JP6010492B2 - 冷凍機油組成物及び冷凍機システム - Google Patents
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Description
従って、冷凍機システムにおいては、地球温暖化係数(GWP)が低い等環境保護に適した冷媒とともに、当該冷媒に対する優れた相溶性を有し、しかも安定性に優れた冷凍機油組成物が求められていた。
(1)不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒に用いる冷凍機油組成物であって、前記冷媒は、冷媒全量に基づき、12質量%以下のCO 2 を含む冷媒であり、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、及びポリオールエステル類から選ばれる少なくとも一種からなり、100℃における動粘度が2〜50mm2/s、水酸基価が5mgKOH/g以下である基油を含有する冷凍機油組成物、
(2)基油の100℃における動粘度が5mm2/s以上30mm2/s以下であり、組成物中の水分含有量が700ppm以下である、前記(1)記載の冷凍機油組成物、
R1−[(OR2)m−OR3]n ・・・(I)
(式中、R1は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアシル基又は結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、R3は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアシル基、nは1〜6の整数、mはm×nの平均値が6〜80となる数を示す。)で表される、前記(1)又は(2)に記載の冷凍機油組成物、
(4)前記ポリビニルエーテル類が、一般式(II)
で表される、前記(1)又は(2)に記載の冷凍機油組成物、
(5)前記ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体が、一般式(VIII)又は(IX)
で表される、前記(1)又は(2)に記載の冷凍機油組成物、
(7)前記基油は、ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリオキシプロピレン/ポリオキシエチレン共重合体ジメチルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル/ポリブチルビニルエーテル共重合体、及びペンタエリスリトールと2−エチルへキサン酸及び3,5,5−トリメチルヘキサン酸とのエステルからなる群から選ばれる少なくとも一種からなる、前記(1)又は(2)に記載の冷凍機油組成物、
(8)前記冷媒は、冷媒全量に基づき、45質量%以上の不飽和フッ化炭化水素化合物と2質量%以上50質量%以下の飽和フッ化炭化水素化合物と1質量%以上10質量%以下のCO 2 との混合物からなる、前記(1)〜(7)のいずれか1つに記載の冷凍機油組成物、
(9)前記基油に、酸化防止剤、極圧剤、酸捕捉剤、酸素捕捉剤、銅不活性化剤、防錆剤、及び消泡剤から選ばれる少なくとも一種を配合してなる、前記(1)〜(8)のいずれか1つに記載の冷凍機油組成物、
(10)前記冷媒の地球温暖化係数(GWP)が150以下である、前記(1)〜(9)のいずれか1つに記載の冷凍機油組成物、
(12)組成物の水分含有量が300質量ppm以下である、前記(1)〜(11)のいずれか1つに記載の冷凍機油組成物、
(13)前記(1)〜(12)のいずれか1つに記載の冷凍機油組成物、及び不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒を用いた冷凍機システムであり、該冷凍機システム内の水分含有量が500質量ppm以下である冷凍機システム、及び
(14)カーエアコン、GHP、空調、冷蔵庫、自動販売機、ショーケース、給湯器又は床暖房に用いられる、前記(13)記載の冷凍機システム、
を提供するものである。
本発明の冷凍機油組成物は、不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒に用いる冷凍機油組成物であって、ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、及びポリオールエステル類から選ばれる少なくとも一種からなり、100℃における動粘度が2mm2/s以上50mm2/s以下、水酸基価が5mgKOH/g以下である基油を含有する。
本発明の冷凍機油組成物を用いる冷媒は、不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる。
(不飽和フッ化炭化水素化合物)
本発明において、冷媒として用いられる混合物を構成する不飽和フッ化炭化水素化合物としては、好ましくは、例えば、炭素数2〜6の直鎖状又は分岐状の鎖状オレフィンや炭素数4〜6の環状オレフィンのフッ素化物を挙げることができる。
