JP5848465B2 - Frozen oil and composition having hydrocarbon refrigerant - Google Patents

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本出願は、その開示内容が参照により本明細書に組み込まれる、2012年2月8日出願の米国仮特許出願第61/596,376号明細書および2013年2月5日出願の米国特許出願第13/759,139号明細書の35USC119(e)の下での利益を主張する。   This application is a U.S. provisional application 61 / 596,376 filed on February 8, 2012 and a US patent application filed on February 5, 2013, the disclosures of which are incorporated herein by reference. Claims the benefit under 35 USC 119 (e) of 13 / 759,139.

冷凍および空気調和システムなどの熱伝達デバイスに適した、ポリオールエステル潤滑剤組成物、ならびに炭化水素冷媒を含有する動作流体であって、ネオペンチルポリオールのアルキルカルボキシエステルの混合物を含む動作流体が提供され、前記ポリオールは、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およびペンタエリトリトールオリゴマーから選択され、アルキルカルボキシエステルの前記混合物は、40℃での動粘度22〜125cStおよび140を超える粘度指数を有し、かつ非常に高い潤滑性、優れた耐荷重性および優れた低温特性を有することを特徴とする。   A working fluid containing a polyol ester lubricant composition and a hydrocarbon refrigerant suitable for heat transfer devices, such as refrigeration and air conditioning systems, comprising a mixture of alkyl carboxy esters of neopentyl polyol is provided. The polyol is selected from, for example, trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol and pentaerythritol oligomers, and the mixture of alkyl carboxy esters has a kinematic viscosity at 40 ° C. of 22-125 cSt and a viscosity greater than 140 It has an index and is characterized by having very high lubricity, excellent load bearing ability and excellent low temperature characteristics.

冷蔵庫、冷凍機、熱ポンプおよび空気調和システムなどの熱伝達デバイスはよく知られている。簡単に言えば、かかるデバイスは、適切な沸点の冷媒がその周囲からの熱を受け取って低圧で蒸発し、次いで異なる場所で液体へと凝縮して、新たな周囲へと熱を放出するサイクルを介して動作する。圧縮機等の機械部品の他に、冷媒、適切な熱伝達材料、およびデバイスの可動部品の動作を可能にする潤滑剤など、特に適した材料が必要とされる。熱伝達デバイスにおける潤滑剤と冷媒の組み合わせは動作流体と呼ばれる。   Heat transfer devices such as refrigerators, refrigerators, heat pumps and air conditioning systems are well known. Simply put, such a device has a cycle in which an appropriate boiling point refrigerant receives heat from its surroundings, evaporates at low pressure, then condenses into a liquid at a different location and releases the heat to a new surrounding. Work through. In addition to mechanical parts such as compressors, particularly suitable materials are required, such as refrigerants, suitable heat transfer materials, and lubricants that allow operation of the moving parts of the device. The combination of lubricant and refrigerant in the heat transfer device is called the working fluid.

これらのデバイスにおける潤滑剤に対して厳しい要求がある。その潤滑剤は、良好な低温流動性を持っており、熱安定性でなければならず、荷重下での軸受などの可動部品の摩耗に対する保護を提供し、圧縮機からの熱を除去し、低圧から高圧へとガスを効率的に圧縮するために隙間を封止しなければならない。冷凍潤滑剤は、冷媒と相溶性でなければならず、一般に様々な動作条件下にて潤滑剤と冷媒との良好な混和性が必要とされる。   There are strict requirements for lubricants in these devices. The lubricant must have good low temperature fluidity, be heat stable, provide protection against wear of moving parts such as bearings under load, remove heat from the compressor, The gap must be sealed to efficiently compress the gas from low pressure to high pressure. The frozen lubricant must be compatible with the refrigerant and generally requires good miscibility of the lubricant and the refrigerant under various operating conditions.

合成エステルをベースとする潤滑剤は、多くのシステムにおいて有効な冷凍潤滑剤である。米国特許第6,444,626号明細書には、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テトラペンタエリトリトールエステルの混合物、ならびに前述のエステルおよびトリメチロールポリオールエステルとの混合物を含む、冷却剤または潤滑剤として使用するのに十分に適した配合流体が開示されている。米国特許第6,444,626号明細書のペンタエリトリトールとポリペンタエリトリトールエステルの混合物は、2段階プロセスにおいて優勢的にモノペンタエリトリトールである開始ポリオールから調製される。第1工程は、ポリオール/エステルのオリゴマー化を生じさせる条件下にて完全なエステル化に必要とされるよりも少ないカルボン酸を使用して、酸性条件下でポリオールを一部エステル化することによる、米国特許第3,670,013号明細書の一般的な教示に従う。次の工程では、ヒドロキシ基のエステル化を完了する。   Synthetic ester based lubricants are effective refrigeration lubricants in many systems. U.S. Pat.No. 6,444,626 includes a cooling agent or mixture comprising pentaerythritol, dipentaerythritol, a mixture of tripentaerythritol and tetrapentaerythritol esters, and a mixture of the aforementioned esters and trimethylol polyol esters. Formulation fluids that are well suited for use as lubricants are disclosed. The mixture of pentaerythritol and polypentaerythritol esters of US Pat. No. 6,444,626 is prepared from a starting polyol that is predominantly monopentaerythritol in a two-stage process. The first step is by partially esterifying the polyol under acidic conditions using less carboxylic acid than required for complete esterification under conditions that result in polyol / ester oligomerization. In accordance with the general teachings of US Pat. No. 3,670,013. In the next step, esterification of the hydroxy group is completed.

エステル混合物の物理的性質、例えば粘度等は、存在するエステルの種類およびエステルの割合に依存する。例えば、ジおよびトリペンタエリトリトールエステルの量が多いほど、その組成物は、モノペンタエリトリトールエステルの量が多い同様な組成物よりも高い粘度を有すると考えられる。多くの大規模な高性能用途では、高粘度潤滑剤が望ましい。   The physical properties of the ester mixture, such as viscosity, depend on the type of ester present and the proportion of ester. For example, the higher the amount of di and tripentaerythritol esters, the more the composition will have a higher viscosity than a similar composition with a higher amount of monopentaerythritol esters. For many large scale high performance applications, high viscosity lubricants are desirable.

炭素原子数およびエステルのカルボキシレート部分の分岐量が、粘度、および冷媒などの様々な他の成分との混和性に大きな影響を及ぼす。米国特許第5,486,302号明細書に、分岐鎖カルボン酸を使用してポリオールをエステル化することによって得られる、より高い粘度のPOE潤滑剤が開示されており;残念なことに、これらの分岐鎖エステルは、特定の熱伝達デバイスで使用するには潤滑性が不十分である。   The number of carbon atoms and the amount of branching of the carboxylate portion of the ester have a significant effect on viscosity and miscibility with various other components such as refrigerants. U.S. Pat. No. 5,486,302 discloses higher viscosity POE lubricants obtained by esterifying polyols using branched carboxylic acids; unfortunately these The branched chain esters are poorly lubricious for use in certain heat transfer devices.

米国特許第6,774,093号明細書には、米国特許第6,444,626号明細書に記載の潤滑剤と同様な、エステルを含む冷凍潤滑剤が開示されているが、粘度がそれよりかなり高くなれば、フッ素化冷媒と共に使用するのに適するようになる。   U.S. Pat. No. 6,774,093 discloses a frozen lubricant containing an ester similar to the lubricant described in U.S. Pat. If it is much higher, it becomes suitable for use with fluorinated refrigerants.

環境問題、例えばオゾン層破壊についての問題によって、従来のクロロフルオロカーボン冷媒が、二酸化炭素または非ハロゲン化炭化水などの新たな材料または代替材料と交換されている。代替冷媒の使用の増加によって、これらの代替冷媒と相溶性でありながら、増大する性能の要求を満たさなければならない、新たな潤滑剤組成物の開発が行われている。   Environmental problems, such as ozone layer depletion, replace traditional chlorofluorocarbon refrigerants with new or alternative materials such as carbon dioxide or non-halogenated hydrocarbons. With the increased use of alternative refrigerants, new lubricant compositions are being developed that must be compatible with these alternative refrigerants while meeting the increasing performance requirements.

同時係属中の米国特許出願第12/684,315号明細書に、少なくとも25%がテトラペンタエリトリトールまたはそれ以上のオリゴマーのエステルである、ペンタエリトリトールのモノ、ジ、トリ、テトラおよびそれ以上のオリゴマーのカルボキシエステルの混合物を含む冷凍潤滑剤であって、COと共に使用するのに必要な高い粘度および潤滑性の特徴を有する、冷凍潤滑剤が開示されている。7個以上の炭素を含有するカルボキシ基、例えばn−ヘプチルカルボキシが多いエステル混合物が好ましい。同時係属中の米国特許出願第13/080,739号明細書にも、主にC3〜6直鎖状カルボン酸のエステル、例えば、n−ペンタン酸エステルを含有し、かつペンタエリトリトール基4個以上を含有するペンタエリトリトールオリゴマーのエステル30重量%以上を含む、COと使用するのに有用な高粘度の潤滑剤が開示されている。 In co-pending US patent application Ser. No. 12 / 684,315, mono-, di-, tri-, tetra- and higher oligomers of pentaerythritol, at least 25% being an ester of tetrapentaerythritol or higher oligomers. A refrigeration lubricant comprising a mixture of carboxyesters of the same, having the high viscosity and lubricity characteristics required for use with CO 2 is disclosed. Preference is given to ester mixtures rich in carboxy groups containing 7 or more carbons, for example n-heptylcarboxy. Co-pending US patent application Ser. No. 13 / 080,739 also contains mainly esters of C 3-6 linear carboxylic acids, for example n-pentanoic acid esters, and four pentaerythritol groups. A high viscosity lubricant useful for use with CO 2 is disclosed, comprising 30% by weight or more of an ester of pentaerythritol oligomer containing the above.

