JP4094953B2 - 生分解性ポリネオペンチルポリオールをベースとする合成エステルブレンド及びその潤滑剤 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、ポリネオペンチルポリオール（「ＰＮＰ」）エステルをベースとする合成エステルベースストックブレンドに関し、とりわけ、標準的な潤滑剤添加物パッケージとの適合性を増大させ、且つツーストロークエンジンにおける使用に適当な高度生分解性の潤滑剤製剤を提供するために、カップリング剤と混合させたＰＮＰエステルを含むベースストックに関する。

高度生分解性であり、且つガソリンと完全に混和性である潤滑剤組成物の提供が、継続的に求められている。これは特に、ツーストロークエンジン用の潤滑剤に関して云えることである。これらのエンジンは、しばしば、レクリエーション用乗り物、例えばモーターボート、水用のモータースキー（mono-skis）、スノーモービル等において、及び芝用品において使用される小型ガソリンエンジンである。したがって、こうした全ての使用は、汚染を被りやすい、敏感な環境におけるものである。許容される生分解性レベルでないと、排気ガス及び潤滑剤と混合された燃料の漏出は、森林、河川、湖、及び他の水路を汚染してゆくであろう。

ツーストロークエンジン用の潤滑剤が許容可能であるためには、これらは高い粘性率、許容される生分解性、ガソリンとの混和性を提供せねばならず、更に標準的な潤滑剤添加剤パッケージと適合性でなければならない。適切な粘性には、優れた低温流動特性、例えば流動点が約−40℃未満であること、及び−40℃での粘度が36,000cps未満であること、及び引火点が適切に高く、約240℃より高温であることが含まれる。

生分解性は、1979年に経済協力開発機構によって採択された、容認されたModified Sturm試験に類似する、ASTM-5864に準じて測定される。これらの生分解性試験には、試験化合物によって産生されるCO₂の量の測定が含まれるが、これはまた、試験化合物の炭素含量から算出される、該化合物が産生しうるCO₂の理論パーセントとして表される。該試験は、BaCO₃としてトラップされた放出CO₂を測定するために行われ、当業者には良く知られており、ここでは詳細を記すことはしない。しかしながら、一般的に許容されるASTM手順は、参照のためにここに取り込むこととする。

一般的に、ASTM-5864またはModified Sturm試験によって60％を越える生分解性を有する潤滑剤は、許容される生分解特性を有すると考えられる。

分枝鎖合成エステル及びこれより生成される潤滑剤をベースとする生分解性ベースストックの例は、米国特許第5,681,800号に開示されている。ここでは、分枝鎖脂肪酸が所望の粘性、低温特性、潤滑性、生分解性、及び、含まれる添加剤の溶解性を提供する。

米国特許第5,681,800号 米国特許第3,670,013号 米国特許第5,895,778号 米国特許第5,674,822号

こうした生分解性製品が入手可能である一方で、直鎖状の酸をベースとするエステルほど容易には生分解しない分枝鎖の酸のエステルを著しい量で使用することなく、これら全ての望ましい特性を提供する合成エステルベースストックを提供することが、依然として望ましい。

一般的に、本発明によれば、改良された合成生分解性ポリネオペンチルポリオール（「ＰＮＰ」）をベースとするエステルベースストック及び、ここに溶解性であり、従来の添加剤パッケージを含む潤滑剤が提供される。合成エステルベースストックには、該ベースストック中への標準的潤滑剤添加物パッケージの溶解を助けるために、カップリング剤と混合したＰＮＰエステルが含まれる。ＰＮＰエステル及びカップリング剤は、その後さらに、より少量の付加的な、少なくとも一の高分子量の直鎖または分枝鎖エステルとブレンドして良い。付加的な高分子量合成エステルは、直鎖または分枝鎖状のモノカルボン酸のポリオールエステル、直鎖及び／または分枝鎖状モノアルコールのジカルボン酸エステル、直鎖及び／または分枝鎖状モノアルコールの直鎖及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、あるいはこれらの混合物であってよい。

ベースストックのＰＮＰエステル−カップリング剤成分は、ポリネオペンチルポリオールエステル、例えばポリペンタエリスリトールエステル（「ポリＰＥエステル」）とカップリング剤との混合物である。カップリング剤は、炭化水素とポリネオペンチルポリオールエステルとの中間の極性の化合物、例えば約４乃至１６重量％、好ましくは約７乃至１３重量％の酸素含量を有するエステルである。

本発明の好ましい実施態様においては、カップリング剤は、約１８乃至３６の炭素原子を有するジカルボン酸と約６乃至１４の炭素原子を有するモノアルコールとの反応生成物であるエステルである。最も好ましくは、カップリング剤は、ダイマー酸とモノアルコール、例えば2-エチルヘキサノールとのエステル化によって生成される反応生成物であるダイマー酸エステルである。

