[发明专利]包含氟化烯烃和多元醇酯的工作流体

说明书

提供了包含氟化烯烃制冷剂(如氢氟烯烃制冷剂)和高粘度多元醇酯的高粘度工作流体，所述高粘度多元醇酯包含季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇和季戊四醇低聚物的烷基羧基酯的选定混合物。

提供了包含氟化烯烃制冷剂(如氢氟烯烃制冷剂)和高粘度多元醇酯润滑剂的工作流体，该高粘度多元醇酯润滑剂包含季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇和更高级季戊四醇低聚物的烷基羧基酯的选定混合物。

背景技术

传热装置如制冷机、冷冻器、热泵和空调系统是熟知的。简单地说，此类装置典型地通过以下循环来操作：其中具有合适沸点的制冷剂在低压下蒸发，从其环境带走热量，蒸气传递到冷凝器，在该冷凝器中其冷凝回液体并将热量释放到其新的环境中，该液体然后返回该蒸发器，完成该循环。除了诸如压缩机等机械部件之外，还需要特别适合的材料，包括制冷剂、传热材料、防止制冷剂损失的密封剂和允许可移动部件起作用的润滑剂。这些装置中的润滑剂必须具有良好的低温流动特性，为热稳定的，提供对抗移动部件例如轴承在负荷下的磨损的保护，从压缩机除去热量并密封间隙以确保气体从低压到高压的有效压缩。

制冷剂和润滑油必须在宽温度范围内在系统中循环而不经历相分离。在许多情况下，存在一个温度，低于该温度时制冷剂和润滑油经历相分离，并且还可存在一个温度，高于该温度时它们也经历相分离。一般来讲，有用的工作流体在0℃与50℃之间，在许多情况下，从低于0℃至至少60℃的最低值下不会经历相分离。也就是说，在有用的工作流体中的制冷剂和润滑油在该温度范围的低端的相分离典型地在低于0℃，例如低于-10℃或-20℃的温度下发生，并且在该温度范围的高端，任何相分离应仅在高于50℃，且在许多装置中，在60℃或更高的温度下发生。

制冷剂在润滑剂中的过度溶解也可能是有问题的。例如，制冷剂在润滑剂中的高浓度可能大大降低润滑剂粘度，从而导致装置的增加的磨损、缩短的寿命和更低的性能。润滑剂中溶解的制冷剂还可能引起润滑剂混合物(在其从压缩机的一个区域流向另一个区域(例如，从低温至高温区域)时)的发泡和鼓泡。此外，溶解在润滑剂中的制冷剂基本上被截留并从循环中移出，从而降低了系统的冷却能力。由于制冷润滑剂有效起作用不仅需要合适的润滑特性和适当的粘度，而且还需要与制冷剂的适当相容性，所以制冷剂的变化经常要求润滑剂的相应变化。

美国专利号5,964,581披露了通过季戊四醇与一元羧酸缩合而制备的多元醇酯润滑剂，这些多元醇酯润滑剂可与高度或完全氟化的烃如1,1,1,2-四氟乙烷(通常称为HFC-134a)、二氟甲烷(HFC-32)、三氟甲烷(HFC-23)、五氟乙烷(HFC-125)、1,1,2,2-四氟乙烷(HFC-134)、1,1,1-三氟乙烷(HFC-143a)等混溶。

美国专利6,444,626披露了包含聚(季戊四醇)酯的润滑剂，其含有与受阻多元醇酯共混的季戊四醇酯、二季戊四醇酯、三季戊四醇酯、四季戊四醇和更高级低聚季戊四醇酯的混合物。US 8,318,647披露了包含季戊四醇、二季戊四醇和三季戊四醇的羧基酯的选定混合物的制冷润滑剂。

对臭氧消耗的关注导致用替代材料如高度或完全氟化的烃代替氯氟烃制冷剂；并且对气候变化的关注正导致用具有显著更低的全球变暖潜势(GWP)的氟化烯烃如氢氟烯烃制冷剂(HFO)至少部分地代替目前使用的氟化烷烃。例如，氟化烷烃制冷剂R-134a具有1430的GWP；氟化烯烃R-1234ze(1,3,3,3-四氟丙烯)仅具有6或更低的GWP。

理想地，氢氟烯烃制冷剂将充当制冷工作流体中目前所用的氟化烷烃的“普适型”代替品。然而，对于制冷工作流体并不罕见的是在制冷剂、或者在其下使用工作流体的条件上的变化要求在润滑剂上的变化。尽管许多氢氟烯烃在结构上与商业饱和氢氟烃类似，但是在现有润滑剂组合物中用氢氟烯烃简单地代替饱和氢氟烃已经呈现了许多挑战。例如，某些商业氢氟烯烃与它们将可能代替的饱和氟烃相比，与聚酯润滑剂组合物的混溶性要高得多，这可能导致粘度不可接受地降低。其结果是，已经开发出氟化烯烃与氟化烷烃的混合物，以及用于与制冷剂诸如氢氟烯烃和各种润滑剂一起使用的混溶性添加剂。