JP2011513538A - ブロックコポリマー油リターン剤 - Google Patents

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Abstract

本発明は、冷凍システムの油リターンおよびシステム性能を向上させるために鉱油および/または含酸素潤滑油などの潤滑油の冷媒との混和性を増加させるフッ素を含まない高分子油リターン剤に関する。油相と相溶性のブロック、および冷媒相と相溶性の少なくとも1つのブロックを有するフッ素を含まないブロックコポリマーが、潤滑油をHFCおよびHFO冷媒と効果的に相溶化させ得ることが見出された。

Description

本発明は、鉱油および/または合成油潤滑油をハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、およびハイドロフルオロオレフィンベースの冷媒で可溶化するまたは分散させる高分子油リターン剤ならびにそれらを含有する冷媒組成物に関する。本高分子油リターン剤は、油相と相溶性の少なくとも1つのブロックおよび冷媒相と相溶性の少なくとも1つのブロックを有する、フッ素を含まないブロックコポリマーである。フッ素を含まないブロックコポリマー油リターン剤は、冷凍システムにおける非圧縮機ゾーンから圧縮機ゾーンに戻る鉱油および/または合成油潤滑油のより効率的なリターンを提供する。
ほとんどの冷凍圧縮機は、クロロフルオロカーボン(CFC)およびハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)冷媒と一緒に鉱油潤滑油を使用する。安価な、耐久性がある潤滑油であることに加えて、鉱油は、良好な油リターンを提供する上で重要である、CFCおよびHCFCと混和性である。不十分な油リターンのシステムでは、圧縮機を出る油は冷凍システム中の様々なポイントにたまり、圧縮機に戻らず、閉塞、不十分な潤滑、および効率の低下につながる。
継続する規制圧力がオゾン破壊性物質の使用を制限する状態で、冷凍業界は、非オゾン破壊性ハイドロフルオロカーボン(HFC)ベースの冷媒へ移行してきた。しかしながら、HFCは、十分な性能を提供するために必要な鉱油などの従来の潤滑油との混和性に欠ける。これにより、ポリオールエステル(POE)油、ポリアルキレングリコール(PAG)油、およびポリビニルエーテル(PVE)油などの含酸素潤滑油を活用することになった。これらの新規潤滑油は、従来の鉱油潤滑油よりかなり高価であり得るし、極めて吸湿性であり得る。水とのそれらの組み合わせは、冷凍システムの一部を腐食し、そしてスラッジの形成につながり得る酸の望ましくない形成をもたらし得る。そのため、冷凍業界がHFCベースの冷媒を鉱油および/または含酸素潤滑油と一緒に利用し得るように、この低い溶解性および油リターン問題を解決する必要および機会がある。
米国特許第6,516,837号明細書は、潤滑油が保持され、そして冷媒、界面活性剤および可溶化剤を含む組成物がシステムへ導入されながら塩素含有冷媒が除去される冷凍システムへの冷媒の導入方法を開示している。この特許は、HFCを含む、多くの非塩素含有冷媒が、鉱油およびアルキルベンゼンまたはポリオレフィンなどの従来使用されたタイプの潤滑油に比較的不溶性および/または不混和性であるので、界面活性剤および可溶化剤を必要とすることを開示している。
米国特許第6,299,792号明細書は、ハロゲン化炭化水素、油、油リターン剤および任意選択的に油リターン剤キャリアを含むハロゲン化炭化水素冷媒組成物を開示している。開示されている油リターン剤は、ランダムフッ素化コポリマーである。
米国特許第6516837号明細書 米国特許第6299792号明細書
本発明は、HFC、HFO、および/またはHCFCベースの冷媒との潤滑油の溶液または安定な分散系を生成し、冷凍システムを通しての改善された潤滑油移送と他の冷凍システムゾーンから冷凍システム圧縮機に戻る潤滑油油リターンとを可能にする高分子油リターン剤を提供することによって冷凍業界のこれらのニーズに応えるものである。本発明の高分子油リターン剤は、従来の鉱油および/または含酸素油と組み合わせて使用されるときに有効である。
本発明は、冷凍システムの油リターンおよびシステム性能を向上させるために、鉱油および/または含酸素潤滑油などの潤滑油の、ハイドロフルオロカーボン(HFC)およびハイドロフルオロオレフィン(HFO)を含む、ハロゲン化冷媒との混和性を増加させる高分子油リターン剤を提供する。フッ素を含まないブロックコポリマーが鉱油および/または含酸素潤滑油をHFC冷媒と効果的に相溶化させ得ることが見出された。フッ素を含まないブロックコポリマーは、油相と混和性の、少なくとも1つのフッ素を含まないブロックA、および冷媒相と混和性の、少なくとも1つのフッ素を含まないブロックBからなる。本発明のフッ素を含まないブロックコポリマーには、当業者によって知られるであろう、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、マルチブロックコポリマー、星形コポリマー、櫛形コポリマー、グラジエント含有ブロックコポリマー、およびブロック構造を有する他のコポリマーが含まれる。好ましいジブロックおよびトリブロックコポリマーには、A−BおよびA−B−Aブロックコポリマーが含まれる。
本発明は、冷凍システムでの油リターン剤としてのフッ素を含まないブロックコポリマーの使用に関する。本発明のフッ素を含まないブロックコポリマーは好ましくは、制御ラジカル重合(CRP)によって形成されるものである。本発明のフッ素を含まないブロックコポリマーとして、当業者によって知られるであろう、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、マルチブロックコポリマー、星形コポリマー、櫛形コポリマー、グラジエント含有ブロックコポリマー、およびブロック構造を有する他のコポリマーが含まれる。フッ素を含まないとは、本明細書で用いるところでは、本発明のブロックコポリマーがモノマー単位のどちらにも実質的な量のフッ素置換を含有しないことを意味する。すなわち、コポリマーは実質的にフッ素を含まない。微量のまたは少量のフッ素は、油リターン剤としての本発明のコポリマーの効能に悪影響を及ぼさない量で存在してもよい。