ＰＮＰエステルは、ＰＮＰエステル−カップリング剤混合物中に、約５５乃至８０重量％で存在する。好ましい潤滑剤ベースストックは、ＰＮＰエステル及びカップリング剤の混合物とブレンドされた付加的エステルを更に含む。付加的エステルは、ベースストックの粘性を調整し、該ブレンドの潤滑性及び流動性を修正するために加えられる。典型的には、潤滑剤ベースストックは、約６５乃至８５重量％のＰＮＰエステル−カップリング剤混合物を含み、付加的エステルは、直鎖状及び／または分枝鎖状のアルコール−ジカルボン酸エステル、ポリオール−直鎖状及び／または分枝鎖状のモノカルボン酸エステル、直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸モノアルコールエステル、あるいは所望によりこれらの混合物である。これらの組成物をベースとする合成エステルブレンドは、その後標準的潤滑剤添加物パッケージと混合されて、生分解性ツーストローク潤滑剤を生成する。

従って、ツーストローク潤滑剤製剤における使用のために適切な、改良された生分解性を有する合成エステルベースストックを提供することが、本発明の目的である。
本発明の別の目的は、ポリネオペンチルポリオールベースの合成エステルをベースとする、改良されたツーストローク潤滑剤ベースストックを提供することである。
本発明の更なる目的は、ポリネオペンチルポリオールエステル及びカップリング剤を含む、改良されたツーストローク潤滑剤ベースストックを提供し、ブレンド中の標準的潤滑剤添加物パッケージの溶解性を増大させることである。

本発明のさらに別の目的は、当該潤滑剤の粘性の調節のために付加的な高分子量エステルと混合して、ポリネオペンチルポリオールエステル及びカップリング剤を含む、改良されたツーストローク潤滑剤ベースストックを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、所望の粘性、低温特性、潤滑性、ガソリンとの混和性、及び最終製剤中の添加物の溶解性を提供する、改良された生分解性ポリネオペンチルポリオールエステルベースの合成エステルブレンドを提供することである。

本発明の更に別の目的及び利点は、一部分は明かであろうし、また一部分は明細書から明らかになるであろう。
このように、本発明は、特徴、特性、並びにこれより説明する組成物において例示されるであろう成分の関係を有する、問題となる組成物を含むものであり、本発明の範囲は、請求項に示されるであろう。

本発明によって調製される生分解性ツーストローク合成エステルベースストック及び潤滑剤は、少なくとも２つの合成エステルを含むブレンドである。これらのエステルは、カップリング剤と混合されたポリネオペンチルポリオール（ＰＮＰ）エステルである。カップリング剤は、ＰＮＰエステルベースの潤滑剤中における、標準的潤滑剤添加物パッケージの溶解性を増大させる分子である。カップリング剤は、炭化水素とポリネオペンチルポリオールエステルとの中間の極性の化合物、例えば約４乃至１６重量％、好ましくは約７乃至１３重量％の酸素含量を有するエステルである。最終ベースストックブレンドの所望の粘度、流動点、引火点、及び他の特性を得るためには、１つ以上の付加的エステル、例えば直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸のポリオールエステル、直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールのジカルボン酸エステル、あるいは、直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、あるいはこれらの混合物を、ＰＮＰエステル−カップリング剤混合物に更に加える。

本発明の好ましい実施態様においては、ベースストックは、ＰＮＰエステル−カップリング剤混合物と下記：
（１）直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸のポリオールエステル、
（２）直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールのジカルボン酸エステル、
（３）直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、
より選択される１つ以上のエステルとのブレンドである。

直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸のポリオールエステルの生成のためのポリオールは、３乃至８の炭素原子を有するものである。使用されるモノアルコールは、約６乃至２２の炭素原子を有するものである。モノカルボン酸は６乃至２０の炭素原子を有し、ジカルボン酸は６乃至１８の炭素原子を有する。

ＰＮＰエステル−カップリング剤混合物には、少なくとも５０重量％のポリネオペンチルポリオールエステルが含まれる。本発明による組成物を調製するために使用されるネオペンチルポリオールは、以下の構造式：

[式中、各Rは、CH₃、C₂H₅、及びCH₂OHからなる群より個別に選択される]
によって表される、少なくとも１つのネオペンチルポリオールである。こうしたネオペンチルポリオールの例には、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ネオペンチルグリコール等が含まれる。本発明の幾つかの実施態様においては、前記ネオペンチルポリオールには、こうしたネオペンチルポリオールがただ１つ含まれる。別の実施態様においては、これは、２つ以上のこうしたネオペンチルポリオールを含む。

好ましくは、ポリネオペンチルポリオールエステルは、ネオペンチルポリオールの部分エステルの混合物と適当なモノカルボン酸との反応生成物である。使用されるネオペンチルポリオールがペンタエリスリトールである場合、反応生成物のポリペンタエリスリトール部分（「ポリPE」）には、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、テトラペンタエリスリトール等が含まれる。反応生成物は、ペンタエリスリトールと、約５乃至１８の炭素原子を有する少なくとも１つのモノカルボン酸とをカルボキシル基に対して過剰のヒドロキシル基の存在下において反応させることによって生成される。次いで、部分エステルを過剰のモノカルボン酸と反応させて、ポリネオペンチルポリオールエステルを得る。最も好ましくは、ポリネオペンチルポリオールエステルの酸部分は、７乃至１０の炭素原子を有し、且つ直鎖状である。本発明の最も好ましい態様においては、ポリネオペンチルポリオールエステルの酸成分は、直鎖状モノカルボン酸、または、約５重量％までまたはこれより少ない分枝鎖状酸を含む直鎖状モノカルボン酸の混合物である。

