JP2000273477A - 冷凍機油組成物 - Google Patents

冷凍機油組成物

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裕司 下村
Satoshi Suda
聡 須田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 HFC冷媒および二酸化炭素やハイドロカー
ボンなどの自然系冷媒と共に用いた場合に、潤滑性、冷
媒相溶性、熱・加水分解安定性、電気絶縁性等に優れる
とともに冷凍システムの高効率化を可能にする冷凍機油
組成物を提供すること。 【解決手段】 脂環式環および下記一般式(1)で表さ
れるエステル基を2個有し、かつ該エステル基の2個が
脂環式環上の互いに隣接する炭素原子に結合し、さらに
該エステル基の2個の配向に関してcis−体であるc
is型脂環式ジカルボン酸エステル化合物 −COOR1 (1) (上記式中、R1は炭素数1〜30の炭化水素基を表
し、各エステル基のR1は同一でも異なっていてもよ
い。)を含有することを特徴とする冷凍機油組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍機油組成物に関
し、詳しくは脂環式ジカルボン酸エステル化合物を含有
することを特徴とする冷凍機油組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年のオゾン層破壊問題や地球温暖化問
題の観点から、冷媒代替化や冷凍システムの高効率化が
検討されている。冷媒代替化においては、CFC(クロ
ロフルオロカーボン)やHCFC(ハイドロクロロフル
オロカーボン)などの塩素含有冷媒からHFC(ハイド
ロフルオロカーボン)への切り替えが進められている。
またその一方で、HFC冷媒も地球温暖化問題の観点か
らは規制の対象となり得るため、二酸化炭素やアンモニ
ア、ハイドロカーボンなどの自然系冷媒の適用が検討さ
れている。
【0003】このような冷媒代替化の動きにあわせて、
代替冷媒用冷凍機油の開発が進められている。冷凍機油
には、潤滑性、冷媒相溶性、熱・加水分解安定性、電気
絶縁性、低吸湿性など多くの性能が要求されるため、冷
媒の種類や用途によってこれら要求性能を満たすような
化合物が選択される。例えばHFC用冷凍機油として
は、冷媒との相溶性を有するエステルやエーテル、カー
ボネートなどの含酸素化合物、あるいは冷媒相溶性に劣
るものの潤滑性や熱・加水分解安定性に優れたアルキル
ベンゼンなどが使用されている。
【0004】冷凍システムの高効率化の観点からは、冷
凍機油の低粘度化が検討されている。エステル系冷凍機
油としては特表平3−505602や特開平3−128
991などに開示されているような脂肪族多価アルコー
ルと脂肪酸との反応により得られるポリオールエステル
が知られており、このようなエステル系冷凍機油を低粘
度化する場合、原料に用いる脂肪酸のアルキル基の炭素
数が小さいものを選定することは有効な手段の一つであ
る。ところが一般に脂肪酸のアルキル基が小さくなる
と、得られるエステルの熱・加水分解安定性が低下する
という不具合が生じる。
【0005】熱・加水分解安定性に優れたエステル系冷
凍機油としては特開平9−221690に開示されてい
るような脂環式ポリカルボン酸エステルが知られている
が、このような構造を有するエステルであっても、低粘
度化した場合には熱・加水分解安定性が十分であるとい
う訳ではない。
【0006】このように、高効率化のための低い粘性と
高い熱・加水分解安定性とを両立し、同時に他の要求性
能をも満たすエステル系冷凍機油は未だ開発されていな
い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の有する課題に鑑みてなされたものであり、HFC冷
媒および二酸化炭素やハイドロカーボンなどの自然系冷
媒と共に用いた場合に、潤滑性、冷媒相溶性、熱・加水
分解安定性、電気絶縁性等に優れるとともに冷凍システ
ムの高効率化を可能にする冷凍機油組成物を提供するこ
とを目的としたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定のエステル油
を含有する基油を用いることにより、各種性能に優れた
冷凍機油組成物が得られることを見出した。
【0009】すなわち、本発明は、脂環式環および下記
一般式(1)で表されるエステル基を2個有し、かつ該
エステル基の2個が脂環式環上の互いに隣接する炭素原
子に結合し、さらに該エステル基の2個の配向に関して
cis−体であるcis型脂環式ジカルボン酸エステル
化合物 −COOR1 (1) (上記式中、R1は炭素数1〜30の炭化水素基を表
し、各エステル基のR1は同一でも異なっていてもよ
い。)を含有することを特徴とする冷凍機油組成物を提
供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて詳細に説明する。
【0011】本発明にかかるcis型脂環式ジカルボン
酸エステル化合物とは、脂環式環および下記一般式
(1)で表されるエステル基を2個有し、かつ該エステ
ル基の2個が脂環式環上の互いに隣接する炭素原子に結
合し、さらに該エステル基の2個の配向に関してcis
−体であるものである。
【0012】−COOR1 (1) (上記式中、R1は炭素数1〜30の炭化水素基を表
し、各エステル基のR1は同一でも異なっていてもよ
い。) ここでいう脂環式環としては、シクロペンタン環、シク
ロペンテン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、
シクロヘプタン環、シクロヘプテン環等が挙げられる
が、シクロヘキサン環およびシクロヘキセン環が好まし
い。さらに、これらの中でもシクロヘキサン環は長期又
