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JP6463767B2 - 老化した潤滑油の低温粘度を改善するための流動点降下剤 - Google Patents

老化した潤滑油の低温粘度を改善するための流動点降下剤 Download PDF

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Description

本発明は、潤滑油添加剤として使用するための組成物に関する。添加剤組成物は、別個のモノマー組成を有する、アルキル(メタ)アクリレートコポリマーの混合物を含む。本明細書に開示された添加剤組成物は、老化した潤滑油、特にバイオディーゼルの存在下で老化したディーゼルエンジンオイルの低温圧送性を改善するために使用され得る。
潤滑油の温度依存性の粘度特性は、低温でのパラフィン成分の結晶化により大きく影響される。この結晶化は、潤滑油の流動性を著しく低下させる、いわゆるワックス状構造の形成をもたらす。流動点降下剤(PPD)は、油中のワックス状構造の形成を阻害することにより、低温での潤滑油の流動性を維持するために開発されてきた。
歴史的には、PPDの有効性は、潤滑油が流れることができなくなる直前の温度(流動点)を測定することによって定量化されてきた。従って、PPDは、従来では流動点を低下させるそれらの能力に基づいて選択された。しかしながら、流動点は、潤滑油の低温性能の唯一の指標ではない。エンジンオイルの場合、低温高剪断速度粘度は、エンジンのクランクシャフト上での油膜の粘度に起因する、エンジンオイルがエンジンの始動性に与える影響の目安である。この特性は、ASTM D5293の、コールドクランキングシミュレータ(CCS)試験によって測定され得る。エンジンオイルの別の重要な性能指標は、ASTM D4684に従って決定されるように低温でのオイルの圧送性である。圧送性は、低剪断速度粘度及び降伏応力の観点から測定される。両方のパラメータは、オイルがASTM D4684に記載される速度で−5〜−40℃に冷却される、標準冷却プロファイル(TP−1)を用いて、ミニロータリー粘度計(MRV)によって決定される。ASTM D4684によるオイル圧送性は、国際エンジンオイル標準SAE J300における重要な要件としても含まれる。
新しいオイルとして圧送性の要件を満たすオイルは、オイルがエンジン内でその長期間の使用中に酸化された時に、未だ圧送性障害を示し得る。この酸化は老化とも呼ばれている。低温圧送性障害は、他の理由で生じ得る。そのような既知の原因の1つは、バイオディーゼル燃料によるエンジンオイルの汚染である。老化及び又は汚染が、オイルの降伏応力及び低剪断速度粘度を増加させ得るのに対して、高剪断速度粘度及び動粘度などの他の特性は必ずしも老化によって大きく変化しないことが見出された。降伏応力及び低剪断粘度の増加により、老化は、エンジン操作性にとって有害である。そのため、使用されるオイル圧送性の限界は、ILSAC GF−4及び現在のGF−5エンジンオイル仕様に含まれる。
PPDの使用は、これらの粘度特性の改善を目的としている。しかしながら、PPDの使用は、異なる供給源に由来する潤滑油が、様々な種類のワックス又はパラフィン成分を含有するという事実により複雑になる。従って、PPDが低温粘度に及ぼす影響は、PPDと潤滑油の性質の両方に依存する。更に、特定のPPDが流動点に及ぼす影響は、常に、それが油の他の低温特性に及ぼす影響と相関しない。従って、流動点を低下させるPPDは、例えば、低せん断速度粘度及び低温での降伏応力にほとんど影響を与えない。更に、新しいオイルの低温粘度を改善するのに適しているPPDは、常に、老化した又は燃料汚染した油でも同様に実行していない。最後に、追加の課題は、潤滑油は一般に、洗浄剤阻害剤パッケージ(DIパッケージ)、及び粘度指数向上剤(VI向上剤)などの追加の添加剤を含有すること、及びこれらの添加剤もPPDの性能に影響を及ぼし得るという事実にある。従って、慎重なPPD組成物の選択が、しばしば必要である。
潤滑油に使用するためのPPDは、一般に、アルキル(メタ)アクリレートポリマーに基づいて配合されている。例えば、US4,867,894号は、様々なアルキル鎖長の分枝鎖状及び直鎖状アルキル(メタ)アクリレートの混合物のコポリマーが流動点を低下させるための油添加剤として使用され得ることを開示している。US2,655,479号は、2つのコポリマーが平均アルキル鎖長の点で異なる、2つの異なる(メタ)アクリレートコポリマーの混合物に基づくPPDを開示している。US4,968,444号は、それぞれ異なる相対量の短鎖及び長鎖アルキル(メタ)アクリレートを含む、2つのアルキル(メタ)アクリレートコポリマーの混合物に関する。US5,043,087号は、第1コポリマーが分枝鎖状及び直鎖状アルキル(メタ)アクリレートの混合物からなり、且つ第2コポリマーが直鎖状アルキル(メタ)アクリレートのみから構成されている、2つのアルキル(メタ)アクリレートコポリマーのブレンドを含むPPDに関する。US8,163,683B2号は、溶剤精製基油及び高粘度指数基油の流動点を低下させるためのPPDを提供しており、その際、PPDは、異なる平均アルキル鎖長を有する2つの異なるアルキル(メタ)アクリレートコポリマーの混合物を含む。US6,458,749B2号は、選択された高及び低分子量アルキル(メタ)アクリレートコポリマーの混合物の添加に基づいて潤滑油組成物の低温流動性を改善するための方法を記載している。WO2012/056022A1号は、老化したディーゼルエンジンオイルの低温始動性能を改善するために、単一のアルキル(メタ)アクリレートコポリマーに基づく流動点降下剤の使用を開示している。
従来技術からのこれらの例は、主に新しいエンジンオイルの流動点を改善することに焦点を当てている。低温圧送性などの、老化誘導された他の粘度特性の増加の問題は、これまで十分に対処されていなかった。従って、本発明は、老化した潤滑油、特にバイオディーゼルの存在下で老化したエンジンオイルの低温圧送性を改善するのに適したアルキル(メタ)アクリレートポリマーに基づくPPDを提供することを目的としている。また、本発明により提供されるPPDは、広範囲の潤滑油組成物の低温性能を改善することが可能であるべきであり、その際、潤滑油組成物は、様々な種類のDIパッケージ及びVI向上剤を含み得る。
