JPS6043396B2 - 水をベ−スとするエネルギ−伝達流体組成物 - Google Patents

水をベ−スとするエネルギ−伝達流体組成物

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JPS6043396B2
JPS6043396B2 JP56210129A JP21012981A JPS6043396B2 JP S6043396 B2 JPS6043396 B2 JP S6043396B2 JP 56210129 A JP56210129 A JP 56210129A JP 21012981 A JP21012981 A JP 21012981A JP S6043396 B2 JPS6043396 B2 JP S6043396B2
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aromatic carboxylic
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ウオルタ−・エンサイン・フランシス・レウイス
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Union Carbide Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特に機械系統においてエネルギーを伝達するの
に有用な流体組成物に関し、更に詳しく !は脱大され
た滑性及び摩耗防止性を有し、水力学的エネルギーを伝
達するのに有用な、水をベースとする組成物に関する。
水をベースとする作動流体は周知であり、多年にわたつ
て、特に耐火性が所望される用途においlて工業的に使
用されて来た。例えばジスマン(Zlsman)らに対
する米国特許第2602780号明細書及びランゲル(
Lan?r)らに対する米国特許第2768141号明
細書に開示されているような、通常に使用されている部
類の上記の水をベースとす−る流体の一つは、低温に対
する保護のための水溶性のグリコールまたはグリコール
エーテルと、粘度調節のための、水溶性ポリ(アルキレ
ンオキシド)重合体のような高分子量の高分子増粘剤を
含有する。このような組成物はまた、水力学的装置,及
び潤滑剤に必要な潤滑、防食及びその他の性能特性を増
大させるために添加するJ一括(Packa?)ョされ
た種々の添加剤をも含有する。
水をベースとする作動流体は、通常には高度の不燃性、
良好な温度安定性及び比較的に低い原価を有するけれど
、概して石油をベースとする流体よりも劣る耐摩耗特性
を有する。エネルギー伝達系統に使用される流体は、■
業的な水力学的系統において使用される自動給油式のポ
ンプ及びバルブなどにそれら流体が使用され得るように
十分な滑性と機械的安定性とを有しなければならない。
摩擦面間の隙間が非常に小さく、しかも圧力が非常に高
いことのある水力学的系統の可動要素の摩耗を減少させ
るに当つて、良好な潤滑性、とりわけて良好な滑性及び
油膜強さが特に重要である。従来、これらの流体の潤滑
性及び/または乏しい摩耗防止性を改良するために、例
えば一般的に粘度調節剤として添加されるポリ(アルキ
レンオキシド)重合体を改質すること;慣用の油向上剤
(0i11mpr0ver)、極圧剤(E.P.a?N
t)、腐食抑制剤及び金属イオン封鎖剤のような添加剤
を組み入れること;及びゲンジダ(Genjida)ら
に対する米国特許第3992312号明細書に開示され
ている。ポリアミドのオキシアルキレン付加物のような
特定の水溶性添加剤を組み入れること、を含めて種々の
試みがなされて来た。しかしながら、これらの方法のう
ちで、完全に効果的であること、特に高圧力条件下にお
いて摩耗防止性が所望さる場合に完全に効果的であるこ
とが認められたものは一つもなく、したがつてこれらの
要求を満たす、水をベースとする流体の開発が非常に強
く望まれるのである。更に、工業的に応用するに当つて
、上記のような公知流体が一般的に制限される値である
50%よりも多量の水分を含有する、エネルギー伝達流
体を提供することもまた望ましい。本発明により、水を
ベースとするエネルギーを伝達し、かつ潤滑を行い、し
刃・も増大された摩耗防止性を有する流体が提供される
。該流体は40℃において粘度少くとも約10センチス
