KR20200118086A - 냉동기유 및 냉동기용 작동 유체 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면은, 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유와, 하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인, 냉동기유이다. 식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1가의 탄화수소기를 나타내고, R3은 2가의 탄화수소기를 나타내고, R4는 수소 원자 또는 1가의 탄화수소기를 나타낸다.

Description

냉동기유 및 냉동기용 작동 유체 조성물
본 발명은, 냉동기유 및 냉동기용 작동 유체 조성물에 관한 것이다.
냉장고, 공조 등의 냉동기는, 냉매를 냉매 순환 시스템 내로 순환시키기 위한 압축기를 구비하고 있다. 압축기에는, 접동 부재를 윤활하기 위한 냉동기유가 충전된다. 일반적으로, 냉동기유의 점도가 낮을수록 교반 저항 및 접동부의 마찰을 저감시킬 수 있기 때문에, 냉동기유의 저점도화는 냉동기의 에너지 절약화로 연결된다. 특허문헌 1에는, 예를 들어 VG3 이상이고 VG8 이하인 소정의 냉동기유가 개시되어 있다.
국제공개 제2006/062245호
그러나, 냉동기유의 점도가 낮아지면 접동부에 있어서의 유막의 유지가 어려워지기 때문에, 예를 들어 내시징성을 유지하지 못하게 될 우려가 있다. 그 때문에, 냉동기유에는 내시징성을 향상시키기 위한 첨가제가 첨가된다. 한편, 이러한 첨가제는 냉동기유의 안정성을 저하시킬 가능성이 있기 때문에, 그의 첨가량은 가능한 한 적은 것이 바람직하다. 즉, 동일한 양의 첨가제를 첨가한 경우에, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지는 냉동기유가 요구된다.
그래서 본 발명은 저점도의 냉동기유에 있어서, 큰 내시징성의 향상 효과를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면은, 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유와, 하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인 냉동기유이다.
Figure pct00001
식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1가의 탄화수소기를 나타내고, R3은 2가의 탄화수소기를 나타내고, R4는 수소 원자 또는 1가의 탄화수소기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일측면은, 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유와, 상기 식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인 냉동기유와, 냉매를 함유하는 냉동기용 작동 유체 조성물이다.
알코올은 바람직하게는 1가 알코올 및 2가 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 지방산은 바람직하게는 분지 지방산을 포함한다. 이들의 경우, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어진다.
기유의 비극성 지수는 60 이하여도 된다.
본 발명에 따르면, 저점도의 냉동기유에 있어서 큰 내시징성의 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 냉동기의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세히 설명한다.
일 실시 형태에 따른 냉동기유는, 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유를 함유한다. 알코올은 지방족 알코올이어도 된다. 지방족 알코올은 직쇄상이어도 되고 분지상이어도 된다. 알코올의 탄소수는 예를 들어 3 이상, 4 이상, 또는 5 이상이어도 되고, 12 이하, 10 이하, 또는 8 이하여도 된다.
알코올은 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어진다는 관점에서, 바람직하게는 1가 알코올 및 2가 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고, 보다 바람직하게는 1가의 지방족 알코올 및 2가의 지방족 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다.
알코올에서 차지하는 1가 알코올 및 2가 알코올의 비율(합계)은 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 알코올에서 차지하는 1가의 지방족 알코올 및 2가의 지방족 알코올 비율(합계)은 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 알코올은 1가 알코올 및 2가 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종만을 포함하고 있어도 되고, 1가의 지방족 알코올 및 2가의 지방족 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종만을 포함하고 있어도 된다.
1가의 지방족 알코올은, 예를 들어 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올 등이어도 된다. 이들 1가의 지방족 알코올은 직쇄상이어도 되고 분지상이어도 된다.
2가의 지방족 알코올은, 예를 들어 1,3-프로판디올, 프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 2-에틸-2-메틸-1,3-프로판디올, 1,7-헵탄디올, 2-메틸-2-프로필-1,3-프로판디올, 2,2-디에틸-1,3-프로판디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올, 1,11-운데칸디올, 1,12-도데칸디올 등이어도 된다.
지방산의 탄소수는 예를 들어 4 이상, 5 이상, 또는 6 이상이어도 되고, 20 이하, 15 이하, 또는 10 이하여도 된다. 지방산은 직쇄 지방산을 포함하고 있어도 되고, 분지 지방산을 포함하고 있어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어진다는 관점에서 바람직하게는 분지 지방산을 포함한다.
지방산은 저점도화할 수 있음과 함께, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어진다는 관점에서, 바람직하게는 탄소수 4 내지 12의 직쇄 지방산 및 탄소수 4 내지 12의 분지 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하고, 보다 바람직하게는 탄소수 6 내지 8의 분지 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함한다. 이러한 지방산은, 예를 들어 n-헥산산, n-헵탄산, n-옥탄산, 2-메틸펜탄산, 2-에틸부탄산, 2-메틸헥산산, 또는 2-에틸헥산산이어도 된다.