ポリネオペンチルポリオールエステルのこうした酸には、以下に限定されるものではないが、吉草酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、及びイソステアリン酸が含まれる。好ましくは、直鎖状酸は、ヘプタン（C₇）酸とカプリル−カプリン（C₈-C₁₀）酸との混合物である。カプリル−カプリン酸は、通常は、8炭素原子酸と10炭素原子酸との混合物と認識されるが、実際は、トレース量（一般的に約５重量％未満）のC₆及び約2%未満のC₁₂を含む、C₆乃至C₁₂酸を含む。エステルの調製のために直鎖状の酸のみを使用することにより、生成するポリネオペンチルポリオールエステルの生分解性及び粘性率が増大する。

PNPエステルの生成のための反応の最初の段階は、Leibfriedによって、米国特許第3,670,013号及び同じく譲渡された米国特許第5,895,778号に記載される方法で実行される。いずれの特許の記載も、参照のためにここに取り込むこととする。ここで、ペンタエリスリトールがネオペンチルポリオールである場合、ペンタエリスリトール（272w）と吉草酸（217v）との反応混合物を反応器に仕込み、過剰の吉草酸（38v）を受器に入れて、反応混合物中の吉草酸が一定レベルになることを確実にする。混合物を171℃の温度に加熱し、水（2v）で希釈した濃硫酸（1.0W）を加える。反応混合物を192℃に加熱し、約1.4時間の後に50.5vの水が除去されるまで維持する。生成物のLeibfried分析は、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、及びテトラペンタエリスリトールが34:38:19:8の重量比であることを示す。

この場合には、ポリエリスリトール部分エステルは、ペンタエリスリトールと７乃至１２の炭素原子を有する直鎖状モノカルボン酸との反応混合物であって、カルボキシル基対ヒドロキシル基の当初モル比が約0.25:1乃至約0.5:1である混合物、及び酸触媒物質の有効量を、Leibfried特許に記載されるように反応領域に導入することによって調製される。

本発明によるブレンド中における使用のためにＰＮＰエステルを調製する場合には、ネオペンチルポリオールと選択された酸又は酸混合物とを、強酸触媒の存在下で混合して加熱する。反応は、反応混合物の所望の粘度が達成されるまで継続させる。出発ネオペンチルポリオールがペンタエリスリトールであるこの時点では、該混合物は、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、テトラエリスリトール等の部分エステルを含む。部分エステルのエステル化を完了させるために、過剰の酸または酸混合物を該混合物に加え、その後これを加熱すると、反応水は除去されて酸が反応器に戻る。

酸触媒は、少なくとも１つのエステル化触媒である。酸エステル化触媒の例には、無機酸、好ましくは硫酸、塩酸等、酸の塩、例えばベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、メチルスルホン酸、エチルスルホン酸等が含まれる。反応混合物は、約150℃乃至200℃に加熱し、その一方で酸蒸気及び水蒸気を吸引してポリ（ペンタエリスリトール）部分エステル生成物を得る。

部分エステルをエステル化する前には、中間体生成物は、ネオペンチルポリオールの様々な縮合生成物を含むであろう。ペンタエリスリトールがネオペンチルポリオールである場合には、反応混合物は、市販のジペンタエリスリトール中に一般的に存在する、１０乃至１５重量％よりも著しく多いペンタエリスリトールを含むであろう。カルボキシル基対ヒドロキシル基の当初の比率及び反応条件の選択によって、部分エステル生成物は、以下の表に特定される重量範囲で、下記の成分を含んでいて良い。

（ペンタエリスリトール部分） （重量％）
ペンタエリスリトール 30乃至45
ジペンタエリスリトール 30乃至45
トリ／テトラペンタエリスリトール 20乃至35
その他 3乃至15

ポリネオペンチルポリオールエステルを調製するための、ヘプタノン酸とカプリル−カプリン酸との好ましい混合物の量は、広範囲に変化して良い。最初に、カルボン酸基に対して過剰なヒドロキシル基が存在して、ネオペンチルポリオールのエステル、例えばペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、テトラペンタエリスリトール等の部分エステルを生成する。部分エステルの重合を促進するためには、過剰のヒドロキシル基が必要である。ポリオールに対する酸混合物のモル比は、潤滑剤に望まれる縮合度及び最終的に望まれる粘度によって変化しうる。部分エステルの生成後に、一般的に、ヒドロキシル基に対して10乃至25パーセント過剰の、ヘプタン酸とC₈-C₁₀酸との混合物を反応容器に加えて加熱する。反応の間に反応水が回収され、一方では酸が反応器に戻る。真空の利用は、反応を促進するであろう。ヒドロキシル価が十分に低レベルに低減された場合には、過剰な酸の大部分は真空蒸留によって除去される。残留酸性物は全て、アルカリで中和する。生成するポリネオペンチルポリオールエステルは、以下の実施例１に記載のように乾燥して濾過する。

