JP2761021B2 - 圧縮型冷凍機用潤滑油及びその製造方法 - Google Patents

圧縮型冷凍機用潤滑油及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な圧縮型冷凍機用潤滑油及びその製造方
法に関するものである。さらに詳しくは、環境汚染で問
題となっている冷媒のジクロロジフルオロメタン(以
下、フロン12と称す)等のフロン化合物の代替となりう
る1,1,1,2−テトラフルオロエタン(以下、フロン134a
と称す)等の水素含有フロン化合物との相溶性が良好
で、かつ潤滑性能に優れたポリオキシアルキレングリコ
ール誘導体を主成分とする圧縮型冷凍機用潤滑油及びそ
の製造方法に関するものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
一般に、圧縮型冷凍機は圧縮機,凝縮器,膨張弁,蒸
発器から構成され、冷媒と潤滑油の混合液体がこの密閉
された系内を循環する構造となっている。このような圧
縮型冷凍機においては、装置の種類にもよるが、一般
に、圧縮機内では50℃以上の温度となる一方、冷却器内
では−40℃程度の低温となるので、冷媒と潤滑油は、通
常この−40℃から+50℃の温度範囲で相分離することな
く、この系内を循環することが必要である。もし、冷凍
機の運転中に相分離が生じると、装置の寿命や効率に著
しい悪影響をもたらす。例えば、圧縮機部分で冷媒と潤
滑油の相分離が生じると、可動部が潤滑不良となって、
焼き付きなどを起こして、装置の寿命を著しく短くし、
一方蒸発器内で相分離が生じると、粘度の高い潤滑油が
存在するため熱交換の効率低下をもたらす。
また、冷凍機用潤滑油は、冷凍機の可動部分を潤滑す
る目的で用いられることから、潤滑性能も当然重要とな
る。特に、圧縮機内は高温となるため、潤滑に必要な油
膜を保持できる粘度が重要となる。必要とされる粘度は
使用する圧縮機の種類,使用条件により異なるが、通
常、冷媒と混合する前の潤滑油の粘度は、100℃で2〜5
0cStが好ましい。これより粘度が低いと油膜が薄くなり
潤滑不良を起こしやすく、高いと熱交換の効率が低下す
る。更に、冷凍機用潤滑油は高温から低温の広い温度範
囲で循環使用されることから、その粘度指数が高いこと
が好ましく、通常40以上の粘度指数が要求される。さら
に、その他の性能として、膨張弁での氷結による弁の閉
塞を防止するための低い吸湿性などが要求される。
従来、圧縮型冷凍機の冷媒としては、フロン12が多く
用いられ、また潤滑油としては、前記の要求特性を満た
す種々の鉱油や合成油が用いられてきた。しかしなが
ら、フロン12は、オゾン層を破壊するなど環境汚染をも
たらすおそれがあることから、最近、世界的にその規制
が厳しくなりつつある。そのため、新しい冷媒としてフ
ロン134aに代表される水素含有フロン化合物が注目され
るようになってきた。この水素含有フロン化合物、特に
フロン134aは、オゾン層を破壊するおそれが少ない上
に、従来の冷凍機の構造をほとんど変更することなく、
フロン12と代替が可能であるなど、圧縮型冷凍機用冷媒
として好ましいものである。
圧縮型冷凍機の冷媒として、フロン12の代わりに前記
フロン134a等の水素含有フロン化合物が採用されると、
潤滑油としては、当然、このフロン134a等の水素含有フ
ロン化合物との相溶性に優れ、かつ前記の要求性能を満
たしうる潤滑性能に優れたものが要求される。しかし、
従来のフロン12と共に用いられてきた潤滑油は、フロン
134a等の水素含有フロン化合物との相溶性が良好でない
ため、これらの化合物に適した新しい潤滑油が必要とな
る。この場合、特に自動車用空調機においては、フロン
12の代替に際し、装置の構造をほとんど変化させないこ
とが要望されており、潤滑油のために、現装置の構造を
大きく変化させることは望ましいことではない。従っ
て、フロン134a等の水素含有フロン化合物と極めて良好
な相溶性を有する潤滑油が要求される。
フロン134aと相溶性を有する潤滑油として、例えばポ
リアルキレングリコール系からなるウルコンLB-165やウ
ルコンLB-525(いずれもユニオンカーバイド社製,商品
名)が知られており、またこれらの潤滑油は、少なくと
も−50℃の低温において、フロン134aと全組成比で相溶