지방산에서 차지하는 탄소수 4 내지 10의 직쇄 지방산 및 탄소수 4 내지 10의 분지 지방산의 비율(합계)은 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 지방산에서 차지하는 탄소수 6 내지 8의 분지 지방산의 비율(합계)은 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 지방산은 탄소수 4 내지 10의 직쇄 지방산 및 탄소수 4 내지 10의 분지 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종만을 포함하고 있어도 되고, 탄소수 6 내지 8의 분지 지방산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종만을 포함하고 있어도 된다.
에스테르는 1가 알코올(바람직하게는 1가의 지방족 알코올)과 지방산의 에스테르만을 포함하고 있어도 되고, 2가 알코올(바람직하게는 2가의 지방족 알코올)과 지방산의 에스테르만을 포함하고 있어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어진다는 관점에서, 1가 알코올(바람직하게는 1가의 지방족 알코올)과 지방산의 에스테르 및 2가 알코올(바람직하게는 2가의 지방족 알코올)과 지방산의 에스테르만을 포함하고 있어도 된다.
기유의 40℃에 있어서의 동점도는 예를 들어 1㎟/s 이상, 1.5㎟/s 이상, 또는 2㎟/s 이상이어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지고, 또한 내마모성도 우수하다는(마모량을 저감시킬 수 있다는) 관점에서 바람직하게는 10㎟/s 이하, 9㎟/s 이하, 또는 8㎟/s 이하이다. 기유의 100℃에 있어서의 동점도는 예를 들어 0.5㎟/s 이상, 1㎟/s 이상, 또는 1.5㎟/s 이상이어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지고, 또한 내마모성도 우수하다는(마모량을 저감시킬 수 있다는) 관점에서 바람직하게는 8㎟/s 이하, 5㎟/s 이하, 또는 2.5㎟/s 이하이다. 본 명세서에 있어서의 동점도는 JIS K2283:2000에 준거해서 측정된 동점도를 의미한다.
기유의 비극성 지수는 바람직하게는 60 이하이고, 55 이하, 50 이하, 45 이하 또는 40 이하여도 되고, 20 이상, 30 이상 또는 35 이상이어도 된다. 비극성 지수가 60 이하인 지방산 에스테르를 사용하면, 비극성 지수가 60을 초과하는 지방산 에스테르를 사용한 경우보다 식 (1)로 표시되는 화합물에 의한 내마모성 또는 내시징성의 향상 효과(향상률)가 보다 높아진다. 또한, 식 (1)로 표시되는 화합물에 의한 내마모성 또는 내시징성의 향상 효과(향상률)는, 직쇄 지방산 에스테르를 기유로 하는 것보다 분지 지방산 에스테르를 기유로 한 쪽이 높은 경향이 있다. 또한, 지방산 에스테르의 비극성 지수는 하기 식 (A)를 따라서 산출된다.
비극성 지수=(탄소 원자수×분자량)/(에스테르기의 수×100) … (A)
식 (A) 중, 탄소 원자수는 지방산 에스테르를 구성하는 탄소 원자의 수를 나타내고, 분자량은 지방산 에스테르의 분자량을 나타내고, 에스테르기의 수는 지방산 에스테르 1 분자가 갖는 에스테르기의 수를 나타낸다.
기유는 상기 에스테르에 더하여, 기타 공지된 기유를 더 포함하고 있어도 된다. 상기 에스테르의 함유량은 기유 전량 기준으로 50질량% 이상, 70질량% 이상, 또는 90질량% 이상이어도 된다. 기유는 상기 에스테르만을 포함하고 있어도 된다.
기유의 함유량은 냉동기유 전량 기준으로 50질량% 이상, 60질량% 이상, 70질량% 이상, 80질량% 이상, 90질량% 이상, 또는 95질량% 이상이어도 되고, 99.5질량% 이하, 99질량% 이하, 또는 98.5질량% 이하여도 된다.
냉동기유는 하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 더 함유한다.
Figure pct00002
식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1가의 탄화수소기를 나타낸다. 해당 1가의 탄화수소기로서는 알킬기, 아릴기 등이 예시된다. R1 및 R2로 표현되는 1가의 탄화수소기 탄소수는 각각 독립적으로, 1 이상, 2 이상 또는 3 이상이어도 되고, 10 이하, 9 이하 또는 8 이하여도 된다. R1 및 R2로 표현되는 1가의 탄화수소기에 있어서의 탄소수의 합계는 2 이상, 3 이상 또는 4 이상이어도 되고, 20 이하, 19 이하 또는 18 이하여도 된다.