それぞれ別個の相対量の異なるアルキル鎖長のアルキル(メタ)アクリレートから構成される、2つのアルキル(メタ)アクリレートコポリマーの組成物は、ASTM D4684により低温低剪断速度粘度及び降伏応力の老化誘導された増加を防ぐための潤滑油のための添加剤として使用できることが見出された。これにより、組成物は、老化した潤滑油、特にバイオディーゼルの存在下で老化したエンジンオイルの低温圧送性を維持することが可能である。
従って、本発明の第1の態様は、2つのアルキル(メタ)アクリレートコポリマーを含む潤滑油添加剤として使用するための組成物であって、
前記組成物が、組成物の全質量を基準として、15〜90質量%の第1コポリマー及び10〜85質量%の第2コポリマーを含み、
前記第1コポリマーが、
コポリマーの全質量を基準として、35〜60質量%の、1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位を含み、且つ
前記第2コポリマーが、
コポリマーの全質量を基準として、60質量%を上回る、1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
コポリマーの全質量を基準として、少なくとも5質量%の、1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位を含むことを特徴とする、前記組成物に関する。
本明細書で使用されるように、「(メタ)アクリレート」との用語は、アクリル酸及びメタクリル酸のエステル、及びそれらの混合物を意味する。「アルキル(メタ)アクリレート」との用語は、(メタ)アクリル酸及び脂肪族アルコールのエステルを意味する。本明細書に記載されたアルキル(メタ)アクリレートは、アルコールから誘導されたアルキル鎖中の炭素原子の数によって特徴付けられる。
本明細書に記載されたコポリマーは、エチレン性不飽和モノマー、特に(メタ)アクリレートのラジカル重合によって調製される。「コポリマー」との用語は、2つ以上のモノマー型を含有する、モノマー単位の不均一混合物から構成されたポリマーを意味する。特に断りのない限り、モノマー単位の相対量は、コポリマーの全質量に基づいて質量%で示される。
第1コポリマーが35〜60質量%のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートを含むのに対して、第2コポリマーが60質量%を上回る多量のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートを含む、2つのコポリマーの混合物を提供することは、老化した潤滑油において良好な低温圧送性を達成するために重要であることが判明した。
これは、両方のコポリマーが、C16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位を、C〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位と一緒に含む場合、特に有利である。好ましい実施態様では、第1コポリマーは、従って、1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択される40〜65質量%のモノマー単位を含む。
同じ理由から、第2コポリマーは、好ましくは、
61〜95質量%の1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
5〜39質量%の1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
4質量%未満の1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
を含む。
アルキル基が1〜6個の炭素原子を含む、C〜Cアルキル(メタ)アクリレートモノマー(「ローカット(low-cut)」アルキル(メタ)アクリレートとも呼ばれる)の例は、メチルメタクリレート(MMA)、メチル及びエチルアクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート(BMA)及びアクリレート(BA)、イソブチルメタクリレート(IBMA)、ヘキシル及びシクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート及びそれらの組み合わせである。
更に、C〜Cアルキル(メタ)アクリレートモノマー単位の量を、コポリマーの全質量を基準として4質量%未満に制限することによって、老化した潤滑油の低温圧送性に望ましい影響を与えるコポリマーを製造できることが判明した。従って、本発明のコポリマーが、1質量%未満、最も好ましくはゼロ質量%のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートを含むことが特に好ましい。別の好ましい実施態様では、本発明のコポリマーは、1質量%未満、更に好ましくは0.1質量%未満のメチル(メタ)アクリレートを含む。
アルキル基が7〜15個の炭素原子を含むC〜C15アルキル(メタ)アクリレートモノマー(「ミッドカット(mid-cut)」アルキル(メタ)アクリレートとも呼ばれる)の例は、2−エチルヘキシルアクリレート(EHA)、2−エチルヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート(分枝鎖状(C10)アルキル異性体混合物に基づくIDMA)、ウンデシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート(ラウリルメタクリレートとしても知られる)、トリデシルメタクリレート、テトラデシルメタクリレート(ミリスチルメタクリレートとしても知られる)、ペンタデシルメタクリレート及びそれらの組み合わせである。また有用なものは、ドデシル−ペンタデシルメタクリレート(DPMA)、ドデシル、トリデシル、テトラデシル及びペンタデシルメタクリレートの直鎖状及び分枝鎖状異性体の混合物;デシル−オクチルメタクリレート(DOMA)、デシル及びオクチルメタクリレートの混合物;ノニル−ウンデシルメタクリレート(NUMA)、ノニル、デシル及びウンデシルメタクリレートの混合物;及びラウリル−ミリスチルメタクリレート(LMA)、ドデシル及びテトラデシルメタクリレートの混合物である。