これらの不飽和フッ化炭化水素化合物の中では、プロペンのフッ化物が好ましく、GWP等の環境性能の観点から、例えばペンタフルオロプロペンの各種異性体、3,3,3−トリフルオロプロペン及び1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R1234ze)等が好適である。
上記不飽和フッ化炭化水素化合物はGWPの低い冷媒であるから、環境性能、安定性等の観点から冷媒全量に基づき、通常、45質量%以上、好ましくは45質量%以上96質量%以下、より好ましくは75質量%以上96質量%以下、さらに好ましくは79質量%以上96質量%以下、特に好ましくは82質量%以上90質量%以下で配合される。
冷媒として用いられる混合物を構成する飽和フッ化炭化水素化合物としては、炭素数2〜4のアルカンのフッ化物が好ましく、特に、フルオロエタン(R161)、ジフルオロメタン(R32)、エタンのフッ化物である1,1−ジフルオロエタン(R152a)、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R134a)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタンが用いられ、特に、R134a(HFC134aともいう)が安定性や飽和蒸気圧特性の観点から好適である。これらの飽和フッ化炭化水素化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、当該飽和フッ化炭化水素化合物の配合量は、GWP等の環境性能や安定性の観点から、冷媒全量に基づき、通常2質量%以上50質量%以下、好ましくは2質量%以上40質量%以下、より好ましくは2質量%以上30質量%以下、さらに好ましくは2質量%以上20質量%以下、よりさらに好ましくは2質量%以上15質量%以下、特に好ましくは6質量%以上15質量%以下である。
本発明の冷凍機油組成物を用いる冷媒として用いられる混合物には、地球温暖化係数が低く、環境保護に適した冷媒としてCO2を配合する。冷媒としてのCO2は、通常、高圧を必要とするため、一般にカーエアコンなどの冷凍システムではその使用量は制限され、また、冷凍機油組成物との相溶性等を考慮して、本発明においては、冷媒中、通常、冷媒全量につき12質量%以下のCO2が配合され、好ましくは1質量%以上10質量%以下、より好ましくは2質量%以上7質量%以下のCO2が配合される。
本発明の冷凍機油組成物を用いる冷媒は、前記不飽和フッ化炭化水素化合物と前記飽和フッ化炭化水素化合物と前記CO2との混合物からなる。
本発明における冷媒は、環境性能、安定性等の観点から、好ましくは、R1234ze(HFO1234zeともいう)と、CO2と、R134a(HFC134aともいう)、R32、R152a、R161等から選ばれる冷媒との混合物からなり、より好ましくは、R1234ze(HFO1234ze)とCO2とR134a(HFC134a)との混合物からなる。さらに好ましくは、本発明における冷媒は、79質量%以上96質量%以下のR1234ze(HFO1234ze)、2質量%以上7質量%以下のCO2、及び2質量%以上15質量%以下のR134a(HFC134a)の混合物からなることが好ましい。
本発明における冷媒は1300以下、好ましくは1000以下、さらに好ましくは800以下、500以下、400以下、300以下または200以下のGWPを有し、特に150以下または100以下、さらには50以下のGWPを有する。
本発明の冷凍機油組成物は、前述の冷媒を用いる冷凍機システム用の潤滑油組成物であって、基油として、ポリオキシアルキレングリコール類(PAG)、ポリビニルエーテル類(PVE)、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体(ECP)及びポリオールエステル類(POE)から選ばれる少なくとも一種からなり、100℃における動粘度が2mm2/s以上50mm2/s以下、水酸基価が5mgKOH/g以下である基油を含有する。
(ポリオキシアルキレングリコール類(PAG))
本発明の冷凍機油組成物において、基油として用いることのできるポリオキシアルキレングリコール類としては、例えば一般式(I)
R1−[(OR2)m−OR3]n ・・・ (I)
(式中、R1は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアシル基又は結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、R3は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアシル基(R1及びR3は複素環であってもよい)、nは1〜6の整数、mはm×nの平均値が6〜80となる数を示す。)
で表される化合物が挙げられる。
