JP6717446B2 - 冷凍機油、及び冷凍機用組成物 - Google Patents
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Description
このような飽和HFC冷媒との相溶性や、耐摩耗性、耐焼付性等の潤滑性能を改善する技術として、含酸素有機化合物からなる基油に、トリクレジルホスフェート(TCP)等のリン原子を1つ有するリン酸エステル化合物を添加することが知られている(例えば、特許文献2参照)。
不飽和ハイドロフルオロカーボンは、分子内に不飽和結合を有することで、飽和HFCに比べて熱・化学安定性が低いため、飽和HFCとは異なる添加剤の配合も検討されている。例えば、特許文献3〜6に開示されるように、冷媒が重合してワックス状になることを防止するために、重合パラフィン防止剤としてエチレングリコール等の多価アルコールを冷凍機油に配合することが検討されている。
しかしながら、特許文献2に示すように、TCP等のリン原子を1つ有するリン酸エステル化合物を冷凍機油に配合したとしても、耐摩耗性を良好にしつつ、摩擦係数を十分に低くすることが難しい。
また、特許文献3〜6には、ワックス状固形物の生成を防止することが開示されるのみであり、耐摩耗性を良好にしたり、摩擦係数を低くしたりすることについて言及されていない。
(1)含酸素有機化合物を含む基油と、多リン酸エステル系化合物と、多価アルコールとを含む冷凍機油。
(2)冷媒と、上記(1)に記載される冷凍機油とを含む冷凍機用組成物。
(3)含酸素有機化合物を含む基油に、多リン酸エステル系化合物と、多価アルコールとを少なくとも配合して冷凍機油を得る、冷凍機油の製造方法。
本発明の一実施形態に係る冷凍機油は、基油と、多リン酸エステル系化合物と、多価アルコールとを含む。以下、冷凍機油に含有される各成分について詳細に説明する。
本実施形態における基油は、含酸素有機化合物を含むものである。含酸素有機化合物としては、分子中にエーテル基、ケトン基、エステル基、カーボネート基などを含有する合成油、さらにはこれらの基とともにヘテロ原子(硫黄原子、フッ素原子、塩素原子、珪素原子、窒素原子など)を含有する合成油が挙げられる。より具体的には、ポリビニルエーテル類(PVE)、ポリオキシアルキレングリコール類(PAG)、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体(ECP)、及びポリオールエステル類(POE)が挙げられる。含酸素有機化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中では、ポリビニルエーテル類(PVE)及びポリオキシアルキレングリコール類(PAG)から選ばれる1種以上が好ましく、中でも、ポリビニルエーテル類(PVE)から選ばれる1種以上がより好ましい。なお、PVEは、特に、後述する一般式(1)で表され、かつR9が一般式(2)で表される基である多リン酸エステル化合物や、一般式(5)で示される多リン酸エステル化合物とともに使用される場合に、摩擦係数、耐摩耗性を良好にしやすくなる。
含酸素有機化合物は、冷凍機油の主成分となるものであり、含酸素有機化合物は、冷凍機油全量に対して、70〜99.98質量%含有されることが好ましく、90〜99.5質量%含有されることがより好ましく、93.0〜99.3質量%含有されることが更に好ましい。
<ポリビニルエーテル類(PVE)>
ポリビニルエーテル類(PVE)は、ビニルエーテル由来の構成単位を有する重合体であり、具体的には、下記一般式(A−1)で表される構成単位を有するポリビニルエーテル系化合物が挙げられる。
R1a、R2a及びR3aは水素原子あるいは炭素数3以下のアルキル基がより好ましく、いずれも水素原子であることがさらに好ましい。なお、一般式(A−1)におけるrは、繰り返し数を示し、その平均値が0〜10の範囲の数であるが、0が好ましい。
また、前記R5aの炭素数3もしくは4のアルキル基としては、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基が使用できるが、特にイソブチル基が好ましい。
(式中、R1a,R2a,R3a,R4a及びR5a及びrは前記と同じである。)
中でも、ポリビニルエーテル系化合物としては、次の(1)〜(4)の末端構造を有するものが好適である。
(1)その1つの末端が下記一般式(A−1−i)で表され、残りの末端が下記一般式(A−1−ii)で表されるもの
(式中、R6a,R7a及びR8aは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。R9aは炭素数2〜10の二価の炭化水素基、R10aは炭素数1〜10の炭化水素基、r1はその平均値が0〜10の数を示し、R9aOが複数ある場合には複数のR9aOは同一であっても異なっていてもよい。)
(式中、R16a、R17a及びR18aは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。R19a及びR21aはそれぞれ独立に炭素数2〜10の二価の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよく、R20a及びR22aはそれぞれ独立に炭素数1〜10の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよく、r3及びr4はそれぞれその平均値が0〜10の数を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよく、また複数のR19aOがある場合には複数のR19aOは同一であっても異なっていてもよいし、複数のR21aOがある場合には複数のR21aOは同一であっても異なっていてもよい。)
