JP6033138B2 - 複合ポリエステル組成物及び潤滑剤 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来のポリエステル組成物を含む潤滑剤は、必要とされる潤滑性能を十分に発揮することができないということが本発明者らの検討により明らかとなった。特に、極圧条件といった過酷条件下において、十分な潤滑性能を発揮することができず、さらなる改良が求められていた。
さらに本発明者らは、このようなポリエステルを含む複合ポリエステル組成物は、通常条件下のみならず極圧条件下においても優れた潤滑性能を発揮し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[2]前記多価カルボン酸は、3つ以上カルボキシル基を含むことを特徴とする[1]に記載の複合ポリエステル組成物。
[3]前記ポリエステルの少なくとも1種は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする[1]に記載の複合ポリエステル組成物。
[4]前記一般式(1)において、nは3または4の整数であることを特徴とする[3]に記載の複合ポリエステル組成物。
[5]前記一般式(1)において、Rの炭素数は、2以上であることを特徴とする[3]又は[4]に記載の複合ポリエステル組成物。
[6]前記一般式(1)において、Rは、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素からなる原子団であることを特徴とする[3]〜[5]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物。
[7]前記一般式(1)において、R2の炭素数は、2以上であることを特徴とする[3]〜[6]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物。
[8]前記一般式(1)において、R2は、分岐アルキル基又鎖中にエーテル結合を含むアルキル基であることを特徴とする[3]〜[7]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物。
[9]40℃における粘度が50〜1650mPasであることを特徴とする[1]〜[8]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物。
[10][1]〜[9]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物と、摩耗防止剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄剤、分散剤,流動、硬化剤、腐食防止剤、シール適合剤、消泡剤、錆防止剤、腐食防止剤、摩擦調整剤、及び増ちょう剤から選択される1種又は2種以上の添加剤とを含有する組成物。
[11][1]〜[9]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物、又は[10]に記載の組成物と、鉱物油、油脂化合物、ポリオレフィン油、シリコーン油、パーフルオロポリエーテル油、芳香族エステル油、及びポリオールエステル潤滑油から選択される1種又は2種以上の媒体とを少なくとも含有することを特徴とする組成物。
[12][1]〜[9]のいずれかに記載の複合ポリエステル組成物、又は[10]又は[11]に記載の組成物を含むことを特徴とする潤滑剤。
[13]グリース用潤滑油、離型剤、内燃機関用エンジンオイル、金属加工用(切削用)オイル、軸受け用オイル、燃焼機関用燃料、車両エンジン油、ギヤ油、自動車用作動油、船舶・航空機用潤滑油、マシン油,タービン油、軸受用オイル、油圧作動油、圧縮機・真空ポンプ油、冷凍機油、金属加工用潤滑油剤、磁気記録媒体用潤滑剤、マイクロマシン用潤滑剤、人工骨用潤滑剤、ショックアブソーバ油又は圧延油として用いられることを特徴とする[12]に記載の潤滑剤。
[14]少なくとも2つのカルボキシル基を含む多価カルボン酸と、ダイマージオールと、モノカルボン酸とを混合し混合物を得る工程と、前記混合物を脱水縮合する工程を含み、前記多価カルボン酸の炭素数が18以下であることを特徴とする複合ポリエステル組成物の製造方法。
[15]前記混合物を得る工程は、前記多価カルボン酸に対して、前記ダイマージオールを混合する当量比が1〜3となり、前記モノカルボン酸を混合する当量比が0.5〜3となるように混合する工程であることを特徴とする[14]に記載の複合ポリエステル組成物の製造方法。
[16]前記脱水縮合する工程は、前記混合物に対して1〜25質量%の、沸点110〜160℃の炭化水素系溶剤を添加し、水を共沸させつつ、脱水縮合を進行させる工程を含むことを特徴とする[14]または[15]に記載の複合ポリエステル組成物の製造方法。
本発明は、所定のポリエステルを含む複合ポリエステル組成物に関する。本発明の複合ポリエステル組成物は、少なくとも2つのカルボキシル基を含む多価カルボン酸と、ダイマージオールと、モノカルボン酸とを縮合させることにより得られるポリエステルを含む。また、多価カルボン酸の炭素数は18以下である。
多価カルボン酸の炭素数は、5以上であることが好ましく、6以上であることがより好ましい。また、多価カルボン酸の炭素数は、18以下であり、16以下であることが好ましく、14以下であることがより好ましい。
