JP2003526730A - 良好な密封性能を備えたアンモニアベース冷却剤用の潤滑組成物 - Google Patents
良好な密封性能を備えたアンモニアベース冷却剤用の潤滑組成物Info
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Abstract
Description
圧縮機)用の流体組成物に関する。これらの冷却系用の冷却剤は、アンモニアベ
ースの冷却剤であり続けている。これらの潤滑剤は、炭化水素潤滑剤(例えば、
鉱油、水素化した鉱油またはポリアルファオレフィン)をベースにしている。
要な冷却剤である。アンモニアは、オゾン層の枯渇に影響がないことが分かって
おり、また、同じく重要なことに、アンモニアは、温室効果の原因にはならない
。アンモニアは、比較的な安価でありながら非常に効率的な冷却剤であるといっ
たような多くの魅力的な利点を有する。それはまた、特有の容易に検出できる臭
気があり、従って、何らかの漏れがあれば、冷却剤の大量損失が起こる前に、迅
速に確認できる。冷却剤としてアンモニアを使用することの主な欠点には、その
毒性があり、また、ある程度まで、一定濃度を超えたときのその引火性がある。
ニア、クロロフルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボンおよびヒドロフ
ルオロカーボン冷却剤を含む冷却剤用の種々の流体組成物中での潤滑剤としての
式Z−[(CH2−CH(Rl)−O)n−(CH2−CH(Rl)−O−)m ]p−Hの使用を教示している。この潤滑剤は、そのアンモニア中での溶解性の
点で、鉱油潤滑剤よりも有益であり、また、Shortが記述したZ基のない従
来のポリエーテルポリオールよりも有益である。従来のポリエーテルは、添加剤
なしでは、熱安定性が低いという欠点があった。
香族断片を有するポリエーテルを使用すると、エラストマーシールの膨張が抑制
され、そのエラストマーシールが調整されて、それらの大体の容量および弾性率
が維持される。これにより、これらのシール(エラストマー)の硬化および/ま
たは収縮が防止される。パラフィン性潤滑剤は、アンモニア環境に対して、不飽
和炭化水素含量が高い鉱油潤滑剤と関連して、多くの望ましい特性(化学反応お
よび熱分解に対する改良された不活性を含めて)を有する。不飽和炭化水素含量
が低いパラフィン性潤滑剤の欠点は、それらが密封容量および硬度に悪影響を及
ぼすことである。本明細書の目的のために、不飽和炭化水素含量とは、芳香族成
分、環状オレフィンおよび非環式オレフィンを意味する。アリール基およびアル
カリール基(例えば、ベンゼンおよびナフタレン)の濃度が高い潤滑剤は、それ
らがシールとの相溶性が高い(連続使用後のシールの弾性率および容量を維持す
る)ために、アンモニア環境と共に使用される。アルキル芳香族断片を備えたポ
リエーテルとパラフィン性潤滑剤との組合せにより、芳香族含量が高い鉱油より
も良好な化学分解耐性および熱分解耐性が得られる。
をアリール含量およびアルカリール含量が低い潤滑剤に変換することの最も重大
な欠点には、定量化できないシール不全の可能性がある。この可能性を定量化す
る際の問題点は、アンモニア冷却系にある異なるシールで使用される多種多様な
エラストマーおよびエラストマーブレンドが原因となっている。これらのシール
の一部は、硬化および収縮に耐性が高く、その置換後も漏れない。一部のシール
は、置換直後に働かなくなるのに対して、他のものは、異なる潤滑剤の置換の数
ヶ月後に、働かなくなる。
るアンモニアベース冷却流体用の添加剤を有することが望ましい。シールの収縮
およびシールの硬化は、しばしば、アンモニア系をベンゼンおよびナフタレン(
アリールおよびアルカリール)含量が高い鉱油潤滑剤からアリールおよびアルカ
リール含量が低い鉱油、水素化処理した鉱油またはポリアルファオレフィン油に
変換するときに、見られる。
良い冷却剤であり、また、アンモニアが高濃度で存在しているときには有害であ
るとしても、それは通常の生体過程で発生するので、低濃度では、むしろ無害で
あると考えられている。それはまた、適切価格で市販されており、長期的な廃棄
または汚染の問題が殆どない。アンモニア冷却剤は、一般に、作動状態で冷却効
果が殆どまたは全くない汚染物質および添加剤を除いた活性冷却剤である流体を
基準にして、少なくとも90重量%がアンモニアである冷却剤を意味する。この
