ES2874926T3 - Uso de un aceite de refrigeración novedoso - Google Patents

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Abstract

Uso de una composición que comprende uno o más éster(es) de poliol (POE) obtenidos haciendo reaccionar - uno o más polioles con - uno o más ácidos grasos de cadena lineal C4-10 y uno o más neo-ácidos C5-10 como aceite de refrigeración para un refrigerante de difluorometano (R32) o una mezcla de refrigerante de difluorometano (R32) con otros refrigerantes, cuya relación de mezcla es de 100/0 a 10/90, en donde el éster de poliol tiene una viscosidad cinemática de entre 22 y 320 cSt a 40ºC según la norma ASTM-D445; y el éster de poliol es miscible con un refrigerante de difluorometano (R32) a una temperatura mayor de -50ºC y menor de 15ºC (20% de un éster de poliol en un refrigerante) según la norma ANSI/ASHRAE 86-1994.

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de un aceite de refrigeración novedoso
[Campo técnico]
La presente invención se refiere al uso de una composición que comprende uno o más ésteres de poliol (POE) como aceite de refrigeración; en donde una composición de lubricante de refrigeración comprende el aceite de refrigeración antes mencionado y refrigerante difluorometano (R32) o una mezcla de refrigerante que contiene refrigerante difluorometano (R32) y aditivos de presión extrema opcionales, desactivadores de metales, depuradores de ácidos, antioxidantes u otros lubricantes de refrigeración sintéticos. El aceite de refrigeración tiene una excelente lubricidad y se puede combinar con una nueva generación de refrigerantes respetuosos con el medio ambiente que tienen baja miscibilidad, como el difluorometano (R32, (CF2H2)), o las mezclas de refrigerantes de los mismos; el fluido de trabajo combinado tiene una miscibilidad ajustable y una alta lubricidad en el intervalo de temperatura de -50~202C para hacer que un compresor logre un mayor rendimiento de trabajo en las condiciones de funcionamiento de diferentes temperaturas, presiones y relaciones de carga de refrigerante/aceite de refrigeración proporcionando suficiente viscosidad de trabajo para obtener mejor lubricidad y menor desgaste.
El aceite de refrigeración, un aditivo y el refrigerante R32 o la mezcla de refrigerante que contiene refrigerante R32 también se denominan fluido de trabajo de refrigeración, y el fluido de trabajo de refrigeración puede lubricar eficazmente un compresor para que funcione de manera estable en diferentes condiciones de funcionamiento. El fluido de trabajo de refrigeración constituido por el aceite de refrigeración y el refrigerante R32 o la mezcla de refrigerante que contiene refrigerante R32 también puede lograr ventajosamente un mayor rendimiento de trabajo y promover más la viabilidad de la aplicación práctica en las condiciones de funcionamiento de diferentes temperaturas, presiones y relaciones de carga de refrigerante/aceite de refrigeración proporcionando suficiente viscosidad de trabajo para obtener mejor lubricidad y menor desgaste, debido a su especial miscibilidad y sin usar el aditivo específico mencionado en la referencia 1 (Okido, Takeshi; Takigawa, Katsuya; y Saito, Masanori, "Development of Refrigeration Oil for Use With R32" (2012), International Refrigeration and Air Conditioning Conference. Documento 1216. http://docs.lib.purdue.edu/iracc/1216).
[Antecedentes]
Debido a la amenaza del calentamiento global, en conformidad con el Protocolo de Kioto y el Protocolo de Copenhague, varios países comienzan a moderar las emisiones de carbono y, por lo tanto, las regulaciones de las emisiones de carbono se están volviendo gradualmente estrictas. Además de cumplir con los requisitos y el programa de uso de refrigerantes relevantes, las empresas industriales de refrigeración y aire acondicionado también deben considerar de modo práctico el mantenimiento del rendimiento en la aplicación de la nueva generación de refrigerantes/aceites de refrigeración, la continuación de los equipos existentes, la viabilidad técnica, seguridad y coste de aplicación, etc.
La nueva generación de refrigerantes respetuosos con el medio ambiente generalmente incluye hidrofluoroolefinas (HFO) y sus mezclas, amoniaco (R717), dióxido de carbono (R744), hidrocarburos (tales como R290, R600, etc.) y difluorometano (R32), etc. El uso de hidrofluoroolefinas (HFO) y sus mezcla debe considerar el coste de aplicación, el amoniaco (R717) tiene problemas de toxicidad y corrosión, el refrigerante dióxido de carbono (R744) implica un mayor coste de equipo, y el refrigerante de hidrocarburos tiene problemas potenciales de inflamabilidad y explosión. Sin embargo, dado que el potencial de agotamiento del ozono (ODP) por el difluorometano (R32) que pertenece a los refrigerantes HFC es cero y su potencial de calentamiento global (GWP) es solo aproximadamente 1/3 de los refrigerantes HFC tales como el R410A convencional (mezcla de componentes) o el R134A (componente único), se ha aplicado ampliamente a varias mezclas refrigerantes para equilibrar el efecto de GWP. Por lo tanto, basándose en la consideración de las propiedades integrales, el refrigerante R32 se considera como uno de la próxima generación de refrigerantes respetuosos con el medio ambiente que tienen la mayor aplicabilidad.
El refrigerante difluorometano (R32) se ha producido y aplicado desde la década de 1990 a gran escala. Las mezclas refrigerantes existentes, tales como R410A, R407C, etc., son mezclas de difluorometano (R32). El refrigerante R32 es uno de los refrigerantes más ampliamente usados y de menor coste. Sin embargo, debido a su inmiscibilidad con el aceite de refrigeración adecuado para los refrigerantes HFC existentes, hasta ahora no se ha usado ampliamente de forma individual. Por lo tanto, en la circunstancia de carecer de la combinación con un aceite de refrigeración adecuado, el difluorometano solo se puede mezclar con otros refrigerantes HFC que tienen un elevado GWP (índice de efecto invernadero) para cumplir las condiciones de aplicación existentes. Por ejemplo, los componentes del refrigerante común R410A son R32/R125 (50/50), cuyo GWP es de hasta 1725, y el del propio R32 es de solo 650. Si el refrigerante R410A se reemplaza completamente por R32, el GWP se reducirá hasta un 62%.
Aunque se clasifica igual que los refrigerantes HFC, el difluorometano (R32) no es aplicable a los aceites de refrigeración respetuosos con el medio ambiente que son exclusivamente para una serie de HFC comercialmente disponibles desarrollados desde la década de 1990 y no son adecuados para el difluorometano (R32). Los aceites de refrigeración adecuados para usar con difluorometano (R32), que se describen en el documento TW 201333177 A1 (referencia de patente 1) o TW 201435080 A1 (referencia de patente 2) o en desarrollo, se centran en resolver los problemas de miscibilidad, y se implementa principalmente mediante el uso de ácidos grasos de cadena ramificada específicos para aumentar la miscibilidad. El coste de los ácidos grasos de cadena ramificada específicos, tales como el ácido 2-metilbutanoico, ácido 2-metilpentanoico, ácido 2-etilbutanoico (referencia de patente 1) y ácido 2-metilpropanoico (referencia de patente 2), etc., es relativamente alto, y la diferencia de miscibilidad con el refrigerante R32 de los ácidos grasos de cadena ramificada específicos en combinación con los ácidos grasos tales como el ácido 2-etilhexanoico o el ácido 3,5,5-trimetilhexanoico, es tan grande que la miscibilidad estable no se puede controlar fácilmente. Cuando un compresor requiere que el aceite de refrigeración tenga una viscosidad o miscibilidad diferente para su aplicación, es difícil que la estructura reivindicada en el documento TW 201333177 A1 obtenga una solución en un programa que implique la miscibilidad completa para una viscosidad cinemática de 22 a cSt (40°C) debido a la limitación de la estructura. El POE que tiene una estructura de cadena completamente ramificada mencionado en el documento TW 201333177 A1 produce un índice de viscosidad bajo (normalmente igual o menor que 95). Debido al hecho de que la viscosidad disminuye significativamente a medida que aumenta la temperatura de funcionamiento, después de combinarse con refrigerante, este tipo de aceite de refrigeración tiende a producir una lubricidad insuficiente y hace que el equipo se desgaste o muestre un bajo rendimiento de funcionamiento. Este tipo de aceite de refrigeración se debe combinar con un aditivo específico para garantizar el funcionamiento normal del sistema de refrigeración debido a la consideración de la lubricidad y el desgaste. El uso de un aditivo específico no es beneficioso para la extensión comercial y da como resultado el aumento del coste de aplicación.
