JP5767130B2 - 気泡誘導剤を含む冷媒潤滑剤組成物 - Google Patents

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Description

本発明は潤滑剤組成物及び冷却装置におけるその使用に関する。
冷却装置における過度の気泡形成は望ましくないことが知られている。気泡形成はモーターワインディングの冷却及びコンプレッサーからの熱の除去における潤滑剤組成物の有効性を低減する。また、気泡が多すぎると、装置ポンプをとおして多量の潤滑剤組成物が通過しすぎ、そして冷却装置の低圧側に入る。しかしながら、適度な量の気泡形成は有利であることがあり、冷却装置コンプレッサー内の騒音の抑制のためには特に有利であることがある。１９９８ ASHRAE Refrigeration Handbookのセクション７．２０は「潤滑剤レベルの上の気泡状の層はコンプレッサーの動部品により生じる騒音を減衰する。」と述べている。気泡形成の他の利点もあり、例えば、国際公開ＷＯ９５／１２６４９号明細書に開示されているような蒸気開放速度の抑制及び米国特許第４，８２９，７８６号明細書に開示されているような改良されたオイルリターンの促進である。
歴史的に、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）及びヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）冷媒ガスのための潤滑剤組成物中に鉱油が用いられていた。これらの潤滑剤組成物／ＣＦＣ／ＨＣＦＣ混合物は気泡形成する傾向を示した。気泡形成が望ましくなく又は過度である特定の場合には、気泡生成を抑制する必要があることがわかった。気泡形成が有利である別の場合には、気泡形成を促進する必要があることがわかった。例えば、米国特許第３，７９２，７５５号明細書は、操作中の気密コンプレッサー装置により生じる騒音を減衰するための方法であって、その装置が操作の間に潤滑剤組成物を攪拌する手段を有し、その潤滑剤組成物がオルガノシロキサンである気泡形成剤を含む、方法を開示している。気泡形成剤は、操作の間にコンプレッサー装置により生じる騒音を吸収しそのため減衰するように作用する微細バブルのフロス又はフォームを発生しそして保持することを援助する。米国特許第３，７９２，７５５号明細書に開示されたＣＦＣはトリクロロエチレン、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）及びモノクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）を含む。
近年、法律により、このような伝統的な冷媒ガスから、より低い又はゼロ−オゾン欠乏ポテンシャルを有する代替品、例えばヒドロフルオロカーボンガス（ＨＦＣ）に移行することが指示されている。冷媒ガスのこの変化は、これらの新規のＨＦＣガスと相溶性でない鉱油からの潤滑剤組成物の変化を要求してきた。より極性であるＨＦＣ相溶性の合成潤滑剤組成物が使用されている。このような合成潤滑剤組成物のための適切なベース流体の例は、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリビニルエーテル及びアルキルベンゼンである。
ＨＦＣ冷媒ガスと、このような合成潤滑剤組成物との混合物は、鉱油をベースとする潤滑剤組成物とＣＦＣとの混合物よりもずっと低い生来的な気泡形成傾向を示す傾向にあることがわかった。例えば、米国エネルギー省により支援された研究を報告し、１９９８年３月にThe Air-Conditioning and Refrigeration Technology Instituteのために準備されたリファレンス番号ＤＯＥ／ＣＥ／２３８１０−８８ａ、"Foaming Characteristics of Refrigerant/Lubricant Mixtures"チャプター５を参照されたい。結果的に、気泡生成が有利である場合には、潤滑剤組成物中に微細バブルのフロス又はフォームを生成させる必要がある。このような気泡の生成は潤滑剤組成物中に気泡形成剤を添加することにより達成される。
既知の気泡形成剤は珪素をベースとしたものであり、例えば、オルガノシロキサン又はシリコーンである。国際公開ＷＯ９５／１２６４９号明細書は少なくとも１つのコンプレッサーを有し、そしてハロカーボン冷媒ガス、好ましくはＨＦＣを含む冷却装置における使用のための、合成ポリオールエステル潤滑剤及び気泡密度増加剤を含む潤滑剤組成物を開示している。気泡密度増加剤は好ましくはシロキサンであるが、ハロゲン化脂肪族ポリマーエステルであってもよく（例えば、3Mから入手可能なFluorad FC430）、それは気泡密度を増加させかつコンプレッサーからの蒸気生成を抑制することがわかっている。
ＥＰ０５９０２３８Ａ１はＨＦＣ冷媒を圧縮するためのコンプレッサーであって、ペンタエリトリトールエステル及びシロキサン気泡形成剤からなる潤滑剤組成物が存在し、オイル気泡層がコンプレッサーの操作の間に形成されて、コンプレッサーの騒音を低減することを特徴とするコンプレッサーを開示している。