(4)その一つの末端が上記一般式(A−1-i)で表され、かつ残りの末端が一般式(A−1-iv)で表されるもの
(式中、R23a,R24a及びR25aは、それぞれ水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。)
ポリビニルエーテル系化合物は、後述する好ましい基油の粘度範囲となるように、重合度、末端構造等を選定することが好ましい。また、ポリビニルエーテル系化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、式(A−1−i)及び式(A−1−ii)において、R6a,R7a、R8a、R11a,R12a及びR13aが水素原子であるとともに、r1及びr2のいずれもが0であり、R10a,R15aが炭素数1〜4のアルキル基であることがより好ましい。
ポリオキシアルキレングリコール類(PAG)としては、下記一般式(B−1)で表される化合物が挙げられる。なお、基油中にPAGが含まれる場合、当該PAGは、単独で又は2種以上を併用してもよい。
R1b−[(OR2b)m−OR3b]n (B−1)
(式中、R1bは水素原子、炭素数1〜10の1価の炭化水素基、炭素数2〜10のアシル基、結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数1〜10の酸素含有炭化水素基、R2bは炭素数2〜4のアルキレン基、R3bは水素原子、炭素数1〜10の炭化水素基又は炭素数2〜10のアシル基又は炭素数1〜10の酸素含有炭化水素基、nは1〜6の整数、mはm×nの平均値が6〜80となる数を示す。)
また、R1b及びR3bの各々における炭素数2〜10のアシル基が有する炭化水素基部分は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。該アシル基の炭化水素基部分は、アルキル基が好ましく、その具体例としては、上述のR1b及びR3bとして選択し得るアルキル基のうち炭素数1〜9のものが挙げられる。該アシル基の炭素数が10以下とすることで冷媒との相溶性が良好となる。好ましいアシル基の炭素数は2〜4である。
R1b及びR3bが、いずれも炭化水素基又はアシル基である場合には、R1bとR3bは同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
R1bが結合部位2〜6個を有する炭素数1〜10の炭化水素基である場合、この炭化水素基は鎖状のものであってもよいし、環状のものであってもよい。結合部位2個を有する炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基が好ましく、例えばエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。その他の炭化水素基としては、ビフェノール、ビスフェノールF、ビスフェノールAなどのビスフェノール類から水酸基を除いた残基を挙げることができる。また、結合部位3〜6個を有する炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基が好ましく、例えばトリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、1,2,3−トリヒドロキシシクロヘキサン、1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンなどの多価アルコールから水酸基を除いた残基を挙げることができる。
この脂肪族炭化水素基の炭素数が10以下とすることで冷媒との相溶性が良好となる。この脂肪族炭化水素基の好ましい炭素数は2〜6である。
上記R1b及びR3bの少なくとも一つはアルキル基、特に炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。
前記一般式(B−1)中のnは1〜6の整数で、R1bの結合部位の数に応じて定められる。例えばR1bがアルキル基やアシル基の場合、nは1であり、R1bが結合部位2,3,4,5及び6個を有する脂肪族炭化水素基である場合、nはそれぞれ2,3,4,5及び6となる。また、mはm×nの平均値が6〜80となる数である。該平均値は80以下となることで相溶性が良好になる。また、nは、好ましくは1〜3の整数、より好ましくは1である。ただし、m×nの平均値は、後述する好ましい基油の粘度範囲となるように、適宜設定されることが好ましい。
前記一般式(B−1)で表されるポリオキシアルキレングリコール類は、末端に水酸基を有するポリオキシアルキレングリコールを包含するものであり、該水酸基の含有量が全末端基に対して、50モル%以下になるような割合であれば、含有していても好適に使用することができる。