は過酷な条件下での使用時において粘度上昇が小さいこ
とからより好ましく、シクロヘキセン環は長期又は過酷
な条件下での使用時において全酸価の上昇が小さいこと
からより好ましい。
【0013】cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合
物としては、脂環式環と共に上記式(1)で表されるエ
ステル基を2個有することが必要である。エステル基が
1個である場合には冷媒相溶性や熱・加水分解安定性が
不十分であるため好ましくない。また、エステル基の個
数が3個以上の場合は低温流動性の観点から好ましくな
い。
【0014】また、上記式(1)で表される2個のエス
テル基は、脂環式環上の互いに隣接する炭素原子に結合
し、さらに該2個のエステル基の配向に関してcis−
体であることが必要である。脂環式環上の互いに隣接す
る炭素原子に結合していない場合やtrans−体であ
る場合には、熱・加水分解安定性が不十分であるため好
ましくない。
【0015】上記式(1)におけるR1は炭素数1〜3
0、好ましくは2〜24、より好ましくは3〜18の炭
化水素基を表すが、ここでいう炭化水素基としては、ア
ルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アルキル
シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、
アリールアルキル基等が挙げられる。この中でも、熱・
加水分解安定性の点からアルキル基、シクロアルキル基
またはアルキルシクロアルキル基であることが好まし
い。
【0016】アルキル基としては、直鎖状のものであっ
ても分枝状のものであっても良い。炭素数3〜18のア
ルキル基としては、具体的には例えば、直鎖状または分
枝状のプロピル基、直鎖状または分枝状のブチル基、直
鎖状または分枝状のペンチル基、直鎖状または分枝状の
ヘキシル基、直鎖状または分枝状のヘプチル基、直鎖状
または分枝状のオクチル基、直鎖状または分枝状のノニ
ル基、直鎖状または分枝状のデシル基、直鎖状または分
枝状のウンデシル基、直鎖状または分枝状のドデシル
基、直鎖状または分枝状のトリデシル基、直鎖状または
分枝状のテトラデシル基、直鎖状または分枝状のペンタ
デシル基、直鎖状または分枝状のヘキサデシル基、直鎖
状または分枝状のヘプタデシル基、直鎖状または分枝状
のオクタデシル基などが挙げられる。
【0017】これらの中でも、直鎖状のアルキル基とし
ては、熱・加水分解安定性の点から炭素数5以上のもの
が好ましく、冷媒相溶性の点から炭素数18以下のもの
が好ましい。また、分枝状のアルキル基としては、熱・
加水分解安定性の点から炭素数3以上のものが好まし
く、冷媒相溶性の点から炭素数18以下のものが好まし
い。
【0018】シクロアルキル基としては、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げら
れるが、熱・加水分解安定性の点からシクロヘキシル基
が好ましい。また、アルキルシクロアルキル基とは、シ
クロアルキル基にアルキル基が結合したものであるが、
熱・加水分解安定性の点からシクロヘキシル基にアルキ
ル基が結合したものが好ましい。さらに、アルキルシク
ロアルキル基としては、熱・加水分解安定性の点から総
炭素数が6以上のものが好ましく、冷媒相溶性、低温流
動性の点から総炭素数が10以下のものが好ましい。
【0019】また、cis型脂環式ジカルボン酸エステ
ル化合物としては、脂環式環上の炭素原子に炭化水素基
が1個または複数個結合していても良いことは勿論であ
る。このような炭化水素基としてはアルキル基が好まし
く、特にメチル基が好ましい。
【0020】本発明でいうcis型脂環式ジカルボン酸
エステル化合物は、上述した構造を有するものである
が、このようなエステル化合物は所定の酸成分とアルコ
ール成分とを常法にしたがって、好ましくは窒素等の不
活性ガス雰囲気下、エステル化触媒の雰囲気下または無
触媒下で加熱しながらエステル化することにより調製さ
れる。ここで、熱・加水分解安定性、電気絶縁性の観点
からは、無触媒下でのエステル化反応により調製するこ
とが好ましい。
【0021】cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合
物の酸成分としては、cis−シクロアルカンジカルボ
ン酸、cis−シクロアルケンジカルボン酸またはこれ
らの酸無水物であって、2個のエステル基は脂環式環上
の互いに隣接した炭素原子に結合したものが挙げられ、
これらは1種または2種以上の混合物として用いること
が可能である。具体的には、cis−1,2−シクロヘ
キサンジカルボン酸、cis−4−シクロヘキセン−
1,2−ジカルボン酸、cis−1−シクロヘキセン−
1,2−ジカルボン酸、cis−3−メチル−1,2−
シクロヘキサンジカルボン酸、cis−4−メチル−
1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、cis−3−メ
チル−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、c
is−4−メチル−4−シクロヘキセン−1,2−ジカ
ルボン酸およびそれらの酸無水物が開示される。このう
ち、調製したエステル化合物の長期又は過酷な条件下で
の使用時における粘度の上昇を抑えるという観点から
は、cis−1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、c
is−3−メチル−1,2−シクロヘキサンジカルボン
酸、cis−4−メチル−1,2−シクロヘキサンジカ
ルボン酸およびそれらの酸無水物が好ましく、一方長期
又は過酷な条件下での使用時における全酸価の上昇を抑
えるという観点からは、cis−4−シクロヘキセン−