また、R1、R3で表される該アシル基のアルキル基部分は直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよく、該アシル基のアルキル基部分の具体例としては、上記アルキル基の具体例として挙げた炭素数1〜9の種々の基を同様に挙げることができる。該アシル基の炭素数が10を超えると冷媒との相溶性が低下し、相分離を生じる場合がある。好ましいアシル基の炭素数は2〜6である。
R1及びR3が、いずれもアルキル基又はアシル基である場合には、R1とR3は同一であってもよいし、たがいに異なっていてもよい。
R1が結合部位2〜6個を有する炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基である場合、この脂肪族炭化水素基は鎖状のものであってもよいし、環状のものであってもよい。結合部位2個を有する脂肪族炭化水素基としては、例えばエチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基などが挙げられる。また、結合部位3〜6個を有する脂肪族炭化水素基としては、例えばトリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、1,2,3−トリヒドロキシシクロヘキサン、1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンなどの多価アルコールから水酸基を除いた残基を挙げることができる。
この脂肪族炭化水素基の炭素数が10を超えると冷媒との相溶性が低下し、相分離が生じる場合がある。好ましい炭素数は2〜6である。
例えば、その複素環部分は、フランまたはチオフェン環であってもよい。複素環部分は、代わりに、フルフリル、またはテトラヒドロフルフリルのようなフルフリル誘導体であってもよく、直接または炭化水素リンケージを介して接続されてもよい。R1及びR3が誘導されるもとの化合物の例には、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン、またはメチルテトラヒドロチオフェン置換基が含まれる。R1及びR3の好ましい例は、2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランから誘導可能なものであり、R1及びR3がメチルテトラヒドロフランから誘導されて且つ酸素を介して結合するものなど、その誘導可能なものは上記の定義に従う基を有するとみなすことができるものである。
前記一般式(I)中のnは1〜6の整数で、R1の結合部位の数に応じて定められる。例えばR1がアルキル基やアシル基の場合、nは1であり、R1が結合部位2,3,4,5及び6個を有する脂肪族炭化水素基である場合、nはそれぞれ2,3,4,5及び6となる。また、mはm×nの平均値が6〜80となる数であり、m×nの平均値が前記範囲を逸脱すると本発明の目的は十分に達せられない。
このようなポリオキシアルキレングリコール類としては、一般式
で表されるポリオキシプロピレングリコールジメチルエーテル、一般式
で表されるポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールジメチルエーテル、及び一般式
で表されるポリオキシプロピレングリコールモノブチルエーテル、さらにはポリオキシプロピレングリコールジアセテートなどが、経済性及び効果の点で好適である。
なお、上記一般式(I)で表されるポリオキシアルキレングリコール類については、特開平2−305893号公報に詳細に記載されたものをいずれも使用することができる。
本発明においては、このポリオキシアルキレングリコール類は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の冷凍機油組成物において、基油として用いることのできるポリビニルエーテル類としては、一般式(II)
上記一般式(II)におけるR4,R5及びR6はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらはたがいに同一であっても異なっていてもよい。ここで炭化水素基とは、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基などのアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、各種メチルシクロヘキシル基、各種エチルシクロヘキシル基、各種ジメチルシクロヘキシル基などのシクロアルキル基;フェニル基、各種メチルフェニル基、各種エチルフェニル基、各種ジメチルフェニル基などのアリール基;ベンジル基、各種フェニルエチル基、各種メチルベンジル基などのアリールアルキル基を示す。なお、これらのR4、R5、R6としては水素原子あるいは炭素数3以下の炭化水素基が特に好ましい。
なお、一般式(II)におけるpは繰り返し数を示し、その平均値が0〜10、好ましくは0〜5の範囲の数である。