식 (1) 중, R3은 2가의 탄화수소기를 나타낸다. 해당 2가의 탄화수소기로서는 알킬렌기 등이 예시된다. R3으로 표현되는 2가의 탄화수소기 탄소수는 1 이상, 2 이상 또는 3 이상이어도 되고, 10 이하, 9 이하 또는 8 이하여도 된다.
식 (1) 중, R4는 수소 원자 또는 1가의 탄화수소기를 나타낸다. 해당 1가의 탄화수소기로서는 알킬기 등이 예시된다. R4로 표현되는 1가의 탄화수소기에 있어서의 탄소수는 1 이상, 2 이상 또는 3 이상이어도 되고, 10 이하, 9 이하 또는 8 이하여도 된다.
식 (1)로 표시되는 화합물은, 바람직하게는 하기 식 (2)로 표시되는 화합물이다.
Figure pct00003
식 (2) 중, R1, R2 및 R4는 식 (1)에 있어서의 R1, R2 및 R4와 각각 동일한 의미이다. R5 및 R6은 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다. 해당 알킬기는 직쇄상 및 분지상 중 어느 것이어도 되고, 바람직하게는 직쇄상이다. 해당 알킬기의 탄소수는 예를 들어 1 내지 4, 1 내지 3, 또는 1 내지 2이어도 된다. R5 및 R6 중 적어도 한쪽은 수소 원자인 것이 바람직하다. R5 및 R6 중 한쪽은 알킬기이며 다른 쪽은 수소 원자인 것이 보다 바람직하다.
이러한 화합물로서 구체적으로는, 3-(디이소부톡시-티오포스포릴술파닐)-2-메틸-프로피온산, 에틸-3-[[비스(1-메틸에톡시)포스피노티오일]티오]프로피오네이트나, 3-(O,O-디이소프로필-디티오포스포릴)-프로피온산, 3-(O,O-디이소프로필-디티오포스포릴)-2-메틸-프로피온산, 3-(O,O-디이소부틸-디티오포스포릴)-프로피온산, 3-(O,O-디이소부틸-디티오포스포릴)-2-메틸-프로피온산 및 이들 화합물의 에틸에스테르 등의 알킬에스테르 등을 들 수 있다.
식 (1)로 표시되는 화합물의 함유량은 내시징성의 한층더한 향상의 관점에서, 냉동기유 전량 기준으로 바람직하게는 0.001질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.005질량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.01질량% 이상이다. 식 (1)로 표시되는 화합물의 함유량은 안정성의 향상의 관점에서, 냉동기유 전량 기준으로 바람직하게는 5질량% 이하, 보다 바람직하게는 4질량% 이하, 더욱 바람직하게는 3질량% 이하이다. 식 (1)로 표시되는 화합물의 함유량은 내시징성의 한층더한 향상 및 안정성의 향상의 관점에서, 바람직하게는 0.001 내지 5질량%, 0.001 내지 4질량%, 0.001 내지 3질량%, 0.005 내지 5질량%, 0.005 내지 4질량%, 0.005 내지 3질량%, 0.01 내지 5질량%, 0.01 내지 4질량%, 또는 0.01 내지 3질량%이다.
식 (1)로 표시되는 화합물의 함유량은 초기 산화를 낮게 억제해서 안정성이 우수한 냉동기유를 얻음과 함께, 식 (1)로 표시되는 화합물 이외의 인계 극압제 (상세는 후술)를 더 포함하는 경우에 있어서 그 병용 효과를 보다 높이는 관점에서는, 냉동기유 전량 기준으로 1질량% 이하, 0.1질량% 이하, 0.06질량% 이하, 또는 0.04질량% 이하여도 되고, 0.001 내지 1질량%, 0.001 내지 0.1질량%, 0.001 내지 0.06질량%, 0.001 내지 0.04질량%, 0.005 내지 1질량%, 0.005 내지 0.1질량%, 0.005 내지 0.06질량%, 0.005 내지 0.04질량%, 0.01 내지 1질량%, 0.01 내지 0.1질량%, 0.01 내지 0.06질량%, 또는 0.01 내지 0.04질량%여도 된다.
냉동기유는 식 (1)로 표시되는 화합물 이외의 인계 극압제를 더 함유해도 된다. 당해 인계 극압제는 인을 분자 중에 포함하고 있으면 된다. 당해 인계 극압제는 예를 들어 인산에스테르, 산성 인산에스테르, 산성 인산에스테르의 아민염, 염소화 인산에스테르, 아인산에스테르, 티오인산에스테르 등이어도 된다.