1,2−ジカルボン酸、cis−1−シクロヘキセン−
1,2−ジカルボン酸、cis−4−メチル−1,2−
シクロヘキサンジカルボン酸、cis−3−メチル−4
−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、cis−4
−メチル−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸
およびそれらの酸無水物が好ましい。
【0022】これら、cis型脂環式ジカルボン酸およ
びその無水物の製造方法には特に制限はなく、任意の方
法で得られたものが使用可能である。具体的には例え
ば、cis−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン
酸は、ブタジエンとマレイン酸無水物とを、ベンゼン溶
媒中、100℃で反応せしめて得ることができる。
【0023】cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合
物のアルコール成分としては、炭素数3〜18の直鎖状
のアルコール、炭素数3〜18の分枝状のアルコールま
たは炭素数5〜10のシクロアルコールが挙げられる。
具体的には、直鎖状または分枝状のプロパノール(n−
プロパノール、1−メチルエタノール等を含む)、直鎖
状または分枝状のブタノール(n−ブタノール、1−メ
チルプロパノール、2−メチルプロパノール等を含
む)、直鎖状または分枝状のペンタノール(n−ペンタ
ノール、1−メチルブタノール、2−メチルブタノー
ル、3−メチルブタノール等を含む)、直鎖状または分
枝状のヘキサノール(n−ヘキサノール、1−メチルペ
ンタノール、2−メチルペンタノール、3−メチルペン
タノール等を含む)、直鎖状または分枝状のヘプタノー
ル(n−ヘプタノール、1−メチルヘキサノール、2−
メチルヘキサノール、3−メチルヘキサノール、4−メ
チルヘキサノール、5−メチルヘキサノール、2,4−
ジメチルペンタノール等を含む)、直鎖状または分枝状
のオクタノール(n−オクタノール、2−エチルヘキサ
ノール、1−メチルヘプタノール、2−メチルヘプタノ
ール等を含む)、直鎖状または分枝状のノナノール(n
−ノナノール、1−メチルオクタノール、3,5,5−
トリメチルヘキサノール、1−(2‘−メチルプロピ
ル)−3−メチルブタノール等を含む)、直鎖状または
分枝状のデカノール(n−デカノール、iso−デカノ
ール等を含む)、直鎖状または分枝状のウンデカノール
(n−ウンデカノール等を含む)、直鎖状または分枝状
のドデカノール(n−ドデカノール、iso−ドデカノ
ール等を含む)、直鎖状または分枝状のトリデカノー
ル、直鎖状または分枝状のテトラデカノール(n−テト
ラデカノール、iso−テトラデカノール等を含む)、
直鎖状または分枝状のペンタデカノール、直鎖状または
分枝状のヘキサデカノール(n−ヘキサデカノール、i
so−ヘキサデカノール等を含む)、直鎖状または分枝
状のヘプタデカノール、直鎖状または分枝状のオクタデ
カノール(n−オクタデカノール、iso−オクタデカ
ノール等を含む)、シクロヘキサノール、メチルシクロ
ヘキサノール、ジメチルシクロヘキサノールなどが挙げ
られる。
【0024】エステル化反応を行うに際し、アルコール
成分は、例えば酸1当量に対して1.0〜1.5当量、
好ましくは1.05〜1.2当量用いられる。
【0025】更に、上記酸成分およびアルコール成分の
代わりに、当該酸成分の低級アルコールエステル及び/
又は当該アルコールの酢酸エステル、プロピオン酸エス
テル等を用いて、エステル交換反応によりcis型脂環
式ジカルボン酸エステル化合物を得ることも可能であ
る。
【0026】エステル化触媒としては、ルイス酸類、ア
ルカリ金属塩、スルホン酸類等が例示され、具体的に、
ルイス酸としては、アルミニウム誘導体、スズ誘導体、
チタン誘導体等が例示され、アルカリ金属塩としては、
ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド等が例
示され、更にスルホン酸類としては、パラトルエンスル
ホン酸、メタンスルホン酸、硫酸等が例示される。その
使用量は、例えば、原料である酸成分及びアルコール成
分の総量に対して、0.1〜1質量%程度用いられる。
【0027】エステル化する際の温度としては150℃
〜230℃が例示され、通常3〜30時間で反応は完結
する。
【0028】エステル化反応終了後、過剰の原料を減圧
下又は蒸圧下において留去し、引き続いて慣用の精製方
法、例えば液液抽出、減圧蒸留、活性炭処理などの吸着
精製処理等により、エステル化合物を精製することがで
きる。
【0029】本発明の冷凍機油組成物におけるcis型
脂環式ジカルボン酸エステル化合物の含有量には特に制
限はないが、cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合
物の有する優れた各種性能をより引き出すことができる
ことから、冷凍機油組成物全量基準で5質量%以上含有
することが好ましく、10質量%以上含有することがよ
り好ましく、30質量%以上含有することがさらにより
好ましく、50質量%以上含有することが最も好まし
い。
【0030】本発明の冷凍機油組成物において、cis
型脂環式ジカルボン酸エステル化合物は、主として基油
として用いられる。本発明の冷凍機油組成物の基油とし
ては、cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合物のみ
を用いても良いが、これに加えて、ポリオールエステル
やコンプレックスエステル等の本発明で規定するcis
型脂環式ジカルボン酸エステル化合物以外のエステル、
ポリグリコール、ポリビニルエーテル、ケトン、ポリフ