La referencia 2 (Takeshi Okido, Katsuya Takigawa, Hitoshi Takahashi, "Development of Refrigeration Oil for Use With R32", 15th International Refrigeration and Air Conditioning Conference en Purdue, 14-17 de julio de 2014) y el documento TW 201435080 A1 (referencia de patente 2) utilizan un éster complejo para mejorar la propiedad de aplicación ajustando el índice de viscosidad y la miscibilidad del aceite de refrigeración descrito. Puesto que la diferente polimerización del éster complejo afectará significativamente a la viscosidad y miscibilidad del aceite de refrigeración, y las estructuras de éster de poliol no neopentílico del éster complejo son desfavorables para la estabilidad a la hidrólisis y la estabilidad a alta temperatura, es necesario considerar especialmente la combinación del éster complejo con aditivos o el aumento de sus valores. Además, la miscibilidad del éster complejo varía notablemente con la viscosidad y, por lo tanto, no es adecuado para un aceite de refrigeración que tenga una viscosidad baja menor de VG ISO 46 (incluido) o una viscosidad alta mayor de VG ISO 120 (incluido).
Hay otros fabricantes que utilizan ácidos superfuertes o ácidos sólidos para impartir simultáneamente diferentes grados de condensación y esterificación de ácidos orgánicos para obtener POE que tiene varias viscosidades y miscibilidades, y el POE se mezcla. Sin embargo, puesto que es difícil controlar el grado de polimerización, la viscosidad y la miscibilidad varían enormemente y la producción no se lleva a cabo comercialmente a gran escala. Además, la reacción de polimerización implica el uso de ácidos superfuertes, dando como resultado rendimientos bajos y un control de costes desfavorable.
El documento US 2013/231498 A1 describe un diéster de neopentilglicol que es un éster mixto de neopentilglicol y ácidos carboxílicos, en donde los ácidos carboxílicos comprenden ácido isobutírico así como ácido 2-etilhexanoico y/o ácido 3,5,5-trimetilhexanoico. Según el documento, el diéster de neopentilglicol se puede usar en un aceite refrigerante o similar ya que presenta excelente miscibilidad con un refrigerante de difluorometano, entre otras propiedades.
El documento GB 2 263 481 A describe una composición refrigerante y lubricante para usar en dispositivos de transferencia de calor de tipo compresión, que comprende: A) al menos un refrigerante hidrofluoroalcano; y B) un lubricante que comprende un aceite de base de éster que es el producto de reacción de al menos un alcohol polihídrico seleccionado de pentaeritritol y los oligómeros del mismo, con al menos un ácido carboxílico alifático, en donde el al menos un ácido carboxílico alifático comprende un neoácido alifático. El refrigerante preferido es el 1,1,1,2-tetrafluoroetano y el neoácido preferido es el ácido piválico.
[Compendio]
Los problemas para resolver por la presente invención
En general, cuanto mayor es la viscosidad del lubricante de refrigeración mayor es la miscibilidad entre el lubricante y el refrigerante. Para el refrigerante difluorometano (R32) este fenómeno es particularmente evidente. Aunque el refrigerante difluorometano (R32) pertenece a los refrigerantes HFC y se usa ampliamente en varias mezclas refrigerantes, tales como R410A, R407C, R404C, etc., desde la década de 1990, el refrigerante difluorometano (R32) en sí es casi inmiscible con todos los aceites de refrigeración existentes desarrollados para refrigerantes HFC.
La presente invención proporciona el uso definido en la reivindicación 1; sus realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones 2 a 9. El éster de poliol obtenido de la reacción ajustando la estructura molecular para modificar la polaridad y el aceite de refrigeración que lo contiene tienen las siguientes tres propiedades: (1) en comparación con los aceites de refrigeración existentes, el aceite de refrigeración descrito en el presente documento tiene una excelente lubricidad y se puede combinar con los aditivos usados en los aceites de refrigeración actualmente existentes adecuados para usar con refrigerantes HFC; (2) cuando el aceite de refrigeración descrito en el presente documento se combina con la nueva generación de refrigerantes respetuosos con el medio ambiente que tienen baja miscibilidad con los aceites de refrigeración actualmente existentes, tiene una miscibilidad adecuada en un intervalo de diferentes viscosidades; y (3) el aceite de refrigeración descrito en el presente documento tiene un índice de viscosidad más alto y un intervalo más amplio de viscosidades de aplicación. Estas propiedades proporcionan suficiente viscosidad de trabajo y lubricidad para el funcionamiento de los equipos de refrigeración (compresores), de modo que se proporciona a las partes mecánicas suficiente protección de lubricación y función de sellado completo, y también debido a que el aceite de refrigeración es adecuadamente miscible con el refrigerante, se pueden evitar los problemas de que el aceite de refrigeración en el evaporador no vuelva al compresor (en lo sucesivo, aceite de retorno) debido a la separación de fases, y la disminución de la transferencia de calor.
Además de la alta lubricidad, el aceite de refrigeración descrito en el presente documento y la composición de lubricante de refrigeración que lo contiene también tienen un índice de viscosidad alto (VI) para proporcionar una protección de viscosidad suficiente en condiciones de operación de alta temperatura y evitar que la viscosidad aumente demasiado en condiciones de operación de baja temperatura de modo que no se produzca una resistencia demasiado grande para el accionamiento o el funcionamiento y, a la vez, se puede reducir el coeficiente de rendimiento (COP) de la refrigeración.
La miscibilidad del refrigerante difluorometano (R32) con aceites de refrigeración es mucho menor que la de un refrigerante HFC normal con aceites de refrigeración. Por lo tanto, las relaciones entre la viscosidad y la temperatura durante el funcionamiento del equipo, de la composición de lubricante de refrigeración que lo contiene son muy importantes. El aceite de refrigeración descrito en el presente documento puede proteger eficazmente un compresor para reducir el desgaste, aumentar la capacidad de sellado y promover el coeficiente de rendimiento (COP) de la refrigeración ajustando opcionalmente la estructura del éster de poliol único (por ejemplo, el producto de reacción de pentaeritritol con 75% en moles de ácido pentanoico lineal y 25% en moles de ácido neopentanoico se considera como un solo tipo de éster de poliol) o mezclando dos o más ésteres de poliol en una relación adecuada para cambiar la miscibilidad entre el aceite de refrigeración y el refrigerante difluorometano (R32) y haciendo además que el fluido de trabajo de refrigeración alcance la viscosidad de trabajo requerida.