ＪＰ１００８８１７３Ａ２は、ＨＦＣ冷媒、少なくとも２つのエステル結合を有するエステルオイル潤滑剤、加水分解安定剤、酸化防止剤及び０．００１〜０．０１重量％のシリコーン油を含む、騒音低減のための冷却コンプレッサー用潤滑剤組成物を開示している。
しかしながら、これらのケイ素含有気泡形成剤は潤滑剤組成物のベースオイルと部分的に混和性であるのみであるから、全ての冷却装置にとって適切であるわけではない。これは冷却装置の低温部でケイ素含有添加剤の分離をもたらす。ケイ素含有添加剤の損失は、添加剤欠乏による気泡形成の損失、熱交換表面でのファウリング及びバルブ閉塞をもたらすこともある。さらに、金属表面上に存在するシリコーンはこのような表面での塗装を妨害する。このため、代替する気泡形成剤が探求されている。
したがって、１つの態様において、本発明は、
ａ）合成潤滑剤ベースオイル、及び、
ｂ）下記式
Figure 0005767130
 （式中、−Ｏ−（ＲＯ）n−はポリエーテル主鎖であり、
Ｒは１〜１０個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているＲ基は同一であっても又は異なっていてもよく、
ｎは１〜１０００であり、そして、
Ｘ及びＹは末端基である）を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物を提供する。
「部分的にハロゲン化された」とは、アルキル基の少なくとも１つの水素原子がハロゲン原子によって置換されていることを意味する。好ましくは、アルキル基の炭素原子の各々にある少なくとも１つの水素原子はハロゲン原子によって置換されており、より好ましくは、アルキル基の水素原子のすべてがハロゲン原子によって置換されて、Ｒが完全にハロゲン化されたアルキル基である。好ましくは、ハロゲン原子はフッ素原子である。アルキル基の全ての水素原子をフッ素原子で置換している場合は特に好ましい。
アルキル基Ｒは枝分かれされていても又は直鎖であってもよく、それは飽和であっても又は不飽和であってもよい。Ｒは好ましくは１〜７個の炭素原子を有し、好ましくは１〜４個の炭素原子を有する。好ましいＲの例は、−ＣＦ2−、−ＣＦ2ＣＦ2−、−ＣＦ（ＣＦ3）−、−ＣＦ（ＣＦ3）ＣＦ2−、−ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2−及び−ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2−を含む。Ｒはポリエーテルがブロック、ランダムもしくはグラフトコポリマー又はホモポリマーであるように選択できる。
ｎは好ましくは１〜１００であり、より好ましくは１〜５０である。ｎはＲ基について同一であっても又は異なっていてもよい。
好ましい態様の例は、
Figure 0005767130
 （式中、Ｒ1及びＲ2はＲについて規定されるとおりであるが、Ｒ1はＲ2とは異なり、ｎ１及びｎ２は同一であっても又は異なっていてもよい）である。
ポリエ−テル主鎖は２つの末端基、Ｘ及びＹを有する。好ましくは、末端基Ｘ及びＹの少なくとも１つは少なくとも１つの官能化された基を含む。官能化された基のタイプは、ヒドロキシル、エステル、エトキシル化ヒドロキシル、エトキシル化エステル、有機および無機のアミン、シアノ及びアミドを含む。この又は各々の官能化された基はポリエーテル主鎖に直接的に結合されるように末端基上で位置しても、或いは、ポリエーテル主鎖から離れて末端基の端に位置しても、或いは、末端基の主鎖内に位置してもよい。好ましくは、官能化された基はポリエーテル主鎖から離れて末端基の端に位置する。その又は各々の末端基に存在しうる他の基はアルキル及びハロアルキル、特にフルオロアルキルを含む。好ましくは、末端基は合成潤滑剤ベースオイル中での気泡誘導剤の可溶性を付与するような基である。官能化された基を含む末端基の例は、−ＣＦ2ＣＯＯＣＨ3、−ＣＦ2ＣＨ2ＯＨ、−ＣＦ2ＣＨ2Ｏ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）nＨ及び−ＣＦ2ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2ＯＨを含む。
気泡誘導剤は好ましくは分子量が１００〜１００００原子単位であり、より好ましくは２００〜５０００原子単位である。それは潤滑剤組成物中に０．０００１〜１．０重量％の含有量で存在し、好ましくは０．０００１〜０．０５重量％の含有量で存在する。
合成潤滑剤ベースオイルは潤滑剤組成物がＨＦＣ冷媒ガスと相溶性であるように選択される。好ましくは、それはアルキルベンゼン、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール及びエステルから選ばれる。好ましくは、合成潤滑剤ベースオイルはエステルであり、より好ましくは、ポリオール、好ましくは脂肪族炭化水素をベースとするポリオールであって、２〜６個のヒドロキシル基を有し、好ましくは３〜１２個の炭素原子を有するポリオールの誘導体であるエステルである。適切なポリオールはネオペンチルグリコール、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン及びジペンタエリトリトールを含む。エステルはこのようなポリオールと、３〜１２個の炭素原子を有する１種以上の直鎖もしくは枝分かれの飽和もしくは不飽和モノカルボン酸及び場合により、４〜５４個の炭素原子を有する１種以上の直鎖もしくは枝分かれの飽和もしくは不飽和ポリカルボン酸とを反応させることにより誘導される。好ましくは、ポリカルボン酸は、存在するならば、２又は３個のカルボキシル基を有する。上記の酸の全てはエステル化可能な誘導体、例えば、酸無水物で置き換えてもよい。
