DE4018562A1 - Verwendung von estern aromatischer carbonsaeuren als schmiermittel fuer kaeltemittelverdichter - Google Patents
Verwendung von estern aromatischer carbonsaeuren als schmiermittel fuer kaeltemittelverdichterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Estern aromati
scher Carbonsäuren als Schmiermittel für Kältemittelver
dichter, die mit chlorfreien, teilfluorierten Kohlenwas
serstoffen als Kältemittel betrieben werden.
Zur Kälteerzeugung im industriellen, gewerblichen wie auch
im privaten Bereich werden in großem Umfang Kältemittel
verdichter eingesetzt. Diese Vorrichtungen arbeiten mit
mechanischen Verdichtern, die das Kältemittel komprimieren,
im Verflüssiger durch Kühlen mit Luft, Wasser oder einem
anderen Medium verflüssigen und im Verdampfer unter Wärme
aufnahme aus dem zu kühlenden Medium verdampfen. Als Käl
temittel werden vorwiegend Ammoniak für Großanlagen und
Fluorchlorkohlenwasserstoffe wie Dichlordifluormethan,
Chlortrifluormethan für Großanlagen, gewerbliche Kälteanla
gen und für Haushaltsgeräte eingesetzt.
Zur Schmierung von Kältemittelverdichtern verwendet man
hochraffinierte, weißölähnliche, im allgemeinen naphthen
basische Mineralöle. Als vollsynthetische Öle für Kältemit
telverdichter gelangen Alkylaromaten und daneben auch Poly
alpha-olefine zum Einsatz.
Aufgabe der Schmieröle ist es, die beweglichen Verdichter
teile zu schmieren, die Wärme von den heißen Verdichtertei
len abzuführen und den Kompressionsraum sowie die Ventile
abzudichten. Diese Aufgaben bestimmen auch die Eigenschaf
ten, denen die Schmieröle genügen müssen. Sie müssen ther
mischen Belastungen gewachsen sein und auch bei den Tempe
raturen des Verdampfers fließfähig bleiben. Überdies ist
zu berücksichtigen, daß die Schmieröle aus dem Kompressi
onsraum in den Kältemittelkreislauf ausgetragen werden und
durch nachgeschaltete Ölabscheider nicht vollständig ent
fernt werden können. Sie müssen daher mit dem Kältemittel
in weiten Temperatur- und Konzentrationsbereichen mischbar
sein, so daß die Rückführung von Schmieröl, das in den
Kältemittelkreislauf gelangt ist, in den Verdichter sicher
gestellt wird.
Fluorchlorkohlenwasserstoffe stehen seit einiger Zeit im
Verdacht, die Ozonschicht der Erdatmosphäre zu schädigen.
Daher ist man bestrebt, ihre Verwendung auf solche Fälle zu
beschränken, in denen sie nicht ausgetauscht werden können.
Im übrigen versucht man, sie durch gleichwirkende, jedoch
unschädliche Stoffe zu ersetzen. Auf dem Gebiet der Kälte
mittel für Kälteanlagen werden zukünftig chlorfreie, teil
fluorierte Kohlenwasserstoffe wie 1,1,1,2-Tetrafluorethan,
1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan, Pentafluorethan,
1,1,1,3,3,3-Hexafluorpropan und Trifluormethan eingesetzt
werden. Diese Stoffe zeichnen sich durch hohe thermische
Stabilität und entsprechende thermodynamische Eigenschaften
in den Temperaturbereichen aus, die beim Betrieb von Kälte
mittelverdichtern auftreten.
Nachteilig ist jedoch, daß diese chlorfreien, aliphati
schen Fluorkohlenwasserstoffe nur sehr geringe Mischbar
keit mit den bisher verwendeten Schmiermitteln für Käl
teanlagen aufweisen. In weiten Konzentrationsbereichen
bilden die beiden Substanzklassen ein Zweiphasengemisch mit
dem Ergebnis, daß die Rückführung des aus dem Verdichter
ausgetragenen Schmiermittels vor allem bei tiefen Verdamp
fungstemperaturen erheblich behindert wird. Die bekannten
Schmiermittel sind daher in Anlagen mit chlorfreien Kälte
mittel-Substituten im allgemeinen nicht mehr verwendbar.