Además de la "excelente lubricidad", "viscosidad de trabajo", "miscibilidad con un refrigerante" e "índice de viscosidad" anteriores, el aceite de refrigeración descrito en el presente documento y la composición de lubricante de refrigeración que lo contiene también deben cumplir los otros requisitos estrictos para el lubricante de refrigeración, tales como el ensayo de estabilidad a la oxidación térmica en tubo sellado, estabilidad a baja temperatura, estabilidad a la hidrólisis, índice de ácido, índice de hidroxilo, punto de escurrimiento, punto de inflamación, contenido de agua y rigidez dieléctrica, etc.
[Realizaciones]
En el aceite de refrigeración descrito en el presente documento, la cantidad del éster de poliol sintetizado en la presente invención está entre 50% en peso y 100% en peso, preferiblemente más de 85% en peso.
El(los) ácido(s) graso(s) C4-10 incluidos en el aceite de refrigeración descrito en el presente documento pueden ser preferiblemente ácido(s) graso(s) C5-9, por ejemplo ácido n-pentanoico, ácido n-hexanoico, ácido n-heptanoico, noctanoico, ácido n-nonanoico y ácido n-decanoico.
El(los) neo-ácido(s) graso(s) C5-10 incluidos en el aceite de refrigeración descrito en el presente documento pueden ser un solo ácido o una mezcla de ácidos de neo-ácido(s) grasos(s) C5-10, que comprende un solo ácido o una mezcla de ácidos de ácido neopentanoico a ácido neodecanoico (neo-ácido C5-10), la cantidad de neo-ácido(s) grasos(s) C5-10 implicada en el éster de poliol puede ser de 1-50% en peso, preferiblemente 5-35% en peso, lo más preferiblemente 10-30% en peso.
El poliol que forma el componente éster del aceite de refrigeración descrito en el presente documento es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en: neopentilglicol (NPG), 3-hidroxi-2,2-dimetilpropanoato de 3-hidroxi-2,2-dimetilpropilo (HPHP), trimetilolpropano (TMP), ditrimetilolpropano (DiTMP), pentaeritritol (PE), dipentaeritritol (DiPE) y tripentaeritritol (Tri-PE).
Según las constituciones del/de los ácido(s) graso(s) y la selección del poliol, la viscosidad del aceite de refrigeración descrito en el presente documento está en el intervalo de 22 a 320 cSt a una temperatura de funcionamiento de 40°C, preferiblemente de 32 a 220 cSt, cuyo índice de viscosidad correspondiente a la estructura es de al menos más de 95, preferiblemente más de 100, lo más preferiblemente más de 120.
El aceite de refrigeración descrito en el presente documento usado en combinación con el refrigerante difluorometano (R32) o una mezcla de refrigerante que contiene refrigerante R32 tiene una viscosidad de trabajo y un espesor de película de lubricante más altos para asegurar el efecto de lubricación y evitar el desgaste. Según la referencia 2 publicada por Takeshi Okido, Katsuya Takigawa, Hitoshi Takahashi, "Development of Refrigeration Oil for Use With R32", 15th International Refrigeration and Air Conditioning Conference en Purdue, 14-17 de julio de 2014J se muestra que bajo la premisa del uso de un aceite de refrigeración que tenga el mismo grado de viscosidad VG ISO, un fluido de trabajo de refrigeración que tiene una viscosidad más alta tiene una lubricidad más alta. Según la referencia 3 desarrollada por Jung-Tsung Hung, Jeng-Shiang Tsaih, Hsu-Hua Tang, "A New Method for Calculating Viscosity and Solubility of Lubricant-Refrigerant Mixtures", 5th International Refrigeration and Air Conditioning Conference en Purdue, 14-17 de julio, 2014 y simulación de equipo de ensayo de PVT, el fluido de trabajo de refrigeración constituido por el aceite de refrigeración descrito en el presente documento tiene una viscosidad de trabajo alta.
En el aceite de refrigeración descrito en el presente documento se pueden incorporar uno o más aditivo(s) seleccionado(s) del grupo que consiste en depuradores de ácidos, aditivos de presión extrema, antioxidantes, desactivadores de metales u otros lubricantes de refrigeración sintéticos.
El fluido de trabajo formado con el aceite de refrigeración descrito en el presente documento con diferentes grados de viscosidad de aplicación tiene mayor lubricidad y viscosidad de trabajo en comparación con el fluido de trabajo formado con un lubricante de refrigeración convencional adecuado para refrigerantes HFC, o tiene un alto efecto de lubricación y protección en comparación con el fluido de trabajo formado con aceite de refrigeración adecuado para el refrigerante R32 descrito en la referencia 1 y la referencia 2.
El aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede usar en combinación con diferentes aditivos adecuados para un aceite de refrigeración para refrigerantes HFC usados en la etapa actual, por ejemplo, depuradores de ácidos, aditivos de presión extrema, antioxidantes o desactivadores de metales, pero no es necesario que se use en combinación con aditivos específicos como los descritos en la referencia 1 o adecuados para otros aceites de refrigeración desarrollados recientemente.
El aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede usar en combinación con otros tipos de lubricantes de refrigeración sintéticos, tales como polialquilenglicoles (PAG), poliviniléter (PVE). La relación usada del aceite de refrigeración descrito en el presente documento a otros tipos de lubricantes de refrigeración puede estar entre 100:0 y 60:40, preferiblemente 100:0 y 85:15.
El aceite de refrigeración descrito en el presente documento es adecuado para el refrigerante difluorometano (R32) y una mezcla de refrigerante de refrigerante difluorometano (R32) con otros refrigerantes, cuya relación de mezcla es 100/0-10/90.
La relación usada del aceite de refrigeración descrito en el presente documento al refrigerante puede ser de 1/99-50/50, más preferiblemente 5/95-35/65, lo más preferiblemente 10/90-30/70. Cuando la relación del refrigerante incluido en el mismo es menor que el intervalo mencionado antes, la capacidad de refrigeración se reducirá, y cuando la relación es mayor que el intervalo mencionado antes, se reducirá la lubricidad. El aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede usar para varios compresores de refrigeración.
En la memoria descriptiva de la presente solicitud, un aceite de refrigeración y un lubricante de refrigeración se pueden usar indistintamente.
[Síntesis]
La mayoría de los grupos hidroxilo del poliol implicados en el aceite de refrigeración descrito en el presente documento se deben esterificar, y el índice de hidroxilo del producto obtenido es menor de 15, preferiblemente menor de 5, lo más preferiblemente menor de 3.
El método de síntesis del aceite de refrigeración descrito en el presente documento comprende una etapa de esterificación y una etapa de purificación.
Etapa de esterificación: uno o más ácido(s) graso(s) C4-10 lineal(es) saturado(s) y uno o más neo-ácido(s) graso(s) C5-10 en una cantidad adecuada se hacen reaccionar con uno, dos o más polioles seleccionados de los grupos que consisten en tripentaeritritol, dipentaeritritol, pentaeritritol u otros polioles que tienen un grupo neopentilo en presencia (o ausencia) de catalizador, hasta que el índice de hidroxilo es igual o menor que 15 mg de KOH/g, preferiblemente igual o menor que 5 mg de KOH/g, más preferiblemente igual o menor que 3 mg de KOH/g a una temperatura de reacción en el intervalo de 150 a 250°C, preferiblemente de 180 a 240°C, más preferiblemente de 200 a 230°C, dependiendo del material de partida y el catalizador.