特開2003−073681号公報には、イソブタンとポリオールエステルを含む生分解性冷凍動作流体が開示されており、そのポリエステルは、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパンおよびペンタエリトリトール、および少なくとも1種類のC4〜8直鎖カルボン酸から製造され、かつ40℃での動粘度5〜20mm/gを有する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-073681 discloses a biodegradable refrigeration working fluid containing isobutane and a polyol ester, the polyester comprising neopentyl glycol, trimethylolpropane and pentaerythritol, and at least one C 4. prepared from 8 linear carboxylic acids, and has a kinematic viscosity of 5 to 20 mm 2 / g at 40 ° C..

特開2003−041278号公報には、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン等の炭化水素冷媒と相溶性の冷凍オイルであって、ネオペンチルグリコールなどの1種または複数種のC5〜10ネオペンチルポリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトールおよびジペンタエリトリトール、および1種または複数種のC5〜9直鎖または分枝鎖カルボン酸から製造される1種または複数種のポリオールエステルを含む冷凍オイルが開示されている。40℃での動粘度30〜33mm/gを有する例が示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-041278 discloses a refrigeration oil that is compatible with hydrocarbon refrigerants such as ethane, propane, butane, and isobutane, and includes one or more C 5-10 neopentyl polyols such as neopentyl glycol. , A frozen oil comprising one or more polyol esters made from trimethylolpropane, pentaerythritol and dipentaerythritol, and one or more C5-9 straight or branched chain carboxylic acids ing. An example having a kinematic viscosity of 30-33 mm 2 / g at 40 ° C. is shown.

米国特許第7,718,083号明細書には、(A)ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリαオレフィン、アルキルベンゼン、および鉱油から選択される基油;(B)硫黄含有率35質量%以下を有する有機硫黄化合物;(C)二酸化炭素、炭化水素、およびアンモニアから選択される少なくとも1種類で構成される冷媒;を含む、冷凍機オイルが開示されている。   US Pat. No. 7,718,083 includes (A) a base oil selected from polyalkylene glycols, polyol esters, polyalphaolefins, alkylbenzenes, and mineral oils; (B) a sulfur content of 35% by weight or less. A refrigerating machine oil is disclosed, comprising: an organic sulfur compound having; (C) a refrigerant composed of at least one selected from carbon dioxide, hydrocarbons, and ammonia.

特開2010−090284号公報には、炭化水素冷媒と、ポリオールとC10〜20直鎖カルボン酸とのエステルと、を含む冷凍機オイルが開示されている。特開2010−031134号公報には、冷媒としてプロパンと、ペンタエリトリトールエリトリトールおよび/またはジペンタエリトリトールとC11〜19カルボン酸とのエステルと、を含む冷凍機オイルが使用される圧縮機が開示されている。 JP-A-2010-090284 discloses, refrigerator oil comprising a hydrocarbon refrigerant, and esters of polyols with C 10 to 20 straight chain carboxylic acid, is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-031134 discloses a compressor in which a refrigerator oil containing propane and pentaerythritol erythritol and / or an ester of dipentaerythritol and C 11-19 carboxylic acid is used as a refrigerant. ing.

選ばれたポリオールと、優勢的または独占的に直鎖カルボン酸と、から製造されるポリオールエステルの特定の混合物が、炭化水素冷媒と共に冷凍潤滑剤として使用するのに非常に有効な基油であることが見出された。前記ポリオールエステル混合物は、物理的性質の意外な組み合わせ、例えば、粘度、潤滑性等、および冷凍動作流体において炭化水素冷媒と共に使用するのに理想的な炭化水素溶解性の組み合わせを有する。   Certain mixtures of polyol esters made from selected polyols and predominantly or exclusively linear carboxylic acids are very effective base oils for use as refrigeration lubricants with hydrocarbon refrigerants. It was found. The polyol ester mixture has a surprising combination of physical properties such as viscosity, lubricity, etc., and an ideal hydrocarbon solubility combination for use with hydrocarbon refrigerants in refrigeration working fluids.

本発明は、C1〜6炭化水素冷媒と、ポリオールエステル潤滑剤と、を含む動作流体を提供し、そのポリオールエステル潤滑剤は40℃での動粘度22〜125cSt、140を超える粘度指数を有し、かつ優勢的にネオペンチルポリオールの直鎖アルキルカルボキシエステル、つまり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ペンタエリトリトールオリゴマーから選択されるネオペンチルポリオールのC5〜10カルボキシレートエステルの混合物を含み、アルキルカルボキシ基の大部分またはすべてが、直鎖C5〜10カルボン酸から誘導されている。しばしば、ポリオールエステル潤滑剤は、ASTM D97による−40℃未満の流動点を有する。本発明の動作流体は、この分野で一般的な標準添加剤と相溶性である。 The present invention provides a working fluid comprising a C 1-6 hydrocarbon refrigerant and a polyol ester lubricant, the polyol ester lubricant having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 22 to 125 cSt, a viscosity index greater than 140. And predominantly linear alkyl carboxy esters of neopentyl polyol, ie C 5-10 carboxylate esters of neopentyl polyol selected from trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol and pentaerythritol oligomers And most or all of the alkyl carboxy groups are derived from linear C 5-10 carboxylic acids. Often, the polyol ester lubricant has a pour point of less than -40 ° C according to ASTM D97. The working fluid of the present invention is compatible with standard additives common in the field.

本発明のペンタエリトリトールをベースとするポリオールエステルは便利なことに、強酸触媒下にて高温で、利用可能なヒドロキシル基に対して理論量未満のカルボン酸とペンタエリトリトールを反応させて、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトールおよびそれ以上のポリペンタエリトリトールの部分エステルの混合物を形成することによって、2段階プロセスで製造することができる;部分エステルは、ヒドロキシル基の一部はエステル化されているが、すべてがエステル化されているわけではない、ポリオール化合物である。オリゴマー化の量および粘度は、反応が進行する時間の長さによって制御することができ、添加されるカルボン酸の量、温度、および容易に変化する他の反応パラメーターによって影響を受ける。強酸を中和した後、標準手段を用いて追加のカルボン酸で、残りのヒドロキシル基を第2工程でエステル化する。   The polyol ester based on pentaerythritol of the present invention conveniently comprises reacting less than the theoretical amount of carboxylic acid with pentaerythritol to available hydroxyl groups at high temperature under strong acid catalyst to give pentaerythritol, By forming a mixture of partial esters of dipentaerythritol and higher polypentaerythritol, it can be prepared in a two-step process; partial esters are partially esterified with hydroxyl groups, but all It is a polyol compound that is not esterified. The amount and viscosity of oligomerization can be controlled by the length of time the reaction proceeds and is affected by the amount of carboxylic acid added, the temperature, and other reaction parameters that vary readily. After neutralizing the strong acid, the remaining hydroxyl groups are esterified in a second step with additional carboxylic acid using standard means.

本発明のポリオールエステルは、1種または複数種のポリオールの簡単なエステル化によって製造することもでき、個々に製造されたエステルをブレンドして、本発明のポリオールエステル混合物を得ることも一般的である。例えば、上記の2段階プロセスから製造された、ペンタエリトリトールをベースとするポリオールエステルの混合物を、潤滑剤組成物の粘度を調節するために、例えばトリメチロールプロパンのC5〜10カルボン酸エステルとブレンドすることができる。 The polyol esters of the present invention can also be prepared by simple esterification of one or more polyols, and it is common to blend the individually prepared esters to obtain the polyol ester mixture of the present invention. is there. For example, blends of pentaerythritol-based polyol esters made from the two-stage process described above are blended with, for example, C 5-10 carboxylic acid esters of trimethylolpropane to adjust the viscosity of the lubricant composition. can do.

多くの実施形態において、ポリオールエステルの形成に使用されるC5〜10カルボン酸は、C7〜10カルボン酸から選択され、酸の混合物が使用されることが多く、例えばその酸は、n−ヘプタン酸、n−オクタン酸およびn−デカン酸から選択され得る。 In many embodiments, the C5-10 carboxylic acid used to form the polyol ester is selected from C7-10 carboxylic acids, and a mixture of acids is often used, for example, the acid is n- It can be selected from heptanoic acid, n-octanoic acid and n-decanoic acid.

