JP2015096470A - 混合エステル - Google Patents

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Toshihiro Inayama
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Abstract

【課題】優れた低温特性および、冷凍機油として必要な粘度範囲を確保しながらジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性等を有する冷凍機油等に用いられる混合エステルを提供する。【解決手段】ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる混合エステルであって、(1)混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの分布を示す値であるばらつき度Xが1.0〜2.5の範囲にあり(2)前記混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの平均ClogP値が9.0〜13.0の範囲にあり(3)前記混合エステルとジフルオロメタンの重量比(前記混合エステル:ジフルオロメタン)を90:10の割合で混合させた時の、低温側の二層分離温度が−10〜−60℃の範囲にあることを特徴とする混合エステルを提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、冷凍機油等の工業用潤滑油等に用いられる混合エステルに関する。
近年、オゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数(GWP)がより低いハイドロフルオロカーボン(HFC)が冷凍機用の冷媒として使用されている。ジフルオロメタン冷媒(HFC−32)は、GWPが現在用いられている冷媒[R−410A(ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンとの混合物)、R−407C(ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンとの混合物)等]の約1/3〜1/4と低く、かつ成績係数(COP)もR−410A、R−407C等に対して約5〜13%向上するため省エネルギー化の観点から好ましい冷媒である(非特許文献1)。
冷凍機の冷媒循環サイクルにおいては、通常冷媒圧縮機を潤滑する冷媒とともに冷凍機油がサイクル内を循環する構造となっている。その為、冷凍機油には冷媒との相溶性が要求され、また冷凍機の稼働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。冷凍機油が相分離を生じると、冷媒圧縮機から出された冷凍機油がサイクル内に滞留しやすくなり、その結果、冷媒圧縮機内の冷凍機油量が低下し、潤滑不良を起こしたり、キャピラリー等の膨張機構を閉塞したりといった問題を生じる。冷凍機内における潤滑性能は、特に高温となる圧縮機内での油膜の保持が重要であり、油膜を保持するためには冷凍機油の粘度が重要となる。粘度が低いと油膜が薄くなり潤滑不良を起こしやすく、粘度が高いと熱交換の効率が低下する。また、一般的に冷凍機油においては、低温域で長期間固化や析出物が出ないという低温特性が要求される(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。
特許文献3には、ジフルオロメタン冷媒用冷凍機油に用いられるペンタエリスリトールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル、および該エステルを2種類組み合わせたエステルが開示されているが、これらエステルのジフルオロメタン冷媒に対する相溶性等は十分でなく、また低温特性等は言及されていない。
特許第3429031号 特開2006−160781号公報 特開2002−129177号公報
「潤滑経済」,2004年6月号(No.460),p.17
本発明の目的は、優れた低温特性、および冷凍機油として必要な粘度範囲を確保しながらジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性を有する冷凍機油等に用いられる混合エステルを提供することにある。
本発明は、以下の[1]〜[3]を提供する。
[1]ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる混合エステルであって、
Figure 2015096470
[式(I)〜(III)中、anは混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトー
ルのテトラエステルにおける各成分のClogP値を表し、bnは混合エステルをガスクロマトグラフィーで測定したときの、混合エステルを構成する全成分のピーク面積の合計に対する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分のピーク面積比率(%)を表す]
で表わされるばらつき度Xが1.0〜2.5の範囲にあり
(2)前記混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの平均ClogP値が9.0〜13.0の範囲にあり
(3)前記混合エステルとジフルオロメタンの重量比(前記混合エステル:ジフルオロメタン)を90:10の割合で混合させた時の、低温側の二層分離温度が−10〜−60℃の範囲にある
ことを特徴とする混合エステル。
[2]100℃の動粘度が3.9〜9.0mm2/秒の範囲にある[1]に記載の混合エステル。
[3]ジフルオロメタンのみを冷媒とする冷凍機用作動流体組成物であって、[1]または[2]に記載の混合エステルとジフルオロメタンとを含有する冷凍機用作動流体組成物。
