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JP2014185289A - 油圧作動油組成物 - Google Patents

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和宏 八木下
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亨 平野
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Abstract

【課題】内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率の高い油圧作動油組成物を提供すること。
【解決手段】潤滑油基油と、組成物全量基準で0.2〜40質量%の、数平均分子量が18000以下のオレフィン共重合体及び数平均分子量が20000以下のαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体から選ばれる少なくとも1種の共重合体と、を含有する油圧作動油組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は油圧作動油組成物に関する。詳しくは、粘度指数向上剤を含有するエネルギー効率の高い油圧作動油組成物に関する。
近年、地球温暖化への対応の一つとして省エネルギー型油圧作動油が開発されている。従来の省エネルギー型油圧作動油としては、例えば低温粘度を下げることによって装置の起動時の消費エネルギーの削減を図ったものがある。
また、粘度指数向上剤を配合することで、作動油の粘度変化を小さくして油温が高まった後の定常運転時の消費エネルギーを低減した省エネルギー型油圧作動油も開発されている。この省エネルギー型油圧作動油では、建設機械特有の様々な油圧機器内部からの油漏れ(内部漏れ)を作動油の粘度変化を小さくすること(高粘度指数化)で防止し、消費エネルギーの削減を図っている(例えば、特許文献1〜3を参照)。
特開2005−307197号公報 特開2011−046900号公報 特開2012−180535号公報
しかし、上記の特許文献1〜3に記載されているような省エネルギー型油圧作動油の場合、作動油の高粘度指数化により配管抵抗による損失が増大してしまう。そのため、内部漏れ防止により消費エネルギーを削減できたとしても、油圧システム全体のエネルギー効率の向上の点で未だ改善の余地がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率を向上させることができる油圧作動油組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、潤滑油基油に特定の共重合体を特定量配合した油圧作動油組成物が、油圧システムの内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立するための優れた粘度特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、潤滑油基油と、組成物全量基準で0.2〜40質量%の、数平均分子量が2万以下のオレフィン共重合体及び数平均分子量が2万以下のαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体から選ばれる少なくとも1種の共重合体と、を含有する油圧作動油組成物を提供する。
また、上記の油圧作動油組成物は、粘度指数が155以上であり、(A)80℃における動粘度(単位:mm/s)と、(B)80℃におけるせん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)が1.3以下であることが好ましい。
本発明の油圧作動油組成物は、高せん断粘度に対して動粘度が低く、内部漏れ防止と配管抵抗の低減を両立することができ、油圧システム全体のエネルギー効率を向上させることができるという顕著な効果を有する。
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る油圧作動油組成物は、潤滑油基油と、数平均分子量が2万以下のオレフィン共重合体及び数平均分子量が2万以下のαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体から選ばれる少なくとも1種を含有する。
本実施形態において使用される潤滑油基油としては、鉱油、合成系炭化水素油、合成系含酸素油、油脂等が挙げられる。これらの潤滑油基油は、1種単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
鉱油としては、特に限定されないが、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分を、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理等の精製処理を適宜組み合わせて精製したパラフィン系鉱油又はナフテン系鉱油が挙げられる。
合成系炭化水素油としては、例えば、ポリα−オレフィン(ポリブテン、1−オクテンオリゴマー、1−デセンオリゴマー等)、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン等が挙げられる。
合成系含酸素油としては、例えば、1価アルコールと1価脂肪酸のモノエステル、多価アルコールと1価脂肪酸のポリオールエステルなどのエステル類;ポリオキシアルキレングリコール類等が使用される。
油脂としては、例えば、パーム油、パーム核油、菜種油、大豆油、ハイオレイック菜種油、及びハイオレイックサンフラワー油などの植物系油脂が使用される。
これらの中でも、鉱油及び合成系炭化水素油が好ましく用いられ、鉱油がより好ましく用いられる。
潤滑油基油の40℃における動粘度は、特に限定されないが、好ましくは15mm/s以上、より好ましくは20mm/s以上、さらに好ましくは25mm/s以上、最も好ましくは30mm/s以上である。また、潤滑油基油の40℃における動粘度は、好ましくは50mm/s以下、より好ましくは45mm/s以下、さらに好ましくは40mm/s以下、最も好ましくは35mm/s以下である。潤滑油基油の40℃における動粘度が15mm/s以上であると蒸発性の点で好ましく、潤滑油基油の40℃における動粘度が50mm/s以下であると、配管抵抗を低減させられるので好ましい。