Man hat versucht, diese Schwierigkeiten durch Einsatz von
Schmiermitteln auf Basis von Polyalkylenglykolen zu umge
hen. Die meisten Polyalkylenglykol-Typen sind zwischen -40
und +50°C mit den genannten chlorfreien Kältemitteln voll
ständig mischbar. Erst bei Temperaturen oberhalb etwa 50°C
treten Mischungslücken auf, die sich zu höheren Temperatu
ren hin auf einen großen Konzentrationsbereich ausweiten.
Dennoch ist zu erwarten, daß Polyalkylenglykole nur be
grenzt als Schmiermittel eingesetzt werden können, weil sie
stark hygroskopisch sind. Ihre Trocknung auf eine Rest
feuchte von <100 ppm erfordert einen hohen Aufwand. Darü
berhinaus ist durch völligen Luftabschluß dafür Sorge zu
tragen, daß eine erneute Feuchtigkeitsaufnahme vermieden
wird. Sie können daher nur in hermetisch geschlossenen,
kleinen Kältesystemen, z. B. Haushaltskühlgeräten, verwen
det werden. In großen Kälteanlagen, bei denen Wartungsar
beiten mit gelegentlichen Eingriffen in den Kältemittel
kreislauf erforderlich sind, ist im Laufe der Zeit mit
einer erheblichen Feuchtigkeitsaufnahme zu rechnen. Die an
das Polyalkylenglykol gebundene Feuchtigkeit läßt sich
auch mit Hilfe von Filtertrocknern nicht mehr entfernen.
Probleme mit metallischen Werkstoffen im System sind daher
die Folge. Überdies genügt die thermische Stabilität der
Polyalkylenglykole nicht allen Anforderungen. Schon ober
halb etwa 180°C, eine solche Temperatur kann bei extremen
Betriebsbedingungen im Druckventil des Verdichters auftre
ten, beginnen sie sich zu zersetzen.
Es bestand daher die Aufgabe Schmiermittel für Kältemittel
verdichter bereitzustellen, die frei von den beschriebenen
Mängeln bekannter Schmiermittel sind und die immer dann
eingesetzt werden können, wenn chlorfreie, teilfluorierte
Kohlenwasserstoffe als Kältemittel Anwendung finden.
Die Erfindung besteht somit in der Verwendung von aus aro
matischen Carbonsäuren und einwertigen Alkoholen herge
stellten Estern als Schmiermittel für Kältemittelverdich
ter, die mit chlorfreien, teilfluorierten Kohlenwasser
stoffen als Kältemittel betrieben werden.
Carbonsäureester, die sich von aromatischen Carbonsäuren
und einwertigen Alkoholen ableiten, werden in großem Um
fang als Weichmacher für Polyvinylchlorid eingesetzt. Das
für diese Anwendung von den Carbonsäureestern verlangte
Eigenschaftsbild unterscheidet sich jedoch grundlegend von
den Merkmalen, die Schmiermittel für Kompressionskältema
schinen aufweisen müssen. Es war daher nicht vorhersehbar,
daß eine Verbindungsklasse, die sich vor allem auf dem
Gebiet der Kunststoffe bewährt hat, auch in einem völlig
anderen Bereich der Technik erfolgreich eingesetzt werden
kann.
Die erfindungsgemäß verwendeten Ester leiten sich von aro
matischen Mono-, Di- und Polycarbonsäuren ab. Beispiele für
solche Säuren sind Benzoesäure, Phthalsäure, Isophthalsäu
re, Terephthalsäure, Trimellithsäure, Pyromellithsäure,
Trimesinsäure.
Diese Carbonsäuren oder auch ihre Anhydride werden umge
setzt mit geradkettigen oder verzweigten, primären einwer
tigen Alkoholen, unter denen die mit 2 bis 20 Kohlenstoff
atomen bevorzugt sind. Als besonders geeignet haben sich
verzweigtkettige, primäre Alkohole mit mindestens 4 Kohlen
stoffatomen erwiesen. Beispiele für solche Alkohole sind n-
Butanol, Isobutanol, n-Pentanol, 2-Methylbutanol, 3-Methyl
butanol, 2-Ethylbutanol, 2-Methylpentanol, n-Hexanol,
Heptanol (in Form des Isomerengemisches), Octanol (in Form
des Isomerengemisches), 2-Ethylhexanol, n-Octanol, i-
Nonanol, i-Decanol, i-Tridecanol, i-Hexadecanol und i-
Octadecanol.