コポリマーセグメントがニトロキシド媒介重合などのCRP技法を用いて合成されるとき、それは多くの場合グラジエントまたはプロファイルドコポリマーと称される。このタイプのコポリマーは、反応の全体にわたるフリーラジカルの一定の生成のために、鎖の組成が一様ではないであろう従来のフリーラジカル法によって得られるコポリマーとは異なる。制御ラジカル重合中に鎖は重合の全体にわたって活性のままであり(すなわち、モノマーミックスは成長する鎖の寿命にわたって固定状態ではなく)、従って鎖の組成は一様であり、反応時間について相当するモノマーミックスに依存する。
グラジエント含有ブロックコポリマーの例は、1セグメントから使用されるモノマーが次の順次セグメントにおいて微量成分としてさらに反応することを許されるときである。例えば、ABジブロックコポリマーの第1ブロック(Aブロック)に使用されるモノマーミックスが80%転化率までのみ重合させられ、次に未反応モノマーの残りの20%がBブロックセグメントのために加えられた新モノマーと反応することを許される場合、その結果は、BセグメントがAセグメント組成物のグラジエントを含有するABジブロックコポリマーである。
本発明では、フッ素を含まないブロックコポリマーにはまた、ランダムではない統計コポリマーが含まれる。統計コポリマーは、かなりの並びの同じ繰り返し単位を有することができ、それ故、AブロックのセクションおよびBブロックの他のセクションを有する、ブロック構造を有する。本発明の統計ポリマーは好ましくは、AブロックおよびBブロック並びの勾配分布を有する。本発明の統計コポリマーは、A型およびB型モノマーから製造される場合A−st−Bと示される。統計的性質は好ましくは、制御ラジカル重合法によって与えられる。
本発明では、フッ素を含まないブロックコポリマーはまた、個々のモノマー単位がそれら自体AブロックかBブロックかのどちらとも考えられ得るときに製造することができる。非限定的な例は、アルキルメタクリレートモノマーのアルキル鎖が十分に大きい場合には、それが個々のブロックとして考えられ得ることである。例えば、ラウリルメタクリレートは、モノマーの1つとしてのラウリルメタクリレートから製造された線状コポリマーがC12アルキル基の短いAブロック側鎖を有すると見なすことができるようにC12アルキルAブロックを有すると考えることができる。他のブロック型モノマーには、反応性オリゴマーおよびマクロマーが含まれる。
本発明のフッ素を含まないブロックコポリマーはまた、様々なタイプのブロックコポリマーの組み合わせであることができる。そのようなものの非限定的な例は、AブロックならびにAおよびBセグメントの統計コポリマーであるセクションを含有するA−(A−st−B)コポリマーであろう。
本発明では、Aブロックは、油相と相溶性である任意のポリマー、好ましくはフッ素を含まないアクリレート−またはメタクリレート−ベースのポリマー、より好ましくは、4〜16個の炭素のアルキル基のフッ素を含まないアクリレートまたはメタクリレート−ベースのポリマー、さらにより好ましくは、フッ素を含まない、10〜20個の炭素の、さらにより好ましくはラウリルアクリレートおよび/またはラウリルメタクリレートを含むポリマーのものであることができる。Bブロックは、冷媒と相溶性の任意のフッ素を含まないポリマーであることができ、好ましくはフッ素を含まないアクリレート−またはメタクリレート−ベースのポリマー、より好ましくは第2のフッ素を含まないアクリレート−ベースのポリマー、さらにより好ましくは、1〜8個の炭素のアルキル基の第2のフッ素を含まないアクリレートベースのポリマー、さらにより好ましくはブチルアクリレートを含むポリマーである。第1のポリマーは、第2のポリマーとは異なるものでなければならない。
本発明は、潤滑油を冷媒と相溶化させるための添加物としてのかかるコポリマーの使用に、ならびにまた油と添加物コンセントレートとしてかまたは潤滑組成物としてかのどちらかでの添加物とを含む組成物、油、添加物、および冷媒を含む組成物、添加物および添加物を含む組成物の使用などに関する。油と添加物とを含む組成物において、本発明は、油との冷媒の混和性または溶解性を高めるのに有効な量の添加物、好ましくは油中約0.01〜99重量%の添加物、より好ましくは油中約0.05〜50重量%の添加物、さらにより好ましくは油中約0.1〜20重量%の添加物、さらにより好ましくは油中約0.5〜10重量%の添加物と油とを含む潤滑組成物に関する。添加物コンセントレートが油中である場合、好ましい組成は、油中約10重量%〜約80重量%の添加物であろう。
本発明のハロゲン化炭化水素は好ましくは、ハイドロフルオロカーボン(HFC)冷媒を含む。HFC冷媒は、単一成分冷媒であってもまたは冷媒ブレンドの一部としてであってもよい。HFC冷媒および冷媒ブレンドは好ましくは、R−134a、R−32、R−410A、R−404A、R−427A、R−422D、R−422A、R−407C、R−417A、R−507Aを含む。R−134a、R−32、R−23、R−125、R−143a、R−152a、R−143、R−152、R−134、R−245fa、R−227ea、およびそれらの混合物を含むが、それらに限定されない、HFC冷媒を含有する他の冷媒および冷媒ブレンド;R−408A、R−409Aを含む、HCFC冷媒をまた含有するHFC含有冷媒ブレンド、およびR−22、R−142b、R−124、R−123、R−141bなどのHCFC冷媒を組み入れたHFC冷媒の他のブレンド;R−422D、R−422A、R−417A、R−424Aなどの炭化水素をまた含有するHFC含有冷媒ブレンド、およびプロパン、ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソ−ペンタン、ネオペンタン、およびシクロペンタンなどの炭化水素を組み入れたHFC冷媒の他のブレンドがまた、本発明によって具体化される。