本発明により、優れた低温特性、および冷凍機油として必要な粘度範囲を確保しながらジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性等を有する冷凍機油等に用いられる混合エステルを提供できる。
本発明の混合エステルは、ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる混合エステルであって、
Figure 2015096470
[式(I)〜(III)中、anは混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトー
ルのテトラエステルにおける各成分のClogP値を表し、bnは混合エステルをガスクロマトグラフィーで測定したときの、混合エステルを構成する全成分のピーク面積の合計に対する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分のピーク面積比率(%)を表す]
で表わされるばらつき度Xが1.0〜2.5の範囲にあり
(2)前記混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの平均ClogP値が9.0〜13.0の範囲にあり
(3)前記混合エステルとジフルオロメタンの重量比(前記混合エステル:ジフルオロメタン)を90:10の割合で混合させた時の、低温側の二層分離温度が−10〜−60℃の範囲にある
ことを特徴とする混合エステルである。
また、本発明でいう「ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる混合エステル」は、下記(i)〜(xv)の15種類のテトラエステル:
(i)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、4分子のペンタン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(ii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、3分子のペンタン酸と1分子の2−メチル酪酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(iii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、2分子のペンタン酸と2分子の2−メチル酪酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(iv)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、1分子のペンタン酸と3分子の2−メチル酪酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(v)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、4分子の2−メチル酪酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(vi)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、3分子のペンタン酸と1分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(vii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、2分子のペンタン酸と1分子の2−メチル酪酸と1分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(viii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、1分子のペンタン酸と2分子の2−メチル酪酸と1分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(ix)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、3分子
の2−メチル酪酸と1分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(x)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、2分子の
ペンタン酸と2分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(xi)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、1分子
のペンタン酸と1分子の2−メチル酪酸と2分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(xii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、2分
子の2−メチル酪酸と2分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(xiii)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、1
分子のペンタン酸と3分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(xiv)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、1分
子の2−メチル酪酸と3分子の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
(xv)ペンタエリスリトール1分子の4つの水酸基と結合するカルボン酸が、4分子
の3,5,5−トリメチルヘキサン酸からなるペンタエリスリトールのテトラエステル
