JP2016216692A - 水素結合による会合体及び該会合体を含む潤滑剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】重金属やリンを含まず、低摩擦及び耐摩耗を得ることができる会合体を提供すること。
【解決手段】式（１）又は式（１’）で表される化合物と、式（２）で表される化合物との会合体。
Ａ−Ｘ （１）
Ａ−Ｙ−Ａ’ （１’）
Ｂ−Ｚ （２）
（式中、Ａ、Ａ’及びＢは、同一でも異なっていても良く、置換又は無置換のフェニル基或いは窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれるヘテロ原子を少なくとも一つ有する炭素数４〜６の芳香族複素環を表す。
Ｘ及びＺは、同一でも異なっていても良く、Ｘ，Ｙ及びＺは、ＹとＺとの間で或いはＸとＺとの間で水素結合を形成できる官能基を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、摩擦および摩耗を低減することのできる会合体と、該会合体を含有する摩擦及び摩耗低減剤と、該会合体を含有する潤滑油と、該会合体を含有する潤滑油組成物とに関する。

近年、省エネルギー対策および二酸化炭素の排出規制のため、エンジンなどの機械における摩擦係数を低減することが求められている。多くの場合、摩擦低減には潤滑油が用いられている。潤滑油は相対運動する二面間に油膜を形成し直接接触を防ぐことで、摩擦・摩耗を低減している。しかし、摩擦係数を下げるために潤滑油の粘度を下げると、油膜厚さが薄くなり固体接触を起こし、摩擦係数の上昇および材料の摩耗が促進される。固体接触を防ぐ厚い油膜を確保し、低摩擦を得ることは一成分の潤滑油では原理的に不可能である。この課題を解決するために、各種の添加剤が用いられている。
摩擦を低減する摩擦調整剤や摩耗を防止する耐摩耗剤は、通常、重金属やリンを含むため、環境負荷の立場からはこれらの成分を低減することが望まれている。
本発明者は、これまでに、液晶（アルキルシアノビフェニル）が厚い油膜を形成し、かつ低摩擦係数を示すことを発見している（非特許文献１）。その理由として、分子内の平面構造が潤滑面に平行に配向し、分子間で滑りやすくなっていることを明らかにしている。
他方、水素結合による会合体を用いて、摩擦係数を上げることのできるトラクションドライブ用流体組成物が知られている（特許文献１）。

特許第3388978号

森 誠之ら, トライボロジスト, 第41巻, 第6号(1996), 500-505

本発明は、重金属やリンを含まず、低摩擦及び耐摩耗を得ることができる会合体と、該会合体を含有する摩擦低減剤かつ耐摩耗剤と、該会合体を含有する潤滑油と、該会合体を含有する潤滑油組成物を提供することを課題とする。

本発明により、以下の会合体と、該会合体を含有する摩擦低減剤かつ耐摩耗剤と、該会合体を含有する潤滑油と、該会合体を含有する潤滑油組成物を提供する：
１．式（１）又は式（１’）で表される化合物と、式（２）で表される化合物との会合体。
Ａ−Ｘ （１）
Ａ−Ｙ−Ａ’ （１’）
Ｂ−Ｚ （２）
（式中、Ａ、Ａ’及びＢは、同一でも異なっていても良く、置換又は無置換のフェニル基或いは窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれるヘテロ原子を少なくとも一つ有する炭素数４〜６の芳香族複素環を表す。
Ｘ及びＺは、同一でも異なっていても良く、Ｘ，Ｙ及びＺは、ＹとＺとの間で或いはＸとＺとの間で水素結合を形成できる官能基を表す。）
２．式（１）で表される化合物が、式中Ａが、炭素数１〜１０の直鎖又は分岐アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであり、式中Ｘが、-OH、-COOH及びピリジル基からなる群から選ばれる化合物である前記１項記載の会合体。
３．式（１）で表される化合物が、安息香酸、2-メチル安息香酸、ｐ-ペンチル安息香酸及び2-ヒドロキシピリジンからなる群から選ばれる前記１又は２項記載の会合体。
４．前記１〜３のいずれか１項記載の会合体を含む、摩擦低減剤かつ耐摩耗剤。
５．前記１〜３のいずれか１項記載の会合体を含む潤滑剤。
６．前記１〜３のいずれか１項記載の会合体と、基油とを含む潤滑剤組成物。
７．さらに添加剤を含有する、前記６項記載の潤滑剤組成物。

本発明の会合体は、厚い油膜を形成しながら低いトラクション係数を示すことができる。したがって、本発明の会合体は、重金属やリンを含まないから環境に負荷をかけることがなく、しかも摩擦を低減しながら耐摩耗効果を発揮する、優れた流体潤滑性を有する。本発明の会合体は、常温から８０℃程度の高温まで広い温度範囲に亘って使用することができる。
如何なる理論にも拘束されるものではないが、分子内に平面構造を有する化合物が、潤滑場で平面構造が分子配向することにより、相対的に滑ることで低摩擦係数を得る。水素結合により２つ以上の分子が会合体を作り、その中に平面構造を得る。接触場は1GPa程度の高圧になっており、水素結合が高圧場で安定になること、すなわち会合体は接触場で安定になる（Takiwatari, Nanao, Mori, Lubrication Science, 26巻，1号(2014) 54-59.）。