本発明のハロゲン化炭化水素はまた、HFO−1234yf、(E−および/またはZ−)HFO−1234ze、HFO−1243zf、(E−および/またはZ−)HFO−1225ye、(E−および/またはZ−)HFO−1336mzz、ならびにそれらの混合物などの、ハイドロフルオロオレフィンを含むが、それらに限定されない。本発明のハイドロフルオロカーボンはまた酸素を含有してもよく、ハイドロフルオロエーテルを含むが、それに限定されない。本発明の組成物はまた、粘度調整剤、酸化防止剤、安定剤、染料、消泡剤、発泡剤、界面活性剤、ナノ粒子、腐食防止剤、ラジカル捕捉剤、他の潤滑油などの追加の成分を含むことができる。
本発明のフッ素を含まないブロックコポリマーを製造する際に、当業者に知られている任意の重合技法を用いることができる。好ましい方法は、制御ラジカル重合、最も好ましくはニトロキシド媒介制御ラジカル重合である。
ハロゲン化炭化水素とフッ素を含まないブロックコポリマー油リターン剤とを含む本発明組成物はまた、固体表面から炭化水素油およびはんだ付け用フラックスを除去するためのクリーニング剤として実用性を見いだす。ハロゲン化炭化水素は、制限された油溶解性を有する可能性があり、かかるハロゲン化炭化水素への本発明のブロックコポリマー油リターン剤の添加は、油およびはんだ付け用フラックスを少なくとも部分的に溶解させ、こうしてそれらを表面から除去するハロゲン化炭化水素、特にハイドロフルオロカーボンの能力を高める。
このように、本発明はさらに、ハロゲン化炭化水素とフッ素を含まないブロックコポリマー油リターン剤とを含む本発明組成物を使用する気相脱脂および溶剤クリーニング方法に関する。かかる蒸気脱脂方法は、きれいにされるべき基材、例えば、残渣で汚染された、シリコン−金属複合材料電子回路基板、金属(例えば、ステンレススチール)製部品などを、液相の本発明ハロゲン化炭化水素/ブロックコポリマー油リターン組成物、およびさらに、かかる組成物を沸騰させることから生じるハロゲン化炭化水素蒸気と接触させる工程を含む。基材上に凝縮するハロゲン化炭化水素蒸気は、残存する油リターン剤およびフラックスまたは他の残渣をさらに洗い流すきれいな蒸留されたハロゲン化炭化水素を提供する。基材からのハロゲン化炭化水素の蒸発は、全く残渣を後に残さない。本発明の溶剤クリーニング方法は、きれいにされるべき基材を、ブロックコポリマー油リターン剤を含む液相の本発明組成物と接触させる工程と、次に組成物からの基材の取り出しとを含む。溶剤のクリーニング作用を向上させるために高温が必要であるような汚れおよび油の除去が困難な場合、または基材のクリーニングを効率的におよび迅速に行われなければならない大容量の組立ラインを運転する場合、蒸気脱脂装置の従来の運転は、汚れの大部分を除去する沸騰溶剤の油溜め(sump)中にきれいにされるべき部品を浸漬する工程と、その後室温に近い新たに蒸留された溶剤を含有する油溜めに部品を浸漬する工程と、最後に、沸騰油溜め上方できれいにされる部品上に凝縮する溶剤蒸気に部品を暴露させる工程とからなる。加えて、部品はまた、最終リンシングの前に蒸留溶剤を吹き付けられることができる。上記の方法に好適な蒸気脱脂装置は、当該技術分野でよく知られている。例えば、Sherlikerらは、米国特許第3,085,918号明細書で沸騰油溜め、クリーン油溜め、水分離器、および他の付属設備を含む、かかる好適な蒸気脱脂装置を開示している。
ハロゲン化炭化水素とフッ素を含まないブロックコポリマー油リターン剤とを含む本発明組成物は、タングステン、銅、金、ベリリウム、ステンレススチール、アルミニウム合金、真ちゅうなどの、金属を含む広範囲の基材から;ガラス、サファイア、ホウケイ酸ガラス、アルミナ、電子回路に使用されるシリコンウェーハなどのシリカ、焼成アルミナなどの、ガラスおよびセラミック表面から;ならびにポリオレフィン(「Alathon」、Rynite(登録商標)、「Tenite」)、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン(「Styron」)、ポリテトラフルオロエチレン(Teflon(登録商標))、テトラフルオロエチレン−エチレンコポリマー(Tefzel(登録商標))、ポリフッ化ビニリデン(「Kynar」)、アイオノマー(Surlyn(登録商標))、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマー(Kralac(登録商標))、フェノール−ホルムアルデヒドコポリマー、セルロース誘導体(「Ethocel」)、エポキシ樹脂、ポリアセタール(Delrin(登録商標))、ポリ(p−フェニレンオキシド)(Noryl(登録商標))、ポリエーテルケトン(「Ultrapek」)、ポリエーテルエーテルケトン(「Victrex」)、ポリ(ブチレンテレフタレート)(「Valox」)、ポリアリーレート(Arylon(登録商標))、液晶ポリマー、ポリイミド(Vespel(登録商標))、ポリエーテルイミド(「Ultem」)、ポリアミドイミド(「Torlon」)、ポリ(p−フェニレンスルフィド)(「Rython」)、ポリスルホン(「Udel」)、およびポリアリールスルホン(「Rydel」)などのプラスチックから炭化水素油およびはんだ付け用フラックス残渣を除去するのに有効である。
以下の実施例は、本発明を代表するものであるが、限定的なものと考えられるべきではない。
以下の実施例に使用される典型的な冷媒には:
R−404A:44%のR−125(ペンタフルオロエタン)、52%のR−143a(1,1,1−トリフルオロエタン)、および4%のR−134a(1,1,1,2−テトラフルオロエタン)を含有する冷媒ブレンド、
R−22(クロロ−ジフルオロメタン)、