から選ばれる1種類以上のテトラエステルの混合物である(ただし、混合エステルを構成するカルボン酸は、ペンタン酸、2−メチル酪酸、および3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる)。
以下、上記(i)をテトラエステル(i)という。他の番号についても同様である。
なお、本発明の混合エステル中にペンタエリスリトールの水酸基の一部がエステル化されずに水酸基のまま残っている部分エステル等が不純物として含まれていてもよい。
本発明の混合エステルは、混合エステルを構成するカルボン酸が、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなり、ジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性、優れた低温特性等をバランスよく有する。3,5,5−トリメチルヘキサン酸に対するペンタン酸と2−メチル酪酸との和のモル比[ペンタン酸と2−メチル酪酸との和/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比]が、40/60〜95/5の範囲にあるのが好ましく、45/55〜80/20の範囲であるのがより好ましい。
本発明の混合エステルは、式(I)〜(III)で表されるばらつき度Xが1.0〜2.
5の範囲にあることを特徴とする。ここで、ばらつき度Xは、混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの分布を示す値であり、1.4〜2.0の範囲にあるのが好ましい。該ばらつき度Xが1.0未満および2.5を越えると、混合エステルの低温特性および/または混合エステルのジフルオロメタン冷媒に対する相溶性が不良となり好ましくない。本発明の混合エステルのばらつき度Xは、エステル化反応時の仕込みモル比、又は別途製造したテトラエステルを混合して該混合エステルを調製するときの仕込み比、もしくはカルボン酸の添加順序、反応時間等の反応条件を調整することで、上記の範囲にすることができる。
式(I)〜(III)中のbn(bnは前記と同義である)は、混合エステルを、水素炎イオン化検出器(FID)を用いたガスクロマトグラフィーにより測定したときの、本発明の混合エステルを構成する全成分のピーク面積の合計に対する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分のピーク面積比率(%)を表す。
本発明の混合エステルは、混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの平均ClogP値が9.0〜13.0の範囲であることを特徴とする。ここで、平均ClogP値とは、該混合エステルの水と1−オクタノールに対する親和性を示す値であり、下記式(IV)および(V)
Figure 2015096470
[式(IV)および(V)中、anおよびbnは前記と同義であり、cnは15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分の分子量を表す]
で表される。
該平均ClogP値は10.0〜12.5の範囲にあるのが好ましい。該平均ClogPが9.0未満または13.0を越えると、混合エステルの低温特性および/または混合エステルのジフルオロメタン冷媒に対する相溶性が不良となり好ましくない。
式(I)、(II)、および(IV)において、anで示される混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分のClogP値は、混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分の、水と1−オクタノールに対する親和性を示す係数であり、本発明では、Cambridge Soft社のChemDrawUltra ver.7を使用して算出する。本発明の混合エステルの平均ClogP値は、ばらつき度Xと同様、エステル化反応時の仕込みモル比、又は別途製造したテトラエステルを混合して該混合エステルを調製するときの仕込み比、もしくはカルボン酸の添加順序、反応時間等の反応条件を調整することで上記の範囲にすることができる。
本発明の混合エステルは、本発明の混合エステルとジフルオロメタンの重量比(混合エステル:ジフルオロメタン)を90:10の割合で混合させた時の、低温側の二層分離温度が−10〜−60℃の範囲にあることを特徴とする。
ここで、二層分離温度とは、冷凍機油と冷媒を種々の割合で混合したときの分離または白濁する温度であり、冷凍機油の冷媒に対する相溶性を表す。低温側の二層分離温度は、−10℃〜−50℃の範囲であるのが好ましい。
本発明の混合エステルを冷凍機油として使用する場合は、冷媒に対する冷凍機油の相溶性も重要となる。前記相溶性が不良であると、冷媒と冷凍機油が相分離を生じ、冷媒圧縮機から出された冷凍機油が冷媒循環サイクル内に滞留することによる冷媒圧縮機内の潤滑不良等の問題が懸念される。一方、一部空調機用途等のより長期の耐摩耗性が要求される冷凍機油として使用する場合、前記相溶性が良すぎると、冷媒循環サイクル内で冷媒が冷凍機油に溶解することにより冷媒と冷凍機油との混合物の粘度(冷媒溶解粘度)が低下し、摺動部位の油膜が薄くなることによる潤滑不良等の問題が懸念される。したがって、本発明の混合エステルは冷凍機油として必要な相溶性の範囲に入ることが要求される。
本発明の混合エステルの酸価(JIS K−2501の方法に準じる)は特に限定されないが、0.1mgKOH/g以下が好ましく、0.05mgKOH/g以下がより好ましい。酸価が前記の範囲内であると、冷凍機または配管に用いられている金属に対する腐食防止性および該混合エステルの安定性が向上する傾向にある。
本発明の混合エステルの水酸基価(JIS K−2501の方法に準じる)は特に限定されないが、10mgKOH/g以下が好ましく、5.0mgKOH/g以下がより好ましい。該混合エステルの水酸基の残存量が多いと、冷凍機油が低温で白濁し、冷凍サイクルのキャピラリー装置を閉塞させる等、好ましくない現象が起こる傾向にある。
