合成油

合成油は、人工的に改質または合成された化合物からなる潤滑剤です。合成潤滑剤は、原油全体ではなく化学的に改質された石油成分を使用して製造できますが、他の原材料から合成することもできます。ただし、ベースとなる材料は、蒸留され、物理的および化学的に改質された原油が圧倒的に多いです。添加剤の実際の合成プロセスと組成は、通常、企業秘密であり、製造者によって異なります。^[1]

合成油は、極端な温度で作動する場合、石油精製油の代替品として使用されます。^[2]たとえば、航空機のジェットエンジンでは合成油を使用する必要がありますが、航空機のピストンエンジンでは必要ありません。^[3]合成油は、従来の石油や動物性脂肪ベースの製品と比較して、環境やその他の利点を提供するため、金属スタンピングにも使用されます。 ^[4]これらの製品は、「非石油」または「オイルフリー」とも呼ばれます。

振り子時計の潤滑にはポリアルカノエート合成油が広く使用されています。

合成油の中にはグループ III ベース ストックから作られているものもあれば、グループ IV から作られているものもあり、また、この 2 つのブレンドである合成油もあります。モービルはカストロールを訴え、カストロールはグループ III ベース ストック オイルが十分に変更され、完全合成油として認められることを証明して勝訴しました。それ以来、米国石油協会(API) は、規格に関する文書から合成油への言及をすべて削除しました。「完全合成油」はマーケティング用語であり、測定可能な品質ではありません。

ポリアルファオレフィン（ポリαオレフィン、PAO）は、アルファオレフィンを重合して作られる非極性ポリマーです。APIグループIVに指定されており、100％合成化合物です。これは、ほとんどの合成潤滑剤の製造でベースストックとして使用される特定のタイプのオレフィン（有機）です。 ^[5]アルファオレフィン（またはαオレフィン）は、炭素-炭素二重結合がα炭素原子から始まるアルケンです。つまり、二重結合は分子内の#1と#2の炭素の間にあります。^[6]

グループ V ベースオイルは、API によって、鉱油または PAO 潤滑油以外の他のタイプのオイルとして定義されています。

エステルは、グループ V で最も有名な合成化合物で、エーテル結合に隣接するカルボニルからなる 100% 合成化合物です。これらは、オキソ酸とアルコールやフェノールなどのヒドロキシル化合物を反応させることで生成されます。エステルは通常、少なくとも 1 つの -OH (ヒドロキシル) 基が -O-アルキル (アルコキシ)基に置き換えられた無機酸または有機酸から生成され、最も一般的にはカルボン酸とアルコールから生成されます。つまり、エステルは酸とアルコールを縮合させることで形成されます。

化学的に異なる多くの「エステル」は、その極性と通常は優れた潤滑性により、さまざまな理由で潤滑剤の「添加剤」または「ベースストック」として使用されます。^[6]

ポリアルキレングリコールとポリグリコールという用語は互換的に使用されます。^[7]

合成潤滑剤は潤滑剤市場の約 4% を占めています。PAG は合成潤滑剤市場の約 24% を占めています。

エチレンは、合成潤滑剤ポリグリコール油の製造に使用される基本原料です。エチレンとプロピレンが酸素と反応すると、エチレンオキシド(EO) とプロピレンオキシド(PO) が生成され、これらから重合によってポリアルキレングリコールが生成されます。ポリアルキレングリコールは通常、エチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドをアルコールまたは水と組み合わせることで製造されます。

EOとPOの混合比、および化学構造に結合した酸素は、ポリグリコールの挙動に決定的な影響を与えます。ギア業界では主に、EO/PO比が50:50～60:40のポリグリコールが使用されており、非常によく似た挙動を示します。この組成を特徴とするポリグリコールは、一般に水溶性ポリグリコールとも呼ばれます。^[8]

ポリアルキレングリコール基油は、アルコールと 1 つ以上のアルキレンオキシドを反応させることによって生成されます。プロピレンオキシドは非水溶性を、エチレンオキシドは水溶性をそれぞれ提供します。

PAGは、高い潤滑性、極性、低い牽引特性、高い粘度指数、制御された急冷速度、良好な温度安定性、低摩耗などの特性を備えています。水溶性と不溶性の両方の形態で利用可能です。^[9]

PAGは、焼入れ液、金属加工液、ギアオイル、チェーンオイル、食品グレードの潤滑剤、およびHFCタイプの油圧機器やガスコンプレッサー機器の潤滑剤として一般的に使用されています。^[9] PAG潤滑剤は、米国の2大エアコンプレッサーOEMによってロータリースクリューエアコンプレッサーに使用されています。^{[7]異なる粘度グレードのPAGオイル（通常はISO VG 46またはISO VG 100）は、}地球温暖化係数が低い冷媒を使用する自動車のエアコンシステムのコンプレッサー潤滑剤としてよく使用されます。

