CN109233754A - 热介质液体和控制工作机械的温度的方法 - Google Patents

热介质液体和控制工作机械的温度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热介质液体和控制工作机械的温度的方法。本发明在一方式中，提供一种热介质液体，其用于工作机械的温度控制，其含有：作为基材的水；具有环结构的含氮化合物；和，脂肪族羧酸。

Description

热介质液体和控制工作机械的温度的方法
技术领域
本发明涉及热介质液体和控制工作机械的温度的方法。
背景技术
工作机械中，为了达成高的工作精度，需要控制温度使得工作机械的构成部件不发生膨胀或收缩。作为控制工作机械的温度的方法，可以举出使温度控制用的热介质液体在机械内循环的方法。该方法中，机械的温度高于规定温度的情况下，利用温度控制用的热介质液体进行冷却，而机械的温度低于规定温度的情况下，利用温度控制用的热介质液体进行加温，从而控制工作机械的温度。
以往，作为温度控制用的热介质液体，可使用以矿物油为基材的热介质液体。但近年来要求更高的工作精度，在比热小的矿物油中存在机械的温度控制变得不充分的情况。因此，研究了使用比热大于矿物油的水作为温度控制用的热介质液体的基材(例如日本特开平8-109370号公报)。
发明内容
然而，使用水作为基材的情况下，有工作机械中产生铁锈的担心，例如专利文献1中记载的热介质液体在防锈性能方面有进一步改善的余地。本发明是鉴于这样的实际情况而作出的，其目的在于，提供：防锈性能优异的热介质液体、和使用该热介质液体来控制工作机械的温度的方法。
本发明人等发现，在含有含氮化合物和脂肪族羧酸这二者的热介质液体中，由于含氮化合物的化学结构的不同而防锈性能产生不同、以及使用具有环结构的含氮化合物时防锈性能提高。此外，根据本发明人等的研究还判明，由于含氮化合物的化学结构的不同而耐腐蚀性也有可能产生不同。本发明在一方式中，提供一种热介质液体，其用于工作机械的温度控制，其含有：作为基材的水；具有环结构的含氮化合物；和，脂肪族羧酸。
含氮化合物优选为胺化合物。胺化合物优选为选自由环状胺化合物和脂环式胺化合物组成的组中的至少1种。脂肪族羧酸优选为脂肪酸。
本发明在另一方式中，提供一种控制工作机械的温度的方法，其使用热介质液体来控制工作机械的温度，所述热介质液体含有：作为基材的水；具有环结构的含氮化合物；和，脂肪族羧酸。
根据本发明，可以提供：防锈性能优异的热介质液体；和，使用该热介质液体来控制工作机械的温度的方法。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式详细进行说明。
热介质液体含有：水；具有环结构的含氮化合物(以下，也简单称为“含氮化合物”)；和，脂肪族羧酸。
水是作为热介质液体的基材被含有的。作为水，例如可列举出自来水、工业用水、离子交换水、蒸馏水等，只要含有水分即可，没有特别限制。水的含量以热介质液体总量基准计可以为50质量％以上、60质量％以上、70质量％以上、80质量％以上、或90质量％以上，另外，例如可以为98质量％以下。
含氮化合物是包含氮原子作为构成元素的化合物，例如可以为胺化合物。含氮化合物一分子中所含的氮原子的数量可以为1个也可以为2个以上，优选为1个或2个。从防锈性能和耐腐败性优异的观点出发，作为含氮化合物，优选具有环结构。具有环结构的含氮化合物中，作为构成元素的氮可以包含于环结构中，也可以包含于除环结构以外的结构中。作为具有环结构的含氮化合物，有具有单环的含氮化合物和具有杂环的含氮化合物，但从进一步提高耐腐败性的观点出发，更优选具有杂环的含氮化合物。
具有单环的含氮化合物例如可以为具有单环的胺化合物。具有单环的胺化合物例如可以为脂环式胺化合物或芳香族胺化合物，优选为脂环式胺化合物。具有单环的胺化合物例如可以为下述式(1)所示的化合物。