冷却剤はまた、潤滑剤を含まないが、その作動油は、この冷却剤と潤滑剤の両方
が冷却系のいずれかの部分で存在している程度まで、それらの両方を含有する。
は、このオイルの溶解した添加剤(例えば、摩耗低下剤(耐摩耗添加剤)、酸化
防止剤など)を含有し得る。望ましくは、この潤滑剤は、10重量%未満、さら
に望ましくは、5重量%未満、好ましくは、1重量%未満のアリールおよびアル
カリール分子を有する脂肪族または環状脂肪族のオイルである。アリールおよび
アルカリール分子は、個々の環または縮合環のいずれかとして、1個またはそれ
以上の芳香環(例えば、ベンゼン、置換ベンゼン、ナフタレン、置換ナフタレン
、アントラセンなど)を有する化合物であると定義されている。望ましくは、こ
れらの潤滑剤は、不飽和炭素−炭素二重結合を有する化合物を、10重量%未満
、さらに望ましくは、5重量%未満、好ましくは、1重量%未満で有し、すなわ
ち、それらは、比較的に不飽和を含まない。それらには、具体的には、規定量未
満のアリール化合物およびアルカリール化合物を有する鉱油、規定量未満のアリ
ールおよびアルカリールを有する水素化処理した鉱油、水素化分解した鉱油、お
よびポリアルファオレフィンが挙げられる。望ましくは、これらの脂肪族または
環状脂肪族潤滑剤は、40℃で、約5または20〜約200cStの粘度、好ま
しくは、約5または20〜約100または150cStの粘度を有する。これら
の脂肪族オイルは、高濃度の不飽和基および/またはアリール基を有するオイル
より良好な熱安定性および化学安定性を有する。
合することから誘導されるポリマーを定義するのに使用され、これらのポリマー
は、従来、潤滑剤および潤滑添加剤として使用されている。このポリアルファオ
レフィンは、不飽和の少ない脂肪族鉱油と類似した飽和鎖を有し、これは、熱安
定性が良好である。これらのポリオレフィンは、その重合反応前に、それらのα
炭素とβ炭素との間で不飽和を有するオレフィンに由来のポリマーである。この
重合およびそれに引き続いた任意の処理(例えば、水素化)により、これらの不
飽和炭素は、飽和炭素に変換される。十分な長さのオレフィンを十分に使用する
と、その重合過程で、2個〜20個の炭素原子を有する多くのアルキル分枝鎖が
得られ、これらは、潤滑剤として使用する場合、これらのポリオレフィンの結晶
化を防止する。ポリアルファオレフィンは、本明細書中では、低温で固体である
高分子ポリオレフィンを記述するようには使用されず、プラスチックとして使用
される。
手順を使用する場合、水素化処理油または水素化分解油がある。水素化分解油の
場合、水素化は、任意の不飽和を飽和炭素−炭素結合に変換すると共に、これら
のオイルの数平均分子量を減少させるために使用される。これらのオイルは、そ
の低い不飽和含量で識別できる。水素化処理油の場合、このオイルは、脂肪族不
飽和および必要に応じて、芳香族不飽和を除くために、水素化過程で処理される
。水素化および水素化分解は、水素化の2つの形態である。
、一般に、耐熱性および薬品耐性に乏しく、従って、低分子量生成物に分解して
、スラッジに架橋する傾向にある。これらの低分子量分解生成物は、薄膜を形成
するが、その初期潤滑剤の潤滑性を有さず、その冷却サイクルの初めから終わり
まで、容易に移動する。このスラッジは、その冷却ユニットにある表面で沈降し
、導管を塞ぎ得る。このスラッジが、熱移動が起こっている表面に堆積する場合
、それは、この冷却系の熱移動効率を下げ、効率を低下させる。これらのベンゼ
ン環およびナフタレン環の芳香族性は、耐熱性および薬品耐性が欠ける主な理由
であると考えられている。この冷却系の大部分には、低温用途ら関係しているも
のの、これらの系の圧縮側では、この潤滑剤が高温に曝される領域があり、これ
らの領域は、芳香族含量が高いオイルの熱分解および化学分解を開始する主な熱
源であると考えられている。
動するのではなく、むしろ、この圧縮機およびその近くに留まり、この場所で、
それは、可動機械部品を潤滑する。鉱油(高いおよび低い芳香族含量)は、アン
モニア溶解性が低く、従って、このアンモニアからいつでも分離する。これによ
り、この潤滑剤は、この系の部品(例えば、中間冷却器、吸引アキュムレーター
およびエバポレーター)で蓄積され得る。このオイルを交換する圧縮機に戻すの
でなければ、この圧縮機では、オイルの欠乏が起こり得る。これらのエバポレー