〔会合体〕
本発明の会合体は、式（１）又は式（１’）で表される化合物と、式（２）で表される化合物との会合体である：
Ａ−Ｘ （１）
Ａ−Ｙ−Ａ’ （１’）
Ｂ−Ｚ （２）
（式中、Ａ、Ａ’及びＢは、同一でも異なっていても良く、置換又は無置換のフェニル基或いは窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれるヘテロ原子を少なくとも一つ有する炭素数４〜６の芳香族複素環を表す。芳香族複素環としては、チエニル、フリル、ピリジル等があげられる。
Ｘ及びＹは、同一でも異なっていても良く、Ｘ，Ｙ及びＺは、ＹとＺとの間で或いはＸとＺとの間で水素結合を形成できる官能基を表す。）

式中Ａは、炭素数１〜１０の直鎖又は分岐アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであるのが好ましい。炭素数１〜１０の直鎖アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであるのがより好ましい。
式中Ｘは、-OH、-COOH及びピリジル基からなる群から選ばれるのが好ましい。
式（１）で表される化合物が、安息香酸、2-メチル安息香酸、ｐ-ペンチル安息香酸及び2-ヒドロキシピリジンからなる群から選ばれるのが特に好ましい。なかでも、ｐ-ペンチル安息香酸が好ましい。

式中Ａ’は、炭素数１〜１０の直鎖又は分岐アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであるのが好ましい。炭素数１〜１０の直鎖アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであるのがより好ましい。
式中Ｙは、-NHCO-であるのが好ましい。

式中Ｂは、炭素数１〜２０の直鎖又は分岐アルキル基又はアルケニル基であるのが好ましい。炭素数１〜２０の直鎖アルキル基又はアルケニル基であるのがより好ましい。
式中Ｚは、-OH、-COOH及びピリジル基からなる群から選ばれるのが好ましい。
式（２）で表される化合物が、炭素数１〜２０の飽和又は不飽和の直鎖又は分岐脂肪酸であるのが好ましい。なかでも、オレイン酸が好ましい。

式（１）又は式（１’）で表される化合物と、式（２）で表される化合物とは、水素結合により会合体を形成するため、その混合比が、モル比にして１：0.5〜1：2であるのが好ましい。式（１）又は式（１’）で表される化合物が過剰になると、結晶が析出し、分離してしまうので好ましくない。モル比が1：0.9〜1：1.1であるのがより好ましい。モル比が１：１であるのが最も好ましい。

本発明の会合体が、ｐ-ペンチル安息香酸とオレイン酸との会合体であるか、2-ヒドロキシピリジンとオレイン酸との会合体であるか、2-メチル安息香酸とオレイン酸との会合体であるのが好ましい。とりわけ、これらの混合比がモル比にして１：１であるのが特に好ましい。

本発明の会合体は、例えば、式（２）で表される化合物に、式（１）又は式（１’）で表される化合物を添加し、式（１）又は式（１’）で表される化合物の融点以上に加熱し混合する（Ａ法）か、又は極性溶媒（アセトンなど）に、式（１）又は式（１’）で表される化合物及び式（２）で表される化合物を溶解し単量体にしたのち、溶媒を蒸発除去する（Ｂ法）ことにより製造することができる。

本発明の会合体は、潤滑剤又は潤滑油として用いることができる。
本発明の会合体はまた、摩擦低減と耐摩耗の二重の作用を有する添加剤として用いることができる。前記会合体を添加剤として基油に含ませて潤滑剤組成物とすることもできる。このとき、潤滑剤組成物の全質量に対し、前記会合体を10〜60質量％含ませるのが好ましい。含有量に依存して摩擦係数は変化するが、10質量％未満では低摩擦及び耐摩耗効果が十分でない場合があり、60質量％を超えても効果を発揮するが経済的でない。30〜50質量％含ませるのがより好ましい。

〔基油〕
本発明の潤滑剤組成物に使用できる基油としては、鉱油のほか合成炭化水素油であるポリαオレフィンやポリブテン、エーテル系合成油であるアルキルジフェニルエーテルやポリプロピレングリコール、エステル系合成油であるジエステル、ポリオールエステル、その他シリコーン油やフッ素油など各種合成油が挙げられる。このうち、合成炭化水素油が好ましく、ポリαオレフィンがより好ましい。
本発明の潤滑剤組成物中の基油の含有量は、70〜95質量％であるのが好ましく、75〜90質量％であるのがより好ましい。

本発明の会合体に増ちょう剤を加えるか、又は本発明の会合体と上記基油との混合物に増ちょう剤を加え、グリース組成物としても良い。本発明のグリース組成物を形成するのに使用できる増ちょう剤としては、金属石けん系増ちょう剤、ジウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、有機化クレイやシリカに代表される無機系増ちょう剤、ポリテトラフルオロエチレン、及びメラミンシアヌレートに代表される有機系増ちょう剤から選ばれる少なくとも１種類である。ウレア系増ちょう剤と金属石けん系増ちょう剤が好ましい。ジウレア系増ちょう剤とリチウム石けん系増ちょう剤がより好ましい。

