説明

気泡誘導剤を含む冷媒潤滑剤組成物

【課題】全ての冷却装置に適切であるわけでない既知のケイ素含有気泡誘導剤を代替する気泡誘導剤を提供すること。
【解決手段】本発明による潤滑剤組成物は合成潤滑剤ベースオイル、好ましくはポリオールエステル、及び、ポリエーテル気泡誘導剤を含む。この組成物は冷却装置、特にHFC冷媒ガスを用いた冷却装置における使用に適する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は潤滑剤組成物及び冷却装置におけるその使用に関する。
【背景技術】
【0002】
冷却装置における過度の気泡形成は望ましくないことが知られている。気泡形成はモーターワインディングの冷却及びコンプレッサーからの熱の除去における潤滑剤組成物の有効性を低減する。また、気泡が多すぎると、装置ポンプをとおして多量の潤滑剤組成物が通過しすぎ、そして冷却装置の低圧側に入る。しかしながら、適度な量の気泡形成は有利であることがあり、冷却装置コンプレッサー内の騒音の抑制のためには特に有利であることがある。1998 ASHRAE Refrigeration Handbookのセクション7.20は「潤滑剤レベルの上の気泡状の層はコンプレッサーの動部品により生じる騒音を減衰する。」と述べている。気泡形成の他の利点もあり、例えば、国際公開WO95/12649号明細書に開示されているような蒸気開放速度の抑制及び米国特許第4,829,786号明細書に開示されているような改良されたオイルリターンの促進である。
【0003】
歴史的に、クロロフルオロカーボン(CFC)及びヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)冷媒ガスのための潤滑剤組成物中に鉱油が用いられていた。これらの潤滑剤組成物/CFC/HCFC混合物は気泡形成する傾向を示した。気泡形成が望ましくなく又は過度である特定の場合には、気泡生成を抑制する必要があることがわかった。気泡形成が有利である別の場合には、気泡形成を促進する必要があることがわかった。例えば、米国特許第3,792,755号明細書は、操作中の気密コンプレッサー装置により生じる騒音を減衰するための方法であって、その装置が操作の間に潤滑剤組成物を攪拌する手段を有し、その潤滑剤組成物がオルガノシロキサンである気泡形成剤を含む、方法を開示している。気泡形成剤は、操作の間にコンプレッサー装置により生じる騒音を吸収しそのため減衰するように作用する微細バブルのフロス又はフォームを発生しそして保持することを援助する。米国特許第3,792,755号明細書に開示されたCFCはトリクロロエチレン、ジクロロジフルオロメタン(R−12)及びモノクロロジフルオロメタン(R−22)を含む。
【0004】
近年、法律により、このような伝統的な冷媒ガスから、より低い又はゼロ−オゾン欠乏ポテンシャルを有する代替品、例えばヒドロフルオロカーボンガス(HFC)に移行することが指示されている。冷媒ガスのこの変化は、これらの新規のHFCガスと相溶性でない鉱油からの潤滑剤組成物の変化を要求してきた。より極性であるHFC相溶性の合成潤滑剤組成物が使用されている。このような合成潤滑剤組成物のための適切なベース流体の例は、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリビニルエーテル及びアルキルベンゼンである。
【0005】
HFC冷媒ガスと、このような合成潤滑剤組成物との混合物は、鉱油をベースとする潤滑剤組成物とCFCとの混合物よりもずっと低い生来的な気泡形成傾向を示す傾向にあることがわかった。例えば、米国エネルギー省により支援された研究を報告し、1998年3月にThe Air-Conditioning and Refrigeration Technology Instituteのために準備されたリファレンス番号DOE/CE/23810−88a、"Foaming Characteristics of Refrigerant/Lubricant Mixtures"チャプター5を参照されたい。結果的に、気泡生成が有利である場合には、潤滑剤組成物中に微細バブルのフロス又はフォームを生成させる必要がある。このような気泡の生成は潤滑剤組成物中に気泡形成剤を添加することにより達成される。
【0006】
既知の気泡形成剤は珪素をベースとしたものであり、例えば、オルガノシロキサン又はシリコーンである。国際公開WO95/12649号明細書は少なくとも1つのコンプレッサーを有し、そしてハロカーボン冷媒ガス、好ましくはHFCを含む冷却装置における使用のための、合成ポリオールエステル潤滑剤及び気泡密度増加剤を含む潤滑剤組成物を開示している。気泡密度増加剤は好ましくはシロキサンであるが、ハロゲン化脂肪族ポリマーエステルであってもよく(例えば、3Mから入手可能なFluorad FC430)、それは気泡密度を増加させかつコンプレッサーからの蒸気生成を抑制することがわかっている。
【0007】
EP0590238A1はHFC冷媒を圧縮するためのコンプレッサーであって、ペンタエリトリトールエステル及びシロキサン気泡形成剤からなる潤滑剤組成物が存在し、オイル気泡層がコンプレッサーの操作の間に形成されて、コンプレッサーの騒音を低減することを特徴とするコンプレッサーを開示している。
【0008】
JP10088173A2は、HFC冷媒、少なくとも2つのエステル結合を有するエステルオイル潤滑剤、加水分解安定剤、酸化防止剤及び0.001〜0.01重量%のシリコーン油を含む、騒音低減のための冷却コンプレッサー用潤滑剤組成物を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、これらのケイ素含有気泡形成剤は潤滑剤組成物のベースオイルと部分的に混和性であるのみであるから、全ての冷却装置にとって適切であるわけではない。これは冷却装置の低温部でケイ素含有添加剤の分離をもたらす。ケイ素含有添加剤の損失は、添加剤欠乏による気泡形成の損失、熱交換表面でのファウリング及びバルブ閉塞をもたらすこともある。さらに、金属表面上に存在するシリコーンはこのような表面での塗装を妨害する。このため、代替する気泡形成剤が探求されている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
したがって、1つの態様において、本発明は、
a)合成潤滑剤ベースオイル、及び、
b)下記式
【化1】

