JP2009191212A - 冷凍機用潤滑油組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記の分子式(A)
CpOqFrRs ・・・(A)
[式中、Rは、Cl、Br、I又はHを示し、pは1〜6、qは0〜2、rは1〜14、sは0〜13の整数である。但し、qが0の場合は、pは2〜6であり、分子中に炭素−炭素不飽和結合を1以上有する。]
で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物、又は前記含フッ素有機化合物と飽和フッ化炭化水素化合物との組合わせを含む冷媒を用いる冷凍機用の潤滑油組成物であって、基油として、分子中にアルキレングリコール単位又はポリオキシアルキレングリコール単位とビニルエーテル単位とを有する、水酸基価が15mgKOH/g以下のポリビニルエーテル系化合物を主成分として含む冷凍機用潤滑油組成物である。
【選択図】なし
Description
しかしながら、このHFCも地球温暖化の面で影響が懸念されることから、更に環境保護に適した代替冷媒として二酸化炭素などのいわゆる自然冷媒が注目されているが、この二酸化炭素は高圧を必要とするため、現行のカーエアコンシステムには使用することができない。
地球温暖化係数が低く、現行カーエアコンシステムに使用できる冷媒として、例えば不飽和フッ化炭化水素化合物(例えば、特許文献1参照)、フッ化エーテル化合物(例えば、特許文献2参照)、フッ化アルコール化合物、フッ化ケトン化合物など分子中に特定の極性構造を有する冷媒が見出されている。
このような冷媒を用いる冷凍機用潤滑油に対しては、前記冷媒に対する優れた相溶性を有すると共に、安定性に優れることが要求される。
すなわち、本発明は、
CpOqFrRs ・・・(A)
[式中、Rは、Cl、Br、I又はHを示し、pは1〜6、qは0〜2、rは1〜14、sは0〜13の整数である。但し、qが0の場合は、pは2〜6であり、分子中に炭素−炭素不飽和結合を1以上有する。]
で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物、又は前記含フッ素有機化合物と飽和フッ化炭化水素化合物との組合せを含む冷媒を用いる冷凍機用の潤滑油組成物であって、基油として、分子中にアルキレングリコール単位又はポリオキシアルキレングリコール単位とビニルエーテル単位とを有する、水酸基価が15mgKOH/g以下のポリビニルエーテル系化合物を主成分として含むことを特徴とする冷凍機用潤滑油組成物、
(2)冷媒が、炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物、又は炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物と炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物との組み合わせからなる上記(1)に記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(3)ポリビニルエーテル系化合物の分子量が300〜3,000である上記(1)又は(2)に記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(4)基油の100℃における動粘度が2〜50mm2/sである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(6)冷凍機の摺動部分がエンジニアリングプラスチックからなるもの、又は有機コーティング膜もしくは無機コーティング膜を有するものである上記(1)〜(5)のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(7)有機コーティング膜が、ポリテトラフルオロエチレンコーティング膜、ポリイミドコーティング膜、ポリアミドイミドコーティング膜、又はポリヒドロキシエーテル樹脂とポリサルホン系樹脂からなる樹脂基材及び架橋剤を含む樹脂塗料を用いて形成された熱硬化型絶縁膜である上記(6)に記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(8)無機コーティング膜が、黒鉛膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、スズ膜、クロム膜、ニッケル膜又はモリブデン膜である上記(6)に記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(9)カーエアコン、電動カーエアコン、ガスヒートポンプ、空調、冷蔵庫、自動販売機又はショーケースの各種給湯システム、あるいは冷凍・暖房システムに用いられる上記(1)〜(8)のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物、
(10)システム内の水分含有量が300質量ppm以下で、残存空気量が10kPa以下である上記(9)に記載の冷凍機用潤滑油組成物、
を提供するものである。
CpOqFrRs ・・・(A)
[式中、Rは、Cl、Br、I又はHを示し、pは1〜6、qは0〜2、rは1〜14、sは0〜13の整数である。但し、qが0の場合は、pは2〜6であり、分子中に炭素−炭素不飽和結合を1以上有する。]
で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物、又は前記含フッ素有機化合物と飽和フッ化炭化水素化合物との組み合せを含む冷媒を用いる冷凍機用潤滑油組成物である。
前記分子式(A)は、分子中の元素の種類と数を表すものであり、式(A)は、炭素原子Cの数pが1〜6の含フッ素有機化合物を表している。炭素数が1〜6の含フッ素有機化合物であれば、冷媒として要求される沸点、凝固点、蒸発潜熱などの物理的、化学的性質を有することができる。
