PCerformance145

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
hemicals

事業研究第一本部
AOA応用研究部

軽油用潤滑性向上剤

勝川 吉隆［お問い合わせ先］
石油・建設・環境本部
石油・機械産業部

軽油は石油を蒸留精製して得規制の強化など、種々の大気汚

欧米や日本は、世界に先駆けられる石油製品で、原油からは染防止対策が講じられてきた。て軽油の低硫黄化を実施してい沸点の低い順に、LP ガス、ガ浮遊状物質（SPM）、二酸化窒る。日本では図1に示すように軽ソリン、灯油、軽油などが抽出素（NO2）などによる大気汚染

油中の硫黄含量は 1992 年以降段される。軽油は沸点範囲 200〜の防止については、特にディー階的に規制が強化されており、350℃程度の炭化水素の混合物

ゼル車の排気ガス中の NOx や2005 年 1 月から硫黄含量 10ppm

であり、原油の種類、製造法な粒子状物質（PM）の排出抑制

以下の軽油（いわゆるサルファーどにより、特性が異なる軽油がが重要な課題であり、その対策フリー軽油）が市場に流通して生産されている。発熱量が高くとしてディーゼルエンジンの改いる 。

火力が強いため、大量のエネル良やフィルターや触媒などの後しかし硫黄含量 500ppm 以下ギーを生み出す際の燃料に適し処理装置などの技術開発が進めの低硫黄軽油が流通し始めたこている。そのため主にトラックられてきた。それらの技術を最ろから摺動部のポンプが摩耗すやバス、小型船舶などのディー大限に活かすためには、ディーるトラブルが発生し、潤滑性向ゼルエンジン用燃料として使用ゼルエンジンの燃料となる軽油上の対策が必要となった。ディー

されており、実用性能を向上さ中から、金属の腐食や触媒の被ゼルエンジンの燃料噴射ポンプせるためにさまざまな添加剤が毒の原因となる硫黄の含量を低や燃料噴射ノズルなどの摺動部使用されている。

減することが必要不可欠となっは、燃料となる軽油で自己潤滑ている。

しており、摩耗を防止するため

1）

しゅう どう ぶ

本稿では、ディーゼルエンジンの排気ガス公害対策の一つである軽油の硫黄含量低減に伴い、軽油の潤滑性を補うために添加硫黄含量（ppm）5,000される潤滑性向上剤（LubricityImprover：LI）に つ い て 紹 介する。
2,000

ディーゼルエンジンの環境対策と潤滑性向上剤（LI）の役割

LI使用開始500501976

自動車の普及とともに、環境

図11992

1997

日本における軽油中の硫黄含量の推移 1）

問題を背景に自動車排出ガス

三洋化成ニュース ❶ 2020 夏 No.521

2003

102005.1〜（年）

に軽油自体が一定の潤滑性をさせ、摩耗を防止している（図係数の低減効果を発揮するため持っている必要がある。しかし、2）。には少なくとも炭素数 10 以上が軽油の硫黄含量低減のために行LI 分子が金属表面に油膜を必要であり、LI としては一般的われる過酷な水素化脱硫過程に形成するためには、金属表面にに炭素数 18 程度のものが使用さおいて、潤滑性に寄与していた吸着するための極性基と油膜をれている。

極性物質も減少し、潤滑性を低形成する油溶性基との両方を含下させていた。この低硫黄軽油有することが必要である。

以上のことから、現在実用化されている代表的な LI は、炭素の潤滑性を向上させるために使極性基は、できるだけ金属表

数 18 以上の不飽和脂肪酸、高級用されるのが、LI である。

面に対する吸着力が大きいほう

直鎖脂肪酸などの酸系またはグが摩擦係数低減効果が大きい。

リセリンモノ不飽和脂肪酸エス

表 1 に示すように脂肪酸やグリテルなどのエステル系が主流で燃料噴射ポンプや燃料噴射ノセリンエステルは効果が大きい。

ある（図 4）。

ズルなどの摺動部は、金属同士また、油溶性基である炭素鎖LI に使用されている不飽和が摩擦すると摩耗する。LI は、は、その炭素数と摩擦係数低減

脂肪酸やグリセリンモノ不飽和水素化脱硫により減少した極性効果に関係がある。図 3 に、脂脂肪酸エステルは、原料性状や物質に代わり、金属表面に吸着・肪酸、アミンおよびアルコール入 手 性 か ら 菜 種 油、大 豆 油 や配向して潤滑性膜（油膜）を形の炭素数（油溶性基）と摩擦係