なお、ダイマージオールの炭素数は24〜48個であることが好ましく、28〜44個であることがより好ましく、32〜40個であることがさらに好ましい。
ダイマージオールの代表的なものとしては、商品名Pripol 2033 (Croda社製)、商品名KX−501(荒川化学工業製)、商品名 Sovermol 650NS (BASF社製)、Sovermol 918(BASF社製)等がある。
また、炭素数2〜36個の1価の不飽和脂肪酸としては、リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、リノール酸、アラキドン酸、オレイン酸、エライジン酸、エルカ酸等を挙げることができる。
また、一般式(3)中、Rは、炭素数が14以下の4価の原子団を表す。R1はダイマージオールの残基を表す。R2は置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいヘテロアリール基を表す。
R1で表されるダイマージオールの残基の炭素数は24〜48であることが好ましく、28〜44であることがより好ましく、32〜40であることがさらに好ましい。
所定のポリエステルと、軽質分との比率は、後述する製法において、3つの原料の仕込み比率でコントロールすることで達成することができる。また軽質分を蒸留等で分離し、残存したポリエステルと任意の比率で混合することで好ましい範囲に調整することもできる。
なお、所定のポリエステルと、ダイマージオールを含む軽質分との組成比率は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を測定することで算出することができる。軽質分は、GPC分析のピークがシャープに出現し、その強度が大きいことから、判別しやすい。
また、ポリエステル中のCOOHを消失させる処理を行ってもよい。例えば、ジアゾメタンなどで処理してエステル化することができる。
本発明の複合ポリエステル組成物は、上述した多価カルボン酸、ダイマージオール及びモノカルボン酸の少なくとも3つの原料を仕込んで、脱水縮合させることにより得ることができる。すなわち、本発明の複合ポリエステル組成物の製造方法は、少なくとも2つのカルボキシル基を含む多価カルボン酸と、ダイマージオールと、モノカルボン酸とを混合し混合物を得る工程と、混合物を脱水縮合する工程を含む。なお、製造工程では、2つの原料(例えば、多価カルボン酸とダイマージオール、またはダイマージオールとモノカルボン酸)を先に反応させた後に、残りの原料を反応させることとしてもよい。
本発明は、複合ポリエステル組成物を少なくとも含有する組成物に関するものとしてもよい。例えば、組成物には、本発明の複合ポリエステル組成物と各種添加剤及び/または媒体を添加することができる。
添加剤としては、例えば、摩耗防止剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄剤、分散剤,流動、硬化剤、腐食防止剤、シール適合剤、消泡剤、錆防止剤、腐食防止剤、摩擦調整剤、及び増ちょう剤から選択される1種又は2種以上を挙げることができる。
このような添加剤を添加することにより、摩耗抑制等の潤滑剤としての好ましい機能を付与することができる。本発明において用いることができる潤滑剤については、特開2011−89106号公報の段落〔0098〕〜〔0165〕の記載を参照することができる。
本発明において、「媒体」とは、一般的に「流動性液体」とよばれる媒体の全てを意味するものである。但し、室温又は使用される温度において、液状であることは必要とせず、液体以外にも固体及びゲル等のいずれの形態の材料も利用することができる。本発明において利用する媒体については特に制限はなく、用途に応じて種々の液体から選択することができる。本発明において用いることができる媒体については、特開2011−89106号公報の段落〔0067〕〜〔0096〕の記載を参照することができる。
本発明の組成物は、40℃での粘度が1650mPa・s以下であるのが好ましく、1200mPa・s以下であることがより好ましく、1000mPa・s以下であることがさらに好ましい。粘性は小さいほど低燃費に寄与し、好ましいが、使用する基油の粘度、本発明の化合物の構造、添加量、共存添加剤により大きく変化し、使用環境により適正な粘性が求められるため、それに合わせることが必要である。しかし、本発明は、現行技術における粘度指数向上剤による高温や極圧条件下での基油の低粘性化の抑制を必要としないため、粘度指数向上剤の添加ゆえの低温での高粘性化は起こらないため、低粘性基油の効果が直接的に燃費に寄与することになることが特徴の一つでもある。
なお、現行の潤滑油は、通常、リン、硫黄、重金属を含んでいる。燃料と共に潤滑油も燃焼する2ストロークエンジンに用いられる潤滑油は、環境負荷を配慮して、リンと重金属は含まれないが、硫黄は4ストロークエンジンに用いられる潤滑油の半分量程度含まれている。即ち、現行の潤滑技術では、最低でも硫黄分による境界潤滑膜の形成は必須であると推察されるが、硫黄元素を含んでいることによって、排気ガス浄化のための触媒への負荷は非常に大きい。この排気ガス浄化触媒には、プラチナやニッケルが使用されているが、リンや硫黄の被毒作用は大きな問題になっている。その点からも潤滑油の組成物を構成する元素が、炭素、水素、酸素及び窒素だけからなることのメリットは非常に大きい。さらに炭素、水素、酸素だけからなることはエンジンオイル以外の産業機械、特に食品製造関連機器の潤滑油には最適である。現行技術では、摩擦係数を犠牲にして環境に配慮した元素組成をとっている。これは、冷却のために大量の水を必要とする金属の切削・加工用潤滑油にも非常に好ましい技術である。
