KR100859616B1

KR100859616B1 - 냉장고 윤활제 조성물

Info

Publication number: KR100859616B1
Application number: KR1020037011401A
Authority: KR
Inventors: 피터 티모씨 깁; 데이비드 윌리엄 그래엄
Original assignee: 크로다 인터내셔날 피엘씨
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2008-09-23
Also published as: US7176169B2; CN1494583A; KR20030080048A; WO2002070637A1; EP1366139B1; DK1366139T3; GB0105065D0; JP2004526832A; JP2010189652A; EP1366139A1; US20040063590A1; ES2529540T3; CN100366713C; BR0207575B1; BR0207575B8; BR0207575A

Abstract

본 발명은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일 성분을 갖는, 로터리 베인 압축기에 사용하기 위한 윤활제 조성물에 관한 것이다. 특히, 기재 오일 성분은 알킬벤젠 55 중량% 이상 및 폴리올 에스테르 45 중량% 이하, 보다 바람직하게는 알킬벤젠 55 내지 75 중량% 및 폴리올 에스테르 45 내지 25 중량%, 특히 알킬벤젠 60 내지 75 중량% 및 폴리올 에스테르 45 내지 25 중량%를 포함한다.

윤활제 조성물, 로터리 베인 압축기, 기재 오일, 알킬벤젠, 폴리올 에스테르

Description

냉장고 윤활제 조성물 {Refrigerator Lubricant Compositions}

본 발명은 냉매로 사용하기 위한 윤활제 조성물, 특히 냉각 장치에 사용되는 로터리 베인 압축기 (rotary vane compresser)에 사용하기 위한 윤활제 조성물, 및 이 조성물에 의해 윤활되는 압축기, 특히 로터리 베인 압축기에 관한 것이다.

냉각 시스템은 냉매 기체를 압축하기 위한 압축기, 압축된 기체를 응축하기 위한 응축기, 팽창장치 및 응축된 기체가 증발되어 냉각 효과를 제공하는 증발기 구획으로 이루어지며, 증발 구획은 반송 라인을 통해 압축기로 연결된다. 압축기는 이동 부품을 가지며 마찰 및 마모를 감소시키고 일부 디자인에서는 기밀 효과를 제공하기 위하여 윤활작용을 필요로 한다.

통상적으로, 냉각 시스템에 사용되는 윤활제 조성물은 기재 오일로서 광유, 알킬벤젠, 파라핀계 오일, 나프탈렌계 오일 및 폴리 α-올레핀 (PAO)을 함유하였고, 냉매는 전형적으로 클로로플루오로카본 (CFC) 및 히드로클로로플루오로카본 (HCFC)이었다. 그러나, 1987년 몬트리얼 의정서에 따라 이러한 냉매의 오존 고갈 특성으로 인하여 CFC 및 HCFC가 단계적으로 폐지되었다.

도입된 대체 냉매로는 플루오로카본 (FC) 및 히드로플루오로카본 (HFC)가 있다. 그러나, 광유 및 알킬벤젠과 같은 전통적인 냉매 윤활제 조성물은 새로운 냉매와의 불혼화성으로 인하여 이들 용도에 적당하지 않은 것으로 여겨졌다. 예를 들어, 이러한 전통적인 윤활제들은 오일 회수 문제를 일으켰고, 냉각시의 높은 점도로 인하여 기동시 모터에 높은 토크를 생성하였다. 극성이 보다 높고 그로 인해 새로운 냉매와의 혼화성이 보다 크기 때문에 새로운 냉매로 사용하기에 적합한 것으로 고려되는 윤활제 조성물로는 폴리올 에스테르 (POE), 폴리비닐에테르 (PVE) 및 폴리알킬렌글리콜 (PAG)이 있다.

그러나, 베인에 의해서 냉각 용도에 사용되는 로터리 베인 압축기의 압축 소자 상에 발생되는 높은 하중이 이러한 윤활제 조성물을 함유하는 압축기가 제대로 운전되기에 어려운 상황을 조성한다. 전형적으로, 일부 윤활제 조성물은 적절하게 기능하지 않아, 압축기의 베인 및 압축 소자의 심각한 마모를 유발한다. 예를 들어, POE는 냉매에 대한 용해도 및 낮은 점도 압력 계수로 인하여 금속 대 금속 접촉 및 마모를 방지하기 위한 운전 조건하에 충분한 점도를 유지하지 못한다. 또한, 베인의 팁 (tip)에서 발생하는 열로 인하여 일부 윤활제 조성물은 바람직하지 않은 분해 산물로 분해될 수 있는데, 예를 들면 POE는 부식 및 다른 해로운 효과를 유발할 수 있는 산으로 분해될 수 있다.

이러한 문제들을 극복하기 위한 시도들이 이루어져 왔다.