ェニルエーテル、シリコーン、ポリシロキサン、パーフ
ルオロエーテルなどの酸素を含有する合成油を併用して
用いても良い。
【0031】酸素を含有する合成油を配合する場合の配
合量には特に制限はない。しかしながら、熱効率の向上
と冷凍機油の熱・加水分解安定性の両立という観点から
は、cis型脂環式ジカルボン酸エステル化合物100
重量部に対して、それ以外の酸素を含有する合成油が1
50重量部以下であることが好ましく、100重量部以
下であることがより好ましい。
【0032】本発明の冷凍機油組成物は、cis型脂環
式ジカルボン酸エステル化合物並びに必要に応じて酸素
を含有する合成油を含有するものであり、主にこれらを
基油として用いる。本発明の冷凍機油組成物は、添加剤
未添加の状態でも好適に用いることができるが、必要に
応じて各種添加剤を配合した形で使用することもでき
る。
【0033】本発明の冷凍機油組成物の耐摩耗性、耐荷
重性をさらに改良するために、リン酸エステル、酸性リ
ン酸エステル、酸性リン酸エステルのアミン塩、塩素化
リン酸エステルおよび亜リン酸エステルからなる群より
選ばれる少なくとも1種のリン化合物を配合することが
できる。これらのリン化合物は、リン酸または亜リン酸
とアルカノール、ポリエーテル型アルコールとのエステ
ルあるいはその誘導体である。
【0034】具体的には例えば、リン酸エステルとして
は、トリブチルホスフェート、トリペンチルホスフェー
ト、トリヘキシルホスフェート、トリヘプチルホスフェ
ート、トリオクチルホスフェート、トリノニルホスフェ
ート、トリデシルホスフェート、トリウンデシルホスフ
ェート、トリドデシルホスフェート、トリトリデシルホ
スフェート、トリテトラデシルホスフェート、トリペン
タデシルホスフェート、トリヘキサデシルホスフェー
ト、トリヘプタデシルホスフェート、トリオクタデシル
ホスフェート、トリオレイルホスフェート、トリフェニ
ルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシ
レニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェー
ト、キシレニルジフェニルホスフェートなどが挙げられ
る。酸性リン酸エステルとしては、モノブチルアシッド
ホスフェート、モノペンチルアシッドホスフェート、モ
ノヘキシルアシッドホスフェート、モノヘプチルアシッ
ドホスフェート、モノオクチルアシッドホスフェート、
モノノニルアシッドホスフェート、モノデシルアシッド
ホスフェート、モノウンデシルアシッドホスフェート、
モノドデシルアシッドホスフェート、モノトリデシルア
シッドホスフェート、モノテトラデシルアシッドホスフ
ェート、モノペンタデシルアシッドホスフェート、モノ
ヘキサデシルアシッドホスフェート、モノヘプタデシル
アシッドホスフェート、モノオクタデシルアシッドホス
フェート、モノオレイルアシッドホスフェート、ジブチ
ルアシッドホスフェート、ジペンチルアシッドホスフェ
ート、ジヘキシルアシッドホスフェート、ジヘプチルア
シッドホスフェート、ジオクチルアシッドホスフェー
ト、ジノニルアシッドホスフェート、ジデシルアシッド
ホスフェート、ジウンデシルアシッドホスフェート、ジ
ドデシルアシッドホスフェート、ジトリデシルアシッド
ホスフェート、ジテトラデシルアシッドホスフェート、
ジペンタデシルアシッドホスフェート、ジヘキサデシル
アシッドホスフェート、ジヘプタデシルアシッドホスフ
ェート、ジオクタデシルアシッドホスフェート、ジオレ
イルアシッドホスフェートなどが挙げられる。酸性リン
酸エステルのアミン塩としては、前記酸性リン酸エステ
ルのメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブ
チルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチ
ルアミン、オクチルアミン、ジメチルアミン、ジエチル
アミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチ
ルアミン、ジヘキシルアミン、ジヘプチルアミン、ジオ
クチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、
トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチル
アミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、ト
リオクチルアミンなどのアミンとの塩が挙げられる。塩
素化リン酸エステルとしては、トリス・ジクロロプロピ
ルホスフェート、トリス・クロロエチルホスフェート、
トリス・クロロフェニルホスフェート、ポリオキシアル
キレン・ビス[ジ(クロロアルキル)]ホスフェートな
どが挙げられる。亜リン酸エステルとしては、ジブチル
ホスファイト、ジペンチルホスファイト、ジヘキシルホ
スファイト、ジヘプチルホスファイト、ジオクチルホス
ファイト、ジノニルホスファイト、ジデシルホスファイ
ト、ジウンデシルホスファイト、ジドデシルホスファイ
ト、ジオレイルホスファイト、ジフェニルホスファイ
ト、ジクレジルホスファイト、トリブチルホスファイ
ト、トリペンチルホスファイト、トリヘキシルホスファ
イト、トリヘプチルホスファイト、トリオクチルホスフ
ァイト、トリノニルホスファイト、トリデシルホスファ
イト、トリウンデシルホスファイト、トリドデシルホス
ファイト、トリオレイルホスファイト、トリフェニルホ
スファイト、トリクレジルホスファイトなどが挙げられ
る。また、これらの混合物も使用できる。
【0035】これらのリン化合物を本発明の冷凍機油組
成物に配合する場合、その配合量は特に制限されない
が、通常、冷凍機油組成物全量基準(基油と全配合添加
剤の合計量基準)でその含有量が0.01〜5.0質量