R−422D:65.1%のR−125、31.5%のR−134a、および3.4%のR−600a(イソブタン)を含有する冷媒ブレンド、
R−427A:15%のR−32(ジフルオロメタン)、25%のR−125、10%のR−143a、および50%のR−134aを含有する冷媒ブレンド、
R−407C:23%のR−32、25%のR−125、および52%のR−134aを含有する冷媒ブレンド
が含まれる。
以下の実施例に使用される典型的な一般的潤滑油には:
MO−150:150SUS粘度鉱油(National Refrigerants Inc.、Witco Corp.製)、
MO−300:300SUS粘度鉱油(National Refrigerants Inc.、Witco Corp.製)、
MO−70:70SUS粘度鉱油(Science Lab.com.Light Viscosity Range Mineral Oil NF.(低粘度範囲鉱油 NF)CAS# 8012−95−1)、
AB−150:150SUS粘度合成アルキルベンゼン油(National Refrigerants Inc.、CAS# 68855−24−3)、
POE−22:22センチストーク粘度ポリオールエステル油(Copeland Ultra 22CC、Mobile製)
が含まれる。
合成ポリマー添加物は、任意の適切な合成法を用いることができるが、ニトロキシド媒介制御ラジカル重合(ニトロキシド媒介CRP)を用いて製造した。ポリマー添加物は、高分子油リターン剤として使用される。合成されたポリマーには、様々なホモポリマー、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、および統計コポリマーが含まれる。表1は、以下のモノマー:ブチルアクリレート(BA)、ラウリルアクリレート(LA)、ラウリルメタクリレート(LMA)、2−エチルヘキシルアクリレート(EHA)、ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、ポリ(プロピレングリコール)アクリレート(PPGA)、ヘプタフルオロブチルアクリレート(F7BA)、ペンタフルオロ−イソプロピルアクリレート(F5iC3)、ヘキサフルオロ−イソプロピルアクリレート(F6iC3)、2−フルオロエチルアクリレート(FEA)、トリフルオロエチルアクリレート(TFEA)、Zonyl(登録商標)−TM(Dupont製のフルオロメタクリレート)およびZonyl(登録商標)−TA−N(Dupont製のフルオロアクリレート)を使用してCRPによって合成されたフッ素を含まないおよび比較のフッ素を含有するコポリマーのリストを示す。(C12−C16)MAは、アルキル基が12〜16個の炭素を含有するメタクリレートモノマーの混合物を示す。
2つの説明が各ポリマーについて提供される。説明Aについては、ジブロックコポリマーはPX−PY(Mnx−Mny)として示され、ここで、PBA−PLMA(2.1k−6.3k)は、PBAブロックの分子量が2.1kg/モルであり、PLMAブロックの分子量が6.3kg/モルである、ポリ(ブチルアクリレート)とポリ(ラウリルメタクリレート)とのジブロックコポリマーである。トリブロックコポリマーは同様にPY−PX−PY(Mny−Mnx−Mny)として示される。統計コポリマーはP(X−st−Y)(Mn)%X−%Yとして示され、ここで、P(BA−st−LMA)(12k)62−38は、62重量%のBAおよび38重量%のLMAを含有する12kg/モルの全体分子量のブチルアクリレートとラウリルメタクリレートとの統計コポリマーを示す。第1ブロックが6.5kg/モルのブロック分子量の、ブチルアクリレートと5重量%のトリフルオロエチルアクリレートとの統計コポリマーであるP(BA−st−TFEA(5%))−PLMA(6.5k−5.4k)などの、組み合わせもまた示すことができる。説明Bについては、分子量は最も近いkg/モルに四捨五入され、名称は短縮される。例えばPBA−PLMA(7.9k−6k)は、PBA−PLMA−8/6になり、P(BA−st−LMA)(7.3k)33−67はP(BA/33−s−LMA/67)−7となる。
表1はまた、重量%フッ素の観点からのポリマーのフッ素含有率を提供する。
Figure 2011513538
潤滑油を、高分子油リターン剤の画分を鉱油にブレンドすることによって調製した。ブレンディングは穏やかな加熱で支援することができた。ブレンドを油中0重量%〜100重量%の高分子添加物で調製した。ほとんどの潤滑油について、ブレンドを4%〜5.5重量%のポリマー添加物で調製した。潤滑油の外観について、調製直後および調製後の約1年間までの両方を書き留めた。濁って見えた潤滑油は数日または数週間安定のままである可能性があるが、数ヶ月後には、潤滑油が表面近くで透明であるが底部に向かってより濁るようになることからも分かるように、ほとんど全てが沈降または凝集の徴候を示した。高分子添加物が油と混和しない場合、またはそれが迅速に凝集する場合もまた書き留めた。
冷媒/油混和性試験
潤滑油での冷媒の混和性限界を測定するために、既知量の潤滑油を、較正したガラス圧力容器に装填した。過剰の空気を除去するために容器をわずかな真空に引いた。高圧シリンジポンプを使用して、冷媒を圧力容器に徐々に加えた。液体冷媒の各添加後に、冷媒および潤滑油を混合し、次に、多数の液相が圧力容器中に目視により観察される数分間放置した。混合物が1相から2つのはっきりと異なる液相に移行する組成が混和性限界であり、液体組成物中の冷媒の重量パーセント(重量%)として報告される。混和性限界はまた、過剰の冷媒を含有する2相混合物から出発し、1相組成物が達成されるまで冷媒を徐々に容器から注意深くガス抜きすることによって特定されてもよい。以下の実施例の混和性試験は、周囲温度で行った。
フッ素を含まないブチルアクリレートおよびラウリルメタクリレートの高分子油リターン剤
実施例1〜16
冷媒/油混和性試験は、上に概説された手順を用いて行った。
