(57)【要約】【課題】優れた不凍性及び絶縁性を有すると共に冷却性能が向上された冷却液組成物を提供する。【解決手段】下記成分：（Ａ）多価アルコール；（Ｂ）水；（Ｃ）シクロヘキサノール；及び（Ｄ）下記式（１）：    Ｒ１Ｏ−（Ｒ２Ｏ）ｎ−Ｈ        （１）［式中、Ｒ１は、ラウリル基であり、Ｒ２は、エチレン基、プロピレン基又はトリメチレン基であり、ｎは、Ｒ２Ｏの平均付加モル数を示し、０．５以上かつ２０以下の数である］で表され、ＨＬＢ値が１１．０以上である非イオン性界面活性剤を含有する冷却液組成物。【選択図】図１
2020026471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記成分：
（Ａ）多価アルコール；
（Ｂ）水；
（Ｃ）シクロヘキサノール；及び
（Ｄ）下記式（１）：
Ｒ１Ｏ−（Ｒ２Ｏ）ｎ−Ｈ        （１）
［式中、Ｒ１は、ラウリル基であり、
Ｒ２は、エチレン基、プロピレン基又はトリメチレン基であり、
ｎは、Ｒ２Ｏの平均付加モル数を示し、０．５以上かつ２０以下の数である］
で表され、ＨＬＢ値が１１．０以上である非イオン性界面活性剤
を含有する冷却液組成物。
【請求項２】
高温域において透明状態である、請求項１に記載の冷却液組成物。
【請求項３】
多価アルコール（Ａ）が、エチレングリコール及びプロピレングリコールから選択される少なくとも１種である、請求項１又は２に記載の冷却液組成物。
【請求項４】
電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却液組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却液組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車エンジン等を冷却するための冷却液としては様々なものが知られており、その中でも水は冷却性能が最も高いために多用されてきた。しかしながら、純水は摂氏０℃以下となると凍結してしまう。よって、自動車のように極低温環境下にさらされる場合にはエチレングリコール（ＥＧ）やプロピレングリコール（ＰＧ）等のグリコール類の水溶液を基剤とするのが主流である。しかしながら、グリコール類は水より熱伝達率が低いため、これらを配合した冷却液は熱伝達率が低下し、高負荷運転時に発生する熱を放熱しきれず、冷却液の沸騰、部材の損傷、バッテリーでは熱暴走等をもたらすおそれがある。よって、不凍性の確保と冷却性能の向上を両立させることが可能な冷却液が求められていた（例えば特許文献１）。
【０００３】
また水及び１種以上の有機溶媒を含む冷却液に関する技術として特許文献２及び３が挙げられる。特許文献２は、冷却液の循環経路に水分を吸着する吸着材を配置することを特徴とする冷却液の循環方法が記載されている。特許文献３には、冷却液が４０℃以下の低温状態においては水成分に富む水相と有機成分に富む有機相に分離し、４５℃から該冷却液の沸騰温度までの高温状態においては有機成分に富む有機相が増加した水分率を有することが記載されている。特許文献２及び３によれば、低温域では冷却液の見掛け比熱が小さいために速やかに所定の温度まで到達し、また、高温域において見掛け比熱が大きいために液循環量を少なくすることができるとされている。しかしながら、高温時、均一層ではなく水相と有機相の二相に分離している場合、上記のような効果を得るためには有機相を循環できる位置に循環ポンプがなくてはならず、装置上の制約が発生する。また、上記のような冷却液において低温時の不凍性を確保するために水相に完全相互溶解可能なアルコール類を用いた場合、全体として熱伝達率が低下し、冷却性能は低下する。
【０００４】
また、冷却液の凍結温度を低下させる他の方法としては、無機塩等の電離（イオン化）する添加剤を添加してモル凝固点降下を利用することが挙げられるが、この場合冷却液の電気伝導率が上昇するため、絶縁性を必要とし、電気伝導率を低く抑え、高抵抗である必要がある燃料電池スタックやバッテリー、電気回路基板等の冷却液には用いることができない。これらの用途に用いた場合、液を介して通電し、漏電・電極間の短絡等が生じる懸念がある。
【０００５】