%、より好ましくは0.02〜3.0質量%となるよう
な量のリン化合物を配合することが望ましい。
【0036】また、本発明の冷凍機油組成物において、
その熱・加水分解安定性をさらに改良するために、 (1)フェニルグリシジルエーテル型エポキシ化合物 (2)アルキルグリシジルエーテル型エポキシ化合物 (3)グリシジルエステル型エポキシ化合物 (4)アリルオキシラン化合物 (5)アルキルオキシラン化合物 (6)脂環式エポキシ化合物 (7)エポキシ化脂肪酸モノエステル (8)エポキシ化植物油 からなる群より選ばれる少なくとも1種のエポキシ化合
物を配合することができる。
【0037】(1)フェニルグリシジルエーテル型エポキ
シ化合物としては、具体的には、フェニルグリシジルエ
ーテルまたはアルキルフェニルグリシジルエーテルが例
示できる。ここでいうアルキルフェニルグリシジルエー
テルとは、炭素数1〜13のアルキル基を1〜3個有す
るものが挙げられ、中でも炭素数4〜10のアルキル基
を1個有するもの、例えばn−ブチルフェニルグリシジ
ルエーテル、i−ブチルフェニルグリシジルエーテル、
sec−ブチルフェニルグリシジルエーテル、tert
−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ペンチルフェニ
ルグリシジルエーテル、ヘキシルフェニルグリシジルエ
ーテル、ヘプチルフェニルグリシジルエーテル、オクチ
ルフェニルグリシジルエーテル、ノニルフェニルグリシ
ジルエーテル、デシルフェニルグリシジルエーテルなど
が好ましいものとして例示できる。
【0038】(2)アルキルグリシジルエーテル型エポキ
シ化合物としては、具体的には、デシルグリシジルエー
テル、ウンデシルグリシジルエーテル、ドデシルグリシ
ジルエーテル、トリデシルグリシジルエーテル、テトラ
デシルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシ
ジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエ
ーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテ
ル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、
1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ソル
ビトールポリグリシジルエーテル、ポリアルキレングリ
コールモノグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコ
ールジグリシジルエーテルなどが例示できる。
【0039】(3)グリシジルエステル型エポキシ化合物
としては、具体的には下記一般式(2)で表される化合
物が挙げられる。
【0040】
【化1】
【0041】(上記式において、Rは炭素数1〜18の
炭化水素基を表す。) 上記式において、Rは炭素数1〜18の炭化水素基を表
すが、このような炭化水素基としては、炭素数1〜18
のアルキル基、炭素数2〜18のアルケニル基、炭素数
5〜7のシクロアルキル基、炭素数6〜18のアルキル
シクロアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素
数7〜18のアルキルアリール基、炭素数7〜18のア
リールアルキル基等が挙げられる。この中でも、炭素数
5〜15のアルキル基、炭素数2〜15のアルケニル
基、フェニル基および炭素数1〜4のアルキル基を有す
るアルキルフェニル基が好ましい。
【0042】グリシジルエステル型エポキシ化合物の中
でも、好ましいものとしては、具体的には例えば、グリ
シジル−2,2−ジメチルオクタノエート、グリシジル
ベンゾエート、グリシジル−tert−ブチルベンゾエー
ト、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレー
トなどが例示できる。
【0043】(4)アリルオキシラン化合物としては、具
体的には、1,2−エポキシスチレン、アルキル−1,
2−エポキシスチレンなどが例示できる。
【0044】(5)アルキルオキシラン化合物としては、
具体的には、1,2−エポキシブタン、1,2−エポキ
シペンタン、1,2−エポキシヘキサン、1,2−エポ
キシヘプタン、1,2−エポキシオクタン、1,2−エ
ポキシノナン、1,2−エポキシデカン、1,2−エポ
キシウンデカン、1,2−エポキシドデカン、1,2−
エポキシトリデカン、1,2−エポキシテトラデカン、
1,2−エポキシペンタデカン、1,2−エポキシヘキ
サデカン、1,2−エポキシヘプタデカン、1,1,2
−エポキシオクタデカン、2−エポキシノナデカン、
1,2−エポキシイコサンなどが例示できる。
【0045】(6)脂環式エポキシ化合物としては、下記
一般式(3)で表される化合物のように、エポキシ基を
構成する炭素原子が直接脂環式環を構成している化合物
が挙げられる。
【0046】
【化2】
【0047】脂環式エポキシ化合物としては、具体的に
は例えば、1,2−エポキシシクロヘキサン、1,2−
エポキシシクロペンタン、3,4−エポキシシクロヘキ
シルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキ
シレート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチ
ル)アジペート、エキソ−2,3−エポキシノルボルナ
ン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシ
ルメチル)アジペート、2−(7−オキサビシクロ
[4.1.0]ヘプト−3−イル)−スピロ(1,3−
ジオキサン−5,3’−[7]オキサビシクロ[4.