예를 들어, EP 0533957에서는 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (R134a), HFC 및 POE로 이루어진 윤활제 조성물을 함유하는 냉각 시스템에 사용되는 고정 베인 로터리 압축기에서, 압축 소자를 제조하는 재료보다 경도 및 융점이 더 높은 재료로 베인을 제조하였다.

유사한 압축기가 US 5966949에 개시되어 있다. 그러나, 이 경우에서는 POE 윤활제 조성물이 인산 트리에스테르와 같은 극압제를 또한 함유하였다.

PVE는 로터리 베인 압출기에 특별한 유용성을 나타냈으나, 다른 윤활제 조성물에 비해 고가이다.

보다 일반적으로, 광유, 알킬벤젠 등을 새로운 냉매 기체와 함께 포함하는 전통적인 윤활제 조성물을 사용하려는 시도가 이루어져 왔다.

예를 들어, EP 0622445에는, 하나 이상의 가연성 불소 함유 냉매 기체들의 난연성 혼합물을 냉각 시스템의 작동 조건 하에서 냉매 기체 혼합물에 0.5 내지 7 중량%의 용해도를 갖는 윤활제 조성물과 배합하여 사용하는 것이 제안되었다. 냉매 기체 혼합물은 HFC, 플루오로아민, 플루오로에테르, 플루오로프로판, 플루오로에탄 및 플루오로실란으로부터 선택된다. 윤활제 조성물은 클로로플루오로카본 중합체, 퍼플루오로카본 중합체, 퍼플루오로알킬폴리에테르, 개질된 실리콘 또는 염화 방향족 화합물로부터 선택되거나 또는 알킬벤젠, 폴리 α-올레핀, 파라핀계 오일, 나프탈렌계 오일, 폴리페닐렌 에테르, 폴리페닐렌티오에테르 및 염화 파라핀으로부터 선택될 수 있다.

EP 1018538에는, 탄화수소를 함유하는 냉매와 함께 탄화수소 오일을 윤활제 조성물의 기재 오일로서 사용하는 것이 제안되었다. 가능한 냉매로는 특히 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판, 부탄을 단독으로 또는 이들을 서로 혼합하거나 또는 이들과 HFC를 혼합한 것이 포함된다. 가능한 윤활제 조성물은 나프탈렌계 광유, 파라핀계 광유, 올레핀 중합체, 나프탈렌 화합물, 알킬벤젠 및 이들의 혼합물의 기재 오일을 함유한다.

그러나, 상기 통상의 윤활제 조성물은 HFC 중 용해도가 낮기 때문에, 냉각 시스템으로부터 오일 회수의 문제 및 비교적으로 낮은 온도에서 상기 조성물의 높은 점도로 인한 기동 문제가 여전히 남아있다.

본 발명의 목적은 상기한 단점 중 하나 이상을 감소시키거나 또는 제거하는 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 로터리 베인 압축기용 윤활제 조성물은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일 성분을 갖는다.

특히, 윤활제 조성물의 기재 오일 성분은 알킬벤젠 55 중량% 이상 및 폴리에스테르 45 중량% 이하, 보다 바람직하게는 알킬벤젠 55 내지 75 중량% 및 폴리올 에스테르 45 내지 25 중량%, 특히 바람직하게는 알킬벤젠 60 내지 75 중량% 및 폴리올 에스테르 40 내지 25 중량%를 포함한다. 보다 특히, 윤활제 조성물의 기재 오일 성분은 알킬벤젠 및 폴리올 에스테르를 필수 성분으로 포함한다.

알킬벤젠 및 폴리올 에스테르 및 이들의 제조는 문헌 [Synthetic Lubricants and High-Performance Functional Fluids (1^st Edition Edited by Ronald L Shubkin, 1993, ISBN 0-8247-8715-3; 2^nd Edition Editied by Leslie R Rudnick and Ronald L Shubkin, 1999, 0-8247-0914-1]에 기술되어 있다. 특히, 상기 문헌 1판의 Part I, Section 2 및 5, Part II의 Section 19 및 2판의 Part I의 Section 3 및 7, Part II의 Section 24 및 25를 참조하기 바란다.

본 발명에 사용하기에 특히 적합한 알킬벤젠으로는 모노알킬벤젠, 디알킬벤 젠, 디페닐알칸 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직하게는, 알킬벤젠의 알킬 성분은 분지쇄이며, 프로필렌 올리고머로부터 유도된다.

본 발명에 사용하기에 바람직한 알킬벤젠은 분자량 분율의 80% 이상, 보다 특히 100%가 200을 초과하고, 보다 특히 분자량 분율의 75% 이상이 300을 초과하고, 특히 분자량 분율의 40% 이상, 보다 특히 50%가 350을 초과하는 분자량 분포를 갖는다. 바람직하게는, 분자량 분율의 70% 이상이 500 미만, 보다 특히 분자량 분율의 50% 이상이 450 미만이다.