トークスを有し、しかも水約8唾量%までを含有する水
性組成物を包含し、しかも酸性滑性剤少くとも0.1重
量%及び前記水性組成物の摩耗防止特性を増大させるの
に効果的である量の摩耗防止添加剤を該組成物に組み入
れており、前記摩耗防止添加剤はヒドロキシル置換した
芳香族酸成分とニトロ芳香族化合物成分との組合せより
成る。また本発明の組成物は凝固点降下剤として使用さ
れる炭素原子2ないし約14個を有する水溶性のグリコ
ールまたはグリコールエーテル0ないし約(4)重量%
及び水溶性高分子粘度調節剤約5ないし約5鍾量%をも
含有することができる。また本発明は、酸性滑性剤を含
有し、水をベースとするエネルギー伝達流体の摩耗防止
性を増大ノさせる方法をも提供する。
該方法は、ヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸成分
とニトロ置換した単核芳香族化合物成分との組合せより
成る摩耗防止添加剤を、前記流体組成物の摩耗防止特性
を増大させるのに有効な量において、前記水をベー7ス
とするエネルギー伝達流体中に組み入れることを包含す
る。本発明者は、本明細書に開示される摩耗防止添加剤
成分の特定の組合せが、慣用の酸性滑性剤をも包含する
、水をベースとするエネルギー伝達組成物の摩耗防止性
及び滑性を増大するのに有効であり、しかも該組合せに
よつて従来エネルギー伝達流体として採用されていた水
をベースとする組成物において使用することのできる水
量よりも有意に大きな水量である8鍾量%もの大量の水
を有する上記のような組成物の製造が可能となるこを発
見した。
本発明によれば、該水をベースとするエネルギー伝達流
体は、水8踵量%までと、慣用の酸性滑性剤とを含有し
、それにヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸成分及
びニトロ置換した単核芳香族化合物成分との組合せであ
る摩耗防止兼滑性添加剤を添加した、40′Cにおいて
粘度少くとも10センチストークスを有する水性組成物
である。
本発明の組成物に使用するのに好適な酸性滑性剤は、水
をベースとする作動流体及び類似の流体において滑性向
上剤として慣用されている周知の物質である。このよう
な好適な酸性物質としては例えば、力フロン酸、力フリ
ル酸、ペラルゴン酸、力プリン酸、ラウリン酸、ミリス
チン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リ
ノール酸、ウンデカン酸、シユウ酸、マロン酸、コハク
酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、
グルタコン酸、ブテントリカルボン酸のような飽和及び
不飽和の、脂肪族のカルボン酸及び炭素原子少くとも6
個を有するポリカルボン酸;安息香酸、ジメチル安息香
酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸及びトリメ
リット酸のような芳香族カルボン酸;前記脂肪族カルボ
ン酸及び芳香族化カルボン酸のアルカリ金属塩ならび−
にモルホリンのような有機アミン塩;高分子化された脂
肪酸(ダイマー酸):リンゴ酸及び酒石鹸のようなオキ
シカルボン酸;ならびにアセトンジカルボン酸のような
レクト(1ect0)−ジカルボン酸を包含する。原則
として該酸性滑性剤は、該水をベースとする組成物の約
0.1重量%と10重量%との間の量において存在させ
ることができ、慣性的には約0.5重量%と2重量%と
の間の量で使用することができるけれど、特別の用途に
対して所望される場合ζには、より多量の前記酸性滑性
剤を使用することができる。
本発明の組成物の必須成分はヒドロキシル置換した芳香
族カルボン酸成分とニトロ置換した単核芳香族化合物成
分との組合せである摩耗防止添加4剤である。
本発明の組成物における摩耗防止添加剤成分として使用
するのに好適であるニトロ置換した単核芳香族化合物は
少くとも1個の置換ニトロ基を有する単核芳香族化合物
である。
上記のような好適なニトロ芳香族化合物はニトロ置換し
た芳香族酸及び、その場において酸アニオンの生成を行
うニトロ芳香族の塩及びエステルなどのような化合物で
ある。好適なニトロ置換した単核芳香族化合物の代表例
としては3−ニトロ安息香酸、4−ニトロフタル酸、4
−ニトロイソフタル酸、3,5ージニトロ安息香酸、p