本実施形態の冷凍機油において、基油として用いることのできる、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体としては、以下の一般式(C−1)で表される共重合体、及び一般式(C−2)で表される共重合体(以下、それぞれをポリビニルエーテル系共重合体I及びポリビニルエーテル系共重合体IIと称する。)が挙げられる。なお、ポリ(オキシ)アルキレングリコールとは、ポリアルキレングリコール及びポリオキシアルキレングリコールの両方を指す。
ここでR1c〜R3cのうちの炭素数1〜8の炭化水素基とは、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基などのアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、各種メチルシクロヘキシル基、各種エチルシクロヘキシル基、各種ジメチルシクロヘキシル基などのシクロアルキル基;各種ジメチルフェニル基などのアリール基;ベンジル基、各種フェニルエチル基、各種メチルベンジル基などのアリールアルキル基を示す。なお、これらのR1c,R2c及びR3cの各々としては、特に水素原子が好ましい。
なお、一般式(C−1)におけるvは、R5cOの繰り返し数を示し、その平均値が1〜50、好ましくは1〜20、さらに好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5の範囲の数である。R5cOが複数ある場合には、複数のR5cOは同一でも異なっていてもよい。vは構成単位毎に同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、wは1〜50、好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜2、特に好ましくは1、uは0〜50、好ましくは2〜25、さらに好ましくは5〜15、の数を示し、wおよびuはそれらが複数ある場合にはそれぞれブロックでもランダムでもよい。
この炭素数1〜10のアルキル基とは、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、各種メチルシクロヘキシル基、各種エチルシクロヘキシル基、各種プロピルシクロヘキシル基、各種ジメチルシクロヘキシル基などを示す。
また、炭素数2〜10のアシル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピパロイル基、ベンゾイル基、トルオイル基などを挙げることができる。
さらに、炭素数2〜50の酸素含有炭化水素基の具体例としては、メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、1,1−ビスメトキシプロピル基、1,2−ビスメトキシプロピル基、エトキシプロピル基、(2−メトキシエトキシ)プロピル基、(1−メチル−2−メトキシ)プロピル基などを好ましく挙げることができる。
前記一般式(C−1)で表される構成単位を有するポリビニルエーテル系共重合体Iは共重合体にすることにより、相溶性を満足しつつ潤滑性、絶縁性、吸湿性等を向上させることができる。
なお、一般式(C−1)、(C−2)における繰り返し数u、w、x、yは、後述する所望の粘度となるように適宜選択されることが好ましい。また、ポリビニルエーテル系共重合体I、IIの製造方法については、それが得られる方法であればよく、特に制限はない。
(上記(C−3)、(C−4)において、R1c〜R6c及びvは前記と同じである。)
(上記(C−5)、(C−6)において、R1c〜R6c及びvは前記と同じである。)
冷凍機油において、基油として用いることのできるポリオールエステル類としては、ジオールあるいは水酸基を3〜20個有するポリオールと、炭素数1〜24の脂肪酸とのエステルが好ましく用いられる。ここで、ジオールとしては、例えばエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,7−ヘプタンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールなどが挙げられる。ポリオールとしては、例えば、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ジ−(トリメチロールプロパン)、トリ−(トリメチロールプロパン)、ペンタエリスリトール、ジ−(ペンタエリスリトール)、トリ−(ペンタエリスリトール)、グリセリン、ポリグリセリン(グリセリンの2〜20量体)、1,3,5−ペンタントリオール、ソルビトール、ソルビタン、ソルビトールグリセリン縮合物、アドニトール、アラビトール、キシリトール、マンニトールなどの多価アルコール、キシロース、アラビノース、リボース、ラムノース、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース、ソルボース、セロビオース、マルトース、イソマルトース、トレハロース、シュクロース、ラフィノース、ゲンチアノース、メレンジトースなどの糖類、並びにこれらの部分エーテル化物、及びメチルグルコシド(配糖体)などが挙げられる。これらの中でもポリオールとしては、ネオペンチルグリコール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、ジ−(トリメチロールプロパン)、トリ−(トリメチロールプロパン)、ペンタエリスリトール、ジ−(ペンタエリスリトール)、トリ−(ペンタエリスリトール)などのヒンダードアルコールが好ましい。