よって、広い用途に用いるために、優れた不凍性及び絶縁性を有すると共に冷却性能が向上された冷却液が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２５３１９０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４２１４９号公報
【特許文献３】特開２０１３−５７０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、優れた不凍性及び絶縁性を有すると共に冷却性能が向上された冷却液組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、水及び多価アルコールを含む冷却液に、第３成分として飽和環状アルコールであるシクロヘキサノール含有させ、さらに特定の非イオン性界面活性剤を添加することにより、上記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
（１）下記成分：
（Ａ）多価アルコール；
（Ｂ）水；
（Ｃ）シクロヘキサノール；及び
（Ｄ）下記式（１）：
Ｒ１Ｏ−（Ｒ２Ｏ）ｎ−Ｈ        （１）
［式中、Ｒ１は、ラウリル基であり、
Ｒ２は、エチレン基、プロピレン基又はトリメチレン基であり、
ｎは、Ｒ２Ｏの平均付加モル数を示し、０．５以上かつ２０以下の数である］
で表され、ＨＬＢ値が１１．０以上である非イオン性界面活性剤
を含有する冷却液組成物。
（２）高温域において透明状態である、（１）に記載の冷却液組成物。
（３）多価アルコール（Ａ）が、エチレングリコール及びプロピレングリコールから選択される少なくとも１種である、（１）又は（２）に記載の冷却液組成物。
（４）電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以下である、（１）〜（３）のいずれかに記載の冷却液組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷却液組成物によれば、従来の水及び多価アルコールを含む冷却液に対し、不凍性及び絶縁性を確保しつつ、冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の冷却液組成物の一実施形態において、「エチレングリコール＋シクロヘキサノール＋非イオン性界面活性剤」の凝集体（分散相）が界面活性剤によりミセル化し、水相である連続相に可溶化されている状態を示す模式図であり、図１（ｂ）は、そのようなミセル化が生じていない状態を示す模式図である。
【図２】図２は、実施例において使用した凝固点測定装置の概略図である。
【図３】図３は、実施例において使用した熱伝達率測定装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書において、「低温域」とは４０℃以下、好ましくは３０℃以下の温度を示し、「低温状態」とは冷却液の温度が低温域にあることを示す。また、「高温域」とは６０℃、好ましくは７０℃、特に好ましくは８０℃から冷却液の沸騰温度までの温度を示し、「高温状態」とは冷却液の温度が高温域にあることを示す。
【００１３】
本発明は、下記成分：（Ａ）多価アルコール；（Ｂ）水；（Ｃ）シクロヘキサノール；及び（Ｄ）下記式（１）：
Ｒ１Ｏ−（Ｒ２Ｏ）ｎ−Ｈ        （１）
［式中、Ｒ１は、ラウリル基であり、Ｒ２は、エチレン基、プロピレン基又はトリメチレン基であり、ｎは、Ｒ２Ｏの平均付加モル数を示し、０．５以上かつ２０以下の数である］で表され、ＨＬＢ値が１１．０以上である非イオン性界面活性剤を含有する冷却液組成物に関する（以下、本発明の冷却液組成物ともいう）。本発明者らは、水及び多価アルコールを含む冷却液に、第３成分として飽和環状アルコールであるシクロヘキサノール含有させ、さらに特定の非イオン性界面活性剤を添加することにより、絶縁性、不凍性を損なうことなく、熱伝達を行う高温域において同じ水含有率の水／多価アルコール系の冷却液と比較して熱伝達率を向上させることができ、よって冷却性能を高めることができることを見出した。また、第３成分を分散させるために加える界面活性剤は非イオン性であるため、冷却液の電気伝導率が上昇することがなく、よって冷却液の電気伝導率を低く抑えて高抵抗とすることができる。