−ニトロケイ皮酸など、及びそれらのアルカリ金属塩、
アミン塩またはアン”モニウム塩がある。前記ニトロ置
換した単核芳香族化合物と組み合せて使用するのに好適
なヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸は、例えばサ
リチル酸、ジヒドロキシル置換した安息香酸のような単
核ヒドロキシル置換芳香族酸及び一般式または (式中、xは硫黄原子であるか、または低級アルキレン
基、スルホニル基及びアミノ基から選択される化学的に
安定な基であり、Y及びY″は同一でも異つていてもよ
く、かつ水素原子、水酸基、アミノ基、アルキル基また
はスルホニル基である)を有するヒドロキシル置換した
芳香族カルボン酸の橋かけ二量体である。
典型的、かつ好適な橋かけダイマー酸は、5,5′ーメ
チレンジサリチル酸、パモン酸(PamOicacid
)及びチオジサリチル酸のようなメチレン架橋または硫
黄架橋され、ヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸で
ある。
この化合物はアルカリ金属、アミンまたはアンモニウム
の各塩のような塩として該組成物中に存在させることが
できる。本発明の組成物においては、増大された摩耗防
止性止性及び滑性を示す、水をベースとした組成物を製
造するためにニトロ置換した単核芳香族化合物とヒドロ
キシル置換した芳香族カルボン酸との両方が存在するこ
とが必須要件である。
一般則として、上述の摩耗防止添加剤成分の組合せは、
操作条件と個々の用途に対して要求される有用性.とに
関連して、該組成物に対して所望の摩耗防止性及び滑性
の程度を与えるのに十分な合計量において存在させるべ
きである。この存在させるべき摩耗防止添加剤成分の組
合せの量を、本明細書において1有効量ョと称し、個々
の用途に対して要一求される摩耗防止性及び滑性を達成
するのに必要な最小量てあるとして定義する。それぞれ
の摩耗防止添加剤成分の量及びそれらの組合せの1有効
量ョは、或る程度その用途によつて変動するけれど、そ
れぞれの添加剤成分の存在量は、水性組成物1リットル
当り少くとも約0.0025y−モル(一般的に約0.
00鍾量%)、好ましくは約0.01ないし約0.50
y−モルまたは更にそれ以上の量(一般的に約0.01
重量%から約1睡量%までの間)であるべきである。存
在させるべき該各添加剤成分及びそれらの組合せの比較
的割合及び最大量は臨界的ではなく、一般的に経済的な
要因により、実際的に必要とされる量の大過剰量の使用
が決定される。本発明の水をベースとする組成物は40
℃において少くとも10センチストークスの粘度を有す
べきであり、かつ約8唾量%までの水を含有することが
できる。
一般的に、本発明の水性組成物の粘度は、該組成物の適
用が意図されているエネルギー伝達の用途及び該組成物
が使用される温度範囲によつて変動させることができる
。例えば、作動流体のようなエネルギー伝達流体は40
゜Cにおいて約25ないし150センチストークスの範
囲、好ましくは約30ないし85センチストークスの範
囲における粘度を有することができ、潤滑流体は同様な
粘度の必要条件によつて使用することができる。耐火特
性を与えるためには最大量の水を含有するエネルギー伝
達流体を提供できることが望ましいけれど、該流体が現
存の装置において動作可能であり、しかも適度な境界潤
滑と機械要素に対する潤滑とを与えることのできる粘度
範囲を有することもまた重要である。したがつて本発明
の組成物の含水量は約2鍾量%から約8鍾量%まで、好
ましくは約3鍾量%から約7鍾量%までの範囲にわたつ
て変動することができる。個々の用途に対して所望され
ることのある粘度範囲であつて、しかもその場合に上記
組成物の含水量が広範囲にわたつて変動することのでき
る前記粘度範囲を達成するために、一般的に水溶性高分
子の粘度調節剤及び/または増粘剤を、該組成物の約5
ないし5鍾量%、好ましくは約10ないし2踵量%の範
囲にわたる量において使用する。
本発明の組成物において粘度調節剤として使用するのに
好適な水溶性重合体はポリ(アルキレンオキシド)重合
体である。このような重合体は、高分子量を有するにも
拘らず水溶性である公知の化合物である。一般的に、こ
れら重合体はオキシエチレン基か、またはオキシエチレ
ン基とオキシプロピレン基及びオキシブチレン基のよう