することが報告されている〔「リサーチ・ディスクロウ
ジャー(Research Disclosure)」第17463号(1978年10
月)〕。また、ポリオキシプロピレングリコールモノブ
チルエーテルを基油とする高粘度冷凍機油組成物も知ら
れている(特公昭57-42119号公報)。
しかしながら、これらの潤滑油は、ポリプロピレング
リコールの片方の末端が水酸基で、他方の末端がn−ブ
チルエーテル結合を有するポリアルキレングリコール誘
導体であって、低温側ではフロン134aと比較的良好な相
溶性を有するものの、高温側では相溶性が充分でなく、
例えば前記ウルコンLB-525は、室温においてはフロン13
4aと相分離を起こすということも知られている(米国特
許第4,755,316号明細書)。
一方、フロン134aと良好な相溶性を有するものとし
て、1分子中に少なくとも2個の水酸基を有するポリグ
リコールが提案されている(米国特許第4,755,316号明
細書)。しかしながら、このポリグリコールにおいて
は、相溶性は必ずしも充分であるとはいえない上、1分
子中の水酸基数が多いことから、吸湿性の増大と粘度指
数の低下を免れないという欠点がある。吸湿性の増大
は、冷媒と潤滑油との混合物中の溶解水分量の増加をも
たらし、その結果、膨張弁が氷により閉塞をおこすおそ
れがある。また粘度指数の低下は、低温の蒸発器での粘
度の増大を招き、熱交換効率を低下させるおそれがあ
る。
なお、ポリグリコールは、フロン化合物との混合物を
低温から高温まで加熱すると、一般に相分離していた混
合物が、いったん相溶し、また相分離するという温度依
存性を示すことが知られている。
他方、フロン134a及びこれを溶解しうる化合物を吸収
式冷凍機に使用することが提案されている(特開昭56-7
9175号公報)。しかし、この吸収式冷凍機は、前述した
圧縮型冷凍機とは機構が全く異なり、しかも上記公報の
実施例に記載されているテトラエチレングリコールジメ
チルエーテルは、粘度が著しく低いために、圧縮型冷凍
機の潤滑油として不適当である。
このように、フロン134aとの相溶性が充分に良好で、
かつ潤滑性能の優れた圧縮機型冷凍機用潤滑油は、未だ
見出されていないのが現状であり、その開発が強く望ま
れていた。
本発明は、このような要望に応え、特に環境汚染で問
題となっている冷媒であるフロン12あるいは他の分離し
難いフロン化合物の代替となりうるフロン134a等の水素
含有フロン化合物との相溶性が、全使用温度範囲にわた
って良好であり、しかも潤滑性能に優れた圧縮型冷凍機
用潤滑油を提供することを目的としてなされたものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、フロン134a等の水素含有フロン化合物
との相溶性と潤滑性能のいずれも優れた圧縮型冷凍機用
潤滑油を開発するために鋭意研究を重ねた結果、特定の
構造を有するポリオキシアルキレングリコール誘導体を
主成分とするものが、前記目的に適合しうることを見出
し、この知見に基いて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、一般式 R1(OR2)nOH …(I) 〔式中、R1は炭素数が1〜3のアルキル基、R2は炭素
数2〜4のアルキレン基、nは6〜80の数を示す。〕 で表わされるポリオキシアルキレングリコール誘導体
を主成分とする圧縮型冷凍機用潤滑油を提供するもので
ある。
本発明の圧縮型冷凍機用潤滑油は、前記一般式(I)
で表わされるポリオキシアルキレングリコール誘導体を
主成分とするものである。ここで、式中のR1は炭素数が
1〜3のアルキル基、R2は炭素数2〜4のアルキレン
基、nは6〜80、好ましくは10〜40となる数である。
該アルキル基はメチル基,エチル基,プロピル基ある
いはイソプロピル基のいずれかである。このアルキル基
の炭素数が4以上では、フロン134a等の水素含有フロン
化合物との相溶性が低下し、相分離を生じるようにな
る。これらアルキル基のなかでメチル基が特に好まし
い。
前記一般式(I)中のR2は前述した如く、炭素数2〜
4のアルキレン基である。したがって、OR2で表わされ
る繰り返し単位のオキシアルキレン基としては、オキシ