式(1)中，R1～R3各自独立地表示氢原子、环烷基或芳基。R1～R3中的至少1个表示环烷基或芳基，优选表示环烷基。作为具有单环的胺化合物，优选的是R1～R3中的2个表示环烷基或芳基，且R1～R3中的1个为氢原子，更优选的是R1～R3中的2个表示环烷基，且R1～R3中的1个为氢原子。
环烷基可以为无取代，也可以其一部分被烷基所取代。环烷基的碳数例如可以为3～12。环烷基优选为取代或无取代的环己基，更优选为无取代的环己基。芳基例如可以为苯基，也可以为苯基的一部分被烷基所取代的基团。芳基的碳数例如可以为6～12。
作为脂环式胺化合物，可以举出环己胺、二环己胺等。作为芳香族胺化合物，可以举出苯胺、二苯胺、三苯胺、苄胺等。
具有杂环的含氮化合物例如可以为具有杂环的胺化合物。具有杂环的胺化合物例如可以为具有包含碳原子和氮原子的杂环的环状胺化合物(形成氨基的氮原子包含于环结构中的化合物)。环状胺化合物所具有的杂环例如可以为下述式(2)或(3)所示的杂环。
式中，R4、R5和R6分别独立地表示取代或无取代的亚烷基，*表示原子键。取代的亚烷基例如可以为亚烷基的一部分的碳原子被氧原子所取代的基团。R4、R5或R6所示的亚烷基的碳数例如可以为2～7。
从耐腐败性优异的观点出发，环状胺化合物优选为具有包含碳原子、氮原子和氧原子的杂环的环状胺化合物。从耐腐败性优异的观点出发，环状胺化合物所具有的杂环优选为下述式(4)所示的杂环。
式(4)中，R7和R8各自独立地表示单键或亚烷基。R7或R8所示的亚烷基的碳数例如可以为1～3。
环状胺化合物可以具有1个或2个以上的式(2)、(3)或(4)所示的杂环，优选具有1个或2个，从耐腐败性优异的观点出发，更优选具有2个。从耐腐败性优异的观点出发，作为环状胺化合物所具有的杂环，优选式(4)所示的杂环。
环状胺化合物例如可以举出吗啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-丙基吗啉、N,N-亚甲基双吗啉等，从耐腐败性优异的观点出发，优选为N,N-亚甲基双吗啉。
具有杂环的含氮化合物例如可以为具有杂芳环的含氮杂芳族化合物。含氮杂芳族化合物例如可以为吡啶、嘧啶、咪唑等。
含氮化合物可以为单独1种，也可以为2种以上的混合物。含氮化合物的含量以热介质液体总量基准计例如可以为0.1质量％以上、0.25质量％以上、或0.5质量％以上，另外，例如可以为15质量％以下、10质量％以下、5质量％以下、或2质量％以下。
脂肪族羧酸如R-(COOH)m所示。R表示m元脂肪族烃基。m表示1以上的整数，优选表示1或2、更优选表示1。即，脂肪族羧酸优选为1元脂肪族羧酸(脂肪酸)或2元脂肪族羧酸，更优选为1元脂肪族羧酸(脂肪酸)。
脂肪酸可以为饱和脂肪酸，也可以为不饱和脂肪酸。从润滑性优异的观点出发，脂肪酸的碳数优选为3以上、更优选为5以上、进一步优选为8以上。从气相防锈性方面更优异的观点出发，脂肪酸的碳数优选为18以下、更优选为16以下、进一步优选为12以下。脂肪酸可以为直链状，也可以为支链状。作为脂肪酸，具体而言，可以举出辛酸、癸酸、月桂酸、壬酸等。
2元脂肪族羧酸可以为饱和的脂肪族羧酸也可以为不饱和的脂肪族羧酸，优选为饱和的脂肪族羧酸。从润滑性优异的观点出发，2元脂肪族羧酸的碳数优选为2以上、更优选为3以上、进一步优选为4以上。从气相防锈性方面更优异的观点出发，2元脂肪族羧酸的碳数优选为12以下、更优选为11以下、进一步优选为10以下。2元脂肪族羧酸可以为直链状，也可以为支链状。作为2元脂肪族羧酸，具体而言，可以举出草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸等。
脂肪族羧酸可以为单独1种，也可以为2种以上的混合物。脂肪族羧酸的含量以热介质液体总量基准计例如为0.05质量％以上、0.1质量％以上、或0.12质量％以上，另外，例如可以为5质量％以下、3质量％以下、或1质量％以下。
热介质液体可以还含有除具有环结构的胺化合物和脂肪酸以外的其他添加剂。作为其他添加剂，可以举出增稠剂、降凝剂、金属减活剂、除具有环结构的胺化合物以外的pH调节剂、消泡剂、着色剂、除具有环结构的胺化合物和脂肪酸以外的防锈剂、极压剂、金属系清净剂、无灰分散剂等。
