JP5467819B2

JP5467819B2 - 回転式コンプレッサー油組成物

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Publication number: JP5467819B2
Application number: JP2009199076A
Authority: JP
Inventors: 信神田; 健司林; 祥子阪田
Original assignee: Cosmo Oil Lubricants Co Ltd
Current assignee: Cosmo Oil Lubricants Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP2011046902A

Description

本発明は、回転式コンプレッサー油組成物に関する。

近年、地球規模での温暖化が進行し、温室効果ガスの一つである二酸化炭素排出量削減が急務となっている。わが国でも、２００６年にエネルギーの使用の合理化に関する法律、地球温暖化対策の推進に関する法律がそれぞれ改正施行され、工場、輸送事業者等はこれまで以上に電力消費量の削減が求められるようになってきた。電力消費量削減の一つの方法として、産業機械や輸送機械で使用される潤滑油側からの省電力化が図られている。

各種産業分野で用いられるコンプレッサーについても同様に省電力化が求められており、機械自体やそこで用いられる潤滑油について、種々の検討がなされている。例えば、機械面からは圧力損失を低減するよう適切な配管や空気槽を設置することや、エア漏れ無くすこと、圧縮機の容量性制御方式を負荷の少ないものにすることなどによる省電力化が図られている（例えば、非特許文献１、２参照）。また、潤滑油面からは、回転式コンプレッサーに用いられる潤滑油についての検討がなされており、特定の基油や摩擦調整剤等の添加剤を配合する検討がなされている（特許文献１、非特許文献３参照）。

特開２００８−１７９６７９号公報

油空圧技術、４５巻、２号、３２−３７頁（２００６年）潤滑経済、７月号、３４−３７頁（２００８年）潤滑経済、７月号、３８−４２頁（２００８年）

本発明は、コンプレッサーの中でも特に回転式コンプレッサーに用いられる潤滑油について、永久せん断安定性を向上させ、省電力効果を向上させることを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、特定範囲の４０℃動粘度、粘度指数及び１５℃密度を有する炭化水素系潤滑油基油、特定の重量平均分子量を有するポリメタクリレート系粘度指数向上剤を配合し、得られる組成物の４０℃における動粘度、粘度指数及び１５℃における密度を特定の範囲にすることで、永久せん断安定性に優れた回転式コンプレッサー油が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、（Ａ）４０℃動粘度が８〜２０ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が９０〜１４０であり、１５℃密度が０．８１〜０．８５ｇ／ｃｍ^３である炭化水素系潤滑油基油、及び（Ｂ）重量平均分子量が４０，０００〜７０，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤を含有する組成物であって、該組成物の４０℃における動粘度が１９〜２６ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が１９０〜２４０であり、１５℃における密度が０．８２〜０．８５ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする回転式コンプレッサー油組成物を提供するものである。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物は、永久せん断安定性に優れている。また、本発明の回転式コンプレッサー油組成物を用いた回転式コンプレッサーの省電力化を図ることができる。なお、回転式コンプレッサー油は、せん断力がかかることで化学構造の不可逆的な変化が生じ、せん断力を解除した条件に戻しても粘度が元に戻らない、すなわち永久的な粘度低下を起こすことがある。このせん断力による永久的な粘度低下に対する耐性を「永久せん断安定性」という。

