KR20020068545A - 발포 유도 첨가제를 포함하는 냉각 윤활제 조성물 - Google Patents

발포 유도 첨가제를 포함하는 냉각 윤활제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성 윤활제 기유, 바람직하게는 폴리올 에스테르, 및 폴리에테르 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물에 관한 것이다. 이 조성물은 특히 HFC 냉각 가스를 사용하는 냉각 시스템에 사용하기에 적합하다. 발포 유도 첨가제는 냉각 시스템 모두에 적합하지는 않은, 공지된 규소 함유 발포 유도 첨가제의 대체물이다.

Description

발포 유도 첨가제를 포함하는 냉각 윤활제 조성물 {Refrigerant Lubricant Composition Comprising a Foam-Inducing Additive}
냉각 시스템내에서의 과도한 발포는 바람직하지 않은 것으로 알려져 있다. 과도한 발포는 모터 권선(motor windings)의 냉각과 압축기로부터 발생하는 열의 제거에 있어서 윤활제 조성물의 효과를 감소시킨다. 또한, 너무 많은 포말은 너무 많은 윤활제 조성물이 시스템 펌프를 통과하여 냉각 시스템의 저압측에 도입되게끔 한다. 그러나, 적당량의 포말은 특히 냉각 시스템 압축기 내의 소음 억제에 있어서 유리할 수 있다. 문헌(section 7.20, 1998 ASHRAE Refrigeration Handbook)은 "윤활제 수평면 위의 포말층은 압축기의 이동부에 의해 발생되는 소음을 완충시킨다"라고 기술하고 있다. 예를 들면, WO/9512649에 개시된 증기 방출 속도의 억제 및 US 4829786에 개시된 증진된 오일 회수의 촉진과 같은 다른 이점도 있다.
역사적으로, 광유는 클로로플루오로카본 (CFC) 및 히드로클로로플루오로카본 (HCFC) 냉각 가스에 대한 윤활제 조성물에 사용되었다. 이들 윤활제 조성물/CFC/HCFC 혼합물은 포말이 이는 경향을 나타내었다. 발포가 바람직하지 않거나 과도한 몇몇의 경우에, 포말 생성을 조절할 필요가 있는 것을 밝혀졌다. 발포가 유리한 다른 실례에서는, 발포 촉진이 필요한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, US 3,792,755는 운전 동안 윤활제 조성물을 교반하는 수단을 구비한 밀폐 압축기 유닛의 운전으로 발생되는 소음을 감소시키는 방법을 개시하고 있으며, 이 때 윤활제 조성물은 유기실록산인 발포제를 함유한다. 발포제는 운전 동안 압축기 유닛에 의해 발생하는 소음을 흡수하고 따라서 감소시키는 미세한 기포의 거품 또는 포말을 생산하여, 유지하는 것을 조장한다. US 3,792,755에 개시된 CFC는 트리클로로에틸렌, 디클로로디플루오로메탄 (R-12) 및 모노클로로디플루오로메탄 (R-22)을 포함한다.
최근, 법령은 이와 같은 전통적인 냉각 가스로부터, 오존 고갈 가능성이 보다 낮거나 또는 없는 대체물, 예를 들면 히드로플루오로카본 가스 (HFC)로 대체해 나갈 것을 규정하고 있다. 냉각 가스의 이러한 변화는 윤활제 조성물에 있어서도 이들 신규 HFC 가스와 상용할 수 없는 광유로부터 탈피하는 변화를 요하고 있다. 보다 극성이고, HFC와 상용가능한 합성 윤활제 조성물이 사용된다. 이와 같은 합성 윤활제 조성물에 대한 적절한 기재 유체의 예에는 폴리알킬렌 글리콜, 폴리올 에스테르, 폴리비닐 에테르 및 알킬벤젠이 있다.
HFC 냉각 가스와 이와 같은 합성 윤활제 조성물의 혼합물은 광유 기재의 윤활제 조성물과 CFC와의 혼합물보다 훨씬 더 고유 발포 경향을 나타내기 쉬운 것으로 밝혀졌으며, 예로서, 미국 에너지부 지원으로 업무 보고되어 공기-조절 및 냉각 기술 연구소에 의해 마련(1998년 3월)된 문헌(Chapter 5, "Foaming Characteristics of Refrigerant/Lubricant Mixture", 참조 번호 DOE/CE/23810-88a)을 참조한다. 결국, 포말 생성이 유리한 경우에는, 윤활제 조성물 중에 미세한 기포의 거품 또는 포말을 일으킬 것을 요한다. 이와 같은 포말의 발생은 윤활제 조성물에 발포 첨가제를 첨가함으로써 달성될 수 있다.