該分子式(A)において、Cpで表されるp個の炭素原子の結合形態は、炭素−炭素単結合、炭素−炭素二重結合等の不飽和結合、炭素―酸素二重結合などが含まれる。炭素−炭素の不飽和結合は、安定性の点から、炭素−炭素二重結合であることが好ましく、その数は1以上であるが、1であるものが好ましい。
また、分子式(A)において、Oqで表されるq個の酸素原子の結合形態は、エーテル基、水酸基又はカルボニル基に由来する酸素であることが好ましい。この酸素原子の数qは、2であってもよく、2個のエーテル基や水酸基等を有する場合も含まれる。
また、Oqにおけるqが0であり分子中に酸素原子を含まない場合は、pは2〜6であって、分子中に炭素−炭素二重結合等の不飽和結合を1以上有する。すなわち、Cpで表されるp個の炭素原子の結合形態の少なくとも1つは、炭素−炭素不飽和結合であることが必要である。
また、分子式(A)において、Rは、Cl、Br、I又はHを表し、これらのいずれであってもよいが、オゾン層を破壊する恐れが小さいことから、Rは、Hであることが好ましい。
上記のとおり、分子式(A)で表される含フッ素有機化合物としては、不飽和フッ化炭化水素化合物、フッ化エーテル化合物、フッ化アルコール化合物及びフッ化ケトン化合物などが好適なものとして挙げられる。
以下、これらの化合物について説明する。
本発明において、冷凍機の冷媒として用いられる不飽和フッ化炭化水素化合物としては、例えば、分子式(A)において、RがHであり、pが2〜6、qが0、rが1〜12、sは0〜11である不飽和フッ化炭化水素化合物が挙げられる。
このような不飽和フッ化炭化水素化合物として好ましくは、例えば、炭素数2〜6の直鎖状又は分岐状の鎖状オレフィンや炭素数4〜6の環状オレフィンのフッ素化物を挙げることができる。
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類、1〜9個のフッ素原子が導入されたペンテン類、1〜11個のフッ素原子が導入されたヘキセン類、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、炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物が好ましく、トリフルオロエチレンなどのエチレンのフッ化物及び各種プロペンのフッ化物が挙げられるが、プロペンのフッ化物がより好ましい。このプロペンのフッ化物としては、例えばペンタフルオロプロペンの各種異性体、3,3,3−トリフルオロプロペン及び2,3,3,3−テトラフルオロプロペンなどを挙げることができるが、特に、1,2,3,3,3−ペンタフルオロプロペン(HFC1225ye)及び2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(HFC1234yf)が好適である。
本発明においては、こ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種以上組み合わせて用いてもよい。
また、炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物と炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物との組み合わせも好適に用いられる。
炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物としては、例えばR32、R125、R134a、R143b、R152a、R245faなどを挙げることができるが、これらの中でR32、R134a、R152aが好適である。本発明においては、この飽和フッ化炭化水素化合物は、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。
前記炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物と炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物との組み合わせとしては、例えばCH2F2(HFC32)と前記HFC1225yeとの組み合わせ、CHF2CH3(HFC152a)とHFC1225yeとの組み合わせ、及びCF3Iと前記HFC1234yfとの組み合わせなどを挙げることができる。
本発明において、冷凍機の冷媒として用いられるフッ化エーテル化合物としては、例えば、分子式(A)において、RがHであり、pが2〜6、qが1〜2、rが1〜14、sは0〜13であるフッ化エーテル化合物が挙げられる。
このようなフッ化エーテル化合物として好ましくは、例えば、炭素数が2〜6で、1〜2個のエーテル結合を有し、アルキル基が直鎖状又は分岐状の鎖状脂肪族エーテルのフッ素化物や、炭素数が3〜6で、1〜2個のエーテル結合を有する環状脂肪族エーテルのフッ素化物を挙げることができる。
具体的には、1〜6個のフッ素原子が導入されたジメチルエーテル、1〜8個のフッ素原子が導入されたメチルエチルエーテル、1〜8個のフッ素原子が導入されたジメトキシメタン、1〜10個のフッ素原子が導入されたメチルプロピルエーテル類、1〜12個のフッ素原子が導入されたメチルブチルエーテル類、1〜12個のフッ素原子が導入されたエチルプロピルエーテル類、1〜6個のフッ素原子が導入されたオキセタン、1〜6個のフッ素原子が導入された1,3−ジオキソラン、1〜8個のフッ素原子が導入されたテトラヒドロフランなどを挙げることができる。
本発明においては、このフッ化エーテル化合物は、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。