アルキル基が16〜24個の炭素原子を含む、C16〜C24アルキル(メタ)アクリレートモノマー(「ハイカット(high-cut)」アルキル(メタ)アクリレートとも呼ばれる)の例は、ヘキサデシルメタクリレート(セチルメタクリレートとしても知られる)、ヘプタデシルメタクリレート、オクタデシルメタクリレート(ステアリルメタクリレートとしても知られる)、ノナデシルメタクリレート、エイコシルメタクリレート、ベヘニルメタクリレート及びそれらの組み合わせである。また有用なものは、セチルエイコシルメタクリレート(CEMA)、ヘキサデシル、オクタデシル、及びエイコシルメタクリレートの混合物;及びセチル−ステアリルメタクリレート(SMA)、ヘキサデシル及びオクタデシルメタクリレートの混合物である。
上記のミッドカット及びハイカットアルキル(メタ)アクリレートモノマーは、一般に、長鎖脂肪アルコールの技術的等級を使用して標準的なエステル化手順によって製造される。これらの市販のアルコールは、好ましくは、アルキル基中に約10〜15個、又は約16〜20個の炭素原子を含む、様々な鎖長のアルコールの混合物である。その結果、本発明の目的のために、アルキル(メタ)アクリレートは、個々の名付けられたアルキル(メタ)アクリレート生成物を含むだけでなく、アルキル(メタ)アクリレートと大部分の特定の名付けられたアルキル(メタ)アクリレートとの混合物を含むことも意図されている。これらの市販のアルコール混合物の(メタ)アクリレートエステルを製造するための使用は、上記のDOMA、NUMA、LMA、DPMA、SMA及びCEMAモノマー型をもたらす。
好ましい実施態様では、C〜C15アルキル(メタ)アクリレートは、ドデシル−ペンタデシルメタクリレート(DPMA)、デシル−オクチルメタクリレート(DOMA)、ノニル−ウンデシルメタクリレート(NUMA)、及びラウリル−ミリスチルメタクリレート(LMA)からなる群から選択され;且つC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートは、セチル−エイコシルメタクリレート(CEMA)、及びセチル−ステアリルメタクリレート(SMA)からなる群から選択される。
典型的には、第1コポリマー中のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートモノマー単位の量は、全第1コポリマーの質量を基準として、35〜60質量%、好ましくは35〜60質量%未満、更に好ましくは40〜55質量%である。典型的には、第2コポリマー中のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートモノマー単位の量は、全第2コポリマーの質量を基準として、60質量%超〜95質量%、好ましくは70〜95質量%、更に好ましくは75〜95質量%である。コポリマーの製造において有用な好ましいC〜C15アルキル(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、イソデシルメタクリレート、ラウリル−ミリスチルメタクリレート(LMA)及びドデシル−ペンタデシルメタクリレート(DPMA)が挙げられる。
好ましくは、第1コポリマー中のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートモノマー単位の量は、全第1コポリマーの質量を基準として、40〜65質量%、更に好ましくは40質量%超〜65質量%、最も好ましくは45〜60質量%である。典型的には、第2コポリマー中のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートモノマー単位の量は、全第2コポリマーの質量を基準として、5質量%〜40質量%未満、好ましくは5〜30質量%、更に好ましくは5〜25質量%である。コポリマーの製造において有用な好ましいC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、セチル−エイコシルメタクリレート(CEMA)及びセチル−ステアリルメタクリレート(SMA)が挙げられる。
ミッドカットアルキル(メタ)アクリレートの中では、C10〜C15アルキル(メタ)アクリレートが好ましい。ハイカットアルキル(メタ)アクリレートの中では、C16〜C20アルキル(メタ)アクリレートが好ましい。
本発明の一実施態様によれば、第1コポリマーは、従って
1つ以上のC10〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択される、35質量%〜60質量%、好ましくは35質量%〜60質量%未満、更に好ましくは40質量%〜55質量%のモノマー単位;
1つ以上のC16〜C20アルキル(メタ)アクリレートから選択される、40質量%〜65質量%、好ましくは40質量%超〜65質量%、更に好ましくは45質量%〜60質量%のモノマー単位;及び
1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択される、4質量%未満、好ましくは1質量%未満、更に好ましくはゼロ質量%のモノマー単位
を含む。
この実施態様では、C〜C15アルキル(メタ)アクリレートの量は、35〜60質量%に制限され、C16〜C24アルキル(メタ)アクリレートの量は、好ましくは40〜65質量%に制限される。
同様に、第2コポリマーは好ましくは
61〜95質量%、好ましくは70〜95質量%、更に好ましくは75〜95質量%の1つ以上のC10〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位;
5〜39質量%、好ましくは5〜30質量%、更に好ましくは5〜25質量%の1つ以上のC16〜C20アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位;及び
4質量%未満、好ましくは1質量%未満、更に好ましくは0質量%の1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
を含む。
この実施態様では、C〜C15アルキル(メタ)アクリレートの量は61〜95質量%に制限され、C16〜C24アルキル(メタ)アクリレートの量は5〜39質量%に制限される。
