JP5820558B2

JP5820558B2 - 潤滑油組成物

Info

Publication number: JP5820558B2
Application number: JP2006304767A
Authority: JP
Inventors: 博之田崎; 竜司丸山; 好朝藤巻; 哲郎脇園
Original assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Current assignee: Showa Shell Sekiyu KK
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: WO2008055998A1; JP2008120889A

Description

本発明は、効果的な消泡性を有する潤滑油組成物に関する。潤滑油には泡立ち防止性能を付与するために消泡性に優れたポリジメチルシロキサンが通常使用されるが、本発明では潤滑油中に特定の分子量分布を有するポリジメチルシロキサンを適量分散させることにより高速攪拌による発生する泡を効果的かつ安定して除去する技術に関するものである。

最近では自動車を始め、産業用の各種機械類は、小型で効率の高い機械となってきているが、それにつれて、機械類に使用される潤滑油の使用環境が厳しくなっている。

例えば、機械類のコンパクト化が進められるに従い、潤滑油のタンクも小型化し、総油量も少量化する。また、循環用ポンプがギヤポンプからベーンポンプに代わり、潤滑油は高せん断を受けやすくなり、フィルターの保持サイズも小径化するという傾向になってきている。特に油圧系の高速レスポンス制御に伴って，サーボバルブの異物の噛みこみを防止するために，使用されるフィルターのポアサイズはますます細かくなってきている。また省燃費化を目指すため油の低粘度化が取り入れられてきている。その結果、オイルの受けるストレスは大きくなり、劣化速度が速くなって、潤滑性能ばかりでなく消泡性能が早期に失われるようになってきた。

具体的には、オイルタンクからの油面上昇による泡の吹き出し、あるいは高圧ポンプにおける空気巻き込みによるキャビテーションによって、不快な異常音などが発生する。特に、自動車の場合は変速機から発生する泡が原因となって、潤滑油がエンジン室内に噴出することがあり、火災の発生の危険が生じる。

自動車の分野の例では、高品質化に伴って、静音化は重要な位置付けになって来ており、上記の如く変速機から不快な異常音が発生すると自動車そのものの商品価値が下がるばかりでなく、泡が潤滑部分に巻き込まれて焼き付き、摩耗を起こすこともあるため、この点からも長期に消泡性を維持することが潤滑油に求められるようになってきている。

また、工業分野の機械製造工場の例では、コスト節減の観点から、装置組み付け時に充填し、完成試験を実施した製品から、充填油を抜き取りフィルターを介して充填タンクに戻し、再利用することも行われるようになってきている。このような状況下では、ジメチルポリシロキサン系の消泡剤の効果が、持続しにくくなる傾向があり、潤滑油の一層の性能向上が望まれている。

このように消泡性は重要性を増してきているが、高速回転、高温という使用条件においては、空気を吹き込んで泡立てて試験するＪＩＳＫ２５１８に規定されている泡立ち試験では良好と判断された潤滑油であっても、消泡性不良による機器の損傷というような例が見られるようになってきた。このようにＪＩＳ評価の結果と実機での評価とが不一致であることは、例えば、特許文献１に報告されている。

また、潤滑油の消泡性についての一般的な知識は非特許文献１及び２に詳しいので参照されたい。
特開平１０−１７０５０６号公報岡田美津男著、「潤滑油の消泡」、油化学、４２巻１０号（１９９３）、８０７〜８１０頁高野信之著、「潤滑油の泡立ちについて」、潤滑、２５巻４号（１９８０）、２１９〜２２３頁

本発明は、上記観点からなされたもので、潤滑油組成物において、高速攪拌により発生する油面上の泡に対する消泡効果と優れた消泡性を維持できる潤滑油組成物を提供しようとするものである。

本発明者等は、鋭意検討した結果、潤滑油中に特定の分子量分布を有するポリジメチルシロキサンを適量分散させることにより高速攪拌による発生する泡を効果的かつ安定して除去することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、基油とポリジメチルシロキサンとを含む潤滑油組成物であって、ポリジメチルシロキサンの分子量分布がゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定してポリスチレン換算でｌｏｇＭ≧４．２部分の含有量が８４％以上であり且つｌｏｇＭ≦３．１部分の含有量が３％以下であり、２５℃における動粘度が１０，０００〜６０，０００ｍｍ^２／ｓであることを特徴とする潤滑油組成物にある。

本発明の潤滑油組成物は、２５℃における動粘度が１０，０００〜６０，０００ｍｍ^２／ｓであるポリジメチルシロキサンの分子量分布を特定の範囲にし、当該ポリジメチルシロキサンを特定の添加量で潤滑油中に配合することによって、高速攪拌する発泡の激しい条件下でも安定した消泡性を示す顕著な効果を有する。