本発明の組成物は、複合ポリエステル組成物を、油性媒体中もしくは水性媒体中に添加し、溶解及び/又は分散させることで調製することができる。溶解及び/又は分散は、加温下で行ってもよい。複合ポリエステル組成物の添加量は、油性媒体の質量に対して、10質量%以上で添加されるのが好ましい。但し、この範囲に限定されるものではなく、上記化合物が、摩擦低減作用を示すのに充分な量であれば、上記範囲外であってもよい。
本発明の組成物は、潤滑剤として有用である。すなわち、本発明は、上述した複合ポリエステル組成物又は上述した組成物を含む潤滑剤に関するものでもある。
本発明の潤滑剤は、例えば、2つの摺動面間に供給され、摩擦を低減するために用いることができる。本発明の組成物は、摺動面に皮膜を形成し得る。摺動面の材質としては、鋼鉄では、具体的には、機械構造用炭素鋼、ニッケルクロム鋼材・ニッケルクロムモリブデン鋼材・クロム鋼材・クロムモリブデン鋼材・アルミニウムクロムモリブデン鋼材などの構造機械用合金鋼、ステンレス鋼、マルチエージング鋼などが挙げられる。
なお、摺動面の材質については、特開2011−89106号公報の段落〔0168〕〜〔0175〕の記載を参照することができる。
また各種グリース用潤滑油、磁気記録媒体用潤滑剤、マイクロマシン用潤滑剤や人工骨用潤滑剤等に利用することができる。また、組成物の元素組成を炭水化物とすることができるため、例えば、乳化、分散化、可溶化剤としてケーキミックス、サラダドレッシング、ショートニングオイル、チョコレート等に広く利用されている、ポリオキシエチレンエーテルを含むソルビタン脂肪酸エステルを食用油を基油とした組成物を潤滑油とすることで、全く人体に無害の高性能潤滑油を食品製造ラインの製造機器や医療機器部材の潤滑に用いることができる。
さらに、本発明の組成物を水系に乳化して分散したり、極性溶媒中や樹脂媒体中に分散することで、切削油や圧延油として用いることができる。
また、衣料などの繊維製品に予め練り込んだり、塗布することにより、該繊維製品に付着した汚れの離脱を促進して繊維製品の汚れを防止する防汚剤としても用いることができる。
<ダイマージオール>
本発明にて使用するダイマージオールは例えば不飽和脂肪酸の二量体であるダイマー酸を水素化して得られる両末端脂肪族ジオール(CAS番号256642−32−7,CAS番号157961−21−6)、或いはZ体の9−オクタデセン−1−オールを2量化して得られる両末端脂肪族ジオール(CAS番号7313−30−6)等である。ダイマージオールの製法はこれらに限定されるものではない。代表的なものとして商品名Pripol 2033 (Croda社製)、商品名KX−501(荒川化学工業製)、商品名 Sovermol 650NS (BASF社製)、Sovermol 918 (BASF社製)等がある。実施例1〜25では、ダイマージオールとして、Sovermol 650NS(S−650NS)を用いた。
本発明の実施例で用いた多価カルボン酸は下記のものである。
本発明の実施例で用いたモノカルボン酸は下記のものである。
表1に記載したダイマージオールと、多価カルボン酸、モノカルボン酸を、表1に記載した質量部となるように、ディーンスターク脱水装置がついた反応容器に仕込んだ。その後、液温160〜200℃で12時間攪拌した。攪拌中に水が発生し、5質量部の水が除去された。室温まで放冷し、黄色透明の液状物としてポリエステル組成物(PEE1〜81)を得た。
なお、実施例1〜25では、ダイマージオールとして、Sovermol 650NSを用いたが、代わりにPripol 2033(Croda社製)を使っても同様のものが得られた。
実施例1〜25で得られた各々のポリエステル組成物(PEE1〜81)と鉱油(100ニュートラル油、100℃における粘度4.4mm/s2)とを、質量比率で、25/75で混合し、金属系清浄剤としてカルシウムスルホネート2.0質量%を含有する潤滑剤を調製した。潤滑剤の摩擦係数を下記の方法により測定した。
極圧条件下を想定した評価は、振動型摩擦摩耗試験機(Optimol Instruments Prueftechnik GmbH社製、商品名:SRV 4)を用いて、振動数100Hz、振幅2.0mm、荷重30N、温度65℃、試験片:点接触(ボール)、試験時間30分において摩擦係数を測定することにより行った。
一般的に、極圧条件下を想定して得られた摩擦係数は、通常の流体潤滑領域や弾性流体潤滑領域における摩擦係数よりも大きな値として得られる。このため、極圧条件下の摩擦係数が小さく、下記の評価が良好なものは、当然、通常の流体潤滑領域や弾性流体潤滑領域における摩擦係数が小さく、評価は良好である。極圧条件を想定したSRV4試験機による摩擦係数の評価結果を下記表1に示す。
Aランク:摩擦係数<0.05
Bランク:0.05≦摩擦係数<0.06
Cランク:0.06≦摩擦係数<0.07