인산에스테르로서는, 트리부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트, 트리헥실포스페이트, 트리헵틸포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 트리노닐포스페이트, 트리데실포스페이트, 트리운데실포스페이트, 트리도데실포스페이트, 트리트리데실포스페이트, 트리테트라데실포스페이트, 트리펜타데실포스페이트, 트리헥사데실포스페이트, 트리헵타데실포스페이트, 트리옥타데실포스페이트, 트리올레일포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리(에틸페닐)포스페이트, 트리(프로필페닐)포스페이트, 트리(부틸페닐)포스페이트, 트리크실레닐포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐포스페이트 등을 들 수 있다. 인산에스테르는 바람직하게는 트리페닐포스페이트 또는 트리크레실포스페이트이다.
산성 인산에스테르로서는, 모노부틸애시드포스페이트, 모노펜틸애시드포스페이트, 모노헥실애시드포스페이트, 모노헵틸애시드포스페이트, 모노옥틸애시드포스페이트, 모노노닐애시드포스페이트, 모노데실애시드포스페이트, 모노운데실애시드포스페이트, 모노도데실애시드포스페이트, 모노트리데실애시드포스페이트, 모노테트라데실애시드포스페이트, 모노펜타데실애시드포스페이트, 모노헥사데실애시드포스페이트, 모노헵타데실애시드포스페이트, 모노옥타데실애시드포스페이트, 모노올레일애시드포스페이트, 디부틸애시드포스페이트, 디펜틸애시드포스페이트, 디헥실애시드포스페이트, 디헵틸애시드포스페이트, 디옥틸애시드포스페이트, 디노닐애시드포스페이트, 디데실애시드포스페이트, 디운데실애시드포스페이트, 디도데실애시드포스페이트, 디트리데실애시드포스페이트, 디테트라데실애시드포스페이트, 디펜타데실애시드포스페이트, 디헥사데실애시드포스페이트, 디헵타데실애시드포스페이트, 디옥타데실애시드포스페이트, 디올레일애시드포스페이트 등을 들 수 있다.
산성 인산에스테르의 아민염으로서는, 상기 산성 인산에스테르의 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민 등의 아민과의 염을 들 수 있다.
염소화 인산에스테르로서는, 트리스·디클로로프로필포스페이트, 트리스·클로로에틸포스페이트, 트리스·클로로페닐포스페이트, 폴리옥시알킬렌·비스[디(클로로알킬)]포스페이트 등을 들 수 있다. 아인산에스테르로서는, 디부틸포스파이트, 디펜틸포스파이트, 디헥실포스파이트, 디헵틸포스파이트, 디옥틸포스파이트, 디노닐포스파이트, 디데실포스파이트, 디운데실포스파이트, 디도데실포스파이트, 디올레일포스파이트, 디페닐포스파이트, 디크레실포스파이트, 트리부틸포스파이트, 트리펜틸포스파이트, 트리헥실포스파이트, 트리헵틸포스파이트, 트리옥틸포스파이트, 트리노닐포스파이트, 트리데실포스파이트, 트리운데실포스파이트, 트리도데실포스파이트, 트리올레일포스파이트, 트리페닐포스파이트, 트리크레실포스파이트 등을 들 수 있다.
티오인산에스테르로서는, 트리부틸포스포로티오네이트, 트리펜틸포스포로티오네이트, 트리헥실포스포로티오네이트, 트리헵틸포스포로티오네이트, 트리옥틸포스포로티오네이트, 트리노닐포스포로티오네이트, 트리데실포스포로티오네이트, 트리운데실포스포로티오네이트, 트리도데실포스포로티오네이트, 트리트리데실포스포로티오네이트, 트리테트라데실포스포로티오네이트, 트리펜타데실포스포로티오네이트, 트리헥사데실포스포로티오네이트, 트리헵타데실포스포로티오네이트, 트리옥타데실포스포로티오네이트, 트리올레일포스포로티오네이트, 트리페닐포스포로티오네이트, 트리크레실포스포로티오네이트, 트리크실레닐포스포로티오네이트, 크레실디페닐포스포로티오네이트, 크실레닐디페닐포스포로티오네이트 등을 들 수 있다. 티오인산에스테르는 바람직하게는 트리페닐포스포로티오네이트이다.
인계 극압제의 함유량은 내시징성이 더욱 우수하다는 관점에서, 냉동기유 전량 기준으로 0.1질량% 이상, 1질량% 이상, 1.5질량% 이상, 또는 1.6질량% 이상이어도 되고, 5질량% 이하, 3질량% 이하, 2.5질량% 이하, 또는 2질량% 이하여도 된다.
