JP6785090B2 - 潤滑油組成物および潤滑油の消泡方法 - Google Patents
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Description
本発明の第2の課題は、消泡剤の分離および沈降による消泡性能の低下をより効果的に抑制することが可能な、潤滑油の消泡方法を提供することである。
[1] 潤滑油基油と;(A)(a)重合溶媒中、(b)一種以上の消泡剤モノマーを、(c)高分子分散剤の共存下で分散重合することにより得られる、第1の消泡剤と;(B)シリコーン系消泡剤である、第2の消泡剤とを含有する、潤滑油組成物。
[2] (a)重合溶媒が、炭素数6以上の炭化水素溶剤、鉱油、合成油、エステル油から選ばれる1種以上を含む、[1]に記載の潤滑油組成物。
[3] (b)一種以上の消泡剤モノマーが、重合により下記一般式(1)で表される繰り返し単位を与えるモノマーを含む、[1]又は[2]に記載の潤滑油組成物。
[6] (i)(A)第1の消泡剤および(B)第2の消泡剤を、合計の濃度がケイ素量換算で500〜50,000質量ppmとなるように希釈溶媒中に溶解または微分散させることにより、希釈液を得る工程と;(ii)工程(i)において得られた希釈液を潤滑油に添加する工程とを含み;(A)第1の消泡剤は、(a)重合溶媒中、(b)一種以上の消泡剤モノマーを、(c)高分子分散剤の共存下で分散重合することにより得られる消泡剤であり;(B)第2の消泡剤はシリコーン系消泡剤である、潤滑油の消泡方法。
[7] 希釈溶媒が、炭素数6以上の炭化水素溶媒、鉱油、合成油、エステル油、炭素数4以上の脂肪族エーテル、炭素数2以上の脂肪族モノカルボン酸と炭素数1〜5の一価アルコールとのエステル、炭素数3以上の脂肪族ケトン、炭素数4以上の脂肪族アルコール及びハロゲン化炭化水素から選ばれる1種以上を含む、[6]に記載の潤滑油の消泡方法。
本発明の潤滑油の消泡方法によれば、消泡剤の分離および沈降による消泡性能の低下をより効果的に抑制することが可能である。
本発明の潤滑油組成物は、潤滑油基油と、(A)第1の消泡剤と、(B)第2の消泡剤とを含むことを特徴とする。
本発明の潤滑油組成物における潤滑油基油は、特に限定されるものではなく、通常の潤滑油に使用される鉱油系基油や合成系基油を用いることができる。
第1の消泡剤は、(a)重合溶媒中、(b)一種以上の消泡剤モノマー(以下において「(b)消泡剤モノマー」又は単に「消泡剤モノマー」ということがある。)を、(c)高分子分散剤の共存下で分散重合することにより得られる。
重合溶媒としては、後述する(b)消泡剤モノマーがモノマーの状態では当該溶媒に可溶であるが、重合によりポリマーを形成すると当該溶媒に不溶となるような溶媒が用いられる。
重合溶媒は、炭素数6以上の炭化水素溶媒、鉱油、合成油、エステル油から選ばれる1種以上を含む溶媒であることが好ましい。特に本発明の消泡剤を潤滑油に添加して使用する際には、分散重合溶媒として鉱油、合成油等の潤滑油基油を用いることが好ましい。
消泡剤モノマーとしては、ラジカル重合性を有する消泡剤モノマーを用いることができ、ラジカル重合性を有するエチレン性不飽和基を少なくとも一つ有するポリシロキサンマクロモノマーを含むラジカル重合性モノマーを好ましく用いることができる。すなわち、(b)消泡剤モノマーは、重合により下記一般式(1)で表される繰り返し単位を与えるモノマー(以下において、「ポリシロキサンマクロモノマー」ということがある。)を含むことが好ましい。このようなラジカル重合性マクロモノマーを用いることにより、得られる消泡剤ポリマーが良好な消泡性を発揮する。