Los catalizadores convencionales incluyen oxalato estannoso, óxido estannoso, cloruro estannoso, titanato de tetrabutilo, titanato de tripropilo o ácido metacrílico y similares.
Etapa de purificación:
Eliminación de agua: el agua se elimina para que quedar igual o inferior a 50 ppm mediante secado con alto vacío.
Eliminación de ácidos residuales: el índice de ácido del éster de poliol se reduce para quedar igual o inferior a 0.02 mg de KOH/g por neutralización con la adición de una base (por ejemplo, hidróxido de sodio, hidróxido de calcio, etc.) y destilación.
Eliminación de catalizador e impureza: el catalizador y la impureza se eliminan realmente por filtración mediante la adición de carbón activo, arcilla, adsorbentes para ácido o base y coadyuvante de filtración (perlita).
Con el fin de evitar que un lubricante se oxide, se deteriore o se descomponga en componentes ácidos que a su vez corroen el interior de un sistema bajo la influencia del calor, que entre un gas externo o humedad en un ciclo de refrigeración debido a una fuga, o residuos tales como agentes anticorrosión que quedan en el ciclo de refrigeración, se puede añadir un depurador de ácidos al aceite de refrigeración. El depurador de ácidos adecuado puede ser éster de glicidilo, éter de glicidilo y a-epoxiolefina, etc. El depurador de ácidos se usa en una cantidad general de 0-2% en peso, preferiblemente 0-1% en peso.
Con el fin de evitar el desgaste de la superficie metálica de la parte deslizante de un compresor, para mejorar la lubricidad y reducir el calor por fricción, se puede añadir un aditivo de presión extrema a un aceite de refrigeración como agente mejorador del desgaste. Los aditivos adecuados pueden ser aditivos de presión extrema basados en fósforo, basados en azufre y de metales orgánicos o inorgánicos. Como aditivos de presión extrema basados en fósforo, se pueden usar ésteres de fosfato de trialquilo y éster de fosfito de trialquilo. Como éster de fosfato de trialquilo, pueden ser ejemplos el fosfato de tricresilo, fosfato de trifenilo, fosfato de tris(ter-butilfenilo), fosfato de monofenilo y bis(terc-butilfenilo), fosfito de difenilo y (terc-butilfenilo), etc. Como ésteres de fosfito de trialquilo, pueden ser ejemplos el fosfito de trietilo, fosfito de tributilo, fosfito de tricresilo, fosfito de tris(nonilfenilo), fosfito de tris(etilhexilo), fosfito de tridecilo, fosfito de trilaurilo, etc. Como aditivos de presión extrema basados en azufre, pueden ser ejemplos grasas sulfuradas, ácidos grasos sulfurados, ésteres sulfurados, olefinas sulfuradas, tiocarbamatos, terpenos de azufre, ésteres de tiodipropionato de dialquilo, etc. Los aditivos de presión extrema se usan en una cantidad general de 0-4% en peso, preferiblemente de 0.2-2% en peso.
Con el fin de evitar que un gas externo entre en un sistema de ciclo de refrigeración conduciendo así a la oxidación o deterioro de un lubricante, se añade opcionalmente un antioxidante, por ejemplo, un antioxidante basado en fenol tal como 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol, 2,6-di-terc-butil-4-etilfenol, 2,2'-metilenbis(4-metil-6-terc-butilfenol), etc., o antioxidantes basados en amina tales como fenil-a-naftilamina, N-N'-difenil-p-fenilendiamina, etc. El antioxidante se usa en una cantidad general de 0-1% en peso, preferiblemente 0-0.5% en peso.
Con el fin de poder formar una película protectora inerte sobre la superficie de un metal o generar quelatos con un ion metálico inhibiendo así la oxidación de un aceite de refrigeración catalizada con el metal o el ion del mismo, se pueden añadir desactivadores de metales a un aceite de refrigeración. Los desactivadores de metales adecuados pueden ser derivados de metilbenzotriazol (tolutriazol), derivados de benzotriazol, derivados de tiadiazol, etc. Los desactivadores de metales se usan en una cantidad general de 0-0.5% en peso, preferiblemente 0-0.2% en peso.
Además de la adición de éster de poliol (POE), también se puede incorporar al aceite de refrigeración descrito en el presente documento polialquilenglicol (PAG) o poliviniléter (PVE) para constituir un fluido de trabajo de refrigeración adecuado para usar con el refrigerante difluorometano (R32). El PAG puede ser un polímero preparado a partir de óxido de propileno (PO), óxido de etileno (EO) y óxido de butileno (BO), etc., solos o en combinación. La viscosidad del PAG se controla controlando el peso molecular del mismo por polimerización, y la miscibilidad del PAG con un refrigerante se controla mediante el rematado de la cadena molecular (rematado simple o doble). El PVE es un polímero que tiene un grupo éter en su cadena lateral. El aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede combinar con PAG o PVE en una relación adecuada, por ejemplo, entre 100:0 y 60:40, para expandir el rendimiento y el campo de aplicación del mismo.
Análisis y métodos de ensayo:
Estabilidad a la oxidación térmica en tubo sellado: De acuerdo con la norma ANSI/ASHRAE 97-2007, en un tubo de vidrio de presión, se cargan un aceite de refrigeración y un refrigerante en una relación en peso 1:1, y después se carga una chapa metálica estándar (cobre, aluminio, acero inoxidable) antes de sellar el tubo de vidrio de presión. Después, el tubo de vidrio de presión se pone en un horno a 175°C durante 14 días. Observando las variaciones de la chapa metálica, el aceite de refrigeración y el refrigerante antes y después del calentamiento, se analiza y compara la estabilidad del aceite de refrigeración bajo una oxidación térmica en tubo sellado.
Estabilidad a la hidrólisis: De acuerdo con la norma ASTM D-2619, se cargan 75 g de un lubricante de refrigeración y 25 g de agua en un recipiente de ensayo en el que después se carga la lámina de cobre estándar que se va a ensayar y se calientan a 93°C durante 48 horas. Observando las variaciones de la lámina de cobre y el lubricante de refrigeración antes y después del ensayo, se evalúa la estabilidad a la hidrólisis del lubricante de refrigeración.
Viscosidad cinemática e índice de viscosidad: De acuerdo con la norma ASTM-D445, la viscosidad cinemática se mide a 40°C y 100°C, basándose en estos dos valores se calcula el índice de viscosidad.
Densidad: Según la norma ASTM-D7042, la densidad de un aceite de refrigeración se mide a 15°C, 40°C y 100°C.
Punto de inflamación: Según la norma ASTM-D92, se mide el punto de inflamación en copa abierta de un aceite de refrigeración.
Punto de escurrimiento: Según la norma ASTM-D97, el punto de escurrimiento de un aceite de refrigeración se mide a baja temperatura.
Solubilidad de un refrigerante en un aceite de refrigeración y viscosidad cinemática de la mezcla obtenida: Se carga un aceite de refrigeración y un refrigerante en una cantidad predeterminada en un recipiente de presión diseñado y configurado por la empresa de los autores de la invención a baja temperatura y alto vacío, en donde la temperatura, la presión y la viscosidad cinemática se pueden medir durante el ensayo. La mezcla se calienta primero a 100°C y luego se enfría gradualmente a 0°C. Durante todo el enfriamiento, se controlan la temperatura, la presión y la viscosidad cinemática de la mezcla, y se toman muestras de la mezcla para analizar los componentes reales del refrigerante y el lubricante de refrigeración incluidos en el mismo.