カップリング剤は、PNPエステルと混合されてPNPエステル−カップリング剤混合物を生成するものであるが、炭化水素とポリネオペンチルポリオールエステルとの中間の極性の化合物、例えば、約4乃至16重量％、好ましくは約7乃至13重量％の酸素含量を有するエステルである。本発明の好ましい実施態様においては、カップリング剤は、約18乃至36の炭素原子を有するジカルボン酸と約6乃至13の炭素原子を有するモノアルコールとの反応生成物であるエステルである。最も好ましくは、カップリング剤は、ダイマー酸とモノアルコール、例えば2-エチルヘキサノールとのエステル化によって生成される反応生成物である、ダイマー酸エステルである。好ましくは、ジカルボン酸は、加熱してダイマー（ディールス−アルダータイプの反応から生成する36炭素の二価酸）を生成させたオレイン酸から調製されるダイマー酸である。36炭素のダイマー酸は、次いで、6乃至13の炭素原子、好ましくは6乃至10の炭素原子を有する分枝状鎖モノアルコールとエステル化される。最も好ましい実施態様においては、モノアルコールは、以下の実施例２に記載のようにジ-2-エチルヘキシルダイマレートを生成する2-エチルヘキサノールである。

ベースストックのための出発PNPエステル−カップリング剤混合物は、ポリネオペンチルポリオールエステルをカップリング剤、例えばダイマー酸エステルと混合することによって生成される。一般的に、少なくとも50重量％、好ましくは55乃至80重量％のポリネオペンチルポリエステルが、約20乃至45重量％のジカルボン酸エステルと混合されてPNPエステル−カップリング剤混合物を生成する。本発明の最も好ましい態様においては、出発PNPエステル−カップリング剤混合物は、重量部として、およそPNPエステル1部対ジカルボン酸エステル3部と、最も好ましいPNPエステル2部対ジカルボン酸エステル1部との間である。従来の潤滑剤添加物パッケージは、一般的にこのPNPベースのエステル混合物中に可溶性である。しかしながら、付加的なエステルをこの混合物にブレンドして、所望の潤滑特性を提供しても良い。

出発PNPエステル−カップリング剤混合物とブレンドされる付加的なエステルは、所望の粘性特性を有するベースストックを生じる。付加的エステルは、（１）直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸のポリオールエステル、（２）直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールのジカルボン酸エステル、（３）直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、または（４）これらの混合物である。一般的に、PNPエステル−カップリング剤混合物は、ベースストックブレンド中に、ベースストックの全重量に基づいて約60乃至90重量％で存在し、付加的なエステルは約10乃至40重量％である。本発明の最も好ましい態様においては、ベースストックはPNPエステル−カップリング剤混合物を、約60乃至85、最も好ましくは約70乃至80重量％の量で含み、残部は付加的エステルである。

付加的エステルは、単一のエステルまたはエステルの混合物であってよい。付加的エステルは、ポリオールと直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸とのエステルであってよい。前記ポリオールは、上述の用にネオペンチルポリオールであって良く、前記モノカルボン酸は約5乃至20、好ましくは6乃至18の炭素原子を有するであろう。ポリオールの好ましい例はトリメチロールプロパンであり、酸の好ましい例はオレイン酸であって、生じるエステルはTMPトリオレエートである。

付加的なエステルはまた、所望の特定の特性によって変化しうるジカルボン酸と直鎖状及び／または分枝鎖状モノアルコールとのエステルであってもよい。該エステルを生成するために使用される分枝鎖状モノアルコールは、約9乃至15の炭素原子を有し、約5乃至12の炭素原子を有するジカルボン酸、例えばセバシン酸及びアジピン酸とエステル化される。好ましいエステルの例は、ジイソトリデシルセバセート及びジイソデシルアジペートである。

付加的なエステルがジイソトリデシルセバセートとジイソデシルアジペートとの混合物である場合、ジイソトリデシルセバセートは、付加的エステル混合物の約50乃至70重量％、好ましくは約55乃至65重量％、最も好ましくは約60重量％の量で存在するであろう。残部は、約30乃至50重量％のジイソデシルアジペート、好ましくは約35乃至45重量％、最も好ましくは約40重量％の付加的エステル混合物である。

前記エステルが、モノアルコールとモノカルボン酸とから生成される場合、前記モノアルコールは約6乃至20の炭素原子を有し、前記モノカルボン酸は約6乃至22の炭素原子を有するであろう。最も好ましい実施態様においては、前記アルコールは2-エチルヘキサノールであり、前記酸はオレイン酸であり、生成するエステルは、2-エチルヘキシルオレエートである。

潤滑剤ベースストックは、ポリネオペンチルポリオールエステル及びカップリング剤混合物を、付加的エステルもしくはエステル混合物とブレンドすることによって調製される。付加的エステルは、10乃至40重量％、好ましくは約20乃至30重量％の量で存在するであろう。本発明の好ましい態様においては、典型的な組成物は下記の通りである。
（エステル） （重量％）
ポリネオペンタエリスリトールC_7-10エステル 50
2-エチルヘキシルダイメレート 25
ジイソトリデシルセバセート 15
ジイソデシルアジペート 10

