TWI575066B - Refrigeration oil - Google Patents

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TWI575066B
TWI575066B TW104134564A TW104134564A TWI575066B TW I575066 B TWI575066 B TW I575066B TW 104134564 A TW104134564 A TW 104134564A TW 104134564 A TW104134564 A TW 104134564A TW I575066 B TWI575066 B TW I575066B
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Kentaro Yamaguchi
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Jx Nippon Oil & Energy Corp
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Description

冷凍機油
本發明係關於一種冷凍機油。
通常,為了確保滑動部等機械元件之潤滑性而使用潤滑油。而且,潤滑油含有礦物油、合成油等基礎油、及根據所期望之特性而於基礎油中添加之添加劑。作為該添加劑,使用例如以防止滑動部之磨耗為目的之抗磨劑。
且說,對於潤滑油,根據其用途而有要求特有之性能之情況,因此可使用之添加劑之種類根據潤滑油之用途而不同。如例如專利文獻1所記載般,於冷凍機用潤滑油(冷凍機油)中,向冷凍機油中之抗磨劑等之添加根據條件而成為引起毛細管堵塞等問題之原因。因此,於冷凍機油之領域中,與其他用途之潤滑油相比,抗磨劑之選擇之自由度極小,為了兼顧潤滑性(耐磨耗性)及穩定性,通常將磷酸三甲苯酯等磷酸酯等用作抗磨劑(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2005-248038號公報
本發明之目的在於提供一種能夠以高水準兼顧耐磨耗性及穩定性之冷凍機油。
本發明提供一種含有基礎油、下述通式(1)所表示之化合物、及環氧化合物之冷凍機油。
[式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8分別獨立地表示氫原子或一價烴基,A表示具有1個或2個以上之芳香環之二價烴基]
本發明人等對特意使用活性較於本技術領域內通常使用之磷酸三甲苯酯等磷酸酯高(即容易妨礙冷凍機油之穩定性)之抗磨劑之冷凍機油進行了研究,結果發現於將上述通式(1)所表示之化合物與環氧化合物組合而用於冷凍機油之情形時,變得能夠以高水準兼顧耐磨耗性及穩定性,從而完成了本發明。
通式(1)所表示之化合物及環氧化合物較佳為滿足下述式(2)所表示之條件。
[式(2)中,NE表示環氧化合物每1分子之環氧基之數量,ME表示環氧化合物之分子量,WE表示以冷凍機油總量為基準之環氧化合物之含量,NP表示通式(1)所表示之化合物每1分子之磷原子之數量,MP表示通式(1)所表示之化合物之分子量,WP表示以冷凍機油總量為基準之通式(1)所表示之化合物之含量]
根據本發明,可提供一種能夠以高水準兼顧耐磨耗性及穩定性之冷凍機油。
本實施形態之冷凍機油含有基礎油、下述通式(1)所表示之化合物、及環氧化合物。
[式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8分別獨立地表示氫原子或一價烴基,A表示具有1個或2個以上之芳香環之二價烴基]
作為基礎油,可使用烴油、含氧油等。作為烴油,可例示:礦物油系烴油、合成系烴油。作為含氧油,可例示:酯、聚乙烯醚、聚伸烷基二醇、碳酸酯、酮、聚苯醚、聚矽氧、聚矽氧烷、全氟醚。基 礎油較佳為含有含氧油,更佳為含有酯。