【００１４】
理論に拘束されるものではないが、高温状態の多価アルコール水溶液中で、界面活性剤のミセル化により「多価アルコール＋第３成分＋非イオン性界面活性剤」の濃度が高い分散相が形成されるため、連続相である水相の水の比率が増加し、熱伝達率が向上すると考えられる。ここで、水と油のように互いに溶け合わない液体の一方が他の一方に微細な液滴として分散している場合において、微細な液滴を「分散相」といい、液滴が分散している外側の部分を「連続相」という。熱は熱伝達率の高い連続相を優先して伝熱し、分散相の熱伝達率は全体の熱伝達率に対して影響が小さく、連続相の熱伝達率が支配的となるため、水の比率が見掛け上増加することとなる。上記のように界面活性剤により透明な可溶化ミセル状態である場合と比較して、白濁している状態である場合、ミセル化が生じておらず、分散相中の「多価アルコール＋第３成分＋非イオン性界面活性剤」の濃度が小さく、連続相中の水の見掛け比率が増加しないために熱伝達率を高めることができないものと考えられる。
【００１５】
本発明の冷却液組成物は、成分（Ａ）として多価アルコールを含む。多価アルコールとしては、例えば、二価アルコール及び三価アルコールからなる群から選ばれる少なくとも１種のアルコール類を挙げることができる。二価アルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコールの中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。三価アルコールとしては、例えばグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、５−メチル−１，２，４−ヘプタントリオール、１，２，６−ヘキサントリオールの中から選ばれる１種又は２種以上の混合物からなるものを挙げることができる。これらの中でも、取扱い性、価格及び入手容易性の観点から、エチレングリコール及びプロピレングリコール及び１，３−プロパンジオールが好ましい。本発明の冷却液組成物１００質量部中、多価アルコール（Ａ）の含有量は、不凍性を確保する観点から、好ましくは１０〜６０質量部、より好ましくは２０〜５０質量部である。
【００１６】
本発明の冷却液組成物は、成分（Ｂ）として水を含む。水としてはイオン交換水が好ましい。本発明の冷却液組成物中、多価アルコール（Ａ）と水（Ｂ）の配合割合については不凍性を考慮して調整することが好ましい。本発明の冷却液組成物１００質量部中、水（Ｂ）の含有量は、冷却性能を確保する観点から、好ましくは３０〜７０質量部、より好ましくは４０〜６０質量部である。
【００１７】
本発明の冷却液組成物は、成分（Ｃ）としてシクロヘキサノールを含む。本発明の冷却液組成物１００質量部中、シクロヘキサノール（Ｃ）の含有量は、熱伝達率を向上させる観点から、好ましくは１．０〜２０質量部、より好ましくは３．０〜１０質量部である。
【００１８】
本発明の冷却液組成物は、成分（Ｄ）として下記式（１）：
Ｒ１Ｏ−（Ｒ２Ｏ）ｎ−Ｈ        （１）
［式中、Ｒ１は、ラウリル基であり、Ｒ２は、エチレン基、プロピレン基又はトリメチレン基であり、ｎは、Ｒ２Ｏの平均付加モル数を示し、０．５以上かつ２０以下の数である］で表され、ＨＬＢ値が１１．０以上である非イオン性界面活性剤を含む。非イオン性界面活性剤（Ｄ）のＨＬＢ値は、透明な可溶化ミセル状態として熱伝達率を向上させる観点から、好ましくは１２．０以上２０．０以下である。上記式（１）におけるＲ２は、エチレン基であることが好ましい。上記式（１）におけるｎは、１以上かつ１５以下の数であることが好ましい。本発明の冷却液組成物１００質量部中、非イオン性界面活性剤（Ｄ）の含有量は、透明な可溶化ミセル状態として熱伝達率を向上させる観点から、好ましくは０．１〜１０質量部、より好ましくは０．３〜５．０質量部である。同様の観点から、成分（Ｄ）の含有量は成分（Ｃ）に対して５〜２０質量％であることが好ましい。
【００１９】
本発明の冷却組成物には、その用途に応じて、上記成分（Ａ）〜（Ｄ）以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の添加剤を配合することができる。