本発明の別の好ましい実施態様においては、付加的エステルは、16乃至20の炭素原子を有する高分子量モノカルボン酸と、5乃至10の炭素原子を有する分枝鎖状アルコールまたはポリオールとのエステルである。本発明の、この好ましい実施態様においては、付加的なエステルは、2-エチルヘキシルオレエートとトリメチロールプロパントリオレエートとのブレンドである。これらの好ましいエステルが付加的エステルとして使用される場合には、トリメチロールプロパントリオレエートエステルは、付加的エステルの約45乃至75重量％、好ましくは60乃至70重量％の量で存在し、2-エチルヘキシルオレエートは約25乃至55重量％、好ましくは30乃至40重量％である。本発明のこの態様の最も好ましい実施態様においては、ベースストックは以下を含む。
（ポリオールエステル） （重量％）
ポリペンタエリスリトールC_7-10エステル 50
2-エチルヘキシルダイメレート 25
2-エチルヘキシルオレエート 10
トリメチロールプロパントリオレエート 15

本発明によって調製される、エステルベースストックを含む生分解性ツーストローク潤滑剤は、通常の添加物パッケージを合成エステルベースストック中に通常の濃度で混合することによって調製される。適切な潤滑剤添加物パッケージは、米国特許第5,674,822号に詳細に記載されており、その開示はここに参照のために取り込むこととする。こうした添加剤は、一般的に、組成物全重量に基づいて約1乃至15重量％の範囲の量で加えられる。

ツーストローク潤滑剤のためのベースストックとして許容されるためには、前記ベースストックは以下の典型的な記述に見合うべきである。
（所望の特性） （詳細）
水含量（ppm） 500max
外観 透明且つ沈殿物無し
粘度（cSt、100℃にて） 8.5-10.0
粘度（cSt、40℃にて） 45-65
粘度（cSt、-40℃にて） 36,000max
流動点（℃） -35max
引火点（℃） 240min
密度（lbs/gal、15.6℃にて） 7.75-8.00
総酸価、mgKOH/g 0.25max

ツーストロークエンジン用のベースストック及び潤滑剤の鍵となる特徴は、生分解性である。上述のように、ASTM-5864によって測定される生分解性が約60％を越えると、一般的に許容されるとみなされる。全ての場合において、標準的な潤滑剤添加物パッケージは、エステルベースストックブレンド中に適合性でなければならず、更にガソリンと混和性でなければならない。典型的な潤滑剤添加物パッケージは、一般的にポリネオペンチルポリオールエステルと完全に適合性ではない。しかしながら、出発PNPエステルをカップリング剤、例えばジカルボン酸エステルと適切にブレンドすると、添加剤パッケージは前記ブレンドと、ひいてはポリネオペンチルポリオールエステルと十分に適合性になり、これらツーストローク潤滑剤製剤中において、前記添加剤パッケージを大きなパーセンテージで使用することが可能になる。高い粘性率及び低い流動点等の所望の粘性を調整及び提供するため、及び更に、高度の潤滑性、優れた生分解性及び潤滑剤添加物パッケージとの適合性を提供するために、PNPエステル−カップリング剤混合物とブレンドされた付加的エステル混合物が添加される。

本発明は、下記の実施例を参照してよりよく理解されるであろう。全てのパーセンテージは、モル量が表記されていない限りは重量％で示される。これらの実施例は、詳説の目的のためのみに示され、限定的意味に解釈されることを意図しない。

各予備例における反応器には、メカニカルスターラー、熱電対、温度調節器、ディーンスタークトラップ、コンデンサー、窒素スパージャー、及び真空源が取り付けてある。エステル化は、当業者には周知であるエステル化触媒の存在下で実行しても、そうでなくてもよい。

（実施例１）
上述の反応器に、ペンタエリスリトール（1.68モル）、ヘプタン酸（2.46モル）、C₈-C₁₀酸（0.34モル）、及び強酸触媒を、Leibfriedに記載のように仕込んだ。
混合物を約190℃の温度に加熱し、反応水を除去してトラップ中に回収した。還流が起こる温度で真空として、これにより水を除去し、トラップ中に回収された酸を反応器に戻した。

反応混合物の粘度をモニターし、所望の粘度が得られたところで一定量のアルカリを反応器に加え、酸触媒を中和した。この時点で、反応混合物は、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、テトラペンタエリスリトール等の部分エステルからなる。

最初の仕込みと同じ割合に加えて残留ヒドロキシル含量に対して10-15％過剰の、ヘプタン酸及びC₈-C₁₀酸を反応器に加えた。その後容器を約230℃に加熱した。反応の間に、反応水はトラップ中に回収され、一方で酸は反応器に戻った。反応を促進するために真空を適用した。ヒドロキシル価が十分に低い値に減少したところで、過剰な酸の大部分を真空蒸留によって除去した。残留酸性物をアルカリで中和した。生じる生成物を乾燥させ、濾過した。