実施例1の潤滑剤混合物を有するプロパン溶液についての、温度、圧力(等圧線)および組成(直線)に動粘度を関係づけるダニエルチャート(Daniel Chart)である。2 is a Daniel Chart relating kinematic viscosity to temperature, pressure (isobar) and composition (straight line) for a propane solution having the lubricant mixture of Example 1. 比較例1の潤滑剤混合物を有するプロパン溶液についての、温度、圧力および組成に動粘度を関係づけるダニエルチャートである。2 is a Daniel chart relating kinematic viscosity to temperature, pressure and composition for a propane solution having the lubricant mixture of Comparative Example 1. 比較例2の潤滑剤混合物を有するプロパン溶液についての、温度、圧力および組成に動粘度を関係づけるダニエルチャートである。6 is a Daniel chart relating kinematic viscosity to temperature, pressure and composition for a propane solution having the lubricant mixture of Comparative Example 2.

i)冷媒として、C1〜6炭化水素、例えばC1〜5炭化水素、例えばC2〜5炭化水素、例えばエタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ブテン、イソブテン、ペンタンおよびイソ−ペンタン、例えば、プロパン、ブタン、イソブタン、ブテンおよびイソブテン、または前記炭化水素の混合物;
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。
i) As refrigerant, C1-6 hydrocarbons, such as C1-5 hydrocarbons, such as C2-5 hydrocarbons, such as ethane, propane, propene, butane, isobutane, butene, isobutene, pentane and iso-pentane, such as , Propane, butane, isobutane, butene and isobutene, or a mixture of said hydrocarbons;
ii) C 5-10 alkyl carboxylate esters of neopentyl alcohol predominantly, for example one or more of C 5 of trimethylolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol or pentaerythritol oligomers. A polyol ester lubricant composition, wherein a majority or all of the alkyl carboxylate is a linear alkyl carboxylate;
A working fluid for a heat transfer device, comprising:
A working fluid wherein the polyol ester lubricant composition has a kinematic viscosity at 40 ° C. of 22-125 cSt, a viscosity index greater than 140. In many embodiments, the polyol ester lubricant has a pour point of less than −40 ° C. as determined by ASTM D97.

一実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤組成物は、式I

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、
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、R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、R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、R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、R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、R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、R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、R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、R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。
In one embodiment, the polyol ester lubricant composition has the formula I

A mixture of
In the above formula, n is an integer of 1-20, such as 1-12, or 1-10,
Each R is independently alkylcarbonyl having 5 to 10 carbon atoms, most of which is straight-chain alkylcarbonyl;
Each R 1 is independently selected and the R group or substituent of formula II:

Either
The polyol ester lubricant composition comprises at least a) a compound of formula I wherein n is 1 and each R 1 is independently selected and is an R group, ie a monopentaerythritol ester, and b) a formula Compounds of I (n is 2, each R 1 is independently selected and is an R group, ie a dipentaerythritol ester);
Including:
For example, the polyol ester lubricant composition comprises at least a) a compound of formula I wherein n is 1 and each R 1 is independently selected and is an R group, ie, a monopentaerythritol ester.
b) a compound of formula I (n is 2, R 1 is each independently selected and R group, ie a dipentaerythritol ester), and c) a compound of formula I (n is 3; Each R 1 is independently selected and is an R group, ie a tripentaerythritol ester);
Including:
For example, the polyol ester lubricant composition comprises at least a) a compound of formula I wherein n is 1 and each R 1 is independently selected and is an R group, ie, a monopentaerythritol ester.
b) a compound of formula I (n is 2, R 1 is each independently selected and R group, ie a dipentaerythritol ester), and c) a compound of formula I (n is 3; Each R 1 is independently selected and is an R group, ie a tripentaerythritol ester);
d) a compound of formula I which is a pentaerythritol oligomer of four or more pentaerythritol monomer groups;
including.

他の実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤組成物は、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、例えば式Iの化合物と、優勢的にトリメチロールプロパンの直鎖C5〜10アルキルカルボキシレートエステルと、の混合物などを含む。 In other embodiments, the polyol ester lubricant composition comprises a mixture of a compound of formula I and an ester of another neopentyl polyol, such as a compound of formula I, and predominantly a straight chain C 5 of trimethylolpropane. And mixtures thereof with 10 alkyl carboxylate esters.

一実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤組成物は:
a)式Iの化合物(nは1であり、R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、R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、R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。
In one embodiment, the polyol ester lubricant composition is:
a) about 30 to about 55% by weight, for example about 40 to about 50% by weight, of a compound of formula I, wherein n is 1, each R 1 is independently selected and is an R group,
b) about 1 to about 20% by weight of a compound of formula I, wherein n is 2, each R 1 is independently selected and is an R group, eg about 10 to about 20% by weight,
c) about 1 to about 10% by weight of a compound of formula I, wherein n is 3, each R 1 is independently selected and is an R group, for example about 3 to about 10% by weight,
d) about 25 to about 45% by weight of a compound of formula I which is a pentaerythritol monomer group of 4 or more pentaerythritol oligomers, for example about 30 to about 40% by weight;
A mixture of
Its weight percent is relative to all compounds of formula I present in the lubricant composition, and the mixture can be blended with, for example, the trimethylolpropane ester of the present invention.

一部の実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤組成物におけるすべてのエステルの少なくとも50重量%、例えば60重量%、例えば重量75%は、式Iの化合物であり、一実施形態では、90重量%以上が式Iの化合物である。他の実施形態において、ポリオールエステル潤滑剤組成物におけるすべてのエステルの50重量%、60重量%、75重量%、90重量%以上が、トリメチロールプロパンのエステルである。   In some embodiments, at least 50%, such as 60%, such as 75% by weight of all esters in the polyol ester lubricant composition is a compound of formula I, and in one embodiment 90% or more Are compounds of formula I. In other embodiments, 50%, 60%, 75%, 90% or more of all esters in the polyol ester lubricant composition are esters of trimethylolpropane.

Rはそれぞれ独立して、直鎖状または分岐状であり得る、炭素原子5〜10個のアルキルカルボニルであるが、一般にそのアルキルカルボニル基の少なくとも60モル%以上が直鎖状であり、すべてのアルキルカルボニル鎖の75モル%、90モル%、95モル%以上が直鎖状である。しばしばRは、炭素原子7〜10個のアルキルカルボニルから選択され、例えばRは、炭素原子7、8および10個のアルキルカルボニルから選択される。一実施形態において、少なくとも50モル%、例えば少なくとも60、75、80または少なくとも90モル%が、炭素原子7、8および10個の直鎖アルキルカルボニルである。一実施形態において、本質的にすべてのアルキルカルボニルが、炭素原子7、8および10個の直鎖アルキルカルボニルである。   Each R is independently an alkylcarbonyl of 5 to 10 carbon atoms, which may be linear or branched, but generally at least 60 mol% of the alkylcarbonyl groups are linear and all 75 mol%, 90 mol%, 95 mol% or more of the alkylcarbonyl chain is linear. Often R is selected from alkylcarbonyls of 7 to 10 carbon atoms, for example R is selected from alkylcarbonyls of 7, 8 and 10 carbon atoms. In one embodiment, at least 50 mol%, such as at least 60, 75, 80 or at least 90 mol% is linear alkylcarbonyl with 7, 8 and 10 carbon atoms. In one embodiment, essentially all of the alkylcarbonyl is a straight chain alkylcarbonyl of 7, 8 and 10 carbon atoms.

特定の一実施形態において、式Iの化合物におけるエステルの少なくとも60%、例えば、少なくとも70、80または少なくとも90%以上が、アルカノイルを含む(Rはn−ヘプタノイルである)。   In one particular embodiment, at least 60%, such as at least 70, 80 or at least 90% or more of the esters in the compound of formula I comprise alkanoyl (R is n-heptanoyl).

潤滑剤組成物における他のネオペンチルポリオールエステル、例えばトリメチロールプロパンエステルのカルボキシ基は、式Iの化合物のRについて記載のものと同じアルキルカルボニルから選択される。   The carboxy group of other neopentyl polyol esters, such as trimethylol propane ester, in the lubricant composition is selected from the same alkylcarbonyl as described for R of the compound of formula I.

ペンタエリトリトールオリゴマーである式Iの化合物は、直鎖状または分岐状オリゴマーであり得る。例えば、式Iのオリゴマー(nは4である)、つまり式IIIのオリゴマーは、R基すべてがアルキルカルボニルである場合に直鎖状ペンタエリトリトール四量体であり得る。しかしながら、多数のR基が式IIのペンタエリトリトール基であることができ、例えば矢印でマークされたR基が式IIの基である場合、その結果は、分枝鎖ペンタエリトリトール五量体、つまりペンタエリトリトールモノマー単位5個の分枝鎖オリゴマーとなるだろう。
A compound of formula I that is a pentaerythritol oligomer may be a linear or branched oligomer. For example, an oligomer of formula I (n is 4), ie an oligomer of formula III, can be a linear pentaerythritol tetramer when all R 1 groups are alkylcarbonyl. However, a number of R 1 groups can be pentaerythritol groups of formula II, for example when the R 1 group marked with an arrow is a group of formula II, the result is a branched pentaerythritol pentamer That is, it will be a branched oligomer of 5 pentaerythritol monomer units.

したがって、ペンタエリトリトールモノマー単位4個以上の式Iのオリゴマーは、式Iのnが4以上である必要はない。式IVは、ペンタエリトリトール単位4個を有する式Iのオリゴマー(nは3であり、1つのR基がペンタエリトリトール基である):

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R基がペンタエリトリトールである)である。
Thus, an oligomer of formula I having 4 or more pentaerythritol monomer units need not have n of 4 or more in formula I. Formula IV is an oligomer of Formula I having 4 pentaerythritol units (n is 3 and one R 1 group is a pentaerythritol group):

And the compound of formula V is an oligomer of formula I having 5 pentaerythritol units (n is 3 and the two R 1 groups are pentaerythritol).

上述の式Iの化合物と同様な他の化合物が動作流体中に存在し得る。例えば、不完全なエステル化によって、1つまたは複数のR基が水素である化合物が生じ、使用される合成方法に応じて、より高い分岐度を示す、より高級なオリゴマーも可能である。   Other compounds similar to the compounds of formula I described above may be present in the working fluid. For example, incomplete esterification results in compounds in which one or more R groups are hydrogen, and higher oligomers that exhibit a higher degree of branching are possible depending on the synthetic method used.

上記のエステルの混合物は、適切なポリオール、例えばペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、およびポリ(ペンタエリトリトール)の単純なエステル化によって製造することができるが、これには、出発原料として個々のポリオールを得る必要がある。   Mixtures of the above esters can be made by simple esterification of suitable polyols, such as pentaerythritol, dipentaerythritol, and poly (pentaerythritol), which yields individual polyols as starting materials. There is a need.

本発明の組成物のポリオールエステルは便利なことには、米国特許第3,670,013号明細書に記載のプロセスと同様な第1工程を組み込んだ2段階プロセスによって製造される。その第1工程において、カルボキシル基とヒドロキシル基のモル比が1:1未満、例えば約1:4〜約1:2になるように、ペンタエリトリトール、強酸触媒、およびC〜C10モノカルボン酸または前記酸の混合物が装入される。適切な強酸触媒の例としては、鉱酸、例えば硫酸、塩酸等、およびスルホン酸、例えばベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸等が挙げられる。次いで、一般に真空をかけることによって反応容器から水蒸気を連続的に除去しながら、反応混合物を約150℃〜約250℃、一般に約170℃〜約200℃の温度に加熱する。 The polyol ester of the composition of the present invention is conveniently made by a two-stage process incorporating a first step similar to that described in US Pat. No. 3,670,013. In a first step, the molar ratio of carboxyl groups to hydroxyl groups is less than 1: 1, such as about 1: 4 to about 1: at 2, pentaerythritol, strong acid catalyst, and C 5 -C 10 monocarboxylic acid Alternatively, the acid mixture is charged. Examples of suitable strong acid catalysts include mineral acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and the like, and sulfonic acids such as benzene sulfonic acid, toluene sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, methane sulfonic acid, ethane sulfonic acid and the like. The reaction mixture is then heated to a temperature of about 150 ° C. to about 250 ° C., generally about 170 ° C. to about 200 ° C., while continuously removing water vapor from the reaction vessel, typically by applying a vacuum.

その水蒸気と共蒸留されるカルボン酸は、反応器に戻されるか、またはカルボン酸の置換部分を添加することによって置き換えられる。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より高級なポリペンタエリトリトールの部分エステルの混合物が生じる条件下にて、ある程度のペンタエリトリトールオリゴマー化が行われる。オリゴマー化の量、したがって粘度は、第1工程の反応を高温で進行させることを可能にする時間の長さによって制御することができる。これは、反応混合物の粘度のチェックまたは分光測定の実施などの実験によって決定することができ、あるいはエステル基の形成によって生じる水の所望の量に相当する、計算された水の量を回収することによって推定され、ペンタエリトリトールエーテル結合は二量体またはオリゴマー形成によって形成される。   The carboxylic acid co-distilled with the water vapor is returned to the reactor or replaced by adding a carboxylic acid substitution moiety. Some degree of pentaerythritol oligomerization takes place under conditions that result in a mixture of pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol and higher polypentaerythritol partial esters. The amount of oligomerization, and thus the viscosity, can be controlled by the length of time that allows the first step reaction to proceed at an elevated temperature. This can be determined by experiments such as checking the viscosity of the reaction mixture or performing a spectroscopic measurement, or recovering a calculated amount of water corresponding to the desired amount of water resulting from the formation of ester groups. The pentaerythritol ether linkage is formed by dimer or oligomer formation.

任意選択的に、第1反応工程の最後に、酸触媒はアルカリで中和される。   Optionally, at the end of the first reaction step, the acid catalyst is neutralized with alkali.

プロセスの第2工程で、部分エステルのエステル化が完了する。したがって、更なるC〜C10モノカルボン酸または酸混合物、任意にエステル化触媒が反応混合物に添加される。その更なるカルボン酸は、最初の工程で使用されるものと同一または異なり、一般に、ヒドロキシル基に対して10〜25%過剰なカルボキシル基が得られる量で添加される。次いで、反応混合物を加熱して、エステルの形成のための既知の条件下にてエステル化を完了する。 In the second step of the process, esterification of the partial ester is complete. Therefore, a further C 5 -C 10 monocarboxylic acid or acid mixture, optionally the esterification catalyst is added to the reaction mixture. The additional carboxylic acid is the same or different from that used in the first step and is generally added in an amount that gives a 10-25% excess of carboxyl groups relative to hydroxyl groups. The reaction mixture is then heated to complete esterification under known conditions for ester formation.

第2工程において、酸触媒、酸塩、金属触媒、例えば有機金属触媒、粘土等の既知の触媒を使用してもよいし、または触媒を使用しなくてもよい。シュウ酸スズおよび/または活性炭を使用して、良い結果が得られており、一部の場合には、第2工程に触媒を添加する必要がなかった。   In the second step, a known catalyst such as an acid catalyst, an acid salt, a metal catalyst such as an organometallic catalyst, clay, or the like may be used. Good results have been obtained using tin oxalate and / or activated carbon, and in some cases it was not necessary to add a catalyst to the second step.

さらに精製することなく、得られたエステル混合物を使用してもよいし、または蒸留、微量の酸性度を除去するための酸捕捉剤での処理、水分を除去するための水分捕捉剤での処理、および/または清澄性を向上させるための濾過など、従来の技術を用いて精製してもよい。   The resulting ester mixture may be used without further purification, or it may be distilled, treated with an acid scavenger to remove traces of acidity, or treated with a moisture scavenger to remove moisture. And / or may be purified using conventional techniques, such as filtration to improve clarity.

特に工業的純度のペンタエリトリトール出発原料がこの二量体のいくつかを含有することが多いため、ジペンタエリトリトールはプロセスの最初に存在する場合が多い。少量の他のペンタエリトリトールオリゴマーも、出発原料中に存在し得る。   Dipentaerythritol is often present at the beginning of the process, especially since industrial purity pentaerythritol starting materials often contain some of this dimer. Small amounts of other pentaerythritol oligomers may also be present in the starting material.

例えば、このプロセスに従って、ペンタエリトリトール25モルをn−ヘプタン酸約50モルと混合する。ペンタエリトリトールが4つのヒドロキシル基を含有するため、酸のこの量は、完全なエステル化に必要な化学量論的当量の半分のみに相当する。触媒量の硫酸またはメタンスルホン酸も添加される。酸触媒約10ミリモルで十分であることが多いが、使用される酸の量に制限はなく、それより多い量が一般的である。混合物をかき混ぜるか、または攪拌し、約160〜約200℃、例えば約170〜約180℃に加熱し、例えばディーンスターク(Dean−Stark)トラップに水を収集する。反応が加熱される時間の長さは、どの程度の重合が望まれるかに応じて異なる。   For example, according to this process, 25 moles of pentaerythritol are mixed with about 50 moles of n-heptanoic acid. Since pentaerythritol contains four hydroxyl groups, this amount of acid represents only half of the stoichiometric equivalent required for complete esterification. A catalytic amount of sulfuric acid or methanesulfonic acid is also added. Although about 10 millimoles of acid catalyst is often sufficient, there is no limit to the amount of acid used, and higher amounts are common. The mixture is agitated or stirred and heated to about 160 to about 200 ° C., such as about 170 to about 180 ° C., and water is collected, for example, in a Dean-Stark trap. The length of time that the reaction is heated depends on how much polymerization is desired.