実施例1は、鉱油(MO−150)中でのR−404Aの混和性を示し、それは周囲温度で約5重量%のR−404Aであることが分かった。実施例2〜16は、ブチルアクリレートとラウリルメタクリレートとの4%〜5.5重量%の高分子添加物を鉱油(MO−150)に添加することの効果を実証する。実施例2〜8のジブロックコポリマーを使用するとき、高分子量の添加物(Mw>100kg/モル)でさえも、透明な潤滑油ブレンドが生成し得ることを理解することができる。R−404A混和性の最大増加は、40kg/モル未満のMwの添加物を使用して観察された。
実施例9〜15は、BAとLMAとのフッ素を含まない統計コポリマーから調製された潤滑油でである。BAとLMAとの統計コポリマーで調製された潤滑油の全ては、外観が透明であり、R−404Aの混和性限界の増加を提供した。R−404A混和性の最大増加は、50%未満のBAを含有する約8〜12kg/モルのMwの統計コポリマーで観察された。
実施例16は、PLMA−PBA−PLMAトリブロックコポリマーを使用するものである。潤滑油は濁ったが、R−404A混和性の著しい増加を提供した。
Figure 2011513538
フッ素を含有する高分子油リターン剤
実施例17〜22:
冷媒/油混和性試験は、実施例1〜16と同様に行った。潤滑油は、注記される場合を除いて約4%〜5.5重量%の高分子添加物で調製した。
実施例17および18は、BAとLMAとのジブロックコポリマーを使用するものであったが、ここで、BAブロックは、トリフルオロエチルアクリレートかZonyl−TMかのどちらかの、おおよそ5重量%のフッ素化モノマーを含有した。フッ素化モノマーの添加は、R−404A混和性限界の効率的な増加を提供したが、潤滑油の濁りをまた増加させた。
実施例19、20、および21は、31重量%〜37重量%のかなりの分率のフッ素を含有するブロックおよび統計コポリマーであった。実施例19は、鉱油と本質的に混和せず、冷媒混和性研究のために使用することができなかった。実施例20および21は、過度の発泡を示すか、凝集を示すかのどちらかであり、冷媒混和性試験のために有効に使用することがまたできなかった。表3に示されていない、実施例24は、MO−150中たったの2.7重量%でP(ZonylTM/58−s−LMA/42)−8を使用して調製された潤滑油ブレンドであった。この潤滑油は実施例21より少なく濁り、少ない発泡を示した。結果は、高度のフッ素化が高分子油リターン剤を鉱油との相溶性をより少なくすることを示す。
実施例22は、2−フルオロエチルアクリレートとラウリルメタクリレートとの統計コポリマーを使用するものであった。このポリマーのフッ素含有率は比較的低かったが、それは依然として鉱油と混和せず、冷媒/油混和性試験のために使用することができなかった。
データは、ポリマーのフッ素含有率の増加が鉱油とのその相溶性を低下させる傾向があることを示す。
Figure 2011513538
実施例23〜29
実施例23、24および25:潤滑油ブレンドは、それぞれ油中4%〜5.5重量%のポリマー添加物でP(PGA/51−s−LMA/49)−5、P(PGA/50−s−LMA/50)−9、およびPPGA−PLMA−5/5と一緒にMO−150を使用して調製した。潤滑油は濁ったが、前述の冷媒/油混和性試験を用いて試験されたときにR−404Aの混和性限界の顕著な増加を示した。
実施例26:潤滑油ブレンドは、MO−70中約4%〜5.5重量%のP(C12−C16)MA−PBA−P(C12−C16)MA−2/6/2で調製した。潤滑油は透明であり、前述の冷媒/油混和性試験を用いて試験されたときにR−404Aの混和性限界の改善を示した。
実施例27、28および29:潤滑油ブレンドは、それぞれ4%〜5.5重量%のPLMA−PLA−PLMA−3/14/3、PBA−PLA−PBA−2/11/2、PBA−PLA−5/5高分子添加物と一緒にMO−150を使用して調製した。PLMA−PLA−PLMA−3/14/3で調製された潤滑油ブレンドはわずかに濁り、PBA−PLA−PBA−2/11/2で調製された潤滑油ブレンドは濁ったが、PBA−PLA−5/5で調製された潤滑油ブレンドは透明であった。
実施例30:潤滑油は、MO−150およびおおよそ5重量%のArlacel(商標)P−135、ポリ(12−ヒドロキシステアリン酸)−ポリエチレンオキシドブロックコポリマーを使用して調製した。この潤滑油は透明であり、R−404Aを使用して前述の冷媒/油混和性試験を用いて試験した。Arlacel P−135は、混和性を増加させたが、MO−150中8.5重量%R−404A未満のレベルまでであった。
実施例31:潤滑油は、おおよそ2重量%のアルキルベンゼン油、3重量%のポリオールエステル油、および4重量%のP(BA/22−s−LMA/77)−7と一緒にMO−150を使用して調製した。この潤滑油は濁っていた。潤滑油を、R−404Aを使用して前述の冷媒/油混和性試験を用いて試験した。混和性限界は、潤滑油中約9.5重量%R−404Aまで増加した。
高分子油リターン剤濃度の変動
実施例32〜37:潤滑油ブレンドは、MO−150ならびに約3重量%、5重量%、7重量%、9重量%、10重量%、および14重量%の濃度でのP(BA/23−s−LMA/77)−7統計コポリマーにて調製した。潤滑油ブレンドは全て透明であった。潤滑油をそれぞれ、冷媒としてR−404Aを使用して前述の冷媒/混和性試験を用いて試験した。全てが、純鉱油を使用するよりも増加した混和性限界を示した。3重量%のP(BA/23−s−LMA/77)−7での、実施例32は、約7重量%まで混和性限界を増加させた。それぞれ5重量%、9重量%、10重量%、および14重量%のP(BA/23−s−LMA/77)−7での実施例33、35、36および37は全て、潤滑油中約9重量%のR−404Aまで混和性限界を増加させた。約7重量%のP(BA/23−s−LMA/77)−7での、実施例34は、9〜10重量%までR−404Aの混和性限界を増加させた。