1.0]ヘプタン、4−(1’−メチルエポキシエチ
ル)−1,2−エポキシ−2−メチルシクロヘキサン、
4−エポキシエチル−1,2−エポキシシクロヘキサン
などが例示できる。
【0048】(7)エポキシ化脂肪酸モノエステルとして
は、具体的には、エポキシ化された炭素数12〜20の
脂肪酸と炭素数1〜8のアルコールまたはフェノール、
アルキルフェノールとのエステルなどが例示できる。特
にエポキシステアリン酸のブチル、ヘキシル、ベンジ
ル、シクロヘキシル、メトキシエチル、オクチル、フェ
ニルおよびブチルフェニルエステルが好ましく用いられ
る。
【0049】(8)エポキシ化植物油としては、具体的に
は、大豆油、アマニ油、綿実油等の植物油のエポキシ化
合物などが例示できる。
【0050】これらのエポキシ化合物の中でも、より熱
・加水分解安定性を向上させることができることから、
フェニルグリシジルエーテル型エポキシ化合物、グリシ
ジルエステル型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合
物、エポキシ化脂肪酸モノエステルが好ましく、グリシ
ジルエステル型エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物
がより好ましい。
【0051】これらのエポキシ化合物を本発明の冷凍機
油組成物に配合する場合、その配合量は特に制限されな
いが、通常、冷凍機油組成物全量基準(基油と全配合添
加剤の合計量基準)でその含有量が0.1〜5.0質量
%、より好ましくは0.2〜2.0質量%となるような
量のエポキシ化合物を配合することが望ましい。
【0052】また、上記リン化合物およびエポキシ化合
物を2種以上併用してもよいことは勿論である。
【0053】さらに本発明における冷凍機油組成物に対
して、その性能をさらに高めるため、必要に応じて従来
より公知の冷凍機油添加剤、例えばジ−tert−ブチ
ル−p−クレゾール、ビスフェノールA等のフェノール
系の酸化防止剤、フェニル−α−ナフチルアミン、N,
N−ジ(2−ナフチル)−p−フェニレンジアミン等の
アミン系の酸化防止剤、ジチオリン酸亜鉛などの摩耗防
止剤、塩素化パラフィン、硫黄化合物等の極圧剤、脂肪
酸等の油性剤、シリコーン系等の消泡剤、ベンゾトリア
ゾール等の金属不活性化剤、粘度指数向上剤、流動点降
下剤、清浄分散剤等の添加剤を単独で、または数種類組
み合わせて配合することも可能である。これらの添加剤
の合計配合量は特に制限されないが、冷凍機油組成物全
量基準(基油と全配合添加剤の合計量基準)で好ましく
は10質量%以下、より好ましくは5質量%以下であ
る。
【0054】本発明の冷凍機油組成物の動粘度は特に限
定されないが、40℃における動粘度が好ましくは3〜
100mm2/s、より好ましくは4〜50mm2/s、
最も好ましくは5〜40mm2/sとすることができ
る。また、100℃における動粘度は好ましくは1〜2
0mm2/s、より好ましくは2〜10mm2/sとする
ことができる。さらに、低粘度化しても熱・加水分解安
定性が良好であるという本発明の冷凍機油の特徴は、4
0℃における動粘度が好ましくは5〜35mm2/s、
より好ましくは5〜25mm2/s、さらにより好まし
くは5〜20mm2/s、最も好ましくは5〜15mm2
/sの場合により顕著となる。
【0055】また、本発明の冷凍機油組成物の体積抵抗
率は特に限定されないが、好ましくは1.0×1011Ω
・cm以上、より好ましくは1.0×1012Ω・cm以
上、最も好ましくは1.0×1013Ω・cm以上とする
ことができる。特に、密閉型冷凍機用に用いる場合には
高い電気絶縁性が必要となる傾向にある。なお、本発明
において、体積抵抗率とは、JIS C 2101「電
気絶縁油試験方法」に準拠して測定した25℃での値を
表す。
【0056】本発明の冷凍機油組成物の水分含有量は特
に限定されないが、冷凍機油組成物全量基準で好ましく
は200ppm以下、より好ましくは100ppm以
下、最も好ましくは50ppm以下とすることができ
る。特に密閉型の冷凍機用に用いる場合には、油の熱・
加水分解安定性や電気絶縁性への影響の観点から、水分
含有量が少ないことが求められる。
【0057】また、本発明の冷凍機油組成物の全酸価は
特に限定されないが、冷凍機または配管に用いられてい
る金属への腐食を防止するため、好ましくは0.1mg
KOH/g以下、より好ましくは0.05mgKOH/
g以下とすることができる。なお、本発明において、全
酸価とは、JIS K 2501「石油製品及び潤滑油
−中和価試験方法」に準拠して測定した全酸価の値を表
す。
【0058】また、本発明の冷凍機油組成物の灰分は特
に限定されないが、本発明の冷凍機油組成物の熱・加水
分解安定性を高めスラッジ等の発生を抑制するため、好
ましくは100ppm以下、より好ましくは50ppm
以下とすることができる。なお、本発明において、灰分
とは、JIS K 2272「原油及び石油製品の灰分
並びに硫酸灰分試験方法」に準拠して測定した灰分の値
を表す。
【0059】本発明の冷凍機用組成物を用いる冷凍機に
用いられる冷媒は、HFC冷媒、パーフルオロエーテル
類などの含フッ素エーテル系冷媒、ジメチルエーテルな
どの非フッ素含有エーテル系冷媒および二酸化炭素や炭
化水素などの自然系冷媒であるが、これらは各々単独で
用いてもよいし、2種以上の混合物として用いてもよ
い。
【0060】HFC冷媒としては、炭素数1〜3、好ま
しくは1〜2のハイドロフルオロカーボンが挙げられ
る。具体的には例えば、ジフルオロメタン(HFC−3
2)、トリフルオロメタン(HFC−23)、ペンタフ
ルオロエタン(HFC−125)、1,1,2,2−テ
トラフルオロエタン(HFC−134)、1,1,1,