次いで、反応を冷却し、塩基、例えば水酸化ナトリウムの添加によって酸触媒を中和する。残りのヒドロキシル基と反応するのに十分なカルボン酸、例えば、更なるn−ヘプタン酸またはヘプタン酸と他のカルボン酸の混合物、および任意選択の触媒を添加して、エステル化を完了する。反応混合物を混合しながら加熱し、反応が完了するまで水を回収する。この工程では、触媒が使用されるかどうか、およびその触媒が何なのかに応じて、反応の温度が異なり、したがって、第1工程で使用されるよりも高い、または低い温度に遭遇し得る。   The reaction is then cooled and the acid catalyst is neutralized by the addition of a base, such as sodium hydroxide. Sufficient carboxylic acid to react with the remaining hydroxyl groups, such as additional n-heptanoic acid or a mixture of heptanoic acid and other carboxylic acids, and optional catalyst is added to complete the esterification. The reaction mixture is heated with mixing and water is recovered until the reaction is complete. In this step, depending on whether a catalyst is used and what the catalyst is, the temperature of the reaction will vary, and therefore higher or lower temperatures may be encountered than used in the first step.

最初の装入に含まれるカルボン酸の量は、存在するすべてのヒドロキシ基をエステル化するのに必要な量よりも少ない限りは、大幅に異なる。上記のように、ジペンタエリトリトールおよびポリペンタエリトリトールは、出発原料の最初の装入に含まれ、この場合には、添加するカルボン酸の量を決定する際に、二量体およびポリマー上の利用可能な異なるヒドロキシル基の量を考慮しなければならない。   The amount of carboxylic acid included in the initial charge varies greatly as long as it is less than the amount required to esterify all the hydroxy groups present. As noted above, dipentaerythritol and polypentaerythritol are included in the initial charge of the starting material, in which case utilization on the dimer and polymer in determining the amount of carboxylic acid added. The amount of different hydroxyl groups possible must be considered.

このプロセスの1つの利点は、容易に入手可能な出発原料で開始することができることである。他の利点は、反応混合物を高温で強酸にさらす時間の長さを単に変えることによって、オリゴマー化の程度を制御することができ、それによって得られるエステル組成物の粘度を効果的に制御することが可能となることである。つまり、第1工程における高温での反応時間が長いほど、粘度が高くなる。上記で定義される式Iのエステルを含有するポリオールエステル組成物は、便利なことにすべてこのプロセスによって製造される。   One advantage of this process is that it can start with readily available starting materials. Another advantage is that the degree of oligomerization can be controlled by simply changing the length of time the reaction mixture is exposed to strong acid at high temperatures, thereby effectively controlling the viscosity of the resulting ester composition. Is possible. That is, the longer the reaction time at a high temperature in the first step, the higher the viscosity. Polyol ester compositions containing an ester of formula I as defined above are all conveniently produced by this process.

先のプロセスのエステル生成物を他のネオペンチルポリオールエステル、例えばネオペンチルグリコールおよびトリメチロールプロパンのエステルとブレンドして、潤滑剤組成物を製造してもよい。他の実施形態において、潤滑剤組成物は、トリメチロールプロパンのエステル、任意に、式Iの化合物ではない他のネオペンチルポリオールのエステルを含む。   The ester product of the previous process may be blended with other neopentyl polyol esters, such as neopentyl glycol and trimethylolpropane esters, to produce a lubricant composition. In other embodiments, the lubricant composition comprises an ester of trimethylolpropane, optionally an ester of another neopentyl polyol that is not a compound of formula I.

ポリαオレフィン、ポリアルキレングリコール、アルキル化芳香族化合物、ポリビニルエーテル、鉱油、他のエステルベースの潤滑剤、植物油等の他の潤滑剤と、ポリオールエステルエステルをブレンドして、潤滑剤組成物を形成することもできる。しかしながら、上記で定義されるポリオールエステルの混合物は、炭化水素冷媒と混合されて動作流体が製造される、潤滑剤組成物の大部分または唯一の成分であり、炭化水素冷媒と共にそれを使用することに関してポリオールエステル組成物の望ましい特性が損なわれないように、他の潤滑剤のベースストックを添加する場合には注意を払わなければならない。   Blend a polyol ester ester with other lubricants such as poly alpha olefins, polyalkylene glycols, alkylated aromatics, polyvinyl ether, mineral oil, other ester-based lubricants, vegetable oils to form a lubricant composition You can also However, a mixture of polyol esters as defined above is the majority or only component of a lubricant composition that is mixed with a hydrocarbon refrigerant to produce a working fluid and uses it with a hydrocarbon refrigerant. Care must be taken when adding other lubricant base stocks so that the desired properties of the polyol ester composition are not compromised.

潤滑剤組成物は、40℃で冷媒なしで測定される、約22cSt〜約125cSt、より一般的には25cSt〜100cStの粘度、例えば、40℃で冷媒なしで測定される、約25〜約60cStまたは約25〜約45cStの粘度を有する。   The lubricant composition has a viscosity of about 22 cSt to about 125 cSt, more typically 25 cSt to 100 cSt, measured at 40 ° C. without refrigerant, for example, about 25 to about 60 cSt measured at 40 ° C. without refrigerant. Or having a viscosity of about 25 to about 45 cSt.

その粘度は、一般に遭遇する温度範囲にわたって可能な限り一定のままであることも重要である。本発明のエステル潤滑剤組成物は、その高い粘度指数、例えば120以上、一般に130以上、例えば140以上の粘度指数によって示される、広範囲の温度にわたって一貫した粘度も示す。   It is also important that the viscosity remain as constant as possible over the temperature range commonly encountered. The ester lubricant composition of the present invention also exhibits a consistent viscosity over a wide range of temperatures, as indicated by its high viscosity index, eg, 120 or more, generally 130 or more, eg, 140 or more.

物理的性質のその特別な組み合わせのために、本発明のポリオールエステル潤滑剤組成物は、炭化水素冷媒を含有する動作流体に理想的に適している。他の同様なポリオールエステル潤滑剤は、様々な有用な特性を有するが、性能基準を完全には示さず、つまり炭化水素ベースの動作流体に必要とされ、本発明のエステル混合物で見出される、潤滑性と炭化水素混和性の両方を示さない。   Because of that particular combination of physical properties, the polyol ester lubricant composition of the present invention is ideally suited for working fluids containing hydrocarbon refrigerants. Other similar polyol ester lubricants have various useful properties, but do not fully demonstrate performance criteria, i.e., are required for hydrocarbon-based working fluids and are found in the ester mixtures of the present invention. It shows neither sexuality nor hydrocarbon miscibility.

ポリオールエステル潤滑剤と冷媒の混合割合は特に制限されないが、潤滑剤は、冷媒100重量部につき1〜500重量部、さらに好ましくは2〜400重量部の割合で存在し得る。一実施形態において、動作流体は、潤滑剤と冷媒の重量に対してエステル潤滑剤を約5〜20重量%含む。   The mixing ratio of the polyol ester lubricant and the refrigerant is not particularly limited, but the lubricant may be present in a ratio of 1 to 500 parts by weight, more preferably 2 to 400 parts by weight per 100 parts by weight of the refrigerant. In one embodiment, the working fluid includes about 5-20% by weight of ester lubricant based on the weight of lubricant and refrigerant.

本発明の動作流体は、炭化水素に加えて、当技術分野で一般的な他の成分、例えば添加剤、他の潤滑剤、および冷媒などを含み得る。   In addition to hydrocarbons, the working fluids of the present invention may include other components common in the art, such as additives, other lubricants, and refrigerants.

例えば、動作流体中に存在し得る他の冷媒としては、CO、ハロゲン化炭素、アンモニア等が挙げられ、本発明の多くの実施形態では、C1〜6炭化水素が過半数の冷媒であり、炭化水素が唯一の冷媒であることが多い。 For example, other refrigerants that may be present in the working fluid include CO 2 , carbon halide, ammonia, etc., and in many embodiments of the invention, C 1-6 hydrocarbons are the majority refrigerant, Hydrocarbons are often the only refrigerant.

ハロゲン化炭素冷媒としては、フルオロカーボンおよびヒドロフルオロカーボン化合物、例えば四フッ化炭素(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)が挙げられ、フルオロカーボン、ヒドロフルオロカーボンおよび/または炭化水素を含む混合物がよく知られており、本発明の動作流体において使用され得る。   Examples of the halogenated carbon refrigerant include fluorocarbon and hydrofluorocarbon compounds such as carbon tetrafluoride (R-14), difluoromethane (R-32), 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R-134a), 1 , 1,2,2-tetrafluoroethane (R-134), pentafluoroethane (R-125), 1,1,1-trifluoroethane (R-143a) and tetrafluoropropene (R-1234yf). And mixtures containing fluorocarbons, hydrofluorocarbons and / or hydrocarbons are well known and can be used in the working fluids of the present invention.

動作流体中にも存在し得る一般的な添加剤としては、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(profoaming agent)、金属不活性化剤、酸捕捉剤等が挙げられる。   Common additives that may also be present in the working fluid include antioxidants, extreme pressure additives, antiwear additives, friction reducing additives, antifoaming agents, profoaming agents, metal inertness Agents, acid scavengers and the like.