Establecimiento de la curva de presión-viscosidad-temperatura (curva PVT) de una composición de lubricante de refrigeración: Se representan gráficamente la curva de solubilidad de una mezcla y la curva de viscosidad cinemática de una mezcla mediante el cálculo de los datos controlados antes mencionados. La viscosidad cinemática real de la mezcla y la solubilidad de un refrigerante en un aceite de refrigeración se calculan en unas condiciones de funcionamiento específicas de un compresor usando la curva de solubilidad y la curva de viscosidad cinemática.
Temperatura de separación de dos fases: De acuerdo con la norma ANSI/ASHRAE 86-1994, se cargan un aceite de refrigeración y un refrigerante en un tubo de vidrio de presión en una cantidad específica y después se sella. El tubo de vidrio se pone en un horno a baja temperatura y después se enfría gradualmente para observar la situación de mezclamiento del refrigerante y el aceite de refrigeración. Cuando aparece la niebla blanca hasta que finalmente se separan dos fases a una temperatura que es la temperatura de separación de dos fases.
Rigidez dieléctrica: De acuerdo con la norma ASTM D-877, se determina cualquier producto de descomposición insoluble en un aceite de refrigeración, y la rigidez dieléctrica se mide dentro del intervalo de tiempo entre los ensayos de ruptura repetidas requeridos.
Medición de humedad: De acuerdo con la norma ASTM E-1064, se usa un medidor de humedad tipo coulométrico de Karl Fischer.
Índice de ácido: De acuerdo con la norma ASTM D-974, la titulación se lleva a cabo con una solución de ensayo estándar de KOH 0.05N.
Prueba de lubricidad (ASTM D3233 método B ensayo de carga de fallo): El objeto del ensayo de pasador en V es dirigirse a la medición de la propiedad de llevar carga de un aceite de máquina a una presión extrema y basándose en esto se evalúa el efecto lubricante de un aceite de refrigeración. El contacto de cuatro líneas se consigue mediante la rotación de un extremo de eje de acero fijado in situ mediante pasador de seguridad de cobre con respecto a dos poleas en V fijas. La pieza de ensayo con la abrazadera de soporte se sumerge en una copa de muestra de aceite para un lubricante de aceite. El extremo de eje se acciona a 250 rpm y se aplica la carga a la polea en V. Se inicia el ensayo de carga y se continúa con un deslizamiento durante el ensayo de carga mediante un trinquete (rueda de trinquete). La carga se aumenta gradualmente hasta que se rompe un pasador de seguridad de latón o se rompe un pasador de ensayo por el deslizamiento del trinquete de carga. Los resultados de las mediciones son de torque, los datos relacionados se obtienen de los registros automáticos del ordenador conectado con el dispositivo de ensayo de lubricación Falex, que se presentan en N (libras).
Ejemplos:
Ejemplo 1: Tri-PE (NeoC5, nC5, nC7): Viscosidad 220 mm2/s, denominado éster sintético 1.
Materias primas: tripentaeritritol (TriPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido nheptanoico) (% en peso de los ácidos = 22%:70%:8%), la relación de equivalentes de alcohol a ácido era 1:1.1.
Síntesis: Las materias primas anteriores se cargaron en un reactor de cuatro puertos en la proporción correcta. Después de confirmarse que no había fugas en el reactor, se introdujo una pequeña cantidad de nitrógeno y se elevó la temperatura. Se añadieron 700 ppm de catalizador (tal como catalizador convencional: sulfonato de metilo, óxido estannoso, titanato de tetrabutilo, titanato de tetrapropilo, éster oxalato estannoso o similares) cuando la temperatura de reacción se elevó a 110°C, y después la temperatura se eleva de forma continua a 200-250°C la cual se mantiene durante 8 horas. La reacción se observó haciendo seguimiento para confirmar que el índice de OH del reaccionante era menor de 3, antes de detener la reacción. Después de detener la reacción, se enfrió el producto de reacción. Los ácidos grasos en exceso se eliminaron mediante una destilación a vacío y un modo de lavado con álcali. Finalmente, las impurezas se eliminaron mediante carbones activos, arcilla y adsorbentes para obtener el éster sintético 1 con una viscosidad de 220 mm2/s.
Aditivos: 1% de fosfato de tricresilo, 200 ppm de 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol, 200 ppm de derivados de metilbenzotriazol, 3000 ppm de depurador de ácidos.
Los aditivos añadidos en los siguientes Ejemplos 2~ 16 no se limitan a los usados en el Ejemplo 1 y no es necesario añadirlos por completo.
Ejemplo 2: TriPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 276 mm2/s, denominado éster sintético 2.
Materias primas: tripentaeritritol (TriPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido nheptanoico), (% en peso de los ácidos = 36.7:47.9:15.4), la relación de equivalentes de alcohol a ácido era 1:1.
Los siguientes ejemplos 3~16 eran idénticos al ejemplo 1 en la síntesis, los procedimientos de purificación y la relación de equivalentes de alcohol a ácido.
Ejemplo 3: TriPE (NeoC5, nC5): viscosidad 274 mm2/s, denominado éster sintético 3.
Materias primas: tripentaeritritol (TriPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico), (% en peso de los ácidos = 37.5:62.5).
Ejemplo 4: DiPE/TriPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 124 mm2/s, denominado éster sintético 4.
Materias primas: dipentaeritritol/tripentaeritritol (% en peso de los polioles = 44:56) y NeoC5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 16%:67.5%:16.5%). Ejemplo 5: DiPE/TriPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 93.3 mm2/s, denominado éster sintético 5.
Materias primas: dipentaeritritol/tripentaeritritol (% en peso de los polioles = 75:25) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 32%:48%:20%).
Ejemplo 6: DiPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 68.6 mm2/s, denominado éster sintético 6.
Materias primas: dipentaeritritol (DiPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido nheptanoico), (% en peso de los ácidos = 15.3:45.8:38.9).
Ejemplo 7: DiPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 69.8 mm2/s, denominado éster sintético 7.
Materias primas: dipentaeritritol (TriPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido nheptanoico), (% en peso de los ácidos = 17.8: 60.4: 21.8).
Ejemplo 8: DiPE (NeoC5, nC5): viscosidad 68.2 mm2/s, denominado éster sintético 8.
Materias primas: dipentaeritritol y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico), (% en peso de los ácidos = 18.3%:81.7%).
Ejemplo 9: DiPE (NeoC10, nC5): viscosidad 67.7 mm2/s, denominado éster sintético 9.
Materias primas: dipentaeritritol (DiPE) y Neo-C10 (ácido neodecanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico), (% en peso de los ácidos = 24%:76%).
Ejemplo 10: DiPE (NeoC5, nC7): viscosidad 68.5 mm2/s, denominado éster sintético 10.
Materias primas: dipentaeritritol (DiPE) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 15%:85%)
Mezcla de ésteres 1: una mezcla de éster sintético 8 y éster sintético 10 en una relación en peso de 75:25, viscosidad 67.8 mm2/s.
Ejemplo 11: PE/Di-PE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 48.2 mm2/s, denominado éster sintético 11.
Materias primas: pentaeritritol/dipentaeritritol (% en peso de polioles = 41:59) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 49.8%:33.4%:16.8%).
Ejemplo 12: DiPE (NeoC5, nC5): viscosidad 49.8 mm2/s, denominado éster sintético 12.
Materias primas: dipentaeritritol y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico), (% en peso de los ácidos = 1%:99%).