潤滑油基油の粘度指数は、特に限定されないが、好ましくは150以上、より好ましくは160以上、さらに好ましくは170以上、最も好ましくは175以上である。粘度指数が150以上であると、高温の動粘度を確保したときに低温の動粘度が高くなることを抑制できるため、油圧システムの効率低下を抑制できる点で好ましい。一方、粘度指数の上限値は、特に限定されないが、例えば250である。
なお、本明細書における「動粘度」及び「粘度指数」とは、JIS K 2283に従って測定された値を意味する。
潤滑油基油の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上である。また、潤滑油基油の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。潤滑油基油の含有量が50質量%以上であると、油圧作動油の優れた効果を十分に発揮しやすい。
本実施形態の油圧作動油組成物は、数平均分子量が2万以下のオレフィン共重合体及び数平均分子量が2万以下のαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体から選ばれる少なくとも1種を含有する。
なお、本明細書における「数平均分子量」とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定法(標準物質:ポリスチレン)によって求めたポリスチレン換算の数平均分子量を指す。
オレフィン共重合体とは、エチレンとα−オレフィンとのコオリゴマー又は共重合体である。α−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテンなどが挙げられ、プロピレンが好ましく用いられる。エチレンとα−オレフィンの共重合体としては、特に制限されず、ランダム重合体でもブロック重合体でもよい。
オレフィン共重合体の数平均分子量は18000以下であり、好ましくは16000以下、より好ましくは14000以下、さらに好ましくは10000以下である。また、オレフィン共重合体の数平均分子量は、好ましくは700以上であり、より好ましくは1000以上、さらに好ましくは1500以上である。数平均分子量が18000以下であるとポンプ効率の点で好ましく、数平均分子量が700以上であると粘度指数向上効果が大きくなり好ましい。
αオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体としては、例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2014185289
上記式(1)中、Rは直鎖又は分枝アルキル基を示す。また、R〜Rは同一でも異なっていてもよく、それぞれ水素、直鎖又は分枝アルキル基、−R−CO又は−COで表されるエステル基(Rは直鎖又は分枝アルキレン基を示し、R及びRは同一でも異なっていてもよく、それぞれ直鎖又は分枝アルキル基を示す)のいずれかを示し、R〜Rのうちいずれか2つは上記エステル基である。また、X及びYは同一でも異なっていてもよく、それぞれ正の数を示す。
ここで、上記一般式(1)における下記一般式(2)で表される部分構造は、α−オレフィンに由来するものであり、このα−オレフィンとしては炭素数3〜20のものが用いられ、好ましくは炭素数6〜18のものが用いられる。
Figure 2014185289
このα−オレフィンとしては、具体的には、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン等が挙げられる。
また、上記一般式(1)における下記一般式(3)で表される部分構造は、ジカルボン酸エステルに由来するものである。
Figure 2014185289
このジカルボン酸としては、具体的には、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等が挙げられる。
αオレフィンとジカルボン酸ジエステルとの共重合体の数平均分子量は20000以下であり、好ましくは18000以下であり、より好ましくは14000以下、さらに好ましくは12000以下、最も好ましくは10000以下である。数平均分子量が20000以下であるとポンプ効率向上能の点で好ましい。また、αオレフィンとジカルボン酸ジエステルとの共重合体の数平均分子量は、特に限定されないが、好ましくは5000以上、より好ましくは6000以上、さらに好ましくは8000以上である。数平均分子量が5000以上であると、粘度向上能の点で好ましい。
αオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体の100℃における動粘度は、特に限定されないが、好ましくは1mm/s以上、より好ましくは10mm/s以上、さらに好ましくは50mm/s以上、最も好ましくは200mm/s以上であり、また、好ましくは5000mm/s以下、より好ましくは3000mm/s以下、さらに好ましくは2000mm/s以下、最も好ましくは1000mm/s以下である。100℃における動粘度が1mm/s以上であると、高粘度化の点で好ましく、5000mm/s以下であると、製造時のハンドリングの点で好ましい。
本実施形態において、オレフィン共重合体、及びαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体を併用する場合、それらの比率は特に限定されず任意である。
共重合体の含有量は、組成物全量基準で0.2〜40質量%である。共重合体の含有量が0.2質量%以上であると配合の効果が得られやすい。また、含有量が40質量%以下であると、溶解性や安定性の点で好ましい。
共重合体としてオレフィン共重合体を単独で用いる場合、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下、最も好ましくは8質量%以下である。また、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、0.2質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上、最も好ましくは3質量%以上である。