바람직한 알킬벤젠의 동점도는 40℃에서 10 cSt 이상, 보다 바람직하게는 25 cSt 내지 70 cSt이고, 100℃에서 2 cSt 이상, 보다 바람직하게는 3.5 cSt 내지 10 cSt이다.

바람직한 알킬벤젠의 유동점은 -10℃ 미만, 보다 바람직하게는 -20℃ 미만, 특히 -30℃ 미만이다.

바람직한 알킬벤젠의 산가는 0.04 mgKOH/g 미만이다.

본 발명에 사용하기에 특히 바람직한 폴리올 에스테르는 다가 알코올 및 1가 카르복실산으로부터 제조된다. 특히 바람직한 폴리올 에스테르는 네오펜틸글리콜 (NPG), 트리메틸올 프로판 (TMP) 및 펜타에리트리톨 (PE) 및 이들의 이량체 및 삼량체로부터 선택된 하나 이상의 알코올 및 직쇄 및(또는) 분지쇄 C₅ 내지 C₁₈ 산, 특히 C₅ 내지 C₁₃ 산, 보다 특히 C₅ 내지 C₉ 산으로부터 선택된 하나 이상의 산으로부터 제조된다.

바람직한 폴리올 에스테르의 동점도는 40℃에서 5 cSt 내지 40 cSt, 보다 바람직하게는 25 cSt 미만이고, 100℃에서 1.5 cSt 내지 5 cSt, 보다 바람직하게는 4 cSt 미만이다.

바람직한 폴리올 에스테르의 유동점은 -40℃ 미만, 보다 바람직하게는 -50℃ 미만, 특히 -55℃ 미만이다.

바람직한 폴리올 에스테르의 산가는 0.04 mgKOH/g 미만이다.

본 발명에 따른 바람직한 윤활제 조성물의 동점도는 40℃에서 5 cSt 내지 40 cSt, 보다 바람직하게는 25 cSt 미만이고, 100℃에서 2 cSt 내지 6 cSt, 보다 바람직하게는 5 cSt 미만이다.

이러한 바람직한 윤활제 조성물의 유동점은 -40℃ 이하, 바람직하게는 -45℃이하, 특히 -50℃ 이하이다.

본 발명에 따른 윤활제 조성물은 또한 공지된 관능성의 다른 윤활제 첨가제 하나 이상을 기재 오일 성분의 중량을 기준으로 0.0001 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%, 보다 특히 0.01 내지 5 중량%의 양으로 포함한다. 적합한 첨가제로는 산화방지제, 마모방지 첨가제, 극압제, 산 스캐빈저, 발포제, 소포제, 안정화제, 계면활성제, 점도지수 향상제, 부식저해제, 금속 불활성제 또는 부동태화제 (passivator), 윤활성 향상제 또는 유성 향상제 및 마찰 개선제가 포함된다.

본 발명의 다른 면은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일을 갖는 윤활제 조성물의 로터리 베인 압축기에서의 용도이다.

본 발명의 또다른 면은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일을 갖는 윤활제 조성물을 사용하는 것을 포함하는, 로터리 베인 압축기의 윤활 방법이다.

본 발명의 또다른 면은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일을 갖는 윤활제 조성물이 충전된 로터리 베인 압축기이다.

본 발명의 또다른 면은 주성분으로 알킬벤젠 및 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일을 갖는 윤활제 조성물 및 염소 무함유, 불소 함유 열 전달 유체를 포함하는 냉매로 충전된, 로터리 베인 압출기를 포함하는 냉각 시스템이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 로터리 베인 압축기는 고정 베인 압축기이다.

바람직하게는, 냉매는 히드로플루오로카본이고, 보다 바람직하게는 디플루오로메탄 (R-32), 트리플루오로메탄 (R-23), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 (R-134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (R-134a), 1,1,1-트리플루오로에탄 (R-143a), 1,1-디플루오로에탄 (R-152a), 펜타플루오로에탄 (R-125) 및 헥사플루오로에탄 (R-116) 및 이들 중 2종 이상의 혼합물로부터 선택된다. 특히 유용한 냉매는 R-32, R-116, R-125, R-134a, R-143a 및 이들의 혼합물이다.

본 발명에 따른 윤활제 조성물은 양호한 윤활, 오일 회수 및 낮은 기동 토크 조건을 지금까지 사용된 윤활제 조성물에 비해 비교적 낮은 비용으로 제공한다.

이제 본 발명을 첨부하는 도면만을 참조한 예시 및 이하 실시예에 의해 기술하겠다.