な、より高級なオキシアルキレン基との両方かを、それ
ら重合体の分子中においてランダム分布またはブロック
分布のいずれかにおいて有し、しかも平均分子量400
ないし約40000または更にそれ以上を有するであろ
う。該分子中におけるオキシエチレン基の量は、該ポリ
(アルキレンオキシド)重合体が常温において水に可溶
であるような量であり、オキシプロピレン基またはより
高級なオキシアルキレン基の量は、平均分子量4000
0またはそれ以上までにおいてポリ(アルキレンオキシ
ド)が常温において液状のままでいるか、または約60
℃以下の温度において融解することのあるような量であ
る。オキシプロピレン/オキシエチレンの比はゼロから
約1までにわたつて変動することができノる。これらの
ポリ(アルキレンオキシド)重合体はエチレンオキシド
か、またはエチレンオキシドとプロピレンオキシドもし
くはより高級なアルキレンオキシドとの混合物かと、活
性水素原子少くとも1個から該活性水素原子6個までの
ような多7数を有する化合物とを反応させることによる
、当業界に周知の方法により製造することができる。前
記化合物としては例えば、水;エタノール及びプロパノ
ールのような1価アルコール;エチレングリコールのよ
うな2価アルコール;グリセリンク及びトリメチロール
プロパンのような3価アルコール;ペンタエリスリトー
ルのような4価アルコール;ソルビトールのような6価
アルコール;ならびにブチルアミン及びエチレンジアミ
ンのような単官能性または多官能性のアミンを包含する
。上記反応のポリ(アルキレンオキシド)生成物は線状
または枝分れのオキシエチレン鎖またはオキシエチレン
ーより高級なオキシアルキレン鎖を有し、しかも上記鎖
は水酸基を末端としているであろう。これら水酸基の若
干または全部を、ジエチルサルフェートのようなジアル
キルサルフエートとの反応によりエーテル化することが
できる。増粘剤または粘度調節剤として好適な水溶性重
合体の、もう一つの公知の部類は、例えば前記ランゲル
らに対する米国特許第2768141号明細書に開示さ
れているアルキルフェノールのエチレンオキシド/プロ
ピレンオキシド付加物及びカツエンシユタイン(Kat
zenstein)に対する米国特許第3379644
号明細書に開示されているエトキシル化ジノニルフエノ
ールのようなアルキルフェノールとアルキレンオキシド
との重合体付加物である。例えばマツクコード(McC
Ord)に対する米国特許第3352783号明細書に
開示されており、一般的にアルキルメタクリレート(こ
の場合該アルキル基は炭素原子平均約3ないしm個を有
することができる)の重合から得られる水溶性ポリアル
キルメタクリレートもまた粘度調節剤として好適である
。米国特許第3352783号明細書に開示されている
ようなウレタン重合体は粘度調節剤として使用するのに
好適な、その他の水溶性重合体である。その他の好適な
水溶性重合体としては、例えばシヤイブ(Shlbe)
に対する米国特許第3341573号明細書に開示され
ているようなポリアミドエステル及び前記ゲンジダらに
対する米国特許第一39923P号明細書に開示されて
いるようなポリアミドアルコキシレートがある。
本発明によれは、本発明の組成物の好ましい実施態様に
おいては水溶性の凝固点降下剤をも含有することができ
る。
慣用される該水溶性の凝固点、降下剤は、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、ならびにそれらのエチル、メチル、プロピル及びブ
チルエーテルのようなエチレングリコールエーテル類な
らびにジエチレングリコール及びトリエチレングリコ,
ールの類似のエーテル類のような炭素原子2ないし約1
4個を有するグリコール類またはグリコールエーテル類
である。一般的にエチレングリコール、プロピレングリ
コール、ブチレングリコール、グリセリン、及びジエチ
レングリコールによつて代表される簡単なポリオールを
使用することが好ましい。本発明のエネルギー伝達流体
の基剤として、前記グリコールまたはグリコールエーテ
ルを、それらが水と組み合わされて所望の低温有用性(
10wtemperatureservicabi11
ty)を与える割合において使用ることが好ましい。本
発明のエネルギー伝達流体は水をベースとする流体に慣
用される腐食抑制剤、酸化防止剤、制ノ泡剤、PH調節