また、直鎖状脂肪酸、分岐状脂肪酸の何れであってもよく、潤滑性の点からは直鎖状脂肪酸が好ましく、加水分解安定性の点からは分岐状脂肪酸が好ましい。更に、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸のいずれであってもよい。
なお、ポリオールエステルとしては、ポリオールの全ての水酸基がエステル化されずに残った部分エステルであってもよく、全ての水酸基がエステル化された完全エステルであってもよく、また部分エステルと完全エステルの混合物であってもよいが、完全エステルであることが好ましい。
なお、基油は、上記含酸素有機化合物のみからなるものでもよいが、本発明の目的を阻害しない限り、含酸素有機化合物に加えて、鉱油、上記含酸素有機化合物以外の合成油、又はこれらの両方を含有していてもよい。なお、上記含酸素有機化合物以外の基油は、冷凍機油全量に対して、10質量%未満であることが好ましく、5質量%未満であることがより好ましく、1質量%未満であることがさらに好ましい。含酸素有機化合物以外の基油も含酸素有機化合物と同様に、100℃動粘度が、好ましくは1〜30mm2/s、より好ましくは2〜20mm2/s、さらに好ましくは3〜15mm2/sである。
本実施形態の冷凍機油に含有される多リン酸エステル系化合物は、一分子中に少なくとも2つのリン酸骨格を有するリン酸エステル化合物である。多リン酸エステル系化合物は、具体的には以下の一般式(1)で表される化合物である。
(ただし、式(1)において、nは1〜10の整数を表し、R1〜R8は、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基を表し、R9は炭素数2〜20の二価の炭化水素基を表す。)
本実施形態では、多リン酸エステル系化合物及び後述する多価アルコールを含有することで、耐摩耗性を良好にしつつ、冷凍機の摺動部分における摩擦係数を低減させることが可能になる。
なお、多リン酸エステル系化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
R1〜R8は、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましく、水素原子であることが最も好ましい。
さらに、R9がアリーレン基とアルキレン基からなる場合、アリーレン基は上記と同じであるとともに、アルキレン基としては、直鎖状、分岐鎖状、又は環状の炭素数1〜14のアルキレン基が挙げられ、例えば、メチレン基や上記したものと同様のものが使用できる。また、直鎖状又は分岐鎖状の炭素数1〜5のアルキレン基であることが好ましく、具体的にはメチレン基、1,1−エチレン、1,2−エチレン等の各種エチレン基、1,3−プロピレン、1,2−プロピレン、2,2−プロピレン等の各種プロピレン基、各種ブチレン基、各種ペンチレン基が挙げられ、これらの中では2,2−プロピレン基(-C(CH3)2-)がより好ましい。
また、一般式(1)において、nは、1〜8が好ましく、nが特定の一種からなる単体であってもよいし、nが特定の二種以上からなる混合物であってもよい。nは1〜5であることがより好ましく、nは1〜3であることがさらに好ましく、中でもnは1が特に好ましい。nを小さくすることにより、分子量が小さくなるため、基油に対する溶解度を高めやすくなり、さらには、摩擦係数を低減させやすくなる。
式(5)において、nは1〜10の整数を表し、好ましくは1〜8、より好ましくは1〜5、さらに好ましくは1〜3である。なお、一般式(5)に示される多リン酸エステル系化合物は、基油が上記含酸素有機化合物としてPVEを含む場合に、耐摩耗性を良好にし、かつ摩擦係数を低減させる効果を発揮しやすく、nが1〜3である場合、特にnが1である場合に、その効果を発揮しやすい。
また、冷凍機油の安定性及び耐摩耗性を考慮しつつ、摺動部における摩擦係数を効果的に低減させるためには、上記多リン酸エステル系化合物の含有量は、0.5〜5.0質量%がより好ましく、1.0〜5.0質量%がさらに好ましく、1.0〜3.0質量%が特に好ましい。
本実施形態の冷凍機油は、上記多リン酸エステル系化合物に加えて、水酸基を2個以上有する多価アルコールを含有する。多価アルコールが有する水酸基の数は、2個以上であればよいが、2〜4個が好ましく、2個であることがより好ましい。
また、多価アルコールとしては、炭素数が2〜24の多価アルコールが挙げられるが、この炭素数は4〜24が好ましく、4〜20がより好ましい。
上記(ポリ)アルキレングリコール系化合物は、水酸基を2個有する化合物であり、その具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール(1,2−プロパンジオール)、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール等の1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が1であるアルキレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ジブチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラブチレングリコール等の1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が2〜4であるポリアルキレングリコールが挙げられる。