ターでは、このオイルは、先に述べたように、分離して汚すか、その熱交換器の
表面で蓄積して、この系の効率を下げる。
浸水コイルエバポレーターとが挙げられる。これらの浸水エバポレーターでは、
その熱移動面の全ては、この液状冷却剤で湿潤される。これらの種類の系では、
このアンモニアと共に移動している任意のオイルは、相分離して、この熱移動面
を被覆し得る。ポリエーテル成分の存在は、これらの脂肪族油のアンモニア中で
の溶解を助け、それにより、その面を清浄にするかおよび/または脂肪族油を圧
縮機に戻すことができる。
アベースの冷却剤と併用するように提案されている。それらは、必要な冷却剤の
量を少なくして、排出または漏れの潜在的な規模を縮小することによりアンモニ
ア冷却剤の漏れの潜在的な危険も減らしつつ、効率的な熱移動を達成できるよう
になる。冷却剤の充填容量が低下すると、アンモニアは、その通例の工業用途に
加えて、さらに多種多様な用途で安全に使用可能となる。冷却剤容量低減の別の
利点には、その系のサイズが小さくなるために、全体的なコストが下がることが
ある。
プロピレンオキシド)のホモポリマー、またはエチレンオキシド、プロピレンオ
キシドおよび他のアルキレンオキシドのコポリマーに対する一般的な名称である
。ポリエーテルは、長い間にわたって、アンモニアと溶解性であることが知られ
ており、アンモニア冷却用途で使用するように販売されている。ポリエーテルは
、本質的に極性であり、従って、水溶性であるので、非極性媒体(例えば、炭化
水素)にはあまり溶解しない。非極性媒体中でポリエーテルが不溶性であること
から、それらは、非極性気体(例えば、エチレン、天然ガス、埋立ガス、ヘリウ
ムまたは窒素)用の優れた圧縮機潤滑剤となる。この極性のために、ポリエーテ
ルは、さらに、アンモニア冷却剤と併用するのに非常に適切な潤滑剤となる可能
性を秘めている。しかしながら、ポリエーテルをアンモニアに溶解性にする同じ
極性は、ポリエーテルを水に溶解させ、また、鉱油およびPAOに不溶にする。
水との溶解性は、アンモニア冷却剤用途での長年にさたる課題であった。過剰な
水が存在すると、この冷却系に腐食が生じ得る。冷却系に蒸気として多量の水が
あれば、水は、この系内にある冷却剤の相当量に取って代わるおそれがある。こ
の結果、加わった水を埋め合わせるための大規模な設備が必要になってくる。逆
に、水が、過剰量で蓄積できる場合、アンモニア冷却用に設計した設備は、最終
的には、この過剰な水の容量により冷却剤が置き換えられるために、小型となる
。
し得る。このオイル/冷却剤混合物の粘度は、その操作条件(すなわち、この圧
縮機の温度および圧力)において、重要である。十分な流体流れを得るために希
釈した条件下では、所望の操作粘度を与えるために、粘度等級が高いポリエーテ
ルを使用する必要があり得る。ポリエーテルは、望ましくは、この炭化水素潤滑
剤の重量を基準にして、約1〜約20重量%、さらに望ましくは、約1〜約15
重量%、好ましくは、約1〜約10重量%の濃度で、存在している。これらのエ
ーテルは、必要に応じて、2個〜5個の炭素原子を有する1種またはそれ以上の
環状アルキレンオキシドと式Zの化合物との開環重合の反応生成物であり、ここ
で、Zは、1個〜8個の活性水素を有し、また、Zがアリールまたは置換アリー
ルである場合、最低で6個の炭素原子を有し、そしてZがアリールではなく脂肪
族である場合、最低で10個の炭素原子を有する。これらのポリエーテルは、次
式により表わされ得る: Z−[(CH(Ra)−CH(Rb)−O)x]p−H 式1また
は Z−[(CH2−CH(R1)−O)n−(CH2−CH(R1)−O−)m] p −H 式2 ここで、Zは、1個〜8個の活性水素を有する化合物の残基である。R1、Ra およびRbがHまたはメチルであるとき、望ましくは、最低炭素原子数は、Zが
アリール基を含むとき、6個であり、そしてZがアルキル基であるとき、10個
であり、さらに、ここで、Zは、さらに望ましくは、6個〜18個の炭素原子を
有するアリールまたは置換アリールベースの化合物または10個〜22個の炭素
原子を有する脂肪族である。Zは、アルコールから誘導されるとき、このポリエ
ーテルをそのZ断片に結合する結合点として働く1個またはそれ以上の酸素原子
を含むことが理解できるはずである。R1、RaまたはRbが、このポリエーテ
ル中の1,2−ブチレンオキシドを重合することから誘導した繰り返し単位を全