適切な潤滑剤組成物の例は、Imperial Chemical Industries plcの商業部門であるUniqemaから入手可能なEMKARATE RLの範囲の冷媒潤滑剤を含む。これらの潤滑剤組成物のための合成潤滑剤ベースオイルは、５〜１０個の炭素原子を有する直鎖及び／又は枝分かれ酸（又はそのエステル化可能な誘導体）と反応したペンタエリトリトールもしくはそのオリゴマー及び／又はネオペンチルグリコールから誘導される。
合成潤滑剤組成物ベースオイルは４０℃で２〜５００ｃＳｔの粘度を有する。潤滑剤組成物は４０℃で２〜５００ｃＳｔの粘度を有する。潤滑剤組成物はオルガノシロキサンもしくはシリコーンなどの他の気泡形成剤をさらに含んでもよい。存在するならば、このような他の気泡形成剤は潤滑剤組成物中０．０００１〜１．０重量％の含有量であり、好ましくは、０．０００１〜０．１重量％の含有量であり、より好ましくは０．０００１〜０．０５重量％の含有量である。潤滑剤組成物は、また、他の機能性潤滑剤添加剤をも含んでよい。適切な添加剤は酸化防止剤、耐磨耗剤、極圧剤（extreme pressure agents）、酸掃去剤、安定剤、界面活性剤、粘度指数改良剤、腐蝕抑制剤、金属不活性化剤もしくはパッシベータ、滑性改良剤もしくは油性付与剤（oiliness agents）及び摩擦改良剤を含む。
第二の態様において、本発明は、ａ）合成潤滑剤ベースオイル、及び、
ｂ）下記式
Figure 0005767130
 （式中、−Ｏ−（ＲＯ）n−はポリエーテル主鎖であり、
Ｒは１〜１０個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているＲ基は同一であっても又は異なっていてもよく、
ｎは１〜１０００であり、そして、
Ｘ及びＹは末端基である）を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物の冷却装置における使用を提供する。
冷却装置における冷媒は適切には、ヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、ＨＦＣ、又は、少なくとも１種のＨＦＣ、ＨＣＦＣ又はその両方を含む冷媒のブレンドを含む。好ましくは、冷媒は塩素原子を全く含まない。適切なＨＦＣガスはＲ１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）、Ｒ−３２（ジフルオロメタン）、Ｒ−１２５（１，１，１，２，２−ペンタフルオロエタン）、Ｒ−１５２ａ（１，１−ジフルオロエタン）及びＲ−１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン）を含む。冷媒ブレンド中に他の成分、例えば、好ましくは１〜６個の炭素原子を有する炭化水素、フッ素化炭化水素及び他の冷媒、例えば、二酸化炭素又はアンモニアを含んでよい。
本発明は以下の制限しない実施例を参照してさらに説明される。
例１
ICIからのEMKARATE RL 22H及び種々の含有量の気泡誘導剤、AusimontからのFomblin HC-OH（ＨＯＣＨ2ＣＦ2Ｏ−（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）p−（ＣＦ2Ｏ）q−ＣＦ2ＣＨ2ＯＨ）を含む潤滑剤組成物２００ｍｌの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温（２４．５℃）で測定した。潤滑剤組成物の気泡形成傾向を、潤滑油の気泡形成特性の標準試験法である標準試験法ＡＳＴＭ Ｄ−８９２−９７を用いて決定した。試験は、潤滑剤組成物２００ｍｌをとおして空気をバブリングすることにより生じる気泡の体積から気泡形成傾向を決定する。
結果を表１に示す。
例２
例１を繰り返したが、潤滑剤組成物をとおして空気の代わりにＲ１３４ａをバブリングした。結果を表２に示した。
例３
例１を繰り返したが、Fomblin CH-OHをAusimontからのFluorolink E10（Ｈ（ＯＣＨ2ＣＨ2）nＯＣＨ2ＣＦ2Ｏ−（ＣＦ2ＣＦ2Ｏ）p−（ＣＦ2Ｏ）q−ＣＦ2ＣＨ2Ｏ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）nＨ）で置き換えた。結果を表３に示す。
Figure 0005767130
Figure 0005767130
Figure 0005767130
例４