2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)、1,
1,1−トリフルオロエタン(HFC−143a)、
1,1−ジフルオロエタン(HFC−152a)などの
HFC、またはこれらの2種以上の混合物などが挙げら
れる。これらの冷媒は用途や要求性能に応じて適宜選択
されるが、例えばHFC−32単独;HFC−23単
独;HFC−134a単独;HFC−125単独;HF
C−134a/HFC−32=60〜80質量%/40
〜20質量%の混合物;HFC−32/HFC−125
=40〜70質量%/60〜30質量%の混合物;HF
C−125/HFC−143a=40〜60質量%/6
0〜40質量%の混合物;HFC−134a/HFC−
32/HFC−125=60質量%/30質量%/10
質量%の混合物;HFC−134a/HFC−32/H
FC−125=40〜70質量%/15〜35質量%/
5〜40質量%の混合物;HFC−125/HFC−1
34a/HFC−143a=35〜55質量%/1〜1
5質量%/40〜60質量%の混合物などが好ましい例
として挙げられる。さらに具体的には、HFC−134
a/HFC−32=70/30質量%の混合物;HFC
−32/HFC−125=60/40質量%の混合物;
HFC−32/HFC−125=50/50質量%の混
合物(R410A);HFC−32/HFC−125=
45/55質量%の混合物(R410B);HFC−1
25/HFC−143a=50/50質量%の混合物
(R507C);HFC−32/HFC−125/HF
C−134a=30/10/60質量%の混合物;HF
C−32/HFC−125/HFC−134a=23/
25/52質量%の混合物(R407C);HFC−3
2/HFC−125/HFC−134a=25/15/
60質量%の混合物(R407E);HFC−125/
HFC−134a/HFC−143a=44/4/52
質量%の混合物(R404A)などが挙げられる。
【0061】また、自然系冷媒としては二酸化炭素や炭
化水素などが挙げられる。ここで、炭化水素冷媒として
は、25℃、1気圧で気体のものが好ましく用いられ
る。具体的には炭素数1〜5、好ましくは1〜4のアル
カン、シクロアルカン、アルケンまたはこれらの混合物
である。具体的には例えば、メタン、エチレン、エタ
ン、プロピレン、プロパン、シクロプロパン、ブタン、
イソブタン、シクロブタン、メチルシクロプロパンまた
はこれらの2種以上の混合物などがあげられる。これら
の中でも、プロパン、ブタン、イソブタンまたはこれら
の混合物が好ましい。
【0062】本発明に係る冷凍機油組成物は、通常、冷
凍機中においては上述したような冷媒と混合された冷凍
機用流体組成物の形で存在している。この流体組成物に
おける冷凍機油組成物と冷媒との配合割合は特に制限さ
れないが、冷媒100重量部に対して冷凍機油組成物が
好ましくは1〜500重量部、より好ましくは2〜40
0重量部である。
【0063】本発明の冷凍機油組成物は、その優れた電
気特性や低い吸湿性から、あらゆる冷凍機の冷媒圧縮機
の潤滑油として用いられる。使用される冷凍機として
は、具体的にはルームエアコン、パッケージエアコン、
冷蔵庫、自動車用エアコン、除湿機、冷凍庫、冷凍冷蔵
倉庫、自動販売機、ショーケース、化学プラント等の冷
却装置等が挙げられる。また、本発明の冷凍機油組成物
は、密閉型圧縮機を有する冷凍機に特に好ましく用いら
れる。さらに、本発明の冷凍機油組成物は、往復動式、
回転式、遠心式等の何れの形式の圧縮機にも使用可能で
ある。
【0064】
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明の内
容を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例
に何等限定されるものではない。
【0065】実施例1〜44および比較例1〜2 以下に示す基油および添加剤を表1〜12に示す通り配
合し、実施例1〜44および比較例1〜2の試料油を調
製した。得られた各試料油の性状(40℃および100
℃における動粘度、全酸価)を表1〜12に示す。
【0066】(基油) 基油1:cis-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジイ
ソヘプチル、 基油2:cis-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジ
(2−エチルヘキシル)、 基油3:cis-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジ
(3,5,5−トリメチルヘキシル)、 基油4:cis-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジ
(2,6−ジメチル−4−ヘプチル)、 基油5:cis-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジイ
ソデシル、 基油6:cis-4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン
酸ジイソヘプチル、 基油7:cis-4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン
酸ジ(2−エチルヘキシル)、 基油8:cis-4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン
酸ジ(3,5,5−トリメチルヘキシル)、 基油9:trans-1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジ
イソヘプチル、 基油10:cis-1,3−シクロヘキサンジカルボン酸ジ
イソヘプチル、 基油11:ペンタエリスリトールと2−エチルヘキサン
酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の混合脂肪
酸(重量比=50:50)とのテトラエステル、 基油12:ペンタエリスリトールとn−ペンタン酸、n
−ヘプタン酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸
の混合脂肪酸(重量比=50:30:20)とのテトラ
エステル、 基油13:ビニルエチルエーテルとビニルブチルエーテ
ルとの共重合体(エチル/イソブチル=7:1、平均分
子量900)。
【0067】(添加剤) 添加剤1:フェニルグリシジルエーテル、 添加剤2:グリシジル−2,2−ジメチルオクタノエー
ト、 添加剤3:シクロヘキセンオキシド、 添加剤4:トリクレジルホスフェート。
【0068】次に、上記の各試料油について、以下に示
す試験を行った。
【0069】(冷媒との相溶性試験)JIS−K−22
11「冷凍機油」の「冷媒との相溶性試験方法」に準拠
して、HFC134a冷媒29gに対して各試料油を1
g配合し、冷媒と試料油が0℃において相互に溶解しあ
っているか、分離または白濁しているかを観察した。得
られた結果を表1〜11に示す。
【0070】(絶縁特性試験)JIS−C−2101
「電気絶縁油試験方法」に準拠して、25℃における各
試料油の体積抵抗率を測定した。得られた結果を表1〜
11に示す。
【0071】(熱・加水分解安定性試験I)含有水分量
を1000ppmに調整した試料油90gをオートクレ
ーブに秤取し、HFC134a冷媒10gと触媒(鉄、
銅、アルミの各線)を封入したあと、200℃に加熱
し、2週間後の試料油の外観、触媒の外観、試料油の体
積抵抗率、試料油の全酸価を測定した。得られた結果を
表1〜5に示す。
【0072】(潤滑性試験)ASTM D 2670
“FALEX WEAR TEST”に準拠して、試料
油の温度100℃の条件下で、慣らし運転を150lb
荷重の下に1分行った後に、250lb荷重の下に2時
間試験機を運転した。各試料油について試験後のテスト
ジャーナル(ピン)の摩耗量を測定した。得られた結果
を表1〜5に示す。
【0073】(熱・加水分解安定性試験II)含有水分
量を1000ppmに調整した試料油90gをオートク
レーブに秤取し、HFC134a冷媒10gと触媒
(鉄、銅、アルミの各線)を封入したあと、200℃に
加熱し、2000時間後の試料油の外観、触媒の外観、
試料油の体積抵抗率、試料油の全酸価を測定した。得ら
れた結果を表6〜11に示す。
【0074】(熱・加水分解安定性試験III)JIS
K 2540に準拠して、50mlビーカーに試料油3
0gを秤取し、アルミホイルでふたをした後、回転板の
取り付けられた150℃恒温槽内に静置し、7日後の試
料油の外観、粘度、全酸価を測定した。得られた結果を
表12に示す。
【0075】
【表1】
【0076】
【表2】
【0077】
【表3】
【0078】
【表4】
【0079】
【表5】
【0080】
【表6】
【0081】
【表7】
【0082】
【表8】
【0083】
【表9】
【0084】
【表10】
【0085】
【表11】
【0086】
【表12】
【0087】表1〜12に示した結果から明らかなよう
に、本発明の冷凍機油組成物である実施例1〜44の試
料油は、HFC冷媒と共に用いた場合に、動粘度、冷媒
相溶性、電気絶縁性、耐加水分解性、熱安定性および潤
滑性の全ての性能がバランスよく優れていた。
【0088】また、表6〜11に示した結果から明らか
なように、添加剤としてグリシジルエステル型エポキシ
化合物または脂環族エポキシ化合物を用いた場合には、
より熱・加水分解安定性に優れることが分かった。
【0089】さらに、シクロヘキサン環を有するエステ
ル化合物を含有する実施例41、42の試料油とシクロ
ヘキセン環を有するエステル化合物を含有する実施例4
3、44の試料油とを熱・加水分解安定性試験IIIにお
いて比較すると、前者は粘度上昇が小さく、後者は全酸
価の上昇が小さいことが分かる。
【0090】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷凍機油
組成物によれば、HFC冷媒および二酸化炭素やハイド
ロカーボンなどの自然系冷媒と共に用いた場合に、潤滑
性、冷媒相溶性、熱・加水分解安定性、電気絶縁性等に
優れるとともに冷凍システムの高効率化を達成すること
が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10N 40:30 (72)発明者 平野 裕之 神奈川県横浜市中区千鳥町8番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 Fターム(参考) 4H104 BB33A EB02 LA04 LA13 LA20 PA20

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 脂環式環および下記一般式(1)で表さ
    れるエステル基を2個有し、かつ該エステル基の2個が
    脂環式環上の互いに隣接する炭素原子に結合し、さらに
    該エステル基の2個の配向に関してcis−体であるc
    is型脂環式ジカルボン酸エステル化合物 −COOR1 (1) (上記式中、R1は炭素数1〜30の炭化水素基を表
    し、各エステル基のR1は同一でも異なっていてもよ
    い。)を含有することを特徴とする冷凍機油組成物。
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