本発明の混合エステルは、通常のエステル化反応、またはエステル交換反応(例えば、「第4版実験化学講座第22巻(有機合成IV)」、日本化学会編、丸善、1992年
、p.52−53に記載の方法)によって製造することができる。また、混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分の割合によっては、別途製造した2種以上のペンタエリスリトールのテトラエステルを混合して該混合エステルを調製することもできる。
本発明の混合エステルは、前記エステル化反応において、例えば、ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とを、120〜300℃で、5〜60時間反応させることにより製造することができる。この際、それぞれのカルボン酸を一括または逐次的に加えてもよい。例えば、それぞれのカルボン酸を全て混合して一括でペンタエリスリトールと反応させる方法、ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸とを所定量反応させて、その後に3,5,5−トリメチルヘキサン酸を逐次的に加えて反応させる方法等がある。
前記エステル化反応およびエステル交換反応において触媒を用いてもよく、触媒としては、例えば、鉱酸、有機酸、ルイス酸、有機金属、固体酸等が挙げられる。鉱酸の具体例としては、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、リン酸、硝酸等が挙げられる。有機酸の具体例としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ブタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、エタンスルホン酸、メタンスルホン酸等が挙げられる。ルイス酸の具体例としては、例えば、三フッ化ホウ素、塩化アルミニウム、四塩化スズ、四塩化チタン等が挙げられる。有機金属の具体例としては、例えば、テトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン等が挙げられる。固体酸の具体例としては、例えば、陽イオン交換樹脂等が挙げられる。
前記エステル化反応およびエステル交換反応において、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量の和が、使用するペンタエリスリトールの水酸基の和に対して、1.1〜1.4倍モルであるのが好ましい。
前記エステル化反応およびエステル交換反応において、溶媒を用いてもよく、溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、イソヘキサン、イソオクタン、イソノナン、デカン等の炭化水素系溶媒等が挙げられる。
前記エステル化反応およびエステル交換反応において、反応により生成する水を反応混合物から取り除きながら反応を行うことが好ましい。反応により生成する水を反応混合物から取り除くとき、同時にペンタン酸および/または2−メチル酪酸および/または3,5,5−トリメチルヘキサン酸も反応混合物から取り除いてしまうことがある。
また、ペンタエリスリトールに対するペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸との反応性の差から、得られた本発明の混合エステルを構成するペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とのモル比が、該混合エステルの製造に使用した量におけるそれとは異なることがある。
反応後、必要に応じて、本発明の混合エステルを有機合成化学で通常用いられる方法(水および/またはアルカリ水溶液を用いた洗浄、活性炭、吸着剤等による処理、各種クロマトグラフィー法、蒸留法等)で精製してもよい。
本発明の混合エステルを冷凍機油として使用する場合は、該混合エステルの摩擦低減性や摩耗低減性などの潤滑性も要求される。一般的に潤滑性は冷凍機油の粘度に影響される。冷凍機油の粘度が低すぎると摺動部位の油膜が薄くなり、摩耗が増大することで潤滑油を用いる機器等の寿命が短くなる傾向がある。一方、冷凍機油の粘度が高すぎると粘性抵抗が大きくなり、摩擦係数が増大することでエネルギー効率が低下する傾向がある。したがって、該混合エステルは冷凍機油として必要な粘度範囲に入ることが要求される。本発明の混合エステルは、必要な粘度範囲を確保しながら、かつジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性を有する。
本発明の混合エステルは、100℃の動粘度が3.9〜9.0mm2/秒の範囲にあるのが好ましく、4.5〜8.0mm2/秒の範囲にあるのがより好ましい。
また、本発明の混合エステルは、優れた低温特性、十分な低温流動性等を有する。
低温流動性とは液体が低温になるに従い流動しにくくなる性質のことであり、流動点や凝固点、チャンネル点などで表わされる。
流動点は、日本工業規格(JIS)K2269の方法に準じて潤滑油などの油剤を冷却したときに、油剤が流動する最低の温度をいう。流動点が低い油剤は、冬季または寒冷地などの低温の環境下や、冷凍機油として使用する場合において冷凍機内の蒸発器などが低温となる運転条件であっても流動性が悪化しないため、油剤を使用する機器の作動不良を生じない等の点で好ましい。
また、潤滑油などの油剤を温度差が大きい場所で長期間保管するまたは使用する場合には、高温域では揮発性等が無く、低温域では固化や析出等のない油剤が好ましい。温度範囲としては特に制限は無いが、高温側では150℃程度、低温側では−20℃程度で安定して使用できる油剤が好ましい。低温域で、長期間固化や析出物が出ない特性を低温特性と定義する。
本発明の冷凍機用作動流体組成物は、冷媒と潤滑油基油又は冷凍機油および必要に応じて潤滑油用添加剤を含有するものをいう。本発明の混合エステルは、該冷凍機用作動流体組成物の冷凍機油として用いられる。本発明の混合エステルと冷媒とを混合する割合は特に制限されないが、冷媒100重量部に対して、本発明の混合エステル1〜1000重量部であることが好ましく、2〜800重量部であることがより好ましい。