で表されるものである。このビニルエーテル系モノマーとしては、上記ポリビニルエーテル系化合物に対応する各種のものがあるが、例えばビニルメチルエーテル;ビニルエチルエーテル;ビニル−n−プロピルエーテル;ビニル−イソプロピルエーテル;ビニル−n−ブチルエーテル;ビニル−イソブチルエーテル;ビニル−sec−ブチルエーテル;ビニル−tert−ブチルエーテル;ビニル−n−ペンチルエーテル;ビニル−n−ヘキシルエーテル;ビニル−2−メトキシエチルエーテル;ビニル−2−エトキシエチルエーテル;ビニル−2−メトキシ−1−メチルエチルエーテル;ビニル−2−メトキシ−プロピルエーテル;ビニル−3,6−ジオキサヘプチルエーテル;ビニル−3,6,9−トリオキサデシルエーテル;ビニル−1,4−ジメチル−3,6−ジオキサヘプチルエーテル;ビニル−1,4,7−トリメチル−3,6,9−トリオキサデシルエーテル;ビニル−2,6−ジオキサ−4−ヘプチルエーテル;ビニル−2,6,9−トリオキサ−4−デシルエーテル;1−メトキシプロペン;1−エトキシプロペン;1−n−プロポキシプロペン;1−イソプロポキシプロペン;1−n−ブトキシプロペン;1−イソブトキシプロペン;1−sec−ブトキシプロペン;1−tert−ブトキシプロペン;2−メトキシプロペン;2−エトキシプロペン;2−n−プロポキシプロペン;2−イソプロポキシプロペン;2−n−ブトキシプロペン;2−イソブトキシプロペン;2−sec−ブトキシプロペン;2−tert−ブトキシプロペン;1−メトキシ−1−ブテン;1−エトキシ−1−ブテン;1−n−プロポキシ−1−ブテン;1−イソプロポキシ−1−ブテン;1−n−ブトキシ−1−ブテン;1−イソブトキシ−1−ブテン;1−sec−ブトキシ−1−ブテン;1−tert−ブトキシ−1−ブテン;2−メトキシ−1−ブテン;2−エトキシ−1−ブテン;2−n−プロポキシ−1−ブテン;2−イソプロポキシ−1−ブテン;2−n−ブトキシ−1−ブテン;2−イソブトキシ−1−ブテン;2−sec−ブトキシ−1−ブテン;2−tert−ブトキシ−1−ブテン;2−メトキシ−2−ブテン;2−エトキシ−2−ブテン;2−n−プロポキシ−2−ブテン;2−イソプロポキシ−2−ブテン;2−n−ブトキシ−2−ブテン;2−イソブトキシ−2−ブテン;2−sec−ブトキシ−2−ブテン;2−tert−ブトキシ−2−ブテン等が挙げられる。これらのビニルエーテル系モノマーは公知の方法により製造することができる。
本発明の冷凍機油組成物における基油に用いられるポリビニルエーテル系化合物としては、次の末端構造を有するものが好適である。
すなわち
(1)その一つの末端が、一般式(IV)
で表され、かつ残りの末端が一般式(V)
で表される構造を有するもの、
(2)その一つの末端が上記一般式(IV)で表され、かつ残りの末端が一般式(VI)
で表される構造を有するもの、
(3)その一つの末端が前記一般式(IV)で表され、かつ残りの末端がオレフィン性不飽和結合を有するもの、
(4)その一つの末端が前記一般式(IV)で表され、かつ残りの末端が一般式(VII)
で表される構造のものである。
該ポリビニルエーテル系混合物は、前記(1)〜(4)の末端構造を有するものの中から選ばれた二種以上の混合物であってもよい。このような混合物としては、例えば前記(1)のものと(4)のものとの混合物、及び前記(2)のものと(3)のものとの混合物を好ましく挙げることができる。
本発明においては、このポリビニルエーテル系化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリ(オキシ)アルキレングリコールとは、ポリアルキレングリコール及びポリオキシアルキレングリコールの両方を指す。
本発明の冷凍機油組成物において、基油として用いることのできるポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体としては、一般式(VIII)及び一般式(IX)
上記一般式(VIII)におけるR29、R30及びR31はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていてもよく、R33は炭素数2〜4の二価の炭化水素基、R34は炭素数1〜20の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数1〜20の置換基を有してもよい芳香族基、炭素数2〜20のアシル基又は炭素数2〜50の酸素含有炭化水素基、R32は炭素数1〜10の炭化水素基を示し、R32、R33、R34はそれらが複数ある場合にはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。
なお、一般式(VIII)におけるvは、R33Oの繰り返し数を示し、その平均値が1〜50、好ましくは1〜20、さらに好ましくは1〜10、特に好ましくは1〜5の範囲の数である。R33Oが複数ある場合には、複数のR33Oは同一でも異なっていてもよい。