実施例38〜41:潤滑油ブレンドは、MO−150ならびに約0.4重量%、2重量%、4重量%、および6重量%の濃度でのPLMA−PBA−PBA−4/4/4統計コポリマーにて調製した。ブレンドを、前述のような冷媒/油混和性試験で試験した。たったの0.4重量%で、実施例38では、鉱油中R−404Aの混和性限界に有意の観察される影響は全くなかった。濃度をそれぞれ実施例39、40および41で2重量%、4重量%、および6重量%に増加させたときに、潤滑油中R−404Aの混和性限界はまた約12重量%まで増加した。
高分子油リターンコンセントレート
実施例42:高分子油リターン剤コンセントレートは、約27重量%のMO−70を73重量%のP(BA/25−s−LMA/75)−8とブレンドすることによって調製した。このコンセントレートは透明で、貯蔵安定であり、そしてさらなる鉱油の添加によってより低い添加物濃度に容易に希釈された。調合された潤滑油の粘度は、様々な粘度の鉱油とブレンドすることによる希釈中に調節することができた。これは、PVE、POE、PAG、アルキルベンゼン、およびそれらの混合物などの、他の粘度油または鉱油以外の他の油を使用することができるが、MO−70、MO−150、およびMO−300で行った。
冷凍機器試験
冷凍機器試験は、エアコンおよび冷凍機器の試験のために設計されたサイド−バイ−サイドに断熱されたチャンバーからなる環境制御設備で行った。各チャンバーは、フルスケールHVACRシステムの性能を広範囲の環境条件下に特徴づけるために、独立した制御システムを使用して温度、湿度、およびエアフローを調整する。システムには、中温−低温ウォークインクーラー型R−22冷凍システムが組み込まれている。このシステムは、マッチしたBohnエバポレーターおよびSporlan温度自動調節膨張弁付きの、1.5HP、半密封Copeland圧縮機によって駆動される。圧力変換器および抵抗温度検出器が、システムのキーポイントで冷媒状態を測定するために全体にわたって設置されている。Coriolisメーターが冷媒流量を測定するために使用され、一方電力計がシステムおよびその構成要素の電力消費を測定するために使用される。最後に、ビデオカメラが圧縮機覗き窓で油レベルをリモートで監視するために使用される。
システム性能は、様々なシステム条件で評価することができた。油リターンは、圧縮機覗き窓で油レベルを監視することによって評価した。スタートアップ後に、圧縮機の油レベルは、覗き窓の下位レベルより下に落ちるかもしれない。油レベルが可視範囲内に戻らない場合、追加の油を圧縮機の最高レベルまで加える。油レベルが再び覗き窓の可視レベルより下に落ちた場合、システムは油リターンに関して不合格であると見なした。油レベルが安定化した場合、システムは安定した油リターンを提供すると見なした。
システムにおける油ロギングはまた、エバポレーター出口での温度から推測することができた。同等のチャンバー条件で、より低いエバポレーター出口温度は、油がエバポレーター中にたまりつつあり、それをコートしつつあり、それを伝熱に対して断熱しつつあることの指標である。そのために、エバポレーター出口とボックス温度との間のより少ないサブクーリングが好ましい。
実施例43〜47:R−404Aを使用する機器試験
冷凍システムにR−404Aを装入した。試験設備を80°F周囲温度(圧縮機側)および30°Fボックス温度(エバポレーター側)で運転した。比較例43および44については、試験される潤滑油はそれぞれPOE−22およびMO−150であった。表4から、比較例44は明らかに冷媒と潤滑油との間の不十分な混和性によって引き起こされる問題を示し、この場合に油リターンは不合格であり、エバポレーター出口温度および冷媒質量流量は比較例43で見られるようなPOE−22を使用して運転されるときより著しく低かった。
実施例45については、潤滑油MO−Add−1は、MO−150を5重量%のPLMA−PBA−PLMA−4/4/4とブレンドすることによって調製した。MO−Add−1は、100°Fでおおよそ225−SUSの粘度を有した。実施例46については、潤滑油MO−Add−2は、MO−150とMO−70との50/50ミックスを5重量%のPLMA−PBA−PLMA−4/4/4とブレンドすることによって調製した。MO−Add−2は100°Fでおおよそ150−SUSの粘度を有した。実施例47については、潤滑油MO−Add−3は、MO−150とMO−70との50/50ミックスを3重量%のPLMA−PBA−PLMA−4/4/4および3重量%のP(BA/50−s−LMA/50)−8とブレンドすることによって調製した。実施例45、46および47で、条件が鉱油単独で使用するときより、POE油を使用するとき、比較例43のベースラインに厳密にマッチして、安定した油リターンが他の運転パラメーターの改善と一緒に達成された。これらの結果は明らかに、本発明の高分子油リターン剤の使用が油リターンおよびシステム性能の著しい向上を提供することを示す。
Figure 2011513538
実施例48〜50:R−422Dを使用する機器試験
冷凍システムにR−422Dを装入した。試験設備を80°F周囲温度(圧縮機側)および30°Fボックス温度(エバポレーター側)で運転した。比較例48および49については、試験される潤滑油はPOE−22およびMO−150であった。表5から、比較例49は明らかに冷媒と潤滑油との間の不十分な混和性によって引き起こされる問題を示し、この場合に油リターンは不合格であり、エバポレーター出口温度および冷媒質量流量は比較例48で見られるようなPOE−22を使用して運転されるときより著しく低かった。
実施例50については、潤滑油は、100°FでMO−150とほぼ同じ粘度を有する、実施例46で使用されたようなMO−Add−2であった。結果は、R−422D、ハイドロフルオロカーボンと炭化水素とのブレンドとの高分子油リターン剤の使用が油リターンおよびシステム性能を向上させるであろうことを示す。
