CN104087388A

CN104087388A - 一种冷冻机油组合物及其应用

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Publication number: CN104087388A
Application number: CN201410350913.6A
Authority: CN
Inventors: 易书理; 杨晓娜; 胡越兰
Original assignee: Rui Fu Chemical (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Rui Fu Chemical (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-10-08

Abstract

本发明涉及一种冷冻机油组合物及其应用。其目的是提供一种冷冻机油组合物，该组合物与烃类制冷剂相容性好，且闪点高、粘度低，可最大程度提高压缩机COP值，具有优异的热稳定性且成本相对较低。本发明的另一目的是提供上述冷冻机油组合物在制冷剂为异丁烷、丙烷或者异丁烷和丙烷的混合物的制冷压缩机中作为润滑剂的应用。一种冷冻机油组合物，由重量比为96.5～99.5％的基础油和重量比为0.5～3.5％的润滑油添加剂组成，以基础油重量为100％计，所述基础油包含烷基化芳烃20～79％和烷烃混合物21～80％，以组合物的总重量为100％，所述润滑油添加剂包括：不大于3％的极压抗磨剂、0～3％的抗氧剂、0～3％的润滑剂、0～0.8％金属减活剂、0～0.02％抗泡剂。

Description

一种冷冻机油组合物及其应用

技术领域

本发明涉及一种冷冻机油组合物，具体来说，是涉及一种适用于异丁烷、丙烷或者两者的混合物为制冷剂的冷冻机油组合物。

背景技术

压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、节流膨胀机构(如热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管)、蒸发器、干燥器等组成，利用压缩机将烃类制冷剂压缩成高温高压气体，经冷凝器变成中温高压液体，经过节流膨胀机构节流降压后，制冷剂在蒸发器蒸发吸收热量，整个制冷过程完成。压缩机内起润滑、散热、密封，降噪作用的冷冻机油则对压缩机和制冷***的性能发挥及寿命有着重要的影响，尤其是对压缩制冷***的可靠性和制冷***的能效关系密切，因此选择性能优异的冷冻机油对压缩制冷***来说是十分重要的。

冷压缩机是制冷***的核心和心脏。压缩机的能力和特征决定了制冷***的能力和特征。某种意义上，制冷***的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来。因此，世界各国制冷行业无不在制冷压缩机的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不断出现。同时，经济发展以及资源环境瓶颈制约日益加剧，使得家电行业节能环保、低碳发展的推进再次加速。高效压缩机是降低冰箱耗电量的关键，在保障但提升冰箱压缩机能效需要增加较多铜线材料成本，冰箱厂家纷纷为降低压缩机采购成本寻找机会，铝电机和降低油品的粘度成为冰箱压缩机优化成本最理想的方式。

压缩机内起润滑、散热、密封，降噪作用的冷冻机油则对压缩机和制冷***的性能发挥及寿命有着重要的影响，尤其是对压缩制冷***的可靠性和制冷***的能效关系密切，因此选择性能优异的冷冻机油对压缩制冷***来说是十分重要的。

众所周知，氟里昂物质中的氯原子会与臭氧发生连锁反应，对地球表面的臭氧层造成严重的破坏，使得南北极区出现臭氧空洞。在近20年，在冰箱行业，各国政府相继摒弃了含氯型的制冷剂产品R12，转而在冰箱行业使用R134a和R600a(异丁烷)，冷柜行业选择R290(丙烷)。R134A的温室效应指数(GWP值)太高；低分子烃制冷剂如R600A由于具有不破坏臭氧层、温室效应指数小、能效比高而且又不会产生环境问题的优点，因此备受青睐，近期得到了广泛推广，目前已成为替代制冷剂的主流。不同的制冷剂与冷冻机油有不同的溶解性和稳定性，因此，必须选择与R600A和R290制冷剂有良好溶解性及稳定性的冷冻机油才能将压缩机油的最大性能发挥能。适用于R134a的酯类油，虽与R290或R600A相容性很好，但因其成本过高，对于压缩机厂家来说，低成本，与冷媒相容性好，安全可靠的油品成为首选。

在制冷压缩机上，随着人们对环保节能意识的提高，人们希望压缩机有着更高的效率，从冷冻机油的考虑，压缩机厂商希望在保障了压缩机可靠性后，进一步降低冷冻机油的粘度来提高COP值，但同时不希望油品的闪点下降到130℃以下。冷冻机油一般包括基础油和各种用于改善冷冻机油其它性能的添加剂，如润滑剂、减摩剂、抗氧剂、腐蚀抑制剂、抗泡剂等。冷冻机油的主要性能：粘温性能、低温流动性、闪点、倾点以及与制冷剂的互溶性等。考虑到目前使用烃类制冷剂的大多设备为封闭式制冷，冷冻机油的工作时间往往与压缩机的寿命同步，长达10-15年。