本発明において、冷凍機の冷媒として用いられる一般式(A)で表されるフッ化アルコール化合物としては、例えば、分子式(A)において、RがHであり、pが1〜6、qが1〜2、rが1〜13、sは1〜13であるフッ化エーテル化合物が挙げられる。
このようなフッ化アルコール化合物として好ましくは、例えば、炭素数が1〜6で、1〜2個の水酸基を有する直鎖状又は分岐状の脂肪族アルコールのフッ素化物を挙げることができる。
具体的には、1〜3個のフッ素原子が導入されたメチルアルコール、1〜5個のフッ素原子が導入されたエチルアルコール、1〜7個のフッ素原子が導入されたプロピルアルコール類、1〜9個のフッ素原子が導入されたブチルアルコール類、1〜11個のフッ素原子が導入されたペンチルアルコール類、1〜4個のフッ素原子が導入されたエチレングリコール、1〜6個のフッ素原子が導入されたプロピレングリコールなどを挙げることができる。
本発明においては、これらのフッ化アルコール化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合せて用いてもよい。
本発明において、冷凍機の冷媒として用いられるフッ化ケトン化合物としては、例えば、分子式(A)において、RがHであり、pが2〜6、qが1〜2、rが1〜12、sは0〜11であるフッ化ケトン化合物が挙げられる。
このようなフッ化ケトン化合物として好ましくは、例えば、炭素数が3〜6で、アルキル基が直鎖状又は分岐状の脂肪族ケトンのフッ素化物を挙げることができる。
具体的には、1〜6個のフッ素原子が導入されたアセトン、1〜8個のフッ素原子が導入されたメチルエチルケトン、1〜10個のフッ素原子が導入されたジエチルケトン、1〜10個のフッ素原子が導入されたメチルプロピルケトン類などが挙げられる。
本発明においては、これらのフッ化ケトン化合物は、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。
この飽和フッ化炭化水素化合物は、前記の一般式(A)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物に、必要に応じて混合することのできる冷媒である。
この飽和フッ化炭化水素化合物としては、炭素数1〜4のアルカンのフッ化物が好ましく、特に炭素数1〜2のメタンやエタンのフッ化物であるトリフルオロメタン、ジフルオロメタン、1,1−ジフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1,2,2−テトラフルオロエタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタンが好適である。また、飽和フッ化炭化水素化合物としては、上記アルカンのフッ化物を、さらにフッ素以外のハロゲン原子でハロゲン化したものであっても良く、例えば、トリフルオロヨードメタン(CF3I)などが例示できる。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。
また、当該飽和フッ化炭化水素化合物の配合量は、冷媒全量に基づき、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。
[基油]
基油の主成分として用いられる前記ポリビニルエーテル系化合物の水酸基価が15mgKOH/g以下であれば、得られる冷凍機油組成物の安定性が向上し、シールドチューブ試験において、スラッジの生成が抑制される。当該ポリビニルエーテル系化合物の好ましい水酸基価は12mgKOH/g以下であり、より好ましい水酸基価は10mgKOH/g以下である。
当該ポリビニルエーテル系化合物は、例えば重合開始剤の存在下、ビニルエーテル系化合物を重合させることにより得ることができるが、この場合、前記重合開始剤及びビニルエーテル系化合物の少なくとも一方が、アルキレングリコール残基又はポリオキシアルキレングリコール残基を含むものを用いる。
当該ポリビニルエーテル系化合物としては、例えば以下に示すポリビニルエーテル系化合物1〜5を挙げることができる。
なお、当該ポリビニルエーテル系化合物の製造方法及びこの製造方法に用いる各原材料などについては、WO2007/046196号パンフレットに詳細に記載されている。
ポリビニルエーテル系化合物1は、一般式(I)
式中、R1 ,R2及びR3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も異なってもよく、Rbは炭素数2〜4の二価の炭化水素基、Raは、水素原子、炭素数1〜20の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数1〜20の置換基を有してもよい芳香族基、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、R4は炭素数1〜10の炭化水素基を示し、Ra,Rb,R4はそれらが複数ある場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、mはその平均値が1〜50、kは1〜50、pは0〜50の数を示し,kおよびp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。また、複数のRbOがある場合には、複数のRbOは同一であっても異なっていてもよい。
ここで、R1〜R3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、フェニル基,各種メチルフェニル基,各種エチルフェニル基,各種ジメチルフェニル基のアリール基、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のアリールアルキル基を示す。なお、これらのR1 ,R2 及びR3 の各々としては、特に水素原子が好ましい。