上記の中では、アルキレン基の炭素数が2〜3で、かつ1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が2〜3であるポリアルキレングリコール、具体的には、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール等がより好ましい。さらに、アルキレン基の炭素数が3でかつ1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が2であるジアルキレングリコール、すなわちジプロピレングリコールが特に好ましい。
なお、多価アルコールは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記観点から、多価アルコールの含有量は、0.03〜3質量%がより好ましい。また、多価アルコールの含有量は、摩擦係数をより効果的に低減させるためには、0.03〜2質量%がさらに好ましく、0.03〜1質量%が特に好ましく、0.08〜0.5質量%が最も好ましい。
本実施形態に係る冷凍機油は、上記多リン酸エステル系化合物、多価アルコール以外にも、さらに、酸化防止剤、酸捕捉剤、消泡剤、極圧剤、油性剤、酸素捕捉剤、金属不活性化剤、及び防錆剤等の各種の添加剤(その他の添加剤)のいずれか1種又は2種以上を含有してもよく、これらの中では、酸化防止剤、酸捕捉剤、及び消泡剤のいずれか1種又は2種以上を含有することが好ましい。ただし、冷凍機油はその他の添加剤を含有しなくてもよい。上記多リン酸エステル系化合物及び多価アルコール以外のその他の添加剤は、冷凍機油全量に対して、好ましくは15質量%以下、より好ましくは0〜5質量%含有される。
酸化防止剤としては、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)等のフェノール系、フェニル−α−ナフチルアミン、N,N’−ジ−フェニル−p−フェニレンジアミン等のアミン系の酸化防止剤が挙げられるが、フェノール系の酸化防止剤が好ましい。酸化防止剤の含有量は、効果及び経済性などの点から、冷凍機油全量に対して、通常0.01〜5質量%、好ましくは0.05〜3質量%である。
このアルキルグリシジルエーテルのアルキル基、及びアルキレングリコールグリシジルエーテルのアルキレン基は、分岐を有していてもよく、炭素数は通常3〜30、好ましくは4〜24、特に好ましくは6〜16のものである。また、α−オレフィンオキシドは全炭素数が一般に4〜50、好ましくは4〜24、特に6〜16のものを使用する。本実施形態においては、上記酸捕捉剤は1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その含有量は、効果及びスラッジ発生の抑制の点から、冷凍機油全量に対して、通常0.005〜5質量%、好ましくは0.05〜3質量%である。
本実施形態においては、酸捕捉剤を含有させることにより、冷凍機油の安定性を向上させることができる。
また、消泡剤としては、例えば、シリコーン系消泡剤やフッ素化シリコーン系消泡剤などを挙げることができる。消泡剤の含有量は、冷凍機油全量に対して、通常0.005〜2質量%、好ましくは0.01〜1質量%である。
有機カルボン酸としては、脂肪族飽和モノカルボン酸、脂肪族不飽和モノカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、芳香族カルボン酸、脂環式カルボン酸などが挙げられる。
さらに具体例を挙げると、脂肪族飽和モノカルボン酸としては、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキン酸、セロチン酸、ラクセル酸等の直鎖脂肪酸;2−メチルペンタン酸、2,2−ジメチルブタン酸、2−メチルヘキサン酸、5−メチルヘキサン酸、2,2−ジメチルヘプタン酸、2−エチル−2−メチルブタン酸、2−エチルヘキサン酸、ジメチルヘキサン酸、2−n−プロピル−ペンタン酸、3,5,5−トリメチルヘキサン酸、ジメチルオクタン酸、イソトリデカン酸、イソミリスチン酸、イソステアリン酸、イソアラキン酸、イソヘキサン酸等の分岐脂肪酸が挙げられる。
また、脂肪族不飽和モノカルボン酸としては、パルミトレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、リノ−ル酸、リノレン酸など、更にはリシノ−ル酸などの不飽和ヒドロキシ酸が挙げられる。また、脂肪族ジカルボン酸としてはアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸が挙げられ、芳香族カルボン酸としては安息香酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメット酸などが挙げられる。また、脂環式カルボン酸としては、ナフテン酸などが挙げられる。
また、各種脂肪酸のダイマー酸、トリマー酸などであってもよい。
これら有機カルボン酸は、1種単独で使用してもよいし、2種組み合わせて用いてもよい。
有機カルボン酸は、これらの中では、炭素数16〜20の脂肪族飽和モノカルボン酸、炭素数16〜20の脂肪族不飽和モノカルボン酸が好ましく、中でもオレイン酸等の脂肪族不飽和モノカルボン酸がより好ましい。