本発明は、潤滑油中に、消泡剤として２５℃における粘度が１０，０００〜６０，０００ｍｍ^２／ｓでその分子量分布がポリスチレン換算でｌｏｇＭ≧４．２の部分が８４％以上で且つｌｏｇＭ≦３．１の部分が３％以下であるポリジメチルシロキサンをＳｉ換算で３〜２０質量ｐｐｍ配合することによって、高速攪拌にも耐えうる消泡性を兼ね備えた潤滑油組成物とするものである。

また、例えば、自動変速機油のような過酷な条件下での、消泡性能の顕著な劣化現象は、潤滑油中の消泡剤成分の量的あるいは質的変化によるものと考えられ、その原因として、潤滑油の循環ラインに装備されるストレーナー（フィルター）による消泡剤の捕集あるいは、高速攪拌による消泡剤飛散による成分の偏在化などが考えられるが、詳細は不明である。この劣化した潤滑油をＪＩＳＫ２５１８記載の泡立ち試験を行ってみても消泡性はむしろ良好と評価され、現状の問題を反映していない。

そこでＪＩＳＫ２５１８に代わる泡立ち性の評価方法として後述するホモジナイザー法による泡立ち試験を考案し、また、潤滑油の消泡剤劣化の加速試験としてフィルター通過による評価方法を考案、検討し、本発明の潤滑油組成物が高温かつ高速攪拌が行われる条件でも最適な性能を示すことを確認した。

本発明の潤滑油組成物における、基油として鉱油、合成油、これらの適宜の混合物が用いられる。この鉱油や合成油は、一般に油圧油やＡＴＦ等の基油として用いられているものであればよく、特に制限はない。

こうした鉱油系基油としては、具体的には、原油を常圧蒸留して得られる常圧残油を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、水素化精製等の処理を１つ以上行って精製したもの、あるいはワックス異性化鉱油、フィッシャートロプシュプロセス等により製造されるＧＴＬＷＡＸ（ガストゥリキッドワックス）を異性化する手法で製造される潤滑油基油等が例示できる。

また、合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン（ＰＡＯ）、α−オレフィンコポリマー、ポリブテン、アルキルベンゼン、ポリオールエステル、二塩基酸エステル、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、ヒンダードエステル、シリコーンオイルなどを挙げることができる。上記のように、これらの合成油は、それぞれ単独で、あるいは二種以上を組み合わせて使用することができ、さらに鉱油と合成油を組み合わせて使用することができる。

上記基油は、高速で攪拌される条件であり、攪拌抵抗を低くするという観点から、比較的低い粘度の潤滑油を望まれることより、通常は１００℃における動粘度が１〜５０ｍｍ^２／ｓ、特に２〜１０ｍｍ^２／ｓの範囲にあるものが好適である。また温度変化に対して粘度変化が小さいものを望まれるため粘度指数ＶＩは１３０〜２００が望ましい。

この基油の％Ｃ_Ａは、酸化安定性の点から２０以下であるものが好ましく、更に１０以下であるものが好ましい。また、低温流動性の指標である流動点については特に制限はないが、−１０℃以下であるのが好ましく、特に−１５℃以下であるものが好ましい。

本発明の潤滑油組成物を構成する消泡剤のポリジメチルシロキサンは、下記式（Ｉ）で表される。

（上記式Ｉにおいて、ｎは正の整数である。）
上記ポリジメチルシロキサンは、２５℃における動粘度が約１０，０００〜６０，０００ｍｍ^２／ｓ程度が好ましい。さらにそれらの分子量分布がポリスチレン換算でｌｏｇＭ≧４．２の部分が８４%以上且つｌｏｇＭ≦３．１の部分が３%以下であるものを消泡剤として使用すると優れた高速攪拌に対しても消泡性を示す。

このポリジメチルシロキサンは、単独で、あるいは上記の分子量分布を満足させることが可能であれば粘度の異なった二種以上のものを組み合わせて使用することもできる。

その使用量については、基油に、組成物全質量を基準として、Ｓｉ換算で約３〜２０質量ｐｐｍの割合で配合される。３質量ｐｐｍ未満では消泡性の効果がでない場合があり、２０質量ｐｐｍを超えると潤滑油組成物が濁る等の逆に消泡効果に悪影響を与える場合がある。より好ましくは、約６〜１０質量ｐｐｍの範囲である。