トール油などの天然油脂を原料

LI の作用機構と構造

2）数の関係を示す 。十分な摩擦成し、金属間の摩擦係数を低減

表1としたものが多い。

摩擦係数に及ぼす極性基の影響（振子試験、50℃）2）

軽油

炭素鎖
極性基

油溶性基

極性基
金属表面

潤滑性向上剤の作用機構

図2

0.25

C12H25 −C13H37 −−OH0.290.26−COOH

0.180.10−COOCH30.300.30−COOCH2 −CHOH−CH2OH

0.130.12−CONH2−

0.14−NH20.220.21

酸系LI：不飽和脂肪酸、高級直鎖脂肪酸など
R−COOH0.20

R：アルキル、アルキレン脂肪酸

O＝

摩擦係数

エステル系LI：グリセリンモノ不飽和脂肪酸エステルなど

0.150.10

H2C−O−C−R−

アミン

アルコールHC−OH−0.05

H2C−OH0.00

R：アルキル、アルキレン
5101520

直鎖炭素数（N）

図3

油性剤単分子膜の摩擦係数 2）25

その他：アルキルアミン、脂肪酸アミドなど
図4

三洋化成ニュース ❷ 2020 夏 No.521

代表的な潤滑性向上剤の構造

軽油（LI未添加）摩耗痕径

大小Y摩耗痕径（μm）＝（X＋Y）／2
X：摩耗痕の直角方向の長さ（μm）
Y：摩耗痕の振動方向の長さ（μm）

LI添加

X
潤滑性

悪667μm

良379μm

写真2 HFRR試験後の試験鋼球の摩耗痕径

写真1 HFRR：High Frequency
Reciprocating Rig

LI は、通常、ハンドリング性で往復運動させ、その試験鋼球軽油に『サンフリック』を添加向上のため、溶剤などで希釈さに発生する摩耗痕径を測定する

すると HFRR 試験後の摩耗痕径れて製品化されているが、エン3）が小さくなり、潤滑性が向上し（図 5） 。

ジンの始動性の向上、燃費改善

軽油の適切な潤滑性を保証すていることがわかる（写真 2）。

および軽油の酸化安定性の向上る指標として、欧州の軽油規格

低硫黄軽油（硫黄含量 10ppmを目的に、LI と他の軽油用添加EN590 な ど に HFRR 試 験 後 の以下）に『サンフリック』を添剤（清浄剤、セタン価向上剤、摩耗痕径が 460μm 以下と規定加した場合の添加効果を図 6 に酸化防止剤など）がパッケージされている。日本においては軽示す。

化されているものもある。

油の潤滑性に関する公的規格

このように、低硫黄軽油におはないが、国内で実際に流通しいても『サンフリック』を添加すている軽油は、欧州規格よりもると、添加量に比例して HFRR

軽油の潤滑性の評価は、HFRR

HFRR 試験後の摩耗痕径が小さ試験後の摩耗痕径が小さくなる（High Frequency Reciprocating

いレベルになるように調整されことがわかる。

Rig）試験で行われている（写ている。

潤滑性の評価方法真 1）。HFRR 試験（JPI−5S−50−98）では、試験鋼板の上に試験鋼球を置き、接触部を燃料試料で完全に浸漬した状態で、軽油の潤滑性を向上させるの

三洋化成の LI
『サンフリック』
シリーズに必要な『サンフリック』の添加量は、軽油の特性によっても変化するが、一般的に低硫黄軽油の場合100〜200ppm 程度である。