カルボキシル基対ヒドロキシル基の最初の比率及び反応条件の選択によって、PNPエステル生成物は、下記の表に記載した重量パーセンテージの範囲で、以下の成分を含んで良い。
（ペンタエリスリトール部分） （重量％）
ペンタエリスリトール 30乃至45
ジペンタエリスリトール 30乃至45
トリ／テトラペンタエリスリトール 20乃至35
その他のペンタエリスリトール類 3乃至15

標準的添加剤パッケージをPNPエステルと混合した場合、添加剤パッケージは65℃にて適合性であり、周囲温度及び6℃にて懸濁し、6℃にて2週間の後には僅かな沈殿が生じた。

（実施例２）
2-エチルヘキシルダイメレートエステルカップリング剤は、ダイマー酸と2-エチルヘキサノールとを反応させることによって生成される。約10-15％過剰の2-エチルヘキサノール及びダイマー酸を反応容器に仕込む。容器を加熱すると、反応水はトラップ中に回収され、未反応のアルコールは反応器に戻る。反応を維持するために真空を適用する。酸価が十分に低いレベルに低下したところで、過剰なアルコールの大部分を真空蒸留及び／またはスチームストリッピングによって除去する。生じるエステル生成物を乾燥させ、濾過する。

2-エチルヘキシルダイメレートエステルカップリング剤を、実施例１のPNPエステル生成物と、重量部比として1:2で混合する。2-エチルヘキシルダイメレートとPNPエステルとのこの混合物を、その後更に、実施例１で使用した標準的添加剤パッケージと混合する。このエステルブレンドは、実施例１のように試験したところ、添加剤パッケージと完全に適合性であった。

（実施例３）
ジイソトリデシルセバセートエステルが、セバシン酸とイソトリデシルアルコールとを反応させることによって生成される。約10-15％過剰のイソトリデシルアルコール及びセバシン酸を、反応容器に仕込む。容器を加熱すると、反応水はトラップ中に回収され、未反応のアルコールは反応器に戻る。反応を維持するために真空を適用する。酸価が十分に低いレベルに低下したところで、過剰なアルコールの大部分を真空蒸留及び／またはスチームストリッピングによって除去する。生じるエステル生成物を乾燥させ、濾過する。

（実施例４）
ジイソトリデシルアジペートエステルが、アジピン酸とイソデシルアルコールとを反応させることによって生成される。約10-15％過剰のイソデシルアルコール及びアジピン酸を、反応容器に仕込む。容器を加熱すると、反応水はトラップ中に回収され、未反応のアルコールは反応器に戻る。反応を維持するために真空を適用する。酸価が十分に低いレベルに低下したところで、過剰なアルコールの大部分を真空蒸留及び／またはスチームストリッピングによって除去する。残留酸性物をアルカリで中和する。生じるエステル生成物を乾燥させ、濾過する。

（実施例５）
2-エチルヘキシルオレエートエステルが、オレイン酸と2-エチルヘキサノールとを反応させることによって生成される。約10-15％過剰の2-エチルヘキサノール及びオレイン酸を、反応容器に仕込む。容器を加熱すると、反応水はトラップ中に回収され、未反応のアルコールは反応器に戻る。反応を維持するために真空を適用する。酸価が十分に低いレベルに低下したところで、過剰なアルコールの大部分を真空蒸留及び／またはスチームストリッピングによって除去する。生じるエステル生成物を乾燥させ、濾過する。

（実施例６）
トリメチロールプロパントリオレエートエステルが、オレイン酸と過剰のトリメチロールプロパン（TMP）とを反応させることによって生成される。ポリオール及び酸を、約1:2.6のモル比（即ち、約3当量のヒドロキシル基対2.6当量のカルボキシル基）で反応容器に仕込む。容器を加熱すると、反応の間に反応水がトラップ中に回収される。反応を維持するために真空を適用する。酸価が十分に低いレベルに低下したところで、生じたエステル生成物を乾燥させ、濾過する。

（実施例７）
出発PNP−ダイマー酸混合物を、実施例１で調製したPNPエステル２部と実施例２で調製したダイマー酸エステル１部とを混合することによって調製する。重量にして下記の組成を有する２つのベースストックブレンドを、この出発ブレンドから調製した。これらをそれぞれ、適当な添加物パッケージと混合した後、ASTM-5864に準じて生分解性について評価した。ベースストックブレンドの組成及び該ベースストックから製造した最終ツーストローク潤滑剤の生分解性結果は、以下の通りである。

（エステル） （ブレンドＡ）（ブレンドＢ）
ポリペンタエリスリトールC₇-₁₀エステル 50 50
2-エチルヘキシルダイメレート 25 25
ジイソトリデシルセバセート 15 −
ジイソデシルアジペート 10 −
2-エチルヘキシルオレエート − 10
トリメチロールプロパントリオレエート − 15
（特性）
生分解性 73.6% 65.9%

上記のようなブレンドＡ及びブレンドＢの組成を有するツーストローク潤滑剤のいずれもが、ガソリンに加えた場合及びツーストロークエンジンにおいて使用した場合に、完全に満足のいくものであった。示した通り、いずれのベースストックも、ツーストローク潤滑剤として許容されると見なされる60%をゆうに超える生分解性を示す。