Figure 2011513538
実施例51〜53:0°Fボックス温度での機器試験
実施例51:冷凍システムを、ボックス温度(エバポレーター側)を0°Fに維持したことを除いて、R−404Aを冷媒として、MO−Add−2を潤滑油として使って、実施例46のように運転した。運転中MO−150を使用するときよりもエバポレーター出口温度および質量流量の改善があった。
実施例52:冷凍システムを、ボックス温度(エバポレーター側)を0°Fに維持したことを除いて、R−422Dを冷媒として、MO−Add−2を潤滑油として使って、実施例50のように運転した。運転中MO−150を使用するときよりもエバポレーター出口温度および質量流量の改善があった。
実施例53:冷凍システムを、冷媒がR−427Aであり、潤滑油がMO−Add−3であったことを除いて、ボックス温度を0°Fに維持して、実施例51および52のように運転した。運転中MO−150を使用するときよりもエバポレーター出口温度および質量流量の改善があった。
本発明はその特定の実施形態に関して記載されてきたが、本発明の多数の他の形態および修正が当業者に明らかであろう。添付の特許請求の範囲および本発明は一般に、本発明の真の精神および範囲内にある、全てのかかる明らかな形態および修正を網羅すると解釈されるべきである。

Claims (32)

  1. (a)少なくとも1個の炭素原子および少なくとも1個のフッ素原子を含有するハロゲン化炭化水素と;
    (b)パラフィン、ナフテン、芳香族化合物、アルキルアリール、合成パラフィンおよびポリアルファオレフィンからなる群から選択される少なくとも1つの油と;
    (c)前記油と相溶性である少なくとも1つの第1のフッ素を含まないポリマーおよび前記ハロゲン化炭化水素と相溶性である少なくとも1つの第2のフッ素を含まないポリマーから形成されるブロック状コポリマーを含む、フッ素を含まない高分子油リターン剤であって、前記第1のポリマーが前記第2のポリマーとは異なる油リターン剤と
    を含む、冷媒組成物。
  2. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤が、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、マルチブロックコポリマー、統計ブロックコポリマー、グラジエントコポリマー、星形コポリマー、櫛形コポリマー、側鎖コポリマーまたはそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  3. 前記第1のフッ素を含まないポリマーおよび/または前記第2のフッ素を含まないポリマーが、ポリマー、コポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  4. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤中の、前記第1のフッ素を含まないポリマー対前記第2のフッ素を含まないポリマーの比が、約1:100〜100:1である請求項1に記載の冷媒組成物。
  5. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤の、前記第1のフッ素を含まないポリマー対前記第2のフッ素を含まないポリマーの比が、約1:1〜9:1である請求項1に記載の冷媒組成物。
  6. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤の、前記第1のフッ素を含まないポリマー対前記第2のフッ素を含まないポリマーの比が、約1:4〜9:1である請求項1に記載の冷媒組成物。
  7. 前記第1のフッ素を含まないポリマーが、フッ素を含まないアクリレートポリマー、フッ素を含まないメタクリレートポリマー、フッ素を含まないヒドロキシステアリン酸ポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  8. 前記第1のフッ素を含まないポリマーが、4〜20個の炭素のアルキル基を有するフッ素を含まないアクリレートポリマー、4〜20個の炭素のアルキル基を有するメタクリレートポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  9. 前記第1のフッ素を含まないポリマーが、フッ素を含まないラウリルメタクリレート、フッ素を含まないラウリルアクリレートおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  10. 前記第2のフッ素を含まないポリマーが、フッ素を含まないアクリレートポリマー、フッ素を含まないメタクリレートポリマー、フッ素を含まないエチレンオキシドポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  11. 前記第2のフッ素を含まないポリマーが、1〜14個の炭素のアルキル基を有するフッ素を含まないアクリレートポリマーを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  12. 前記第2のフッ素を含まないポリマーが、3〜8個の炭素のアルキル基を有するフッ素を含まないアクリレートポリマーを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  13. 前記第2のフッ素を含まないポリマーが、フッ素を含まないブチルアクリレートである請求項1に記載の冷媒組成物。
