潤滑剤添加剤: 総合ガイド

潤滑剤は世界を動かし続けます。何かが動くと、表面間の摩擦や摩耗を減らすために潤滑剤が存在する必要があります。しかし、潤滑剤が私たちの業界でこれほどユニークなものになっているのはなぜでしょうか?ベースオイルだけですか？

いいえ、ここが力です。 潤滑油添加剤 本当に輝いているのは、多くの人が見落としている領域です。この記事では、業界の縁の下の力持ち、関係する種類、機能、およびいくつかの課題に焦点を当てます。

なぜ潤滑油添加剤が必要なのでしょうか?

添加物の世界に入る前に、なぜ添加物が必要なのかという基本に立ち返ってみましょう。潤滑剤は基油と添加剤から構成されます。オイルの種類に応じて、さまざまな用途に異なる比率の添加剤が使用されます。さらに、各潤滑剤 OEM は、潤滑剤に独自の配合を採用しています。

これを単純化するために、お茶を淹れることを考えてみましょう。まず必要なのは、カップに入れた熱湯です。これが当社のベースオイルになります。そのままでも使えますが（お湯を飲んだり、他の用途に使ったりする人もいます）、お茶を淹れたい場合は何かを追加する必要があります。

お茶を飲む目的に応じて、特定のフレーバーを選択できます。おそらくペパーミントは消化を改善したり集中力を高めたり、カモミールは心を落ち着かせるのに役立ちます。

これらのフレーバーは、ギア オイル、タービン オイル、モーター オイルなど、さまざまなタイプのオイルを表すことができます。異なるブレンドが異なる用途に適しています。

さて、ティーバッグをお湯に加えましたが（このようにお茶を飲める人もいます）、甘味料やミルクを加える必要がある人もいます。基油（熱水）への添加剤です。

お茶を飲む人の好みに応じて、甘味料 (蜂蜜、ステビア、または砂糖) の量やミルク (通常、低脂肪、オーツ麦、乳製品を含まない) の量が異なります。組み合わせは無限大！

完成した潤滑油の添加剤についても同じことが言えます。油の種類 (紅茶フレーバー、ギアやタービンオイルなど) とその用途 (紅茶を飲む人の好み、乳製品フリーまたは砂糖フリーなど) に応じて、潤滑油添加剤の組み合わせとその比率は異なります。添加剤の割合は、オイルの種類に応じて 0.001 ～ 30% の範囲で変化します。

完成した潤滑油は、基油と添加剤を組み合わせた特性を備えています。これらの添加剤がどのように機能するのか、そしてその特徴をもう少し詳しく見てみましょう。

潤滑油添加剤の種類

潤滑油添加剤には多くの種類があり、さまざまな供給業者からさまざまな配合が存在します。このセクションでは、完成した潤滑油に含まれる最も一般的な添加剤について説明します。

流動点降下剤

すべての液体には、効果的に流れることができる特定の温度があります。液体の粘度と現在の温度によって、液体の移動速度が決まります。名前が示すように、流動点降下剤は潤滑剤が流れる温度を下げるのに役立ちます1。

粘度指数向上剤

粘度指数向上剤 are also known as Viscosity Modifiers2. They assist the lubricant in increasing its viscosity at higher temperatures, allowing lubricants to operate in wider temperature ranges.

摩擦調整剤

2 つの表面が互いにこすれると、摩擦が発生します。摩擦の種類と程度によっては、一部の表面に溶着や凝着摩耗が発生する可能性があります。ここで、摩擦調整剤がスティックスリップ振動やノイズに関連する摩擦力を低減することで役立ちます。

消泡剤（消泡剤）

一部の潤滑剤は、システム内で泡が発生してしまうことがあります。泡が生成されると、潤滑剤の機能に大きな影響を与え、潤滑不足による過度の摩耗（潤滑剤の表面が破壊される）、キャビテーション（気泡の存在による）、さらには酸化の増加（システム内に閉じ込められた空気の存在による）を引き起こす可能性があります。泡は、液体が熱を伝えたり冷却したりする能力にも影響を与える可能性があります。消泡剤または消泡剤添加剤は、生成される泡の量を減らします。