なお、一般式(I)におけるmは、RbOの繰り返し数を示し、その平均値が1〜50、好ましくは2〜20、さらに好ましくは2〜10、特に好ましくは2〜5の範囲の数である。RbOが複数ある場合には、複数のRbOは同一でも異なっていてもよい。
また、k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、p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,kおよびp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。
Raのうち炭素数1〜20の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基としては、好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基もしくは炭素数5〜10のシクロアルキル基が挙げられ、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である。
また、Raのうち炭素数2〜20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、ピバロイル基、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、Raのうち炭素数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。
Raとしては、炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。
なお、R1〜R3,Ra,Rb及びm並びにR1〜R4は、それぞれ構成単位毎に同一であっても異なっていてもよい。
上記式において、Ra,Rb及びm及びR1〜R4は前記で説明した通りである。
ポリビニルエーテル系化合物2は、一般式(IV)
Rc−[〔(ORd)a−(A)b−(ORf)e〕c−Re]d (IV)
で表される構造を有するエーテル系化合物である。
前記一般式(IV)において、Rcは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアシル基又は結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の炭化水素基、Rd及びRfは炭素数2〜4のアルキレン基、a及びeはその平均値が0〜50、cは1〜20の整数、Reは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアシル基で表され、a及び/又はeが2以上の場合は(ORd)及び/又は(ORf)と(A)はランダムでもブロックでもよい。
(A)は、一般式(V)
前記Rc及びReのうち炭素数1〜10のアルキル基としては、例えばメチル基,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,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が挙げられ、炭素数2〜10のアシル基としては、例えばアセチル基、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、ピバロイル基、ベンゾイル基、トルオイル基などを挙げることができる。
Reのうち炭素数1〜10のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基などが挙げられる。
Rdで表される炭素数2〜4のアルキレン基としては、例えば、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、各種ブチレン基などを挙げることができる。
前記一般式(IV)で表されるポリビニール系化合物2としては、潤滑油として用いる場合、その性能の点から、Rcが水素原子で、a=0、c=1、d=1であるもの、又はReが水素原子で、e=0、c=1であるもの、あるいはこれらの両方を満たすものが好ましい。
また、(A)におけるR5〜R7が共に水素原子、nはその平均値が0〜4でいずれか一つは1以上、及びR8が炭素数2〜4の炭化水素基であるものが好ましい。
ポリビニルエーテル系化合物3は、一般式(VI)
Rc―〔(ORd)a―(A)b―(ORf)e〕d―Rg (VI)
で表される構造を有するエーテル系化合物である。
一般式(VI)において、Rc、Rd、A、a、b、d及びeは、一般式(IV)と同じであり、Rgは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数2〜10のアシル基又は結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の炭化水素基を示す。a及び/又はeが、2以上の場合、ORd及び/又はORfとAはランダムでもブロックでもよい。a及びeが共に0の場合、構成単位Aのうち、いずれか一つのnは1以上の整数を示す。
Rfで表される炭素数2〜4のアルキレン基としては、例えばエチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、各種ブチレン基などを挙げることができる。
Rgのうち炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアシル基及び結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の炭化水素基としては、前記一般式(IV)におけるRcの説明において例示した基と同じ基を挙げることができる。
また、Rgのうち炭素数1〜10のアルコキシ基としては、前記一般式(IV)におけるReの説明において例示した基と同じ基を挙げることができる。