(式中、−O−(RO)n−はポリエーテル主鎖であり、
Rは1〜10個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているR基は同一であっても又は異なっていてもよく、
nは1〜1000であり、そして、
X及びYは末端基である)を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物を提供する。
【0011】
「部分的にハロゲン化された」とは、アルキル基の少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子によって置換されていることを意味する。好ましくは、アルキル基の炭素原子の各々にある少なくとも1つの水素原子はハロゲン原子によって置換されており、より好ましくは、アルキル基の水素原子のすべてがハロゲン原子によって置換されて、Rが完全にハロゲン化されたアルキル基である。好ましくは、ハロゲン原子はフッ素原子である。アルキル基の全ての水素原子をフッ素原子で置換している場合は特に好ましい。
【0012】
アルキル基Rは枝分かれされていても又は直鎖であってもよく、それは飽和であっても又は不飽和であってもよい。Rは好ましくは1〜7個の炭素原子を有し、好ましくは1〜4個の炭素原子を有する。好ましいRの例は、−CF2−、−CF2CF2−、−CF(CF3)−、−CF(CF3)CF2−、−CF2CF2CF2−及び−CF2CF2CF2CF2−を含む。Rはポリエーテルがブロック、ランダムもしくはグラフトコポリマー又はホモポリマーであるように選択できる。
【0013】
nは好ましくは1〜100であり、より好ましくは1〜50である。nはR基について同一であっても又は異なっていてもよい。
【発明を実施するための形態】
【0014】
好ましい態様の例は、
【化2】