酸化阻害剤（抗酸化剤）

酸化はほとんどの潤滑剤で発生します。酸化プロセス中にフリーラジカルが発生し、伝播してアルキルラジカルまたはペルオキシラジカルおよびヒドロペルオキシドを形成し、最終的に他のラジカルと反応して酸化副生成物を形成します。増殖段階では、通常、フリーラジカルを中和するか、ヒドロペルオキシドを分解するために抗酸化剤が使用されます3。したがって、これらの添加剤は、劣化することで基油を酸化から保護するため、本質的に犠牲的なものとなります。

酸化防止剤には多くの種類があり、フェノール類、芳香族窒素化合物、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、ジチオリン酸亜鉛、その他いくつかがあります。

防錆剤および腐食防止剤

鉄が含まれる場所に酸素と水が存在すると、錆が発生する可能性があります。潤滑剤中の酸が存在すると、非鉄金属に腐食が影響します1。ほとんどの機器は錆や腐食に非常に簡単に侵されるため、これらの抑制剤は機器の表面に保護層を形成することでこれらの影響を軽減するために開発されました。

洗剤および分散剤

界面活性剤と分散剤は、通常、油中に堆積物が蓄積するのを防ぐために一緒に機能するため、混同されることがよくあります。洗剤は堆積物前駆体 (特にエンジン オイル) を中和し、分散剤は潜在的なスラッジやワニス形成物質を懸濁します4。

耐摩耗添加剤

耐摩耗添加剤は、特に境界潤滑状態での摩擦と摩耗を軽減します。システムが適度なストレスにさらされた場合に摩耗を軽減するように設計されています2。

極圧添加剤

極圧添加剤は通常、耐摩耗添加剤と混同されるか、名前が同じ意味で使用されます。ただし、システムが中程度のストレスを受けたときに機能する耐摩耗添加剤とは異なり、極圧添加剤はシステムが高いストレスを受けたときに機能し始め、可動部品の溶着を防止しようとします。

潤滑油添加剤はどのように作用するのでしょうか?

各添加剤は異なる働きをして、ベースオイルと完成した潤滑油全体にその機能をもたらします。このセクションでは、各潤滑油添加剤がどのように機能するか、およびそれらが経験する可能性のあるいくつかの課題について説明します。

流動点降下剤

上で述べたように、流動点降下剤は潤滑剤の流れの制御に役立ちます。これは、潤滑剤の基油に存在するワックスの結晶を改質することによって実現されます。低温では、基油中にワックス分子が存在するため、通常、液体を注ぐのが困難になります1。

流動点降下剤には主に 2 つのタイプがあります。

• アルキル芳香族ポリマー ワックスの結晶が形成されるときにそれらの結晶に吸着し、ワックスの結晶が成長したり互いに付着したりするのを防ぎます。これにより、結晶化プロセスが効果的に制御され、潤滑剤を確実に注入できます。
• ポリメタクリレート ワックスと共結晶化し、結晶の成長を防ぎます。

これらの添加剤はワックス結晶の成長を完全に防ぐわけではありませんが、これらの硬い構造が形成される温度を下げます。これらの添加剤は、最大 28°C (50°F) の流動点降下を達成できます。ただし、一般的な範囲は通常 11 ～ 17°C (20 ～ 30°F) です。

溶解度の閾値により、基油に対して望ましい効果を達成するためにこのタイプの添加剤の使用が制限される場合があります。

粘度指数向上剤

これらの添加剤は通常、温度に基づいて潤滑剤中での構成を変化させる長鎖の高分子量ポリマーです4。潤滑剤が低温環境にある場合、これらのポリマーは粘度への影響を最小限に抑えるためにコイル状の形状をとります。一方、暑い環境ではまっすぐになり、油が増粘効果を生み出すことができます。

高分子量ポリマーを使用することがより望ましい一方で（より優れた増粘効果が得られるため）、これらの長鎖分子も機械的剪断による劣化を受けやすい。したがって、分子量とせん断安定性の使用条件の間でバランスをとる必要があります。

配合者にとってのもう 1 つの課題は、ポリマーのせん断傾向と、酸化プロセスによる予想される粘度の増加および燃料の希釈による粘度の低下とのバランスをとることです1。