増ちょう剤の含有量は、本発明のグリース組成物の全質量を基準として、好ましくは3〜25質量％、より好ましくは5〜20質量％である。3質量％を下回ると、グリースが軟らかく、漏洩することがあり、十分な潤滑寿命を満足することができない場合がある。一方、25質量％より多いと流動性が劣るためグリースが潤滑部に入り込みにくくなり、十分な潤滑寿命を満足することができない場合がある。

本発明のグリース組成物の混和ちょう度は、好ましくは85〜475、より好ましくは160〜400である。混和ちょう度が475を上回ると漏洩が多くなり、十分な潤滑寿命を満足することができないことがある。一方、混和ちょう度が85を下回ると、グリースの流動性が悪くなり、十分な潤滑寿命を満足することができないことがある。

また、必要に応じて各種添加剤を本発明の潤滑剤組成物又はグリース組成物に含ませることができる。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、錆止め剤、金属腐食防止剤、油性剤、他の耐摩耗剤、極圧剤、ワックス、固体潤滑剤などがあげられる。本発明の潤滑剤組成物中のこれら添加剤の含有量は、通常、0.01〜30質量％である。

本発明の潤滑剤組成物及びグリース組成物は、幅広い用途に用いることができる。例えば、転がり軸受、風車用軸受、自動車ハブユニット用軸受、ボールねじ、直動案内軸受、各種ギヤ、カム、等速ジョイント、ジャーナル軸受（滑り軸受）、自在継手、ピストン、ねじ、ワイヤーロープ、チェーン等があげられる。

・実施例１、２、比較例１、２
下記表に示す会合体原料を用い、上記Ａ法により会合体を調製した。
・実施例３〜６、比較例３，４
下記表に示す基油に、実施例１〜４及び比較例１〜３の会合体を添加し、混合することにより潤滑剤組成物を得た。
ＰＡＯ：ポリαオレフィン (46.7Pa・s×10^-3＠25℃)

＜粘度＞
回転粘度計を使用して、実施例及び比較例の会合体及び潤滑剤組成物の粘度を測定することにより、油膜厚さを評価した。
（試験条件）
・25℃

＜油膜厚＞
また、PCS Instruments社EHL極薄膜計測システムを使用して、光干渉法により実施例５及び比較例１の油膜厚を実測した。
（試験条件）
荷重：20N
滑り率：0％
温度：25℃
ボール速度：0.29m/s
（試験結果）
実施例５の膜厚は108.4nmであった。
比較例１の膜厚は65.1nmであった。
参考のためＰＡＯ単独での油膜厚さを測定したところ、95.8nmであった。

＜トラクション係数測定方法＞
ボールオンディスク型潤滑試験機を使用して、実施例及び比較例の会合体及び潤滑剤組成物のトラクション係数を測定した。
（試験条件）
ボール：SUJ2
ディスク：サファイア
荷重：20N
ボール速度：0.27ｍ／ｓ
滑り率：99％
温度：25℃

下記表に示した結果から、本発明の会合体及び本発明の会合体を含有する潤滑剤組成物は、厚い油膜を形成しながら低いトラクション係数を示すことが分かった。したがって、本発明の会合体及び本発明の会合体を含有する潤滑剤組成物は、摩擦を低減しながら耐摩耗効果を発揮する、優れた流体潤滑性をもつといえる。

Claims (7)

1. 式（１）又は式（１’）で表される化合物と、式（２）で表される化合物との会合体。
   Ａ−Ｘ （１）
   Ａ−Ｙ−Ａ’ （１’）
   Ｂ−Ｚ （２）
   （式中、Ａ、Ａ’及びＢは、同一でも異なっていても良く、置換又は無置換のフェニル基或いは窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群から選ばれるヘテロ原子を少なくとも一つ有する炭素数４〜６の芳香族複素環を表す。
   Ｘ及びＺは、同一でも異なっていても良く、Ｘ，Ｙ及びＺは、ＹとＺとの間で或いはＸとＺとの間で水素結合を形成できる官能基を表す。）
2. 式（１）で表される化合物が、式中Ａが、炭素数１〜１０の直鎖又は分岐アルキル基により置換されているか又は無置換のベンゼンであり、式中Ｘが、-OH、-COOH及びピリジル基からなる群から選ばれる化合物である請求項１記載の会合体。
3. 式（１）で表される化合物が、安息香酸、2-メチル安息香酸、ｐ-ペンチル安息香酸及び2-ヒドロキシピリジンからなる群から選ばれる請求項１又は２記載の会合体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の会合体を含む、摩擦低減剤かつ耐摩耗剤。
5. 請求項１〜３のいずれか１項記載の会合体を含む潤滑剤。
6. 請求項１〜３のいずれか１項記載の会合体と、基油とを含む潤滑剤組成物。
7. さらに添加剤を含有する、請求項６記載の潤滑剤組成物。