（１）基油
本発明の回転式コンプレッサー油組成物に用いられる基油としては、特に制限はなく、鉱油系潤滑油基油や合成系潤滑油基油やその混合物を使用することができる。鉱油系潤滑油基油としては、例えば、原油の潤滑油留分を溶剤精製、水素化精製、水素化分解精製、水素化脱蝋などの精製法を適宜組合せて精製したものが挙げられる。合成系潤滑油基油としては、例えば、α−オレフィンオリゴマーや、メタン等の天然ガス等を原料としてフィッシャー−トロプシュ合成によって得られたワックスを原料として製造される基油等が挙げられる。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物に用いる炭化水素系潤滑油基油の４０℃動粘度は、ＪＩＳＫ２２８３動粘度試験方法において、８〜２０ｍｍ^２／ｓである。４０℃動粘度が８ｍｍ^２／ｓ未満であると、適当な油膜厚さが保たれなくなり、十分な摩耗防止性を得づらくなる。４０℃動粘度が２０ｍｍ^２／ｓを超えると、省電力効果が得づらくなる。炭化水素系潤滑油基油の４０℃動粘度は、８〜２０ｍｍ^２／ｓである。なお、複数の基油成分を混合した基油を用いる場合には、混合後の基油の４０℃動粘度が上記の範囲内であればよく、各基油成分の４０℃動粘度が上記範囲内であることがより好ましい。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物で用いる炭化水素系潤滑油基油は、４０℃動粘度が上記範囲を満たすものであれば、どのような性状のものでもよく、特に制限はないが、より良好な性能を確保するという観点からは以下の性状を有することが好ましい。
本発明の回転式コンプレッサー油組成物で用いる炭化水素系潤滑油基油の粘度指数は、ＪＩＳＫ２２８３動粘度試験方法において、９０〜１４０である。粘度指数を９０以上とすることで、低温粘度を低く抑えやすく、低温始動時の電力消費量を抑制し、より高い省電力効果を得やすい傾向にあるため好ましい。炭化水素系潤滑油基油の粘度指数は、９０〜１４０であり、より好ましくは９０〜１３０である。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物で用いる炭化水素系潤滑油基油の密度は、ＪＩＳＫ２２４９密度試験方法（１５℃）において、０．８１〜０．８５ｇ／ｃｍ^３である。１５℃密度を０．８１ｇ／ｃｍ^３以上とすることで、添加剤の適度な溶解性を確保しやすい傾向にあるため好ましい。１５℃密度を０．８５ｇ／ｃｍ^３以下とすることで、配管等の圧力損失を抑制しやすく、より高い省電力効果を得やすい傾向にあるため好ましい。炭化水素系潤滑油基油の１５℃密度は、０．８１〜０．８５ｇ/ｃｍ^３であり、より好ましくは０．８２〜０．８４ｇ/ｃｍ^３である。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物で用いる炭化水素系潤滑油基油の芳香族分は、ＡＳＴＭＤ３２３８環分析方法による％ＣＡで１．５以下であることがより好ましい。％ＣＡを１．５％以下とすることでより熱酸化安定性の高い組成物を得ることができる。
本発明の回転式コンプレッサー油組成物には、本発明の目的を害さない範囲内で、前記基油以外の他の基油を含んでもよいが、前記基油の含有割合は、基油全量に対して７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、８５質量％以上であることがさらに好ましく、９０質量％以上であることが特に好ましい。

（２）ポリメタクリレート系粘度指数向上剤
本発明の回転式コンプレッサー油組成物に用いるポリメタクリレート系粘度指数向上剤（以下、ＰＭＡ系粘度指数向上剤ということもある）としては、式（１）で表わされる化合物の中から選ばれる少なくとも１種以上のモノマーを重合してなる非分散型ポリメタクリレート系粘度指数向上剤、式（１）で表わされる化合物の中から選ばれる少なくとも１種以上のモノマーと、極性基をもつモノマーとを共重合してなる分散型ポリメタクリレート系粘度指数向上剤が挙げられる。

（式（１）中のＲ^１は水素原子またはメチル基を表し、同一であっても、異なっていてもよい。式（１）中のＲ^２は炭素数１〜１８の直鎖もしくは分岐鎖のアルキル基を表す。）
極性基をもつモノマーの具体例としては、アルキル−ビニルピリジン、Ｎ−ビニルピロリドン及びビニルイミダゾール等の窒素原子含有化合物、ポリアルキレングリコールエステル、マレイン酸エステル及びフマル酸エステル等のエステル類が挙げられる。これらは１種でも、２種以上でも用いることができる。
ポリメタクリレート系粘度指数向上剤は、分散型、非分散型のいずれであってもよいが、熱酸化安定性の観点から、非分散型ポリメタクリレート系粘度指数向上剤であることが好ましい。

ポリメタクリレート系粘度指数向上剤の重量平均分子量は４０，０００〜７０，０００、より好ましくは４０，０００〜６５，０００である。重量平均分子量を４０，０００以上とすることで、より高い省電力効果が得やすくなる傾向になる。重量平均分子量を７０，０００以下とすることで、より良好な永久せん断安定性を得やすい傾向にある。

なお、重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーで測定され、ポリスチレン換算による値である。
なお、複数のポリメタクリレート系粘度指数向上剤を用いる場合には、混合後のポリメタクリレート系粘度指数向上剤の重量平均分子量が上記の範囲であればよいが、ただし永久せん断安定性をより良好なものとするためには、各ポリメタクリレート系粘度指数向上剤の重量平均分子量が上記範囲内であることがより好ましい。