냉동기유가 인계 극압제를 더 함유하는 경우, 당해 인계 극압제의 함유량에 대한 식 (1)로 표시되는 화합물의 함유량 비(질량비, 식 (1)로 표시되는 화합물/인계 극압제)는 0.0001/1 이상, 0.0002/1 이상, 또는 0.0005/1 이상이어도 되고, 1/1 이하, 0.5/1 이하, 0.1/1 이하, 0.05/1 이하, 또는 0.01/1 이하여도 된다.
냉동기유의 40℃에 있어서의 동점도는 예를 들어 1㎟/s 이상, 1.5㎟/s 이상, 또는 2㎟/s 이상이어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지고, 또한 내마모성도 우수하다는(마모량을 저감시킬 수 있다는) 관점에서 바람직하게는 10㎟/s 이하, 9㎟/s 이하, 또는 8㎟/s 이하이다. 냉동기유의 100℃에 있어서의 동점도는 예를 들어 0.5㎟/s 이상, 1㎟/s 이상, 또는 1.5㎟/s 이상이어도 되고, 보다 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지고, 또한 내마모성도 우수하다는(마모량을 저감시킬 수 있다는) 관점에서 바람직하게는 8㎟/s 이하, 5㎟/s 이하, 또는 2.5㎟/s 이하이다.
냉동기유의 ISO 점도 분류는, 당해 냉동기유의 40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인 한에 있어서 특별히 제한되지 않는다. 냉동기유의 ISO 점도 분류는 예를 들어 VG2, 3, 5, 7, 10으로 분류되며, 유체 윤활 영역에 있어서의 저마찰성을 확보한다는 관점에서 바람직하게는 VG10 이하, 보다 바람직하게는 VG7 이하, 더욱 바람직하게는 VG5 이하이다. 예를 들어, VG7 또는 5의 냉동기유에서는 이보다 높은 점도 그레이드의 냉동기유와 비교하면, 일반적으로는 유체 윤활 영역에 있어서의 마찰 계수가 낮아지지만, 혼합 윤활 내지 경계 윤활 영역에 있어서의 윤활성은 악화되고, 마찰 계수는 높아지는 경향이 있다. 그러나, 본 발명에 있어서의 상기 일반식 (1)로 표시되는 화합물을 첨가함으로써, 혼합 윤활 내지 경계 윤활 영역에 있어서의 윤활성이 현저하게 개선되어 저마찰성에도 기여하게 된다. 이 개선 정도는 VG10 이하의 냉동기유쪽이 높다. 또한, 여기에서 말하는 ISO 점도 분류란, JIS K 2001(1993)「공업용 윤활유-ISO 점도 분류」 혹은 ISO 3448·1992 「Industrial liquid lubricants-ISO viscosity classification」에 규정된 점도 그레이드를 의미한다.
냉동기유의 인화점은 안전성의 관점에서 100℃ 이상, 110℃ 이상, 또는 120℃ 이상이어도 되고, 점도를 저하시키는 관점에서 155℃ 이하, 또는 145℃ 이하여도 된다. 본 명세서에 있어서의 인화점은 JIS K2265-4:2007(클리브랜드 해방(COC)법)에 준거해서 측정된 인화점을 의미한다.
냉동기유의 유동점은 -10℃ 이하, -20℃ 이하, 또는 -50℃ 이하여도 되고, 정제 비용의 관점에서는 -40℃ 이상이어도 된다. 본 명세서에 있어서의 유동점은 JIS K2269:1987에 준거해서 측정된 유동점을 의미한다.
냉동기유의 산가는 1.0㎎KOH/g 이하, 또는 0.1㎎KOH/g 이하여도 된다. 본 명세서에 있어서의 산가는 JIS K2501:2003에 준거해서 측정된 산가를 의미한다.
냉동기유의 체적 저항률은 1.0×109Ω·ｍ 이상, 1.0×1010Ω·ｍ 이상, 또는 1.0×1011Ω·ｍ 이상이어도 된다. 본 명세서에 있어서의 체적 저항률은 JIS C2101:1999에 준거해서 측정한 25℃에서의 체적 저항률을 의미한다.
냉동기유의 수분 함유량은 냉동기유 전량 기준으로 200ppm 이하, 100ppm 이하, 또는 50ppm 이하여도 된다.
냉동기유의 회분은 100ppm 이하, 또는 50ppm 이하여도 된다. 본 명세서에 있어서의 회분은 JIS K2272:1998에 준거해서 측정된 회분을 의미한다.
냉동기유는, 냉동기에 있어서 냉매와 혼합된 냉동기용 작동 유체 조성물의 상태로 존재하고 있다. 즉, 냉동기유는 냉매와 함께 사용되고, 냉동기용 작동 유체 조성물은 상기 냉동기유와 냉매를 함유한다. 냉동기용 작동 유체 조성물에 있어서의 냉동기유의 함유량은, 냉매 100질량부에 대하여 1질량부 이상 또는 2질량부 이상이어도 되고, 500질량부 이하 또는 400질량부 이하여도 된다.