分散重合に用いる高分子分散剤は、重合溶媒に可溶かつ重合後の消泡剤ポリマーを重合溶媒中に微分散可能なポリマーである限りにおいて、特に制限されない。分散重合において(c)高分子分散剤として使用可能なポリマーの例としては、非分散型ポリアルキル(メタ)アクリレート;水酸基、アミノ基、アミド基等の極性基を側鎖に有する、分散型ポリアルキル(メタ)アクリレート(極性基の導入位置はランダムでもブロック的でもよい);ポリイソブチレンを側鎖に有する、又は、ポリブタジエン若しくはポリイソプレンの水素化物を側鎖に有する、櫛形ポリアルキル(メタ)アクリレート;コア部(核部)と、該核部に連結した3本以上のアーム部(枝部)とを有する、星形ポリアルキル(メタ)アクリレート;オレフィンコポリマー;スチレン−ジエンコポリマーの水素化物;ポリイソプレンの水素化物;ポリイソブチレン;マレイン化ポリイソブチレン;マレイン化ポリイソブチレンのイミド化物;水素化ポリブタジエン;油溶性ポリエステル;長鎖アルキル変性シリコーン;EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)等を挙げることができる。本明細書において、「分散型」ポリアルキル(メタ)アクリレートとは、水酸基、アミノ基、アミド基等の極性基を側鎖に有するポリアルキル(メタ)アクリレートを意味し、「非分散型」ポリアルキル(メタ)アクリレートとは、そのような極性基を側鎖に有しないポリアルキル(メタ)アクリレートを意味する。前者のポリアルキル(メタ)アクリレートは潤滑油中に配合した際に清浄分散作用を示す一方で、後者のポリアルキル(メタ)アクリレートは潤滑油中に配合した際に清浄分散作用を期待されないため、潤滑油の技術分野においては前者のポリアルキル(メタ)アクリレートは「分散型」ポリアルキル(メタ)アクリレートと称され、後者のポリアルキル(メタ)アクリレートは「非分散型」ポリアルキル(メタ)アクリレートと称される。本明細書においてもポリアルキル(メタ)アクリレートに関して潤滑油の技術分野における上記用語法を踏襲するが、「非分散型」ポリアルキル(メタ)アクリレートであっても分散重合における高分子分散剤としては機能し得ることを注記する。
分散重合の開始時の反応混合物中における(b)消泡剤モノマーの濃度(2種以上のモノマーを用いる場合には全てのモノマーの合計の濃度)は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは7質量%以上であり、また好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。モノマー濃度が5質量%より低い場合には重合速度が大幅に低下し、重合率が低下する。またモノマー濃度が50質量%より高い場合には、得られる消泡剤微粒子の平均粒子径が増大する。
本発明の潤滑油組成物における第1の消泡剤の含有量は、組成物全量基準でケイ素量として、好ましくは1質量ppm以上であり、より好ましくは5質量ppm以上であり、また好ましくは100質量ppm以下であり、より好ましくは50質量ppm以下である。第1の消泡剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、消泡効果を高めることが可能になる。また第1の消泡剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、消泡剤の沈降による消泡剤寿命の低下を抑制することが容易になる。
第2の消泡剤は、上記第1の消泡剤に該当しない、ポリシロキサン構造を有するシリコーン系消泡剤である。第2の消泡剤としては、下記一般式(10)で表される繰り返し単位を含む重合度300〜3000の直鎖状または分枝状ポリシロキサン構造を有するシリコーン系消泡剤を、単独で、又は2種以上の組み合わせで用いることができる。ポリシロキサン構造の重合度は、好ましくは500以上、より好ましくは1,000以上であり、また好ましくは3,000以下である。第2の消泡剤においてポリシロキサン構造の重合度を300以上とすることにより、消泡性能を高めることができる。また第2の消泡剤においてポリシロキサン構造の重合度を3,000以下とすることにより、粘度を低減して分散性を高め、これにより消泡剤寿命をより長くすることができる。
本発明の潤滑油組成物における第2の消泡剤の含有量は、組成物全量基準でケイ素量として、好ましくは1質量ppm以上、より好ましくは5質量ppm以上であり、また好ましくは150質量ppm以下、より好ましくは100質量ppm以下である。第2の消泡剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、消泡効果を高めることが可能になる。また第2の消泡剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、消泡剤の沈降による消泡剤寿命の低下を抑制することが容易になる。
本発明の潤滑油組成物は、上記潤滑油基油、(A)第1の消泡剤、および(B)第2の消泡剤に加えて、(C)無灰分散剤、(D)酸化防止剤、(E)摩擦調整剤、(F)摩耗防止剤または極圧剤、(G)金属系清浄剤、(H)粘度指数向上剤または流動点降下剤、(I)腐食防止剤、(J)防錆剤、(K)金属不活性化剤、(L)抗乳化剤、(M)上記第1の消泡剤および第2の消泡剤以外の消泡剤、及び(N)着色剤から選ばれる1種以上の添加剤をさらに含み得る。
本発明の潤滑油組成物に無灰分散剤を含有させる場合、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、すなわち潤滑油組成物全量を100重量%として、通常0.01重量%以上であり、好ましくは0.1重量%以上である。また、通常20重量%以下であり、好ましくは10重量%以下である。
本発明の潤滑油組成物に酸化防止剤を含有させる場合、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、通常5.0重量%以下であり、好ましくは3.0重量%以下であり、また好ましくは0.1重量%以上であり、より好ましくは0.5重量%以上である。
本発明の潤滑油組成物に摩擦調整剤を含有させる場合、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.05〜5重量%である。
本発明の潤滑油組成物に摩耗防止剤または極圧剤を含有させる場合には、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.05〜5重量%である。
本発明の潤滑油組成物に金属系清浄剤を含有させる場合、その含有量は特に制限されない。ただし、自動車変速機用の場合、潤滑油組成物全量基準の金属元素換算量で通常、0.005〜1.0重量%である。また内燃機関用の場合、潤滑油組成物全量基準の金属元素換算量で通常、0.01〜5.0重量%である。また自動車トランスアクスルユニット用の場合、潤滑油組成物全量基準の金属元素換算量で通常、0.001〜0.1重量%である。
流動点降下剤の例としては、ポリメタクリレート系ポリマー等を挙げることができる。本発明の潤滑油組成物に流動点降下剤を含有させる場合、その含有量は、潤滑油組成物全量基準で、通常0.01〜2重量%である。
なお、本発明における第1の消泡剤は消泡剤モノマーを高分子分散剤(例えばポリアルキル(メタ)アクリレート等。)の存在下に分散重合することにより得られたものであるが、分散重合に用いられた高分子分散剤を分散重合後の第1の消泡剤から分離することはできないことを、本発明者らは確認している。
本発明の潤滑油組成物は、潤滑油基油、または、潤滑油基油と1種以上の添加剤とを含む組成物(以下において「基油等」ということがある。)に、上記(A)第1の消泡剤および(B)第2の消泡剤を加えることにより、製造することができる。上記(A)第1の消泡剤および(B)第2の消泡剤を加えた後に、他の添加剤をさらに加えてもよい。
上記(α2)の方法において、取り出した基油等の一部に加える消泡剤の量は、該取り出した基油等の一部と加える消泡剤との合計量を基準(100質量%)として、消泡剤が5質量%以下となる量であることが好ましく、1質量%以下となる量であることがより好ましい。