礦物油系烴油可藉由如下方式而獲得:將對鏈烷系、環烷系等之原油進行常壓蒸餾及減壓蒸餾而獲得之潤滑油餾分利用溶劑脫瀝青、溶劑精製、加氫精製、加氫裂解、溶劑脫蠟、加氫脫蠟、白土處理、硫酸洗淨等方法進行精製。該等精製方法可單獨使用1種,亦可組合2種以上而使用。
作為合成系烴油,可列舉:烷基苯、烷基萘、聚α-烯烴(PAO)、聚丁烯、乙烯-α-烯烴共聚物等。
作為酯,可例示:芳香族酯、二元酸酯、多元醇酯、複合酯、碳酸酯及該等之混合物等。作為酯,較佳為多元醇酯。
多元醇酯係多元醇與脂肪酸之酯。作為脂肪酸,可較佳地使用飽和脂肪酸。脂肪酸之碳數較佳為4~20,更佳為4~18,進而較佳為4~9,尤佳為5~9。多元醇酯可為多元醇之一部分羥基未被酯化而直接以羥基之形式殘留之偏酯,亦可為全部羥基被酯化之全酯,且亦可為偏酯與全酯之混合物。多元醇酯之羥值較佳為10mgKOH/g以下,更佳為5mgKOH/g以下,進而較佳為3mgKOH/g以下。
構成多元醇酯之脂肪酸中之碳數4~20之脂肪酸之比率較佳為20~100莫耳%,更佳為50~100莫耳%,進而較佳為70~100莫耳%,尤佳為90~100莫耳%。
作為碳數4~20之脂肪酸,具體而言,可列舉:丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十七酸、十八酸、十九酸、二十酸。該等脂肪酸可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。更具體而言,較佳為於α位及/或β位具有支鏈之脂肪酸,更佳為2-甲基丙酸、2-甲基丁酸、2-甲基戊酸、2-甲基己酸、2-乙基戊酸、2-甲基庚酸、2-乙基己酸、3,5,5-三甲基己酸、2-乙基十六酸等,其中,進而較佳為2-乙基己酸、3,5,5-三甲基己 酸。
脂肪酸亦可包含碳數4~20之脂肪酸以外之脂肪酸。作為碳數4~20之脂肪酸以外之脂肪酸,可為例如碳數21~24之脂肪酸。具體而言,可列舉:二十一酸、二十二酸、二十三酸、二十四酸等。該等脂肪酸可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。
作為構成多元醇酯之多元醇,可較佳地使用具有2~6個羥基之多元醇。作為多元醇之碳數,較佳為4~12,更佳為5~10。具體而言,較佳為新戊二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、三羥甲基丁烷、二-(三羥甲基丙烷)、三-(三羥甲基丙烷)、季戊四醇、二季戊四醇等受阻醇。就與冷媒之相溶性及水解穩定性特別優異而言,更佳為季戊四醇、或者季戊四醇與二季戊四醇之混合酯。
基礎油之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為80質量%以上,更佳為90質量%以上,進而較佳為95質量%以上。
本實施形態之冷凍機油含有下述通式(1)所表示之化合物。
式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8分別獨立地表示氫原子或一價烴基。作為該烴基,可例示烷基。R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8所表示之基中之碳數之合計可設為例如1以上、4以上、或8以上,且可設為例如20以下、16以下、或12以下。於R1、R2、R3、 R4、R5、R6、R7、R8分別表示一價烴基之情形時,各烴基之碳數可設為例如1~5。
式(1)中,A表示具有1個或2個以上之芳香環之二價烴基。A所表示之二價烴基之碳數可設為例如1以上、2以上、或3以上,且可設為例如20以下、10以下、或5以下。作為A所表示之二價烴基,可例示:下述式(3)所表示之基、下述式(4)所表示之基、下述式(5)所表示之基。式中,*記號表示鍵結鍵。