根据目前状况，选择合适的极压抗磨剂去提供可靠的抗磨性能及压缩机的可靠性，确定何种基础油去保障润滑和制冷剂的相容性能，是烃类制冷剂应用在冰箱，冰柜上首先需要考虑的问题。

异丁烷和丙烷都是纯烃类制冷剂，根据相似相溶原理，烃类油与异丁烷和丙烷具有良好的互溶性。有文献报导，环烷烃矿物油、石蜡基矿物油，支链烷基苯、直链烷基苯，聚醚、酯类油。聚醚、酯类油等合成油的价格高；石蜡基矿油的低温流动性差，含蜡高，易阻塞毛细管等部位，造成***不制冷；环烷基油以及支链烷基苯虽具有优良的低温性能和良好的与异丁烷和丙烷的溶解性，但其粘度指数和闪点较低、润滑性能较差，同时还面临环保问题。

CN1183236C公开了一种使用烃制冷剂的压缩式制冷机用润滑剂，一种以具有以下特性的矿物油为主要成分的用于使用烃制冷剂的压缩式制冷机的润滑剂：在40℃的运动粘度为5-150mm²/s(cSt)、流点在-25℃以下、粘度指数在50以上、由n-d-M环分析法测得的％Cp和％CA分别在50以上和在12以下、氮含量在20ppm以下，硫含量为0.02-0.3％，碘价为10gI₂/100g以下的矿物油为主要成分的，用于低级烃制冷剂的压缩式制冷机的润滑剂。该种润滑剂以环烷基为主，由于粘度指数低，且在低粘度时很难满足现在压缩机对冷冻机油闪点的要求。

CN101177643A公开了一种冷冻机油组合物，其中所述冷冻机油组合物的基础油为α烯烃聚合油，该α烯烃聚合油为C15-C22混合异构烯烃、C15-C22混合异构烷烃或者C15-C22混合异构烯烃与混合异构烷烃的混合物。其中，混合异构烯烃与C15-C22混合异构烷烃的比例为2：8-3：7，所述异构烷烃为C15-C22混合异构烯烃的加氢产物或C10-C14混合烯烃的芳烷基化产物。在该专利申请中，冷冻机油组合物中包含了一定数量的烯烃和聚烯烃，考虑到烯烃和聚烯烃的存在对油品的热稳定性和经济性能影响，进而将影响压缩机制冷性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷冻机油组合物，该组合物与烃类制冷剂相容性好，且闪点高、粘度低，可最大程度提高压缩机COP值，具有优异的热稳定性且成本相对较低。

本发明的另一目的是提供上述冷冻机油组合物在制冷剂为异丁烷、丙烷或者异丁烷和丙烷的混合物的制冷压缩机中作为润滑剂的应用。

本发明的目的是这样实现的：

一种冷冻机油组合物，由重量比为96.5～99.5％的基础油和重量比为0.5～3.5％的润滑油添加剂组成，以基础油重量为100％计，所述基础油包含烷基化芳烃20～79％和烷烃混合物21～80％，以组合物的总重量为100％，所述润滑油添加剂包括：不大于3％的极压抗磨剂、0～3％的抗氧剂、0～3％的润滑剂、0～0.8％金属减活剂、0～0.02％抗泡剂。

所述组合物在40℃的运动粘度为3.0～5.5mm²/s，倾点在零下45℃以下，闪点在130℃以上。

其中，所述烷烃混合物为从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物。

选择用于本发明的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃，其粘度需要控制在3～10mm²/s之间，考虑到该烷烃混合物的低温流动性和石蜡含量，需要优选3-8mm²/s粘度范围内。因此，优选地，以从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物重量为100％计，所述从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物中石蜡烃(C_P)含量不低于45％，芳香烃(C_A)含量不高于2.5％，环烷烃(C_N)或环状烃为35-55％。石蜡烃含量过低，油品的粘温性能下降，摩擦学性能变差，且该石蜡烃需以异构石蜡烃为主，这样才能够不影响低温流动性。芳香烃(C_A)含量过高，则对油品的粘温性能，热稳定性，化学稳定性有较大影响。饱和环烷烃的存在，提高了添加剂的感受性，低温流动性也得到了加强。

所述从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的粘度在40℃时为3.0～8.0mm²/s，倾点低于零下36℃，闪点不低于130℃；所述的从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物5％馏分不低于220℃，95％馏分不高于390℃。