好ましくは、第1及び第2コポリマーは、5/95〜75/25、好ましくは10/90〜60/40、更に好ましくは15/85〜50/50の質量比(第1/第2)で組み合わされる。別の好ましい実施態様では、第1及び第2コポリマーは、30/70〜90/10の質量比(第1/第2)で組み合わされる。本発明の特定の比で組み合わされた選択されたコポリマーは、単一のポリマー添加剤又は類似のモノマー組成を有するポリマー添加剤の組み合わせの使用と比較した場合、異なる供給源からの基油の処理において広い適用性を提供する。
本発明の組成物は、組成物の全質量を基準として、15〜90質量%の第1コポリマー及び10〜85質量%の第2コポリマーを含む。好ましい実施態様では、組成物は、組成物の全質量を基準として、25〜80質量%の第1コポリマー及び20〜75質量%の第2コポリマーを含む。別の好ましい実施態様では、組成物は、組成物の全質量を基準として、30〜90質量%の第1コポリマー及び10〜70質量%の第2コポリマーを含む。
組成物が2つ以上の第1又は第2コポリマーをそれぞれ含み得ることが留意されるべきである。例えば、組成物は、単一の第2コポリマーと組み合わせて2つの第1コポリマーを含み得るか、又はその逆に含み得る。第1及び第2コポリマーの相対量を規定するために、全ての第1コポリマーの全質量は、全ての第2コポリマーの全質量と比較されるべきである。
2つの第2コポリマー及び1つの第1コポリマーを含む組成物は、エンジンオイルの配合に応じて、老化後のエンジンオイルの低温粘度を改善するのに特に好ましい。
別の好ましい実施態様では、組成物は、本発明のコポリマーは別として、他のアルキル(メタ)アクリレートコポリマーを含まない。
任意に、他のモノマーは、上記のアルキル(メタ)アクリレートモノマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルアセテート、スチレン、アルキル置換(メタ)アクリルアミド、モノエチレン性不飽和窒素含有環化合物、ビニルハロゲン化物、ビニルニトリル及びビニルエーテルと組み合わせて重合され得る。使用される任意のモノマーの量は、典型的には、使用されるモノマーの全質量を基準として、ゼロ〜10質量%未満、好ましくはゼロ〜5質量%未満、更に好ましくはゼロ〜2質量%未満である。任意のモノマーは、それらが低温特性又はポリマー添加剤と他の潤滑油組成物の成分との適合性に顕著な影響を及ぼさない限り使用されてよい。アルキル(メタ)アクリレートポリマーの製造の間の任意のモノマーの使用に関する前述の説明も他の種類のポリマー、例えば、ビニル芳香族ポリマー、ビニル芳香族(メタ)アクリル酸誘導体コポリマー、ビニル芳香族マレイン酸誘導体コポリマー、ビニルアルコールエステル−フマル酸誘導体コポリマー、[アルファ]−オレイン−ビニルアルコールエステルコポリマー及び[アルファ]−オレイン−マレイン酸誘導体コポリマーに適用可能である。
適切なモノエチレン性不飽和窒素含有環化合物としては、例えば、ビニルピリジン、2−メチル−5−ビニルピリジン、2−エチル−5−ビニルピリジン、3−メチル−5−ビニルピリジン、2,3−ジメチル−5−ビニルピリジン、2−メチル−3−エチル−5−ビニルピリジン、メチル置換キノリン及びイソキノリン、1−ビニルイミダゾール、2−メチル−1−ビニルイミダゾール、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルブチロラクタム及びN−ビニルピロリドンが挙げられる。
適切なビニルハロゲン化物としては、例えば、塩化ビニル、フッ化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン及び臭化ビニリデンが挙げられる。適切なビニルニトリルとしては、例えば、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルが挙げられる。
バッチ、半バッチ又は半連続法を含む、よく知られているバルク、エマルション又は溶液重合法は、本発明において有用なアルキル(メタ)アクリレートポリマーを製造するために使用され得る。典型的には、ポリマーは、重合開始剤、希釈剤及び任意に連鎖移動剤の存在下で選択されたモノマーを混合することによる溶液(溶媒)重合によって製造される。
一般的に、重合は高温が使用される場合、加圧下で行うことができるが、重合の温度は、系の沸点まで、例えば、約60℃〜150℃、好ましくは85℃〜130℃、更に好ましくは110℃〜120℃であってよい。重合(モノマー供給及び保持時間を含む)は、一般に、約4時間〜10時間、好ましくは2〜3時間にわたり実施されるか、又は所望の程度の重合が達成されるまで、例えば、少なくとも90%、好ましくは少なくとも95%、更に好ましくは少なくとも97%の重合性モノマーがコポリマーに変換されるまで実施される。当業者に認識されるように、反応の時間と温度は、開始剤の選択及び目標の分子量に依存し且つそれに応じて変化し得る。
ポリマーが溶媒(非水性)重合によって製造される時、使用に適した開始剤は、ペルオキシ開始剤、ヒドロペルオキシ開始剤及びアゾ開始剤、例えば、アセチルパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシイソブチレート、カプロイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、1,1−ジ(tert−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、アゾビスイソブチロニトリル、及びtert−ブチルペルオクトエート(tert−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエートとしても知られる)などの任意のよく知られたフリーラジカル生成化合物である。開始剤濃度は、典型的には、モノマーの全質量を基準として、0.025質量%〜1質量%、好ましくは0.05質量%〜0.5質量%、更に好ましくは0.1質量%〜0.4質量%、最も好ましくは0.2質量%〜0.3質量%である。開始剤の他に、1つ以上の促進剤が使用されてもよい。適切な促進剤としては、例えば、第四級アンモニウム塩、例えば、ベンジル(水素化タロー)−ジメチルアンモニウムクロリド及びアミンが挙げられる。好ましくは、促進剤は炭化水素に可溶性である。使用される時、これらの促進剤は、開始剤の全質量を基準として、約1質量%〜50質量%、好ましくは約5質量%〜25質量%の濃度で存在する。連鎖移動剤も、ポリマーの分子量を制御するために重合反応に添加されてよい。好ましい連鎖移動剤は、アルキルメルカプタン、例えば、ラウリルメルカプタン(ドデシルメルカプタンDDMとしても知られる)であり、且つ使用される連鎖移動剤の濃度はゼロ〜約2質量%、好ましくはゼロ〜1質量%である。
