
ＪＡＳＯ Ｍ３４８−９５自動変速機油摩擦特性試験方法に準じた試験方法によりＳＡＥ Ｎｏ．２摩擦試験機を用いて１０ｃ／ｃ後の静止摩擦係数を測定した。摩擦材としてはＳＤ１７７７を使用した。
【００４２】
実施例１
潤滑油基油として精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、これに有機酸金属塩として、表１に示すようにアルキル基の平均炭素数が２３であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の２７％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の５３％であるオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数を前記の方法で測定したところ０．１３３であった。
【００４３】
実施例２
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２２であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキルの数がアルキル基総数の２８％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の４５％であるニュートラルアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数を前記の方法で測定したところ０．１３４であった。
【００４４】
実施例３
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２２であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の１４％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の３７％のオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を調製した。得られた潤滑油組成物の摩擦係数は０．１４０であった。
【００４５】
比較例１
潤滑油基油として精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）を用い、有機酸金属塩を配合せずに潤滑油基油のみの摩擦係数を測定したところ０．１６８であった。
【００４６】
比較例２
精製鉱油１００ＳＮ（動粘度；４．１ｍｍ2 ／ｓ＠１００℃）に対し、アルキル基平均炭素数２５．５であり、２位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の６％であり、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合したアルキル基の数がアルキル基総数の９％であるオーバーベースアルキルベンゼンカルシウムスルホネートを１．０重量％（Ｃａ量として１０００ｐｐｍ）配合して潤滑油組成物を得た。得られた潤滑油組成物の摩擦係数の測定結果は０．１６４であった。
実施例および比較例において用いた有機酸金属塩の構造およぼ潤滑油組成物の性能評価結果（ＳＡＥ Ｎｏ．２摩擦係数測定結果）を表１に記載した。
【００４７】
【表１】
以上の実施例および比較例から、芳香族基が３位炭素に結合した鎖状炭化水素基および芳香族基が４位炭素に結合した鎖状炭化水素基の各々の単独の割合と摩擦係数との間には相関関係がないのに対し、芳香族基が２位炭素に結合した鎖状炭化水素基および芳香族基が３位炭素に結合した鎖状炭化水素基の合計割合を制御することによる摩擦係数低減効果が明確になった。すなわち、芳香族基が２位炭素または３位炭素に結合した鎖状炭化水素基数の全鎖状炭化水素基数に対する割合が３０％以上であると摩擦係数が著しく低減することが示されている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は、芳香族基が２位炭素または３位炭素に結合している鎖状炭化水素基の数が鎖状炭化水素基総数の３０％〜９０％である鎖状炭化水素基置換芳香族構造を有する有機酸金属塩混合物を配合してなる潤滑油組成物に関するものであり、芳香族基が鎖状炭化水素基の２位炭素または３位炭素という特定の位置に集中的に結合した有機酸金属塩、例えば、カルシウムスルホネートを用いると摩擦係数改善効果が極めて高く、摩擦特性を改善した潤滑油組成物を提供することができる。
Claims (4)
- 潤滑油基油に、
鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物（ただし、過塩基性アルキルオキシベンゼンスルホネートを除く。）であって、該芳香族基はフェニル基であり、該フェニル基は少なくとも１個以上の鎖状炭化水素基で置換され、鎖状炭化水素基総数のうち、２位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が１４％〜２８％であり、かつ、２位炭素または３位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数が３７％〜５３％の範囲にある有機酸金属塩を潤滑油組成物全重量基準で０．０１重量％〜１０重量％配合してなることを特徴とする摩擦特性が改善された潤滑油組成物。 - 前記鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩混合物において、２位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数と３位炭素にフェニル基が結合している鎖状炭化水素基の数との比が１０：９０〜６５：３５の範囲にある請求項１に記載の摩擦特性が改善された潤滑油組成物。
- 前記鎖状炭化水素基置換芳香族有機酸金属塩がアルキルベンゼンスルホン酸アルカリ土類金属塩である請求項１または２に記載の摩擦特性が改善された潤滑油組成物。
- 前記潤滑油組成物のＳＡＥ Ｎｏ．２摩擦係数が０．１３３〜０．１４０である請求項１に記載の摩擦特性が改善された潤滑油組成物。
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