其中，所述烷基化芳烃的分子量为215～260，分子量低于215，其闪点将降低，且压缩机内部存在大量塑胶件和漆包线，例如消音器、层间绝缘片、弹簧衬套等，将影响最终产品的润滑性能和闪点。所述烷基化芳烃的5％馏分不低于240℃，95％馏分不高于340℃；所述烷基化芳烃是饱和有机烃经过脱氢处理后与苯、甲苯、乙苯中的一种或几种聚合后的直链烷基化芳烃。

优选地，以基础油重量为100％计，所述基础油包含烷基化芳烃35％-70％和烷烃混合物30％-65％。

烷基化芳烃具有优异的制冷剂低温相容性和高温稳定性，选择直链的烷基苯将有助于润滑性能的提高。单独的烷烃混合物的制冷剂低温相容性不理想，选择烷基化芳烃和从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化烷烃的混合物在合适比例既兼顾制冷剂相容性，添加剂的感受性，又满足润滑性要求，能够达到理想的效果，且价格上也低于市场上同类型产品。

其中，所述抗氧剂可以是本技术领域通用的各种酚型抗氧剂和烷基胺型抗氧剂，如2，6-二叔丁基对甲酚、2，3-二叔丁基-4-甲酚、2，6-二叔丁基酚、对苯二酚、β-萘酚中、C9烷基二苯胺，丁辛基二苯胺的一种或几种。以组合物的总重量为100％计，抗氧剂的含量优选为0.1～0.5％。

所述润滑剂可以是本技术领域通用的磷酸酯类润滑剂，如三甲苯基磷酸酯、三苯基磷酸酯、辛基二苯基磷酸酯、苄基二苯基磷酸酯、苯基硫代磷酸酯中的一种或几种。

所述极压抗磨剂可以是本技术领域通用的磷酸酯、酸性磷酸酷、磷酸酯的胺盐、氯化磷酸酯和亚磷酸酯中的至少一类磷酸酯化合物。以组合物的总重量为100％计，极压抗磨剂的含量优选为0.03～2.0％。

其他冷冻机油组合物的润滑油添加剂皆以本技术领域通用添加剂为主。

上述的一种冷冻机油组合物在制冷剂为异丁烷、丙烷或者异丁烷和丙烷的混合物的制冷压缩机中作为润滑剂的应用。

本发明考虑目前主流压缩机厂主要应用高效机需求和经济性能考虑开发的冷冻机油组合物。选择40℃粘度范围在3.0-5.5mm²/s在是为目前压缩机COP值到达1.9以上提供油品上的最大可能。40℃粘度高于5.5mm²/s，COP值下降，对于高效压缩机，由于摩擦副表面加工精度高，电能将由较大部分转换为克服冷冻机油内摩擦力做功，压缩机温度升高；冷冻机油组合物的40℃粘度低于3.0mm²/s，考虑到机械加工的精度，在曲轴与连杆，活塞与缸体之间的状态将会由流体润滑转而为混合润滑及边界润滑，从而使摩擦阻力加大，摩擦系数上升，摩擦副表面温度上升，导致摩擦副表面磨损。

本发明由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：(1)该组合物与作为制冷剂的丁烷、丙烷或者两者的混合物具有良好的相容性；(2)油品的粘温性能优异，在高温状态下能够提供更好的润滑性能；(3)该组合物的闪点高(均大于130℃)，粘度低(40℃粘度范围在3.0-5.5mm²/s)，可以最大程度提高压缩机COP值；(4)优异的热稳定性。(5)优异的经济性能。

具体实施方式

通过以下本发明的实施例示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此。

实施例1

以冷冻机油组合总重量为基准，选取65份分子量在215～230之间，馏程在260～300之间的直链烷基苯，选取33.47份从石油产品中获取的C_P(石蜡烃)含量不低于总重量的50％，C_A(芳香烃)含量不高于总重量的2％，C_N(环烷烃)或环状烃含量为总重量的35％～47％，馏程在220℃～350℃的烷烃的混合物，1.5份的磷酸酯类极压抗磨剂；0.03份甲基苯并三氮唑衍生物的金属减活剂，将上述原材料混合均匀，加热至40～50℃，同时通入水分含量在0.5ppm的高纯氮气或者其他惰性气体，约2～4小时。测试冷冻机油水分，若水分低于25ppm，则合格进行封样，制成样品1。

实施例2

以冷冻机油组合总重量为基准，选取50份分子量在220～240之间，馏程在270～320之间的直链烷基苯，选取48.5份从石油产品中获取的C_P(石蜡烃)含量不低于总重量的50％，C_A(芳香烃)含量不高于总重量的1％，C_N(环烷烃)或环状烃含量为总重量的35％～47％，馏程在220℃～350℃的烷烃的混合物，1.5份的磷酸酯类极压抗磨剂；将上述原材料混合均匀，加热至40～50℃，同时通入水分含量在0.5ppm的高纯氮气或者其他惰性气体，约2～4小时。测试冷冻机油水分，若水分低于25ppm，则合格进行封样，制成样品2。