また、kは1〜50、好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜2、特に好ましくは1、uは0〜50、好ましくは2〜25、さらに好ましくは5〜15、の数を示し、kおよびuはそれらが複数ある場合にはそれぞれブロックでもランダムでもよい。
この炭素数1〜10のアルキル基とは、具体的にはメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、各種ノニル基、各種デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、各種メチルシクロヘキシル基、各種エチルシクロヘキシル基、各種プロピルシクロヘキシル基、各種ジメチルシクロヘキシル基などを示す。
また、炭素数2〜10のアシル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピパロイル基、ベンゾイル基、トルオイル基などを挙げることができる。
さらに、炭素数2〜50の酸素含有炭化水素基の具体例としては、メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、1,1−ビスメトキシプロピル基、1,2−ビスメトキシプロピル基、エトキシプロピル基、(2−メトキシエトキシ)プロピル基、(1−メチル−2−メトキシ)プロピル基などを好ましく挙げることができる。
なお、R29〜R31,R34,R33及びv並びにR29〜R32は、それぞれ構成単位毎に同一であっても異なっていてもよい。
本発明においては、このポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の冷凍機油組成物において、基油として用いることのできるポリオールエステル類としては、ジオールあるいは水酸基を3〜20個程度有するポリオールと、炭素数1〜24程度の脂肪酸とのエステルが好ましく用いられる。ここで、ジオールとしては、例えばエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,7−ヘプタンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオールなどが挙げられる。
また、直鎖状脂肪酸、分岐状脂肪酸の何れであっても良く、潤滑性の点からは直鎖状脂肪酸が好ましく、加水分解安定性の点からは分岐状脂肪酸が好ましい。更に、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸の何れであっても良い。
なお、ポリオールエステルとしては、ポリオールの全ての水酸基がエステル化されずに残った部分エステルであっても良く、全ての水酸基がエステル化された完全エステルであっても良く、また部分エステルと完全エステルの混合物であっても良いが、完全エステルであることが好ましい。
本発明の冷凍機油組成物における基油の100℃の動粘度は、2mm2/s以上50mm2/s以下である。該動粘度が2mm2/s以上であれば良好な潤滑性能(耐荷重性)が発揮されると共に、シール性もよく、また50mm2/s以下であれば冷媒と冷凍機油との相溶性に優れ、省エネルギー性も良好である。上記観点から、基油の100℃の動粘度は、好ましくは3mm2/s以上40mm2/s以下、さらに好ましくは5mm2/s以上30mm2/s以下である。
本発明における基油の100℃における動粘度は、JIS K2283−1983に準じ、ガラス製毛管式粘度計を用いて測定することができる。
本発明における基油の水酸基価は、JIS K0070に準じ、中和滴定法により測定することができる。
当該含酸素化合物と併用できる基油としては、例えば他のポリエステル類、ポリカーボネート類、α−オレフィンオリゴマーの水素化物、さらには鉱油、脂環式炭化水素化合物、アルキル化芳香族炭化水素化合物などを挙げることができる。
本発明の冷凍機油組成物には、酸化防止剤、極圧剤、酸捕捉剤、酸素捕捉剤、銅不活性化剤、防錆剤、油性剤、消泡剤などの中から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有させることができる。
前記極圧剤としては、リン酸エステル、酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル及びこれらのアミン塩などのリン系極圧剤を挙げることができる。
これらのリン系極圧剤の中で、極圧性、摩擦特性などの点からトリクレジルホスフェート、トリチオフェニルホスフェート、トリ(ノニルフェニル)ホスファイト、ジオレイルハイドロゲンホスファイト、2−エチルヘキシルジフェニルホスファイトなどが特に好ましい。
一方、金属塩を構成する金属としてはアルカリ金属又はアルカリ土類金属が好ましく、特に、アルカリ金属が最適である。