剤、染料、金属イオン封鎖剤などのようなその他の成分
を含有することもできる。
これらは該組成物の約0.01重量%から約5ないし1
0重量%までの少量で使用することができる。使用する
ことのできる上記物質の代表例は、モノエタノールアミ
ン、モノイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン
、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ジメチル
エタノールアミン、ジエチレントリアミン、シクロヘキ
シルアミン、モルホリン、1,4−ビス(2−アミノエ
チ“ル)ピペラジン、2−ヘプタデシルー1−(2−ヒ
ドロキシエチル)イミダゾリン、それらのアルカリ性酸
化物の付加物のような誘導体、カルボン酸のアルカリ金
属塩などを包含する腐食抑制剤;上記において腐食抑制
剤として挙げたような有機アミン及びアルカリ金属水酸
化物を包含するPH調節剤;ベンゾトリアゾール、メル
カプトベンゾイミダゾール及びメルカプトベンゾチアゾ
ールを包含する酸化防止剤;エマルション型のシリコー
ンを包含する制泡剤;塩基性染料及び酸性染料を包含す
る染料;ならびにエチレンジアモテトラ酢酸、ジエチレ
ントリアミンペンタ酢酸、それらのナトリウム塩または
銅塩、ならびに酒石酸及びグルコン酸ナトリウムのよう
なオキシカルボン酸及びそれらの誘導体を包含するアミ
ノカルボン酸及びそれらの誘導体のような金属イオン封
鎖剤である。本発明の水をベースとする組成物を製造す
るに当つては、使用される各成分を任意の添加順序で添
加することができ、あるいは該組成物中に組み入れるに
先立つて、それら成分の若干の組合せを調製することが
できる。
一般的に、使用すべき各成分は、水溶性であるか、また
は予めそれらのアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩
のような水溶性形態とすべきであり、あるいはその場で
可溶化されることのできるものであるべきである。また
本発明は、該流体の摩耗防止性及び滑性を増大させるこ
とに対する1有効量ョの、ニトロ芳香族化合物成分とヒ
ドロキシル置換した芳香族酸との組合せより成る摩耗防
止添加剤を、水約8鍾量%までを含有し、かつその中に
上述の酸性滑性剤を組み入れた、40℃において少くと
も10センチストークスの粘度を有する水性組成物に添
加することにより、水をベースとするエネルギー伝達流
体の摩耗防止特性及び滑性特性を増大させることのでき
る方法をも提供する。このような添加剤成分は、それら
の可溶化された形態であるアルカリ金属塩もしくはアン
モニウム塩であるか、またはその場において可溶化され
る形態であることができる。もう一つの実施態様におい
ては、水をベースとする、処理すべき流体組成物が本明
細書に記載の酸性滑性剤を含有しない場合において、該
摩耗防止添加剤成分を添加する時に、そのような成分を
該流体に添加することができる。
下記の実施例により本発明を更に明らかにするけれど、
それら実施例は単に本発明を説明するためのみのもので
あり、いかなる態様においても本発明を限定するもので
はない。
特に指示しない限罎2゜り、すべての部及び10紛率は
重量による。実施例1本発明の水をベースとするエネル
ギー伝達組成物ならびに比較の目的のための組成物の摩
耗性及び潤滑性の測定をASTMD−2882−74の
1石油作動流体のバムポンプ試験(■AmPOmpTe
stingOfPetrOleumHydral]11
cF1uid)Jに記載の作動流体試験基準に基づいて
行つた。
該試験の操作条件は次のとおりである。本発明の摩耗防
止添加剤を使用せずに製造した組成物と比較して、本発
明の種々の水をベースと)する組成物を使用し、かつ上
述の装置及び手順を使用して金属製の、ポンプ カムリ
ング及び羽根に摩耗を評価した。
本実施例において評価された組成物の製造に当つて使用
された成分の割合を下記に総括する:H−380000
のもとに入手することのできる水溶性生成物てある。
銅摩耗添加剤はチバガイギー社から商標REOMET4
lのもとに入手することができる。摩耗試験の結果を表
1に総括する。
上記に示されるデータから、組成物B−Dの高圧下にお
ける滑性(摩耗防止性)は、本発明の摩耗防止添加剤を
含有しない組成物Aの滑性に対して格段に優れているこ