도면에서,

도 1은 고정 베인 로터리 압축기의 단순화된 분해 투시도를 나타내고,

도 2는 실시예 7에서 얻은 결과의 그래프 표시이고,

도 3 및 4는 실시예 11에서 얻은 결과의 그래프 표시이다.

도 1을 참조하면, 고정베인 로터리 압축기 (10)은 그 내부에 하우징 (12)와의 동심축을 중심으로 회전하도록 동심으로 장착된 축 (14)이 있는 원통형 하우징 (12)을 갖는다. 축 (14)의 씰 (seal)(16) 사이에 캠 부재 (18)가 장착되어 있다. 원통형 압축 부재 (20)는 축 (14)의 캠 부재 (18)에 의해 회전되도록, 캠 부재 (18)의 둘레에 위치한다. 고정 베인 (22)은 하우징 (12)의 외주면에 장착되어, 하우징 내부로 돌출된 내부 위치로 편향된다. 베인 (22)는 그의 팁 (24)에서 압축 부재 (20)의 외부 표면과 맞닿는다.

운전시, 캠 부재 (18)에 의한 하우징 (12)의 내부에서의 압축 부재 (20)의 편심 회전에 의해 베인 (22)은 하우징 (12)의 반경 방향으로 운동하게 된다. 유입구 (나타내지 않았음)를 통해 하우징 (12)에 유입되는 유체는 베인 (22) 및 압축 부재 (20) 사이에서 압축 부재 (20)의 회전에 의해 압축된다. 압축된 유체는 압축 부재 (20)의 회전 방향을 기준으로 베인 (22)의 바로 상류에서 베인 (22)에 인접하는 하우징 내의 밸브 또는 쓰로틀 배출구 (나타내지 않았음)를 통과한다.

윤활제 조성물은 압축기 (10) 중에 존재하여 베인 (22)의 팁 (24)이 압축 부재 (20)의 외부 표면에 접촉할 때 베인 (22)의 팁 (24)을 윤활시키고, 하우징 (12)와 접촉하여 이동하는 베인 (22)의 측면을 윤활시킨다. 윤활제 조성물은 또한 베 어링과 같은 시스템의 다른 부품들을 윤활시키고, 또한 베인 (22)의 팁 (24)의 고압 측면 및 저압 측면과 압축 부재 (20) 사이의 만족스러운 밀봉을 제공한다.

<실시예 1>

평가에 사용한 샘플의 성분을 표 1에 나타내고, 평가에 사용된 샘플을 표 2에 나타낸다.

번호
1	셰브론 캄파니 (Chevron Company)로부터 상표명 제롤 (Zerol) 55로서 시판되는 알킬벤젠
2A, 2B, 2C, 2D	셰브론 캄파니로부터 상표명 제롤 150으로서 시판되는 알킬벤젠의 샘플들
3	R22 (HCFC의 일종) 냉매와 배합되어 고정베인 로터리 압축기에 사용되는 포스페이트 마모방지 첨가제를 함유하는 알킬벤젠
4A	직쇄 C₅ 모노카르복실산과 PE의 반응으로 제조된 폴리올 에스테르
4B	직쇄 C₅ 모노카르복실산과 PE의 반응으로 제조된 폴리올 에스테르
4C	직쇄 C₇ 산과 NPG의 반응으로 제조된 폴리올 에스테르 (NPG nC7)
4D	PE 및 디-PE의 50:50 혼합물과 직쇄 C₅, C₇ 및 분지쇄 C₉산 (25:25:50)의 반응으로 제조된 폴리올 에스테르
5A	HFC 냉매와 배합되어 고정베인 로터리 압축기에 사용되는, 저팬 에너지 코포레이션 (Japan Energy Corporation)으로부터 시판되는 폴리올 에스테르
5B	HFC 냉매와 배합되어 고정베인 로터리 압축기에 사용되는, 저팬 썬오일 (Japan Sunoil)로부터 시판되는 폴리올 에스테르
6	HFC 냉매와 배합되어 고정베인 로터리 압축기에 사용되는, 이데미츠 고산 (Idemitsu Kosan)으로부터 시판되는 PVE
7	저팬 썬오일로부터 상표명 SUNISO 4GS로서 시판되는 광유

표 2에서,

● ^*는 비교 샘플들을 나타내고,

● BHT는 산화방지제인 3,5-디부틸-4-히드록시톨루엔이고,

● TCP는 마모방지 첨가제인 트리크레실 포스페이트이고,

● 기재 오일 성분은 해당 성분의 중량%로 표시하였고, 첨가제는 기재 오일 성분의 중량을 기준으로 중량%로 표시하였다.

알킬벤젠은 여러가지 상이한 방식으로 분석될 수 있는 분자량 분포를 갖는 중합체 화합물이다. 이러한 분석 중 하나는 수평균 분자량 (Mn)이다. 이것은 분자량의 공칭계수 방식이다. 다른 방식은 중량평균 분자량 (Mw)이며, 이것은 분자량 분포의 보다 상한을 강화한다.

샘플의 특성은 표 3에 나타낸다.

^*1 각 샘플의 저온 혼화성은 정확히 칭량한 샘플의 일부 (약 0.6 g)를 시창 유리에 넣고, 시창 유리를 진공 펌프에 연결하여 진공으로 만들고, 아세톤/드라이아이스 혼합물을 사용하여 시창 유리를 냉각시키고, 정확히 칭량한 냉매 (약 5.4 g)의 일부를 첨가하여 측정하였다. 샘플의 일부 및 냉매의 일부는 냉매 중의 윤활 제 조성물 10%가 되었다. 이어서, 시창 유리 및 그의 내용물의 온도를 실온으로 하였다. 시창 유리의 내용물의 검사시 2개 이상의 상이 존재하면, 윤활제 조성물은 실온에서 냉매와 불혼화성이며 이 사실을 기록하였다. 시창 유리의 검사시 하나의 상이 존재하면 시창 유리 및 그의 내용물을 약 1℃/5분의 속도로 혼합물이 흐려질 때까지, 즉 상 분리가 시작될 때까지 냉각시키고, 담점 온도를 기록하였다.

^*2 IM = 불혼화성

샘플 2A, 2B 및 2C, 즉 제롤 150의 Mn 및 Mw를 하기 표 4에 나타낸다.

이들 샘플에서, Mn 및 Mw는 값이 유사하였으며 이는 이들 샘플의 분자량 분포가 좁다는 것을 나타낸다

샘플 1, 2A, 2B 및 2C의 %분자량 분포를 표 5에 나타낸다.

샘플 2D는 제롤 150 알킬벤젠의 샘플이나, 표 4 및 5의 파라미터들에 대해서는 측정하지 않았다. 그러나, 이 샘플은 다른 샘플과 유사한 분자량 및 분자량 분 포를 가질 것이다.

샘플 1 및 2A/B/C/D (각각, 제롤 55 및 제롤 150)은 분지쇄 알킬벤젠이고, 이들의 화학 구조는 하기 분자종으로 이루어진다.

샘플 3은 샘플 1 및 2A/B/C/D와 유사한 구조를 갖는 분지쇄 알킬벤젠이다.

<실시예 2>

샘플 13D 및 16 내지 18의 벤치 (Bench) 마모 시험을 ASTM 표준 D-4172 (4-구 (four-ball) 방법)에 따라 수행하였다. 4-구 방법은 다른 3개의 강철 구에 압착된 하나의 회전하는 강철 구로 구성되며, 생성된 마모 자국의 직경을 측정하여 정량화한다. 시험 조건은 1시간 동안 대기압 하에 40 kg의 하중을 가하는 것이다. 볼 상의 마모 자국의 직경은 마모량에 대한 직접적인 척도이다. 마모 자국이 작을수록, 윤활제 조성물은 이들 조건 하에서 마모를 방지함에 있어서 더욱 양호하다.

시험의 결과를 표 6에 나타낸다.

데이터는 이들 시험 조건 하에서 샘플 13D (본 발명에 따름) 및 18의 마모 성능이 비슷하며, 이들 모두 샘플 16 및 17보다 마모성이 현저하게 양호하다는 것 을 나타낸다.

<실시예 3>

하기 3가지 유형의 혼화성 거동을 관찰할 수 있었다.

a) 시스템의 가장 낮은 온도에서 혼화성

b) 시스템 중 일부 지점에서는 혼화성이 아니나, 모든 점에서 여전히 용해성임 (부분적 혼화성)

c) 모든 지점에서 혼화성이 아니고 용해성이 아님

샘플 13D는 5% 이상의 농도에서, 실온 (21℃) 미만의 모든 온도에서 HFC 냉매와 불혼화성인 것으로 측정되었다. 이것은 윤활제 조성물이 약 2%의 농도 (냉각 시스템에서 순환하는 윤활제 조성물의 대표적인 농도임) 에서 혼화성이거나 또는 압축기로의 오일 회수를 가능하게 하는 충분한 용해도를 가질 경우에는 성능에 크게 영향을 주지 않을 것이다.

<실시예 4>

재료 상용성 데이터를 ASHRAE 97 밀봉관 방법에 따라 측정하였다. 시험 윤활제 조성물을 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET - 전기 모터의 절연 재료로서 흔히 사용됨), 폴리부틸 테레프탈레이트 (PBT - 압축기에서 전형적으로 발견됨), 강철, 알루미늄 및 구리의 샘플과 함께 오토클레이브에 넣었다. 이어서, 오토클레이브를 밀봉하고 진공으로 만들어 R-134a 냉매를 첨가하였다. 냉매 대 윤활제 조성물의 비는 50:50이었다. 시험 조건은 130℃ 및 압력 400 psig에서 14일이었다.

시험 전후의 윤활제 조성물 분석을 표 7에 나타낸다.

샘플 17의 점도의 현저한 감소를 제외하곤, 이들 조건 하에서 윤활제 조성물의 상태에 변화가 거의 없다는 것을 관찰할 수 있다. 이 시험 동안 시험 재료의 상태에 큰 변화는 없었다.

<실시예 5>

열 안정성 데이터를 ASHRAE 97 밀봉관 방법에 따라 측정하였다. 시험 윤활 조성물을 오토클레이브에 넣고 밀봉하고 진공으로 만들어 R-134a 냉매를 첨가하였다. 냉매 대 윤활제 조성물의 비는 50:50이었다. 시험 조건은 175℃ 및 압력 600 psig에서 14일이었다.

시험 전후의 윤활제 조성물의 분석을 표 8에 나타낸다.

마찬가지로, 샘플 18의 점도의 현저한 감소를 제외하곤, 이들 조건 하에서 윤활제 조성물의 상태에 변화가 거의 없다는 것을 관찰할 수 있다. 이것은 실시예 4의 재료 상용성 시험에 비해 본 시험의 보다 높은 온도 조건 하에 샘플 18의 윤활제 조성물이 분해되었기 때문일 수 있다.

<실시예 6>

대체 시험으로, 윤활제 조성물의 샘플을 유리 용기에서 무수 질소 흐름 하에 120℃로 7일 동안 가열하였다. 윤활제 조성물의 상태를 시험 전후에 측정하였다. 결과를 표 9에 나타낸다.

이 시험에서 유일한 중요한 결과는 샘플 17 및 18에서 관찰되는 산가의 증가이다. 샘플 13 및 16은 사용하지 않은 윤활제 조성물에서 실질적으로 변화되지 않은 물성을 나타낸다.

<실시예 7>

윤활제 조성물은 짧은 기간 동안 공기 중에서 취급될 것이고 따라서 수분 함량이 통상적으로 공급되는 것보다 높게 증가할 수 있으므로, 흡습성 (대기로부터의 수분 흡수)이 중요하다. 많은 에어컨 제조업자들은 비용을 고려하여 수분 유입을 방지하는 '보장'으로서 작용하는 인-라인 건조기를 생략하는 것을 선호한다. 냉각 시스템 또는 에어컨 시스템에서 100 ppm보다 높은 수준으로 존재하는 것은 분해 및 모터 정지를 유발하는 PET 모터 와이어 권선 절연체와 상호작용의 가능성으로 인해 신뢰성에 해로운 것으로 생각된다. 따라서, 윤활제 조성물이 대기로부터 보다 적은 수분을 흡수할수록, 시스템 내의 수분이 이러한 잠재적인 고장을 유발할 수 있는 수준에 이를 가능성은 적다.

윤활제의 흡습성을 측정하기 위해, 하기 기술을 사용하였다. 무수 질소를 살포하여 샘플을 건조시켰고, 초기 수분을 기록하였다. 무수 윤활제 조성물을 입구가 넓은 100 ml 병에 넣었고, 이것을 포화 염화나트륨 용액이 들어있는 데시케이터 안에 넣었다. 데시케이터를 밀봉하고 실온 (21℃)에 방치하였다. 윤활제 조성물 샘플의 습도는 처음 3시간 동안에는 매 30분마다 판독하였고, 그 후에 6시간이 경과할 때까지 매 시간 판독하였다.

각각의 수분 함량 결과는 3개의 판독치의 평균이다. 결과를 표 10에 나타낸다.

본 시험의 결과를 도시하였고, 도 2에 나타낸다.

<실시예 8>

냉각 시스템의 다른 부품과 인-라인으로 연결된 테크메쉬 유럽 (Tecumesh Europe) RK5515 고정베인 로터리 압축기에 대응 샘플 및 적합한 냉매 가스를 충전하여 윤활제 조성물을 평가하였다.

시험 조건을 하기 표 11에 나타낸다.

압축기를 2000 시간 동안 하기 조건에서 작동한 후, 금속 부품 상의 마모를 분석하기 위해 분해하였다.

압축기 시험 마모 등급 평가는, 시험하고 검사를 위해 압축기를 분해한 후 하기 기준을 사용하여 압축기의 부품을 평가함으로써 결정하였다.

등급 설명

0 변화 없음, 반점 없음 또는 가시적인 마모의 징후가 없음.

1 약간의 마모, 작은 영역 상의 가벼운 마멸의 증거.

2 보통의 마모, 가벼운 긁힘 또는 마멸, 표면 처리가 국소

지역을 마모시킬 수 있음.

3 현저한 마모, 표면이 임의의 지역에서 마모될 수 있음.

마모는 가벼운 긁힘으로 관찰될 수 있음, 이는 뾰족한 것으로

표면을 가로질러 그을 경우, 약간의 거칠음을 느낄 수 있음.

4 큰 마모, 표면은 마모 지역에서 선명한 긁힘을 나타냄.

마모가 명백해지고, 뾰족한 것으로 그을 때 거칠음, 가능한

경우 계단을 느낄 수 있음

5 매우 큰 마모, 하중이 걸린 지역에 광범위한 마모가 존재.

표면과 원 금속 사이에 마모 계단을 느낄 수 있음.

파쇄 및 소착을 포함함

압축기 시험 결과

전체 마모 수는 15개의 개별 지점에서 마모를 분석하여 얻었다. 그러나, 도 1에 나타낸 바와 같은 압축 소자 (20) 및 베인 팁 (24)의 외부 표면에서의 마모 수는 압축기에서의 마모의 발생 여부를 허용할 수 있을 것인지 아닌지의 결정을 고려하는데 중요한 수이었다. 압축기 시험 마모 등급 평가의 측면에서, 두 위치에서의 평균 3을 허용 한도로 고려하였다.

결과를 하기 표 12에 나타낸다.

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 압 축기 부품 상의 마모를 최소화하였다.

<실시예 9>

냉각 시스템의 다른 부품과 인-라인으로 연결된 테크메쉬 유럽 RK5515 고정베인 로터리 압축기에 대응 샘플 및 적합한 냉매 가스를 충전하여 윤활제 조성물 13D 및 18을 평가하였다.

시험 조건을 하기 표 13에 나타낸다. On/Off 시험을 위해, 자동 스위치를 사용하여 15초 동안 On, 이어서 15초 동안 Off하여 압축기의 스위치를 켜고 껐다.

압축기를 하기한 사이클/시간 동안 하기 조건에서 작동한 후, 금속 부품 상의 마모를 분석하기 위해 분해하였다. 분석 결과를 하기 표 14에 나타낸다.

시험은 다양한 작동 조건, 즉 On 및 Off (시험 1)를 순환하고, 상이한 냉동 회로 작동 온도 (시험 2 - 고온; 시험 3 - 저온)를 모의 실험하였다. 표 14에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활제 조성물 13D는 비교 조성물 18보다 현저히 양호하게 작동하였다.

<실시예 10>

실시예 9를 하기 표 15에 나타낸 작동 조건 하에 광동 메이지 컴프레셔 캄파니 (Guangdong Meizhi Compressor Co.)의 PRC PH225X2C 압축기 및 샘플 13A 및 19를 사용하여 반복하였다. 결과를 하기 표 16에 나타내며, 이로부터 본 발명에 따른 윤활제 조성물 13A가 비교 조성물 19보다 현저히 양호하게 작동함을 할 수 있다.

<실시예 11>

압축기를 구동하는 모터의 운전을 시작하기 위해 필요한 기동 전압은 바람직하게는 에너지 소비를 감소시키고 모터에 대한 전기적 응력을 감소시켜 신뢰성을 개선하기 위해서 통상적인 경우의 작동 온도 범위 (전형적으로 40℃ 내지 60℃)에 걸쳐서 감소시켰다. 상이한 냉매 가스와 조합한 윤활제 조성물의 샘플을 사용하는 다양한 경우의 온도에서의 기동 전압은 모터가 기동하여 회전할 때까지 모터에 공 급하는 전압을 증가시킴으로서 측정하였다. 기동 전압은 각 조합에 대하여 2회 측정하였다. 결과를 하기 표 17 및 도 3 및 4에 나타낸다.

표 17 및 도 3 (R-407C 냉매 결과에 대한 플롯) 및 도 4 (R-404 냉매 결과에 대한 플롯)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 샘플 13B는 통상적인 경우의 작동 온도 범위에서의 비교 샘플보다 압축기 모터에 요구되는 기동 전압이 낮았다.

<실시예 12>

냉각 시스템에서, 압축기로부터 회로의 다른 부분으로의 윤활제 조성물의 캐리 오버 (carry over)를 제거할 수 없었다. 결과적으로 윤활제 조성물을 효율적으로 냉각 회로에서 압축기로 반송하는 것이 중요하였다. 윤활제 조성물의 수송성을 시험하기 위하여, 대략 10 g의 윤활제 조성물을 정확하게 칭량한 후, 수평으로 배치된 코일화 구리관 (관의 내경: 6.3 mm, 코일의 내경: 93 mm, 관의 길이 2.5 m)의 한쪽 단부에 부었다. 이어서, 냉매 가스 R-134a를 관을 통해 불어 넣어 단부로부터 윤활제 조성물을 18 l/분의 속도로 15분 동안 도입시켰다. 냉매 가스 유동에 의해 관을 통해 수송된 윤활제 조성물을 관의 배출 단부에서 수집하였다. 수집한 윤활제 조성물을 서서히 가온하여 임의의 용해된 냉매 가스를 제거하고, 주위 온도로 냉각한 후, 수집한 윤활제 조성물의 양을 정확하게 칭량하였다. 각 윤활제 조성물에 대해 여러번 수행하고, 결과를 하기 표 18에 나타낸다.