  14. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤が、フッ素を含まないブチルアクリレート、フッ素を含まないラウリルメタクリレートおよび/またはフッ素を含まないラウリルアクリレートを含む統計コポリマーを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  15. 前記フッ素を含まない高分子油リターン剤が、フッ素を含まないブチルアクリレート、フッ素を含まないラウリルメタクリレートおよび/またはフッ素を含まないラウリルアクリレートを含むジブロックコポリマー、フッ素を含まないブチルアクリレート、フッ素を含まないラウリルメタクリレートおよび/またはフッ素を含まないラウリルアクリレートを含むトリブロックコポリマー、ならびにフッ素を含まないブチルアクリレート、フッ素を含まないラウリルメタクリレートおよび/またはフッ素を含まないラウリルアクリレートを含むグラジエントコポリマーからなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  16. 前記統計コポリマーが、約1kg/モル〜約50kg/モルの平均分子量を有する請求項14に記載の冷媒組成物。
  17. 前記ジブロックコポリマー、前記トリブロックコポリマーまたは前記グラジエントコポリマーが、約1kg/モル〜約130kg/モルの平均分子量を有する請求項15に記載の冷媒組成物。
  18. 前記ジブロックコポリマー、前記トリブロックコポリマーまたは前記グラジエントコポリマーが、約1kg/モル〜約90kg/モルの平均分子量を有する請求項15に記載の冷媒組成物。
  19. 前記ジブロックコポリマー、前記トリブロックコポリマーまたは前記グラジエントコポリマーが、約1kg/モル〜約40kg/モルの平均分子量を有する請求項15に記載の冷媒組成物。
  20. 約0.01重量%〜約99重量%の前記フッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  21. 約0.1重量%〜約75重量%の前記フッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記フッ素を含まない高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  22. 約0.2重量%〜約20重量%のフッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記フッ素を含まない高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  23. 約0.4重量%〜約15重量%のフッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記フッ素を含まない高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  24. 約1重量%〜約10重量%のフッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記フッ素を含まない高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  25. 約2重量%〜約8重量%のフッ素を含まない高分子油リターン剤が、前記少なくとも1つの油(b)と前記フッ素を含まない高分子油リターン剤(c)とを含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  26. 前記ハロゲン化炭化水素が、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィンおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の冷媒組成物。
  27. 前記ハロゲン化炭化水素が1〜4個の炭素原子を含有する請求項26に記載の冷媒組成物。
  28. 前記ハイドロフルオロカーボンが、ジフルオロメタン、1,1−ジフルオロエタン、1,2−ジフルオロエタン、1,1,1,2−テトラフルオロエタン、1,1,2,2−テトラフルオロエタン、1,1,1−トリフルオロエタン、1,1,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエタン、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパンおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項26に記載の冷媒組成物。
  29. 前記ハイドロフルオロオレフィンが、3,3,3−トリフルオロプロペン、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン、E−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、Z−1,3,3,3−テトラフルオロプロペン、E−1,2,3,3,3−ペンタフルオロプロペン、Z−1,2,3,3,3−ペンタフルオロプロペン、E−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、Z−E−1,1,1,4,4,4−ヘキサフルオロ−2−ブテン、1,1,1,2,4,4,4−ヘプタフルオロブテンおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項26に記載の冷媒組成物。
  30. 炭化水素をさらに含む請求項1に記載の冷媒組成物。
  31. 前記炭化水素が、プロパン、ブタン、イソブタン、ノルマルペンタン、ネオペンタン、シクロペンタン、イソペンタンおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項30に記載の冷媒組成物。
  32. ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル油、ポリビニールエーテルおよびそれらの混合物からなる群から選択される含酸素潤滑油をさらに含む請求項1に記載の冷媒組成物。
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