ICIからの種々のEMKARATE RL グレード及び気泡誘導剤、Fomblin HC-OHを含む潤滑剤組成物２００ｍｌの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温（２４．５℃）で、空気及びＲ１３４ａの両方をバブリングすることにより測定した。結果を表４に示す。
Figure 0005767130
例５
ICIからのEMKARATE RL 22H及び種々の気泡誘導剤を含む潤滑剤組成物２００ｍｌの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温（２４．５℃）で測定した。結果を表５に示す。
Figure 0005767130
 FS1265はDowからのトリフルオロメチルシロキサンである。
Fomblin Y LvacはAusimontからの分子量が約２４００であるペルフルオロアルキルエーテルである。
PDMS 1は粘度が５０ｃＳｔのAkrochemからのSilicone Fluid SWS-101 50である。
PDMS 2は粘度が３５０ｃＳｔのAkrochemからのSilicone Fluid SWS-101 350である。
Fluorad FC430は3Mからのフッ素化界面活性剤である。
結果は本発明の潤滑剤組成物の優れた気泡形成傾向及び安定性を示す。
例６
２５０ｐｐｍのFomblin HC-OH及び１２０ｐｐｍのAkrochemからの５０ｃＳｔSilicone Fluid SWS-101 50の添加を用いて例１を繰り返した。結果を表６に示す。
Figure 0005767130

Claims (9)

  1. ａ）合成潤滑剤ベースオイル、及び、
    ｂ）下記式
    Figure 0005767130
     （該式中、−Ｏ−（ＲＯ）n−はポリエーテル主鎖であり、
    Ｒは１〜１０個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているＲ基は同一であっても又は異なっていてもよく、
    ｎは１〜１０００であり、そして、
    Ｘ及びＹは末端基であり、該末端基Ｘ及びＹは、ヒドロキシル、エステル、エトキシル化ヒドロキシル、およびエトキシル化エステルから成る群から選択される官能基を含み、ＸおよびＹの少なくとも一方は、−ＣＦ2ＣＯＯＣＨ3、−ＣＦ2ＣＨ2ＯＨ及び−ＣＦ2ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2ＯＨからなる群から選ばれる。）を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
    を含む潤滑剤組成物。
  2. 前記Ｒが、１〜７個の炭素原子を有する完全にハロゲン化されたアルキル基である、請求項１に記載の潤滑剤組成物。
  3. 前記ハロゲンがフッ素である、請求項１又は２に記載の潤滑剤組成物。
  4. 前記ｎが１〜１００である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の潤滑剤組成物。
  5. 前記少なくとも１つの官能基が、前記ポリエーテル主鎖から離れた末端基の端にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載の潤滑剤組成物。
  6. 前記気泡誘導剤が潤滑剤組成物の重量の０．０００１〜０．１％の含有量で存在する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の潤滑剤組成物。
  7. 前記合成潤滑剤ベースオイルが、アルキルベンゼン、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール及びエステルから選ばれる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の潤滑剤組成物。
  8. 前記合成潤滑剤ベースオイルが、ポリオールの誘導体であるエステルである、請求項７に記載の潤滑剤組成物。
  9. ａ）合成潤滑剤ベースオイル、及び、
    ｂ）下記式
    Figure 0005767130
     （該式中、−Ｏ−（ＲＯ）n−はポリエーテル主鎖であり、
    Ｒは１〜１０個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているＲ基は同一であっても又は異なっていてもよく、
    ｎは１〜１０００であり、そして、
    Ｘ及びＹは末端基であり、該末端基Ｘ及びＹは、ヒドロキシル、エステル、エトキシル化ヒドロキシル、およびエトキシル化エステルから成る群から選択される官能基を含み、ＸおよびＹの少なくとも一方は、−ＣＦ2ＣＯＯＣＨ3、−ＣＦ2ＣＨ2ＯＨ及び−ＣＦ2ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ2ＯＨからなる群から選ばれる。）を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
    を含む潤滑剤組成物の冷却装置における使用。
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