使用することができる酸化防止剤の例としては、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールおよび4,4’−メチレンビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノール)などのフェノール系酸化防止剤;p,p−ジオクチルフェニルアミン、モノオクチルジフェニルアミン、フェノチアジン、3,7−ジオクチルフェノチアジン、フェニル−1−ナフチルアミン、フェニル−2−ナフチルアミン、アルキルフェニル−1−ナフチルアミン、およびアルキルフェニル−2−ナフチルアミンなどのアミン酸化防止剤;硫黄含有酸化防止剤、例えばアルキルジスルフィド、チオジプロピオン酸エステルおよびベンゾチアゾール;およびジアルキルジチオリン酸亜鉛およびジアリールジチオリン酸亜鉛が挙げられる。   Examples of antioxidants that can be used include phenolic oxidations such as 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol and 4,4′-methylenebis (2,6-di-tert-butylphenol). Inhibitors; p, p-dioctylphenylamine, monooctyldiphenylamine, phenothiazine, 3,7-dioctylphenothiazine, phenyl-1-naphthylamine, phenyl-2-naphthylamine, alkylphenyl-1-naphthylamine, and alkylphenyl-2-naphthylamine Amine antioxidants such as; sulfur-containing antioxidants such as alkyl disulfides, thiodipropionic esters and benzothiazoles; and zinc dialkyldithiophosphates and zinc diaryldithiophosphates.

使用することができる、極圧添加剤、耐摩耗添加剤、摩擦低減添加剤の例としては、ジアルキルジチオリン酸亜鉛およびジアリールジチオリン酸亜鉛などの亜鉛化合物;チオジプロピオン酸エステル、ジアルキルスルフィド、ジベンジルスルフィド、ジアルキルポリスルフィド、アルキルメルカプタン、ジベンゾチオフェンおよび2,2’−ジチオビス(ベンゾチアゾール)などの硫黄化合物;ジアルキルジメルカプトチアジアオゾールおよびメチレンビス(N,N−ジアルキルジチオカルバメート)などの硫黄/窒素無灰耐摩耗添加剤;リン酸トリクレシルおよびリン酸トリアルキルなどのリン酸トリアリールなどのリン化合物;リン酸ジアルキルまたはジアリール;亜リン酸トリアルキルまたは亜リン酸トリアリール;ジメチルリン酸エステルのドデシルアミン塩など、アルキルおよびジアルキルリン酸エステルのアミン塩;亜リン酸ジアルキルまたはジアリール;亜リン酸モノアルキルまたはモノアリール;パーフルオロアルキルポリエーテル、トリフルオロクロロエチレンポリマーおよびフッ化黒鉛などのフッ素化合物;脂肪酸修飾シリコーンケイ素化合物などのケイ素化合物;モリブデンジスルフィド、グラファイト等が挙げられる。有機摩擦改質剤の例としては、長鎖脂肪アミンおよびグリセロールエステルが挙げられる。   Examples of extreme pressure, antiwear, friction reducing additives that can be used include zinc compounds such as zinc dialkyldithiophosphates and zinc diaryldithiophosphates; thiodipropionic esters, dialkyl sulfides, dibenzyl Sulfur compounds such as sulfides, dialkyl polysulfides, alkyl mercaptans, dibenzothiophenes and 2,2′-dithiobis (benzothiazoles); Ash wear-resistant additives; phosphorus compounds such as tricresyl phosphate and triaryl phosphate such as trialkyl phosphate; dialkyl or diaryl phosphate; trialkyl phosphite or triaryl phosphite; Amine salts of alkyl and dialkyl phosphates, such as dodecylamine salts of ter; dialkyl or diaryl phosphites; monoalkyl or monoaryl phosphites; perfluoroalkyl polyethers, trifluorochloroethylene polymers and fluorinated graphite Fluorine compounds; silicon compounds such as fatty acid-modified silicone silicon compounds; molybdenum disulfide, graphite and the like. Examples of organic friction modifiers include long chain fatty amines and glycerol esters.

使用することができる、消泡剤および予備発泡剤の例としては、ジメチルポリシロキサンなどのシリコーン油およびケイ酸ジエチルなどの有機ケイ酸エステルが挙げられる。使用することができる、金属不活性化剤の例としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、アリザリン、キニザリンおよびメルカプトベンゾチアゾールが挙げられる。さらに、フェニルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエステル、エポキシステアリン酸エステルおよびエポキシ化植物油などのエポキシ化合物、有機スズ化合物およびホウ素化合物が、酸捕捉剤または安定剤として添加され得る。   Examples of antifoaming and prefoaming agents that can be used include silicone oils such as dimethylpolysiloxane and organosilicates such as diethyl silicate. Examples of metal deactivators that can be used include benzotriazole, tolyltriazole, alizarin, quinizarin and mercaptobenzothiazole. In addition, epoxy compounds such as phenyl glycidyl ethers, alkyl glycidyl ethers, alkyl glycidyl esters, epoxy stearates and epoxidized vegetable oils, organotin compounds and boron compounds may be added as acid scavengers or stabilizers.

水分捕捉剤の例としては、オルトギ酸トリメチルおよびオルトギ酸トリエチルなどのオルトギ酸トリアルキル、1,3−ジオキサシクロペンタンなどのケタール、および2,2−ジアルキルオキサゾリジンなどのアミノケタールが挙げられる。   Examples of moisture scavengers include trialkyl orthoformates such as trimethyl orthoformate and triethyl orthoformate, ketals such as 1,3-dioxacyclopentane, and amino ketals such as 2,2-dialkyloxazolidine.

本発明のポリオールエステルと冷媒とを含む動作流体は、多種多様な冷凍および熱エネルギー伝達用途において使用することができる。非制限的な例としては、小窓空気調和装置、集中型家庭用空気調和ユニットから、軽い工業用空気調和装置および工場、オフィスビル、共同住宅用の大きな工業用ユニットまでの、すべての範囲の空気調和装置が挙げられる。冷凍用途としては、小さな家庭用器具、例えば家庭用冷蔵庫、冷凍庫、冷水器、自動販売機および製氷機、大規模な冷凍倉庫およびアイススケートリンクが挙げられる。食料品店のカスケード冷凍およびフリーザーシステムもまた、工業用途に含まれるだろう。熱エネルギー伝達用途には、家庭用加熱用の熱ポンプおよび熱水ヒーターが挙げられる。輸送に関連する用途としては、自動車およびトラックの空気調和、冷凍セミトレーラならびに海上および鉄道輸送冷凍コンテナが挙げられる。   The working fluid comprising the polyol ester of the present invention and a refrigerant can be used in a wide variety of refrigeration and thermal energy transfer applications. Non-limiting examples range from small window air conditioners, centralized home air conditioners to light industrial air conditioners and large industrial units for factories, office buildings, and apartment buildings. An air conditioner is mentioned. Refrigeration applications include small household appliances such as household refrigerators, freezers, water coolers, vending machines and ice makers, large-scale refrigerated warehouses and ice skating rinks. A grocery store cascade refrigeration and freezer system would also be included in industrial applications. Thermal energy transfer applications include heat pumps and hot water heaters for domestic heating. Applications related to transportation include automotive and truck air conditioning, refrigerated semi-trailers and maritime and rail transport refrigerated containers.

上記の用途に有用な圧縮機のタイプは2つの広いカテゴリー:容積式圧縮機および動圧縮機に分類することができる。容積式圧縮機は、圧縮機の装置にかけられる仕事により圧縮チャンバの容積を低減することによって、冷媒蒸気圧を増加する。容積式圧縮機は、現在使用されている多くのスタイルの圧縮機、例えば往復圧縮機、回転圧縮機(ローリングピストン、回転翼型、一軸、二軸)および軌道(スクロールまたはトロコイド)を含む。動圧縮機は、回転部材からの運動エネルギーを蒸気に連続的に伝達し、続いて、このエネルギーを圧力上昇へと変換することによって、冷媒の蒸気圧を増加する。遠心圧縮機は、これらの原理に基づいて機能する。   The types of compressors useful for the above applications can be classified into two broad categories: positive displacement compressors and dynamic compressors. Positive displacement compressors increase the refrigerant vapor pressure by reducing the volume of the compression chamber by the work applied to the compressor equipment. Positive displacement compressors include many styles of compressors currently in use, such as reciprocating compressors, rotary compressors (rolling pistons, rotor blades, uniaxial, biaxial) and orbits (scroll or trochoid). The dynamic compressor continuously increases the vapor pressure of the refrigerant by continuously transferring kinetic energy from the rotating member to the steam and subsequently converting this energy into a pressure increase. Centrifugal compressors operate on these principles.

エステルおよび比較例の製造
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。
Preparation of Esters and Comparative Examples Example 1: Polypentaerythritol ester A reactor equipped with a mechanical stirrer, thermocouple, temperature controller, Dean-Stark trap, condenser, nitrogen sparger, and vacuum source was charged with pentaerythritol (2. 88 mol) 392 g, n-heptanoic acid (5.54 mol) 720 g and a strong acid catalyst were charged. The initial charge had a molar ratio of carboxyl groups to hydroxyl groups of 1: 2.08, and the expected amount of water formed by esterifying the initial charge was 5.54 moles or about 100 grams. It was. The mixture was heated to a temperature of about 170 ° C., a vacuum was applied, the water produced in the reaction was collected in a trap, and the collected acid was returned to the reactor.