摩擦調整剤

これらは通常、表面スペースに関して耐摩耗性および極圧添加剤 (および他の極性化合物) と競合します。ただし、AW および EP 添加剤がまだ活性化していない温度では活性化します。したがって、これらは物理的に吸着された極性可溶性生成物の薄い単分子層、またはトライボケミカル摩擦低減カーボン層を形成し、AW および EP 添加剤よりも低い摩擦挙動を示します2。

摩擦調整剤には、その機能に基づいてさまざまなグループがあります。機械的に作用する FM (二硫化モリブデン、グラファイト、PTFE などの固体潤滑化合物)、FM を形成する吸着層 (脂肪酸エステルなど)、FM を形成するトライボケミカル反応層、FM および有機金属化合物を形成する摩擦ポリマーなどもあります。

消泡剤（消泡剤）

潤滑剤内で泡が形成されると、表面または内部に小さな気泡が閉じ込められます (内部泡と呼ばれます)。消泡剤は、泡の泡に吸着し、泡の表面張力に影響を与えることによって機能します。これにより合体が起こり、潤滑剤表面の泡が壊れます1。

表面に形成される泡（表面泡）には、表面張力の低い消泡剤が使用されます。これらは通常、基油に溶解せず、長期間の保管または使用後でも十分に安定であるように細かく分散する必要があります。

一方、内部発泡体は潤滑剤中に気泡が細かく分散したものであり、安定した分散液を形成することができます。一般的な消泡剤は、表面の泡を制御しながら内部の泡を安定させるように設計されています2。

酸化防止剤

上で述べたように、通常、増殖段階では、捕捉ラジカルを中和するか、ヒドロペルオキシドを分解するために酸化防止剤が使用されます3。抗酸化物質には、一次抗酸化物質と二次抗酸化物質の 2 つの主な形態があります。

ラジカルスカベンジャーとしても知られる一次酸化防止剤は、油からラジカルを除去します。最も一般的なタイプはアミンとフェノールです。

二次酸化防止剤は、過酸化物を除去し、潤滑油中で非反応性生成物を形成するように設計されています。例としては、ジチオリン酸亜鉛 (ZDDP) や硫化フェノールが挙げられます。

2 つの抗酸化物質が相乗関係を持つ混合抗酸化物質システムも存在します。一例としては、フェノールとアミンの関係が挙げられます。フェノールは酸化中に早期に減少しますが、アミンは後で減少します。別の例は、ラジカルとヒドロペルオキシドを除去するために一次および二次酸化防止剤を使用することです。

防錆剤および腐食防止剤

防錆剤と腐食防止剤は通常、長いアルキル鎖と極性基であり、疎水性層が密に詰まった状態で金属表面に吸着されます。

ただし、これは界面活性添加剤であるため、金属表面に関しては他の界面活性添加剤 (耐摩耗剤や極圧添加剤など) と競合します。腐食添加剤には、主に 2 つのグループがあります。それは、防錆添加剤 (鉄金属を保護するため) と金属不動態化剤 (非鉄金属用 2) です。

Rus 阻害剤は、金属表面に対して高い極性の引力を持っています。粘りのある連続した膜を形成し、水が金属表面に到達するのを防ぎます。有機酸が生成されるのと同じように、汚染物質がオイルに腐食を引き起こす可能性があることにも注意する必要があります。

洗剤および分散剤

洗剤は、洗浄作用と同様に、金属表面から物質を除去する極性分子です。ただし、一部の洗剤には抗酸化作用もあります。金属含有洗剤は灰 (通常、カルシウム、リチウム、カリウム、ナトリウム) を生成するため、洗剤の性質は特に重要です1。

一方、分散剤も極性があり、汚染物質や不溶性の油成分を潤滑油中に浮遊させます。これらは粒子の凝集を最小限に抑え、その結果、オイルの粘度が維持されます（粒子の凝集により増粘が生じるのと比較して）。洗剤とは異なり、分散剤は無灰とみなされます。通常、これらは低い動作温度で動作します。

耐摩耗添加剤

これらは一般に極性があり、長鎖分子が金属表面に吸着して保護層を形成します。これにより、穏やかな滑り条件下での摩擦と摩耗を軽減できます。通常、これらの添加剤はエステル、脂肪油、または酸から形成されており、システム内の低レベルまたは中程度のストレスでのみ機能します。