繰り返し単位の少なくとも50重量%にするのに十分な数の繰り返し単位上で、
エチルである場合、Zは、上記化合物または1個〜9個の炭素原子を有するアル
キルであり得る。Z候補の範囲は、このポリエーテルをさらに油溶性にするエチ
ル置換基の遮蔽効果のために、広くなる。その分子のポリエーテル部分がさらに
油溶性であるとき、疎水性が低いZ基が選択できる。望ましくは、Zは、1個〜
8個の活性水素を有するアルコールから誘導され、さらに望ましくは、1個〜3
個の活性水素を有するアルコールから誘導され、このアルコールには、ベンジル
アルコール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ジ−ノニルフェノールま
たはC11脂肪族アルコールが挙げられる。アルコールに由来の用語は、このよ
うなアルコールを開始剤として使用して環状アルキレンオキシドを重合する際に
起こるように、断片Zが特定のアルコールからその水酸基の水素を除いた場合を
含む。
り返し単位が2個〜5個または6個の炭素原子を有する環状アルキレンオキシド
(例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシドおよびブチレンオキシド)の
重合生成物(ランダムコポリマーおよびブロックコポリマーを含めて)を含むよ
うに、H、CH3またはCH2−CH3であり、ここで、Raは、しばしば、H
であり、そしてRbは、しばしば、−CH3単独であり(ポリプロピレンオキシ
ドホモポリマー)、またはRbは、連続繰り返し単位上で、−CH3、Hおよび
−CH2−CH3のうちで変わる(例えば、エチレンオキシドまたはブチレンオ
キシドまたはその両方を有するポリプロピレンコポリマー)である。変数xは、
1〜50の整数、さらに好ましくは、3または4〜30または40の整数である
。変数R1は、水素、メチル、エチル、またはそれらの混合物であり、変数nは
、0または50未満の正の数であり、変数mは、50未満の正の数であり、変数
n+nは、50未満の正の数であり、そしてpは、Z上の活性水素の数に等しい
値を有する整数である。望ましくは、Zは、このポリエーテルの約8〜約55重
量%、さらに望ましくは、このポリエーテルの約8〜約30重量%である。
を使用するアンモニア冷却系で使用されるエラストマーシールに対するポリエー
テル(例えば、ノニルフェノールプロポキシレート)の効果を説明する。これら
の試料を、アンモニア環境にて、100℃で、100psiの圧力で、168時
間にわたって、オイル潤滑剤に浸した。この実験で使用されるエラストマーは、
架橋ネオプレン化合物ベースのParker Corporation製の市販
のO−リングである。
潤滑剤に曝し、次いで、このリングの硬度およびその容量を測定した。PAO1
0は、100℃で10cStに近い粘度を有するポリアルファオレフィンである
。類似のPAOは、Durasyn 170の商品名で、BP Amocoから
市販されている。EXP−1847は、68のISO粘度を有する高パラフィン
鉱油ベースストックとほぼ同等の水素処理鉱油である。PAG200は、40℃
で100cStの粘度および約9個〜11個のプロピレンオキシド繰り返し単位
を有するノニルフェノールプロピキシレートである。表1のデータは、PAO1
0およびEXP−1847が試験条件下にて硬化してネオプレンを収縮すること
を示している。PAG200をPAO10またはEXP−1847に添加すると
、この硬化および収縮の両方が改善される。
トに対するポリエーテル(PAG200)の有益な効果を説明する試みを行った
。この試験の第一手順では、ネオプレンO−リングを、まず、アンモニアの存在
下にて、168時間にわたって、炭化水素潤滑剤(実施例7〜12の溶媒精製鉱
油)に曝した。第一手順が完了した後、硬度および容量の変化を測定した。次い
で、第二手順において、同じネオプレンガスケットを、PAO10,EXP-1
847,PAO10+PAG200およびEXP−1847+PAG200に曝
した。第二手順が完了した後、硬度および容量の変化を測定し記録した。新しい
O−リング、これらの試験の第一手順後のO−リングおよび第二手順後のO−リ
ングの硬度、およびこれらの試験の第一および第二手順後の容量変化を、初期の
ものと比べて、表2に提示している。表2のデータは、この炭化水素潤滑剤で処
理した後にPAO10またはEXP−1847を使用すると、このO−リングが
硬化して収縮が起こったことを示している。このポリエーテルと併用してPAO
10またはEXP−1847を使用すると、PAO10またはEXP−1847
を単独で使用したときよりも、硬化および重縮が少なくなった。それゆえ、この
ポリエーテルは、この硬化および収縮の一部を改善できる。実施例13では、第
一手順において、溶媒精製鉱油の代わりに、水素処理EXP−1847を使用し
た。この結果、硬化が少なくなり、その密封容量が僅かに上昇した。
々の変更は、本明細書を読めば、当業者に明らかなことが理解されるべきである
。従って、本明細書中で開示の発明は、添付の請求の範囲に入るこれらの変更を
含むべく意図されていることが理解されるべきである。
Claims (11)
- 【請求項1】 アンモニア冷却剤および炭化水素潤滑剤を含有する圧縮冷却
に使用するための流体組成物であって、ここで、改良点は、該炭化水素潤滑剤の
重量を基準にして、約1重量%〜約20重量%のポリエーテルを添加することを
包含し、該ポリエーテルは、1個〜8個の活性水素を有する化合物Zの由来の2
個〜5個の炭素原子のアルキレンオキシドの開環重合の反応生成物であり、ここ
で、該ポリエーテルが1,2−ブチレンオキシドを重合することから誘導した少
なくとも50重量%の繰り返し単位を有するのでないなら、Zが、アリール基を
含む場合、最低で6個の炭素原子を有し、そしてZが脂肪族である場合、最低で
10個の炭素原子を有し、この場合、Zはまた、1個〜9個の炭素原子の脂肪族
基であり得る、 流体組成物。 - 【請求項2】 前記炭化水素潤滑剤が、1個またはそれ以上の炭素−炭素二
重結合を有する化合物を5重量%未満で含有する、請求項1に記載の流体。 - 【請求項3】 前記炭化水素潤滑剤が、鉱油、水素化もしくは水素化分解し
た鉱油、またはポリアルファオレフィンを含有する、請求項2に記載の流体。 - 【請求項4】 Zが、アリール基を含有する場合、該Zが6個〜18個の炭
素原子を有し、そしてZが完全に脂肪族である場合、約10個〜22個の炭素原
子を有し、前記環状アルキレンオキシドが、エチレンオキシド、プロピレンオキ
シドまたはブチレンオキシドである、請求項1に記載の流体。 - 【請求項5】 式Zの前記化合物が、アルコールであるか、またはアルコー
ルと強塩基(例えば、アルコキシド)との反応生成物である、請求項1に記載の
流体。 - 【請求項6】 式Zの前記化合物が、ベンジルアルコール、オクチルアルコ
ール、ノニルフェノール、ジノニルフェノールまたはC11アルコールである、
請求項1に記載の流体。 - 【請求項7】 Zが、約8重量%〜約55重量%の前記ポリエーテルである
、請求項5に記載の流体。 - 【請求項8】 前記ポリエーテルが、40℃で、約15cSt〜約460c
Stの粘度を有する、請求項1に記載の流体。 - 【請求項9】 前記ポリエーテルが、プロピレンオキシドのホモポリマー、
またはプロピレンオキシドと少なくとも1種の他のアルキレンオキシドとのコポ
リマーとして特徴付けられる、請求項2に記載の流体。 - 【請求項10】 請求項1に記載の流体組成物であって、前記ポリエーテル
が、次式の化合物を含有し、 Z−[(CH(Ra)−CH(Rb)−O)x]p−H ここで、該ポリエーテル内の1,2−ブチレンオキシドベースの繰り返し単位の
量が全エーテルベースの繰り返し単位の少なくとも50重量%であるように、R a またはRbが十分な数の繰り返し単位上のエチルでないなら、Zが、アリール
基を含む場合、Zは、1個〜8個の活性水素および6個の最低炭素原子数を有す
る化合物の残基であり、そしてZがアルキル基である場合、Zは10個の最低炭
素原子数を有する化合物の残基であり、ここで、Zが、上記化合物の残基または
1個〜9個の炭素原子のアルキルを有する化合物の残基であり得、xが、1〜5
0の整数であり、 RaおよびRbが、独立して、各繰り返し単位、H、CH3またはCH2−CH 3 であり、 pが、Z上の活性水素の数に等しい値を有する整数である、流体組成物。 - 【請求項11】 前記ポリエーテルが、プロピレンオキシドのホモポリマー
、またはプロピレンオキシドと別のアルキレンオキシドとのコポリマーとして特
徴付けられる、請求項10に記載の流体。
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