[发明专利]用于制冷系统的润滑剂

说明书

技术领域

本发明涉及多元醇酯润滑剂和它们在用于制冷和空调系统的工作流体中的用途。

背景技术

多元醇酯(POE)在本领域中众所周知作为置换型制冷系统的润滑剂。常用的商业POE源自于多元醇(含2个或更多个OH基团的醇)与单官能羧酸的反应。此种″简单″或″常规″的多元醇酯特别适合用于利用氢氟烃制冷剂(HFC)例如R-134a和相关分子的系统，因为与其它润滑剂例如矿物油、聚-α-烯烃或烷基化芳族化合物相比它们的极性提供与所述制冷剂改进的可混溶性。此种多元醇酯润滑剂的一个实例公开在美国专利号6,221,272中。

简单的多元醇酯的物理特性主要源自酸组分的结构。因为存在各种各样可商购的羧酸，所以简单的多元醇酯可以经设计带有为特定制冷系统应用而优化的特殊物理特性。但是对于简单的多元醇酯，对所有所需性能的同时优化存在限制。例如，最佳润滑剂将是这样一种润滑剂，即它在低温下与制冷剂具有高的可混溶性以确保润滑剂在蒸发器和制冷循环的其它低温组件中的良好输送，但是在压缩机中高的温度和压力下制冷剂在润滑剂中具有非常低或差的溶解性以使制冷剂引起的润滑剂粘度降低最小化。

在高的温度和压力下由制冷剂引起的润滑剂粘度降低显著地降低润滑剂的流体动力学润滑能力。此外，通过使用较长链线性酸而不是较短链和/或支化烷基改进了多元醇酯润滑剂的润滑性和负荷能力。但是对与HFC或氟烃(fluorocarbon)制冷剂的可混溶性来说却正好相反(即，支化和/或较短链酰基改进可混溶性)。所以存在要求同时优化润滑剂与制冷剂在低温下的可混溶性特性和在高的温度和压力下制冷剂在润滑剂中的溶解性的谨慎平衡，同时还维持润滑剂的润滑性和负荷能力的最佳平衡。另外，随着制冷系统制造商开始倾向于较低粘度的润滑剂以改进能量效率，对润滑剂的润滑性和负荷能力的负面影响将变得更加显著。

改进制冷润滑剂的润滑性和负荷能力的一种机理是包括抗磨/极压添加剂。然而，此类添加剂可能是不希望的，因为它们可能在低温下(如在蒸发器中遇到的)从润滑剂中沉淀析出或在非常高的温度下(如在压缩机中经历的)分解成不溶解的副产物。添加剂从润滑剂中的此种″析出″(drop out)通常可能导致制冷剂系统膨胀装置(热膨胀阀、毛细管或针形阀)上的沉积物，或所述膨胀装置的完全堵塞，这导致系统的制冷性能降低或系统的完全失效。此外，对于具有内部发动机的压缩机，添加剂与发动机上使用的线路涂层(wire coating)具有发生不利反应的可能性，这导致线路涂层在该系统中的溶解并最终沉积在膨胀装置组件上。

因此，仍需要这样一种制冷润滑剂，即其在宽的操作温度范围内与制冷剂具有高的可混溶性，同时还在没有使用添加剂的情况下维持足够的润滑性和负荷能力；提供对制冷组件磨损的保护并另外改进制冷系统的能量效率。

解决这种需要的一种可能方式是采用复杂的多元醇酯，即通过使含至少两个-OH基团的醇与多元羧酸(通常掺合有一种或多种一元羧酸)反应形成的酯。因此，由于它们的附加的酸位点，多元酸提供调节所得酯的性能以满足最佳润滑剂的不同要求的可能性。

例如，美国专利号5,096,606公开了制冷油组合物，其包含(1)选自1，1，1，2-氟代乙烷、五氟乙烷、1，1，1-三氟乙烷和1，1-二氟乙烷的氟代乙烷和(2)是由以下组分获得的反应产物的酯化合物：(a)具有1-6个伯羟基的脂族多元醇，(b)具有2-9个碳原子的饱和脂族直链或支化一元羧酸，或其衍生物和(c)具有2-10个碳原子的饱和脂族直链或支化二元羧酸，或其衍生物，所述酯化合物具有1-100cst的100℃运动粘度。

另外，美国专利号5,750,750公开了一种复杂醇酯，其包含以下物质的混合物的反应产物：

由通式：R(OH)_n表示的多羟基化合物，其中R是任何脂族或脂环族烃基，n是至少2，条件是所述烃基含有大约2-20个碳原子；

多元酸或多元酸的酐，条件是所述多元酸的当量与所述多羟基化合物的醇的当量之比在大约1.6∶1-2∶1的范围中；和

一元醇，条件是所述一元醇的当量与所述多元酸的当量之比在大约0.84∶1-1.2∶1的范围中；

其中所述复杂醇酯显示小于或等于-20℃的倾点，大约100-700cSt的40℃粘度并具有小于或等于70wt％的多元酸酯浓度，基于所述复杂醇酯。