前記一般式(VI)で表されるポリビニルエーテル系化合物3としては、潤滑油として用いる場合、その性能の点から、Rcが水素原子で、a=0であるもの、Rgが水素原子で、d=1、e=0であるもの、あるいはこれらの両方を満たすものが好ましい。
また、(A)におけるR5〜R7が共に水素原子、nはその平均値が0〜4でいずれか一つは1以上の数及びR8が炭素数2〜4の炭化水素基であるものが好ましい。
ポリビニルエーテル系化合物4は、(a)前記一般式(V)で表される構成単位と、(b)一般式(VII)
で表される構成単位とを有するブロック又はランダム共重合体である。
一般式(VII)において、R10〜R13のうち炭素数1〜20の炭化水素基としては、前記一般式(V)におけるR9の説明において例示した基と同じ基を挙げることができる。
当該ポリビニルエーテル系化合物4は、例えば一般式(VIII)
で表されるビニルエーテル系モノマーと、一般式(IX)
ポリビニルエーテル系化合物5は、一般式(X)
一般式(X)において、R14,R15及びR16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、それらはたがいに同一でも異なっていてもよく、Rhは炭素数2〜4の二価の炭化水素基、R17は炭素数1〜10の炭化水素基を示し、Rh、R17はそれらが複数ある場合にはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、pは1〜50の数、x+x'及びy+y'は、それぞれ1〜50の数を示し、x、x'、y及びy'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。
R14,R15及びR16のうち、炭素数1〜8の炭化水素基としては、前記一般式(I)におけるR1〜R3の説明において例示した基と同じ基を挙げることができ、R17で表される炭素数1〜10の炭化水素基としては、前記一般式(I)におけるR4の説明において例示した基と同じ基を挙げることができる。またRhで表される炭素数2〜4の二価の炭化水素基としては、具体的にはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、各種ブチレン基などの二価のアルキレン基を挙げることができる。
前記一般式(XI)で表される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としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどを挙げることができる。
当該ポリビニルエーテル系化合物と併用できる基油としては、例えば、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリエステル類、ポリオールエステル系化合物、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、さらには鉱油、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などを挙げることができる。
本発明の冷凍機油組成物には、極圧剤、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤、金属不活性化剤及び消泡剤などの中から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有させることができる。
(極圧剤)
極圧剤としては、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩などのリン系極圧剤を挙げることができる。
これらのリン系極圧剤の中で、極圧性、摩擦特性などの点から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特に好ましい。
一方、金属塩を構成する金属としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属が好ましく、特に、アルカリ金属が最適である。
また、極圧剤としては、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。
上記極圧剤の配合量は、潤滑性及び安定性の点から、組成物全量に基づき、通常0.001〜5質量%、特に0.005〜3質量%の範囲が好ましい。
前記の極圧剤は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。
油性剤の例としては、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪族飽和及び不飽和モノカルボン酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸などの重合脂肪酸、リシノレイン酸、12−ヒドロキシステアリン酸など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などの脂肪族飽和及び不飽和モノアルコール、ステアリルアミン、オレイルアミンなどの脂肪族飽和および不飽和モノアミン、ラウリン酸アミド、オレイン酸アミドなどの脂肪族飽和及び不飽和モノカルボン酸アミド、グリセリン、ソルビトールなど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。
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、その配合量は、組成物全量に基づき、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。
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を配合するのが好ましい。酸化防止剤は、効果及び経済性などの点から、組成物中に通常0.01〜5質量%、好ましくは0.05〜3質量%配合する。