水125mlを収集した後、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、テトラペンタエリトリトールの部分エステル、およびペンタエリトリトールのより高級なオリゴマーエステルを含有する反応混合物を約134℃に冷却し、n−オクタン酸:n−デカン酸の6:4ブレンド264.4g(2.05モル)および第1工程で使用される強酸触媒を中和するのに十分な量のアルカリと共に、n−ヘプタン酸をさらに236.6g(1.82モル)添加した。反応混合物を240℃に約8時間加熱し、その時間の間、水173mlを収集し、その後ヒドロキシル価はKOH6.4mg/gであった。   After collecting 125 ml of water, the reaction mixture containing pentaerythritol, dipentaerythritol, tripentaerythritol, a partial ester of tetrapentaerythritol, and a higher oligomeric ester of pentaerythritol is cooled to about 134 ° C and n-octane is cooled. An additional 236 of n-heptanoic acid, along with 264.4 g (2.05 moles) of 6: 4 blend of acid: n-decanoic acid and a sufficient amount of alkali to neutralize the strong acid catalyst used in the first step 0.6 g (1.82 mol) was added. The reaction mixture was heated to 240 ° C. for about 8 hours, during which time 173 ml of water was collected, after which the hydroxyl number was KOH 6.4 mg / g.

反応混合物を240℃でさらに約3時間維持し、酸価がKOH1.0mg/g未満になるまで、真空下にて余分な酸を除去した。混合物を80℃に冷却し、残留酸性度をアルカリで中和した。40℃での粘度は140cStであり、100℃での粘度は19.6cStであった。   The reaction mixture was maintained at 240 ° C. for about another 3 hours, and excess acid was removed under vacuum until the acid number was less than 1.0 mg / g KOH. The mixture was cooled to 80 ° C. and the residual acidity was neutralized with alkali. The viscosity at 40 ° C. was 140 cSt, and the viscosity at 100 ° C. was 19.6 cSt.

n−ヘプタン酸、n−オクタン酸およびn−デカン酸の工業的ペンタエリトリトールエステル約275gを反応生成物に添加し、モノペンタエリトリトールエステル約47%、ジペンタエリトリトールエステル14%、トリペンタエリトリトールエステル7%、および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のエステル32%の混合物が得られた。得られた生成物を乾燥させ、濾過し、40℃での目的の動粘度80cStが示された。   About 275 g of industrial pentaerythritol ester of n-heptanoic acid, n-octanoic acid and n-decanoic acid is added to the reaction product, about 47% monopentaerythritol ester, 14% dipentaerythritol ester, 7% tripentaerythritol ester % And a mixture of 32% esters of pentaerythritol oligomers of 4 or more pentaerythritol monomer groups. The resulting product was dried, filtered, and showed the desired kinematic viscosity of 80 cSt at 40 ° C.

実施例2:カプリル酸のトリメチロールプロパンエステル
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、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。
Example 2: Trimethylolpropane ester of caprylic acid A reactor equipped with a mechanical stirrer, thermocouple, temperature controller, Dean-Stark trap, condenser, nitrogen sparger, and vacuum source was charged with trimethylolpropane and about 15 mol%. An excess amount of caprylic acid (which is a 6: 4 blend of n-octanoic acid: n-decanoic acid) was charged.

反応混合物を240℃で加熱し、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。ヒドロキシル価がKOH2.5mg/グラム未満に下がるまで、反応を240℃で維持した。次いで、反応を240℃でさらに約3時間維持し、真空をかけて、酸価がKOH1.0mg/g未満になるまで余分な酸を除去した。混合物を80℃に冷却し、残留酸性度をアルカリで中和した。ポリエステル生成物の動粘度は、40℃で19cStであり、100℃で4.4cStであった。   The reaction mixture was heated at 240 ° C., a vacuum was applied, the water produced in the reaction was collected in a trap, and the collected acid was returned to the reactor. The reaction was maintained at 240 ° C. until the hydroxyl number dropped to less than 2.5 mg KOH / gram. The reaction was then maintained at 240 ° C. for about another 3 hours and a vacuum was applied to remove excess acid until the acid number was less than 1.0 mg / g KOH. The mixture was cooled to 80 ° C. and the residual acidity was neutralized with alkali. The kinematic viscosity of the polyester product was 19 cSt at 40 ° C. and 4.4 cSt at 100 ° C.

実施例3
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。
Example 3
The esters of Example 1 and Example 2 were blended at a ratio of 2: 3 to obtain a blended polyol ester having a kinematic viscosity at 40 ° C. of about 32 cSt. The physical properties of the product are shown in Table 1.

実施例4:カプリル酸の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、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。
Example 4: Pentaerythritol ester of caprylic acid An industrial purity pentaerythritol (pentaerythritol) was added to a reactor equipped with a mechanical stirrer, thermocouple, temperature controller, Dean-Stark trap, condenser, nitrogen sparger, and vacuum source. 90 wt% and dipentaerythritol 10 wt%) and about 15 mol% excess caprylic acid (which is a 6: 4 blend of n-octanoic acid: n-decanoic acid) was charged.

反応混合物を240℃でさらに約3時間維持し、真空下にて、酸価がKOH2.5mg/g未満になるまで余分な酸を除去した。混合物を80℃に冷却し、残留酸性度をアルカリで中和した。ポリエステル生成物の動粘度は、40℃で31cStであり、100℃で6.2cStであった。生成物の物理的性質を表1に示す。   The reaction mixture was maintained at 240 ° C. for about another 3 hours, and excess acid was removed under vacuum until the acid value was less than 2.5 mg / g KOH. The mixture was cooled to 80 ° C. and the residual acidity was neutralized with alkali. The kinematic viscosity of the polyester product was 31 cSt at 40 ° C. and 6.2 cSt at 100 ° C. The physical properties of the product are shown in Table 1.

比較例1
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。
Comparative Example 1
Comparative Example 1 is an 84:16 (weight ratio) blend of two polyol esters having kinematic viscosities 7.5 cSt and 44 cSt at 40 ° C. The 7.5 cSt ester is the reaction product of neopentyl glycol and 2-ethylhexanoic acid. The 44 cSt ester is the reaction product of pentaerythritol and 2-ethylhexanoic acid. The physical properties are shown in Table 1.

比較例2
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。
Comparative Example 2
Comparative Example 2 is an ISO32 grade alkylated benzene commercially available from Virginia KMP Corporation as SPECIAL DUTY AB150. The physical properties of the product are shown in Table 1.

耐荷重性能
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。
Load bearing performance Extreme pressure bearing performance of lubricants under boundary lubricant conditions (direct contact between metals).


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。
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A steel journal held in place by brass shear pins is rotated with respect to two fixed V-shaped blocks to obtain a 4-line contact. The specimen and its support jaws are immersed in an oil sample cup for oil lubricant. The journal is driven at 250 rpm and a load is applied to the V-shaped block by means of a nutcracker lever arm and a spring gauge. The brass shear pin is used to actuate the load during the test and continuously apply the ramp load until the brass shear pin shears or the test pin breaks. Torque from the gauge attached to the Falex lubricant tester is reported in pounds (Table 2). The results of load bearing tests demonstrate the superior load bearing performance of the lubricants of the present invention when compared to common branched acid polyol ester lubricants and alkylated benzene lubricants.

潤滑性性能
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。
Lubricity Performance The lubricity of the lubricant was evaluated using a mini traction machine (MTM) commercially available from PCS Instruments. In this test, the lubricity / friction properties of the lubricant are measured by two different techniques using a rotating ball-on-disk type. In the first mode of operation, all of the lubrication modes such as boundary (metal-to-metal contact), mixed film (fluid film-to-metal mixture contact), elastohydrodynamic (fluid film) and hydrodynamic (fluid film) Over a range, the lubricity is measured. Ball and disk speeds increase simultaneously with a slide-roll-ratio of 50% and the coefficient of friction is measured as a function of constant load and constant entrainment speed. This means that the ball always moves at 50% of the rotating disk speed when the disk speed increases. As the speed of the disc and ball increases, the lubricant moves to the metal-to-metal contact surface, increasing the pressure at the front of the rotating / sliding contact. At some point, the speed is high enough and the pressure is sufficient to entrain the lubricant between the ball contact and the disk contact. At this point, the system is under hydrodynamic lubrication; meaning that lubrication is controlled by the integrity of the film between the ball and disk. A low friction coefficient at a high entrainment speed means that the lubricating performance of the lubricant is excellent. Table 3 shows the coefficient of friction at 40 ° C., 80 ° C. and 120 ° C. at various entrainment speeds for Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

作業の第2モードでは、完全流体膜条件(流体力学的潤滑)下にて潤滑剤の潤滑性を評価する。この試験では、定荷重および一定温度にて種々の滑り率(つまり、ボールとディスクが、互いに対して異なる速度で回転する)で摩擦係数が測定される。作業の両方のモードについて、試験は一般に、いくつかの異なる固定温度:この場合には40、80および120℃および荷重30Nで行われる。摩擦係数は、潤滑剤の潤滑性の直接的な測定値であり;摩擦係数が低いほど、潤滑剤の潤滑性が高い。この試験では、通常同等なISO粘度グレードの潤滑剤を比較することが意味をなすことを留意することが重要である。表4は、40、80および120℃での、実施例1、比較例1および比較例2についての様々な滑り率での摩擦係数を示す。   In the second mode of operation, the lubricity of the lubricant is evaluated under perfect fluid film conditions (hydrodynamic lubrication). In this test, the coefficient of friction is measured at various slip rates (ie, the ball and disk rotate at different speeds relative to each other) at constant load and temperature. For both modes of operation, testing is generally performed at several different fixed temperatures: in this case 40, 80 and 120 ° C. and a load of 30N. The coefficient of friction is a direct measure of the lubricity of the lubricant; the lower the coefficient of friction, the higher the lubricity of the lubricant. It is important to note that in this test it usually makes sense to compare equivalent ISO viscosity grade lubricants. Table 4 shows the coefficient of friction at various slip rates for Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 at 40, 80 and 120 ° C.