PAG は、さまざまな用途に合わせて、幅広い粘度グレードと添加剤パッケージで提供されています。水溶性などの一部の PAG 特性は、ポリアルファオレフィン (PAO) などの他の合成潤滑剤では一般的に提供されません。

PAGは高温下でスラッジやワニスが発生するのを防ぎます。PAGの粘度指数はPAOよりも高いです。^{[10] [11] [12]}

大型ギアでは、PAG潤滑剤はPAO潤滑剤よりも低い摩擦をもたらしました。^[13]

PAG オイルは極性があるため、すべての可動金属部品に油膜が容易に形成され、始動時の摩耗が軽減されます。

PAGは、特に水溶性PAGは生分解性が非常に高い。^[14]

PAGは極端な気象条件でも優れた性能を発揮します。^[15]

PAGは鉱油、ほとんどのシール、塗料、ワニスとは互換性がありません。^{[16] [7]}

合成油は鉱物油よりも高価です。^[17]

PAG は通常、フルオロカーボンベースのフッ素エラストマー材料およびビニルメチルシリコーン (VMQ)シリコーンゴムと互換性があります。

PAGは溶剤として作用し、動きが遅くなったり、空気が漏れたり、4方弁の動作が停止したりする原因となる鉱物グリースを溶解して除去します。^{[18] [19]}

天然ゴム、ブナN、およびほとんどの通常のシールはPAGオイル、特にミネラルグリースでコーティングされたシールと互換性がありません。PAGオイルはシールの収縮や膨張を引き起こし、シールの重大な漏れや焼き付きを引き起こす可能性があります。空気圧エアシリンダーと4方向バルブでは、ミネラルグリースでコーティングされたブナNゴムシールが一般的に使用されています。^[20]

半合成油（「合成ブレンド」とも呼ばれる）は鉱物油と合成油の混合物であり、コストをかけずに全合成油の多くの利点が得られるように設計されている。モチュールは1966年に最初の半合成モーターオイルを導入した。 ^[21]

合成ベースストックが 30% 未満であっても、エステルからなる高性能添加剤を含む潤滑剤も合成潤滑剤とみなされます。一般に、税関申告書では、合成ベースストックの比率が商品コードの定義に使用されます。

API グループ II および API グループ III タイプのベースストックは、より経済的なタイプの半合成潤滑油の配合に役立ちます。API グループ I、II、II+、および III タイプの鉱物ベースオイルストックは、半合成ベースの潤滑油を配合するために、添加剤パッケージ、パフォーマンスパッケージ、およびエステルおよび/または API グループ IV ポリアルファオレフィンと組み合わせて広く使用されています。API グループ III ベースオイルは完全に合成されていると見なされることもありますが、それでも最上位の鉱物ベースストックに分類されます。合成または合成された材料は、個々のユニットを組み合わせて統合されたエンティティにすることで生成されるものです。上記の合成ベースストックは人工的に作られ、予測可能な特性を持つ制御された分子構造を持つように調整されています。これは、天然炭化水素とパラフィンの複雑な混合物である鉱物ベースオイルとは異なります。^{[22] [23]}

合成モーターオイルを使用する利点には、使用温度範囲の極端な場合の低温および高温での粘度性能の向上、^[24]粘度指数(VI)の向上 (より高い) 、 ^[25]および化学的およびせん断安定性などがあります。^[26]これは、蒸発による損失の低減にも役立ちます。^{[25] [27] [28] [29]合成オイルは、酸化、熱分解、}オイルスラッジの問題^[30]に耐性があり、排出間隔が長くなり、使用済みオイルの廃棄物が減るという環境上の利点があります。極寒の条件でも潤滑性が向上します。^[25]合成オイルを使用すると、エンジンの寿命が長くなり^[25]、エンジンのホットスポット (特にターボチャージャーとスーパーチャージャー) での「灰」やその他の堆積物の形成に対する優れた保護により、オイルの燃焼が少なくなり、損傷を引き起こすオイル通路の詰まりの可能性が減少します。^[24]エンジンの内部抵抗が減るため、馬力とトルクが正味で増加するため、自動車の性能が向上します。^{[30]さらに、フリートテストでは1.8％から5％の}燃料効率の向上が実証されています。 ^[25]

しかし、合成モーターオイルは鉱油よりも（体積当たり）かなり高価であり^[31]、特定の化学環境（主に工業用途）では分解の問題が発生する可能性があります。^[32]