ここで冷凍機用作動流体組成物の冷媒としては、ジフルオロメタン冷媒を用いることが好ましい。より好ましくは、ジフルオロメタン単独で冷媒とすることが相溶性、必要な粘度範囲を確保する上でより好ましい。R−410A(ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンとの混合物)、またはR−407C(ジフルオロメタンとペンタフルオロエタンと1,1,1,2−テトラフルオロエタンとの混合物)を用いると、本発明の混合エステルとR−410AまたはR−407Cとの相溶性が良く粘度(冷媒溶解粘度)が低下し、摺動部位の油膜が薄くなって潤滑性が十分確保でない場合がある。
本発明の混合エステルは、冷凍機油に用いられる他、エンジン油、ギア油、ハイブリッド車や電気自動車に利用されるモーター油、グリース、金属部品の洗浄剤、可塑剤等にも用いることができる。
本発明の混合エステルを用いた冷凍機油としては、例えば、該混合エステルと、潤滑油用添加剤とを含有する冷凍機油等が挙げられる。該混合エステルを用いた冷凍機油において、該混合エステルは潤滑油基油として用いられる。
潤滑油用添加剤としては、例えば、清浄分散剤、酸化防止剤、摩耗低減剤(耐摩耗剤、焼付き防止剤、極圧剤等)、摩擦調整剤、油性剤、酸捕捉剤、金属不活性化剤、防錆剤、流動点降下剤、粘度指数向上剤、増粘剤、防腐剤、消泡剤、抗乳化剤、染料、香料等の、通常潤滑油添加剤として用いられているもの等が挙げられる。これらの添加剤の含有量は、冷凍機油中、それぞれ、0.001〜5重量%であるのが好ましい。
本発明の混合エステルは、ジフルオロメタン冷媒に対する相溶性を損なわない範囲で、その他の潤滑油基油を併用して用いてもよい。その他の潤滑油基油としては、例えば、鉱物油、合成基油などが挙げられる。
鉱物油としては、例えば、パラフィン基系原油、中間基系原油、ナフテン基系原油等が挙げられる。また、これらを蒸留などにより精製した精製油も使用可能である。
合成基油としては、例えば、ポリ−α−オレフィン(ポリブテン、ポリプロピレン、炭素数8〜14のα−オレフィンオリゴマー等)、本発明のペンタエリスリトールのテトラエステル以外の脂肪族エステル(脂肪酸モノエステル、多価アルコールの脂肪酸エステル、脂肪族多塩基酸エステル等)、芳香族エステル(芳香族モノエステル、多価アルコールの芳香族エステル、芳香族多塩基酸エステル等)、ポリアルキレングリコール、ポリビニルエーテル、ポリフェニルエーテル、アルキルベンゼン、カーボネート、合成ナフテン等が挙げられ、ポリ−α−オレフィン、本発明のペンタエリスリトールのテトラエステル以外の脂肪族エステル、ポリアルキレングリコール、またはポリビニルエーテルが好ましい。
以下、実施例、比較例により、本発明をさらに具体的に説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。
核磁気共鳴スペクトルは、以下の測定機器、測定手法により測定した。
測定機器;日本電子社製GSX−400(400MHz)
測定手法;1H−NMR、標準物(テトラメチルシラン)、溶媒(CDCl3
以下の実施例1〜5および比較例3〜5において製造した混合エステルのそれぞれについて、核磁気共鳴スペクトルを測定し、該混合エステルにおけるペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸とのモル比を以下の式により算出した。
ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸=(ピークXの積分値/2)/[(ピークYの積分値−ピークZの積分値)/3]/(ピークZの積分値)
ここでピークXは、ペンタン酸におけるカルボニル基のγ位のメチレン基上の水素原子のピークに相当し、ピークYは、2−メチル酪酸におけるカルボニル基のβ位のメチル基上の水素原子のピークと、3,5,5−トリメチルヘキサン酸におけるカルボン酸のγ位のメチレン基上の水素原子のピークのうち低磁場側の水素原子1個分のピークとの合計に相当し、ピークZは、3,5,5−トリメチルヘキサン酸におけるカルボニル基のα位のメチレン基上の水素原子のピークのうち高磁場側の水素原子1個分のピークに相当する。
混合エステルまたはエステルのばらつき度Xは、下記式(I)〜(III)により算出した

Figure 2015096470
Figure 2015096470
[式(I)〜(III)中、anおよびbnは前記と同義である]
混合エステルまたはエステルの平均ClogP値は、式(IV)および(V)により算
出した。
Figure 2015096470
[式(IV)および(V)中、an、bn、およびcnは前記と同義である]
以下の実施例1〜5および比較例1〜5において、ばらつき度Xおよび平均Clog
P値を算出するために必要なan、bn、およびcnの各数値を表1に示す。
Figure 2015096470
表1において、(i)〜(xv)は、それぞれテトラエステル(i)〜(xv)を示し
、anはCambridge Soft社のChemDrawUltra ver.7を使用して算出した混合エステルを構成するテトラエステルの各成分のClogP値であり、bnは以下のガスクロマトグラフィーにより測定して得た混合エステルを構成するテトラエステルの各成分のピーク面積比率(%)であり、Cnは混合エステルを構成するテトラエステルの各成分の分子量である。
ガスクロマトグラフィーは、以下の測定機器、測定条件により実施した。
測定機器;アジレントテクノロジー7890A
測定条件;
カラム;HP−5(アジレントテクノロジー)、30m×0.320mm、Film(0.25μm)
キャリアガス;窒素、1.0mL/min
INJ/DET温度;330℃/350℃
測定プログラム;100℃(0min)→10℃/min→325℃(102.5min)、測定時間の合計125min (括弧内の数値は保持時間を表す)