本発明の潤滑油組成物は、特に上記作用効果の観点から、消泡性能が要求される潤滑用途に広く用いることができる。例えば内燃機関油、油圧作動油、工業用ギヤ油、タービン油、圧縮機油、変速機油、自動車アクスルユニット油等として好ましく用いることができ、中でも自動車エンジン油、自動車用変速機油、または自動車アクスルユニット油として特に好ましく用いることができる。
本発明の潤滑油の消泡方法は、(i)上記(A)第1の消泡剤および上記(B)第2の消泡剤を希釈溶媒中に溶解または微分散させて希釈液を得る工程と、(ii)工程(i)において得られた希釈液を潤滑油に添加する工程とを含む。
工程(i)は、上記(A)第1の消泡剤および上記(B)第2の消泡剤を希釈溶媒中に溶解又は微分散させることにより、希釈液を得る工程である。(A)第1の消泡剤および(B)第2の消泡剤の詳細は既に説明した。希釈溶媒としては、第1の消泡剤および第2の消泡剤を溶解または微分散可能な溶媒を用いることができる。希釈溶媒は、工程(ii)において希釈液が添加される潤滑油に可溶な溶媒であることが好ましい。希釈溶媒としては例えば、炭素数6以上の炭化水素溶媒、鉱油、合成油、エステル油、炭素数4以上の脂肪族エーテル、炭素数2以上の脂肪族モノカルボン酸と炭素数1〜5の一価アルコールとのエステル、炭素数3以上の脂肪族ケトン、炭素数4以上の脂肪族アルコール及びハロゲン化炭化水素から選ばれる1種以上を含む溶媒を好ましく用いることができる。希釈溶媒としては1種の溶媒を単独で用いてもよく、2種以上の溶媒を組み合わせて用いてもよい。
工程(ii)は、工程(i)において得られた希釈液を潤滑油に添加する工程である。希釈液を潤滑油に添加する量は、上記説明した本発明の潤滑油組成物における消泡剤の好ましい濃度が実現される量とすることができる。
(消泡剤の平均粒子径測定)
以下の製造例および実施例において、消泡剤の平均粒子径は、動的光散乱法測定装置Photal ELSZ−0(大塚電子(株)製)を用い、分散重合液を鉱油で希釈した試料(25℃)について測定された結果に基づき、キュムラント解析により算出した。
以下の手順により、第1の消泡剤Aを製造した。
ポリテトラフルオロエチレン製攪拌翼(真空シール付)、ジムロート冷却器、窒素導入用3方コック、及びサンプル導入口を装着した100mL 4つ口フラスコに、重合溶媒として鉱油(40℃における動粘度:8.9mm2/s)30重量部、消泡剤モノマーとしてKF2012(メタクリレート変性ポリジメチルシロキサン;信越化学工業(株)製;官能基当量4,600g/mol)3重量部およびエチレングリコールジメタクリレート0.15質量部、並びに高分子分散剤としてポリアルキルメタクリレート(重量平均分子量Mw=320,000)1.5重量部を導入し、攪拌下に均一溶液とした後、ダイヤフラムポンプを用いて反応系の真空脱気および窒素パージを5回実施した。窒素フロー下に、ラジカル重合開始剤としてパーオクタO(1,1,3,3-tetramethylbutyl peroxy-2-ethylhexanoate;過酸化物系ラジカル重合開始剤;日本油脂(株)製)0.15部をサンプル導入口から投入した後、窒素雰囲気下、重合温度70℃にて8時間撹拌して重合反応を行い、消泡剤ポリマーの微分散液を得た。得られた消泡剤ポリマーの平均粒子径は0.5μmであった。
消泡剤モノマーを、X22−2426(メタクリレート変性ポリジメチルシロキサン;信越化学工業(株)製;官能基当量12,000g/mol)3重量部およびエチレングリコールジメタクリレート0.15質量部に変更し、高分子分散剤の量を0.06重量部に変更した以外は製造例1と同様にして、第1の消泡剤Bを製造した。得られた消泡剤ポリマーの平均粒子径は0.5μmであった。
以下の手順により、第1の消泡剤Cを製造した。