エチレン基,オキシプロピレン基,オキシブチレン基が
挙げられる。1分子中のオキシアルキレン基は同一であ
ってもよいし、2種以上のオキシアルキレン基が含まれ
ていてもよいが、1分子中に少なくとも1つのオキシプ
ロピレン単位を含むものが好ましく、特にオキシアルキ
レン単位中に50モル%以上のオキシプロピレン単位を含
むものが好適である。ここでオキシアルキレン基におけ
るアルキレン基は、直鎖状でもよく、分枝状であっても
よい。
一般式(I)中のnは平均値が6〜80となる数、好ま
しくは10〜40となる数であり、この平均値が小さすぎる
と潤滑性能が低下し、大きすぎると溶解性が低下し、本
発明の目的は充分に達成できない。
本発明の潤滑油に用いられる前記一般式(I)で表わ
されるポリオキシアルキレングリコール誘導体は、例え
ば、下記の方法によって製造することができる。
(A)法 エチレンオキシドやプロピレンオキシドなどの炭素数
2〜4のアルキレンオキシドを水や水酸化アルカリを開
始剤として重合させて、一般式 H(OR2)nOH …(II) (式中のR2及びnは前記と同じ。) で表わされる両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得たのち、このものの水酸基の片方
をエーテル化することにより、一般式 R1(OR2)nOH …(III) (式中のR1,R2及びnは前記と同じ。) で表わされるポリオキシアルキレングリコール誘導体
が得られる。
エーテル化は、具体的には、ポリアルキレングリコー
ルと硫酸ジアルキルとの反応、ポリオキシアルキレング
リコールのアルコキシドとハロゲン化アルキルとの反
応、あるいはポリオキシアルキレングリコールの片末端
水酸基をハロゲン化した後、アルコキシドとの反応など
種々の方法により製造することができる。
ポリオキシアルキレングリコールと硫酸ジアルキルの
反応は、通常、水酸化アルカリ水溶液の存在下、−10℃
から100℃の温度で、5分から50時間反応させる。40℃
以上で反応させると硫酸アルキルに含まれる2個のアル
キル基のうち1個が反応し、50℃以上の温度では2個と
も反応する。必要に応じて不活性な液体を溶媒として使
用できる。硫酸ジアルキルとしては硫酸ジメチル,硫酸
ジエチル,硫酸ジプロピル,硫酸ジイソプロピルがあげ
られ、また、水酸化アルカリとしては水酸化ナトリウ
ム,水酸化カリウム等がある。
ポリオキシアルキレングリコールのアルコキシドとハ
ロゲン化アルキルとの反応は、通常、常圧あるいは加圧
下に50℃から150℃の温度で、30分から30時間反応させ
る。トルエン,テトラヒドロフランなどの溶媒を使用す
るのが好ましい。ハロゲン化アルキルとしては塩化メチ
ル、臭化メチル,ヨウ化メチル,塩化エチル,塩化プロ
ピル,塩化イソプロピルなどがある。
ポリオキシアルキレングリコールの片末端水酸基をハ
ロゲン化した後、アルコキシドと反応させる方法におい
ては、ポリオキシアルキレングリコールを塩化チオニ
ル,五塩化リン,五臭化リンなどのハロゲン化試薬と反
応させて得た片末端水酸基をハロゲン化した誘導体をア
ルコキシドと50℃から150℃の温度で、30分から30時間
反応させる。アルコキシドとしては、ナトリウムメトキ
シド,カリウムメトキシド,ナトリウムエトキシド,ナ
トリウムプロポキシド,ナトリウムイソプロポキシドな
どがある。
上記(A)法ではポリアルキレングリコールの片方の
末端がアルキルエーテルで、他方の末端が水酸基である
ポリアルキレングリコール誘導体の他に、両末端がアル
キルエーテルであるポリアルキレングリコール誘導体及
び原料ポリアルキレングリコールが含まれる。片方の末
端がアルキルエーテルであるポリアルキレングリコール
誘導体を分離して使用することはもちろん、これらの成
分を分離することなく混合物のままで使用することもで
きる。
(B)法 炭素数1〜3の一価アルコールまたはそのアルカリ金
属塩を開始剤として、炭素数2〜4のアルキレンオキシ
ドを重合させて、 一般式 R1(OR2)nOH (式中のR1,R2及びnは前記と同じ。) で表わされるポリオキシアルキレングリコール誘導体
が得られる。
原料にアルコールを使用するときは、0.05から1.3当
量の水酸化アルカリを使用する。加圧反応器にアルコー
ルと水酸化アルカリあるいはアルコールのアルカリ金属