Man erhält die genannten Alkohole vorwiegend aus Olefinen
durch Oxosynthese und anschließende Hydrierung der entstan
denen Aldehyde oder durch Aldolkondensation. Für die Oxo
synthese sind alle Olefine geeignet. Sie führt in der Regel
zu einem Gemisch isomerer Alkohole. Zur Herstellung der
Ester ist es nicht erforderlich, diese Gemische zu trennen.
Für die Verwendung als Schmiermittel geeignete Ester sind
z. B. Di-2-ethylhexylphthalat, Di-isononylphthalat und Di
isodecylphthalat, Di-n-butylphthalat, Di-2-ethylhexyl
terephthalat, Di-isodecylterephthalat. Besondere Bedeutung
haben die Ester der Phthalsäure, z. B. Di-2-ethylhexylphtha
lat, Di-isononylphthalat, Di-isodecylphthalat.
Die Ester werden in bekannter Weise aus den vorgenannten
Säuren und Alkoholen in Gegenwart saurer Katalysatoren
hergestellt. Als Katalysatoren eignen sich Mineralsäuren
wie Schwefelsäure, Phosphorsäure, sowie deren saure Salze,
ferner Trialkyl- oder Triarylphosphate und p-Toluolsulfon
säure. Um eine möglichst vollständige Umsetzung zu erzie
len, empfiehlt es sich, einen der Reaktionspartner im Über
schuß anzuwenden und/oder das Reaktionswasser destillativ,
gegebenenfalls unter Zusatz eines Azeotropbildners wie
Benzol oder Toluol, abzutrennen. Besondere Vorkehrungen zur
Erzielung einer hohen Farbstabilität, wie sie bei der Ver
wendung der Ester als Weichmacher getroffen werden müssen,
erübrigen sich bei ihrem Einsatz als Schmiermittel.
Die erfindungsgemäß verwendeten Schmiermittel besitzen gute
Mischbarkeit mit den als Kältemitteln eingesetzten chlor
freien, teilfluorierten Kohlenwasserstoffen auch noch bei
-40°C, also in den Temperaturbereichen, die in Kompressi
onskälteanlagen auftreten können. Ihre Viskosität liegt
bei 40°C zwischen etwa 10 und 150 cSt und entspricht damit
den Anforderungen, die an das Schmiermittel für das vorbe
schriebene Einsatzgebiet gestellt werden. Sie weisen
darüber hinaus unter Ausschluß von Luftsauerstoff und
Feuchtigkeit, also unter Bedingungen, die in einem Kälte
mittelkreislauf erfüllt sein müssen, ausgezeichnete ther
mische Stabilität auf. Die Ester sind nicht hygroskopisch.
Sie können daher ohne großen Aufwand getrocknet werden.
Restfeuchten, die nach der deutschen Norm DIN 51 503
35 ppm nicht überschreiten dürfen, lassen sich ohne weiteres
erreichen.
Die als Schmiermittel verwendeten Ester können in reiner
Form, als Gemisch isomerer Verbindungen und als Mischung
von zwei oder mehr Estern unterschiedlicher chemischer
Zusammensetzung eingesetzt werden.
Claims (5)
1. Verwendung von aus aromatischen Carbonsäuren und ein
wertigen Alkoholen hergestellten Estern als Schmiermittel
für Kältemittelverdichter, die mit chlorfreien, teilfluo
rierten Kohlenwasserstoffen als Kältemittel betrieben wer
den.
2. Verwendung von Estern nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Ester von Monocarbonsäuren, insbe
sondere Benzoesäure, ableiten lassen.
3. Verwendung von Estern nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Ester von aromatischen Dicarbonsäu
ren, insbesondere Phthalsäure, Isophthalsäure oder
Terephthalsäure ableiten lassen.
4. Verwendung von Estern nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Ester von aromatischen Carbonsäuren,
insbesondere Trimellithsäure und Pyromellithsäure ableiten
lassen.
5. Verwendung von Estern nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ester von geradketti
gen oder verzweigten, primären einwertigen Alkoholen mit 4
bis 20 Kohlenstoffatomen ableiten lassen.
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |