JP7606474B2 - 冷凍機油組成物及び冷凍機用混合組成物 - Google Patents
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Description
なお、本明細書において、「冷凍機用混合組成物」とは、「冷凍機油組成物」に「冷媒」を混合した組成物を指す。
例えば、特許文献1には、鉱油又は合成油もしくはこれらの混合油からなる基油に、リン系極圧剤としてTCPを所定量配合した潤滑油の補強剤が開示されている。
しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、TCP等のリン酸エステルを配合した冷凍機油組成物では、上記要求に応えられないことがわかった。
[1] 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を含有し、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である、冷凍機油組成物。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。]
[2] 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を混合する工程を含み、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である、冷凍機油組成物の製造方法。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。]
[3] [1]に記載の冷凍機油組成物と、冷媒と、を含有する、冷凍機用混合組成物。
また、本明細書に記載された数値範囲「下限値~上限値」は、特にことわりのない限り、下限値以上、上限値以下であることを意味する。
また、本明細書において、実施例の数値は、上限値又は下限値として用いられ得る数値である。
また、本明細書において、「環形成炭素数」とは、原子が環状に結合した構造の化合物の該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。
また、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造の化合物の、該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば、環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)、及び環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。
なお、本明細書において、「置換又は無置換の炭素数a~bのX基」という表現における「炭素数a~b」は、X基が無置換である場合の炭素数を表すものであり、X基が置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。
本発明の冷凍機油組成物は、基油(A)と、第一リン系化合物(B)とを含有する。
第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
まず、耐摩耗性を向上させるための添加剤として従来から使用されてきたTCPについて検討した結果、十分な耐摩耗性向上効果が得られないことが確認された。次に、トリフェニルホスフィンオキサイド(以下、「TPPO」ともいう)について検討した結果、TCPと同様、十分な耐摩耗性向上効果が得られないことがわかった。これらの結果から、TCP等のリン酸エステルやTPPO等の有機ホスフィンオキサイド化合物を用いた場合、十分な耐摩耗性向上効果が得られないと考えた。
そこで、本発明者は、さらに鋭意検討を行ったところ、上記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び上記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)が、顕著な耐摩耗性向上効果を発揮することを見出し、さらに種々検討を重ねて、本発明を完成するに至った。
また、上記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び上記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)を、それぞれ「成分(B1)」及び「成分(B2)」ともいう。
本発明の一態様の冷凍機油組成物において、成分(A)及び成分(B)の合計含有量は、冷凍機油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは80質量%~100質量%、より好ましくは85質量%~100質量%、更に好ましくは90質量%~100質量%である。
本発明の冷凍機油組成物は、基油(A)を含有する。
本発明の一態様の冷凍機油組成物において、基油(A)の含有量は、冷凍機油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは85.0質量%以上、より好ましくは90.0質量%以上、更に好ましくは95.0質量%以上である。また、好ましくは99.5質量%以下、より好ましくは99.3質量%以下、更に好ましくは99.2質量%、より更に好ましくは99.1質量%以下、更になお好ましくは99.0質量%以下である。
ここで、本発明の一態様の冷凍機油組成物において、冷凍機油組成物の熱安定性向上の観点から、基油(A)は、ポリアルキレングリコール類(以下、「PAG」ともいう)、ポリビニルエーテル類(以下、「PVE」ともいう)、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(以下、「ECP」ともいう)、ポリオールエステル類(以下、「POE」ともいう)、及び鉱油からなる群から選択される1種以上の基油(以下、「基油(A1)」ともいう)を含むことが好ましく、冷媒との相溶性向上の観点、耐加水分解性向上の観点、及び冷凍機油組成物の熱安定性向上の観点から、PVE及びPAGからなる群から選択される1種以上の基油(以下、「基油(A2)」ともいう)を含むことがより好ましい。更に好ましい態様としては、基油(A)が、PVE(以下、「基油(A3)」ともいう)を含むこと又はPAG(以下、「基油(A4)」ともいう)を含むことであり、耐摩耗性向上効果をより発揮させやすくする観点からは、PAG(以下、「基油(A4)」ともいう)を含むことがより更に好ましい。
以下、PVE、PAG、ECP、POE、及び鉱油について、詳細に説明する。
PVEは、ビニルエーテル由来の構成単位を1種以上有する重合体であればよい。
なお、基油(A)中にPVEが含まれる場合、PVE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。
PVEは、冷媒との相溶性の観点から、ビニルエーテル由来の構成単位を1種以上有し、側鎖に炭素数1~4のアルキル基を有する重合体が好ましい。該アルキル基としては、冷媒との相溶性をより向上させる観点から、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
ここで、「各種」とは「直鎖状、分岐鎖状、又は環状」の炭化水素基であることを表し、例えば、「各種ブチル基」とは、「n-ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基」等の各種ブチル基を表す。また、環状構造を有する基については、オルト体、メタ体、パラ体等の位置異性体を含むことを示し、以下、同様である。
R1a、R2a、及びR3aは、各々独立に、水素原子又は炭素数1~8のアルキル基が好ましく、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。
R4aで表される炭化水素基の炭素数は、好ましくは2~6、より好ましくは2~4である。
R4aは、炭素数2~10の2価の脂肪族基が好ましく、炭素数2~4の2価の脂肪族基がより好ましい。
R5aで表される炭化水素基の炭素数は、好ましくは1~8、より好ましくは1~6である。
R5aは、冷媒との相溶性をより向上させる観点から、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、炭素数1~4のアルキル基がより好ましく、メチル基又はエチル基が更に好ましく、メチル基がより更に好ましい。
また、上記一般式(A-1)で表される構成単位を有する重合体は、該構成単位を1種のみ有する単独重合体であってもよく、該構成単位を2種以上有する共重合体であってもよい。なお、重合体が共重合体である場合、共重合の形態としては、特に制限はなく、ブロック共重合体、ランダム共重合体又はグラフト共重合体のいずれであってもよい。
式(A-1-i)中、R6a、R7a、及びR8aは、各々独立に、水素原子又は炭素数1~8の炭化水素基を示し、水素原子又は炭素数1~6の炭化水素基が好ましく、水素原子又は炭素数1~3のアルキル基がより好ましい。
R6a、R7a、及びR8aで表される炭素数1~8の炭化水素基としては、上記一般式(A-1)中のR1a、R2a、及びR3aで表される炭素数1~8の炭化水素基として列挙したものと同じものが挙げられる。
上記式(A-1-i)中、r1は、OR9aの繰り返し単位の数であって、通常0~10であるが、好ましくは0~5、より好ましくは0~3、更に好ましくは0である。なお、上記一般式(A-1-i)で表される構成単位中にOR9aが複数存在する場合、複数のOR9aは、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
R9aで表される炭素数2~10の2価の炭化水素基としては、上記一般式(A-1)中のR4aで表される炭素数2~10の2価の炭化水素基として列挙したものと同じものが挙げられる。
なお、R10aとしては、上記一般式(A-1-i)中のr1が0である場合には、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、r1が1以上である場合には、炭素数1~4のアルキル基が好ましい。
R10aで表される炭素数1~10の炭化水素基としては、上記一般式(A-1)中のR5aで表される炭素数1~10の炭化水素基として列挙したものと同じものが挙げられる。
また、同様の観点から、一般式(A-1)で表される構成単位を有するポリビニル系化合物は、R1a、R2a、及びR3aがいずれも水素原子であり、rが0であり、R5aがエチル基である、ポリエチルビニルエーテルと、R1a、R2a、及びR3aがいずれも水素原子であり、rが0であり、R5aがイソブチル基である、ポリイソブチルビニルエーテルとの共重合体であることが好ましい。この場合、エチルビニルエーテルの構成単位とイソブチルビニルエーテルの構成単位との含有比率[(エチルビニルエーテルの構成単位)/(イソブチルビニルエーテルの構成単位)]は、モル比で、好ましくは50/50~99/1、より好ましくは70/30~99/1、更に好ましくは80/20~95/5であり、より更に好ましくは85/15~95/5である。
PAGは、下記一般式(A-2)で表される重合体(A-2)であることが好ましい。
R13a-[(OR14a)p-OR15a]q (A-2)
なお、基油(A)中にPAGが含まれる場合、PAG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。
複素環基が有していてもよい置換基としては、炭素数1~10(好ましくは1~6、より好ましくは1~3)のアルキル基;環形成炭素数3~10(好ましくは3~8、より好ましくは5又は6)のシクロアルキル基;環形成炭素数6~18(好ましくは6~12)のアリール基;ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子);シアノ基;ニトロ基;ヒドロキシ基;アミノ基等が挙げられる。
これらの置換基は、更に上述の任意の置換基により置換されていてもよい。
なお、qは、上記一般式(A-2)中のR13aの結合部位の数に応じて定められる。例えば、R13aがアルキル基又はアシル基の場合には、nは1となり、R13aが炭化水素基又は複素環基であり、該基の価数が2、3、4、5、又は6価である場合、nはそれぞれ2、3、4、5、又は6となる。
pは、OR14aの繰り返し単位の数であって、通常1以上であり、好ましくはp×qが6~80となる数である。なお、pの値は、基油(A)の40℃動粘度を適切な範囲に調整するために適宜設定される値であり、40℃動粘度が適切な範囲となるように調整されていれば、特に制限されない。
なお、複数のR14aは、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、qが2以上の場合、1分子中の複数のR15aは、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
R13a及びR15aで表される1価の炭化水素基の炭素数は、冷媒との相溶性の観点から、好ましくは1~10、より好ましくは1~6、更に好ましくは1~3である。
R13a及びR15aで表されるアシル基の炭素数は、冷媒との相溶性の観点から、好ましくは2~8、より好ましくは2~6である。
R13aで表される2~6価のアシル基の炭素数は、冷媒との相溶性の観点から、好ましくは2~10、より好ましくは2~6である。
上記酸素原子含有複素環基としては、エチレンオキシド、1,3-プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシド等の酸素原子含有飽和複素環;アセチレンオキシド、フラン、ピラン、オキシシクロヘプタトリエン、イソベンゾフラン、イソクロメン等の酸素原子含有不飽和複素環が有する水素原子を1~6個除いた残基等が挙げられる。
また、上記硫黄原子含有複素環基としては、エチレンスルフィド、トリメチレンスルフィド、テトラヒドロチオフェン、テトラヒドロチオピラン、ヘキサメチレンスルフィド等の硫黄原子含有飽和複素環、アセチレンスルフィド、チオフェン、チアピラン、チオトリピリデン等の硫黄原子含有不飽和複素環等が有する水素原子を1~6個除いた残基が挙げられる。
上記複素環基の環形成原子数は、冷媒との相溶性の観点から、好ましくは3~10、より好ましくは3~6である。
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(ECP)としては、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に由来の構成単位と、ポリビニルエーテルに由来の構成単位とを有する共重合体であればよい。
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。
また、基油(A)中にECPが含まれる場合、ECP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。
当該ECPの中でも、次の一般式(A-3-i)で表される共重合体(A-3-i)又は一般式(A-3-ii)で表される共重合体(A-3-ii)であることが好ましい。
R4cは、各々独立に、炭素数1~10の炭化水素基を示す。
R5cは、各々独立に、炭素数2~4のアルキレン基を示す。
R6cは、各々独立に、水素原子、炭素数1~20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3~20の脂環式基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6~24の芳香族基、炭素数2~20のアシル基、又は炭素数2~50の酸素含有炭化水素基を示す。
なお、R1c、R2c、R3c、R4c、R5c、及びR6cが複数存在する場合、構成単位ごとにそれぞれ同一であってもよく、それぞれ異なっていてもよい。
XC及びYCは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、又は炭素数1~20の炭化水素基を示す。