重合が水以外の溶媒を使用して溶液重合として行われる時、反応は、全反応混合物を基準として、約100質量%まで(形成されるポリマーがそれ自体溶媒として作用する場合)又は約70質量%まで、好ましくは40〜60質量%の重合性モノマーで行われてよい。溶媒は、ヒールチャージとして反応容器に導入することができるか、又は別々の供給流として又は反応器に供給されている他の成分のいずれか1つの希釈剤として反応器に供給することができる。
希釈剤は、モノマー混合物に添加され得るか又はそれらはモノマー供給物と一緒に反応器に添加され得る。希釈剤は、重合のために、溶媒ヒール、好ましくは非反応性を提供するために使用されてもよく、その場合、モノマー及び開始剤の供給物が、特に重合の初期に、適切な量の液体を反応器に提供し、モノマー及び開始剤フィードの良好な混合を促進させることを始める前に、それらの希釈剤が反応器に添加される。好ましくは、希釈剤として選択される材料は、連鎖移動剤などの副反応を最小限にするために重合において開始剤又は中間体に対して実質的に非反応性であるべきである。希釈剤は、溶媒として作用し、そうでなければ使用されているモノマー及び重合成分と適合性である任意のポリマー材料であってもよい。
希釈剤の中で、非水性溶液重合のために本発明の方法における使用に適しているのは、芳香族炭化水素(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン及び芳香族ナフサ)、塩素化炭化水素(例えば、二塩化エチレン、クロロベンゼン及びジクロロベンゼン)、エステル(例えば、プロピオン酸エチル又は酢酸ブチル)、(C〜C20)脂肪族炭化水素(例えば、シクロヘキサン、ヘプタン、及びオクタン)、鉱油(例えば、パラフィン系及びナフテン系油)又は合成基油(例えば、ポリ([アルファ]−オレフィン)オリゴマー(PAO)潤滑油、例えば、[アルファ]−デセンダイマー、トリマー及びそれらの混合物)である。濃縮物が潤滑油基油に直接ブレンドされた場合、より好ましい希釈剤は、最終潤滑油基油と適合性である100〜150ニュートラル油(100N又は150N油)などの任意の鉱油である。
潤滑油添加剤ポリマーの製造では、得られたポリマー溶液は、重合後、一般に約50〜95質量%のポリマー含有率を有する。ポリマーを単離して潤滑油配合物に直接使用できるか又はポリマー希釈液を濃縮物の形で使用することができる。濃縮形態で使用される場合、ポリマー濃度は、追加の希釈剤を用いて任意の所望の濃度に調整することができる。濃縮物中のポリマーの好ましい濃度は、30〜70質量%、更に好ましくは40〜60質量%であり、残りは潤滑油希釈剤を含む。
第2の態様では、本発明は、潤滑油組成物が更に上記のコポリマーの組成物を含むことを特徴とする、基油を含む潤滑油組成物に関する。本発明のこの態様によれば、上記のコポリマーの組成物は、潤滑油組成物の低温粘度特性を改善するための添加剤として使用される。本発明による潤滑油組成物は、老化を受けた後でも、ASTM D4684による低温低剪断速度粘度及び降伏応力に関する共通の要件を満たす。
好ましくは、潤滑油組成物は、潤滑油組成物の全質量に対する添加剤組成物中のコポリマーの全質量を基準として、0.03〜3質量%、好ましくは0.1〜3質量%、更に好ましくは0.2〜3質量%、最も好ましくは0.5〜3質量%の量で本発明の添加剤組成物を含む。
本発明の改善された潤滑油組成物の配合に使用される基油液としては、例えば、第I群、第II群、及び第III群として知られるAPI(米国石油協会)基油カテゴリーから選択される従来の基油が挙げられる。第I群及び第II群の基油は、120未満の粘度指数(又はVI)を有する鉱油材料(例えば、パラフィン系及びナフテン油)であり;更に第II群が90%を上回る飽和材料を含有し且つ第I群が90%未満の飽和材料(即ち10%を上回る不飽和材料)を含有する点で、第I群は第II群と区別される。第III群は、120以上のVI及び90%以上の飽和レベルを有する最高水準の鉱物系基油と見なされる。粘度指数は、温度の関数としての粘度変化の程度の目安であり;高いVI値は、低いVI値と比較してより小さな、温度変化による粘度の変化を示す。本発明の改善された潤滑油組成物は、実質的にAPIの第I群、第II群及び第III群の種類からなる基油の使用を含み;組成物は任意に少量の他の種類の基油を含有し得る。
好ましくは、本発明の潤滑油組成物に含まれる基油は、従って、APIの第I群及び第III群の基油からなる群から選択される。
本発明によって提供される潤滑油組成物は、全潤滑油組成物の質量を基準として、0.1〜25質量%、好ましくは1〜15質量%、更に好ましくは2〜10質量%の1つ以上の補助剤添加剤を含有する。これらの補助添加剤の代表例は、例えば、以下の商業用潤滑油の配合業者によって使用される添加剤の分散剤−阻害剤(DI)パッケージに見出されるものである:耐摩耗剤又は抗酸化成分、例えば、ジアルキルジチオリン酸亜鉛;窒素含有無灰分散剤、例えば、ポリイソブテンベーススクシンイミド;洗剤添加剤、例えば、金属フェネート又はスルホネート;摩擦調整剤、例えば、硫黄含有有機物;極圧添加剤;腐食防止剤;及び消泡剤、例えば、シリコーン流体。追加の補助添加剤としては、例えば、非分散型又は分散型粘度指数向上剤が挙げられる。
本発明の実施態様では、潤滑油組成物は更に、潤滑油組成物の全質量を基準として0.1〜25質量%の、粘度指数向上剤、耐摩耗剤、酸化防止剤、分散剤、清浄剤、摩擦調整剤、消泡剤、極圧添加剤、及び腐食防止剤からなる群から選択される補助添加剤を含む。