Ejemplo 13: PE/DiPE (NeoC5, nC5): viscosidad 31.3 mm2/s, denominado éster sintético 13.
Materias primas: dipentaeritritol/pentaeritritol (% en peso de los polioles = 55:45) y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico), (% en peso de los ácidos = 18%:82%).
Ejemplo 14: mezcla de ésteres 2: una mezcla de éster sintético 8 y Ze-Gles RB68EP (aceite de refrigeración adecuado para refrigerantes HFC convencionales disponibles comercialmente) del ejemplo comparativo 8 en una relación en peso de 1:1, viscosidad 67.4 mm2/s.
Ejemplo 15: PE (NeO-5, nC5, nC7): viscosidad 22.8 mm2/s, denominado éster sintético 14.
Materias primas: pentaeritritol y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 26%:28%:46%)
Ejemplo 16: TPE (NeoC5, nC5, nC7): viscosidad 315 mm2/s, denominado éster sintético 15.
Materias primas: tripentaeritritol y Neo-C5 (ácido neopentanoico)/nC5 (ácido n-pentanoico)/nC7 (ácido n-heptanoico), (% en peso de los ácidos = 34.7%:58.7%:6.6%).
Tabla 1: Característica de viscosidad del éster sintético de cada uno de los ejemplos:
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Ejemplos comparativos:
Ejemplo comparativo 1: Lubrizol (CPI): Solest 220
Ejemplo comparativo 2: Lubrizol (CPI): Solest 320
Ejemplo comparativo 3: CPI Emkarate RL-100H
Ejemplo comparativo 4: aceite sintético 5A de la referencia de patente 1
Ejemplo comparativo 5: aceite sintético 3A de la referencia de patente 1
Ejemplo comparativo 6: DiPE (C5, ácido 3,5,5-trimetilhexanoico): viscosidad 122 mm2/s, denominado éster sintético 16.
Materias primas: dipentaeritritol y C5 (ácido n-pentanoico)/ácido trimetilhexanoico, (% en peso de los ácidos = 76.3%:23.7%).
Ejemplo comparativo 7: CPI EMKARATE RL-68H
Ejemplo comparativo 8: Aceite JX Nippon: Ze-Gles RB68EP
Ejemplo comparativo 9: Emkarate RL-46H
Ejemplo comparativo 10: Emkarate RL-32H
Tabla 2: Propiedad básica del éster sintético de cada uno de los ejemplos comparativos
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Para una clase de lubricantes de POE, la presencia de alta humedad conduce fácilmente a que se produzca la reacción inversa de la esterificación en un sistema de refrigeración, de modo que los ésteres se escinden en ácidos y se reduce la estabilidad de un lubricante de refrigeración. Además, cuando se opera a bajas temperaturas, el exceso de humedad se congela fácilmente, daña fácilmente el sistema y reduce la superficie de transferencia de calor. Todos los ejemplos de la presente invención aseguran que el agua es inferior a 50 ppm y cumplen los estándares para lubricantes de refrigeración de POE generales.
El principal impacto del índice de ácido en un sistema de refrigeración tiene dos aspectos principales: un índice de ácido alto acelera fácilmente una reacción de escisión y produce corrosión de los materiales metálicos del interior del sistema. Los ejemplos 1~14 de la presente invención se han purificado todos para asegurar que el índice de ácido cumple los estándares para el lubricante de refrigeración de POE convencional, y es típicamente 0.02 mg de KOH/g.
Un aceite de refrigeración en un sistema de refrigeración se pone en contacto fácilmente con materiales eléctricos. La rigidez dieléctrica es un parámetro importante en la evaluación de las propiedades aislantes de un lubricante de refrigeración. Una rigidez dieléctrica demasiado baja conduce fácilmente a que se produzca un cortocircuito durante el funcionamiento dando así como resultado el quemado del motor. Los principales factores que afectan a la rigidez dieléctrica comprenden, además de la característica estructural del propio aceite de refrigeración, la eliminación de impurezas y agua después de la reacción (que contiene materias primas residuales sin reaccionar, catalizadores, etc.) que es particularmente importante. Los ésteres sintéticos y las mezclas de ésteres descritos en el presente documento se han sometido todos a la eliminación de agua y tratamiento de purificación para garantizar que la rigidez dieléctrica cumple los estándares para el lubricante de refrigeración de POE general.
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En general, cuanto mayor es la viscosidad del aceite de refrigeración peor es la miscibilidad del aceite de refrigeración con un refrigerante. Sin embargo, se puede encontrar en la tabla anterior que, en la presente invención, las viscosidades cinemáticas de los POE de los ejemplos 1~4 están en un intervalo de 122-276 cSt que es más alto que las viscosidades cinemáticas de 120-220 cSt de los POE de los ejemplos comparativos 1 ~2. Además, la temperatura de separación de dos fases de los POE de los ejemplos 1 ~4 se puede ajustar de acuerdo con sus componentes y los índices de viscosidad de los mismos se mantienen para que sean iguales o superiores a 100, sin embargo, los aceites de refrigeración adecuados para refrigerantes HFC convencionales disponibles comercialmente no son miscible con el refrigerante difluorometano (R32) dentro del intervalo de viscosidad, independientemente del índice de viscosidad alto o bajo.
Recientemente, la referencia de patente 1 en relación con el refrigerante R32 detalla que el POE obtenido a partir de butirato de 2-metilo, ácido 3,5,5-trimetilhexanoico y dipentaeritritol tiene una viscosidad de hasta 220 ~ 276 cSt y es miscible con el refrigerante R32, pero su índice de viscosidad es menor que 90 mediante cálculo, y su lubricidad será menor que la de los ésteres sintéticos de los ejemplos 1~3 de la presente invención.
Además, el documento TW 201435080 A1 (referencia de patente 2) detalla que el POE obtenido a partir de ácido 2­ metilpropanoico o ácido 2-metilpentanoico, ácido 3,5,5-trimetilhexanoico y dipentaeritritol tiene una viscosidad de hasta 220 cSt, pero su índice de viscosidad también es menor que 90 mediante cálculo, debido a la presencia de estructura ramificada en el mismo, y su lubricidad será también menor que la de los ésteres sintéticos de los ejemplos 1~3 de la presente invención.
Los siguientes Lubrizol (CPI) del ejemplo comparativo 1 y 2: Solest 220 y Solest 320 son representativos de aceite de refrigeración de POE disponible comercialmente que tiene una alta viscosidad adecuada para usar con refrigerante HFC, pero no son miscibles con el refrigerante R32.
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En comparación con el aceite de refrigeración del ejemplo comparativo 5, los aceites de refrigeración del ejemplo 6~10 y el ejemplo 14 de la presente invención tienen índices de viscosidad más altos y obviamente más opciones en cuanto a la miscibilidad con el refrigerante R32, y ofrecen más protección de sellado y lubricación de un compresor, evitan fugas de refrigerante y mejoran la eficiencia operativa, además de garantizar el retorno del aceite de refrigeración desde un evaporador. Los aceites de refrigeración de POE del ejemplo comparativo 7 y del ejemplo comparativo 8 adecuados para refrigerantes HFC tradicionales no son miscibles con el refrigerante R32, es decir, se produce separación de fases a temperatura ambiente.