さらに、上記以外の極圧剤として、例えば、硫化油脂、硫化脂肪酸、硫化エステル、硫化オレフィン、ジヒドロカルビルポリサルファイド、チオカーバメート類、チオテルペン類、ジアルキルチオジプロピオネート類などの硫黄系極圧剤を挙げることができる。
上記極圧剤の配合量は、潤滑性及び安定性の点から、組成物全量に基づき、通常0.001質量%以上5質量%以下、特に0.005質量%以上3質量%以下が好ましい。
前記の極圧剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組合わせて用いてもよい。
このアルキルグリシジルエーテルのアルキル基、及びアルキレングリコールグリシジルエーテルのアルキレン基は、分岐を有していてもよく、炭素数は通常3〜30、好ましくは4〜24、特に6〜16のものである。また、α−オレフィンオキシドは全炭素数が一般に4〜50、好ましくは4〜24、特に6〜16のものを使用する。本発明においては、上記酸捕捉剤は1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その配合量は、効果及びスラッジ発生の抑制の点から、組成物に対して、通常0.005質量%以上5質量%以下、特に0.05質量%以上3質量%以下が好ましい。
酸素捕捉剤としては、例えば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、アルキレングリコールグリシジルエーテル、シクロヘキセンオキシド、α−オレフィンオキシド、エポキシ化大豆油などのエポキシ化合物等を挙げることができる。
銅不活性化剤としては、例えばN−[N,N’−ジアルキル(炭素数3〜12のアルキル基)アミノメチル]トリアゾール等を挙げることができる。
防錆剤としては、例えば金属スルホネート、脂肪族アミン類、有機亜リン酸エステル、有機リン酸エステル、有機スルフォン酸金属塩、有機リン酸金属塩、アルケニルコハク酸エステル、多価アルコールエステル等を挙げることができる。
前記消泡剤としては、例えば、シリコーン油やフッ素化シリコーン油などを挙げることができる。
本発明の冷凍機油組成物には、さらに本発明の目的を阻害しない範囲で、他の公知の各種添加剤を配合することができる。
本発明の冷凍機油組成物は、不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒を用いた冷凍機システムに適用される。
本発明の冷凍機油組成物を使用する冷凍機システムにおける潤滑方法において、前記冷媒と各種冷凍機油組成物の使用量については、冷媒/冷凍機油組成物の質量比で99/1〜10/90、更に95/5〜30/70の範囲にあることが好ましい。冷媒の量が上記範囲よりも少ない場合は冷凍能力の低下が見られ、また上記範囲よりも多い場合は潤滑性能が低下し好ましくない。本発明の冷凍機油組成物は、種々の冷凍機に使用可能であるが、特に、圧縮型冷凍機の圧縮式冷凍サイクルに好ましく適用できる。
本発明においては、前記冷凍機システムに用いる場合、システム内の水分含有量は500質量ppm以下とする。該システム内の水分含有量が500質量ppmを超えると、冷凍機油組成物の安定性が悪くなるため、システム内を構成する部材の腐食や銅メッキの発生原因となる。当該水分含有量は、300質量ppm以下であることが好ましく、200質量ppm以下であることがより好ましく、100質量ppm以下であることがさらに好ましい。
なお、基油の性状及び冷凍機油組成物の諸特性は、以下に示す要領に従って求めた。
<基油の性状>
(1)動粘度(40℃、100℃)
JIS K2283−1983に準じ、ガラス製毛管式粘度計を用いて測定した。
(2)水酸基価
JIS K0070に準じ、中和滴定法により測定した。
(3)酸価
JIS K2501に準じ、指示薬光度滴定法(左記JIS規格における付属書1参照)により測定した。
(4)水分含有量
冷凍機油組成物中の水分含有量は、JIS K 2275に準じ、カールフィッシャー式滴定法により測定した。また、冷凍機システム内の水分含有量は、システム内から冷凍機油組成物を抜き取り、同じくJIS K 2275に準じてカールフィッシャー式滴定法により測定した。
(5)二層分離温度
二層分離温度測定管(内容積10mL)に油/冷媒(0.3g/2.7g)を充填し、恒温槽に保持した。恒温槽の温度を室温(25℃)より、温度を1℃/minの割合で上げ、二層分離温度を測定した。
(6)安定性(シールドチューブ試験、水分混合シールドチューブ試験)
シールドチューブ試験は、ガラス管に、油/冷媒4mL/1g、及び鉄(Fe)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)の金属触媒を充填して封管し、温度175℃の条件にて30日間保持後、油外観、Fe触媒外観を目視観察すると共に、酸価を測定して行った。
また、水分混合シールドチューブ試験は、油にマイクロシリンジで所定の水分量を添加することで、水分含有量を50〜2000質量ppmの範囲で、表2に示すように変えて上記と同様にシールドチューブ試験を行った。