实施例3

以冷冻机油组合总重量为基准，选取40份分子量在230～260之间，馏程在270～320之间的直链烷基苯，选取58.3份从石油产品中获取的C_P(石蜡烃)含量不低于总重量的50％，C_A(芳香烃)含量不高于总重量的1％，C_N(环烷烃)或环状烃含量为总重量的35％～47％，馏程在220℃～400℃的烷烃的混合物，0.2份酚类抗氧剂BHT，1.5份的磷酸酯类极压抗磨剂；将上述原材料混合均匀，加热至40～50℃，同时通入水分含量在0.5ppm的高纯氮气或者其他惰性气体，约2～4小时。测试冷冻机油水分，若水分低于25ppm，则合格进行封样，制成样品3。

实施例4

以冷冻机油组合总重量为基准，选取35份分子量在230～260之间，馏程在270～320之间的直链烷基苯，选取63.2975份从石油产品中获取的C_P(石蜡烃)含量不低于总重量的50％，C_A(芳香烃)含量不高于总重量的1％，C_N(环烷烃)或环状烃含量为总重量的35％～47％，馏程在260℃～400℃的烷烃的混合物，0.2份酚类抗氧剂BHT，1.5份的磷酸酯类极压抗磨剂；0.0025份抗泡剂，将上述原材料混合均匀，加热至40～50℃，同时通入水分含量在0.5ppm的高纯氮气或者其他惰性气体，约2～4小时。测试冷冻机油水分，若水分低于25ppm，则合格进行封样，制成样品4。

对比例5

市面销售的6号冷冻机油油品，应用在冰箱制冷高效压缩机，进行对比。

以上5组样品的实验数据对比列表：

为评价该冷冻机油组合物的综合性能，调制样品1-3号进行压缩机性能测试，制冷剂均为异丙烷，所有试样压缩机性能测试的COP值均在1.9-2.1之间，均能实现高效节能压缩机要求。

耐久测试：

在如下条件下选择3台压缩机进行500小时高温耐久测试，测试条件如下：

吸气压力/MPa	排气压力/MPa	蒸发温度/℃	冷凝温度/℃
				0.1	1.7	-8	90

测试结果判定：500小时连续寿命测试后，3台整机性能良好，无明显零件磨损情况，冷冻机油状况良好，油品测试前后具体如下：

从以上结果可以看出，本发明提供了一种性能可靠，原材料容易获取，且能极大提高制冷压缩机COP值(大于1.9)的一种冷冻机油混合物。

Claims

1.一种冷冻机油组合物，其特征在于：由重量比为96.5～99.5％的基础油和重量比为0.5～3.5％的润滑油添加剂组成，以基础油重量为100％计，所述基础油包含烷基化芳烃20～79％和烷烃混合物21～80％，以组合物的总重量为100％，所述润滑油添加剂包括：不大于3％的极压抗磨剂、0～3％的抗氧剂、0～3％的润滑剂、0～0.8％金属减活剂、0～0.02％抗泡剂。

2.如权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述组合物在40℃的运动粘度为3.0～5.5mm²/s，倾点在零下45℃以下，闪点在130℃以上。

3.如权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述烷烃混合物为从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物。

4.如权利要求3所述的冷冻机油组合物，其特征在于：以从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物重量为100％计，所述从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物中石蜡烃含量不低于45％，芳香烃含量不高于2.5％，环烷烃或环状烃为35-55％。

5.如权利要求4所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的粘度在40℃时为3.0～8.0mm²/s，倾点低于零下36℃，闪点不低于130℃。

6.如权利要求4所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述的从石油产品中获取的深度加氢裂解或加氢异构化的烷烃的混合物5％馏分不低于220℃，95％馏分不高于390℃。

7.如权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述烷基化芳烃的分子量为215～260，且其5％馏分不低于240℃，95％馏分不高于340℃。

8.如权利要求7所述的冷冻机油组合物，其特征在于：所述烷基化芳烃是饱和有机烃经过脱氢处理后与苯、甲苯、乙苯中的一种或几种聚合后的直链烷基化芳烃。

9.如权利要求1所述的冷冻机油组合物，其特征在于：以基础油重量为100％计，所述基础油包含烷基化芳烃35％-70％和烷烃混合物30％-65％。

10.如权利要求1所述的冷冻机油组合物在制冷剂为异丁烷、丙烷或者异丁烷和丙烷的混合物的制冷压缩机中作为润滑剂的应用。