【００２０】
例えばエンジン冷却液に使用する場合、本発明の冷却組成物には、エンジン冷却液経路に使用されている金属の腐食を効果的に抑制するため、少なくとも１種以上の防錆剤を本発明の効果を損なわない範囲で含ませることができる。防錆剤としては、リン酸及び／又はその塩、脂肪族カルボン酸及び／又はその塩、芳香族カルボン酸及び／又はその塩、トリアゾール類、チアゾール類、ケイ酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩、ホウ酸塩、モリブテン酸塩、及びアミン塩のいずれか１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。
【００２１】
例えば、本発明の冷却組成物には、金属の腐食防止のため、少なくとも１種以上のｐＨ調整剤を本発明の効果を損なわない範囲で含ませることができる。ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウムのいずれか１種又は２種以上の混合物を挙げることができる。本発明の冷却液組成物の２５℃におけるｐＨは、好ましくは６以上、より好ましくは７以上であり、そして、好ましくは１０以下、より好ましくは９以下である。
【００２２】
また、本発明の冷却組成物には、例えば、消泡剤、着色剤、染料、分散剤又は苦味剤等を本発明の効果を損なわない範囲で適宜添加することができる。
【００２３】
上記その他の添加剤の合計配合量は、組成物１００質量部に対して、通常１０質量部以下、好ましくは５質量部以下である。
【００２４】
本発明の冷却組成物は、不凍性を確保する観点から、凝固点が、同一の含有量で水を含む多価アルコール水溶液（例えばエチレングリコール水溶液）の凝固点以下であることができ、例えば、−１５℃〜−４５℃であることが好ましい。凝固点は下記「１−１．凝固点の測定」に記載の方法にて測定することができる。
【００２５】
本発明の冷却組成物は、絶縁性を確保する観点から、電気伝導率が、好ましくは１０μＳ／ｃｍ以下、より好ましくは５μＳ／ｃｍ以下である。電気伝導率は下記「１−２．電気伝導率の測定」に記載の方法にて測定することができる。
【００２６】
本発明の冷却組成物は、冷却性能を確保する観点から、熱伝達率が、同一の含有量で水を含む多価アルコール水溶液（例えばエチレングリコール水溶液）の熱伝達率より高いことができ、例えば、５８０Ｗ／ｍ２・℃以上であることが好ましく、５８０〜７００Ｗ／ｍ２・℃であることがより好ましい。熱伝達率は下記「１−３．熱伝達率の測定」に記載の方法にて測定することができる。
【００２７】
本発明の冷却組成物は、冷却性能を確保する観点から、その外観が高温域において透明状態であることが好ましい。例えば下記「１−４．透明性の評価」に記載の方法のように目視により評価することができる。本発明の冷却組成物が透明状態であることは、「エチレングリコール等の多価アルコール＋シクロヘキサノール＋非イオン性界面活性剤」の凝集体（分散相）が界面活性剤によりミセル化し、分散相に可溶化されていることを示唆する（図１（ａ）参照）。冷却液が白濁している場合にはこのようなミセル化が生じていないことが示唆される（図１（ｂ）参照）。また、例えばＪＩＳ Ｋ０１０１「工業用水試験方法」に定める濁度を測定することにより評価することもできる。
【００２８】
本発明の冷却液組成物の製造方法は、特に制限されるものではなく、通常の冷却液組成物の製造方法を用いることができる。例えば、適当な温度で均一に撹拌することで製造できる。
【００２９】
本発明の冷却液組成物は冷却するために使用されるのであればその用途は問わず、エンジン、インバータ装置、燃料電池、バッテリー、電子基板等にも適用することができる。
【００３０】
以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
＜１．評価試験＞
冷却液組成物の評価試験は以下のように行った。
【００３２】
＜１−１．凝固点の測定＞
図２に示す凝固点測定装置を用いた。
試料２０ｇが入ったガラス容器をドライアイスで−４０℃に保ったエタノールバスに入れ、試料の中央付近に差し込んだ熱電対で温度を測定し、データロガーを用いて記録して得た冷却曲線から凝固点を求めた。凝固点は過冷却解除後の冷却極線極大値とした。