ポリメタクリレート系粘度指数向上剤の回転式コンプレッサー油組成物全量に対する配合量は、好ましくは１〜２０質量％であり、好ましくは２〜１０質量％であり、より好ましくは２〜５質量％である。配合量を２質量％以上とすることで、省電力効果をより得やすくできる傾向にある。配合量を２０質量％以下とすることで、より良好な永久せん断安定性を得やすい傾向にある。
上記のポリメタクリレート系粘度指数向上剤は、１種を単独使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

また、本発明の回転式コンプレッサー油組成物には、本発明の効果を損ねない範囲内であれば、前記ポリメタクリレート系粘度指数向上剤以外の他の粘度指数向上剤を含んでもよい。

（３）その他の添加剤
本発明の回転式コンプレッサー油組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、必要に応じて各種の公知の添加剤を配合することができる。例えば、酸化防止剤、極圧剤、油性剤、清浄分散剤、さび止め剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、泡消剤、抗乳化剤等が挙げられる。
酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等のフェノール系酸化防止剤、アルキル化ジフェニルアミン、アルキル化フェニル−α−ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤、ホスホン酸エステル等のリン系酸化防止剤等が挙げられる。

極圧剤としては、リン酸エステル、酸性リン酸エステル等のリン系極圧剤、硫化オレフィン、ポリサルファイド、硫化油脂等の硫黄系極圧剤、ジチオリン酸誘導体や前記硫黄系極圧剤とリン系極圧剤の混合物等のリン−硫黄系極圧剤、ＺｎＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ等の有機金属系極圧剤が挙げられる。
油性剤としては、オレイン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、オレイルアルコール等の高級アルコール、オレイルアミン等のアミン、ブチルステアレート等のエステルが挙げられる。
清浄分散剤としては、アルケニルコハク酸イミド、アルケニルコハク酸エステル等の無灰系清浄分散剤、アルカリ土類金属系清浄分散剤が挙げられる。

さび止め剤としては、カルボン酸、金属セッケン、カルボン酸アミン塩、スルホン酸の金属塩、多価アルコールの部分エステル等が挙げられる。
金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾ−ルおよびその誘導体、アルキルコハク酸誘導体が挙げられる。
流動点降下剤としては、ポリアルキルメタクリレート、ポリブテン、ポリアルキルスチレン、ポリビニルアセテート、ポリアルキルアクリレート等が挙げられる。
消泡剤としては、シリコーン油やエステル系消泡剤等が挙げられる。
抗乳化剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤等の抗乳化剤が挙げられる。

（４）組成物の性状
本発明の回転式コンプレッサー油組成物の４０℃動粘度は、ＪＩＳＫ２２８３動粘度試験方法において、１９〜２６ｍｍ^２／ｓである。４０℃動粘度が１９ｍｍ^２／ｓ未満であると、適当な油膜厚さが保たれなくなり、十分な摩耗防止性が得にくくなる傾向にある。４０℃動粘度が２６ｍｍ^２／ｓを超えると、省電力効果を十分に得づらくなる。本発明の回転式コンプレッサー油組成物の４０℃動粘度は、１９〜２６ｍｍ^２／ｓであり、より好ましくは２０〜２４ｍｍ^２／ｓである。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物の粘度指数は、ＪＩＳＫ２２８３動粘度試験方法において、１９０〜２４０である。粘度指数が１９０以上とすることで、低温粘度を抑制しやすいため、低温始動時の電力消費量を抑制しやすく、より高い省電力効果を得やすい傾向にある。本発明の回転式コンプレッサー油組成物の粘度指数は、１９０〜２４０である。
本発明の回転式コンプレッサー油組成物の密度は、特に制限はないが、ＪＩＳＫ２２４９密度試験方法（１５℃）において、０．８２〜０．８５ｇ/ｃｍ^３である。１５℃密度を０．８２ｇ/ｃｍ^３以上とすることで、添加剤の適度な溶解性を確保しやすい傾向にあり、１５℃密度を０．８５ｇ/ｃｍ^３以下とすることで、配管等の圧力損失を抑制しやすく、より高い省電力効果を得やすい傾向にあるため好ましい。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は、これらの例によって何ら制限されるものではない。
各実施例、比較例においてスクリューコンプレッサー油の調製に用いた基油、添加剤成分は次のとおりである。