酸捕捉剤としては、例えばフェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α−オレフィンオキシド、エポキシ化大豆油などのエポキシ化合物を挙げることができる。中でも相溶性の点でフェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α−オレフィンオキシドが好ましい。
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。本発明においては、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、その配合量は、効果及びスラッジ発生の抑制の点から、組成物に対して、通常0.005〜5質量%、特に0.05〜3質量%の範囲が好ましい。
本発明においては、この酸捕捉剤を配合することにより、冷凍機油組成物の安定性を向上させることができる。前記極圧剤及び酸化防止剤を併用することにより、さらに安定性を向上させる効果が発揮される。
(金属不活性化剤、消泡剤)
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]トリアゾールなどの銅不活性化剤などを挙げることができ、消泡剤としては、例えばシリコーン油やフッ素化シリコーン油などを挙げることができる。
本発明の冷凍機油組成物は、前記分子式(A)で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物、又は前記含フッ素有機化合物と飽和フッ化炭化水素化合物との組み合わせを含む冷媒を用いた冷凍機に適用される。特に不飽和フッ化炭化水素化合物を含む冷媒を用いた冷凍機用に適している。
本発明の冷凍機油組成物を使用する冷凍機の潤滑方法において、前記各種冷媒と冷凍機油組成物の使用量については、冷媒/冷凍機油組成物の質量比で99/1〜10/90、更に95/5〜30/70の範囲にあることが好ましい。冷媒の量が上記範囲よりも少ない場合は冷凍能力の低下が見られ、また上記範囲よりも多い場合は潤滑性能が低下し好ましくない。本発明の冷凍機油組成物は、種々の冷凍機に使用可能であるが、特に、圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍サイクルに好ましく適用できる。
本発明の冷凍機油組成物が適用される冷凍機は、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とともに、冷凍機油として前述した本発明の冷凍機油組成物を使用し、また冷媒として前述の各種冷媒が使用される。
ここで乾燥器中には、細孔径0.33nm以下のゼオライトからなる乾燥剤を充填することが好ましい。また、このゼオライトとしては、天然ゼオライトや合成ゼオライトを挙げることができ、さらにこのゼオライトは、25℃、CO2ガス分圧33kPaにおけるCO2ガス吸収容量が1%以下のものが一層好適である。このような合成ゼオライトとしては、例えばユニオン昭和(株)製の商品名XH−9、XH−600等を挙げることができる。
本発明において、このような乾燥剤を用いれば、冷凍サイクル中の冷媒を吸収することなく、水分を効率よく除去できると同時に、乾燥剤自体の劣化による粉末化が抑制され、したがって粉末化によって生じる配管の閉塞や圧縮機摺動部への進入による異常摩耗等の恐れがなくなり、冷凍機を長時間にわたって安定的に運転することができる。
前記エンジニアリングプラスチックとしては、シール性、摺動性、耐摩耗性などの点で、例えばポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアセタール樹脂などを好ましく挙げることができる。
また、有機コーティング膜としては、シール性、摺動性、耐摩耗性などの点で、例えばフッ素含有樹脂コーティング膜(ポリテトラフルオロエチレンコーティング膜など)、ポリイミドコーティング膜、ポリアミドイミドコーティング膜、さらには、ポリヒドロキシエーテル樹脂とポリサルホン系樹脂からなる樹脂基材及び架橋剤を含む樹脂塗料を用いて形成された熱硬化型絶縁膜などを挙げることができる。
一方、無機コーティング膜としては、シール性、摺動性、耐摩耗性などの点で、黒鉛膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、ニッケル膜、モリブデン膜、スズ膜、クロム膜などが挙げられる。この無機コーティング膜は、メッキ処理で形成してもよいし、PVD法(物理的気相蒸着法)で形成してもよい。
なお、当該摺動部分として、従来の合金系、例えばFe基合金、Al基合金、Cu基合金などからなるものを用いることもできる。
本発明の冷凍機油組成物は、例えばカーエアコン、電動カーエアコン、ガスヒートポンプ、空調、冷蔵庫、自動販売機又はショーケースなどの各種給湯システム、あるいは冷凍・暖房システムに用いることができる。
本発明においては、前記システム内の水分含有量は、300質量ppm以下が好ましく、200質量ppm以下がより好ましい。また該システム内の残存空気量は、10kPa以下が好ましく、5kPa以下がより好ましい。
本発明の冷凍機油組成物は、基油として、特定の含酸素化合物を主成分として含むものであって、粘度が低くて省エネルギー性の向上を図ることができ、しかもシール性に優れている。
なお、基油の性状及び冷凍機油組成物の諸特性は、以下に示す要領に従って求めた。
<基油の性状>
(1)100℃動粘度
JIS K2283−1983に準じ、ガラス製毛管式粘度計を用いて測定した。
(2)水酸基価
JIS K 0070に準拠して測定する。
(3)分子量
基油を構成する化合物の化学構造に基づく計算値である。
(4)引火点
JIS K 2265(COC法)に準拠して測定する。
<冷凍機油組成物の諸特性>
