活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス 101 高性能エンジン油用粘度指数向上剤 中田繁邦 当社潤滑油添加剤研究部ユニットチーフ [ 紹介製品のお問い合わせ先 ] 当社石油・環境本部石油・機械産業部 近年、地球温暖化防止に向けた 対応策として、車両の軽量化、エ 潤滑油は温度変化に対する粘度変 環境保護と石油資源枯渇問題の観 ンジンの燃焼効率向上、エコドラ 化の小さいことが望ましい。この 点から、CO₂ 排出量の削減や省エ イブ支援システムなどが進められ 粘度変化をコントロールする役割 ネルギーへの取り組みが盛んに行 ており、その1つに潤滑油の高性 を果たすのが、粘度指数向上剤 われている。国内のCO₂ 排出量で 能化が挙げられる。 [図 見ると、運輸部門は2割を占め 自動車では、エンジン油、駆動 下VII)であり、粘度指数向上能が 1] 、その内、自動車の排出量が 油など低温から高温(自動車の場 大きいほど燃費向上への効果が高 9割に当たることから、自動車の 合はおおよそ−30∼150℃の範 い。 燃費向上や交通網整備などの関連 囲)に至る広い温度領域で、潤滑 本稿では、VIIの一般的な機能と 法案の改正や施策が実施されてい 油が使用されている。潤滑油は一 エンジン油の規格動向、そして燃 る。燃費基準については、国土交 般の液体と同様に、高温では粘度 費向上に有効な省燃費対応エンジ 通省と経済産業省主催の分科会で は低く、低温では粘度が高くなる ン油用VII『アクルーブ』について 2020年度を目標とした最終取り 性質を示す。高速走行時のような 紹介する。 まとめが発表され、企業単位とし 高温下では、潤滑油の粘度が低す た乗用車の燃費基準が 20.3㎞ /ℓ ぎると金属上の油膜が薄くなるた VIIの主成分は油溶性高分子であ (2009年 度 実 績:16.3 ㎞ /ℓ、 めに、摩耗や焼き付けといった問 る。その作用機構は、油中でのポ 2015年度燃費基準17.0㎞/ℓ)ま 題が起こる。一方、冬場の始動時 リマーの溶解状態の変化を巧みに で引き上げられる予定であり、欧 のような低温下では、粘度が高す 利用している。高温になると潤滑 米諸国についても、燃費規制の強 ぎると粘性抵抗が大きくなるため 油に対する溶解性は上がり、分子 。この 化が予定されている[図2] に燃費を悪化させる。したがって、 鎖は伸びて広がった状態をとるた (Viscosity Index Improver、以 廃棄物 2.5% エネルギー転換部門 7.0% 工業プロセス 3.5% VII の作用機構・組成 20 17.8 17.6 18 16.6 燃費 運輸部門 20.6% 総排出量 約11億4,500万㌧ 産業部門 33.9% 16 35.0mile/gal 14.9 (㎞/ℓ) 14 12 民生(業務)部門 18.8% 16.8 27.5mile/gal 11.7 10 民生(家庭)部門 14.1% 米 CAFE 米 米カリフォルニア州 EU2008年 EU2012年 日本2015年 2020年法案 2015年 CO2-140g/㎞ CO2-130g/㎞ 推定値 出典:日本自動車工業会 出典:独立行政法人国立環境研究所 図1●日本の部門別 CO2 排出量の割合 (2009 年度) 図2●各国の乗用車の燃費規制比較 (日米欧) 三洋化成ニュース ❶ 2013 新春 No.476 230 ポリマーの溶解状態 220 210 高粘度の基油B(VIIなし) 基油のSP値 (約8.2) PMA 粘度指数 200 低粘度の基油A+VII 粘度 適正粘度範囲 不 溶 190 180 170 OCP 低粘度の基油A(VIIなし) 160 150 7.5 8 8.5 9 9.5 VIIのSP値 低温 温度 高温 図3● VII の溶解状態、粘度挙動の模式図 図4● VII の SP 値と粘度指数との関係(基油に配合時) め、潤滑油の粘度を大幅に増加さ イソブチレン(PIB)系およびスチ 質となるVIIの溶解度パラメーター せる。