摩擦係数は一貫して、比較潤滑剤に対して本発明の潤滑剤のほうが低い。   The coefficient of friction is consistently lower for the lubricant of the present invention relative to the comparative lubricant.

潤滑剤/プロパン混合物の熱物理的性質
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。
Thermophysical properties of the lubricant / propane mixture Equipment for measuring the viscosity and composition of the lubricant / propane mixture as a function of temperature and pressure includes temperature-controlled circulation loop-containing pumps, mass flow / density meters, high-pressure viscometers, bulk Consists of a lubricant / refrigerant reservoir and a pressure transducer. Thermocouples are located directly at multiple locations in the loop, as well as mass flow meters and viscometers. The loop design allows continuous circulation of the liquid mixture and provides agitation to achieve a rapid vapor-liquid equilibrium. Lubricant was initially charged to the system gravimetrically (± 0.02 g) and the circulation loop was cooled to −10 ° C. Next, propane was charged gravimetrically (± 0.02 g) from a small stainless steel sample cylinder in the amount necessary to obtain the desired bulk propane / lubricant composition. For safety reasons, a vapor space correction was applied to the composition to account for propane in the gas phase, because the loop did not fill to capacity and a small vapor space was present at the top of the bulk reservoir. After being charged into the system, a gear pump was used to circulate liquid through each of the measuring devices. The pressure of the bulk mixture was measured up to ± 0.20 bar. The liquid density was measured to ± 0.002 g / cc using a Micromotion CMF10 mass flow meter. The viscosity of the liquid was measured to ± 1.0% of the value using a Cambridge viscosity high pressure electromagnetic viscometer. Incorporate two high-pressure viewing windows in the viscometer housing to allow liquid miscibility observation and check the mixture for possible phase separation if the bulk mixture pressure is within 1% of the saturated refrigerant pressure can do. Measurements were collected in the temperature range -10 ° C to 120 ° C (± 0.5 ° C), and the composition of propane in the lubricant was 0 to 20 wt%.

潤滑剤それぞれに関して、温度、圧力(等圧線)および組成(直線)に冷媒/潤滑剤混合物の動粘度を関係づけるダニエルチャートを作成した(図1〜3)。チャートの比較から、実施例1の潤滑剤を有するプロパン溶液(図1参照)が、比較例1の潤滑剤を有するプロパン溶液(図2参照)または比較例2の潤滑剤を有するプロパン溶液(図3参照)よりも、所定の圧力/温度の組み合わせで高温にて高い動粘度(つまり、希釈度が低い)を示すことが実証されている。さらに、本発明の潤滑剤/プロパン混合物は一般に、低温および低冷媒濃度(運転開始時に圧縮機内で通常観察される条件)で低い粘度を有する。このように粘度が低いと、潤滑剤が、圧縮機に低い粘性抵抗を付与し、その結果、特に運転開始時のエネルギー消費が少なくなることを意味する。   For each lubricant, a Daniel chart was created that relates the kinematic viscosity of the refrigerant / lubricant mixture to temperature, pressure (isobar) and composition (straight) (Figures 1-3). From the comparison of the charts, the propane solution having the lubricant of Example 1 (see FIG. 1) is the propane solution having the lubricant of Comparative Example 1 (see FIG. 2) or the propane solution having the lubricant of Comparative Example 2 (see FIG. 1). 3), it has been demonstrated to exhibit a high kinematic viscosity (ie low dilution) at high temperatures at a given pressure / temperature combination. Furthermore, the lubricant / propane mixtures of the present invention generally have a low viscosity at low temperatures and low refrigerant concentrations (conditions normally observed in compressors at the start of operation). This low viscosity means that the lubricant imparts a low viscous resistance to the compressor, resulting in less energy consumption, particularly at the start of operation.

Claims (10)

i)C1〜6炭化水素冷媒と、
ii)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、
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、
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)
の混合物を含み、40℃での動粘度22〜125cSt、140を超える粘度指数を有する、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、R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、Rがそれぞれ独立して選択され、かつR基である)1〜20重量%、
c)式Iの化合物(nは3であり、R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、
動作流体。
i) a C 1-6 hydrocarbon refrigerant;
ii) compounds of formula I

(In the formula, n is an integer of 1 to 12,
Each R is independently alkylcarbonyl having 5 to 10 carbon atoms;
Each R 1 is independently selected and the R group or substituent of formula II:

Either
At least 80 mol% of all R groups are independently selected from linear alkylcarbonyl having 7 to 10 carbon atoms)
A polyol ester lubricant composition having a kinematic viscosity at 40 ° C. of 22 to 125 cSt, a viscosity index greater than 140,
A working fluid for a heat transfer device, comprising:
The polyol ester lubricant composition is
a) 30-55% by weight of a compound of formula I (n is 1, R 1 is independently selected and is an R group),
b) 1 to 20% by weight of a compound of the formula I (n is 2, R 1 is independently selected and is an R group ) ,
c) 1-10% by weight of a compound of the formula I (n is 3, R 1 is independently selected and is an R group),
d) 25-45% by weight of a compound of formula I which is a pentaerythritol oligomer of 4 or more pentaerythritol monomer groups,
Including
The weight percent is a percentage of the weight of all compounds of formula I present in the lubricant composition;
Working fluid.
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1に記載の動作流体。   The working fluid of claim 1, wherein at least 90 mol% of all R groups are independently selected from linear alkylcarbonyls of 7, 8 and 10 carbon atoms. 前記C1〜6炭化水素冷媒だけが存在する冷媒であり、並びにエタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ブテンおよびイソブテンからなる群から選択される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。 2. The refrigerant in which only the C 1-6 hydrocarbon refrigerant is present, and one or more refrigerants selected from the group consisting of ethane, propane, propene, butane, isobutane, butene and isobutene. The working fluid described in 1. 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なる群から選択される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。   The working fluid according to claim 1, wherein the refrigerant is one or a plurality of refrigerants selected from the group consisting of propane, butane, isobutane, butene, and isobutene. 成分i)およびii)に加えて、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、及びリン酸エステルからなる群から選択される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。   In addition to components i) and ii), selected from the group consisting of mineral oil, polyalphaolefins, alkylbenzenes, carboxylic acid esters other than compounds of formula I, polyethers, polyvinyl ethers, perfluoropolyethers, and phosphate esters The working fluid of claim 1, further comprising one or more of the following. 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。   Further comprising one or more antioxidants, extreme pressure additives, antiwear additives, friction reducing additives, antifoaming agents, prefoaming agents, metal deactivators, acid scavengers or mixtures thereof. Item 4. The working fluid according to Item 1. 前記ポリオールエステル潤滑剤組成物が式Iの化合物及び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の混合物を含み、トリメチロールポリオールのエステルのすべてのアルキルカルボニルの少なくとも80モル%が炭素原子7〜10個の直鎖アルキルカルボニルか独立して選択される、請求項1に記載の動作流体。 The polyol ester lubricant composition comprises a mixture of a compound of formula I and a C5-10 alkyl carboxylate ester of trimethylolpropane, wherein at least 80 mol% of all alkylcarbonyls of the ester of trimethylol polyol are from 7 to 7 carbon atoms. The working fluid according to claim 1, wherein 10 linear alkylcarbonyls are independently selected. 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6に記載の動作流体。   7. A working fluid according to claim 6, wherein at least 50% by weight of all esters in the polyol ester lubricant composition is a compound of formula I. 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75重量%が式Iの化合物である、請求項6に記載の動作流体。   7. A working fluid according to claim 6, wherein at least 75% by weight of all esters in the polyol ester lubricant composition is a compound of formula I. 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90重量%が式Iの化合物である、請求項6に記載の動作流体。   7. A working fluid according to claim 6, wherein at least 90% by weight of all esters in the polyol ester lubricant composition is a compound of formula I.
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