(式中、R1及びR2はRについて規定されるとおりであるが、R1はR2とは異なり、n1及びn2は同一であっても又は異なっていてもよい)である。
【0015】
ポリエ−テル主鎖は2つの末端基、X及びYを有する。好ましくは、末端基X及びYの少なくとも1つは少なくとも1つの官能化された基を含む。官能化された基のタイプは、ヒドロキシル、エステル、エトキシル化ヒドロキシル、エトキシル化エステル、有機および無機のアミン、シアノ及びアミドを含む。この又は各々の官能化された基はポリエーテル主鎖に直接的に結合されるように末端基上で位置しても、或いは、ポリエーテル主鎖から離れて末端基の端に位置しても、或いは、末端基の主鎖内に位置してもよい。好ましくは、官能化された基はポリエーテル主鎖から離れて末端基の端に位置する。その又は各々の末端基に存在しうる他の基はアルキル及びハロアルキル、特にフルオロアルキルを含む。好ましくは、末端基は合成潤滑剤ベースオイル中での気泡誘導剤の可溶性を付与するような基である。官能化された基を含む末端基の例は、−CF2COOCH3、−CF2CH2OH、−CF2CH2O(CH2CH2O)nH及び−CF2CH2OCH2CH(OH)CH2OHを含む。
【0016】
気泡誘導剤は好ましくは分子量が100〜10000原子単位であり、より好ましくは200〜5000原子単位である。それは潤滑剤組成物中に0.0001〜1.0重量%の含有量で存在し、好ましくは0.0001〜0.05重量%の含有量で存在する。
【0017】
合成潤滑剤ベースオイルは潤滑剤組成物がHFC冷媒ガスと相溶性であるように選択される。好ましくは、それはアルキルベンゼン、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール及びエステルから選ばれる。好ましくは、合成潤滑剤ベースオイルはエステルであり、より好ましくは、ポリオール、好ましくは脂肪族炭化水素をベースとするポリオールであって、2〜6個のヒドロキシル基を有し、好ましくは3〜12個の炭素原子を有するポリオールの誘導体であるエステルである。適切なポリオールはネオペンチルグリコール、ペンタエリトリトール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン及びジペンタエリトリトールを含む。エステルはこのようなポリオールと、3〜12個の炭素原子を有する1種以上の直鎖もしくは枝分かれの飽和もしくは不飽和モノカルボン酸及び場合により、4〜54個の炭素原子を有する1種以上の直鎖もしくは枝分かれの飽和もしくは不飽和ポリカルボン酸とを反応させることにより誘導される。好ましくは、ポリカルボン酸は、存在するならば、2又は3個のカルボキシル基を有する。上記の酸の全てはエステル化可能な誘導体、例えば、酸無水物で置き換えてもよい。
【0018】
適切な潤滑剤組成物の例は、Imperial Chemical Industries plcの商業部門であるUniqemaから入手可能なEMKARATE RLの範囲の冷媒潤滑剤を含む。これらの潤滑剤組成物のための合成潤滑剤ベースオイルは、5〜10個の炭素原子を有する直鎖及び/又は枝分かれ酸(又はそのエステル化可能な誘導体)と反応したペンタエリトリトールもしくはそのオリゴマー及び/又はネオペンチルグリコールから誘導される。
【0019】
合成潤滑剤組成物ベースオイルは40℃で2〜500cStの粘度を有する。潤滑剤組成物は40℃で2〜500cStの粘度を有する。潤滑剤組成物はオルガノシロキサンもしくはシリコーンなどの他の気泡形成剤をさらに含んでもよい。存在するならば、このような他の気泡形成剤は潤滑剤組成物中0.0001〜1.0重量%の含有量であり、好ましくは、0.0001〜0.1重量%の含有量であり、より好ましくは0.0001〜0.05重量%の含有量である。潤滑剤組成物は、また、他の機能性潤滑剤添加剤をも含んでよい。適切な添加剤は酸化防止剤、耐磨耗剤、極圧剤(extreme pressure agents)、酸掃去剤、安定剤、界面活性剤、粘度指数改良剤、腐蝕抑制剤、金属不活性化剤もしくはパッシベータ、滑性改良剤もしくは油性付与剤(oiliness agents)及び摩擦改良剤を含む。
【0020】
第二の態様において、本発明は、a)合成潤滑剤ベースオイル、及び、
b)下記式
【化3】

(式中、−O−(RO)n−はポリエーテル主鎖であり、
Rは1〜10個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているR基は同一であっても又は異なっていてもよく、
nは1〜1000であり、そして、
X及びYは末端基である)を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物の冷却装置における使用を提供する。
【0021】
冷却装置における冷媒は適切には、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、HFC、又は、少なくとも1種のHFC、HCFC又はその両方を含む冷媒のブレンドを含む。好ましくは、冷媒は塩素原子を全く含まない。適切なHFCガスはR134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン)、R−32(ジフルオロメタン)、R−125(1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン)、R−152a(1,1−ジフルオロエタン)及びR−143a(1,1,1−トリフルオロエタン)を含む。冷媒ブレンド中に他の成分、例えば、好ましくは1〜6個の炭素原子を有する炭化水素、フッ素化炭化水素及び他の冷媒、例えば、二酸化炭素又はアンモニアを含んでよい。
【実施例】
【0022】
本発明は以下の制限しない実施例を参照してさらに説明される。
例1
ICIからのEMKARATE RL 22H及び種々の含有量の気泡誘導剤、AusimontからのFomblin HC-OH(HOCH2CF2O−(CF2CF2O)p−(CF2O)q−CF2CH2OH)を含む潤滑剤組成物200mlの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温(24.5℃)で測定した。潤滑剤組成物の気泡形成傾向を、潤滑油の気泡形成特性の標準試験法である標準試験法ASTM D−892−97を用いて決定した。試験は、潤滑剤組成物200mlをとおして空気をバブリングすることにより生じる気泡の体積から気泡形成傾向を決定する。
結果を表1に示す。
【0023】
例2
例1を繰り返したが、潤滑剤組成物をとおして空気の代わりにR134aをバブリングした。
【0024】
例3
例1を繰り返したが、Fomblin CH-OHをAusimontからのFluorolink E10(H(OCH2CH2nOCH2CF2O−(CF2CF2O)p−(CF2O)q−CF2CH2O(CH2CH2O)nH)で置き換えた。結果を表3に示す。
【0025】
【表1】