El ejemplo 6~10 y 14 de la presente invención muestran que con viscosidades e índices de viscosidad aproximados, la relación de composición del aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede ajustar según sea necesario, cambiando así la miscibilidad con el difluorometano (R32) o la mezcla de refrigerante que contiene el refrigerante R32. Además, en respuesta a las necesidades del compresor en funcionamiento en cuanto a la miscibilidad y la temperatura de separación de dos fases que se proporcionará, bajo la premisa de asegurar la viscosidad de trabajo de manera que se mantenga un índice de viscosidad alto, se satisface la necesidad de protección de lubricación del compresor y se mejora la eficiencia operativa.
Los ejemplos 10 y 14 de la presente invención muestran que los aceites de refrigeración descritos en el presente documento se pueden mezclar entre sí según las necesidades, o con el aceite de refrigeración adecuado para usar con refrigerantes HFC convencionales disponibles comercialmente para cambiar la miscibilidad con difluorometano (R32) o la mezcla de refrigerante que contiene el refrigerante R32, y en respuesta a las necesidades del compresor en funcionamiento en cuanto a la miscibilidad que se proporcione, se satisface la necesidad de protección de lubricación del compresor y se mejora la eficiencia operativa. La mezcla del aceite de refrigeración del ejemplo 14 con el aceite de refrigeración adecuado para usar con refrigerantes HFC convencionales disponibles comercialmente también amplía las aplicaciones del mercado.
El ejemplo comparativo 6 es la realización obtenida por la empresa de los autores de la invención implementando la optimización estructural del aceite de refrigeración de POE adecuado para usar con refrigerantes HCF convencionales basado en la miscibilidad con el refrigerante R32, el cual es miscible con el refrigerante R32 a temperatura de -8°C, sin embargo cuando es miscible con el refrigerante R32, su viscosidad está limitada a 50~80 cSt debido a que está limitada por la estructura, y su lubricidad es inferior a los de las estructuras obtenidas en los ejemplos proporcionados en la presente invención después del ensayo.
Tabla 6: Comparación de las miscibilidades con el refrigerante R32 de los ejemplos con los ejemplos comparativos en grados de VG ISO 22~46
Figure imgf000015_0001
Nota:
Ej: Ejemplo
EC: Ejemplo comparativo
S: éster sintético
E46H: Emkarate RL-46H
E32H: Emkarate RL-32H
Ta.: temperatura ambiente
Todavía se mantienen índices de viscosidad más altos en el ejemplo 11~13 de la presente invención cuando se encuentra en un intervalo de viscosidad más bajo. Además, se proporciona una temperatura de miscibilidad adecuada, dependiendo de las necesidades del compresor en funcionamiento. Aunque los aceites de refrigeración de POE con este intervalo de viscosidad adecuados para usar con refrigerantes HFC convencionales tienen índices de viscosidad aproximados, no obstante las miscibilidades con el refrigerante R32 todavía no son tan buenas, es decir, la separación de dos fases se produce a temperatura ambiente o alrededor de la temperatura ambiente.
Comparación de la viscosidad de trabajo: Las condiciones de funcionamiento de las composiciones de aceite de refrigeración son de hecho ensayadas y simuladas por un dispositivo PVT proporcionado por la empresa de los autores de la invención.
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Tomando la viscosidad VG ISO 68 como ejemplo, las viscosidades de trabajo de los ásteres sintéticos de los ejemplos 6, 7 y 8 son todas más altas que las del aceite sintético 3A de la referencia de patente 1 usado en el ejemplo comparativo 5 después de haber sido medida de hecho bajo la premisa de que la cantidad de refrigerante y la temperatura del tanque de aceite se controlan para que sean idénticas. La presión del áster sintético de cada uno de los ejemplos es menor que la del ejemplo comparativo en las mismas condiciones de medición, lo que muestra que los efectos de lubricación y protección de los ésteres sintéticos de los ejemplos son significativamente mejores que los del ejemplo comparativo en la condiciones de funcionamiento.
Bajo la premisa de excluir las cuestiones de seguridad y cumplir con los requisitos reglamentarios, se espera que el refrigerante R32 se desarrolle hacia las aplicaciones de grandes equipos de refrigeración en el futuro. La aplicación de la combinación de aceites de refrigeración con viscosidad VG ISO 100 o más con el refrigerante R32 es la dirección del desarrollo en el futuro. En la aplicación de baja viscosidad, después de superar las dificultades en el diseño y fabricación de pequeños equipos, la combinación del refrigerante R32 con el aceite de refrigeración favorece la aplicación de pequeños equipos tales como refrigeradores y deshumidificadores debido a las ventajas del coste y rendimiento. Por lo tanto, el éster sintético 5 que tiene la viscosidad VG ISO 100 del ejemplo 5 y el éster sintético 13 que tiene la viscosidad VG ISO 32 del ejemplo 13 en la tabla anterior también se miden realmente para obtener datos de trabajo relevantes.
Figure imgf000018_0001
La norma ANSI/AHRI 540 especifica el método de simulación normal para evaluar el rendimiento de un compresor. De acuerdo con las condiciones especificadas en la misma, se evalúan los fluidos de trabajo formados por los ésteres sintéticos del ejemplo 6, 7 y 8 de la presente invención y el refrigerante R32 basándose en lo cual se demuestra que los fluidos de trabajo formados por los ésteres sintéticos del ejemplo 6, 7 y 8 de la presente invención y el refrigerante R32, además de cumplir el requisito de una temperatura de separación de dos fases específica, son significativamente superiores al fluido de trabajo formado por el aceite sintético 3A de la referencia de patente 1 del ejemplo comparativo 5 y el refrigerante R32 en las viscosidades de trabajo, estando la diferencia de viscosidad entre estos en el intervalo de 8.8% a 25%. La viscosidad de trabajo más alta de un fluido de trabajo asegura que la película de lubricante formada es más espesa, tiene una mejor lubricidad y una buena capacidad de sellado.
El aceite de refrigeración que tiene una viscosidad VG ISO 68 se usa actualmente en un compresor rotatorio de aire acondicionado doméstico que usa habitualmente el refrigerante R410A. El fluido de trabajo de dicho sistema está formado por RB68 del ejemplo comparativo 8 y el refrigerante R410A. Las viscosidades de trabajo de los fluidos de trabajo formados por los ésteres sintéticos del ejemplo 6~8 de la presente invención y el refrigerante R32 son comparables o superiores a las del fluido de trabajo formado por RB68 del ejemplo comparativo 8 y el refrigerante R410A, por lo que se asegura que la película lubricante es más espesa, tiene una mejor lubricidad y una buena sellabilidad durante el funcionamiento del compresor.
Ensayo de estabilidad a la oxidación térmica en tubo sellado, método de ensayo: Norma ANSI/ASHRAE 97-2007
En el sistema de refrigeración, cuando se evalúa la estabilidad de un aceite de refrigeración, se usa lo más habitualmente el ensayo de estabilidad a la oxidación térmica en tubo sellado. La mayor diferencia entre este método y el método general para evaluar la estabilidad de un aceite de refrigeración consiste en que: el ensayo se lleva a cabo en unas condiciones en que un refrigerante sea miscible con un aceite de refrigeración a temperatura alta y presión alta, lo que puede acelerar la identificación de la diferencia en la estabilidad del aceite refrigerante. El hecho de que la estabilidad a la oxidación térmica empeore, conduce a la descomposición de un refrigerante y un aceite de refrigeración, a su vez produce fácilmente el bloqueo y corrosión del sistema y aumenta el desgaste.