一定荷重をかけて試験鋼球を当社では、軽油に対する溶解1000μm 振幅、50Hz の周波数性に優れ、さまざまな蒸留範囲

また、軽油に『サンフリック』を持つ軽油に対しを添加すると、潤滑性だけではても潤滑性を付与なく、金属表面への水の付着をで き、デ ィ ー ゼ ル

防止することにより、防錆性もエンジン油やほか向上する。

1000μm50Hz鋼球
試料
試験鋼板
荷重

図5

HFRR試験図の軽油添加剤との軽油のさび止め試験（JIS K適合性も良い酸系2510）に対する『サンフリック』

LI『サンフリック』の添加効果を写真 3 に示す。
『サシリーズを上市しンフリック』未添加の軽油は、ている。

試験片の全面にさびが発生して

三洋化成ニュース ❸ 2020 夏 No.521

600

LI添加軽油（100ppm）

550
HFRR摩耗痕径

LI未添加軽油
500450

写真3 さび止め試験後の試験片の外観写真
JIS K 2510 8.1準拠（試験温度：40℃）

（μm）

400

350

020406080

100120140160

LI添加量（ppm v/v）

2013〜2035 年の間、ガソリン

低硫黄軽油（硫黄含量10ppm以下）のHFRR試験結果

図6

今後の展開

需要は年 1.6％で増加し、軽油潤滑性向上剤の添加効果の年平均成長率は 2.3％に達す5）る見込みである 。
いるのに対し、LI 添加軽油の試
験片の外観にはほぼさびがなている LI を添加することで潤
4）滑性は改善可能である 。

今後特に石油製品の需要が伸びると予測されているアジアやそのほかにも軽油代替燃料とアセアンの主要国でも、2021年まして利用可能なバイオディーゼ

でに軽油の硫黄分規制が 10ppm

ル燃料（Bio Diesel Fuel：BDF）、に強化されると予測され、LI のGTL（Gas To Liquids）軽油な需要も増えると予想される。ま

欧米では、スウェーデン政府

ど次世代燃料も注目を集めておた City 軽 油、バ イ オ デ ィ ー ゼが NOx や PM の 排 出 源 と し てり、今後、エネルギー源の多様

ル 燃 料、GTL 軽 油 な ど 次 世 代

ディーゼル自動車が大きく関与化が進むと予想される。

燃料や船舶燃料油など、エネル

く、さびの発生が大きく抑制されていることがわかる。

燃料の環境対応しているとし、新しい自動車用また、自動車だけでなく船舶ギー源や要求品質が多様化する軽油の品質規格を 1991 年に決燃料油の硫黄分規制も全世界的ことが予想される。当社は今後定して軽質軽油（City 軽油）をに厳しい規制の方向に向かってもこれらの変化に合わせた添加導入した。City 軽油は芳香族系いる。2015 年 1 月から排出規制剤を開発していく。

炭化水素や、PM を発生しやす区域（ECA：Emission Control

い重質成分を除いてあるためクArea）では、使用する船舶燃料リーンなエネルギーとされる油の硫黄分上限値を、0.1％以下が、灯油留分を多く含んでいるとする規制が既に施行されていためセタン価が低く燃費が低いる。2020 年 1 月 1 日から ECA をという問題を抱えている。また、除く全海域において同 0.5％以低硫黄化に伴う潤滑性の低下が下に規制されている。

原因で焼き付きや異常摩耗など

このように世界的に環境負荷の発生が報告されたが、City 軽低減に向けた燃料の代替や規制油においても一般的に使用されが進んでいる。

三洋化成ニュース ❹ 2020 夏 No.521

参考文献
1）石油連盟ホームページ .
https://www.paj.gr.jp/eco/sulphur.free2）桜井俊男、『石油製品添加剤』（1973）、幸書房 .
3）JPI-5S-50-98 軽油−潤滑性試験方法（1998）、石油学会 .
4）小俣達雄ほか、石油学会誌、41、（1）、
29-36（1998）、石油学会 .
5）経済産業省 石油精製・流通研究会（第 1 回）、JPEC 報告資料 .