Dランク:摩擦係数≧0.07
実施例1のポリエステル組成物に代えて、比較例1では特開2002−241777の実施例1に記載の化合物(CO−1)を用いた。特開2002−241777の実施例1に記載の化合物は、水添ダイマージオール(炭素数34〜38個のダイマージオール)(DD−C1)と、2−エチルヘキサン酸(MC−C1)と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸(MC−C2)の重縮合物である。
上記の化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、複合ポリエステル組成物をそれぞれ調製し、同様に摩擦係数を測定した。結果を表1に示す。
実施例1のポリエステル組成物に代えて、比較例2では、特開2002−241777の実施例7に記載の化合物(CO−2)を用いた。特開2002−241777の実施例7に記載の化合物は、水添ダイマージオール(炭素数36個のダイマージオール)(DD−C2)と、水添ダイマー酸(炭素数36個のダイマー酸)(PC−C2)と、イソトリデカン酸(MC−C3)の重縮合物である。
上記の化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして、複合ポリエステル組成物をそれぞれ調製し、同様に摩擦係数を測定した。結果を表1に示す。
一方、比較例1および2の複合ポリエステル組成物の極圧条件下の摩擦係数は大きくなっていることがわかる。すなわち、比較例1および2の複合ポリエステル組成物は、極圧条件下で優れた潤滑性能を発揮することができない。
なお、実施例7〜12、15及び16、22〜25では、多価カルボン酸として3価以上の非芳香族を用いており、モノカルボン酸として、分岐アルキル基、エーテル結合を有する非芳香族を用いているため、複合ポリエステル組成物の摩擦係数が0.05未満となっており、より良好な潤滑性能を発揮し得ることがわかる。
Claims (13)
- 3つ以上のカルボキシル基を含み炭素数が18以下の多価カルボン酸と、ダイマージオールと、モノカルボン酸とを縮合させることにより得られるポリエステルを含む複合ポリエステル組成物を含有する潤滑剤。
- 前記一般式(1)において、Rの炭素数は、2以上であることを特徴とする請求項2に記載の潤滑剤。
- 前記一般式(1)において、Rは、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素からなる原子団であることを特徴とする請求項2または3に記載の潤滑剤。
- 前記一般式(1)において、R2の炭素数は、2以上であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- 前記一般式(1)において、R2は、分岐アルキル基又鎖中にエーテル結合を含むアルキル基であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- 前記複合ポリエステル組成物の40℃における粘度が50〜1650mPasであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- 摩耗防止剤、粘度指数向上剤、酸化防止剤、清浄剤、分散剤,流動、硬化剤、腐食防止剤、シール適合剤、消泡剤、錆防止剤、腐食防止剤、摩擦調整剤、及び増ちょう剤から選択される1種又は2種以上の添加剤をさらに含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- 鉱物油、油脂化合物、ポリオレフィン油、シリコーン油、パーフルオロポリエーテル油、芳香族エステル油、及びポリオールエステル潤滑油から選択される1種又は2種以上の媒体をさらに含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- グリース用潤滑油、離型剤、内燃機関用エンジンオイル、金属加工用(切削用)オイル、軸受け用オイル、燃焼機関用燃料、車両エンジン油、ギヤ油、自動車用作動油、船舶・航空機用潤滑油、マシン油,タービン油、軸受用オイル、油圧作動油、圧縮機・真空ポンプ油、冷凍機油、金属加工用潤滑油剤、磁気記録媒体用潤滑剤、マイクロマシン用潤滑剤、人工骨用潤滑剤、ショックアブソーバ油又は圧延油として用いられることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の潤滑剤。
- 3つ以上のカルボキシル基を含み炭素数が18以下の多価カルボン酸と、ダイマージオールと、モノカルボン酸とを混合し混合物を得る工程と、前記混合物を脱水縮合する工程を含む潤滑剤の製造方法。
- 前記混合物を得る工程は、前記多価カルボン酸に対して、前記ダイマージオールを混合する当量比が1〜3となり、前記モノカルボン酸を混合する当量比が0.5〜3となるように混合する工程であることを特徴とする請求項11に記載の潤滑剤の製造方法。
- 前記脱水縮合する工程は、前記混合物に対して1〜25質量%の、沸点110〜160℃の炭化水素系溶剤を添加し、水を共沸させつつ、脱水縮合を進行させる工程を含むことを特徴とする請求項11または12に記載の潤滑剤の製造方法。
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