一般式(A-3-i)中のuは、0以上の数を示し、好ましくは0~50の数であり、wは、1以上の数を示し、好ましくは1~50の数である。
一般式(A-3-ii)中のx及びyは、それぞれ独立に、1以上の数を示し、好ましくは1~50の数である。
なお、上記v、u、w、x、yの値は、基油(A)に要求される水酸基価に応じて調整されていればよく、特に制限はない。
R1c、R2c、及びR3cとして選択し得る前記炭化水素基の炭素数としては、好ましくは1~8、より好ましくは1~6、更に好ましくは1~3である。
R1c、R2c、及びR3cとしては、それぞれ独立に、好ましくは水素原子又は炭素数1~8のアルキル基、より好ましくは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基、更に好ましくは水素原子又は炭素数1~3のアルキル基である。
また、R1c、R2c、及びR3cの少なくとも一つが水素原子であることが好ましく、R1c、R2c、及びR3cの全てが水素原子であることがより好ましい。
R4cとして選択し得る前記炭化水素基の炭素数としては、好ましくは1~8、より好ましくは1~6、更に好ましくは1~4である。
なお、共重合体(A-3-i)又は共重合体(A-3-ii)において、オキシプロピレン単位(-OCH(CH3)CH2-)の含有量は、共重合体(A-3-i)又は共重合体(A-3-ii)中のポリ(オキシ)アルキレングリコール若しくはそのモノエーテルに由来の構成単位であるオキシアルキレン(OR5c)の全量(100モル%)基準で、好ましくは50モル%以上100モル%以下、より好ましくは65モル%以上100モル%以下、更に好ましくは80モル%以上100モル%以下である。
当該アルキル基との炭素数としては、好ましくは1~10、より好ましくは1~6、更に好ましくは1~3である。
当該脂環式基の環形成炭素数としては、好ましくは3~10、より好ましくは3~8、更に好ましくは3~6である。
なお、当該脂環式基は、前述の置換基を有していてもよく、当該置換基としては、アルキル基が好ましい。
当該芳香族基の環形成炭素数としては、好ましくは6~18、より好ましくは6~12である。
なお、当該芳香族基は、前述の置換基を有していてもよく、当該置換基としては、アルキル基が好ましい。
当該アシル基の炭素数としては、好ましくは2~10、好ましくは2~8、更に好ましくは2~6である。
当該炭素含有炭化水素基の炭素数としては、好ましくは2~20、より好ましくは2~10、更に好ましくは2~6である。
POEとしては、例えば、ジオール又はポリオールと、脂肪酸とのエステルが挙げられる。なお、基油(A)中にPOEが含まれる場合、POE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。
POEは、ジオール又は水酸基数が3~20のポリオールと、炭素数3~20の脂肪酸とのエステルが好ましい。
これらの中でも、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)等のヒンダードアルコールが好ましい。なお、ヒンダードアルコールとは、4つの炭素原子に結合する4級炭素原子を有するアルコールを意味する。
なお、上記の脂肪酸の炭素数には、該脂肪酸が有するカルボキシ基(-COOH)の炭素原子も含まれる。
また、脂肪酸としては、直鎖状脂肪酸又は分岐鎖状脂肪酸のいずれであってもよいが、潤滑性能の観点から、直鎖状脂肪酸が好ましく、加水分解安定性の観点から、分岐鎖状脂肪酸が好ましい。更に、脂肪酸は、飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸のいずれであってもよい。
更に具体的には、イソ酪酸、吉草酸(n-ペンタン酸)、カプロン酸(n-ヘキサン酸)、エナント酸(n-ヘプタン酸)、カプリル酸(n-オクタン酸)、ペラルゴン酸(n-ノナン酸)、カプリン酸(n-デカン酸)、オレイン酸(cis-9-オクタデセン酸)、イソペンタン酸(3-メチルブタン酸)、2-メチルヘキサン酸、2-エチルペンタン酸、2-エチルヘキサン酸、3,5,5-トリメチルヘキサン酸等が好ましい。
鉱油としては、例えば、パラフィン系原油、中間基系原油、若しくはナフテン系原油を常圧蒸留するか、又は原油を常圧蒸留して得られる常圧残油を減圧蒸留して得られた潤滑油留分に対して、溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製等のうちの1つ以上の処理を行って精製した油、鉱油系ワックスを異性化することによって製造される油等が挙げられる。
なお、基油(A)中に鉱油が含まれる場合、鉱油は、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。
本発明の一態様の冷凍機油組成物において、基油(A)の主成分は、上記基油(A1)が好ましく、上記基油(A2)がより好ましく、上記基油(A3)又は上記基油(A4)が更に好ましい。なお、本明細書における「主成分」とは、最も含有率が多い成分を意味する。
基油(A)中における、基油(A1)、基油(A2)、基油(A3)、又は基油(A4)の含有量は、基油(A)の全量(100質量%)基準で、好ましくは50~100質量%、より好ましくは60~100質量%、更に好ましくは70~100質量%、より更に好ましくは80~100質量%、更になお好ましくは90~100質量%である。
他の基油としては、前述のPVE、PAG、ECP、及びPOEには該当しない、ポリエステル類、ポリカーボネート類、α-オレフィンオリゴマーの水素化物、脂環式炭化水素化合物、アルキル化芳香族炭化水素化合物、フィシャートロプシュプロセス等により製造されるGTL WAX(ガストゥリキッド ワックス)を異性化することによって製造される油等の合成油が挙げられる。
基油(A)の40℃動粘度は、好ましくは5~120mm2/s、より好ましくは10~110mm2/s、更に好ましくは30~100mm2/sである。基油(A)の40℃動粘度が上記範囲内であると、耐摩耗性がより良好となる。
本明細書において、40℃動粘度は、JIS K 2283:2000に準拠して測定した値である。
本発明の冷凍機油組成物は、第一リン系化合物(B)を含有する。
第一リン系化合物(B)は、第一亜リン酸エステル(B1)及び第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である。
本発明の冷凍機油組成物は、第一リン系化合物(B)を含有することで、顕著な耐摩耗性向上効果が発揮される。第一リン系化合物(B)を含有しない場合、顕著な耐摩耗性向上効果が発揮されず、過酷な条件下において、冷凍機油組成物の耐摩耗性を向上することができない。
以下、第一リン系化合物(B)として用いられる、第一亜リン酸エステル(B1)及び第二亜リン酸エステル(B2)について、詳細に説明する。
上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。
当該アルキル基は、直鎖状あってもよく、分岐鎖状であってもよい。分岐鎖状のアルキル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は特に限定されないが、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、分岐鎖状のアルキル基であることが好ましい。
また、同様の観点から、当該アルキル基の炭素数は、好ましくは6~16、より好ましくは6~12である。
当該アルケニル基は、直鎖状あってもよく、分岐鎖状であってもよい。分岐鎖状のアルキル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は特に限定されないが、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、分岐鎖状のアルケニル基であることが好ましい。なお、直鎖状又は分岐鎖状のアルケニル基の不飽和結合の位置及び数は、特に限定されない。