本発明の潤滑油組成物は、上記したように基油に、ポリジメチルシロキサン成分を配合することにより得られるが、さらに潤滑油の用途に応じて、その特性向上のために通常使用される金属系清浄剤、無灰系分散剤、酸化防止剤、摩擦調整剤、金属不活性化剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤などの公知の添加剤を、本発明の目的を阻害しない範囲で適宜配合することができる。

これらの追加的な添加剤は、組成物全質量基準で、通常、約０．０５〜２５質量％程度の範囲にすることが好ましい。

上に記したポリジメチルシロキサンを潤滑油に配合する場合、添加量が極少量の為、予め溶剤に稀釈・分散させてから配合するようにすると調製を行いやすい。

この稀釈溶液は、ポリジメチルシロキサンに必要量溶剤を加えて、攪拌機によって攪拌し完全に溶解したものを使用する。

溶液とする事で濃度調整が容易になり、この稀釈液の濃度の不均一化を防ぐ事により作成した稀釈液を保管する事ができる。

上記稀釈・分散用の溶剤は，ポリジメチルシロキサンを溶解し、容易に溶解するようなもので、製品性状に悪影響を及ぼさないものを選択する。

こうした溶剤としては、例えば、ＪＩＳＫ２２０３に規定される灯油等が挙げられる。

また、添加する際には油温を上げ、十分な撹拌状態の中でき稀釈溶液を少量ずつ添加する事でポリジメチルシロキサンが細かく分散する事ができる。

こうした操作によって作成された潤滑油組成物は、ポリジメチルシロキサンが潤滑油組成物中に細かく分散されているので、同じ添加量であっても粒子数が増加する結果、潤滑油組成物から発生する泡と接触する確率が増え、これによって消泡効果を効果的に発揮することができる。

本発明の潤滑油組成物は、例えば、ギヤ油、自動変速機油、ＣＶＴ自動変速機油、油圧作動油、エンジン油等に使用できる。

＜ホモジナイザー法による試験＞
上述したように、本発明者等は、ＪＩＳＫ２５１８泡立ち試験法に代わる、泡立ち試験法としてホモジナイザー法による泡立ち試験法を考案したので以下に詳細に説明する。

（試験装置）
図１はホモジナイザー法の試験装置の例示である。したがって、同様の機能を有する装置は、本発明の潤滑油を評価するために使用できる。図１を参照しながら試験装置を説明すると、試験装置は、ホモジナイザー１（例えば、IKA^(R) Labortechnik社製 Ultra-Turaax T25 、ジェネレーターシャフト２（例えば、IKA^(R) Labortechnik社製 S-25N-25F）、熱電対３（Ｋタイプなど少なくとも１４０℃まで測定可能なもの）、シリンダ４（例えば、ガラス製高さ２０〜１６０ｍｍ(１ｍｍ毎)目盛り付き内径φ３６ｍｍ厚み２ｍｍ高さ２００ｍｍ目盛りは液面高さ（ｍｍ）を測るものであり、読みは体積（ｍｍｌ）とはならない。）、クランプ５（シリンダ固定用）、ヒーター６（上記シリンダに油を入れたとき、１４０℃まで油温を加熱するのに十分な電気容量のあるもの）、ラボジャッキ７（上記ヒーターを乗せて、昇降可能なもの油温が試験温度に近い場合ヒーター出力だけでは微調整が難しい為、ヒーターを昇降しシリンダと直接接触しないようにして調整する。測定時は攪拌による発熱量を知るためヒーターを降ろしておく）及びスタンド８、９（ホモジナイザーおよびシリンダを固定できるもの）から構成される。

（試験手順）
試料油を室温においてシリンダの目盛りで５５ｍｍの位置まで採取（容量で６２．５ｍｌに相当）し、図１に示すように配置する。ホモジナイザーの位置をジェネレーターシャフト先端がシリンダ目盛り２０ｍｍの位置になるように合わせる。このとき熱電対先端が油面から約１ｃｍ下に浸漬するように固定する。試料を測定温度に昇温するため、ホモジナイザーを８０００ｍｉｎ^−１で攪拌させながらヒーターで加熱する。温度微調整のためヒーターの電気的制御以外に、ラボジャッキを昇降してシリンダとヒーターに間隔を作りその距離を調整することにより所定の目的測定温度に維持するようにする。ホモジナイザーを停止し、その測定温度での油面位置をｍｍ単位で記録した後、再びホモジナイザーを８０００ｍｉｎ^−１で攪拌させ、所定の測定温度に達していることを確認したら、ヒーターを外し、ホモジナイザーを一旦停止し、油面の泡の量をｍｍ単位で読む、その後、回転数を２００００ｍｉｎ^−１に設定して運転し1分間攪拌する。停止後３秒後の泡立ち面の位置を記録する。温度均一化のために８０００min^-1で攪拌する操作によって発生した泡の量は、ホモジナイザー停止後、通常直ちに２ｍｍ以下の値になり、消泡試験結果に影響を与えることはない。