塩を仕込み、50℃から150℃に加熱し、攪拌下に所定量
のアルキレンオキシドを10分から50時間かけて圧入する
ことで目的とするポリオキシアルキレングリコール誘導
体が得られる。一価アルコールとしては、メタノール,
エタノール,プロパノール,イソプロパノールがある。
また、一価アルコールのアルカリ金属塩としては、ナト
リウムメトキシド,カリウムメトキシド,ナトリウムエ
トキシド,ナトリウムイソプロポキシドなどがある。
上記(B)法では、ポリアルキレングリコールの片方
の末端がアルキルエーテルで、他方の末端が水酸基であ
るポリアルキレングリコールの誘導体のみが得られる。
このため、場合によっては、(A)法よりも(B)法が
好ましい。
このようにして得られたポリアルキレングリコール誘
導体は、単独で用いてもよく、又2種以上組み合わせて
用いてもよい。
また、本発明の潤滑油は、潤滑に必要な油膜厚さを保
持するために、温度100℃における粘度が5〜30cStの範
囲にあることが望ましい。また、本発明の潤滑油には、
従来の潤滑油に使用されている各種添加剤、例えば耐荷
重添加剤,塩素捕捉剤,酸化防止剤,金属不活性剤,消
泡剤,清浄分散剤,粘度指数向上剤,油性剤,耐摩耗添
加剤,極圧剤,防錆剤,腐食防止剤,流動点降下剤,な
どを、所望に応じて添加することができる。
上記耐荷重添加剤としては、モノスルフィド類,ポリ
スルフィド類,スルホキシド類,スルホン類,チオスル
フィネート類,硫化油脂,チオカーボネイト類,チオフ
ェン類,チアゾール類,メタンスルホン酸エステル類な
どの有機硫黄化合物系のもの、リン酸モノエステル類,
リン酸ジエステル類,リン酸トリエステル類(トリクレ
ジルホスフェート)などのリン酸エステル系のもの、亜
リン酸モノエステル類,亜リン酸ジエステル類,亜リン
酸トリエステル類などの亜リン酸エステル系のもの、チ
オリン酸トリエステル類などのチオリン酸エステル系の
もの、高級脂肪酸,ヒドロキシアリール脂肪酸類,含カ
ルボン酸多価アルコールエステル類,金属セッケンなど
の脂肪酸系のもの、多価アルコールエステル類,アクリ
ル酸エステル類などの脂肪酸エステル系のもの、塩素化
炭化水素類,塩素化カルボン酸誘導体などの有機塩素系
のもの、フッ素化脂肪族カルボン酸類,フッ素化エチレ
ン樹脂,フッ素化アルキルポリシロキサン類,フッ素化
黒鉛などの有機フッ素系のもの、高級アルコールなどの
アルコール系のもの、ナフテン酸塩類(ナフテン酸
鉛),脂肪酸塩類(脂肪酸鉛),チオリン酸塩類(ジア
ルキルジチオリン酸亜鉛),チオカルバミン酸塩類,有
機モリブテン化合物,有機スズ化合物,有機ゲルマニウ
ム化合物,ホウ酸エステル類などの金属化合物系のもの
がある。
塩素捕捉剤としては、グリシジルエーテル基含有化合
物,エポキシ化脂肪酸モノエステル類,エポキシ化油
脂,エポキシシクロアルキル基含有化合物などがある。
酸化防止剤としては、フェノール類(2,6−ジターシャ
リーブチル−p−クレゾール),芳香族アミン類(α−
ナフチルアミン)などがある。金属不活性化剤として
は、ベンゾトリアゾール誘導体などがある。消泡剤とし
ては、ジリコーンオイル(ジメチルポリシロキサン),
ポリメタクリレート類などがある。清浄分散剤として
は、スルホネート類,フェネート類,コハク酸イミド類
などがある。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などがある。
〔実施例〕
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの例によって何ら限定されるもので
はない。
製造例1 攪拌機,液導入管を取り付けた200mlステンレス鋼製
オートクレーブに、粉末状ナトリウムメトキシド3.0gを
加えて密閉し、105℃に加熱し、攪拌下にプロピレンオ
キシド100gを液導入管より9時間かけてオートクレーブ
に圧入した。
反応混合物に水100ml、メタノール200mlを加えて溶解
した後、溶液を陽イオン交換樹脂200mlのカラムに通
し、次いで陰イオン交換樹脂200mlのカラムに通してナ
トリウムイオンを除去した。メタノール,水を留去した
後、真空ポンプ減圧下(0.4mmHg),100℃,1時間乾燥し
て目的とするポリオキシプロピレングリコールモノメチ