また、同様の観点から、当該アルケニル基の炭素数は、好ましくは6~16、より好ましくは6~12である。
当該アルキル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は、特に限定されないが、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点、熱安定性向上の観点から、分岐数は1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましく、2であることが更に好ましい。また、同様の観点から、分岐位置は、フェニル基に隣接する炭素(すなわち、α炭素)であることが好ましい。
また、当該アルキル基の炭素数は、同様の観点から、好ましくは3以上である。また、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である。これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは3~10、より好ましくは3~8、更に好ましくは3~6である。
当該アルケニル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は、特に限定されないが、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点、熱安定性向上の観点から、分岐数は1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましく、2であることが更に好ましい。また、同様の観点から、分岐位置は、フェニル基に隣接する炭素(すなわち、α炭素)であることが好ましい。なお、当該アルケニル基の不飽和結合の位置及び数は、特に限定されない。
また、当該分岐鎖状のアルケニル基の炭素数は、同様の観点から、好ましくは3以上である。また、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である。これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは3~10、より好ましくは3~8、更に好ましくは3~6である。
ここで、耐摩耗性向上効果を発揮させやすくする観点、熱安定性向上の観点から、nは2~3の整数であることが好ましく、nは3であることがより好ましい。
ここで、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点、熱安定性向上の観点から、mは1~5の整数であることが好ましく、mは1~4の整数であることがより好ましく、mは1~3の整数であることが更に好ましく、mは1~2の整数であることがより更に好ましい。
特に、上記一般式(1)中のnが3である場合、mを上記範囲に調整することで、耐摩耗性向上効果をさらに顕著に発揮させやすくすることができる。
なお、R13のフェニル基への結合位置は、特に限定されないが、同様の観点から、m=1である場合、R13はパラ位に結合していることが好ましい。m=2である場合には、一方のR13はパラ位に結合し、他方のR13はオルト位に結合していることが好ましい。m>2である場合には、R13の少なくとも1つはパラ位に結合し、残りのうちの少なくとも1つはオルト位に結合していることが好ましい。
当該アルキル基は、直鎖状あってもよく、分岐鎖状であってもよい。分岐鎖状のアルキル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は特に限定されない。
ここで、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、当該アルキル基は、直鎖状であることが好ましい。
また、同様の観点から、当該アルキル基の炭素数は、好ましくは14~24、より好ましくは16~20である。
当該アルケニル基は、直鎖状あってもよく、分岐鎖状であってもよい。分岐鎖状のアルケニル基が有する分岐構造(分岐数、分岐位置)は特に限定されない。また、直鎖状又は分岐鎖状のアルケニル基の不飽和結合の位置及び数は、特に限定されない。
ここで、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、当該アルケニル基は、直鎖状であることが好ましい。
また、同様の観点から、当該アルケニル基の炭素数は、好ましくは14~24、より好ましくは16~20である。
なお、R21及びR22は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
第一リン系化合物(B)は、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、第一亜リン酸エステル(B1)であることが好ましい。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは30質量ppm~1,000質量ppm、より好ましくは35質量ppm~950質量ppm、更に好ましくは40質量ppm~900質量ppm、より更に好ましくは45質量ppm~900質量ppmである。
本発明の一態様の冷凍機油組成物は、基油(A)及び第一リン系化合物(B)を含有すると共に、さらに第二リン系化合物(C)を含有することが好ましい。
第二リン系化合物(C)は、リン酸化合物(C1)及び有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)からなる群から選択される1種以上である。
本発明の一態様の冷凍機油組成物が、第一リン系化合物(B)と共に第二リン系化合物(C)を含有することで、これらが相乗的に作用し、第一リン系化合物(B)による顕著な耐摩耗性向上効果をさらに向上させることができる。
以下、第二リン系化合物(C)として用いられる、リン酸化合物(C1)及び有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)について、詳細に説明する。
なお、以降の説明では、「第二リン系化合物(C)」を「成分(C)」ともいう。また、「リン酸化合物(C1)」及び「有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)」を、それぞれ「成分(C1)」及び「成分(C2)」ともいう。
リン酸化合物(C1)は、下記一般式(c-1-i)で表されるリン酸エステル、下記一般式(c-1-ii)又は下記一般式(c-1-iii)で表される酸性リン酸エステルからなる群から選択される1種以上であることが好ましい。
上記一般式(c-1-i)で表されるリン酸エステルは、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。
上記一般式(c-1-ii)又は上記一般式(c-1-iii)で表される酸性リン酸エステルは、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。
有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)は、リン原子を1つ有する有機ホスフィンオキサイド化合物であってもよく、リン原子を2つ以上有する有機ホスフィンオキサイド化合物であってもよい。
リン原子を1つ有する有機ホスフィンオキサイド化合物としては、下記一般式(c-2-i)で表される化合物が挙げられ、リン原子を2つ以上有する有機ホスフィンオキサイド化合物としては、下記一般式(c-2-ii)で表される化合物が挙げられる。
これらの炭化水素基の置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アミノ基、イミノ基、アミド基、カルボキシ基、炭素数1~5のアルキル基、炭素数1~5のアルコキシ基等が挙げられる。
上記アルキル基の炭素数は、好ましくは2~10、より好ましくは3~8である。
これらのアリール基の炭素数は、好ましくは6~10、より好ましくは6~8である。
