JP2015507060A - 炭化水素冷媒を有する冷凍オイルおよび組成物 - Google Patents
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Landscapes
- Lubricants (AREA)
Abstract
Description
ii)優勢的にネオペンチルアルコールのC5〜10アルキルカルボキシレートエステル、例えば、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトールまたはペンタエリトリトールオリゴマーのうちの1種または複数種のC5〜10アルキルカルボキシレートエステル;を含む、ポリオールエステル潤滑剤組成物であって、そのアルキルカルボキシレートの大部分またはすべてが直鎖アルキルカルボキシレートである、組成物;
を含む、熱伝達デバイス用の動作流体であって、
そのポリオールエステル潤滑剤組成物が、40℃での動粘度22〜125cSt、140を超える粘度指数を有する、動作流体。多くの実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤は、ASTM D97によって決定される−40℃未満の流動点を有する。
の化合物の混合物を含み、
上記式中、nは、1〜20、例えば1〜12、または1〜10の整数であり、
Rがそれぞれ独立して、炭素原子5〜10個のアルキルカルボニルであり、大部分が直鎖アルキルカルボニルであり、
R1がそれぞれ独立して選択され、かつR基または式IIの置換基:
のいずれかであり、
そのポリオールエステル潤滑剤組成物は、少なくとも
a)式Iの化合物(nは1であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりモノペンタエリトリトールエステルである)、および
b)式Iの化合物(nは2であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりジペンタエリトリトールエステルである);
を含み;
例えば、そのポリオールエステル潤滑剤組成物は、少なくとも
a)式Iの化合物(nは1であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりモノペンタエリトリトールエステルである)、
b)式Iの化合物(nは2であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりジペンタエリトリトールエステルである)、および
c)式Iの化合物(nは3であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりトリペンタエリトリトールエステルである);
を含み;
例えば、そのポリオールエステル潤滑剤組成物は、少なくとも
a)式Iの化合物(nは1であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりモノペンタエリトリトールエステルである)、
b)式Iの化合物(nは2であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりジペンタエリトリトールエステルである)、および
c)式Iの化合物(nは3であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基、つまりトリペンタエリトリトールエステルである);
d)ペンタエリトリトールモノマー基4個以上のペンタエリトリトールオリゴマーである、式Iの化合物;
を含む。
a)式Iの化合物(nは1であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基である)約30〜約55重量%、例えば約40〜約50重量%、
b)式Iの化合物(nは2であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基である)約1〜約20重量%、例えば約10〜約20重量%、
c)式Iの化合物(nは3であり、R1はそれぞれ独立して選択され、かつR基である)約1〜約10重量%、例えば、約3〜約10重量%、
d)ペンタエリトリトールモノマー基4個以上のペンタエリトリトールオリゴマーである、式Iの化合物約25〜約45重量%、例えば約30〜約40重量%、
の混合物を含み、
その重量%が、潤滑剤組成物中に存在する式Iの化合物すべてに対する%であり、かつその混合物は、例えば本発明のトリメチロールプロパンエステルとブレンドされ得る。
を表し、かつ
式Vの化合物は、ペンタエリトリトール単位5個を有する式Iのオリゴマー(nは3であり、2つのR1基がペンタエリトリトールである)である。
実施例1:ポリペンタエリトリトールエステル
機械攪拌機、熱電対、温度調節器、ディーンスタークトラップ、凝縮器、窒素スパージャー、および真空源を備えた反応器に、ペンタエリトリトール(2.88モル)392g、n−ヘプタン酸(5.54モル)720gおよび強酸触媒を装入した。その初期装入物は、カルボキシル基とヒドロキシル基のモル比1:2.08を有し、初期装入物をエステル化して形成された水の期待量は5.54モルまたは約100グラムであった。混合物を約170℃の温度に加熱し、真空をかけ、反応で生じた水をトラップに収集し、収集された酸を反応器に戻した。
機械攪拌機、熱電対、温度調節器、ディーンスタークトラップ、凝縮器、窒素スパージャー、および真空源を備えた反応器に、トリメチロールプロパンおよび約15モル%過剰量のカプリル酸(n−オクタン酸:n−デカン酸の6:4ブレンドである)を装入した。