逆に低温ではポリマーの溶 レン/イソプレン(SCP)系などに (SP値)差に起因する。SP値とは、 解性が下がり、分子鎖は凝集し丸 分類でき、OCP系とPMA系が主 溶媒への溶質の溶解のしやすさを まった状態となるため、潤滑油の に使用されている [表1] 。 示す指標であり、溶質のSP値と 粘度はそれほど上昇しない。その OCP系は増粘作用が大きいため、 溶媒のSP値差が小さいほど溶解 ため、低粘度の基油に添加すると 少量の添加で所定の粘度に調整可 性が高く、その差が大きいほど溶 潤滑油の粘度を適正範囲に保つこ 能であるが、粘度指数向上能は小 解性が低くなる。 [図3] 。 とができる さい。一方、PMA系は増粘作用が VIIのSP値とVIIを添加した潤滑 VIIは重量平均分子量が1∼50 小さく添加量が多いが、粘度指数 油の粘度指数との関係を図4に示 万程度であり、化学組成からオレ 向上能に優れている。PMA系が す。基油(SP値=約8.2)に対し、 フィンコポリマー(OCP)系、ポ OCP系に対し粘度指数向上能に優 SP値差が小さいOCP系(SP値= リメタクリレート (PMA) 系、ポリ れる理由は、溶媒である基油と溶 約8.2) は、基油への溶解性が高す ぎるために低温でも分子鎖が広が 表1● VII の種類 ポリマーの種類 (略称OCP) ったままであるのに対し、基油と のSP値差が大きいPMA系(SP値 −−CH₂−CH₂−−−−CH₂−CH−− − − オレフィンコポリマー 化学構造 =9.0∼9.2)は、溶解性が適度に CH₃ 低いため低温での分子鎖の広がり が特に小さく、高温での広がりと CH₃ (略称PMA) の差が大きくなるため粘度指数向 − − − − ポリメタクリレート −−CH₂−C−−−−−− 上能が優れる。 COOR 粘度指数向上能のもう1つの因 子として、VIIの重量平均分子量が ポリイソブチレン (略称PIB) − − − − CH₃ 関係する。VIIの分子量とVIIを添加 −−CH₂−C−−−− − した潤滑油の粘度指数との関係を CH₃ 図5に示す。VIIの分子量が大きい ほど粘度指数が高くなる。 (略称SCP) − − 共重合体の水添物 −−CH₂−CH₂−−−− −−CH₂−CH₂−CH−CH₂−−− 一方で、油溶性高分子であるVII CH₃ は、機械のしゅう動部分(エンジ − − スチレン/イソプレン ン内のピストンとシリンダー壁の 三洋化成ニュース ❷ 2013 新春 No.476 活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス 高性能エンジン油用粘度指数向上剤 50 300 粘度指数(左目盛り) 粘度低下率(右目盛り) 30 粘度低下率 粘度指数 220 排気 吸入 40 260 180 20 (%) 140 10 密 封 潤 滑 清 浄 冷 却 衝撃吸収 防 錆 0 100 1 10 100 重量平均分子量(万) 出典:マツダ㈱HP 基油にVIIを添加して100℃動粘度を7mm2/sに調整した。せん断条件:JASO M347-95 図5● VII の分子量(Mw) と粘度指数および、せん断安定性との関係 図6●エンジン油の役割 すり合わせ部分)で生じる高いせ 格であり、ハイフンの前の5W、 費性を満足したエンジンオイル処 ん断力を受けて徐々に分子鎖が切 0Wは低温粘度を表しており、数字 方に対し認定が行われる。この規 断されてしまう。