就提高潤滑性之觀點而言,式(1)所表示之化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為0.05質量%以上,更佳為0.1質量%以上,進而較佳為0.2質量%以上。就提高穩定性之觀點而言,式(1)所表示之化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為10質量%以下,更佳為 8質量%以下,進而較佳為5質量%以下。就兼顧潤滑性及穩定性之觀點而言,式(1)所表示之化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為0.05~10質量%、0.05~8質量%、0.05~5質量%、0.1~10質量%、0.1~8質量%、0.1~5質量%、0.2~10質量%、0.2~8質量%、或0.2~5質量%。
本實施形態之冷凍機油含有環氧化合物。作為環氧化合物,可列舉:縮水甘油醚型環氧化合物、縮水甘油酯型環氧化合物、環氧乙烷化合物、烷基環氧乙烷化合物、脂環式環氧化合物、環氧化脂肪酸單酯、環氧化植物油等。該等環氧化合物可單獨使用1種,或組合2種以上而使用。
作為縮水甘油醚型環氧化合物,可使用例如下述通式(6)所表示之芳基縮水甘油醚型環氧化合物或烷基縮水甘油醚型環氧化合物。
[式(6)中,R11表示芳基或碳數5~18之烷基]
作為式(6)所表示之縮水甘油醚型環氧化合物,較佳為正丁基苯基縮水甘油醚、異丁基苯基縮水甘油醚、第二丁基苯基縮水甘油醚、第三丁基苯基縮水甘油醚、戊基苯基縮水甘油醚、己基苯基縮水甘油醚、庚基苯基縮水甘油醚、辛基苯基縮水甘油醚、壬基苯基縮水甘油醚、癸基苯基縮水甘油醚、癸基縮水甘油醚、十一烷基縮水甘油醚、十二烷基縮水甘油醚、十三烷基縮水甘油醚、十四烷基縮水甘油醚、2-乙基己基縮水甘油醚。
若R11所表示之烷基之碳數為5以上,則可確保環氧化合物之穩定 性,可抑制與水分、脂肪酸、氧化劣化物進行反應之前分解、或引起環氧化合物彼此進行聚合之自聚合,而變得容易獲得目標功能。另一方面,若R11所表示之烷基之碳數為18以下,則可良好地保持與冷媒之溶解性,從而不易於冷凍裝置內析出而產生冷卻不良等不佳情況。
作為縮水甘油醚型環氧化合物,除式(6)所表示之環氧化合物以外,亦可使用新戊二醇二縮水甘油醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、季戊四醇四縮水甘油醚、1,6-己二醇二縮水甘油醚、山梨醇聚縮水甘油醚、聚伸烷基二醇單縮水甘油醚、聚伸烷基二醇二縮水甘油醚等。
作為縮水甘油酯型環氧化合物,可使用例如下述通式(7)所表示者。
[式(7)中,R12表示芳基、碳數5~18之烷基、或烯基]
作為式(7)所表示之縮水甘油酯型環氧化合物,較佳為苯甲酸縮水甘油酯、新癸酸縮水甘油酯、2,2-二甲基辛酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯。
若R12所表示之烷基之碳數為5以上,則可確保環氧化合物之穩定性,可抑制與水分、脂肪酸、氧化劣化物進行反應之前分解、或引起環氧化合物彼此進行聚合之自聚合,而變得容易獲得目標功能。另一方面,若R12所表示之烷基或烯基之碳數為18以下,則可良好地保持與冷媒之溶解性,從而不易於冷凍機內析出而產生冷卻不良等不佳情況。
脂環式環氧化合物係具有下述通式(8)所表示之構成環氧基之碳 原子直接構成脂環式環之部分結構之化合物。
作為脂環式環氧化合物,例如較佳為1,2-環氧環己烷、1,2-環氧環戊烷、3,4-環氧環己烷羧酸3',4'-環氧環己基甲酯、己二酸雙(3,4-環氧環己基甲基)酯、外-2,3-環氧降烷、己二酸雙(3,4-環氧-6-甲基環己基甲基)酯、2-(7-氧雜雙環[4.1.0]庚-3-基)-螺(1,3-二烷-5,3'-[7]氧雜雙環[4.1.0]庚烷、4-(1'-甲基環氧乙基)-1,2-環氧-2-甲基環己烷、4-環氧乙基-1,2-環氧環己烷。
作為烯丙基環氧乙烷化合物,可例示:1,2-環氧苯乙烯、烷基-1,2-環氧苯乙烯等。