試験温度における泡立ち量は、下式

により算出する。

（測定条件および判断基準）
ＪＩＳＫ２５１８シーケンス２の測定温度９３．５℃よりも高い１２０℃および１３０℃の温度条件で測定する。消泡剤無添加潤滑油をこのホモジナイザー法による泡立ち試験法により泡立ち量を測定した値を基準値とし、この基準値よりも２０％以上の改善が見られたものについて消泡剤の効果があると評価する。

表１に下記の表４に示した消泡剤無添加潤滑油を対照基準とした１２０℃及び１３０℃における合否判定ラインを例示する。参考としてＪＩＳＫ２５１８シーケンス２の測定結果も付記する

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

表３に記載のポリジメチルシロキサン６種類（Ａ〜Ｆ）を、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて分子量分布分析を行った。

ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）測定の試験は、試料を移動相(ＴＨＦ)で０．２％溶液に調整した液を測定溶液とし、以下の表２に示す条件で消泡剤Ａ〜Ｆの測定を行った。

上記の消泡剤A〜Fを下記表４記載の消泡剤無添加潤滑油に添加し、実施例１と２及び比較例１〜４を調製し、これらの試料油について、ホモジナイザー法による泡立ち試験及びＪＩＳＫ２５１８泡立ち試験を行った。結果を表５に示す。

上記の比較例４の結果から分かるようにＪＩＳＫ２５１８では合格となるものでもホモジナイザー試験では不合格となる消泡剤があることがわかる。

試料油の加速劣化試験をのため、試料油を下記に示すフィルターに通し、ろ過後の試料油について消泡性を試験した。

フィルター（MIXセルロース製φ４７ｍｍ保持粒径０．８μｍアドバンテック品）を使用し、ＪＩＳＢ９９３１「質量法による作動油汚染の測定方法」の装置を使用して、試料油をろ過して、ろ過液を収集し、ろ過後試料油とした。

ろ過は試料油２００ｍｌを上記フィルターに通じて1回目のろ過をした後、フィルターを交換して計２回ろ過した試料油について、泡立ち試験（ホモジナイザー法）を行った。結果を表６に示した。

ホモジナイザー試験の結果から分かるように、消泡剤の動粘度が高ければ良いというわけではない。また、消泡剤を添加しても改悪される例もある。ＪＩＳＫ２５１８とは結果は相関せず、ろ過処理をした潤滑油でも消泡剤を添加していれば良好な結果となる。
実施例は高温（１２０〜１３０℃）において比較例と比較して、顕著に良好な消泡性能を示した。

同じ動粘度の消泡剤でも効果が異なり、本発明の分子量分布を有するポリジメチルシロキサン消泡剤のみが良好な結果を示すことが分かる。

ホモジナイザー法の試験装置を示す。

符号の説明

１ホモジナイザー
２ジェネレーターシャフト
３熱電対
４シリンダ
５クランプ
６ヒーター
７ラボジャッキ
８、９スタンド

Claims

基油と消泡剤として潤滑油組成物全質量を基準にＳｉ換算で３質量ｐｐｍ〜２０質量ｐｐｍの範囲内で添加するポリジメチルシロキサンとを含む、粒径０．８μｍまでの異物を保持できるフィルターを有する自動変速機用潤滑油組成物であって、ポリジメチルシロキサンの分子量分布がゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定してポリスチレン換算でｌｏｇ_１０Ｍ≧４．２部分の含有量が８４％以上であり且つｌｏｇ_１０Ｍ≦３．１部分の含有量が３％以下であり、ポリジメチルシロキサンの２５℃における動粘度が３０，０００〜６０，０００ｍｍ^２／ｓであり、前記潤滑油組成物の１００℃における動粘度が１〜５０ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数ＶＩが１３０〜２３０であり、前記潤滑油組成物を保持粒径０．８μｍのセルロース製フィルターによりろ過した試料を１２０℃および１３０℃におけるホモジナイザー法による泡立ち試験において下式：

を用いて算出した泡立ち量が前記消泡剤を添加しない前記潤滑油組成物を基準として泡立ち量が１２０℃および１３０℃において２０％以上優れていることを特徴とする潤滑油組成物。