上記エーテル結合を含んでいてもよい置換又は無置換の炭素数6~20のアリーレン基としては、各種フェニレン基、各種メチルフェニレン基、各種エチルフェニレン基、各種ジメチルフェニレン基、各種ナフチレン、ジフェニレンエーテル基、9,9-ジメチルキサンテン由来の2価の基等が挙げられる。
第二リン系化合物(C)は、耐摩耗性向上効果をより顕著に発揮させやすくする観点から、有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)であることが好ましい。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは200質量ppm~1,200質量ppm、より好ましくは300質量ppm~1,100質量ppm、更に好ましくは400質量ppm~1,000質量ppmである。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは0.1質量%~1.5質量%、より好ましくは0.2質量%~1.5質量%、更に好ましくは0.3質量%~1.2質量%である。
本発明の一態様の冷凍機油組成物において、第一リン系化合物(B)及び第二リン系化合物(C)に由来するリン原子の合計含有量(BP+CP)は、第一リン系化合物(B)との組み合わせによる耐摩耗性の相乗的な向上効果をより発揮させやすくする観点から、好ましくは200質量ppm以上、より好ましくは300質量ppm以上、更に好ましくは400質量ppm以上である。また、好ましくは1,500質量ppm以下、より好ましくは1,400質量ppm以下、更に好ましくは1,300質量ppm以下である。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは200質量ppm~1,500質量ppm、より好ましくは300質量ppm~1,400質量ppm、更に好ましくは400質量ppm~1,300質量ppmである。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは0.1質量%~2.0質量%、より好ましくは0.3質量%~2.0質量%、更に好ましくは0.3質量%~1.5質量%である。
本発明の一態様の冷凍機油組成物において、第一リン系化合物(B)と第二リン系化合物(C)との含有比率[(B)/(C)]は、第一リン系化合物(B)との組み合わせによる耐摩耗性の相乗的な向上効果をより発揮させやすくする観点から、質量比で、好ましくは1/12~2/1、より好ましくは1/10~1.5/1、更に好ましくは1/9~1/1である。
本発明の一態様の冷凍機油組成物は、本発明の効果を損なわない範囲内で、更に添加剤を含有してもよい。
添加剤としては、冷凍機油組成物の安定性向上の観点から、酸化防止剤、油性向上剤、酸素捕捉剤、銅不活性化剤、防錆剤、消泡剤、及び粘度指数向上剤からなる群から選択される1種以上を含有することが好ましく、少なくとも酸化防止剤を含有することがより好ましい。
また、本発明の一態様の冷凍機油組成物は、成分(B)及び成分(C)には該当しない極圧剤を含んでいてもよい。
これらの添加剤は、各々について、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。
これらの添加剤の合計含有量は、冷凍機油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは0~10質量%、より好ましくは0.01~5質量%、更に好ましくは0.1~3質量%である。
酸化防止剤は、フェノール系酸化防止剤及びアミン系酸化防止剤からなる群から選択される1種以上が好ましい。
フェノール系酸化防止剤としては、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(DBPC)、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)等が挙げられる。
アミン系酸化防止剤としては、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が挙げられる。
これらの中でも、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(DBPC)がより好ましい。
酸化防止剤の含有量は、安定性及び酸化防止性能の観点から、冷凍機油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは0.01~5質量%、より好ましくは0.05~3質量%、更に好ましくは0.1~1質量%である。
油性向上剤としては、ステアリン酸、オレイン酸等の脂肪族飽和又は不飽和モノカルボン酸;ダイマー酸、水添ダイマー酸等の重合脂肪酸;リシノレイン酸、12-ヒドロキシステアリン酸等のヒドロキシ脂肪酸;ラウリルアルコール、オレイルアルコール等の脂肪族飽和又は不飽和モノアルコール;ステアリルアミン、オレイルアミン等の脂肪族飽和又は不飽和モノアミン;ラウリン酸アミド、オレイン酸アミド等の脂肪族飽和又は不飽和モノカルボン酸アミド;グリセリン、ソルビトール等の多価アルコールと脂肪族飽和又は不飽和モノカルボン酸との部分エステル;等が挙げられる。
酸素捕捉剤としては、脂肪族不飽和化合物、二重結合を有するテルペン類等が挙げられる。
上記脂肪族不飽和化合物としては、不飽和炭化水素が好ましく、具体的には、オレフィン;ジエン、トリエン等のポリエン等が挙げられる。オレフィンとしては、酸素との反応性の観点から、1-テトラデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセン等のα-オレフィンが好ましい。
上記以外の脂肪族不飽和化合物としては、酸素との反応性の観点から、分子式C20H30Oで表されるビタミンA((2E,4E,6E,8E)-3,7-ジメチル-9-(2,6,6-トリメチルシクロヘキセ-1-イル)ノナ-2,4,6,8-テトラエン-1-オール)等の共役二重結合を有する不飽和脂肪族アルコールが好ましい。
二重結合を有するテルペン類としては、二重結合を有するテルペン系炭化水素が好ましく、酸素との反応性の観点から、α-ファルネセン(C15H24:3,7,11-トリメチルドデカ-1,3,6,10-テトラエン)及びβ-ファルネセン(C15H24:7,11-ジメチル-3-メチリデンドデカ-1,6,10-トリエン)がより好ましい。
銅不活性化剤としては、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]トリアゾール等が挙げられる。
防錆剤としては、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が挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン油、フッ素化シリコーン油等のシリコーン系消泡剤等が挙げられる。
粘度指数向上剤としては、ポリメタクリレート、ポリイソブチレン、エチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ジエン水素化共重合体等が挙げられる。
成分(B)及び成分(C)には該当しない極圧剤としては、カルボン酸の金属塩、硫黄系極圧剤等が挙げられる。また、成分(B)及び成分(C)には該当しないリン系極圧剤も挙げられる。
また、成分(B)には該当しない他の亜リン酸エステルとしては、上記一般式(1)中のR11を示す上記一般式(1a)において、mが1以上であり、且つR13が直鎖状の脂肪族炭化水素基であるもの等が挙げられる。具体的には、例えば、トリスノニルフェニルホスファイト等が挙げられる。
具体的には、例えば、モノエチルハイドロジェンホスファイト、モノn-プロピルハイドロジェンホスファイト、モノn-ブチルハイドロジェンホスファイト、モノ2-エチルヘキシルハイドロジェンホスファイト、及びモノフェニルハイドロジェンホスファイト、並びにジヘキシルハイドロジェンホスファイト、ジヘプチルハイドロジェンホスファイト、ジn-オクチルハイドロジェンホスファイト、及びジ2-エチルヘキシルハイドロジェンホスファイト、及びジフェニルハイドロジェンホスファイト等が挙げられる。