特に好適な粘度指数向上剤は、アルキル(メタ)アクリレートポリマー、エチレン及びプロピレンで作られたオレフィンコポリマー(OCP)、及び水素化スチレンジエン「スター」ポリマーからなる群から選択されるものである。粘度指数向上剤として使用される好ましいアルキル(メタ)アクリレートポリマーは、ローカット、ミッドカット及びハイカットアルキルメタクリレートを含むアルキルメタクリレートから選択される1〜4個の異なるモノマーを含むコポリマーである。エンジンオイル用のポリアルキル(メタ)アクリレート(PAMA)は、一般に3〜4のポリマー分布を有する250000〜700000の質量平均分子量Mを有する。OCPは、好ましくは、40〜60質量%のエチレンを含み、エチレン含有率に応じて、高及び低エチレンコポリマーと呼ぶことができる。40質量%に近いエチレン含有率を有する低エチレンOCPは、典型的には、非晶質であり、60%に近いエチレン含有率を有する高エチレンOCPは、結晶性である。エンジンオイル用のOCPは、一般に、2〜2.5のポリマー分布で50000〜200000g/モルの質量平均分子量M範囲を有する。水素化ジエン「スター」ポリマーは、好ましくは、ジビニルベンゼンに基づくコア構造に結合された水素化イソプレン単位(5〜15個の炭素原子を有する)を含むか又はそれらで構成されている。エンジンオイル用のこれらのポリマーの質量平均分子量Mは、一般に、1.5未満のポリマー分布で300000〜700000g/モルである。
好ましい実施態様では、潤滑油組成物は、従って、潤滑油組成物の全質量を基準として、5〜15質量%の、アルキル(メタ)アクリレートポリマー、エチレン及びプロピレンで作られたオレフィンコポリマー(OCP)、及び水素化スチレンジエン「スター」ポリマーからなる群から選択される粘度指数向上剤を含む。
第3の態様では、本発明は、低温粘度、特に老化した潤滑油組成物の低温圧送性の改善方法であって、本発明による組成物を添加剤として潤滑油組成物に添加する工程を特徴とする、前記方法に関する。
本発明の目的のために、老化した潤滑油組成物は、酸化及び/又は分解処理された組成物である。これは、特に、潤滑油組成物がエンジンに使用された時に生じ得るが、オイルが一定期間保存された場合でもあり得る。好ましくは、老化した潤滑油組成物は、エンジン、特にディーゼルエンジンで使用された、及び/又は72時間より長く、更に好ましくは1週間より長く、更に一層好ましくは6ヶ月より長く、最も好ましくは1年より長く保存された組成物である。
好ましくは、老化した潤滑油組成物は、使用された潤滑油組成物である。本発明の目的のために、使用された潤滑油組成物は、エンジン、特にディーゼルエンジンで使用されたものである。これは、それらのエンジンにおける使用によって老化した潤滑油組成物を含む。
好ましい実施態様では、老化した潤滑油組成物は、それらの酸化及び/又は分解の程度及び/又は前記酸化及び/又は前記分解から生じる汚染物質の濃度によって特徴付けられる。
好ましくは、この方法は、潤滑油組成物がCEC L−105−12試験により老化した場合に、老化した潤滑油組成物の低温粘度を改善することを目的としている。
CEC L−105−12試験は、バイオディーゼル燃料の存在下での長期的なエンジンの使用中に老化したものと同様の特性を有する老化したオイルを製造するための方法である。簡単に言えば、試験は、標準的なガラス製品容器内で、250gのオイル試料と5質量%のバイオディーゼルとを組み合わせることを含む。試料を、その後、150℃及び10リットル/時間の空気流で72時間にわたり鉄化合物触媒の存在下で老化する。CEC L−105−12試験によるオイルの酸化は、低剪断粘度もしくは降伏応力の増加、又はその両方の増加のいずれかによって圧送性障害を引き起こし得る。老化したオイルの低温圧送性は、ASTM D4684によるMRV TP−1試験によって決定される。
好ましい実施態様では、本発明による添加剤組成物の使用は、添加剤を含む老化した潤滑油組成物が、ASTM D4684に従って、60Pas以下の低剪断速度粘度及び35Pa未満の降伏応力を有する効果がある。好ましくは、この効果は、CEC L−105−12試験による老化後でも達成される。
その効果を達成するために、本発明による組成物は、潤滑油組成物の全質量を基準として、0.03〜3質量%、好ましくは0.1〜3質量%、更に好ましくは0.2〜3質量%の量で潤滑油組成物に添加される。
潤滑油組成物は、上記のように組成物を有し、好ましくは、基油、及び潤滑油組成物の全質量を基準として、0.1〜25質量%の、粘度指数向上剤、耐摩耗剤、酸化防止剤、分散剤、清浄剤、摩擦調整剤、消泡剤、極圧添加剤、及び腐食防止剤からなる群から選択される補助添加剤を含む。
好ましい実施態様では、本方法は、更に、潤滑油組成物の全質量を基準として、5〜15質量%の、粘度指数向上剤を潤滑油組成物に添加することを含み、その際、粘度指数向上剤はアルキル(メタ)アクリレートポリマー、エチレン及びプロピレンで作られたオレフィンコポリマー(OCP)、及び水素化スチレンジエン「スター」ポリマーからなる群から選択される。
実施例
実施例1は、本発明において有用なポリマーを製造するための一般的な情報を提供する。実施例2は、使用される未処理の配合されたオイルに関する情報を提供し、これは本発明の潤滑油組成物中のポリマーを評価する。実施例3は、ポリマーを含有する潤滑油に関する性能データをまとめる(表1、表2、表3)。全ての比は、特に断りのない限り、質量パーセントである。
実施例1:
アルキル(メタ)アクリレートコポリマーを、以下の方法に従って調製した。655.3gのモノマー組成物、38.4gの100Nのオイル、及び1.57gのn−ドデシルメルカプタンからなる反応混合物を、スターラー、熱電対、及び窒素スイープを備えた1000mlの四口丸底容器に装入する。一定の撹拌下で、混合物を120℃の温度に加熱し、温度を一定に保ちながら、全量4.37gの30%活性t−ブチルパーオキサイドを、2時間かけて添加する。反応混合物を120℃で更に30分間保持し、その後、300.4gの100Nのオイルで希釈する。
以下のモノマー組成物を、アルキル(メタ)アクリレートコポリマーの製造に使用した:
Figure 0006463767
以下の表によるモノマー組成を有する様々なコポリマーを製造した:
Figure 0006463767
以下の表に従って様々なコポリマー混合物を製造した:
Figure 0006463767
実施例2:
本発明のPPDを評価するために使用される未処理の配合されたオイル(流動点降下剤を用いないが、DIパッケージ及び増粘剤添加剤を含む)の特性をここに提示する。
Figure 0006463767