共重合体としてαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体を単独で用いる場合、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、40質量%以下であり、好ましくは35質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。また、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上、最も好ましくは10質量%以上である。
共重合体として、オレフィン共重合体及びαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体を併用する場合、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、40質量%以下であり、好ましくは35質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。また、共重合体の含有量は、組成物全量基準で、0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上である。
オレフィン共重合体及び/又はαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体の含有量が、上記の所定量以上であると配合の効果が得られやすく、上記の所定量以下であると溶解性や安定性の点で好ましい。
油圧作動油組成物の40℃における動粘度は、特に限定されないが、好ましくは20mm/s以上、より好ましくは30mm/s以上、さらに好ましくは40mm/s以上、最も好ましくは45mm/s以上である。また、油圧作動油組成物の40℃における動粘度は、好ましくは80mm/s以下、より好ましくは70mm/s以下、さらに好ましくは60mm/s以下、最も好ましくは50mm/s以下である。油圧作動油組成物の40℃における動粘度が20mm/s以上であると、油圧システムの耐久性の点で好ましく、80mm/s以下であると、摩擦低減の点で好ましい。
油圧作動油組成物の粘度指数は、好ましくは150以上、より好ましくは155以上、さらに好ましくは160以上、最も好ましくは165以上である。粘度指数が150以上であると、最適粘度範囲を広い温度領域で保つことができるため好ましい。一方、粘度指数の上限値は、特に限定されないが、例えば250である。
油圧作動油組成物の(A)80℃における動粘度と、(B)80℃におけるせん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)は、特に限定されないが、好ましくは1.4以下、より好ましくは1.3以下、さらに好ましくは1.25以下、最も好ましくは1.2以下である。上記のA/Bが1.4以下であると、ポンプ効率と配管抵抗の点で好ましい。一方、上記のA/Bの下限値は、特に制限されないが、例えば1.1である。
なお、本明細書における「せん断粘度」は、ASTM(D4741,D4683,D6616),CEC(L−36A−90)に準拠して測定したものを意味する。
本実施形態に係る油圧作動油組成物は、その優れた効果をより一層向上させるため、必要に応じて極圧剤、酸化防止剤、流動点降下剤、さび止め剤、金属不活性化剤、粘度指数向上剤、消泡剤、抗乳化剤、油性剤などをさらに含有することができる。これらの添加剤は、1種を単独で用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。
極圧剤としては、硫化エステル、硫化油脂、ポリサルファイドなどの硫黄系化合物、亜鉛ジチオフォスフェート、リン系化合物が挙げられ、リン系化合物を用いることが好ましい。具体的には、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、塩素化リン酸エステル、亜リン酸エステル及びフォスフォロチオネート等が挙げられる。これらのリン化合物は、リン酸、亜リン酸またはチオリン酸とアルカノール、ポリエーテル型アルコールとのエステルあるいはその誘導体が挙げられる。
上記リン化合物の中でも、より高い耐摩耗性が得られることから、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、及び酸性リン酸エステルのアミン塩が好ましく、中でもリン酸エステルがより好ましい。極圧剤の含有量は、組成物全量基準で0.05〜5質量%であることが好ましい。
酸化防止剤としては、例えば、2,6−ジターシャリーブチル−p−クレゾール(DBPC)等のフェノール系化合物、フェニル−α−ナフチルアミン等の芳香族アミン、ヒンダードアミン化合物、亜リン酸エステル及び有機金属化合物が挙げられる。フェノール系酸化防止剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜2質量%であることが好ましい。また、アミン系酸化防止剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜2質量%であることが好ましい。
流動点降下剤としては、各種アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1種のモノマーの共重合体又はその水添物等が例示できる。流動点降下剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜5質量%であることが好ましい。
さび止め剤としては、アミノ酸誘導体、多価アルコールの部分エステル;ラノリン脂肪酸エステル、アルキルコハク酸エステル、アルケニルコハク酸エステル等のエステル類;ザルコシン;ソルビタン脂肪酸エステル等の多価アルコール部分エステル類;脂肪酸金属塩、ラノリン脂肪酸金属塩、酸化ワックス金属塩等の金属石けん類;カルシウムスルフォネート、バリウムスルフォネート等のスルフォネート類;酸化ワックス;アミン類;リン酸;リン酸塩等が例示できる。さび止め剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜5質量%であることが好ましい。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール系、チアジアゾール系、イミダゾール系化合物等が例示できる。金属不活性化剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜1質量%であることが好ましい。