本発明の冷凍機油組成物が、成分(B)及び(C)には該当しない極圧剤を含む場合、その含有量は、潤滑性及び安定性(熱安定性向上)の観点から、冷凍機油組成物の全量(100質量%)基準で、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.01質量以下、最も好ましくは成分(B)及び(C)には該当しない極圧剤を含まないことである。
成分(B)及び(C)には該当しない極圧剤としては、既述の化合物が挙げられ、特に、トリスノニルフェニルホスファイト及びテトラフェニル-m-フェニレンビスホスフェートから選択される1種以上が挙げられる。
[本発明の冷凍機油組成物の製造方法]
本発明の冷凍機油組成物の製造方法は、特に制限されない。
例えば、本発明の一態様の冷凍機油組成物の製造方法は、基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を混合する工程を含み、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である、冷凍機油組成物の製造方法である。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。]
<リン原子含有量>
本発明の一態様の冷凍機油組成物は、リン原子含有量が、冷凍機油組成物の全量基準で、好ましくは200質量ppm以上、より好ましくは300質量ppm以上、更に好ましくは400質量ppm以上である。また、好ましくは1,500質量ppm以下、より好ましくは1,400質量ppm以下、更に好ましくは1,300質量ppm以下である。
これらの数値範囲の上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。具体的には、好ましくは200質量ppm~1,500質量ppm、より好ましくは300質量ppm~1,400質量ppm、更に好ましくは400質量ppm~1,300質量ppmである。
なお、リン原子含有量は、ASTM D4951に準拠して測定することができる。
本発明の一態様の冷凍機油組成物は、後述する実施例に記載の方法で測定した酸価が、好ましくは0.50mgKOH/g以下、より好ましく0.45mgKOH/g以下、更に好ましくは0.40mgKOH/g以下である。
本発明の冷凍機油組成物は、冷媒と混合し、冷凍機用混合組成物として使用される。
すなわち、本発明の冷凍機用混合組成物は、本発明の冷凍機油組成物と、冷媒とを含有する。
近年の冷凍機の小型化に伴って機器内の冷凍機油組成物の使用量の減少が進む一方で、運転条件の過酷化による圧縮機の摺動部における摩擦熱等によって、冷凍機には、局所的に高温になる箇所が発生し得る。本発明の冷凍機油組成物と、冷媒とを含有する、本発明の冷凍機用混合組成物は、このような過酷な環境下においても、優れた耐摩耗性を発揮する。
冷媒としては、不飽和フッ化炭化水素化合物、飽和フッ化炭化水素化合物等のフッ化炭化水素冷媒;ハイドロカーボン、二酸化炭素、アンモニア等の自然系冷媒が挙げられる。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。これらの中でも、冷媒としては、不飽和フッ化炭化水素化合物、飽和フッ化炭化水素化合物、ハイドロカーボン、二酸化炭素及びアンモニアからなる群から選択される1種以上を含むものが好ましく、不飽和フッ化炭化水素化合物を含むものがより好ましい。
以下、各冷媒について説明する。
不飽和フッ化炭化水素化合物としては、直鎖状又は分岐鎖状の炭素数2~6の鎖状オレフィンや炭素数4以上6以下の環状オレフィンのフッ素化物等、炭素-炭素二重結合を有するものが挙げられる。
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等が挙げられる。
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、3~5個のフッ素原子が導入されたプロペンがより好ましく、4個のフッ素原子が導入されたプロペンが更に好ましい。具体的には、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(R1234ze)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(R1234yf)等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。該混合冷媒としては、R32とR1234yfの混合冷媒、R32とR1234ze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。
飽和フッ化炭化水素化合物としては、好ましくは炭素数1~4のアルカンのフッ化物、より好ましくは炭素数1~3のアルカンのフッ化物、更に好ましくは炭素数1又は2のアルカン(メタン又はエタン)のフッ化物である。該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)等が挙げられ、これらの中でも、ジフルオロメタン及び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以上3以下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以上2以下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。
該混合冷媒としては、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。
自然系冷媒としては、ハイドロカーボン(HC)系冷媒、二酸化炭素(CO2)及びアンモニアからなる群から選択される1種以上が挙げられ、好ましくはハイドロカーボン(HC)系冷媒である。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及び/又は不飽和フッ化炭化水素化合物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R1234ze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。
ハイドロカーボン系冷媒は、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。また、ハイドロカーボン系冷媒は、ハイドロカーボン系冷媒単独で使用してもよく、R134a等のフッ化炭化水素冷媒、二酸化炭素等のハイドロカーボン系冷媒以外の冷媒と混合した混合冷媒として用いてもよい。
また、冷媒中における不飽和フッ化炭化水素化合物の含有量は、冷媒の全量(100質量%)基準で、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であり、冷媒は、不飽和フッ化炭化水素化合物のみからなる冷媒であることがより更に好ましい。
<耐摩耗性>
本発明の一態様の冷凍機用混合組成物は、後述する実施例に記載の方法で測定した摩耗量が、好ましくは5.0mg以下、より好ましく4.0mg以下、更に好ましくは3.0mg以下、より更に好ましくは2.5mg、更になお好ましくは2.0mg以下である。
本発明の冷凍機油組成物及び冷凍機用混合組成物は、例えば、空調機、冷蔵庫、自動販売機、ショーケース、冷凍システム、給湯システム、又は暖房システムに用いることが好ましい。なお、空調機としては、開放型カーエアコン、電動カーエアコン等のカーエアコン;ガスヒートポンプ(GHP)エアコン;等が挙げられる。
本発明の一態様では、下記[1]~[8]が提供される。
[1] 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を含有し、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である、冷凍機油組成物。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。]