作為烷基環氧乙烷化合物,可例示:1,2-環氧丁烷、1,2-環氧戊烷、1,2-環氧己烷、1,2-環氧庚烷、1,2-環氧辛烷、1,2-環氧壬烷、1,2-環氧癸烷、1,2-環氧十一烷、1,2-環氧十二烷、1,2-環氧十三烷、1,2-環氧十四烷、1,2-環氧十五烷、1,2-環氧十六烷、1,2-環氧十七烷、1,2-環氧十八烷、1,2-環氧十九烷、1,2-環氧二十烷等。
作為環氧化脂肪酸單酯,可例示經環氧化之碳數12~20之脂肪酸與碳數1~8之醇或者酚或烷酚之酯等。作為環氧化脂肪酸單酯,可較佳地使用環氧硬脂酸之丁酯、己酯、苄酯、環己酯、甲氧基乙酯、辛酯、苯酯及丁基苯酯。
作為環氧化植物油,可例示大豆油、亞麻仁油、棉籽油等植物油之環氧化合物等。
就提高穩定性之觀點而言,環氧化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為0.1質量%以上,更佳為0.15質量%以上,進而較佳為0.2質量%以上。就提高潤滑性之觀點而言,環氧化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為5.0質量%以下,更佳為3.0質量%以下,進而較佳為2.0質量%以下。就兼顧潤滑性及穩定性之觀點而言,環氧化合物之含量以冷凍機油總量為基準,較佳為0.1~5.0質量%、0.1~3.0質量%、0.1~2.0質量%、0.15~5.0質量%、0.15~3.0質量%、0.15~2.0質量%、0.2~5.0質量%、0.2~3.0質量%、或0.2~2.0質量%。
式(1)所表示之化合物及環氧化合物較佳為滿足下述式(2)所表示之條件。
式(2)中,NE表示環氧化合物每1分子之環氧基之數量,ME表示環氧化合物之分子量,WE表示以冷凍機油總量為基準之環氧化合物之含量(單位:質量%),NP表示通式(1)所表示之化合物每1分子之磷原子之數量,MP表示通式(1)所表示之化合物之分子量,WP表示以冷凍機油總量為基準之通式(1)所表示之化合物之含量(單位:質量%)。
以下,為方便起見,將式(2)之第二項設為E/P(即設為E=(NE/ME).WE、P=(NP/MP).WP)而進行說明。E/P較佳為0.08以上,更佳為0.09以上,進而較佳為0.10以上。藉由使E/P為0.08以上,可提高冷凍機油之穩定性。E/P較佳為13以下,更佳為12以下,進而較佳為11以下。藉由使E/P為13以下,可提高冷凍機油之耐磨耗性。就兼顧穩 定性及耐磨耗性之觀點而言,E/P較佳為0.08~13、0.08~12、0.08~11、0.09~13、0.09~12、0.09~11、0.10~13、0.10~12、或0.10~11。
於冷凍機油含有複數種環氧化合物之情形時,針對各環氧化合物算出Ei=(NE/ME).WE,將所算出之全部Ei之和設為E而用於式(2)。同樣地,於冷凍機油含有複數種式(1)所表示之化合物之情形時,針對各化合物算出Pi=(NP/MP).WP,將所算出之全部Pi之和設為P而用於式(2)。
冷凍機油除了含有式(1)所表示之化合物及環氧化合物以外,亦可進而含有其他添加劑。作為其他添加劑,可例示:抗氧化劑、摩擦調整劑、式(1)所表示之化合物以外之抗磨劑、極壓添加劑、防銹劑、金屬減活劑等。
冷凍機油於40℃下之動黏度可設為較佳為3mm2/s以上、更佳為4mm2/s以上、進而較佳為5mm2/s以上。冷凍機油於40℃下之動黏度可設為較佳為1000mm2/s以下、更佳為500mm2/s以下、進而較佳為400mm2/s以下。冷凍機油於100℃下之動黏度可設為較佳為1mm2/s以上、更佳為2mm2/s以上。冷凍機油於100℃下之動黏度可設為較佳為100mm2/s以下、更佳為50mm2/s以下。本發明中之動黏度係指依據JIS K2283:2000所測得之動黏度。
冷凍機油之流動點可設為較佳為-10℃以下、更佳為-20℃以下。本發明中之流動點係指依據JIS K2269-1987所測得之流動點。
冷凍機油之體積電阻率可設為較佳為1.0×109Ω.m以上、更佳為1.0×1010Ω.m以上、進而較佳為1.0×1011Ω.m以上。尤其是於用於密閉型冷凍機用之情形時,較佳為較高之電絕緣性。本發明中之體積電阻率係指依據JIS C2101:1999「電絕緣油試驗方法」所測得之25℃下之體積電阻率。