とが明らかである。
実施例2 前記実施例1に記載の装置及び手順を使用して、本発明
の摩耗防止添加剤を含有する、水をベースとする組成物
の滑性(摩耗防止性)を評価し、これらを該摩耗防止添
加成分の一方または他方を使用したけれどそれらの組合
せは使用しないで製造した組成物ど比較した。
使用した成分の割合と滑性試験結果とを表■に総括する
。本実施例の組成物においては前記実施例1の高分子増
粘剤を使用した。表■のデータから、本発明の摩耗防止
添加剤を含有する組成物A及びBが、いずれの摩耗防止
添加剤成分をも含有しない組成物Cならびに該摩耗防止
添加剤成分の組合せを含有しない組成物D及びEよりも
大きく優れた耐摩耗性を示すことが明らかである。
実施例3 前記実施例1に記載の装置及び手順を使用し、種々の量
の水を含有する一連の流体組成物の滑性(摩耗防止性)
を評価した。
それぞれの組成物における成分割合及びそれぞれの組成
物について得られた摩耗データを表■に総括する。実施
例4 前記実施例1の装置及び手順を使用し、しかも種々のタ
イプの酸性滑性剤及び摩耗防止添加剤成分を使用して一
連の水をベースとする流体組成物の滑性を評価した。
各組成物中に使用した諸成分の割合及びポンプ摩耗試験
の結果を表■に総括する。本実施例の組成物においては
前記実施例1の高分子増粘剤を使用した。示されたデー
タから、評価された各組成物が、増大された摩耗防止性
を示すけれど、酸滑性剤としてラウリン酸を使用して製
造した組成物Eが幾分高い摩耗を示すことが明らかであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 40℃において粘度少くとも10センチストークス
    を有し、しかも水約80重量%まで;酸性滑性剤少くと
    も約0.1重量%;及びヒドロキシル置換した芳香族カ
    ルボン酸成分とニトロ置換した単核芳香族化合物成分と
    の組合せより成る摩耗防止添加剤の有効量;を含有する
    水性組成物を包含することを特徴とする、増大された摩
    耗防止性を有する、水をベースとするエネルギー伝達流
    体。 2 水少くとも約20重量%を含有する特許請求の範囲
    第1項記載の水をベースとする流体。 3 摩耗防止添加剤が、ヒドロキシル置換した芳香族カ
    ルボン酸成分少くとも0.0025g−モル/lと、ニ
    トロ置換した単核芳香族化合物成分少くとも0.002
    5g−モル/lとの組合せより成る特許請求の範囲第1
    項記載の水をベースとする流体。 4 ヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸成分が単核
    のヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸またはヒドロ
    キシル置換した芳香族カルボン酸の水をベースとする流
    体。 5 酸性滑性剤が、炭素原子少くとも6個を有する飽和
    及び不飽和の、脂肪族の、カルボン酸及びポリカルボン
    酸と、芳香族カルボン酸と、前記脂肪族酸及び芳香族カ
    ルボン酸のアルカリ金属塩または有機アミン塩とより成
    る群から選択されるものである特許請求の範囲第1項記
    載の水をベースとする流体。 6 水性組成物が、炭素原子2ないし約14個を有する
    グリコールまたはグリコールエーテル約50重量%まで
    を含有する特許請求の範囲第1項記載の水をベースとす
    る流体。 7 水性組成物が、水溶性高分子粘度調節剤を約5ない
    し50重量%の量において含有する特許請求の範囲第1
    項記載の水をベースとする流体。 8 ヒドロキシル置換した芳香族カルボン酸成分とニト
    ロ置換した単核芳香族化合物成分との組合せより成る摩
    耗防止添加剤の有効量を、水をベースとする流体中に組
    み入れることを特徴とする、酸性滑性剤を含有し、水を
    ベースとするエネルギー伝達流体の摩耗防止性及び滑性
    を増大させる方法。
JP56210129A 1980-12-30 1981-12-28 水をベ−スとするエネルギ−伝達流体組成物 Expired JPS6043396B2 (ja)

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