検出器;FID
[実施例1]
[ばらつき度Xが1.82であり、平均ClogP値が12.4であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が10/36/54であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル1)の製造]
吸着剤としては、協和化学工業社製キョーワード500を用いた。
活性炭としては、日本エンバイロケミカルズ社製白鷺Pを用いた。
ディーンスタークトラップの付いた反応器にペンタエリスリトール122g(0.9モル、広栄パーストープ社製)、ペンタン酸44g(0.4モル、東京化成社製)、2−メチル酪酸159g(1.6モル、和光純薬社製)、および3,5,5−トリメチルヘキサン酸369g(2.3モル、協和発酵ケミカル社製)を仕込み、混合物を攪拌しながら室温で15分間窒素バブリングを行うことにより混合物を脱気した。
次いで、窒素バブリングを行いながら混合物を172〜235℃で14時間攪拌した。反応後、反応生成物を0.7kPaの減圧下、222℃で1時間攪拌することにより、反応生成物中の未反応のカルボン酸を留去した。反応生成物を、該反応生成物の酸価に対して2倍モルの水酸化ナトリウムを含むアルカリ水溶液200mLで、85℃で1時間洗浄した。次いで、反応生成物を、水200mLで、85℃で1時間、3回洗浄した。次いで、窒素バブリングを行いながら反応生成物を0.7kPaの減圧下、109℃で1時間攪拌することにより反応生成物を乾燥した。
反応生成物に吸着剤1.0g(反応生成物の重量0.2%に相当する)および活性炭8.0g(反応生成物の重量1.5%に相当する)を添加し、窒素バブリングを行いながら反応生成物を0.7kPaの減圧下、106℃で1時間攪拌した後、濾過助剤を用いて濾過することにより、混合エステル1を457g得た。
[実施例2]
[ばらつき度Xが1.71であり、平均ClogP値が12.0であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が36/16/48であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル2)の製造]
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/1.58/0.82/2.40にする以外は、実施例1と同様に操作して混合エステル2を得た。
[実施例3]
[ばらつき度Xが1.46であり、平均ClogP値が10.0であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が61/19/20であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル3)の製造]
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/2.68/1.08/1.04にする以外は、実施例1と同様に操作して、混合エステル3を得た。
[実施例4]
[ばらつき度Xが2.05であり、平均ClogP値が12.5であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が10/36/54であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル4)の製造]
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/4.80/0/0にする以外は、実施例1と同様に操作して、ペンタン酸とペンタエリスリトールのテトラエステル(エステルA)を得た。
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/0/1.92/2.88にする以外は、実施例1と同様に操作して、2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が38/62であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステルB)を得た。
次いで、エステルA、混合エステルBを、8/92の重量比(エステルA/混合エステルB比)で混合し、混合エステル4を得た。
[実施例5]
[ばらつき度Xが2.00であり、平均ClogP値が9.1であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が85/10/5であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル5)の製造]
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/0/4.80/0にする以外は、実施例1と同様に操作して、2−メチル酪酸とペンタエリスリトールのテトラエステル(エステル6)を得た。
ペンタエリスリトール、ペンタン酸、2−メチル酪酸および3,5,5−トリメチルヘキサン酸の使用量のモル比(ペンタエリスリトール/ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)を1/0/0/4.80にする以外は、実施例1と同様に操作して、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とペンタエリスリトールのテトラエステル(エステル7)を得た。
次いで、エステルA、エステル6およびエステル7を、85/10/5のモル比(エステルA/エステル6/エステル7比)で混合し、混合エステル5を得た。
[比較例1]
[ばらつき度Xが0であり、平均ClogP値が7.86である、2−メチル酪酸とペンタエリスリトールのテトラエステル(エステル6)の製造]
実施例5に記載の方法により、エステル6を得た。
[比較例2]