冷凍機油之水分含量以冷凍機油總量為基準,可設為較佳為200ppm以下、更佳為100ppm以下、進而較佳為50ppm以下。尤其是於用於密閉型冷凍機用之情形時,就對冷凍機油之熱穩定性、化學穩定性或電絕緣性之影響之觀點而言,較佳為水分含量較少。
就防止對用於冷凍機或配管之金屬之腐蝕之觀點而言,冷凍機油之酸值可設為較佳為1.0mgKOH/g以下、更佳為0.1mgKOH/g以下。本發明中之酸值係指依據JIS K2501:2003「石油製品及潤滑油-中和值試驗方法」所測得之酸值。
就提高冷凍機油之熱穩定性、化學穩定性而抑制沈澱物等之產生之觀點而言,冷凍機油之灰分可設為較佳為100ppm以下、更佳為50ppm以下。本發明中之灰分係指依據JIS K2272:1998「原油及石油製品-灰分及硫酸灰分試驗方法」所測得之灰分。
本實施形態之冷凍機油係與冷媒一同使用。本實施形態之冷凍機用作動流體組合物含有本實施形態之冷凍機油、及冷媒。作為該冷媒,可例示:飽和氟化烴冷媒、不飽和氟化烴冷媒、烴冷媒、全氟醚類等含氟醚系冷媒、雙(三氟甲基)硫醚冷媒、三氟碘甲烷冷媒、及氨、二氧化碳等自然系冷媒。
作為飽和氟化烴冷媒,可列舉較佳為碳數1~3、更佳為1~2之飽和氟化烴。具體而言,可列舉:二氟甲烷(R32)、三氟甲烷(R23)、五氟乙烷(R125)、1,1,2,2-四氟乙烷(R134)、1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)、1,1,1-三氟乙烷(R143a)、1,1-二氟乙烷(R152a)、氟乙烷(R161)、1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷(R227ea)、1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(R236ea)、1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(R236fa)、1,1,1,3,3-五氟丙烷(R245fa)、及1,1,1,3,3-五氟丁烷(R365mfc)、或者該等之2種以上之混合物。
作為飽和氟化烴冷媒,可根據用途或要求性能而自上述中適當 選擇,例如可列舉R32單獨;R23單獨;R134a單獨;R125單獨;R134a/R32=60~80質量%/40~20質量%之混合物;R32/R125=40~70質量%/60~30質量%之混合物;R125/R143a=40~60質量%/60~40質量%之混合物;R134a/R32/R125=60質量%/30質量%/10質量%之混合物;R134a/R32/R125=40~70質量%/15~35質量%/5~40質量%之混合物;R125/R134a/R143a=35~55質量%/1~15質量%/40~60質量%之混合物等作為較佳例。更具體而言,可使用R134a/R32=70/30質量%之混合物;R32/R125=60/40質量%之混合物;R32/R125=50/50質量%之混合物(R410A);R32/R125=45/55質量%之混合物(R410B);R125/R143a=50/50質量%之混合物(R507C);R32/R125/R134a=30/10/60質量%之混合物;R32/R125/R134a=23/25/52質量%之混合物(R407C);R32/R125/R134a=25/15/60質量%之混合物(R407E);R125/R134a/R143a=44/4/52質量%之混合物(R404A)等。
作為不飽和氟化烴(HFO)冷媒,較佳為氟數為3~5之氟丙烯,且較佳為1,2,3,3,3-五氟丙烯(HFO-1225ye)、1,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)、2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)、1,2,3,3-四氟丙烯(HFO-1234ye)、及3,3,3-三氟丙烯(HFO-1243zf)中之任一種或兩種以上之混合物。就冷媒物性之觀點而言,較佳為選自HFO-1225ye、HFO-1234ze及HFO-1234yf中之1種或2種以上。