実施例1および実施例2のエステルを2:3の比でブレンドし、40℃での動粘度約32cStを有するブレンドポリオールエステルを得た。生成物の物理的性質を表1に示す。
機械攪拌機、熱電対、温度調節器、ディーンスタークトラップ、凝縮器、窒素スパージャー、および真空源を備えた反応器に、工業的純度のペンタエリトリトール(ペンタエリトリトール90重量%およびジペンタエリトリトール10重量%)および約15モル%過剰量のカプリル酸(n−オクタン酸:n−デカン酸の6:4ブレンドである)を装入した。
比較例1は、40℃での動粘度7.5cStおよび44cStを有する2種類のポリオールエステルの84:16(重量比)ブレンドである。7.5cStのエステルは、ネオペンチルグリコールと2−エチルヘキサン酸との反応生成物である。44cStのエステルは、ペンタエリトリトールと2−エチルヘキサン酸との反応生成物である。物理的性質を表1に示す。
比較例2は、SPECIAL DUTY AB150としてVirginia KMP Corporationから市販のISO32グレードのアルキル化ベンゼンである。生成物の物理的性質を表1に示す。
境界潤滑剤条件(金属と金属との直接的な接触)下での潤滑剤の耐極圧荷重性能。
黄銅製シャーピンによって所定の位置に保持された鋼ジャーナルを2つの固定V形ブロックに対して回転させて、4ライン接触が得られる。オイル潤滑剤用のオイル試料カップに、試験片およびその支持ジョーを浸漬する。ジャーナルを250rpmで駆動し、くるみ割り器作用レバーアームおよびスプリングゲージによってV形ブロックに荷重をかける。黄銅シャーピンがせん断するまで、または試験ピンが破断するまで、つめ車メカニズムを用いて試験中に荷重を作動し、連続的にランプ荷重をかける。Falex潤滑剤試験機に取り付けられたゲージからのトルクがポンドで報告される(表2)。耐荷重試験の結果から、一般的な分枝鎖酸ポリオールエステル潤滑剤およびアルキル化ベンゼン潤滑剤と比較した場合に、本発明の潤滑剤の優れた耐荷重性能が実証されている。
PCS Instrumentsから市販のミニ牽引機(MTM)を使用して、潤滑剤の潤滑性を評価した。この試験では、回転ボールオンディスク(ball−on−disk)型を用いて異なる2つの技術によって、潤滑剤の潤滑性/摩擦特性が測定される。作業の第1モードでは、境界(金属と金属の接触)、混合膜(流体膜と金属の混合物の接触)、弾性流体的(流体膜)および流体力学的(流体膜)などの潤滑様式の全範囲にわたって、潤滑性が測定される。ボールおよびディスクの速度は、滑り率(slide−roll−ratio)50%で同時に上昇し、摩擦係数は、定荷重および一定温度での巻込み(entrainment)速度の関数として測定される。これは、ディスクの速度が上昇した際に、ボールが常に、回転ディスク速度の50%で移動することを意味する。ディスクおよびボールの速度が高くなると、金属と金属の接触面に潤滑剤が移動するため、回転/滑り接触の前部で圧力が上がる。ある時点で、ボール接触とディスク接触の間に潤滑剤の巻き込みが生じるのに十分に速度が速くなり、かつ圧力が十分となる。この時点で、システムは、流体力学的潤滑下にあり;ボールとディスクの間の膜の完全性によって潤滑が制御されることを意味する。高い巻き込み速度で摩擦係数が低いことは、潤滑剤の潤滑性能が優れていることを意味する。表3は、実施例1、比較例1および比較例2についての様々な巻き込み速度での、40℃、80℃および120℃での摩擦係数を示す。
温度および圧力の関数として、潤滑剤/プロパン混合物の粘度および組成を測定する装置は、温度制御循環ループ含有ポンプ、質量流量/密度メーター、高圧粘度計、バルク潤滑剤/冷媒貯槽および圧力変換器からなる。熱電対は、ループにおける複数の場所、ならびに質量流量計および粘度計に直接位置する。ループのデザインは、液体混合物の連続的循環を可能にし、迅速な蒸気−液体平衡を達成する攪拌を提供する。潤滑剤を最初にシステムに重量測定(±0.02g)により装入し、循環ループを−10℃に冷却した。次に、目的のバルクプロパン/潤滑剤組成物を得るのに必要な量で、小さなステンレス鋼試料シリンダーからプロパンを重量測定(±0.02g)により装入した。安全面の理由から、ループを容量一杯に満たさず、小さな蒸気空間がバルク貯槽の上部に存在し、そのため気相中のプロパンを計上するために、蒸気空間の補正が組成物に適用された。システムに装入された後、歯車ポンプを使用して、測定装置のそれぞれによって液体を循環させた。バルク混合物の圧力は±0.20バールまで測定された。Micromotion CMF10質量流量計を使用して、液体密度を±0.002g/ccまで測定した。Cambridge粘度高圧電磁粘度計を使用して、液体粘度を値の±1.0%まで測定した。液体混和性の観察ができるように、粘度計ハウジングに2つの高圧のぞき窓を組み込み、バルク混合物圧力が、飽和冷媒圧力の1%以内である場合には、可能性のある相分離について混合物を確認することができる。温度範囲−10℃〜120℃(±0.5℃)で測定値を収集し、潤滑剤中のプロパンの組成は0〜20重量%であった。
Claims (16)
- i)C1〜6炭化水素冷媒と、
ii)1種または複数種のネオペンチルアルコールのC5〜10アルキルカルボキシレートエステルを含む、ポリオールエステル潤滑剤組成物と、