本実施形態の油圧作動油組成物は、上記の共重合体以外の粘度指数向上剤をさらに含有することができる。その具体例として、各種メタクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1種のモノマーの共重合体又はその水素化物、ポリイソブチレン又はその水添物、スチレン−ジエン共重合体の水素化物及びポリアルキルスチレン等の非分散型粘度指数向上剤等が挙げられる。上記の共重合体以外の粘度指数向上剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜15質量%であることが好ましい。
消泡剤としては、ジメチルシリコーン、フルオロシリコーン等のシリコーン類が例示できる。消泡剤の含有量は、組成物全量基準で0.001〜0.05質量%であることが好ましい。
抗乳化剤としては、例えば、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アルキルエーテル,ポリオキシアルキレンアルキルアミド,ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル等が挙げられる。
油性剤としては、脂肪酸、エステル、アルコール等が挙げられる。油性剤の含有量は、組成物全量基準で0.01〜0.5質量%であることが好ましい。
以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明はこれらの内容に何ら限定されるものではない。
実施例1〜4及び比較例1〜4では、表1及び表2に示す組成で潤滑油基油と添加剤とを配合して油圧作動油組成物を調製した。実施例及び比較例で用いた潤滑油基油及び添加剤は以下のとおりである。
<潤滑油基油>
基油1:水素化精製鉱油(全芳香族含有量:0.0質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃動粘度:20mm/s、粘度指数:124)
基油2:水素化精製鉱油(全芳香族含有量:0.0質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃動粘度:26mm/sec、粘度指数:131)
基油3:水素化精製鉱油(全芳香族含有量:0.0質量%、硫黄分:10質量ppm以下、40℃動粘度:46mm/sec、粘度指数:127)
ここで、全芳香族含有量は、Analytical Chemistry 第44巻第6号(1972)第915−919頁“Separation of High−Boiling Petroleum Distillates Using Gradient Elution Through Dual−Packed(Silica Gel−Alumina Gel) Adsorption Columns”に記載されたシリカ−アルミナゲルクロマト分析法に準拠して測定した。
また、硫黄分は、ASTM D4951 “Standard Test Method for Determination of Additive Elements in Lubricating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry”により測定した。
また、動粘度及び粘度指数は、JIS K 2283に従って測定した。
<粘度指数向上剤>
A:エチレンプロピレン共重合体(三井化学社製:ルーカントHC2000、数平均分子量13100)
B:αオレフィンとジカルボン酸エステルの共重合体(ケッチェンルブ社製:KL2700、数平均分子量9800、100℃における動粘度700mm/sec)
C:スチレンージエン共重合体(インフィニアム社製:SV151、数平均分子量144000)
D:ポリメタクリレート(三洋化成社製、数平均分子量40000)
E:ポリメタクリレート(三洋化成社製、数平均分子量100000)
F:オレフィンコポリマー(シェブロン社製:PARATONE 8451、数平均分子量230000)
<その他の添加剤>
実施例1〜4及び比較例1〜4において、その他の添加剤として、トリクレジルホスフェート、2,6−ジターシャリーブチル−p−クレゾール(DBPC)及び流動点降下剤を、それぞれ組成物全量基準で0.5質量%配合した。
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた各油圧作動油組成物について、以下にように各性状を測定した。結果を表1及び表2に示す。
動粘度及び粘度指数:JIS K 2283に従って測定した。
せん断粘度:ASTM(D4741,D4683,D6616),CEC(L−36A−90)に準拠して、80℃においてせん断条件10/sで測定した。測定装置として、PCS Instruments社製のUSV(Ultra Shear Viscometer)粘度計を用いた。
[HPV35+35ポンプ試験]
実施例1〜4及び比較例1〜4で得られた各油圧作動油組成物について、HPV35+35ポンプ試験を行った。具体的には、以下の試験条件でポンプの回転トルクを測定し、全効率を算出した。結果を表1及び表2に示す。
ポンプ名:コマツHPV35+35
吐出量+ドレイン量:40L/min
ポンプタイプ:斜板型
油温:80℃
圧:無負荷、35MPa
ポンプの回転:2100rpm
Figure 2014185289
Figure 2014185289

Claims (2)

  1. 潤滑油基油と、
    組成物全量基準で0.2〜40質量%の、数平均分子量が18000以下のオレフィン共重合体及び数平均分子量が20000以下のαオレフィンとジカルボン酸エステルとの共重合体から選ばれる少なくとも1種の共重合体と、
    を含有する油圧作動油組成物。
  2. 粘度指数が150以上であり、且つ(A)80℃における動粘度(単位:mm/s)と、(B)80℃におけるせん断粘度(単位:mPa・s、せん断条件:10/s)との比(A/B)が1.3以下である、請求項1に記載の油圧作動油組成物。
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