ルエーテル96gを得た。
製造例2 攪拌機,液導入管を取り付けた200mlステンレス鋼製
オートクレーブに、メタノール1.6g,水酸化ナトリウム
0.2gを加えて密閉し、105℃に加熱し、攪拌下にプロピ
レンオキシド129.6gを液導入管より9時間かけてオート
クレーブに圧入した。
反応混合物に水100ml,メタノール200mlを加えて溶解
した後、溶液を陽イオン交換樹脂200mlのカラムに通
し、次いで陰イオン交換樹脂200mlのカラムに通してナ
トリウムイオンを除去した。メタノール,水を留去した
後、真空ポンプ減圧下(0.4mmHg),100℃,1時間乾燥し
て目的とするポリオキシプロピレングリコールモノメチ
ルエーテル115gを得た。
製造例3 ナトリウムメトキシドに代えてナトリウムエトキシド
4.42gを用い、プロピレンオキシドの圧入量を102gにし
たこと以外は、製造例1と同様の操作を行い、目的とす
るポリオキシプロピレングリコールモノエチルエーテル
97gを得た。
実施例1,2及び比較例1,2 製造例1〜3で得られた化合物及び片末端がブチルエ
ーテル基で他の水酸基であるポリオキシプロピレングリ
コールの相溶性を測定した。
フロン134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン)に対
し10重量%及び20重量%となるように所定量の試料を耐
圧ガラスアンプルに加え、これを真空配管及びフロン13
4aガス配管に接続した。アンプルを室温で真空脱気後、
液体窒素で冷却し、所定量の134aを採取した。
次いでアンプルを封じ、恒温槽で−40℃から温度を上
昇させ相分離が始まる温度を測定した。結果を第1表に
示す。なお、相分離温度は高いほど好ましい。
〔発明の効果〕 本発明の潤滑油は、冷媒との相溶性と潤滑性能に優
れ、圧縮型冷凍機用とて用いられるが、従来の潤滑油と
異なり、フロン134a等の水素含有フロン化合物(具体的
には、上記フロン134a以外に、1,1−ジクロロ−2,2,2−
トリフルオロエタン(フロン−123);1−クロロ−1,1−
ジフルオロエタン(フロン−142b);1,1−ジフルオロエ
タン(フロン−152a);クロロジフルオロメタン(フロ
ン−22)あるいはトリフルオロメタン(フロン−23)な
ど)との相溶性が良好である。
したがって、本発明の潤滑油は、これらの水素含有フ
ロン化合物、特に冷媒としてフロン134aを使用する圧縮
型冷凍機用として好適である。また冷媒との相溶性を改
善する目的で、他の圧縮型冷凍機用潤滑油に混合して使
用することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10M 105/18 C10M 107/34 C10N 40:30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素数1〜3の一価アルコールのアルカリ
    金属塩を開始剤として、炭素数2〜4のアルキレンオキ
    シドを重合させて得られる、一般式 R1(OR2)nOH 〔式中、R1は炭素数1〜3のアルキル基、R2は炭素数2
    〜4のアルキレン基、nは6〜80の数を示す。〕 で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体を主
    成分とし、100℃における粘度が5〜30cStであり、冷媒
    として1,1,1,2−テトラフルオロエタンを用いた圧縮型
    冷凍機用潤滑油。
  2. 【請求項2】ポリオキシアルキレングリコール誘導体を
    主成分とする圧縮型冷凍機用潤滑油を製造するにあた
    り、炭素数1〜3の一価アルコールのアルカリ金属塩を
    開始剤として、炭素数2〜4のアルキレンオキシドを重
    合させて、 一般式 R1(OR2)nOH 〔式中、R1は炭素数1〜3のアルキル基、R2は炭素数2
    〜4のアルキレン基、nは6〜80の数を示す。〕 で表されるポリオキシアルキレングリコール誘導体を製
    造する、100℃における粘度が5〜30cStである圧縮型冷
    凍機用潤滑油の製造方法。
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