せん断力は、分 が小さいほど低温特性が優れてい 子量が大きいほど強く受けるため、 る。また後ろの30、20は高温粘 格が改定されるごとに省燃費性能 が強化され、 現在はGF-5/SNが最 VIIの分子量が大きくなると粘度低 度を表しており、数字が小さいほ 新規格となっている。 下率が大きくなる。この分子鎖切 ど高温粘度が低く、燃費特性が高 断による粘度低下の割合でせん断 これまでエンジン油用VIIは安価 安定性を評価し、潤滑油の長寿命 い。日本の低燃費自動車の多くは、 0W-20グレードが使用されている。 化のためには、粘度低下が小さい この規格のうち、以下の3項目 満たすOCP系がほとんどであった ほうがよい。 は粘度特性に関する項目であり、 が、ILSAC /API 規格によって省 分子量が小さいほどVIIのせん断 VIIにより調整される。 燃費性が強化されたため、粘度指 安定性は向上するが、分子量は粘 ①100℃動粘度の上下限:上限動 数向上能が優れるPMA系が使用 度指数にも関係するため、VIIの分 粘度はオイルによる抵抗度、下限 されるようになってきた。 子量は用途に応じて最適化される。 動粘度は油膜による潤滑性を保証。 エンジン試験による省燃費性は、 ②150℃高温高せん断粘度(HTHS 前述のHTHS粘度の80∼100℃測 エンジン油には、ピストンとシ 粘度)の下限:しゅう動部で起こ 定値が低いほど優れているといわ リンダー壁の摩耗を防ぐ潤滑性の る高温、高せん断下での最低粘度 れている。つまり、150℃ HTHS ほかに、気化室の気密を保つ密封 を規定しており、油膜切れによる 粘度の最低粘度を保証しながら、 性、エンジン内部の清浄性、冷却 焼き付き、摩耗の防止を保証。 80∼100℃ HTHS粘度をより下 性、防錆性、衝撃吸収性といった ③低温特性(CCS粘度、MRV粘 げることが求められ、粘度指数向 役割[図6]が必要であり、種々の 度) :CCS粘度はピストンを上下す 上能が優れるPMA系がOCP系に 添加剤によって実現している。こ る際の限界粘度、MRV粘度はエン 比べて有利である。 のエンジン油の性能はSAE(米国 ジン底にたまった油をポンプによ PMA系においてさらに省燃費 自動車技術者協会)粘度分類と り吸い込みができる限界粘度を規 性を向上させた高性能PMA系VII ILSAC(国際潤滑油標準化認定委 定しており、 低温でのエンジン始動 『アクルーブ』シリーズについて、 員会)/ API(米国石油協会)規 性を保証。 格によって規格化されている。 SAE粘度分類は、5W- 30や0W- ILSAC /API規格は、エンジン 試験による各粘度グレードの省燃 ブ』シリーズ 20と表記したマルチグレード規 費性を規定した規格であり、省燃 粘度指数向上能に優れたVIIを設 エンジン油の規格 三洋化成ニュース ❸ 2013 新春 No.476 省燃費に向けた VII の動向 かつ少量の添加でSAE粘度規格を 以下に説明する。 高性能 PMA 系 VII『アクルー 活躍する三洋化成グループのパフォーマンス・ケミカルス 高性能エンジン油用粘度指数向上剤 想定して行った。150℃ HTHS粘 高 低 粘度指数 度を保証粘度の2.6mPa・sに設定 した場合、100℃、80℃ HTHS 高性能PMA系Ⅶ 粘度はOCP系従来品に比べ約30 %低減、PMA系従来品に比べ約 15%低減できている。これらVII 特殊モノマーでの高性能化 は燃費向上に大きく寄与し、日本 車を中心に省燃費対応エンジンオ イルに使用されている。 『アクルーブV-5000』シリーズ 従来PMA系Ⅶ は、せん断安定性やスラッジ分散 性のニーズに応じて『V-5090』 『V-5110』 『 V- 5130』をラインア 小 大 粘度低下率(%) ップしている。 