（Ａ）基油
（Ａ−１）水素化精製鉱油
４０℃動粘度：１２．２ｍｍ^２／ｓ、１００℃動粘度：２．９ｍｍ^２／ｓ、粘度指数：９４、１５℃における密度：０．８３４ｇ／ｃｍ^３、％ＣＡ：０．３
（Ａ−２）水素化分解鉱油
４０℃動粘度：３１．６ｍｍ^２／ｓ、１００℃動粘度：５．５２ｍｍ^２／ｓ、粘度指数：１１２、１５℃における密度：０．８６０ｇ／ｃｍ^３、％ＣＡ：０．０

４０℃動粘度、１００℃動粘度、粘度指数はＪＩＳ
Ｋ２２８３動粘度試験方法、密度はＪＩＳＫ２２４９密度試験方法により測定した。％ＣＡはＡＳＴＭＤ３２３８環分析により測定した。分子量は、ＡＳＴＭＤ２５０２分子量試験方法にて測定した。

（Ｂ）粘度指数向上剤
（Ｂ−１）ＰＭＡ
重量平均分子量が５３，０００、Ｍｗ／Ｍｎが１．９である、非分散型ポリメタクリレート系粘度指数向上剤（希釈油含有量３０質量％）
（Ｂ−２）ＰＭＡ
重量平均分子量が９４，０００、Ｍｗ／Ｍｎが１．９である、非分散型ポリメタクリレート系粘度指数向上剤（希釈油含有量３５質量％）
※（Ｂ−１）〜（Ｂ−２）の重量平均分子量はゲル浸透クロマトグラフィーにて測定し、ポリスチレン換算にて算出した。ゲル浸透クロマトグラフィーはカラムにＳｈｏｄｅｘ
ＧＰＣＬＦ−８０４を３本、移動層にＴＨＦ、検出器に示差屈折検出器を用いた。

（Ｃ）摩擦調整剤
オレイン酸
（Ｄ）その他添加剤
酸化防止剤、腐食防止剤、消泡剤等

（評価方法）
スクリューコンプレッサー油の永久せん断安定性、および省電力効果について、下記の評価方法により評価した。
＜永久せん断安定性試験＞
超音波法（ＪＰＩ−５Ｓ−２９準拠、高出力法）にて行い、６０分超音波照射後の４０℃動粘度を測定した。超音波照射前の４０℃動粘度を基準として、４０℃動粘度低下率（％）を評価した。

＜省電力効果＞
スクリューコンプレッサー運転時の消費電力を測定、省電力効果を評価した。
北越工業株式会社製スクリューコンプレッサーＳＡＳＧ４Ｐ−５０/６０を用い、２４時間、吐出圧力０．５ＭＰaでの消費電力を測定した。なお、電力計は日置電機株式会社製３１６８クランプオンパワーハイテスタを用いた。
比較例３の消費電力を基準とした場合の、各実施例と比較例の消費電力の変化率を省電力効果（％）として評価した。

以上の結果から、本発明のスクリューコンプレッサー油である実施例１は高い省電力効果を有しており、永久せん断安定性も他の比較例と比べて良好であることがわかる。
一方、本発明で規定する分子量よりも高い分子量を有するポリメタクリレートを配合した比較例１では、せん断安定性が極めて悪く実用的ではない。また、ポリメタクリレート粘度指数向上剤に代えて摩擦調整剤を配合した比較例２や、ポリメタクリレート粘度指数向上剤や摩擦調整剤を配合しなかった比較例３では省電力効果は得られなかった。

本発明の回転式コンプレッサー油組成物は、スクリュー式コンプレッサー、スクロール式コンプレッサー、ベーン式コンプレッサー、ターボ式コンプレッサーなどの回転式コンプレッサーに用いることができるが、その中でも特にスクリュー式コンプレッサーに最適に用いることができる。

Claims

（Ａ）４０℃動粘度が８〜２０ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が９０〜１４０であり、１５℃密度が０．８１〜０．８５ｇ／ｃｍ^３である炭化水素系潤滑油基油、及び（Ｂ）重量平均分子量が４０，０００〜７０，０００であるポリメタクリレート系粘度指数向上剤を含有する組成物であって、該組成物の４０℃における動粘度が１９〜２６ｍｍ^２／ｓであり、粘度指数が１９０〜２４０であり、１５℃における密度が０．８２〜０．８５ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする回転式コンプレッサー油組成物。