ポリテトラフルオロエチレン製攪拌翼(真空シール付)、ジムロート冷却器、窒素導入用3方コック、及びサンプル導入口を装着した100mL 4つ口フラスコに、重合溶媒として鉱油(40℃における動粘度:8.9mm2/s)30重量部、高分子分散剤としてポリアルキルメタクリレート(重量平均分子量Mw=320,000)1.5重量部、及び消泡剤モノマーとしてKF2012(メタクリレート変性ポリジメチルシロキサン;信越化学工業(株)製;官能基当量4,600g/mol)2.4重量部、1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチルメタクリレート(東京化成工業(株)製)0.6質量部を導入し、攪拌下に均一溶液とした後、ダイヤフラムポンプを用いて反応系の真空脱気および窒素パージを5回実施した。窒素フロー下に、ラジカル重合開始剤としてパーオクタO(1,1,3,3-tetramethylbutyl peroxy-2-ethylhexanoate;過酸化物系ラジカル重合開始剤;日本油脂(株)製)0.15部をサンプル導入口から投入した後、窒素雰囲気下、重合温度70℃にて8時間撹拌して重合反応を行い、消泡剤ポリマーの微分散液を得た。得られた消泡剤ポリマーの平均粒子径は0.8μmであった。
以下の手順により、第1及び第2の消泡剤の範囲外の消泡剤Dを製造した。
ポリテトラフルオロエチレン製攪拌翼(真空シール付)、ジムロート冷却器、窒素導入用3方コック、及びサンプル導入口を装着した100ml 4つ口フラスコに、KF2012(メタクリレート変性ポリジメチルシロキサン;信越化学工業(株)製;官能基当量4,600g/mol)30重量部、及びドデシルメルカプタン0.024重量部を投入し、攪拌下に均一混合物とした後、ダイヤフラムポンプを用いて反応系の真空脱気および窒素パージを5回実施した。窒素フロー下に、ラジカル重合開始剤としてMAIB(ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート;大塚化学(株)製アゾ系開始剤)0.45部をサンプル導入口から投入した後、窒素雰囲気下、重合温度70℃にて8時間撹拌して重合反応を行い、櫛形ポリマー消泡剤Dを得た。GPC分析(標準物質:ポリスチレン)の結果、得られた櫛形ポリマー消泡剤Dの重量平均分子量(Mw)は125,000であり、分散度(Mw/Mn)は1.72であった。
表1〜3に示されるように、本発明の潤滑油組成物(実施例1〜19)、及び比較用の潤滑油組成物(比較例1〜5)をそれぞれ調製した。表1〜3中、「Si ppm」とは、ケイ素量換算での質量ppmを意味する。
実施例2〜19及び比較例4の潤滑油組成物を調製する際に、複数の消泡剤を潤滑油に添加する操作は次の手順により行なった。
(i)各消泡剤を溶媒(灯油またはMEK(メチルエチルケトン))に溶解させて希釈液を調製した。希釈液中の消泡剤の合計濃度は、表1〜3に記載の値とした。
(ii)工程(i)で得られた希釈液を潤滑油に滴下しながら撹拌混合した。希釈液の添加量は、表1〜3に記載の消泡剤濃度が実現される量とした。
実施例1の潤滑油組成物を調製する際に、複数の消泡剤を潤滑油に添加する操作は次の手順により行なった。
(i’)各消泡剤(消泡剤A及び消泡剤E)を灯油に溶解させた灯油希釈液を個別に調製した。各灯油希釈液中の消泡剤濃度は、消泡剤Aの灯油希釈液はケイ素量で4000質量ppm、消泡剤Eの灯油希釈液はケイ素量で4000質量ppmとした。
(ii’)工程(i’)で得られた各希釈液を潤滑油に滴下しながら撹拌混合した。各希釈液の添加量は、表1に記載の消泡剤濃度が実現される量とした。
上記調製した潤滑油組成物のそれぞれについて、図1に示すホモジナイザー試験機により消泡性を評価した。図1に示すホモジナイザー試験機は、ホモジナイザー1、加熱用円筒ヒーター2、温度調節器3、油温測定用熱電対4、ヒーター加熱用電源5、油槽に相当するガラスシリンダー6(目盛付き円筒型ガラス容器、内径40mm、深さ300mm、目盛:2mL間隔で0〜250mL)、及び空気吹込み管(空気流入量30mL/分)7を備えている。
ガラスシリンダー6に試料油を150mL入れ、加熱用円筒ヒーター2により試料油の温度を120℃とした。この時点の油面を基準油面8とした。ホモジナイザー1により撹拌を開始し、10分後の油面と基準油面の差を泡立ち量とした。結果を表1〜3中に示している。
(a)遠心分離