【００３３】
＜１−２．電気伝導率の測定＞
以下の手順で測定した。
（１）両イオン交換樹脂アンバーライトＭＢ−１（オルガノ株式会社製）を試料に対して、５質量％を添加し、スターラーで１時間程度撹拌した。
（２）１２時間静置した後テフロンメッシュでろ過して樹脂を除去した。
（３）導電率計（ＥＵＴＥＣＨ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ製のＣＯＮ２７００）とセンサー（ＣＯＮＳＥＮ９２０１Ｄ）を用いて、２５℃における電気伝導率を測定した。
【００３４】
＜１−３．熱伝達率の測定＞
図３に示す熱伝達率測定装置を用いた。
熱伝達測定管（伝熱管１０、伝熱外管１１、電熱ヒーター１２）の断熱部を真空ポンプ１４で真空状態にして断熱した。測定冷却液槽４に試料及び撹拌子２を入れ、これを温水槽３に入れた。冷却液流量計７が０．２０Ｌ／分となるように冷却液移送ポンプ６の回転数を調整し、送液した。試料入口温度ｔ１が７０℃となるように撹拌加熱装置１及び電熱ヒーター１２（出力：５３〜５４Ｗ）を調整した。データロガーで試料入口温度ｔ１及び出口温度ｔ２、伝熱管１０の外部入口表面温度Ｔ１（入口ヒーター温度）及び外部出口表面温度Ｔ２（出口ヒーター温度）を記録し、温度条件が安定する９０分〜１５０分の６０分間の平均値から、以下のように熱伝達率Ｕを算出した。
試料入口温度ｔ１及び出口温度ｔ２、伝熱管１０の外部入口表面温度Ｔ１（入口ヒーター温度）及び外部出口表面温度Ｔ２（出口ヒーター温度）とすると、対数平均温度差［℃］は以下の式（Ａ）となる。
Δｌｍ＝｛（Ｔ１−ｔ１）−（Ｔ２−ｔ２）｝／ｌｎ｛（Ｔ１−ｔ１）／（Ｔ２−ｔ２）｝・・・式（Ａ）
伝熱管１０内の伝熱面積Ａ［ｍ２］、電熱ヒーター１２の熱量（電熱ヒーター電源１３の消費電力）Ｑ［Ｗ］とすると、試料の熱伝達率Ｕ［Ｗ／ｍ２・℃］は以下の式（Ｂ）となる。尚、電熱ヒーター１２の外管は真空脱気することにより断熱しているため、放熱量は無視できる。
Ｕ＝Ｑ／（Ａ×Δｌｍ）・・・式（Ｂ）
【００３５】
＜１−４．透明性の評価＞
上記「１−３．熱伝達率の測定」において、試料入口温度ｔ１が７０℃の時の測定冷却液槽４中の試料の外観を目視で確認した。
【００３６】
＜２．冷却液組成物の調製＞
［実施例１及び比較例１−１１］
下記表１に示す処方の材料を添加し、撹拌・混合して冷却液組成物を作製した。表１に実施例１及び比較例１−１１の冷却液組成物について行った上記評価試験の結果を示す。
【００３７】
【表１】
2020026471.tif 000003
【００３８】
用いた界面活性剤は以下の通りである。
【表２】
2020026471.tif 000004
【００３９】
表１及び２より、第３成分としてのシクロヘキサノール及び特定の非イオン性界面活性剤を含む実施例１の冷却液組成物は、これらを含まない比較例１の冷却液組成物と比較して熱伝達率に優れ、よって冷却性能が向上されていることがわかる。また、非イオン性界面活性剤として特定のＨＬＢ値を有するポリオキシエチレンラウリルエーテルを含む実施例１の冷却液組成物は、比較例２−１１の冷却液組成物と比較して熱伝達率に優れ、よって冷却性能が向上されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の冷却液組成物は、エンジン、インバータ装置、燃料電池、バッテリー及び電子基板等の冷却に好適に使用される。
【符号の説明】
【００４１】
１・・撹拌加熱装置
２・・撹拌子
３・・温水槽
４・・測定冷却液槽
５・・温水槽温度計
６・・冷却液移送ポンプ
７・・冷却液流量計
８・・冷却液供給ライン
９・・冷却液戻りライン
１０・・伝熱管
１１・・伝熱外管
１２・・電熱ヒーター
１３・・電熱ヒーター電源
１４・・真空ポンプ
１５・・伝熱外管真空ライン
１６・・排気ライン
１７・・試料入口温度測定用熱電対
１８・・試料出口温度測定用熱電対
１９・・伝熱管外部入口表面温度測定用熱電対
２０・・伝熱管外部出口表面温度測定用熱電対
【図１】
2020026471.tif 000005
【図２】
2020026471.tif 000006
【図３】
2020026471.tif 000007