공지된 발포 첨가제로는 규소계, 예를 들면 유기실록산 또는 실리콘이 있다. W095/12649는 하나 이상의 압축기 및 할로카본 냉각 가스, 바람직하게는 HFC를 구비한 냉각 시스템에 사용하기 위한 합성 폴리올 에스테르 윤활제 및 포말 밀도-증가 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물을 개시하고 있다. 포말 밀도-증가 첨가제는 바람직하게는 실록산이지만, 또한 할로겐화 지방족 중합체 에스테르 (예를 들면 3M으로부터 입수가능한 플루오라드(Fluorad) FC430)일 수 있는데, 포말 밀도를 증가시키고, 압축기로부터의 증기 발생을 억제하는 것으로 밝혀져 있다.
EP 0590238 A1은 압축기 운전 동안 발생되는 오일 포말층이 압축기 소음을 감소시키는, 펜타에리트리톨 에스테르 및 실록산 포말 첨가제로 이루어진 윤활제 조성물의 존재를 특징으로 하는 HFC 냉각제를 압축하기 위한 압축기를 개시하고 있다.
JP10088173 A2는 소음 감소를 위해, HFC 냉각제, 2개 이상의 에스테르 결합을 갖는 에스테르유 윤활제, 가수분해 안정화제, 산화방지제 및 0.001 내지 0.01 중량%의 실리콘유를 포함하는, 냉각 압축기용 윤활제 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 이들 규소 함유 발포 첨가제가 윤활제 조성물의 기유와 단지 부분적으로만 혼화가능하기 때문에 이 첨가제는 모든 냉각 시스템에 대하여 적절하지는 않을 수도 있다. 이는 냉각 시스템의 냉각 부위에서 규소 함유 첨가제의 분리를유도할 수 있다. 또한, 규소 함유 첨가제의 손실은 첨가제의 고갈로 인한 발포 손실, 열 교환 표면의 오염 및 밸브의 차단을 일으킬 수 있다. 더욱이, 금속 표면상에 존재하는 실리콘은 이와 같은 표면의 도색을 방해한다.
따라서, 다른 발포 첨가제가 모색되고 있다.
본 발명은 윤활제 조성물 및 냉각 시스템내에서의 그의 용도에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 면은 a) 합성 윤활제 기유; 및 b) 하기 화학식의 폴리에테르를 포함하는 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물을 제공한다.
X-0-(RO)n-Y
식 중,
-0-(RO)n-은 폴리에테르 주쇄이고,
R은 탄소 원자수 1 내지 10개의 부분 또는 완전 할로겐화 알킬기이고, 이 때 인접하는 R기들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
n은 1 내지 1000이고,
X 및 Y는 말단기이다.
부분 할로겐화는 알킬기의 수소 원자 중 하나 이상이 할로겐 원자에 의해 치환되는 것을 의미한다. 알킬기의 탄소 원자 각각에 있는 수소 원자 중 하나 이상이 할로겐 원자에 의해 치환되는 것이 바람직하고, 알킬기의 모든 수소 원자가 할로겐 원자에 의해 치환되어 R이 완전 할로겐화 알킬기가 되는 것이 더욱 바람직하다. 바람직하게는 할로겐 원자가 불소 원자이다. 알킬기의 모든 수소 원자가 불소 원자로 치환되는 것이 특히 바람직하다.
알킬기인 R은 분지쇄 또는 직쇄일 수 있고, 포화 또는 불포화될 수 있다. 바람직하게는, R은 탄소 원자수가 1개 내지 7개, 보다 바람직하게는 1개 내지 4개이다. 바람직한 R의 예에는 -CF2-, -CF2CF2-, -CF(CF3)-, -CF(CF3)CF2-, -CF2CF2CF2- 및 -CF2CF2CF2CF2-가 있다. R은 폴리에테르가 블록, 램덤 또는 그라프트 공중합체 또는 단독중합체이도록 선택될 수 있다.
n은 바람직하게는 1 내지 100, 보다 바람직하게는 1 내지 50이다. R기들에 대한 n은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직한 실시양태의 예는 X-O-(R1O)n1-(R2O)n2-Y (식 중, R1및 R2는 R에 대한 정의와 같지만 R1은 R2와 상이하고, n1 및 n2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다)이다.