当 社 で は エ ン ジ ン 油 の ほ か、 図7●高性能 PMA 系 VII と従来 PMA 系 VII との性能比較 CVTF、ATF、ギヤ油などの自動 表2●『アクルーブ V-5000』シリーズと従来品の性能比較 性能項目 単位 非分散/分散 − 車駆動油、油圧作動液、工業用潤 アクルーブ アクルーブ アクルーブ V-5090 V-5110 V-5130 従来品 (PMA系) 従来品 (OCP系) 滑油などに適したVII として『アク 非分散 非分散 分散 非分散 非分散 ルーブ』シリーズもラインアップ HTHS粘度 (150℃) mPa・s 2.6 2.6 2.6 2.6 2.6 しており、幅広いニーズに対応し HTHS粘度 (100℃) mPa・s 4.9 5.2 5.1 5.7 7.5 HTHS粘度 (80℃) 7.8 8.1 7.7 8.8 11.6 ている。 mPa・s 今後の展望 動粘度 (100℃) mm²/s 7.32 7.87 7.18 8.70 8.05 動粘度 (40℃) mm²/s 31.8 32.7 30.6 39.3 41.8 2016年をめどにILSACは、さ CCS粘度 (−35℃) mPa・s 5,500 5,050 5,100 5,800 5,500 MRV粘度 (−40℃) mPa・s 10,200 13,200 14,000 15,800 15,000 Yield Stress − None None None None None らなる省燃費性に対応した次世代 規格(GF- 6)への改定準備を進め Bosch SSI % 29.8 32.7 25.0 35.0 22.0 ている。当社はさらに技術を深化 させ、GF-6に適合する製品開発 を行っていく。 計するには、基油とのSP値差を [図7] 。一方、粘度指数を従来と 大きくすること、分子量を大きく 同等にすれば、粘度低下率が小さ 当社はこれからも高性能かつ環 することが有効であることを前項 いため潤滑油の寿命を延ばすこと 境性能の高い製品の開発を通して、 で述べたが、それぞれ基油溶解性 ができる。 地球温暖化防止に貢献していく。 やせん断安定性と相反関係がある。 この技術は自動車の燃費向上な 当社の高性能PMA系VII『アク ど低炭素社会の構築に大きく貢献 ルーブ』シリーズは、独自の技術 しており、当社は自動車エンジン で設計した当社オリジナルの特殊 モノマーを従来のモノマーと共重 油用高性能PMA 系VII として『ア クルーブV-5000』シリーズを上 合している。その結果、従来技術 市している。 では困難であった高いSP値でも 基油に溶解することができ、かつ 表2に当社の高性能エンジン油 用VIIである『アクルーブV- 5000』 低温域でVIIがより収縮しやすくな シリーズを添加した潤滑油と従来 る 構 造 を 有 す る た め、 従 来 の 品を添加した潤滑油の性能を示す。 PMA系VIIとせん断安定性が同じ 性能評価は、日本車の主流であ る最低粘度グレードの0W -20を 場合での高い粘度指数を実現した 三洋化成ニュース ❹ 2013 新春 No.476 参考文献 1)狩野美雄、松家英彦「粘度指数向上 剤(VII) の 機 能 と 用 途 」 潤 滑 経 済 No.383 p.12(1998) 2) 中西秀男 「粘度指数向上剤の動向」 ト ライボロジストNo.48 p.890(2003) 3)由岐剛「低粘度潤滑油における粘度 指数向上剤の潤滑性向上技術」トライ ボロジストNo.53 p.449(2008) 4)阿尾信博「潤滑油の低粘度化と粘度 指数向上剤の動向」潤滑経済 No.560 p.30(2012)
© Copyright 2024 Paperzz