(1)基油
A1:ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、40℃動粘度;42.8mm2/s、100℃動粘度;9.52mm2/s、水酸基価(OHV);0.9mgKOH/g
A2:ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、40℃動粘度;43.5mm2/s、100℃動粘度;9.34mm2/s、水酸基価(OHV);3.5mgKOH/g
A3:ポリオキシプロピレン/ポリオキシエチレン共重合体ジメチルエーテル、(PO/EOのモル比は7:3)、40℃動粘度;43.1mm2/s、100℃動粘度;10.3mm2/s、水酸基価(OHV);1.2mgKOH/g
A4:ポリエチルビニルエーテル、40℃動粘度;68.5mm2/s、100℃動粘度;8.39mm2/s、水酸基価(OHV);1.1mgKOH/g
A6:ペンタエリスリトールと2−エチルへキサン酸及び3,5,5−トリメチルヘキサン酸(2−エチルへキサン酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸=1/1(モル比))とのエステル、40℃動粘度;68.5mm2/s、100℃動粘度;8.32mm2/s、水酸基価(OHV);3.2mgKOH/g
A7:ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、40℃動粘度;44.56mm2/s、100℃動粘度;9.13mm2/s、水酸基価(OHV);6.7mgKOH/g
A8:ペンタエリスリトールと2−エチルへキサン酸及び3,5,5−トリメチルヘキサン酸(2−エチルへキサン酸/3,5,5−トリメチルヘキサン酸=1/1(モル比))とのエステル、40℃動粘度;70.3mm2/s、100℃動粘度;8.27mm2/s、水酸基価(OHV);8.6.mgKOH/g
A9:ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、40℃動粘度;148.3mm2/s、100℃動粘度;27.34mm2/s、水酸基価(OHV);2.7mgKOH/g
A10:ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、40℃動粘度;370.6mm2/s、100℃動粘度;53.8mm2/s、水酸基価(OHV);3.9mgKOH/g
B1(酸捕捉剤):C14α−オレフィンオキシド
B2(酸化防止剤):2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール(DBPC)
B3(極圧剤):トリクレジルホスフェート(TCP)
(3)また、使用した冷媒は、AC6A[R1234ze(HFO1234ze):R134a(HFC134a): CO2=83.73:10.56:5.71(質量比)混合冷媒、GWP;147]であった。
表1に示す組成の冷凍機油組成物を調製し、AC6A冷媒を用いて、冷凍機油組成物とAC6A冷媒との相溶性及び冷凍機油組成物の安定性を評価した。その結果を表1に示す。なお、各成分の配合量は質量%で示す。
表2に示す組成の冷凍機油組成物を調製し、各々の冷凍機油組成物の水分量を表2に示すように変化させ、冷凍機油組成物の安定性を評価した。その結果を表2に示す。
Claims (14)
- 不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒に用いる冷凍機油組成物であって、
前記冷媒は、冷媒全量に基づき、12質量%以下のCO 2 を含む冷媒であり、
ポリオキシアルキレングリコール類、ポリビニルエーテル類、ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体、及びポリオールエステル類から選ばれる少なくとも一種からなり、100℃における動粘度が2mm2/s以上50mm2/s以下、水酸基価が5mgKOH/g以下である基油を含有する冷凍機油組成物。 - 基油の100℃における動粘度が5mm2/s以上30mm2/s以下であり、組成物中の水分含有量が700質量ppm以下である、請求項1記載の冷凍機油組成物。
- 前記ポリオキシアルキレングリコール類が、一般式(I)
R1−[(OR2)m−OR3]n ・・・(I)
(式中、R1は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアシル基又は結合部2〜6個を有する炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、R3は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数2〜10のアシル基、nは1〜6の整数、mはm×nの平均値が6〜80となる数を示す。)で表される、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。 - 前記ポリビニルエーテル類が、一般式(II)