폴리에테르 주쇄는 2개의 말단기인 X 및 Y를 갖는다. 말단기 X 및 Y 중 적어도 하나가 하나 이상의 관능기를 포함하는 것이 바람직하다. 관능기의 유형에는 히드록실, 에스테르, 에톡실화 히드록실, 에톡실화 에스테르, 및 유기 및 무기 아민, 시아노 및 아미드가 포함된다. 하나 또는 각각의 관능기는 폴리에테르 주쇄에 직접 연결되도록 말단기에 위치할 수 있거나; 폴리에테르 주쇄의 말단기 끝에 위치할 수 있거나; 또는 말단기의 주쇄 내에 위치할 수 있다. 관능기가 폴리에테르 주쇄의 말단기 끝에 위치하는 것이 바람직하다. 하나 또는 각각의 말단기 내에 존재할 수 있는 다른 기에는 알킬 및 할로알킬, 특히 플루오르알킬이 포함된다. 바람직한 말단기는 발포 유도 첨가제가 합성 윤활제 기유 중에서 가용성이도록 하는 기이다. 관능기를 포함하는 말단기의 예에는 -CF2COOCH3, -CF2CH2OH, -CF2CH2O(CH2CH2O)nH 및 -CF2CH20CH2CH(OH)CH20H가 있다.
발포 유도 첨가제는 분자량이 바람직하게는 100 내지 10000 원자 유닛, 보다 바람직하게는 200 내지 5000 원자 유닛이다. 발포 유도 첨가제는 윤활제 조성물 중에 0.0001 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.0001 내지 0.05 중량%의 양으로 존재한다.
합성 윤활제 기유는 윤활제 조성물이 HFC 냉각 가스와 상용가능한 것으로 선택된다. 바람직하게는, 합성 윤활제 기유는 알킬벤젠, 폴리비닐 에테르, 폴리알킬렌 글리콜 및 에스테르로부터 선택된다. 합성 윤활제 기유는 바람직하게는 에스테르; 보다 바람직하게는 폴리올의 유도체인 에스테르, 바람직하게는 2개 내지 6개의 히드록실기 및 3개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 지방족 탄화수소계 폴리올의 유도체인 에스테르이다. 적절한 폴리올에는 네오펜틸 글리콜, 펜타에리트리톨, 트리메틸롤프로판, 디트리메틸롤프로판 및 디펜타에리트리톨이 포함된다. 에스테르는 예를 들면 폴리올과, 선형 또는 분지형이고 포화 또는 불포화이고 탄소 원자수가 3 내지 12개인 1종 이상의 모노카르복실산, 및 임의로 선형 또는 분지형이고 포화 또는 불포화이고 탄소 원자수가 4개 내지 54개인 1종 이상의 폴리카르복실산과의 반응으로부터 유도된다. 존재하는 경우, 2개 또는 3개의 카르복실기를 갖는 폴리카르복실산이 바람직하다. 상기 산 모두는 그의 에스테르화성 유도체, 예를 들면 무수물로 대체될 수 있다.
적절한 윤활제 조성물의 예에는 임페리알 케미칼 인더스트리즈 피엘씨(Imperial Chemical Industries plc)의 상호인 유니케마(Uniqema)로부터 입수가능한 EMKARATE RL 등급의 냉각 윤활제가 포함된다. 이들 윤활제 조성물을 위한 합성 윤활제 기유는 탄소 원자수 5개 내지 10개의 선형 및(또는) 분지형 산 (또는 그의 에스테르화성 유도체)과 반응되는 펜타에리트리톨 또는 그의 올리고머 및(또는) 네오펜틸 글리콜로부터 유도된다.
합성 윤활제 기유는 점도가 40 ℃에서 2 내지 500 cSt이다.