作為烴冷媒,較佳為碳數1~5之烴,具體而言,例如可列舉:甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷(R290)、環丙烷、正丁烷、異丁烷、環丁烷、甲基環丙烷、2-甲基丁烷、正戊烷或該等之2種以上之混合物。該等之中,可較佳地使用於25℃、1個大氣壓下為氣體者,較佳為丙烷、正丁烷、異丁烷、2-甲基丁烷或該等之混合物。
本實施形態之冷凍機油通常於冷凍機中以與冷媒混合而成之冷凍機用作動流體組合物之形式存在。本實施形態之冷凍機用作動流體 組合物中之冷凍機油之含量並無特別限制,相對於冷媒100質量份,較佳為1~500質量份,更佳為2~400質量份。
本實施形態之冷凍機油及冷凍機用作動流體組合物可較佳地用於具有往復移動式或旋轉式密閉型壓縮機之空調、冰箱、開放型或密閉型車載空調、除濕機、熱水器、冷庫、冷凍冷藏倉庫、自動販賣機、展示櫃、化學工廠等之冷卻裝置、具有離心式壓縮機者等。
[實施例]
以下,基於實施例對本發明進行更具體之說明,但本發明並不受以下實施例任何限定。
於實施例及比較例中,使用表1所示之基礎油(多元醇與脂肪酸A及脂肪酸B之混合脂肪酸之酯)、及以下所示之添加劑,製備具有表2~5所示之組成之冷凍機油。又,針對實施例及比較例之各冷凍機油,實施以下所示之耐磨耗性試驗及穩定性試驗。
<添加劑>
B1:新癸酸縮水甘油酯
B2:2-乙基己基縮水甘油醚
B3:1,2-環氧十四烷
C1:下述式(9)所表示之化合物
C2:下述式(10)所表示之化合物
C3:下述式(11)所表示之化合物
C4:下述式(12)所表示之化合物及下述式(13)所表示之化合物之混合物
D1:磷酸三甲苯酯
[化12]
(耐磨耗性試驗)
於耐磨耗性試驗中,使用可形成與實際之壓縮機類似之冷媒環境之神鋼造機(股)製造之高壓環境摩擦試驗機(旋轉葉片材與固定圓盤材之旋轉滑動方式)。試驗條件為油量:600ml、試驗溫度:110℃、試驗容器內壓力:1.1MPa、轉數:400rpm、負載荷重:70kgf、試驗時間:1小時,且冷媒使用R32、R410A或HFO-1234yf,葉片材使用SKH-51,圓盤材使用FC250。由於圓盤材之磨耗量極少,故而耐磨耗性之評價係根據葉片材之磨耗深度而進行。將所獲得之結果示於表2~5。
(穩定性試驗)
穩定性試驗係依據JIS K2211-09(熱壓膨脹試驗(autoclave test)),稱取將含有水分量調整為300ppm之試樣油80g置於高壓釜中,並將觸媒(鐵線、銅線、鋁線,均為外徑1.6mm×長度50mm)、及冷媒(R32、R410A或HFO-1234yf)20g封入後,加熱至150℃,測定150小時後之試樣油之外觀及酸值(JIS C2101)。將所獲得之結果示於表2~5。

Claims (1)

  1. 一種冷凍機油,其含有基礎油、下述通式(1)所表示之化合物、及環氧化合物, [式(1)中,R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及R8分別獨立地表示氫原子或一價烴基,A表示具有1個或2個以上之芳香環之二價烴基],上述通式(1)所表示之化合物及上述環氧化合物滿足下述式(2)所表示之條件, [式(2)中,NE表示上述環氧化合物每1分子之環氧基之數量,ME表示上述環氧化合物之分子量,WE表示以上述冷凍機油總量為基準之上述環氧化合物之含量,NP表示上述通式(1)所表示之化合物每1分子之磷原子之數量,MP表示上述通式(1)所表示之化合物之分子量,WP表示以上述冷凍機油總量為基準之上述通式(1)所表示之化合物之含量]。
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