より好ましい有機カルボン酸金属塩の具体例としては、上記した中では、特にオレイン酸カリウムが好ましい。
極圧剤としてオレイン酸カリウム等の有機カルボン酸金属塩を含有させると、冷凍機油の摩擦係数をより向上させやすくなるが、本実施形態の冷凍機油は、有機カルボン酸金属塩、特にオレイン酸カリウムを実質的に含有していなくてよい。なお、実質的に含有しないとは、冷凍機油全量(質量)に対して、有機カルボン酸金属塩由来の金属分濃度で1ppm未満ならば含有していてもよいことを意味するが、全く含有しなくてもよい。実質的に含有しないことで有機カルボン酸金属塩が詰まりの原因になったりすることを防止できる。
これらのリン系極圧剤は、その分子中にリン原子を1つ有するものであり、トリクレジルホスフェート、トリチオフェニルホスフェート、トリ(ノニルフェニル)ホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、2−エチルヘキシルジフェニルホスファイトなどが挙げられる。
さらに、上記以外の極圧剤として、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ジヒドロカルビルポリサルファイド、チオカーバメート類、チオテルペン類、ジアルキルチオジプロピオネート類などの硫黄系極圧剤を挙げることができる。
極圧剤の含有量は、潤滑性及び安定性の点から、冷凍機油全量に対して、通常0.0005〜5質量%、特に0.001〜3質量%が好ましい。
これら極圧剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その含有量は、冷凍機油全量に対して、通常0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%の範囲で選定される。
金属不活性化剤としては、例えばN−[N,N’−ジアルキル(炭素数3〜12のアルキル基)アミノメチル]トリアゾール等を挙げることができる。
防錆剤としては、例えば金属スルホネート、脂肪族アミン類、有機亜リン酸エステル、有機リン酸エステル、有機スルフォン酸金属塩、有機リン酸金属塩、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等を挙げることができる。
本実施形態に係る冷凍機油には、さらに本発明の目的を阻害しない範囲で、上記した以外の公知の各種添加剤をその他の添加剤として含有させることができる。
本実施形態に係る冷凍機油は、冷媒環境下で使用されるものであり、具体的には冷媒と混合されて冷凍機で使用されるものである。すなわち、本実施形態では、冷凍機油と冷媒とを含有する冷凍機用組成物の形態で冷凍機に使用される。冷凍機用組成物において、冷媒と冷凍機油の使用量については、冷媒/冷凍機油の質量比で99/1〜10/90、更に95/5〜30/70の範囲にあることが好ましい。この質量比を上記範囲内とすると、冷凍機における冷凍能力、及び潤滑性を適切にできる。
使用される冷媒としては、フッ化炭化水素や、自然系冷媒である二酸化炭素、炭化水素、及びアンモニアの中から選択される1種又は2種以上が挙げられる。
フッ化炭化水素としては、飽和フッ化炭化水素化合物(飽和HFC)や不飽和フッ化炭化水素化合物(HFO)が挙げられる。
飽和フッ化炭化水素化合物としては、通常、炭素数1〜4のアルカンのフッ化物であり、炭素数1〜3のアルカンのフッ化物が好ましく、炭素数1〜2のアルカン(メタン又はエタン)のフッ化物がより好ましい。具体的なメタン又はエタンのフッ化物としては、トリフルオロメタン(R23)、ジフルオロメタン(R32)、1,1−ジフルオロエタン(R152a)、1,1,1−トリフルオロエタン(R143a)、1,1,2−トリフルオロエタン(R143)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R134a)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(R134)、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン(R125)が挙げられ、これらの中ではジフルオロメタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタンが好ましい。
これらの飽和フッ化炭化水素化合物は、1種を単独で用いてよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。ここで、2種以上組み合わせて用いる場合の例として、炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物を2種以上混合した混合冷媒や、炭素数1〜2の飽和フッ化炭化水素化合物を2種以上混合した混合冷媒が挙げられる。
具体的な混合冷媒としては、R32とR125の混合物(R410A)、R125とR143aとR134aの混合物(R404A)、R32とR125とR134aの混合物(R407A、R407C、R407E等)、R125とR143aの混合物(R507A)等が挙げられる。
より具体的には、1〜3個のフッ素原子が導入されたエチレン、1〜5個のフッ素原子が導入されたプロペン、1〜7個のフッ素原子が導入されたブテン、1〜9個のフッ素原子が導入されたペンテン、1〜11個のフッ素原子が導入されたヘキセン、1〜5個のフッ素原子が導入されたシクロブテン、1〜7個のフッ素原子が導入されたシクロペンテン、1〜9個のフッ素原子が導入されたシクロヘキセンなどが挙げられる。