使用されるDIパッケージは市販のパッケージである。DIパッケージ1は、インフィニアム社によって製造され、パッケージ2はオロナイト社によって製造され、パッケージ3はインフィニアムP5202であり、パッケージ3は商業的に入手可能なオロナイト社製のパッケージ(OLOA4594、例えば、DE19909401A1号を参照のこと)である。
インフィニアム社製のDIパッケージ:
乗用車エンジンオイル添加剤は、ガソリン、ディーゼル燃料又はエタノールなどの代替燃料源で動作する車や小型トラックのエンジンの性能を保護して高めるように設計されている。製品のインフィニアムPブランドは、最新の米国石油協会(API)、欧州自動車工業会(ACEA)、日本自動車工業会(JAMA)及び相手先ブランド名製造(OEM)の仕様を含む、ガソリン及び軽負荷ディーゼルエンジンの性能要件の全範囲にわたって潤滑剤を配合するために使用することができる。
オイルA、及びC〜Jは第I群の基油のブランドである。オイルBは第III群の基油を使用する。
PAMAは、商品名VISCOPLEX(登録商標)3−500で販売されている市販のポリアルキルメタクリレートである。COMBは、商品名VISCOPLEX(登録商標)3−200で販売されている市販の粘度調整剤である。LE OCPは商品名Paratone(登録商標)8235で販売されている低エチレンOCPであり、HE OCPは商品名Paratone(登録商標)8421で販売されている高エチレンOCPである。HSDは商品名Shell Vis261で販売されている水素化スチレンジエン「スター」ポリマーである。
実施例3:
以下の表は、本発明において有用なポリマー添加剤の組み合わせに関する低温圧送性の性能を示すデータを提示する。
新しい及び老化したエンジンオイル中のPPDの性能を試験するために、様々な量のPPDを含むSAE 15W−40エンジンオイルを、CEC L−105−12試験による老化の前後に、ASTM D4684に従って低剪断粘度(以降、見かけ粘度と呼ぶ)と降伏応力を測定することによってMRV TP−1低温圧送性について評価した。結果を、見かけ粘度が60Pas以下であり、且つ降伏応力が35Pa未満であった場合に合格と見なした。結果を第1表に示す。
Figure 0006463767
驚くことに、本発明によるPPD組成物(PPD9)の使用は、老化の後でもエンジンオイルの低温圧送性を維持したが、単一のコポリマー(PPD6)の使用は維持しなかった。
同様の試験を、0.3%のPPDを含むSAE 5W−30エンジンオイル(オイルB)を用いて行った。結果を第2表に示す。
Figure 0006463767
更なる研究を、エンジンオイル配合物中で使用される他の一般的な添加剤と組み合わせたPPDの効果を研究するために、異なる粘度指数向上剤(VII)及び2つの異なる洗浄剤阻害剤(DI)パッケージを含むエンジンオイル配合物を用いて行った。異なる化学型の5つのVIIを、現代の軽量用の欧州ディーゼルエンジンオイル規格に適した様々な供給者からの2つのDIパッケージと一緒に選択した。全てのVII及びDIパッケージの組み合わせを、上記の実施例2に記載されるように第I群の基油を使用して、SAE J300粘度特性に基づいて、SAE10W−40配合物に配合した。
エンジンオイル配合物を、上記の実施例1から選択される異なるPPDで補充した。PPD含有配合物のMRV TP−1低温圧送性を、CEC L−105−12老化の前後にASTM D4684に従って評価した。結果を第3表に示す。
Figure 0006463767
Figure 0006463767
Figure 0006463767
オレフィンコポリマーに基づく潤滑油では、ポリマー組成物のPPDがエンジンオイルの低温圧送性を維持することができないことが明らかである。新しいオイル及びCEC L−105−12の老化オイルの両方で合格の結果が得られるのは、ポリマーの組み合わせが本発明において上記のように利用されない時のみである。場合によっては、老化オイルの合格結果を得るために、新しいオイルに要求されるよりも高い処理速度のPPDが必要とされている。本発明によるPPDの使用が、CEC L−105−12の老化後でさえ、VIIとしてPAMA、COMB及びHSD並びに両方のDIパッケージを含むエンジンオイル配合物の低温圧送性を維持することが判明した。PPDの添加は、低温圧送性の要件を満たすエンジンオイルの良好な性能に悪影響を及ぼさない。対照的に、単一のコポリマー、例えば、PPD第3番及び第14番を含むPPDは、試験したオイル(例えば、オイルG、I及びJ)の全てにおいて低温圧送性を維持しなかった。
従って、本発明は、ある範囲のエンジンオイル配合物の低温粘度を改善するために使用できるPPD組成物、即ち、従来技術に記載されたPPDによって達成されなかったものを提供する。本発明のPPD組成物は、従来のPPDが全く改善しない場合の粘度特性を改善するのに特に有用である。従って、本発明は、当業者が、それぞれ所定のオイル配合物に適したPPD組成物を選択できるようにし、それによって、エンジンオイルとしての使用に適したエンジンオイル配合物の範囲を拡大する。
幅広い種類のオプションは、基油の群種、DIパッケージ及び粘度調整剤の種類の選択においてエンジンオイルを配合するために存在することに留意すべきである。個々の選択や選択の組み合わせがPPDの選択に影響を与え得ることは知られており且つ認められている。例えば、同じ供給者からの異なるDIパッケージは、異なる効果を所与のオイル配合物の粘度に及ぼす。同じことが別の供給者からのDIパッケージにも当てはまる。成分の選択は、配合物の粘度を決定するが、粘度は、本発明で説明したように、適切なPPDの選択による成分の選択にかかわらず、まだ改善できることに留意することが重要である。従って、PPD組成物及びオイル配合物の適切な組み合わせは、上記の実施例に記載された試験手順に従って、当業者によって見出すことができる。

Claims (15)

  1. 2つのアルキル(メタ)アクリレートコポリマーを含む潤滑油添加剤として使用するための組成物であって、
    前記組成物の全質量を基準として、30〜90質量%の第1コポリマー及び10〜70質量%の第2コポリマーを含み、且つ
    a)第1コポリマーが、
    i)コポリマーの全質量を基準として、35〜60質量%の、1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