[ばらつき度Xが0であり、平均ClogP値が15.65である、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とペンタエリスリトールのテトラエステル(エステル7)の製造]
実施例5に記載の方法により、エステル7を得た。
[比較例3]
[ばらつき度Xが1.73であり、平均ClogP値が15.03であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が5/5/90であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル8)の製造]
エステルA、エステル6およびエステル7を、5/5/90のモル比(エステルA/エステル6/エステル7比)で混合し、混合エステル8を得た。
[比較例4]
[ばらつき度Xが3.66であり、平均ClogP値が12.15であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が10/36/54であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル9)の製造]
エステルA、エステル6およびエステル7を、10/36/54のモル比(エステルA/エステル6/エステル7比)で混合し、混合エステル9を得た。
[比較例5]
[ばらつき度Xが2.18であり、平均ClogP値が8.38であり、ペンタン酸と2−メチル酪酸と3,5,5−トリメチルヘキサン酸のモル比(ペンタン酸/2−メチル酪酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸比)が5/90/5であるペンタエリスリトールの混合エステル(混合エステル10)の製造]
エステルA、エステル6およびエステル7を、5/90/5のモル比(エステルA/エステル6/エステル7比)で混合し、混合エステル10を得た。
(試験例1)動粘度の測定
キャノン−フェンスケ粘度計を用い、JIS K2283:2000の方法に準じて、混合エステル1〜5、エステル6、エステル7、および混合エステル8〜10の、40℃および100℃における動粘度を測定した。また、同方法に準じて粘度指数を算出した。結果を表2および3に示す。
(試験例2)二層分離温度の測定
JIS K2211:2009の方法に準じて、混合エステル1〜5、エステル6、エステル7、および混合エステル8〜10の、ジフルオロメタンに対する低温側の二層分離温度を測定した。混合エステル1〜5、エステル6、エステル7、および混合エステル8〜10のそれぞれ0.28gと、ジフルオロメタン2.52gとを耐圧ガラス管に封入し、混合物を30℃から毎分0.5℃の速度で冷却し、混合物が二層分離または白濁する温度を低温側の二層分離温度とした。結果を表2および3に示す。
(試験例3)流動点の測定
自動流動点測定器RPC−01CML(離合社製)を用い、JIS K2269:1987の方法に準じて、混合エステル1〜5、エステル6、エステル7、および混合エステル8〜10の流動点を測定した。結果を表2および3に示す。
(試験例4)−20℃での固化、析出物有無の確認(低温特性の評価)
混合エステル1〜5、エステル6、エステル7、および混合エステル8〜10をそれぞれ1.0gガラス容器に入れ、−20℃に設定した恒温器中で24時間静置した。静置後の固化、析出物有無を目視にて確認し、固化または析出物が認められなかったものを「○」、認められたものを「×」とした。結果を表2および3に示す。
Figure 2015096470
Figure 2015096470
表2および3より、混合エステル1〜5は、100℃における動粘度が3.9〜7.9mm2/秒であって、二層分離温度が−15〜−49℃であった。本発明の混合エステルは、冷凍機油として必要な粘度範囲を確保しながらジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性を有することがわかる。
表2および3より、混合エステル1〜5は、−20℃において固化せず、また析出物も確認されなかった。本発明の混合エステルは、優れた低温特性を有することがわかる。
本発明により、優れた低温特性、および冷凍機油として必要な粘度範囲を確保しながらジフルオロメタン冷媒に対する優れた相溶性等を有する冷凍機油等に用いられる混合エステルを提供できる。

Claims (3)

  1. ペンタエリスリトールと、ペンタン酸と、2−メチル酪酸と、3,5,5−トリメチルヘキサン酸とからなる混合エステルであって、
    (1)式(I)〜(III)
    Figure 2015096470
    [式(I)〜(III)中、anは混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトー
    ルのテトラエステルにおける各成分のClogP値を表し、bnは混合エステルをガスクロマトグラフィーで測定したときの、混合エステルを構成する全成分のピーク面積の合計に対する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルにおける各成分のピーク面積比率(%)を表す]
    で表わされるばらつき度Xが1.0〜2.5の範囲にあり
    (2)前記混合エステルを構成する15種類のペンタエリスリトールのテトラエステルの平均ClogP値が9.0〜13.0の範囲にあり
    (3)前記混合エステルとジフルオロメタンの重量比(前記混合エステル:ジフルオロメタン)を90:10の割合で混合させた時の、低温側の二層分離温度が−10〜−60℃の範囲にある
    ことを特徴とする混合エステル。
  2. 100℃の動粘度が3.9〜9.0mm2/秒の範囲にある請求項1に記載の混合エステル。
  3. ジフルオロメタンのみを冷媒とする冷凍機用作動流体組成物であって、請求項1または請求項2に記載の混合エステルとジフルオロメタンとを含有する冷凍機用作動流体組成物。
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