增稠剂例如为聚氧亚烷基化合物。聚氧亚烷基化合物的数均分子量例如为5000～20000。本发明中的数均分子量是指，通过GPC分析测定的标准聚苯乙烯换算的数均分子量。
作为聚氧亚烷基化合物，例如可以举出甘油与环氧丙烷和环氧乙烷的聚合物的合成物。增稠剂的含量例如以热介质液体总量基准计可以为1～20质量％。
作为降凝剂，例如可以举出丙二醇、二乙二醇、聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯、聚苯乙烯等。降凝剂的含量例如以热介质液体总量基准计可以为5～40质量％。
作为除具有环结构的含氮化合物以外的pH调节剂，可以举出脂肪族胺、脂肪族烷醇胺等胺化合物、氢氧化钾等。脂肪族胺例如可以为甲胺、二甲胺、三乙胺、乙胺、二乙胺、三乙胺等。脂肪族烷醇胺例如可以为乙醇胺、二乙醇胺等。作为除具有环结构的含氮化合物以外的pH调节剂的含量例如以热介质液体总量基准计可以为0.01～10质量％。
作为消泡剂，例如可以举出硅酮等。消泡剂的含量例如以热介质液体总量基准计可以为0.0005～1质量％。
作为着色剂，例如可以举出酸性蓝。着色剂的含量例如可以为0.0005～0.002质量％。
热介质液体的40℃下的运动粘度优选为0.5mm2/s以上、更优选为1mm2/s以上、进一步优选为1.5mm2/s以上。热介质液体的40℃下的运动粘度优选为10mm2/s以下、更优选为5mm2/s以下、进一步优选为3mm2/s以下。本发明中的运动粘度是指，依据JIS K2283测定的运动粘度。
热介质液体的pH例如可以为7以上、7.5以上、或8以上。热介质液体的pH例如可以为12以下、11.5以下、或11以下。本发明中的pH是指，通过JIS Z8802得到的值。
热介质液体的冷冻温度优选为0℃以下、更优选为-10℃以下、进一步优选为-15℃以下。本发明中的冷冻温度是指，依据JIS K2234测定的运动粘度。
热介质液体的40℃下的比热优选为2.5J/(g·K)以上、更优选为3.0J/(g·K)以上、进一步优选为3.6J/(g·K)以上。本发明中，40℃下的比热是指，使用差示扫描量热计以10℃/分钟从-50℃进行升温时的40℃的测定值。
本实施方式的热介质液体含有水作为基材，且防锈性能优异，因此，适合用于工作机械的温度控制。根据该热介质液体，通过控制工作机械的温度，可以维持工作机械的加工精度。即，本发明的一实施方式为一种控制工作机械的温度的方法，其使用热介质液体来控制工作机械的温度，所述热介质液体含有：作为基材的水；具有环结构的含氮化合物；和，脂肪族羧酸。该方法中，使热介质液体在工作机械内循环。由此，工作机械的温度高于规定温度的情况下，利用热介质液体进行冷却，而工作机械的温度低于规定温度的情况下，利用热介质液体进行加温。
实施例
以下，基于实施例对本发明进一步进行具体说明，但本发明不限定于实施例。
实施例和比较例中，使用以下所示的添加剂，制备具有表1～3中记载的组成(以热介质液体总量基准计的质量％)的热介质液体。
(胺化合物)
A1：吗啉
A2：二环己胺
A3：N,N-亚甲基双吗啉
a1：二乙醇胺
(脂肪酸)
B1：癸酸
(其他添加剂)
C1：增稠剂(聚氧亚烷基化合物、株式会社ADEKA、Adeka Carbopol GH-10)
C2：丙二醇
C3：甲苯三唑
C4：50％氢氧化钾溶液
C5：消泡剂(Toray Dow Corning、FS Antifoam 544compound)
C6：着色剂(酸性蓝1、红不二化学工业株式会社、Patent Pure Blue VX150％)
对于实施例和比较例的各热介质液体，用以下所示的步骤对防锈性能进行评价。将结果示于表1～3。
准备直径18mm、长度60mm的铸铁棒，使该铸铁棒的约一半浸渍于热介质液体15g。在25℃下放置，测定铸铁棒的与热介质液体接触的部分和铸铁棒的不与热介质液体接触的部分中的至少一者中产生铁锈为止的时间。