【0026】
【表2】

【0027】
【表3】

【0028】
例4
ICIからの種々のEMKARATE RL グレード及び気泡誘導剤、Fomblin HC-OHを含む潤滑剤組成物200mlの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温(24.5℃)で、空気及びR134aの両方をバブリングすることにより測定した。結果を表4に示す。
【0029】
【表4】

【0030】
例5
ICIからのEMKARATE RL 22H及び種々の気泡誘導剤を含む潤滑剤組成物200mlの気泡形成傾向及び気泡安定性を室温(24.5℃)で測定した。結果を表5に示す。
【0031】
【表5】

FS1265はDowからのトリフルオロメチルシロキサンである。
Fomblin Y LvacはAusimontからの分子量が約2400であるペルフルオロアルキルエーテルである。
PDMS 1は粘度が50cStのAkrochemからのSilicone Fluid SWS-101 50である。
PDMS 2は粘度が350cStのAkrochemからのSilicone Fluid SWS-101 350である。
Fluorad FC430は3Mからのフッ素化界面活性剤である。
【0032】
結果は本発明の潤滑剤組成物の優れた気泡形成傾向及び安定性を示す。
【0033】
例6
250ppmのFomblin HC-OH及び120ppmのAkrochemからの50cStSilicone Fluid SWS-101 50の添加を用いて例1を繰り返した。結果を表6に示す。
【0034】
【表6】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
a)合成潤滑剤ベースオイル、及び、
b)下記式
【化1】

(該式中、−O−(RO)n−はポリエーテル主鎖であり、
Rは1〜10個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているR基は同一であっても又は異なっていてもよく、
nは1〜1000であり、そして、
X及びYは末端基である。)を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物。
【請求項2】
前記Rが、1〜7個の炭素原子を有する完全にハロゲン化されたアルキル基である、請求項1に記載の潤滑剤組成物。
【請求項3】
前記ハロゲンがフッ素である、請求項1又は2に記載の潤滑剤組成物。
【請求項4】
前記nが1〜100である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
【請求項5】
前記末端基X及びYの少なくとも1つが、少なくとも1つの官能化された基を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
【請求項6】
前記少なくとも1つの官能化された基が、前記ポリエーテル主鎖から離れた末端基の端にある、請求項5に記載の潤滑剤組成物。
【請求項7】
前記少なくとも1つの官能化された基がハロアルキル基を含む、請求項5又は6に記載の潤滑剤組成物。
【請求項8】
前記気泡誘導剤が潤滑剤組成物の重量の0.0001〜0.1%の含有量で存在する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
【請求項9】
前記合成潤滑剤ベースオイルが、アルキルベンゼン、ポリビニルエーテル、ポリアルキレングリコール及びエステルから選ばれる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の潤滑剤組成物。
【請求項10】
前記合成潤滑剤ベースオイルが、ポリオールの誘導体であるエステルである、請求項9に記載の潤滑剤組成物。
【請求項11】
a)合成潤滑剤ベースオイル、及び、
b)下記式
【化2】

(該式中、−O−(RO)n−はポリエーテル主鎖であり、
Rは1〜10個の炭素原子を有する部分的に又は完全にハロゲン化されたアルキル基であり、隣接しているR基は同一であっても又は異なっていてもよく、
nは1〜1000であり、そして、
X及びYは末端基である。)を有するポリエーテルを含む、気泡誘導剤、
を含む潤滑剤組成物の冷却装置における使用。

【公開番号】特開2012−132014(P2012−132014A)
【公開日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−22967(P2012−22967)
【出願日】平成24年2月6日(2012.2.6)
【分割の表示】特願2001−557984(P2001−557984)の分割
【原出願日】平成13年1月24日(2001.1.24)
【出願人】(591131338)ザ ルブリゾル コーポレイション (203)
【氏名又は名称原語表記】THE LUBRIZOL CORPORATION
【住所又は居所原語表記】29400 Lakeland Boulevard, Wickliffe, Ohio 44092, United States of America
【Fターム(参考)】