(5)二層分離温度
二層分離温度測定管(内容積10mL)に油/冷媒(0.6g/2.4g)を充填し、恒温槽に保持した。恒温槽の温度を室温(25℃)より、温度を1℃/minの割合で上げ、二層分離温度を測定した。
(6)安定性(シールドチューブ試験)
ガラス管に、油/冷媒(HFC1234yf)4mL/1g(水分含有量200ppm)、及び鉄、銅、アルミニウムの金属触媒を充填して封管し、空気圧26.6kPa、温度175℃の条件にて30日間保持後、油外観、触媒外観、スラッジの有無を目視観察すると共に、酸価を測定した。
基油として、A1〜A7、B1〜B7及びC1〜C7を用いた。各基油の種類及び性状を第1表に示す。
A1〜A7:ポリエチルビニルエーテル(PEV)/ポリプロピレングリコール(PPG)ブロック重合物(PEV/PPGモル比5/5)であって、合成時における精製度の異なるもの
B1〜B7:ポリエチルビニルエーテル(PEV)/ポリエチレングリコール(PEG)ブロック重合物(PEV/PEGモル比9/1)であって、合成時における精製度の異なるもの
C1〜C7:ポリエチルビニルエーテル(PEV)/ポリプロピレングリコール(PPG)ブロック重合物(PEV/PPGモル比1/9)であって、合成時における精製度の異なるもの
D1:極圧剤;トリクレジルホスフェート
D2:酸捕捉剤;炭素数14α−オレフィンオキシド
D3:酸化防止剤;2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール
D4:消泡剤;シリコーン系消泡剤
第2表に示す組成の冷凍機油組成物を調製し、冷媒としてHFC1234yf(2,3,3,3−テトラフルオロプロペン)を用いて、前記組成物の特性を評価した。その結果を第2表に示す。
本発明の冷凍機油組成物(実施例1〜15)は、いずれも二層分離温度が40℃を超え、かつシールドコールドチューブ試験において、油外観、触媒外観が良好であると共に、酸価が、0.01mgKOH/g未満であり、極めて低い。
これに対して、水酸基価が15mgKOH/gを超えるポリビニルエーテル系化合物を基油に用いた比較例1〜6は、いずれも二層分離温度が40℃を超えているものの、シールドチューブ試験において、油外観が黄色又は黄褐色、触媒外観がCu微変色であり、かつスラッジが微小発生すると共に、酸価が0.5〜2.4mgKOH/gと高い。
Claims (10)
- 下記の分子式(A)
CpOqFrRs ・・・(A)
[式中、Rは、Cl、Br、I又はHを示し、pは1〜6、qは0〜2、rは1〜14、sは0〜13の整数である。但し、qが0の場合は、pは2〜6であり、分子中に炭素−炭素不飽和結合を1以上有する。]
で表される化合物から選ばれる少なくとも1種の含フッ素有機化合物、又は前記含フッ素有機化合物と飽和フッ化炭化水素化合物との組合せを含む冷媒を用いる冷凍機用の潤滑油組成物であって、基油として、分子中にアルキレングリコール単位又はポリオキシアルキレングリコール単位とビニルエーテル単位とを有する、水酸基価が15mgKOH/g以下のポリビニルエーテル系化合物を主成分として含むことを特徴とする冷凍機用潤滑油組成物。 - 冷媒が、炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物、又は炭素数1〜3の飽和フッ化炭化水素化合物と炭素数2〜3の不飽和フッ化炭化水素化合物との組み合わせからなる請求項1に記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- ポリビニルエーテル系化合物の分子量が300〜3,000である請求項1又は2に記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- 基油の100℃における動粘度が2〜50mm2/sである請求項1〜3のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- 極圧剤、油性剤、酸化防止剤、酸捕捉剤、金属不活性化剤及び消泡剤の中から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含む請求項1〜4のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- 冷凍機の摺動部分がエンジニアリングプラスチックからなるもの、又は有機コーティング膜もしくは無機コーティング膜を有するものである請求項1〜5のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- 有機コーティング膜が、ポリテトラフルオロエチレンコーティング膜、ポリイミドコーティング膜、ポリアミドイミドコーティング膜、又はポリヒドロキシエーテル樹脂とポリサルホン系樹脂からなる樹脂基材及び架橋剤を含む樹脂塗料を用いて形成された熱硬化型絶縁膜である請求項6に記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- 無機コーティング膜が、黒鉛膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、スズ膜、クロム膜、ニッケル膜又はモリブデン膜である請求項6に記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- カーエアコン、電動カーエアコン、ガスヒートポンプ、空調、冷蔵庫、自動販売機又はショーケースの各種給湯システム、あるいは冷凍・暖房システムに用いられる請求項1〜8のいずれかに記載の冷凍機用潤滑油組成物。
- システム内の水分含有量が300質量ppm以下で、残存空気量が10kPa以下である請求項9に記載の冷凍機用潤滑油組成物。
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