对于实施例的各热介质液体，依据JIS K2265-4(克利夫兰开口杯法(COC法)测定闪点。将结果示于表1～3。
[表1]
[表2]
[表3]
对于实施例1～5的各介质液体，用以下所示的步骤测定冷冻温度。将结果示于表4。
在装有温度计的带空气夹套的试验管中加入热介质液体100mL，将试验管放入至加入有干冰和制冷剂用药品(甲醇)的杜瓦瓶。在杜瓦瓶中进一步投入干冰，以冷却速度1℃/分钟进行冷却，测定热介质液体的冷冻温度。
[表4]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
冷冻温度(℃) -0.2 -19 -15.6 -21.5 -15.6
对于实施例1～4的各介质液，算出使用差示扫描量热计以10℃/分钟从-50℃进行升温时的40℃的测定值(比热)。将结果示于表5。
[表5]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
40℃下的比热(J/(g·K)) 4.15 3.85 3.81 3.78
关于实施例5、9、12和比较例2、3，按照以下所示顺序实施耐腐败性试验。将结果示于表6。
使用振荡器、在室温(25℃)下，将水200g、肉汤(荣研化学株式会社、普通肉汤培养液)2g和腐败液(JXTG Nippon Oil&Energy Corporation、Unisolvable EM、活菌数：107个/mL)的混合物振动7小时得到菌种。对于各实施例及比较例的热介质液体300g、矿物油(40℃运动粘度：约20mm2/s、粘度指数：103、含硫量：0.09质量％)15g、和铸铁30g的混合物，加入菌种15g进行静置，然后，在经过1周的时刻追加菌种6g，得到试样。之后进一步在经过1周的时刻，使用总菌检测器(三爱石油株式会社制、SAN-AI BIOCHECKER TTC)测定试样中的活菌数。认为活菌数越少耐腐败性越优异。
[表6]

Claims (12)

1.一种热介质液体，其用于工作机械的温度控制，其含有：
作为基材的水；
具有环结构的含氮化合物；和，
脂肪族羧酸。
2.根据权利要求1所述的热介质液体，其中，所述含氮化合物为胺化合物。
3.根据权利要求2所述的热介质液体，其中，所述胺化合物为选自由环状胺化合物和脂环式胺化合物组成的组中的至少1种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的热介质液体，其中，所述环结构为杂环。
5.根据权利要求4所述的热介质液体，其中，所述杂环为包含碳原子、氮原子和氧原子的杂环。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热介质液体，其中，所述脂肪族羧酸为脂肪酸。
7.一种控制工作机械的温度的方法，其使用热介质液体来控制工作机械的温度，所述热介质液体含有：
作为基材的水；
具有环结构的含氮化合物；和，
脂肪族羧酸。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述含氮化合物为胺化合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述胺化合物为选自由环状胺化合物和脂环式胺化合物组成的组中的至少1种。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的方法，其中，所述环结构为杂环。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述杂环为包含碳原子、氮原子和氧原子的杂环。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的方法，其中，所述脂肪族羧酸为脂肪酸。
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