これらの不飽和フッ化炭化水素化合物の中では、プロペンのフッ化物が好ましく、フッ素原子が3〜5個導入されたプロペンがより好ましく、フッ素原子が4個導入されたプロペンが最も好ましい。具体的には、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO1234ze)、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFO1234yf)が好ましい化合物として挙げられる。
これらの不飽和フッ化炭化水素化合物は、1種を単独で用いてよく、2種以上を組み合わせて用いてもよいし、不飽和フッ化炭化水素化合物以外の冷媒と組み合わせて使用してもよい。ここで、不飽和フッ化炭化水素化合物以外の冷媒と組み合わせて用いる場合の例として、飽和フッ化炭化水素化合物と不飽和フッ化炭化水素化合物の混合冷媒が挙げられる。具体的な混合冷媒としては、R−32とHFO1234zeとR152aの混合冷媒(AC5、混合比は13.23:76.20:9.96)等が挙げられる。
自然系冷媒としては、二酸化炭素(炭酸ガス)や、プロパン、n−ブタン、イソブタン、2−メチルブタン、n−ペンタン、シクロペンタン等の炭化水素や、アンモニアが挙げられ、これらの1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよいし、自然系冷媒以外の冷媒と組み合わせてもよい。ここで、自然系冷媒以外の冷媒と組み合わせて用いる場合の例としては、飽和フッ化炭化水素化合物、不飽和フッ化炭化水素化合物、又はこれら両方との混合冷媒が挙げられる。具体的な混合冷媒としては、二酸化炭素とHFO1234zeとR134aの混合冷媒(AC6、配合比は5.15:79.02:15.41)等が挙げられる。
本実施形態では、これら冷媒の中では、フッ化炭化水素が好ましく、飽和フッ化炭化水素化合物がより好ましい。冷媒は、飽和フッ化炭化水素化合物と他の冷媒との混合物であってもよいが、飽和フッ化炭化水素化合物のみからなるほうがよい。中でも、R32、R125、これらの混合物であるR410Aがさらに好ましく、特に冷媒がR32を含むことが好ましく、この場合、冷媒全体の中のR32の割合が、冷媒全量基準で50質量%以上が好ましく、70質量%以上がさらに好ましく、R32単独の冷媒が最も好ましい。
本実施形態に係る冷凍機油又は冷凍機用組成物は、冷凍機内部に充填して使用されるものである。ここで、冷凍機とは、圧縮機、凝縮器、膨張機構(膨張弁など)及び蒸発器、あるいは圧縮機、凝縮器、膨張機構、乾燥器及び蒸発器を必須とする構成からなる冷凍サイクルを有する。冷凍機油は、例えば圧縮機等に設けられる摺動部分を潤滑するために使用されるものである。
なお、冷凍機の摺動部分は、金属−金属間であることが好ましく、摺動部分の金属としては、鉄、鋼材が挙げられる。本実施形態の冷凍機油は、鉄ないし鋼材間の耐摩耗性を向上させつつ、摩擦係数を低下させることが可能である。
また、上記冷凍機油及び冷凍機用組成物は、より具体的には、例えばカーエアコン、ガスヒートポンプ(GHP)、空調、冷蔵庫、自動販売機、ショーケース、給湯機、床暖房などの各種冷凍機システム、給湯システム、及び暖房システムに用いることができる。
本発明の一実施形態に係る冷凍機油の製造方法は、上記した含酸素有機化合物を含む基油に、少なくとも上記多リン酸エステル系化合物及び多価アルコールを配合して冷凍機油を製造するものである。また、本方法では、多リン酸エステル系化合物及び多価アルコール以外にも、上記した各種のその他の添加剤のいずれか1種又は2種以上を配合してもよい。基油、多リン酸エステル系化合物、多価アルコール、及びその他の添加剤の詳細な説明は、上記と同様であるので、その説明は省略する。
JIS K2283:2000に準じ、ガラス製毛管式粘度計を用いて測定した。
(2)潤滑性試験
密閉式にしたブロックオンリング摩擦試験機(LFW−1)を用いて、R32(ジフルオロメタン)冷媒環境下で、各冷凍機油の摺動部分の摩擦係数、及びリング摩耗量を以下の条件で測定した。
リング:FC250 ブロック:SKH51 回転数:1000rpm
馴らし:荷重300N×1分間 荷重:500N 時間:30分 油温:80℃
冷媒圧力:0.4MPa
表1に示す各実施例、比較例の冷凍機油を各々調整して、潤滑性試験を実施した。その結果を表1に示す。
[基油]
PVE:エチルビニルエーテルとイソブチルビニルエーテルとの共重合体(モル比9:1、100℃動粘度7.8mm2/s)、両末端はそれぞれ一般式(A−1−i)及び一般式(A−1−ii)に示すものであり、R6a〜R8a、R11a〜R13aが水素原子となるとともに、r1及びr2のいずれもが0であり、R10a及びR15aはエチル基又はイソブチル基である。
PAG:ポリオキシプロピレングリコール(100℃動粘度9.8mm2/s)
ECP:ポリプロピレングリコール(PPG)/ポリエチルビニルエーテル(PEV)共重合体(PPG/PEVモル比5/5、100℃動粘度11.2mm2/s)
POE:ペンタエリスリトールオクタン酸(C8酸)ノナン酸(C9酸)エステル(C8酸/C9酸モル比1/1.1、100℃動粘度8.6mm2/s)
[添加剤]