표 18에서 알 수 있는 바와 같이, 시험은 냉매가 HFC일 경우, 광유 (샘플 20) 및 알킬벤젠 (샘플 15A)가 냉각 시스템을 통해 불량하게 수송되고, 냉매가 HGFC일 경우, 폴리올 에스테르 (샘플 4)가 냉각 시스템을 통해 양호하게 수송되었다는 점에서 실제적으로 상당히 상관관계를 나타내었다. 본 발명에 따른 윤활제 조성물 (샘플 13C)는 폴리올 에스테르 (샘플 14A)에 필적하였다.

Claims

주성분으로 알킬벤젠을 포함하고 부성분으로 폴리올 에스테르를 포함하는 기재 오일 (base oil) 성분을 가지며;

동점도가 40℃에서 5 cSt 내지 40 cSt이고, 100℃에서 2 cSt 내지 6 cSt인, 로터리 베인 압축기에 사용하기 위한 윤활제 조성물.
제1항에 있어서, 기재 오일 성분이 알킬벤젠 55 중량% 이상 및 폴리올 에스테르 45 중량% 이하를 포함하는 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기재 오일 성분이 알킬벤젠 및 폴리올 에스테르를 필수 성분으로 포함하는 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분이 모노알킬벤젠, 디알킬벤젠, 디페닐알칸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분이 분자량 분율의 80% 이상이 200을 초과하고, 분자량 분율의 75% 이상이 300을 초과하고, 분자량 분율의 40% 이상이 350을 초과하는 분자 분포를 갖는 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분이 분자량 분율의 70% 이상이 500 미만이고, 분자량 분율의 50% 이상이 450 미만인 분자 분포를 갖는 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분의 동점도가 40℃에서 10 cSt 이상이고, 100℃에서 2 cSt 이상인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분의 유동점 (pour point)이 -10℃ 미만인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 알킬벤젠 성분의 산가가 0.04 mgKOH/g 미만인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올 에스테르 성분이 다가 알콜과 1가 카르복실산의 반응 생성물인 하나 이상의 폴리올 에스테르를 포함하는 것인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올 에스테르 성분이 네오펜틸글리콜 (NPG), 트리메틸올프로판 (TMP) 및 펜타에리트리톨 (PE) 및 이들의 이량체 및 삼량체로부터 선택된 하나 이상의 알콜과 직쇄 및(또는) 분지쇄의 C₅ 내지 C₁₈ 산에서 선택된 하나 이상의 산의 반응 생성물인 하나 이상의 폴리올 에스테르인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올 에스테르 성분의 동점도가 40℃에서 5 cSt 내지 40 cSt이고, 100℃에서 1.5 cSt 내지 5 cSt인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올 에스테르 성분의 유동점이 -40℃ 미만인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리올 에스테르 성분의 산가가 0.04 mgKOH/g 미만인 윤활제 조성물.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 유동점이 -40℃ 이하인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 산화방지제, 마모방지 첨가제, 극압제, 산 스캐빈저, 발포제, 소포제, 안정화제, 계면활성제, 점도지수 향상제, 부식저해제, 금속 불활성제 또는 부동태화제, 윤활성 향상제 또는 유성 향상제 및 마찰 개선제에서 선택된 하나 이상의 윤활제 첨가제를 기재 오일 성분의 중량을 기준으로 0.0001 내지 20 중량%의 양으로 포함하는 윤활제 조성물.
삭제
제1항 또는 제2항에 기재된 윤활제 조성물을 사용하는 것을 포함하는, 로터리 베인 압축기를 윤활하는 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 윤활제 조성물이 충전된 로터리 베인 압축기.
염소 무함유, 불소 함유 열 전달 유체 및 제1항 또는 제2항에 기재된 윤활제 조성물을 포함하는 냉매로 충전된, 로터리 베인 압축기를 포함하는 냉각 시스템.
제21항에 있어서, 냉매가 히드로플루오로카본인 냉각 시스템.
제22항에 있어서, 냉매가 디플루오로메탄 (R-32), 헥사플루오로에탄 (R-116), 펜타플루오로에탄 (R-125), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄 (R-134a), 1,1,1-트리플루오로에탄 (R-143a) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 냉각 시스템.
제21항에 있어서, 로터리 베인 압축기가 고정 베인 압축기 (fixed-vane compressor)인 냉각 시스템.