したがって、これまでの記載から明らかにされたものの中でも、上記の目的は効果的に達成されることが判るであろう。また、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、係る上記組成に一定の変更を加えてもよいことから、上記記載に含まれる全ての事項例示的であって、限定的意味に理解されることを意図しない。

請求の範囲は、ここに記載された本発明の包括的及び特定的な特徴の全てを網羅することを企図するが、本発明の範囲の全陳述が、文言として、これらの中間に位置するかのように成されていることも理解されるべきである。
とりわけ、前記請求の範囲において、単数で記載された成分または化合物が、意味上許される限り、適合するこうした成分の混合物を意図することは、理解されるべきである。

Claims (32)

1. 生分解性ツーストロークエンジン潤滑剤エステルベースストック組成物であって、
   （ａ）ポリネオペンチルポリオールエステルを 40乃至60重量部；
   （ｂ）18乃至36の炭素原子を有するジカルボン酸と、6乃至14の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状モノアルコールとの反応によって生成され、完成エステルベースストックと従来のツーストローク潤滑剤添加物との適合性を増進させるものであるジカルボン酸エステルカップリング剤を 15乃至35重量部；及び
   （ｃ）潤滑剤の物理特性を調整するための、下記：
   （１）直鎖状及び／または分枝状モノカルボン酸のポリオールエステル、
   （２） 5乃至12の炭素原子を有するジカルボン酸と直鎖状及び／または分枝状モノアルコールとのジカルボン酸エステル、
   （３）直鎖状及び／または分枝状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、
   （４）これらの混合物、
   からなる群より選択される少なくとも１つの付加的エステルを残量分；
   を含み、全ての重量部が前記ベースストックの全１００重量部に基づく、組成物。
2. 前記ポリネオペンチルポリオールエステルが、
   （i）ネオペンチルポリオールと、5乃至18の炭素原子を有する少なくとも１つの直鎖状及び／または分枝状のモノカルボン酸とを、反応混合物中におけるカルボキシル基対ヒドロキシル基のモル比にして 0.25:1乃至 0.50:1の範囲でヒドロキシル基の過剰量と酸触媒との存在下において反応させて、部分ポリネオペンチルポリオールエステルを生成させる工程、及び
   （ii）前記部分ポリネオペンチルポリオールエステルを、5乃至18の炭素原子を有する少なくとも１つの直鎖状モノカルボン酸の過剰量と反応させて、最終エステル生成物を生成させる工程
   によって生成される、請求項１の組成物。
3. 前記ポリネオペンチルポリオールエステルが、以下の構造式：
   

   