[2] 前記一般式(1a)中のmが1~5の整数である、[1]に記載の冷凍機油組成物。
[3] さらに、第二リン系化合物(C)を含有し、
前記第二リン系化合物(C)は、リン酸化合物(C1)及び有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)からなる群から選択される1種以上である、[1]又は[2]に記載の冷凍機油組成物。
[4] リン原子含有量が、前記冷凍機油組成物の全量基準で、200質量ppm~1,500質量ppmである、[1]~[3]のいずれかに記載の冷凍機油組成物。
[5] 基油(A)が、ポリアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、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、ポリオールエステル類、及び鉱油からなる群から選択される1種以上を含む、[1]~[4]のいずれかに載の冷凍機油組成物。
[6] 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を混合する工程を含み、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上である、冷凍機油組成物の製造方法。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。]
[7] [1]~[5]のいずれかに記載の冷凍機油組成物と、冷媒と、を含有する、冷凍機用混合組成物。
[8] 前記冷媒が、不飽和フッ化炭化水素化合物、飽和フッ化炭化水素化合物、ハイドロカーボン、二酸化炭素、及びアンモニアからなる群から選択される1種以上を含む、[7]に記載の冷凍機用混合組成物。
各実施例及び各比較例で用いた基油(A)の40℃動粘度は、JIS K2283:2000に準拠して測定した。
冷凍機油組成物の調製に用いた各成分の詳細について、以下に示す。
(1)PAG
ポリオキシプロピレングリコールモノメチルエーテル、40℃動粘度:49mm2/s
(2)PVE
ポリエチルビニルエーテルとポリイソブチルビニルエーテルとの共重合体(エチルビニルエーテルの構成単位:ポリイソブチルビニルエーテルの構成単位=9:1(モル比))、40℃動粘度:67mm2/s
(1)第一亜リン酸エステル(B1)-1
イソデシルジフェニルホスファイト(城北化学株式会社製、JPM-311、下記式(1-1)で表される化合物、リン原子含有量:8.1質量%)
上記式(1-1)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=2であり、2つのR11-O-が同一であり、R12がイソデシル基である化合物に該当する。また、前記一般式(1a)において、m=0である。
なお、上記式(1-1)中、「-iC10H21」は、イソデシル基を意味する。以降の説明においても同様である。
2-エチルヘキシルジフェニルホスファイト(城北化学株式会社製、JPM-308、下記式(1-2)で表される化合物、リン原子含有量:8.6質量%)
上記式(1-2)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=2であり、2つのR11-O-が同一であり、R12が2-エチルヘキシル基である化合物に該当する。また、前記一般式(1a)において、m=0である。
フェニルジイソデシルホスファイト(堺化学株式会社製、ChelexD、下記式(1-3)で表される化合物、リン原子含有量:7.1質量%)
上記式(1-3)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=1であり、2つの-O-R12が同一であり、R12がイソデシル基である化合物に該当する。また、前記一般式(1a)において、m=0である。
ビス[2,4-ビス(2-メチルブタン-2-イル)フェニル]4-(2-メチルブタン-2-イル)フェニルホスファイトと、2,4-ビス(2-メチルブタン-2-イル)フェニルビス[4-(2-メチルブタン-2-イル)フェニル]ホスファイトと、トリス[4-(2-メチルブタン-2-イル)フェニル]ホスファイトとの反応生成物(Addivant社製、WESTON(登録商標) 705、下記式(1-4)~下記式(1-7)で表される化合物の混合物、リン原子含有量:4.9質量%)
上記式(1-4)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=3であり、3つのR11-O-が同一である化合物に該当する。また、前記一般式(1a)において、m=1であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:パラ位)である。
上記式(1-5)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=3であり、3つのR11-O-のうち、2つが同一であり、1つが異なる化合物に該当する。また、前記一般式(1a)で表される、同一である2つのR11-O-中のR11は、m=1であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:パラ位)である。前記一般式(1a)で表される、残りの1つのR11-O-中のR11は、m=2であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:オルト位及びパラ位)である。
上記式(1-6)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=3であり、3つのR11-O-のうち、2つが同一であり、1つが異なる化合物に該当する。また、前記一般式(1a)で表される、同一である2つのR11-O-中のR11は、m=2であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:オルト位及びパラ位)である。前記一般式(1a)で表される、残りの1つのR11-O-中のR11は、m=1であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:パラ位)である。
上記式(1-7)で表される化合物は、前記一般式(1)において、n=3であり、3つのR11-O-が同一である化合物に該当する。また、前記一般式(1a)において、m=2であり、R13はtert-ペンチル基(フェニル基への結合位置:オルト位及びパラ位)である。
ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト(城北化学株式会社製、JPP-2000PT、下記式(2-1)で表される化合物、リン原子含有量:4.2質量%)
上記式(2-1)で表される化合物は、前記一般式(2)において、R21及びR22がステアリル基(n-オクタデシル基)である化合物に該当する。
(1)亜リン酸エステル(B’)-1
トリオレイルホスファイト(城北化学株式会社製、JP-318-O、下記式(3-1)で表される化合物、リン原子含有量:3.7質量%)
亜リン酸エステル(B’)-1は、前記一般式(1)中、n=0である亜リン酸エステルであり、第一リン系化合物(B)には属しない亜リン酸エステルである。
トリスノニルフェニルホスファイト(堺化学株式会社製、TNPP、下記式(3-2)で表される化合物、リン原子含有量:4.1質量%)
亜リン酸エステル(B’)-2は、前記一般式(1a)中、R13が直鎖状のアルキル基である亜リン酸エステルであり、第一リン系化合物(B)には属しない亜リン酸エステルである。
上記式(3-2)中、「-nC9H19」は、ノルマルノニル基を意味する。
(1)リン酸化合物(C1)
トリクレジルホスフェート(リン原子含有量:8.4質量%)
(2)有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)
トリフェニルホスフィンオキサイド(リン原子含有量:10.9質量%)
テトラフェニル-m-フェニレンビスホスフェート
ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(DBPC)
表1~表4に示す組成の冷凍機油組成物を調製し、以下に説明するファレックス摩耗試験により耐摩耗性を評価した。評価結果を表1~表4に示す。なお、表1~表4中の配合組成の数値単位は、「質量%」である。また、表1~表4において、第一亜リン酸エステル(B1)-4の化合物名は、「分岐鎖状アルキル基で置換されたフェニル基を3つ有するトリフェニルホスファイト」と表記した。
また、表1~表4に示す第一リン系化合物(B)由来のP原子含有量、亜リン酸エステル(B’)由来のP原子含有量、及び第二リン系化合物(C)由来のP原子含有量は、各原料のP原子含有量から算出した。
ピン及びブロックとして、以下のものを準備した。
・ピン:SAE-3135
・ブロック:AISI-1137
ファレックス試験機を用い、ASTM D2670に準拠して次の試験を行った。
ファレックス試験機に、ピンとブロックとをセットし、試験容器内に、評価対象である冷凍機油組成物300gを入れると共に、冷媒としてR1234yfを30g充填して、試験容器を密閉した。そして、回転速度0.09m/s、油温60℃、荷重1,779Nに設定して60分間運転し、ピン及びブロックの合計の摩耗量(mg)を測定した。
なお、本ファレックス試験は、通常よりも油温及び荷重が高く、従来よりも過酷な条件下でのファレックス試験である。
評価基準は、以下のとおりとした。なお、摩耗量(mg)が少ない程、耐摩耗性に優れる。
・評価S(合格):2.0mg以下
・評価A(合格):2.0mg超2.5mg以下
・評価B(合格):2.5mg超5.0mg未満
・評価C(不合格):5.0mg以上
実施例1~29の冷凍機油組成物は、いずれも耐摩耗性に優れることがわかる。
これに対し、比較例1、2、7、及び8のように、第一リン系化合物(B)を配合することなく、第二リン系化合物(C)のうちリン酸化合物(C1)に属するトリクレジルホスフェートを配合した冷凍機油組成物は、耐摩耗性に劣ることがわかる。
また、比較例3、4のように、第一リン系化合物(B)を配合することなく、第二リン系化合物(C)のうち有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)に属するトリフェニルホスフィンオキサイドを配合した冷凍機油組成物は、耐摩耗性に劣ることがわかる。
また、比較例5、9のように、第一リン系化合物(B)には属さない亜リン酸エステルであるトリオレイルホスファイトを配合した冷凍機油組成物は、耐摩耗性に劣ることがわかる。
また、比較例6、10のように、第一リン系化合物(B)には属さない亜リン酸エステルであるトリスノニルフェニルホスファイトを配合した冷凍機油組成物は、耐摩耗性に劣ることがわかる。
また、比較例11、12のように、第一リン系化合物(B)も第二リン系化合物(C)も配合することなく、第一リン系化合物(B)にも第二リン系化合物(C)にも属さない化合物であるテトラフェニル-m-フェニレンビスホスフェートを配合した冷凍機油組成物は、耐摩耗性に劣ることがわかる。
オートクレーブ容器(容積:200mL)に、触媒としてFe、Cu、及びAlを入れ、更に実施例19及び比較例6,11,12の冷凍機油組成物20gと冷媒(R1234yf)20gとの混合物をそれぞれ充填するとともに、水分2,000質量ppmを充填し、175℃で336時間保持した後、酸価(mgKOH/g)の評価を行った。
酸価は、JIS K2501:2003に準じ、指示薬光度滴定法(左記JIS規格における付属書1参照)により測定した。
評価基準は、以下のとおりとした。なお、酸価の値が小さい程、熱安定性に優れる。
・評価A(合格):0.5mgKOH/g以下
・評価B(不合格):0.5mgKOH/g超1.0mgKOH/g以下
・評価C(不合格):1.0mgKOH/g超
実施例19に示す冷凍機油組成物は、熱安定性に優れることがわかる。
これに対し、比較例6のように第一リン系化合物(B)に該当しない亜リン酸エステルであるトリスノニルフェニルホスファイト、比較例11及び12のように第一リン系化合物(B)にも第二リン系化合物(C)にも該当しない化合物であるテトラフェニル-m-フェニレンビスホスフェートを用いた場合には、熱安定性に劣ることがわかる。
Claims (7)
- 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、を含有し、
前記基油(A)は、ポリビニルエーテル類及びポリアルキレングリコール類からなる群から選択される1種以上の基油(A2)を含み、
前記基油(A)中における前記基油(A2)の含有量は、前記基油(A)の全量基準で、50~100質量%であり、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上であり、
さらに、第二リン系化合物(C)を含有し、
前記第二リン系化合物(C)は、リン酸化合物(C1)及び有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)からなる群から選択される1種以上である冷凍機油組成物。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。] - 前記一般式(1a)中のmが1~5の整数である、請求項1に記載の冷凍機油組成物。
- リン原子含有量が、前記冷凍機油組成物の全量基準で、200質量ppm~1,500質量ppmである、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。
- 基油(A)と、第一リン系化合物(B)と、第二リン系化合物(C)と、を混合する工程を含み、
前記基油(A)は、ポリビニルエーテル類及びポリアルキレングリコール類からなる群から選択される1種以上の基油(A2)を含み、
前記基油(A)中における前記基油(A2)の含有量は、前記基油(A)の全量基準で、50~100質量%であり、
前記第一リン系化合物(B)は、下記一般式(1)で表される第一亜リン酸エステル(B1)及び下記一般式(2)で表される第二亜リン酸エステル(B2)からなる群から選択される1種以上であり、
前記第二リン系化合物(C)は、リン酸化合物(C1)及び有機ホスフィンオキサイド化合物(C2)からなる群から選択される1種以上である冷凍機油組成物の製造方法。
[上記一般式(1)中、R11は下記一般式(1a)で表される芳香族基である。R12は炭素数6~20の脂肪族炭化水素基である。nは1~3の整数である。n≧2の場合、複数のR11-O-は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。また、n=1の場合、複数の-O-R12は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。]
[上記一般式(1a)中、R13は炭素数3~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である。mは0~5の整数である。m≧2の場合、複数のR13は、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。なお、波線は、R11-O-中の酸素原子との結合位置を示す。]
[上記一般式(2)中、R21及びR22は各々独立して、炭素数10~30の脂肪族炭化水素基である。] - 請求項1~3のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物と、冷媒と、を含有する、冷凍機用混合組成物。
- 前記冷媒が、不飽和フッ化炭化水素化合物、飽和フッ化炭化水素化合物、ハイドロカーボン、二酸化炭素、及びアンモニアからなる群から選択される1種以上を含む、請求項5に記載の冷凍機用混合組成物。
- 前記冷媒が、不飽和フッ化炭化水素化合物を含む請求項5に記載の冷凍機用混合組成物。
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