    ii)コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
    を含み、且つ
    b)第2コポリマーが、
    i)コポリマーの全質量を基準として、60質量%超〜95質量%の、1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
    ii)コポリマーの全質量を基準として、少なくとも5質量%の、1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
    iii)コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
    を含むことを特徴とする、前記組成物。
  2. 第1コポリマーが、コポリマーの全質量を基準として、40〜65質量%の、1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位を更に含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  3. 第2コポリマーが、
    i)コポリマーの全質量を基準として、61〜95質量%の、1つ以上のC〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
    ii)コポリマーの全質量を基準として、5〜39質量%の、1つ以上のC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
    iii)コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  4. 第1コポリマーが
    i)コポリマーの全質量を基準として、35〜60質量%の、1つ以上のC10〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
    ii)コポリマーの全質量を基準として、40〜65質量%の、1つ以上のC16〜C20アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
    iii)コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  5. 第2コポリマーが、
    i)コポリマーの全質量を基準として、61〜95質量%の、1つ以上のC10〜C15アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、
    ii)コポリマーの全質量を基準として、5〜39質量%の、1つ以上のC16〜C20アルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位、及び
    iii)コポリマーの全質量を基準として、4質量%未満の、1つ以上のC〜Cアルキル(メタ)アクリレートから選択されるモノマー単位
    を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  6. 組成物が30〜80質量%の第1コポリマー及び20〜70質量%の第2コポリマーを含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  7. 〜C15アルキル(メタ)アクリレートが、ドデシル−ペンタデシルメタクリレート(DPMA)、デシル−オクチルメタクリレート(DOMA)、ノニル−ウンデシルメタクリレート(NUMA)、及びラウリル−ミリスチルメタクリレート(LMA)からなる群から選択され;且つC16〜C24アルキル(メタ)アクリレートが、セチル−エイコシルメタクリレート(CEMA)、及びセチル−ステアリルメタクリレート(SMA)からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  8. 潤滑油組成物が、請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物を更に含むことを特徴とする、基油を含む潤滑油組成物。
  9. 潤滑油組成物が、請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物を、潤滑油組成物の全質量に対して前記組成物中のコポリマーの全質量を基準として、0.03〜3質量%の量で含むことを特徴とする、請求項8に記載の潤滑油組成物。
  10. 基油が、API第I群、第II群及び第III群の基油からなる群から選択されることを特徴とする、請求項8に記載の潤滑油組成物。
  11. 潤滑油組成物の全質量を基準として、0.1〜20質量%の、アルキル(メタ)アクリレートポリマー、エチレン及びプロピレンから構成されるオレフィンコポリマー、及び水素化スチレンジエン「スター」ポリマーからなる群から選択される粘度指数向上剤を更に含む、請求項8に記載の潤滑油組成物。
  12. 請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物を添加剤として潤滑油組成物に添加する工程を含む、老化した潤滑油組成物の低温粘度の改善方法であって、前記老化した潤滑油組成物が、エンジンにおいて使用された潤滑油組成物である、前記方法。
  13. 添加剤を含む老化した潤滑油組成物が、ASTM D4684に従って、60Pas以下の低剪断速度粘度及び35Pa未満の降伏応力を有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 潤滑油組成物の全質量を基準として、5〜15質量%の粘度指数向上剤を潤滑油組成物に添加することを更に含み、その際、粘度指数向上剤が、アルキル(メタ)アクリレートポリマー、エチレン及びプロピレンから構成されるオレフィンコポリマー、及び水素化スチレンジエン「スター」ポリマーからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
  15. 老化した潤滑油組成物が、エンジンに使用された潤滑油組成物であることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
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