윤활제 조성물은 점도가 40 ℃에서 2 내지 500 cSt이다. 윤활제 조성물은 다른 발포 첨가제, 예를 들면 유기실록산 또는 실리콘을 추가로 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 이와 같은 다른 발포 첨가제는 윤활제 조성물 중에 0.0001 내지 1.0 중량%, 바람직하게는 0.0001 내지 0.1%, 보다 바람직하게는 0.0001 내지 0.05%의 양으로 존재한다. 또한, 윤활제 조성물은 다른 관능성 윤활제 첨가제를 포함할 수 있다. 적절한 첨가제에는 산화방지제, 내마모성 첨가제, 극압제, 산 스캐빈져, 안정화제, 계면활성제, 점도 지수 향상제, 부식 억제제, 금속 탈활제 또는 부동태화제, 윤활성 향상제, 또는 유성 향상제 및 마찰 조정제가 포함된다.
본 발명의 제2 면은 a) 합성 윤활제 기유; 및 b) 하기 화학식의 폴리에테르를 포함하는 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물의 냉각 시스템 내에서의 용도를 제공한다.
X-0-(RO)n-Y
식 중,
-0-(RO)n-은 폴리에테르 주쇄이고,
R은 탄소 원자수 1 내지 10개의 부분 또는 완전 할로겐화 알킬기이고, 이 때 인접하는 R기들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
n은 1 내지 1000이고,
X 및 Y는 말단기이다.
냉각 시스템 내의 냉각제는 히드로클로로플루오로카본 (HCFC), HFC 또는, HFC 및 HCFC 중 적어도 하나 또는 두가지 모두를 함유한 냉각제의 블랜드를 적절하게 포함한다. 냉각제가 염소 원자를 전혀 함유하지 않는 것이 바람직하다. 적절한 HFC 가스에는 R134a (1,1,1,2-테트라플루오로에탄), R-32 (디플루오로메탄), R-125 (1,1,1,2,2-펜타플루오로에탄), R-152a (1,1-디플루오로에탄) 및 R-143a (1,1,1-트리플루오로에탄)이 포함된다. 냉각제 블랜드, 예를 들면 바람직하게는 탄소 원자수 1개 내지 6개의 탄화수소, 플루오르화 탄화수소 및 다른 냉각제 중에 다른 성분, 예를 들면 이산화탄소 또는 암모니아가 존재할 수 있다.
또한, 본 발명을 하기의 비제한적인 실시예를 참고로 하여 설명한다.
실시예 1
ICI제의 EMKARATE RL 22H 및 발포 유도 첨가제인 아우시몬트(Ausimont)제의폼블린 (Fomblin) HC-OH (HOCH2CF2O-(CF2CF2O)p-(CF20)q-CF2CH20H)을 다양한 양으로 포함하는 윤활제 조성물 200 ml에 대한 기포도 및 포말 안정도를 실온(24.5 ℃)에서 측정하였다. 윤활제 조성물의 기포도를 냉각유의 발포 특성에 대한 표준 시험 방법인 Standard Test Method ASTM D-892-97을 이용하여 측정하였다. 이 시험은 윤활제 조성물 200 ml 전체에 공기로 거품을 발생시켜 생성되는 포말의 용적으로 환산한 기포도를 측정하였다. 포말 안정도는 포말이 사라지는 데 소요되는 초 단위의 시간이다.
그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 2
공기 대신에 R134a 가스로 윤활제 조성물에 거품을 발생시킨 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
실시예 3
폼블린 HC-OH 대신에 아우시몬트제의 플루오로링크(Fluorolink) E10 (H(OCH2CH2)nOCH2CF20-(CF2CF20)p-(CF20)q-CF2CH20(CH2CH20)nH)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
폼블린 HC-OH의 농도 (ppm) 기포도 (ml) 포말 안정도 (초)
0 0 0
20 20 0
50 380 135
100 380 219
250 400 206
500 370 220
폼블린 HC-OH의 농도 (ppm) 기포도 (ml) 포말 안정도 (초)
0 0 0
20 0 0
50 40 35
100 30 27
250 20 10
500 30 19
플루오로링크 E10의 농도 (ppm) 기포도 (ml) 포말 안정도 (초)
0 0 0
250 390 194
실시예 4
ICI제의 각종 EMKARATE RL 등급의 윤활제 및 발포 유도 첨가제 폼블린 HC-OH 250 ppm을 포함하는 윤활제 조성물 200 ml의 기포도 및 포말 안정도를 실온(24.5 ℃)에서 공기 및 R134a 가스로 거품을 발생시켜 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
EMKARATE RL 등급의 윤활제 공기의 기포도 (ml) R134a의 기포도 (ml) 공기의 포말 안정도 (초) R134a의 포말 안정도 (초)
32H 480 50 294 58
15H 230 50 112 21
7H 50 30 21 12
실시예 5
ICI제의 EMKARATE RL 22H 및 각종 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물 200 ml의 기포도 및 포말 안정도를 실온(24.5 ℃)에서 측정하였다. 그 결과를 하기 표 5에 나타낸다.
발포 유도 첨가제 (ppm) 공기의 기포도 (ml) 공기의 포말 안정도 (초)
폼블린 HC-OH (250ppm) 470 237
플루오로링크 E10 (250ppm) 390 194
플루오라드 FC430 (250ppm) (비교) 0 0
FS1265 (250ppm) (비교) 360 222
폼블린 Y Lvac (250ppm) (비교) 0 0
PDMS 1 (500ppm) (비교) 5 13
PDMS 2 (500ppm) (비교) 5 30
FS1265은 Dow의 트리플루오로메틸 실록산이다.
폼블린 Y Lvac은 아우시몬트제의 분자량 약 2400의 퍼플루오로알킬에테르이다.
PDMS 1은 아크로켐(Akrochem)제의 점도 50 cSt의 Silicone Fluid SWS-101 50이다.
PDMS 2는 아크로켐제의 점도 350 cSt의 Silicone Fluid SWS-101 350이다.
플루오라드 FC430은 3M제의 플루오르화 계면활성제이다.
상기 결과는 본 발명의 윤활제 조성물의 우수한 기포도 및 포말 안정도를 나타낸다.
실시예 6
폼블린 HC-OH 250ppm을 사용하고, 아크로켐의 점도 50 cSt인 Silicone Fluid SWS-101 50의 120ppm을 첨가하여 실시예 1을 반복하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.
발포 유도 첨가제 (ppm) 공기의 기포도 (ml) 공기의 포말 안정도 (초)
폼블린 HC-OH 및 실리콘 (120ppm) 350 178
단지 실리콘 (120ppm)만 사용, (비교) 150 78

Claims (11)

  1. a) 합성 윤활제 기유; 및 b) 하기 화학식의 폴리에테르를 포함하는 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물.
    X-0-(RO)n-Y
    식 중,
    -0-(RO)n-은 폴리에테르 주쇄이고,
    R은 탄소 원자수 1 내지 10개의 부분 또는 완전 할로겐화 알킬기이고, 이 때 인접하는 R기들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
    n은 1 내지 1000이고,
    X 및 Y는 말단기이다.
  2. 제1항에 있어서, R이 탄소 원자수 1 내지 7개의 완전 할로겐화 알킬기인 윤활제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 할로겐이 불소인 윤활제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, n이 1 내지 100인 윤활제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 말단기 X 및 Y 중 적어도 하나는 하나 이상의 관능기를 포함하는 윤활제 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 관능기가 폴리에테르 주쇄의 말단기 끝에 위치하는 것인 윤활제 조성물.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 하나 이상의 관능기가 할로알킬기를 포함하는 것인 윤활제 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 유도 첨가제가 윤활제 조성물에 대해 0.0001 내지 0.1 중량%의 양으로 존재하는 것인 윤활제 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 합성 윤활제 기유가 알킬벤젠, 폴리비닐 에테르, 폴리알킬렌 글리콜 또는 에스테르로부터 선택되는 것인 윤활제 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 합성 윤활제 기유가 폴리올의 유도체인 에스테르인 윤활제 조성물.
  11. a) 합성 윤활제 기유; 및 b) 하기 화학식의 폴리에테르를 포함하는 발포 유도 첨가제를 포함하는 윤활제 조성물의 냉각 시스템 내에서의 용도.
    X-0-(RO)n-Y
    식 중,
    -0-(RO)n-은 폴리에테르 주쇄이고,
    R은 탄소 원자수 1 내지 10개의 부분 또는 완전 할로겐화 알킬기이고, 이 때 인접하는 R기들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
    n은 1 내지 1000이고,
    X 및 Y는 말단기이다.
KR1020027009794A 2000-01-31 2001-01-24 발포 유도 첨가제를 포함하는 냉각 윤활제 조성물 KR100675248B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0001981.0A GB0001981D0 (en) 2000-01-31 2000-01-31 Refrigerant lubricant compositions
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Publications (2)

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