多リン酸エステル系化合物1:上記一般式(5)においてnが1〜3の混合物である化合物
多リン酸エステル系化合物2:上記一般式(5)においてnが1〜8の混合物である化合物
多リン酸エステル系化合物3:上記一般式(6)で示される化合物
多リン酸エステル系化合物4:上記一般式(1)で示される化合物であって、R1、R3、R5、R7が水素原子であり、R2、R4、R6、R8が炭素数1〜20のアルキル基、R9が炭素数2〜20の二価の炭化水素基、nが1〜8の混合物である化合物
多価アルコール:ジプロピレングリコール
酸化防止剤:2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(DBPC)
酸捕捉剤:2−エチルヘキシルグリシジルエーテル
消泡剤:シリコーン系消泡剤
それに対して、比較例1〜13に示すように、冷凍機油に、多リン酸エステル系化合物及び多価アルコールのいずれか一方又は両方を含有させない場合には、耐摩耗性、及び摩擦係数の両方を良好にすることができなかった。
Claims (12)
- ポリビニルエーテルを含む基油と、下記一般式(5)及び(6)で示される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である多リン酸エステル系化合物と、アルキレン基の炭素数が2〜4であり、かつ1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が1〜4である(ポリ)アルキレングリコール系化合物とを含み、
前記多リン酸エステル系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.01〜5.0質量%であり、
前記(ポリ)アルキレングリコール系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.08〜5.0質量%である、冷凍機油。
(ただし、式(5)において、nは1〜3の整数を表す。)
- 前記多リン酸エステル系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.5〜5.0質量%である請求項1に記載の冷凍機油。
- 前記(ポリ)アルキレングリコール系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.08〜3質量%である請求項1又は2に記載の冷凍機油。
- 前記ポリビニルエーテルは、下記一般式(A−1)で表される構成単位を有するものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷凍機油。
ここで、R 1a 、R 2a 及びR 3a はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。
R 4a は、炭素数2〜10の二価の炭化水素基を示し、rは、平均値が0〜10の繰り返し数を示し、複数のR 4a Oは同一でも異なっていてもよい。
R 5a は炭素数1〜10の炭化水素基を示す。 - 前記多リン酸エステル系化合物が、下記一般式(5)で示される化合物である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷凍機油。
(ただし、式(5)において、nは1〜3の整数を表す。) - 前記(ポリ)アルキレングリコール系化合物の炭素数が2〜24である請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷凍機油。
- 前記(ポリ)アルキレングリコール系化合物が、ジプロピレングリコールである請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷凍機油。
- 炭素数6〜60の有機カルボン酸の金属塩を実質的に含有しない請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍機油。
- オレイン酸カリウムを実質的に含有しない請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍機油。
- 冷媒と、請求項1〜9のいずれか1項に記載される冷凍機油とを含む冷凍機用組成物。
- 前記冷媒が、フッ化炭化水素、二酸化炭素、炭化水素、及びアンモニアからなる群から選択される1種又は2種以上を含む請求項10に記載の冷凍機用組成物。
- ポリビニルエーテルを含む基油に、下記一般式(5)及び(6)で示される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である多リン酸エステル系化合物と、アルキレン基の炭素数が2〜4であり、かつ1分子中におけるオキシアルキレン単位の数が1〜4である(ポリ)アルキレングリコール系化合物とを少なくとも配合して冷凍機油を得る冷凍機油の製造方法であって、
前記多リン酸エステル系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.01〜5.0質量%であり、
前記(ポリ)アルキレングリコール系化合物の含有量が、冷凍機油全量に対して0.08〜5.0質量%である、冷凍機油の製造方法。
(ただし、式(5)において、nは1〜3の整数を表す。)
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