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Figure imgf000020_0001
El aceite de refrigeración descrito en el presente documento mantiene una excelente estabilidad a la oxidación térmica en un entorno de refrigerante R32, y después de la estabilidad a la oxidación térmica en tubo sellado, la calidad del aceite de refrigeración no se deteriora significativamente y el aspecto de la chapa de metal tampoco se corroe.
Comparación de la estabilidad a la hidrólisis (ASTM D-2619)
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O El aceite de refrigeración descrito en el presente documento mantiene una excelente estabilidad a la hidrólisis en un entorno de refrigerante R32.
En general, la oportunidad de entrar en contacto con la humedad en un sistema de refrigeración sellado es mínima, sin embargo, para un sistema de refrigeración grande, todavía es posible que la humedad entre en el sistema de refrigeración debido a la negligencia de la operación, y para un sistema de refrigeración pequeño también es posible que la humedad entre en el sistema de refrigeración debido a las necesidades de mantenimiento y reparación o carga de refrigerante, por lo tanto, el uso de un aceite de refrigeración que tenga resistencia a la hidrólisis puede evitar la hidrólisis de un aceite de refrigeración causada por la entrada de una pequeña cantidad de humedad en el sistema, y que a su vez da como resultado la abrasión o desgaste del sistema o bloquea el sistema por la formación de lodos.
De acuerdo con los resultados del ensayo de hidrólisis que se muestran en la tabla 10, la estructura del aceite de refrigeración descrito en el presente documento tiene una buena estabilidad a la hidrólisis, por lo tanto, en condiciones anormales de agua de 500 PPM, solo las adiciones de los aditivos ampliamente usados para refrigerantes HFC pueden mantener un fluido de refrigeración estable y prevenir la descomposición, y prevenir la aparición corrosión de una muestra de metal.
Comparación del ensayo de lubricidad (ASTM D 3233 Métodos de ensayo para la medición de las propiedades de presión extrema del lubricante fluido)
Tabla 11: Resultados de lubricidad medidos con la máquina de ensayo Falex
Figure imgf000023_0001
De acuerdo con los resultados del ensayo de lubricidad Falex mostrados en lo anterior, los efectos de lubricación del aceite de refrigeración que tiene viscosidad VG ISO 68 de los ejemplos 6 y 8 de la presente invención son obviamente superiores a los del aceite de refrigeración que tiene la misma viscosidad adecuado para uso con refrigerantes HFC disponibles comercialmente de los ejemplos comparativos 7~8 y el aceite sintético 3A que tiene la misma viscosidad adecuado para uso con el refrigerante R32 de la referencia de patente 1 del ejemplo comparativo 5. Los efectos de lubricación del aceite de refrigeración que tiene viscosidad 93 (VG ISO 100) del ejemplo 5 de la presente invención también son obviamente superiores a los del aceite sintético 5A que tiene viscosidad 97.8 (VG ISO 100) adecuado para uso con el refrigerante R32 de la referencia de patente 1 del ejemplo comparativo 4. Los efectos de lubricación del aceite de refrigeración que tiene viscosidad baja VG ISO 46/32/22 de los ejemplos 12, 13 y 14 de la presente invención también son superiores a los del aceite de refrigeración EMKARATE RL-32H que tiene viscosidad VG ISO 32 ampliamente usado para refrigerante HFC disponible comercialmente del ejemplo comparativo 10.
Al estar restringido a la limitación de miscibilidad y lubricidad, un aceite de refrigeración que tiene viscosidad VG ISO superior a 220 (incluido) y adecuado para uso con el refrigerante R32 no está desarrollado actualmente en la industria, el intervalo de viscosidad del aceite de refrigeración descrito en el presente documento se puede ampliar de VG ISO 22 VG a ISO 320 debido a su factor de estructura. Las lubricidades de los aceites de refrigeración que tienen viscosidad alta del ejemplo 1 (VG ISO 220) y ejemplo 15 (VG ISO 320) son obviamente superiores a las de Solest 220 que tiene viscosidad VG ISO 220 y Solest 320 que tiene viscosidad VG ISO 320 ampliamente usados para el refrigerante HFC del ejemplo comparativo 1 y ejemplo comparativo 2 mostrados en la Tabla 11.
Para resumir la interpretación anterior, se muestra a partir de los resultados del ensayo de desgaste Falex, que los aceites de refrigeración de los ejemplos de la presente invención que tienen varios grados de viscosidad son superiores a los ejemplos comparativos debido a la estructura específica del ácido graso implicado en los mismos, independientemente del nivel de viscosidad. Se muestra que la lubricidad del aceite de refrigeración descrito en el presente documento es obviamente superior a la de diversos aceites de refrigeración adecuados para usar con refrigerante HFC, además del aceite de refrigeración específicamente adecuado para usar con el refrigerante R32.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Uso de una composición que comprende uno o más éster(es) de poliol (POE) obtenidos haciendo reaccionar - uno o más polioles con
- uno o más ácidos grasos de cadena lineal C4-10 y uno o más neo-ácidos C5-10
como aceite de refrigeración para un refrigerante de difluorometano (R32) o una mezcla de refrigerante de difluorometano (R32) con otros refrigerantes, cuya relación de mezcla es de 100/0 a 10/90,
en donde
el éster de poliol tiene una viscosidad cinemática de entre 22 y 320 cSt a 40°C según la norma ASTM-D445; y el éster de poliol es miscible con un refrigerante de difluorometano (R32) a una temperatura mayor de -50°C y menor de 15°C (20% de un éster de poliol en un refrigerante) según la norma ANSI/ASHrA e 86-1994.
2. Uso de la reivindicación 1, en donde la composición comprende dos o más de los ésteres de poliol (POE).
3. Uso de la reivindicación 1, en donde la composición comprende además uno o más ésteres de poliol obtenidos haciendo reaccionar uno o más polioles con ácido(s) graso(s) de cadena lineal C4-10.
4. Uso de la reivindicación 1, en donde el/los poliol(es) es/son al menos uno seleccionado del grupo que consiste en neopentilglicol (NPG), 3-hidroxi-2,2-dimetilpropanoato de 3-hidroxi-2,2-dimetilpropilo (HPHP), trimetilolpropano (TMP), ditrimetilolpropano (DiTMP), pentaeritritol (PE), dipentaeritritol (DiPE) y tripentaeritritol (Tri-PE).
5. Uso de la reivindicación 1, en donde el/los neo-ácido(s) C5-10 comprende(n) ácido neopentanoico, ácido neohexanoico, ácido neoheptanoico, ácido neooctanoico, neononanoico o ácido neodecanoico, o una mezcla de cualquiera de los ácidos mencionados anteriormente.
6. Uso de la reivindicación 1, en donde el aceite de refrigeración y el refrigerante se usan en una cantidad de 1/99-50/50.
7. Uso de la reivindicación 1, en donde la composición comprende además aditivos de presión extrema, desactivadores de metales, depuradores de ácidos, antioxidantes u otros lubricantes de refrigeración sintéticos.
8. Uso de la reivindicación 7, en donde los otros lubricantes de refrigeración sintéticos son polialquilenglicoles (PAG) o poliviniléter (PVE), en donde la relación del éster de poliol incluido en el aceite de refrigeración con respecto al PAG o PVE es de entre 100:0 y 60:40.
9. Uso de la reivindicación 7, en donde los aditivos de presión extrema se añaden en una cantidad del 0-4% en peso, los desactivadores de metales se añaden en una cantidad del 0-0.5% en peso, los depuradores de ácidos se añaden en una cantidad del 0-2% en peso, y los antioxidantes se añaden en una cantidad del 0-1% en peso.
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