냉매로서는 탄화수소 냉매, 포화 불화 탄화수소 냉매, 불포화 불화 탄화수소 냉매, 퍼플루오로에테르류 등의 불소 함유 에테르계 냉매, 비스(트리플루오로메틸)술파이드 냉매, 2불화요오드화메탄 냉매 및 암모니아, 이산화탄소 등의 자연계 냉매가 예시된다.
탄화수소 냉매는 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 탄화수소, 보다 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 탄화수소이다. 탄화수소로서는, 구체적으로는 예를 들어 메탄, 에틸렌, 에탄, 프로필렌, 프로판(R290), 시클로프로판, 노르말부탄, 이소부탄(R600a), 시클로부탄, 메틸시클로프로판, 2-메틸부탄, 노르말펜탄 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 탄화수소 냉매는 바람직하게는 25℃, 1기압에서 기체인 탄화수소 냉매이며, 보다 바람직하게는 프로판, 노르말부탄, 이소부탄, 2-메틸부탄 또는 이들의 혼합물이다.
포화 불화 탄화수소 냉매는 바람직하게는 탄소수 1 내지 3, 보다 바람직하게는 1 내지 2의 포화 불화 탄화수소이다. 포화 불화 탄화수소 냉매로서는, 구체적으로는 디플루오로메탄(R32), 트리플루오로메탄(R23), 펜타플루오로에탄(R125), 1,1,2,2-테트라플루오로에탄(R134), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R134a), 1,1,1-트리플루오로에탄(R143a), 1,1-디플루오로에탄(R152a), 플루오로에탄(R161), 1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판(R227ea), 1,1,1,2,3,3-헥사플루오로프로판(R236ea), 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로프로판(R236fa), 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(R245fa) 및 1,1,1,3,3-펜타플루오로부탄(R365mfc), 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
포화 불화 탄화수소 냉매는 상기 중에서 용도나 요구 성능에 따라서 적절히 선택된다. 포화 불화 탄화수소 냉매는 예를 들어 R32 단독; R23 단독; R134a 단독; R125 단독; R134a/R32=60 내지 80질량%/40 내지 20질량%의 혼합물; R32/R125=40 내지 70질량%/60 내지 30질량%의 혼합물; R125/R143a=40 내지 60질량%/60 내지 40질량%의 혼합물; R134a/R32/R125=60질량%/30질량%/10질량%의 혼합물; R134a/R32/R125=40 내지 70질량%/15 내지 35질량%/5 내지 40질량%의 혼합물; R125/R134a/R143a=35 내지 55질량%/1 내지 15질량%/40 내지 60질량%의 혼합물 등이다. 포화 불화 탄화수소 냉매는, 더욱 구체적으로는 R134a/R32=70/30질량%의 혼합물; R32/R125=60/40질량%의 혼합물; R32/R125=50/50질량%의 혼합물(R410A); R32/R125=45/55질량%의 혼합물(R410B); R125/R143a=50/50질량%의 혼합물(R507C); R32/R125/R134a=30/10/60질량%의 혼합물; R32/R125/R134a=23/25/52질량%의 혼합물(R407C); R32/R125/R134a=25/15/60질량%의 혼합물(R407E); R125/R134a/R143a=44/4/52질량%의 혼합물(R404A) 등이어도 된다.
불포화 불화 탄화수소(HFO) 냉매는 바람직하게는 탄소수 2 내지 3의 불포화 불화 탄화수소, 보다 바람직하게는 플루오로프로펜, 더욱 바람직하게는 불소수가 3 내지 5인 플루오로프로펜이다. 불포화 불화 탄화수소 냉매는 바람직하게는 1,2,3,3,3-펜타플루오로프로펜(HFO-1225ye), 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ze), 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234yf), 1,2,3,3-테트라플루오로프로펜(HFO-1234ye) 및 3,3,3-트리플루오로프로펜(HFO-1243zf) 중 어느 1종 또는 2종 이상의 혼합물이다. 불포화 불화 탄화수소 냉매는 냉매 물성의 관점에서는, 바람직하게는 HFO-1225ye, HFO-1234ze 및 HFO-1234yf에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이다. 불포화 불화 탄화수소 냉매는 플루오로에틸렌이어도 되고, 바람직하게는 1,1,2,3-트리플루오로에틸렌이다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유 및 냉동기용 작동 유체 조성물은 왕복 동식이나 회전식의 밀폐형 압축기를 갖는 에어컨, 냉장고, 개방형 또는 밀폐형의 카 에어컨, 제습기, 급탕기, 냉동고, 냉동 냉장 창고, 자동 판매기, 쇼케이스, 화학플랜트 등의 냉동기, 원심식의 압축기를 갖는 냉동기 등에 적합하게 사용된다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 냉동기유 및 냉동기용 작동 유체 조성물이 적용되는 냉동기의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 냉동기(10)는 예를 들어 냉매 압축기(1)와 가스 쿨러(2)와 팽창 기구(3)(모세관, 팽창 밸브 등)와 증발기(4)가 유로(5)로 순차 접속된 냉매 순환 시스템을 적어도 구비하고 있다. 이러한 냉매 순환 시스템에 있어서는, 먼저 냉매 압축기(1)로부터 유로(5) 내로 토출된 고온(통상 70 내지 120℃)의 냉매가 가스 쿨러(2)에서 고밀도의 유체(초임계 유체 등)가 된다. 계속해서, 냉매는 팽창 기구(3)가 갖는 좁은 유로를 통과함으로써 액화되고, 또한 증발기(4)에서 기화되서 저온(통상 -40 내지 0℃)이 된다.
도 1 중 냉매 압축기(1) 내에 있어서는, 고온(통상 70 내지 120℃) 조건 하, 소량의 냉매와 다량의 냉동기유가 공존한다. 냉매 압축기(1)로부터 유로(5)로 토출되는 냉매는 기체상이며, 소량(통상 1 내지 10%)의 냉동기유를 미스트로서 포함하고 있는데, 이 미스트상의 냉동기유 중에는 소량의 냉매가 용해되어 있다(도 1 중 점 a). 이어서, 가스 쿨러(2) 내에 있어서는 기체상의 냉매가 압축되어 고밀도의 유체가 되고, 비교적 고온(50 내지 70℃ 전후) 조건 하에서 다량의 냉매와 소량의 냉동기유가 공존한다(도 1 중 점 b). 또한, 다량의 냉매와 소량의 냉동기유의 혼합물은 팽창 기구(3), 증발기(4)로 순차 보내져서 급격하게 저온(통상 -40 내지 0℃)이 되고(도 1 중 점 c, d), 다시 냉매 압축기(1)로 되돌려진다.
본 실시 형태에 따른 냉동기유는 상술한 냉매와 함께 사용할 수 있지만, 냉매 혼합 시의 냉온 특성 및 상용성의 점에서 특히 탄화수소 냉매와 함께 적합하게 사용된다. 마찬가지의 관점에서, 냉동기용 작동 유체 조성물은 특히 바람직하게는 탄화수소 냉매를 함유한다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이하에 나타내는 각 성분을 사용하여, 표 1 내지 4에 나타내는 조성(기유에 대해서는 기유 전량 기준에서의 질량%, 냉동기유에 대해서는 냉동기유 전량 기준에서의 질량%)의 냉동기유를 제조했다. 또한, 실시예, 비교예 및 참고예의 냉동기유 모두에 있어서, 0.1질량%의 2,6-디-tert-부틸-p-크레졸과, 0.3질량%의 글리시딜네오데카노에이트를 첨가했다.
(기유)
A1: 네오펜틸글리콜과 n-옥탄산의 에스테르(40℃ 동점도:7.4㎟/s, 비극성 지수:38.5)
A2: 네오펜틸글리콜과 2-에틸헥산산의 에스테르(40℃ 동점도:7.5㎟/s, 비극성 지수:38.5)
A3: 2-에틸헥산올과 2-에틸헥산산의 에스테르(40℃ 동점도:2.7㎟/s, 비극성 지수:41)
a1: 펜타에리트리톨과 2-에틸헥산산/3,5,5-트리메틸헥산산의 혼합 지방산(질량비:50/50)의 에스테르(40℃ 동점도:67.4㎟/s, 비극성 지수:65)
(첨가제)
B1: 3-(디이소부톡시-티오포스포릴술파닐)-2-메틸-프로피온산(하기 식 (3)으로 표시되는 화합물)
Figure pct00004
C1: 트리크레실포스페이트
실시예, 비교예 및 참고예의 각 냉동기유에 대해서, 이하에 나타내는 수순으로 내시징성을 평가했다. 결과를 표 1 내지 4에 나타낸다.
(내시징성의 평가)
FALEX Pin/Vee-Block 시험을 실시했다. 회전수:290rpm, 온도:60℃, 유량:120mL, 공기 분위기의 조건 하에서, 300lbf의 하중 하에서 시험 운전을 5분간 행하고, 이어서 하중을 가하여 시징이 발생한 시점에서의 하중(lbf)을 시징 하중으로 했다. 또한, 시험편으로서 ASTM 표준편을 사용했다. 첨가제 B1 및 첨가제 C1을 함유하지 않는 경우(비교예 1, 비교예 2-1, 비교예 3-1 또는 참고예 2)의 시징 하중을 100으로 했을 때의, 첨가제 B1 및/또는 첨가제 C1을 함유하는 경우의 시징 하중을 상대값으로서 구했다. 시징 하중의 값이 클수록, 내시징성의 향상 효과가 큰 것을 의미한다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
실시예 1, 2-1, 2-2, 3에서 나타난 바와 같이, 저점도의 냉동기유 경우, 식 (1)로 표시되는 화합물을 첨가함으로써 큰 내시징성의 향상 효과가 얻어지는 것이 확인되었다. 한편, 참고예 1, 2에서 나타난 바와 같이, 저점도의 냉동기유가 아닌 경우, 식 (1)로 표시되는 화합물을 첨가해도 저점도의 냉동기유의 경우와 비교하여 내시징성의 향상 효과가 작은 것이 확인되었다.
실시예 2-1, 2-2, 3, 비교예 2-1, 2-1, 3-1, 3-2 및 참고예 1, 2의 각 냉동기유에 대해서는, 이하에 나타내는 수순으로 내마모성도 평가했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
(내마모성의 평가)
내마모성은 ASTM D4172-94에 준거하는 고속 사구 시험에 의해 평가했다. 강구로서 SUJ2를 사용하여, 시험 유량 20mL, 시험 온도 80℃, 회전수 1200rpm, 부하 하중 196N, 시험 시간 15분간의 조건에서 시험을 행하여, 고정구의 마모흔 직경(㎜)을 측정했다. 마모흔 직경의 값이 작을수록, 내마모성이 우수한 것을 의미한다.
Figure pct00009
또한, 실시예 2-1 또는 2-2의 냉동기유에 있어서의 B1의 함유량을 0.05질량% 또는 0.1질량%로 한 것 이외에는, 실시예 2-1 또는 2-2와 동일한 냉동기유 4종을 얻었다. 이들 냉동기유의 40℃에 있어서의 동점도는 10㎟/s 이하였다. 이들 냉동기유는, 실시예 2-1 또는 2-2와 마찬가지의 내시징성이나 내마모성의 향상 효과가 확인되었지만, B1의 함유량이 많아지면 안정성이 악화되어 가는 경향이 있는 것이 시사되었다.
또한, 실시예 2-1 또는 2-2의 냉동기유에 있어서, B1 대신에 하기 식 (4)로 표시되는 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 2-1 또는 2-2와 동일한 냉동기유 4종을 얻었다. 이들 냉동기유의 40℃에 있어서의 동점도는 10㎟/s 이하였다. 이들 냉동기유는 실시예 2-1 또는 2-2와 마찬가지의 내시징성이나 내마모성의 향상 효과가 확인되었다.
Figure pct00010
또한, 실시예 2-1 또는 2-2의 냉동기유에 있어서, C1을 트리페닐포스페이트, 트리(프로필페닐)포스페이트, 트리(부틸페닐)포스페이트 또는 트리페닐포스포로티오네이트로 대신한 것 이외에는 실시예 2-1 또는 2-2와 동일한 냉동기유 8종을 얻었다. 이들 냉동기유의 40℃에 있어서의 동점도는 10㎟/s 이하였다. 이들 냉동기유도 실시예 2-1 또는 2-2와 마찬가지의 내시징성이나 내마모성의 향상 효과가 확인되었다.
1 : 냉매 압축기
2 : 가스 쿨러
3 : 팽창 기구
4 : 증발기
5 : 유로
10 : 냉동기

Claims (8)

  1. 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유와,
    하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고,
    40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인, 냉동기유.
    Figure pct00011

    [식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1가의 탄화수소기를 나타내고, R3은 2가의 탄화수소기를 나타내고, R4는 수소 원자 또는 1가의 탄화수소기를 나타낸다.]
  2. 제1항에 있어서, 상기 알코올이 1가 알코올 및 2가 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 냉동기유.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지방산이 분지 지방산을 포함하는, 냉동기유.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기유의 비극성 지수가 60 이하인, 냉동기유.
  5. 알코올과 지방산의 에스테르를 포함하는 기유와, 하기 식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 40℃에 있어서의 동점도가 10㎟/s 이하인 냉동기유와,
    냉매를 함유하는, 냉동기용 작동 유체 조성물.
    Figure pct00012

    [식 (1) 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1가의 탄화수소기를 나타내고, R3은 2가의 탄화수소기를 나타내고, R4는 수소 원자 또는 1가의 탄화수소기를 나타낸다.]
  6. 제5항에 있어서, 상기 알코올이 1가 알코올 및 2가 알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 냉동기용 작동 유체 조성물.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 지방산이 분지 지방산을 포함하는, 냉동기용 작동 유체 조성물.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기유의 비극성 지수가 60 이하인, 냉동기용 작동 유체 조성물.
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