   [式中、各Rは、-CH₃、-C₂H₅、及び-CH₂OHからなる群より個別に選択される]
   によって表されるネオペンチルポリオールから生成されるポリネオペンチルポリオール部分エステルから生成される、請求項１の組成物。
4. 前記ネオペンチルポリオールが、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ネオペンチルグリコール、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項３の組成物。
5. 前記ネオペンチルポリオールが、ペンタエリスリトールである、請求項３の組成物。
6. 前記ポリネオペンチルポリオールエステルが 45乃至55重量部存在し、前記カップリング剤が 20乃至30重量部存在する、請求項１の組成物。
7. 前記カップリング剤を生成させるために反応させたモノアルコールが、6乃至10の炭素原子を有する直鎖状又は分枝鎖状モノアルコールである、請求項１の組成物。
8. 前記カップリング剤を生成させるために反応させたジカルボン酸が、ダイマー酸である、請求項１の組成物。
9. 前記カップリング剤を生成させるために反応させたモノアルコールが、2-エチルヘキサノールである、請求項１の組成物。
10. 前記カップリング剤が、ジ-2-エチルヘキシルダイメレートである、請求項１の組成物。
11. 前記付加的エステルが、直鎖状モノカルボン酸のポリオールエステルである、請求項１の組成物。
12. 前記酸が、6乃至20の炭素原子を有する飽和又は不飽和のモノカルボン酸である、請求項１１の組成物。
13. 前記ポリオールエステルが、ネオペンチルポリオールのエステル化によって生成される、請求項１１の組成物。
14. 前記ネオペンチルポリオールが、トリメチロールプロパンである、請求項１３の組成物。
15. 前記エステルが、トリメチロールプロパントリオレエートである、請求項１３の組成物。
16. 前記付加的エステルが、少なくとも１つの直鎖状及び／または分枝状モノアルコールのジカルボン酸エステルである、請求項１の組成物。
17. 前記付加的エステルを生成させるために反応させたモノアルコールが、6乃至22の炭素原子を有する、請求項１６の組成物。
18. 前記付加的エステルを生成させるために反応させたモノアルコールがイソトリデシルアルコール及びイソデシルアルコールから選択され、前記エステルがジイソトリデシルセバセート、ジイソデシルアジペート、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１７の組成物。
19. 前記付加的エステルが、直鎖状及び／または分枝状モノカルボン酸と直鎖状及び／または分枝状モノアルコールとの反応生成物である、請求項１の組成物。
20. 前記モノアルコールが、6乃至10の炭素原子を有する分枝鎖状モノアルコールである、請求項１９の組成物。
21. 前記分枝鎖状モノアルコールが、2-エチルヘキサノールである、請求項２０の組成物。
22. 前記モノカルボン酸が、6乃至20の炭素原子を有する飽和又は不飽和のモノカルボン酸である、請求項１９の組成物。
23. 前記酸が、オレイン酸である、請求項２２の組成物。
24. 前記モノカルボン酸がオレイン酸であり、前記反応生成物が2-エチルヘキシルオレエートである、請求項１９の組成物。
25. 生分解性ツーストロークエンジン潤滑剤ベースストック組成物であって、
    （ａ）（i）ネオペンチルポリオールと、7乃至12の炭素原子を有する少なくとも１つの直鎖状モノカルボン酸とを、反応混合物中におけるカルボキシル基対ヒドロキシル基のモル比にして 0.25:1乃至 0.50:1の範囲で過剰のヒドロキシル基と酸触媒との存在下において反応させて、部分ポリネオペンチルポリオールエステルを生成させる工程、及び
    （ii）部分ポリネオペンチルポリオールエステルと、7乃至12の炭素原子を有する少なくとも１つの直鎖状モノカルボン酸の過剰量と、更に 5重量％未満の分枝状酸とを反応させてエステル化を完了させる工程
    によって生成された、ポリネオペンチルポリオールエステルを 40乃至60重量％、
    （ｂ）18乃至36の炭素原子を有するジカルボン酸と、6乃至14の炭素原子を有するモノアルコールとの反応によって生成されるカップリング剤を 15乃至35重量％、及び
    （ｃ）下記：
    （１）直鎖状及び／または分枝状モノカルボン酸のポリオールエステル、
    （２） 5乃至12の炭素原子を有するジカルボン酸と直鎖状及び／または分枝状モノアルコールとのジカルボン酸エステル、
    （３）直鎖状及び／または分枝状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、
    （４）これらの混合物、
    からなる群より選択される少なくとも１つの付加的エステルを 15乃至40重量％
    を含み、全ての重量パーセントが前記ベースストックの全重量に基づく、組成物。
26. 前記カップリング剤を生成させるための反応させたモノアルコールが、6乃至10の炭素原子を有するモノアルコールである、請求項２５の組成物。
27. 前記ジカルボン酸エステルが、ダイマー酸エステルである、請求項２５の組成物。
28. 前記カップリング剤が、ジ-2-エチルヘキシルダイメレートである、請求項２５の組成物。
29. ツーストロークエンジンの潤滑化方法であって、
    潤滑化しようとする前記エンジンの可動部品を、ベースストックを含む合成潤滑剤の有効量と接触させる工程を含み、前記ベースストックが
    （ａ）ポリネオペンチルポリオールエステルを 40乃至60重量部；
    （ｂ）18乃至36の炭素原子を有するジカルボン酸と、6乃至14の炭素原子を有する直鎖状または分枝鎖状モノアルコールとの反応によって生成され、完成エステルベースストックと従来のツーストローク潤滑剤添加物との適合性を増進させるエステルカップリング剤を 15乃至35重量部；及び
    （ｃ）潤滑剤の物理特性を調整するための、下記：
    （１）直鎖状及び／または分枝状モノカルボン酸のポリオールエステル、
    （２） 5乃至12の炭素原子を有するジカルボン酸と直鎖状及び／または分枝状モノアルコールとのジカルボン酸エステル、
    （３）直鎖状及び／または分枝状モノアルコールの直鎖状及び／または分枝鎖状モノカルボン酸エステル、
    （４）これらの混合物、
    からなる群より選択される少なくとも１つの付加的エステルを残量分；
    含み、全ての重量部は前記ベースストックの全１００重量部に基づく、方法。
30. 前記ポリネオペンチルポリオールエステルが、
    （i）ネオペンチルポリオールと、5乃至18の炭素原子を有する少なくとも１つの直鎖状及び／または分枝状モノカルボン酸とを、反応混合物中におけるカルボキシル基対ヒドロキシル基のモル比にして 0.25:1乃至 0.50:1の範囲の過剰のヒドロキシル基と酸触媒との存在下において反応させて、部分ポリネオペンチルポリオールエステルを生成させる工程、及び
    （ii）前記部分ポリネオペンチルポリオールエステルを、5乃至18の炭素原子を有する、少なくとも１つの直鎖状モノカルボン酸の過剰量と反応させて、エステル化を完了させる工程
    によって生成される、請求項２９の方法。
31. 前記ベースストックが、およそ下記：
    （エステル） （重量部）
    ポリペンタエリスリトールC_7-10エステル 50
    2-エチルヘキシルダイメレート 25
    ジイソトリデシルセバセート 15
    ジイソデシルアジペート 10
    を含む、請求項２９の方法。
32. 前記ベースストックが、およそ下記：
    （エステル） （重量部）
    ポリペンタエリスリトールC_7-10エステル 50
    2-エチルヘキシルダイメレート 25
    2-エチルヘキシルオレエート 10
    トリメチロールプロパントリオレエート 15
    を含む、請求項２９の方法。