最も一般的な耐摩耗性は ZDDP で、エンジン オイルや作動油に使用されます。一方、その特性が必要なシステムには無灰リンタイプの耐摩耗性も存在し、トリクレイシルリン酸塩が通常選択されます。

極圧添加剤

極圧添加剤は、システムに高温または重い負荷がかかった場合にのみ活性を発揮するため、「耐スカッフィング添加剤」という名前が付けられています。

耐摩耗添加剤とは異なり、極圧添加剤は滑り金属表面と化学反応して、比較的不溶性の表面膜を形成します。この反応は、使用する EP 添加剤の種類に応じて、高温 (場合によっては 180 ～ 1000℃) でのみ発生します1。

潤滑剤中に EP 添加剤が存在する場合でも、添加剤が表面に保護層をまだ形成していないため、ならし運転中に多少の摩耗が生じることに注意する必要があります。

また、EP 添加剤は、金属によって反応性が異なるため、保護するシステムに合わせて設計する必要があります (スチール オン スチール システム用に設計された EP 添加剤は、青銅との反応性が低いため、青銅系には適さない場合があります)。

EP 添加剤は、凹凸が接触し、局所的な温度が最も高いときに最も顕著な化学反応が起こるため、滑り面の研磨にも貢献します。これらは、硫黄、リン、ホウ酸塩、塩素、またはその他の金属を含む化合物から生成される傾向があります4。

潤滑油添加剤は時間の経過とともに劣化しますか?

前述したように、ほとんどの添加剤は、さまざまな機能で使い果たされるため、時間の経過とともに減少する可能性があります。耐摩耗性および防錆性の添加剤が、接触する金属の表面を継続的にコーティングします。

これにより、添加剤の初期濃度が時間の経過とともに減少し、最終的には添加剤の濃度が低すぎて保護できない点に達することがあります。この場合、劣化はしていませんが、劣化しています。

以前は、濾過による最終潤滑剤からの添加剤の分離に関して一般的な問題がありました。しかし、テクノロジーの進化と実践の改善により、これはオペレーターが直面する一般的な問題ではなくなりました。

以前は、オペレーターはフィルターが頻繁に目詰まりし、その後添加剤の濃度が低下し、オイルが保護されなくなることに気づきました。しばらく放置しておくと、オイルの入ったドラム缶の底に添加剤が沈殿するのに気づくのが一般的でした。

本質的に、潤滑油添加剤は時間の経過とともに実際には劣化しません。むしろ、その濃度が低下し、より高濃度の添加剤を含む最終潤滑剤よりも早く潤滑剤が劣化することになります。

添加剤のイノベーションと将来のトレンド

私たちの業界における添加剤の将来はどうなるでしょうか?彼らは完全に消えるのでしょうか？

私の推測では、その実現には程遠いと思います。潤滑油業界は長年にわたって進化しており、より適切な添加剤を開発する化学側と、機器の変更に適応できる潤滑油添加剤の開発を化学者に促す OEM 側からの多くの進歩があります。

OEM は、高温、高圧、より厳しい環境に耐えられるコンポーネントをさらに多く製造しています。潤滑剤もこの特定の用途のために開発する必要があり、これらの限界が押し広げられるにつれて、添加剤技術は進化し続けるでしょう。

また、私たちはより環境に優しい製品を目指しており、添加剤もそのリストに含まれています。添加剤 (EP または AW 添加剤など) の製造に使用される金属のほとんどは環境に有毒であり、代替品が発見されています。

トライボロジーの分野では、摩擦と摩耗を軽減する方法についての研究も続けられています。これは、さまざまな表面の相互作用や、潤滑剤が摩擦係数を効果的に低減できる方法に関する研究と組み合わされており、場合によってはエネルギー効率と燃料効率の向上につながります。

動くものはすべて潤滑する必要があり、基油は機械が遭遇するさまざまな温度やその他の条件に対処するために必要な特性をすべて備えているわけではないため、潤滑油添加剤はしばらくの間使用されるでしょう。

より環境に優しい影響を与えるためにその構造が変化する一方で、その機能も将来の要件に基づいて進化します。

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