を含む、熱伝達デバイス用の動作流体であって、前記ネオペンチルアルコールが、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトールおよびポリオールペンタエリトリトールオリゴマーのうちの1種または複数種から選択され、かつ前記アルキルカルボキシレートの75モル%以上が直鎖アルキルカルボキシレートであり;前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、40℃での動粘度22〜125cSt、140を超える粘度指数を有する、動作流体。 - 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、ASTM D97によって決定される、−40℃未満の流動点を有する、請求項1に記載の動作流体。
- 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、式Iの化合物
(式中、nは、1〜12の整数であり、
Rがそれぞれ独立して、炭素原子5〜10個のアルキルカルボニルであり、
R1がそれぞれ独立して選択され、かつR基または式IIの置換基:
のいずれかであり、
前記アルキルカルボニルの75モル%以上が直鎖アルキルカルボニルである)
の混合物を含む、請求項1に記載の動作流体。 - 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、
a)式Iの化合物(nは1であり、R1がそれぞれ独立して選択され、かつR基である)30〜55重量%、
b)式Iの化合物(nは2であり、R1がそれぞれ独立して選択され、かつR基である)約1〜20重量%、
c)式Iの化合物(nは3であり、R1がそれぞれ独立して選択され、かつR基である)1〜10重量%、
d)ペンタエリトリトールモノマー基4個以上のペンタエリトリトールオリゴマーである、式Iの化合物25〜45重量%、
を含み、
前記重量%が、前記潤滑剤組成物中に存在する式Iの化合物すべての重量に対する%である、請求項3に記載の動作流体。 - 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、式Iの化合物と、他のネオペンチルポリオールのエステルとの混合物を含む、請求項3に記載の動作流体。
- 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が、式Iの化合物と、トリメチロールプロパンのC5〜10アルキルカルボキシレートエステルとの混合物を含み、トリメチルポリオールの前記エステルにおけるアルキルカルボニルの75モル%以上が直鎖アルキルカルボニルである、請求項5に記載の動作流体。
- 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物中のすべてのエステルの少なくとも50重量%が式Iの化合物である、請求項5に記載の動作流体。
- すべてのR基の少なくとも80モル%が独立して、炭素原子7〜10個の直鎖アルキルカルボニルから選択される、請求項3から7のいずれか一項に記載の動作流体。
- すべてのR基の少なくとも90モル%が独立して、炭素原子7、8および10個の直鎖アルキルカルボニルから選択される、請求項3から7のいずれか一項に記載の動作流体。
- すべてのR基の少なくとも90モル%が独立して、炭素原子7、8および10個の直鎖アルキルカルボニルから選択され、かつすべてのR基の少なくとも75モル%がn−ヘプタノイルである、請求項3から7のいずれか一項に記載の動作流体。
- 前記冷媒が、プロパン、ブタン、イソブタン、ブテンおよびイソブテンから選択される1種または複数種の冷媒である、請求項1に記載の動作流体。
- 成分i)およびii)に加えて、ハロゲン化炭素冷媒、CO2、鉱油、ポリα−オレフィン、アルキルベンゼン、式Iの化合物以外のカルボン酸エステル、ポリエーテル、ポリビニルエーテル、パーフルオロポリエーテル、リン酸エステルまたはその混合物のうちの1種または複数種をさらに含む、請求項1に記載の動作流体。
- 四フッ化炭素(R−14)、ジフルオロメタン(R−32)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R−134A)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(R−134)、ペンタフルオロエタン(R−125)、1,1,1−トリフルオロエタン(R−143A)およびテトラフルオロプロペン(R−1234YF)からなる群から選択されるハロゲン化炭素冷媒をさらに含む、請求項1に記載の動作流体。
- 冷媒R−123zeを含む、請求項1に記載の動作流体。
- 1種または複数種の酸化防止剤、極圧添加剤、耐摩耗添加剤、摩擦低減添加剤、消泡剤、予備発泡剤、金属不活性化剤、酸捕捉剤またはその混合物をさらに含む、請求項1に記載の動作流体。
- 前記ポリオールエステル潤滑剤の少なくとも一部が、過剰量のヒドロキシル基および酸触媒の存在下にて、炭素原子5〜10個を有する少なくとも1種類のモノカルボン酸と、炭素原子10個以下を有するネオペンチルポリオールを反応させて、部分的ポリネオペンチルポリオールエステルを形成し、前記酸触媒を中和し;炭素原子5〜10個を有する少なくとも1種類のモノカルボン酸と前記部分的ポリネオペンチルポリオールエステルを反応させることによって形成され、その結果得られる生成物混合物が、40℃での粘度約20〜125cStを有する、請求項1に記載の動作流体。
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