ガラス遠心管の60mL目盛線まで試料油を入れた試料油入り遠心管を4本用意した。これら4本の試料油入り遠心管を遠心分離機にセットし、25℃、回転数10,000rpmで180分間回転させた。この回転における相対遠心力は平均8,000Gであった。遠心分離後、上澄みを計200mL回収した。
(b)ホモジナイザー試験
回収された上澄みに対して、上記同様のホモジナイザー試験により消泡性を評価した。結果を表1〜3中に示している。遠心後の泡立ち量の増加が少ないほど、貯蔵時における消泡剤の分離および沈降が起きにくく、また遠心作用による消泡性能の低下が少ないといえる。
(a)新油中のケイ素量の測定
上記調製した潤滑油組成物のそれぞれについて、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光法により新油中のケイ素量を測定した。
(b)遠心分離後の油中ケイ素量の測定
上記調製した潤滑油組成物のそれぞれについて、上記同様に遠心分離(25℃、8,000Gで180分)を行った。回収された上澄みに対して、上記同様にICP発光分光法により油中のケイ素量を測定した。遠心分離後の油中ケイ素量が新油中のケイ素量に近いほど、貯蔵時における消泡剤の分離および沈降が起きにくく、また遠心作用による消泡剤の損失が少ないといえる。
本発明の潤滑油の消泡方法は、各種潤滑油組成物に消泡性を付与するに際して好ましく用いることができ、潤滑油に対して遠心作用が働く潤滑条件下で用いられる潤滑油に消泡性を付与するに際して特に好ましく用いることができる。
2 加熱用円筒ヒーター
3 温度調節器
4 油温測定用熱電対
5 ヒーター加熱用電源
6 油槽に相当するガラスシリンダー(目盛付き円筒型ガラス容器、内径40mm、深さ300mm、目盛:2mL間隔で0〜250mL)
7 空気吹込み管(空気流入量30mL/分)
8 基準油面
Claims (6)
- 潤滑油基油と、
(A)(a)重合溶媒中、(b)一種以上の消泡剤モノマーを、(c)高分子分散剤の共存下で分散重合することにより得られる、第1の消泡剤と、
(B)シリコーン系消泡剤である、第2の消泡剤と
を含有し、
前記(b)一種以上の消泡剤モノマーが、重合により下記一般式(1)で表される繰り返し単位を与えるモノマーを含む、潤滑油組成物。
- 前記(a)重合溶媒が、炭素数6以上の炭化水素溶剤、鉱油、合成油、エステル油から選ばれる1種以上を含む、請求項1に記載の潤滑油組成物。
- 前記(c)高分子分散剤が、重量平均分子量10,000〜1,000,000のポリアルキル(メタ)アクリレートを含む、請求項1又は2に記載の潤滑油組成物。
- 前記(A)第1の消泡剤のケイ素換算含有量の、前記(B)第2の消泡剤のケイ素換算含有量に対する比(A/B)が、0.01〜100である、請求項1〜3のいずれかに記載の潤滑油組成物。
- (i)(A)第1の消泡剤および(B)第2の消泡剤を、合計の濃度がケイ素量換算で500〜50,000ppmとなるように希釈溶媒中に溶解または微分散させることにより、希釈液を得る工程と、
(ii)前記工程(i)において得られた希釈液を潤滑油に添加する工程と
を含み、
前記(A)第1の消泡剤は、(a)重合溶媒中、(b)一種以上の消泡剤モノマーを、(c)高分子分散剤の共存下で分散重合することにより得られる消泡剤であり、
前記(B)第2の消泡剤はシリコーン系消泡剤であり、
前記(b)一種以上の消泡剤モノマーが、重合により下記一般式(1)で表される繰り返し単位を与えるモノマーを含む、潤滑油の消泡方法。
- 前記希釈溶媒が、炭素数6以上の炭化水素溶媒、鉱油、合成油、エステル油、炭素数4以上の脂肪族エーテル、炭素数2以上の脂肪族モノカルボン酸と炭素数1〜5の一価アルコールとのエステル、炭素数3以上の脂肪族ケトン、炭素数4以上の脂肪族アルコール及びハロゲン化炭化水素から選ばれる1種以上を含む、請求項5に記載の潤滑油の消泡方法。
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