(式中、R4,R5及びR6はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらはたがいに同一であっても異なっていてもよく、R7 は炭素数2〜10の二価の炭化水素基、R8は炭素数1〜10の炭化水素基、pはその平均値が0〜10の数を示し、R7 Oが複数ある場合には複数のR7 Oは同一であっても異なっていてもよい。)
で表される、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。 - 前記ポリ(オキシ)アルキレングリコール又はそのモノエーテルとポリビニルエーテルとの共重合体が、一般式(VIII)又は(IX)
(式中、R29、R30及びR31はそれぞれ水素原子又は炭素数1〜8の炭化水素基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていてもよく、R33は炭素数2〜4の二価の炭化水素基、R34は炭素数1〜20の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数1〜20の置換基を有してもよい芳香族基、炭素数2〜20のアシル基又は炭素数2〜50の酸素含有炭化水素基、R32は炭素数1〜10の炭化水素基を示し、R32、R33、R34はそれらが複数ある場合にはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。vは、その平均値が1〜50の範囲の数であり、R33Oが複数ある場合には、複数のR33Oは同一でも異なっていてもよい。kは1〜50、uは0〜50の数を示し、kおよびuはそれらが複数ある場合にはそれぞれブロックでもランダムでもよい。x及びyは、それぞれ1〜50の数を示し、xおよびyはそれらが複数ある場合にはそれぞれブロックでもランダムでもよい。X,Yは、それぞれ水素原子、水酸基又は炭素数1〜20の炭化水素基を示す。)で表される、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。 - 前記ポリオールエステル類が、ジオールあるいは水酸基を3〜20個有するポリオールと、炭素数1〜24の脂肪酸とのエステルである、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。
- 前記基油は、ポリプロピレングリコールジメチルエーテル、ポリオキシプロピレン/ポリオキシエチレン共重合体ジメチルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル/ポリブチルビニルエーテル共重合体、及びペンタエリスリトールと2−エチルへキサン酸及び3,5,5−トリメチルヘキサン酸とのエステルからなる群から選ばれる少なくとも一種からなる、請求項1又は2に記載の冷凍機油組成物。
- 前記冷媒は、冷媒全量に基づき、45質量%以上の不飽和フッ化炭化水素化合物と2質量%以上50質量%以下の飽和フッ化炭化水素化合物と1質量%以上10質量%以下のCO 2 との混合物からなる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物。
- 前記基油に、酸化防止剤、極圧剤、酸捕捉剤、酸素捕捉剤、銅不活性化剤、防錆剤、油性剤及び消泡剤から選ばれる少なくとも一種を配合してなる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物。
- 前記冷媒の地球温暖化係数(GWP)が150以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物。
- 前記冷媒が、トランス‐1,3,3,3‐テトラフルオロプロペン(R1234ze)と1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R134a)とCO2との混合物である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物。
- 組成物中の水分含有量が300質量ppm以下である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の冷凍機油組成物、及び不飽和フッ化炭化水素化合物と飽和フッ化炭化水素化合物とCO2との混合物からなる冷媒を用いた冷凍機システムであり、該冷凍機システム内の水分含有量が500質量ppm以下である冷凍機システム。
- カーエアコン、ガスヒートポンプ、空調、冷蔵庫、自動販売機、ショーケース、給湯機又は床暖房に用いられる、請求項13に記載の冷凍機システム。
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