專利名稱：制冷壓縮機潤滑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用新的無氯含氟烴制冷氣體的、具有改善潤滑和抗磨損性質(zhì)的制冷壓縮機潤滑組合物。
賦予這些組合物潤滑和抗磨損性質(zhì)這個事實是特別新穎的，因為實際趨勢更確切地說是有利于潤滑組合物與制冷氣體的溶混性，這一般是與潤滑性能相違背的。事實上，當潤滑組合物與制冷氣體的溶混性被選作這些潤滑組合物的唯一選擇標準時，人們發(fā)覺到許多壓縮機很容易咬剎。
與設計師和使用者的規(guī)格相比，溶混性的要求在現(xiàn)實中經(jīng)常是較低的，并且主要取決于壓縮機的工藝。
事實上，大多數(shù)工業(yè)制冷壓縮機是開放系統(tǒng)或半密閉的系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置油分離器，這樣能夠避免將該潤滑組合物帶入壓縮機中。在這樣一些壓縮機中，因此應該賦予潤滑與抗磨損的性質(zhì)，因為該潤滑組合物和制冷氣體可溶混是沒有必要的。
另外，甚至在無分離器的小功率的密閉制冷壓縮機的情況下，人們通過試驗觀察到，該潤滑組合物制冷氣體表現(xiàn)出的過高的溶混性尤其在活塞/外套和活塞軸/連桿頭類型的高負載區(qū)中可導致摩擦件咬剎。
為了選擇良好的制冷壓縮機潤滑組合物，因此有必要選擇能夠保證機械摩擦件良好潤滑的化學結(jié)構(gòu)劑，該機械摩擦件如往復式壓縮機中的活塞-外套-連桿組件，或旋轉(zhuǎn)壓縮機的螺桿-圓柱或葉片-定子等。
實際上，研究最多的制冷壓縮機潤滑組合物是由新多元醇酯得到的，具體地是由含有至多六個碳原子的短支鏈羧酸和含有八個以上碳原子的長直鏈或長支鏈羧酸與新多元醇反應產(chǎn)物得到的，新多元醇例如是新戊二醇(NPG)、三羥甲基丙烷(TMP)和單-、二-和三-季戊四醇(PE)。在該技術(shù)的許多專利中非常充分描述的這些潤滑組合物，其目的都是在由制冷設備所規(guī)定的潤滑組合物的溫度與濃度范圍內(nèi)能使該潤滑組合物與制冷氣體溶混達到最佳效果。這種最佳效果往往是通過潤滑組合物過量30％(重量)達到的。
另外，人們通過試驗還觀察到，溶混性最佳值固定在5-10％對壓縮機良好運行是完全足夠的，在小的密閉類型的系統(tǒng)中尤其是這樣。
因此，本發(fā)明的目的是一種具有良好潤滑和抗磨損性質(zhì)的潤滑組合物，該組合物的粘度是足夠的，不會因與制冷氣體極好的溶混性而急劇降低，于是不會引起摩擦件咬剎，甚至在有利于這種粘度降低的壓力系統(tǒng)中也是如此。與現(xiàn)有進行的工作相反，根據(jù)潤滑標準、粘度和抗磨損選擇該潤滑組合物，由于該粘度對于避免摩擦件咬剎和限制它們的磨損是足夠的，所以該溶混性在這里被認為是第二標準。
因此，本發(fā)明的目的是一種潤滑組合物，該組合物的抗磨損特征相應于根據(jù)ASTM D4172標準測定的壓痕直徑，其抗磨損特征小于如在現(xiàn)有的礦物油/R12混合物中的0.80毫米，根據(jù)AFNOR T60100標準在40℃測定的粘度是10-100毫米2秒-1，并且在下面命名為HFC的氫氟烴制冷氣體中，所述組合物濃度為10％(重量)的溶混性是完全的，低于10％(重量)，其特征在于該組合物是由至少10-100％(重量)至少一種直鏈庚酸與一種其羥基數(shù)低于或等于5的新多元醇的酯組成。
按照慣例，根據(jù)ASTM D4172標準測定的壓痕直徑高于0.8毫米時，會在接觸的金屬表面出現(xiàn)咬剎。
優(yōu)選地，這些新多元醇選自單一或混合的新戊二醇(NPG)、三羥甲基丙烷(TMP)、單季戊四醇(MPE)。
至少一種直鏈庚酸酯的存在能夠使所要求的潤滑特性(抗磨損和粘度)與所允許的溶混性極限之間達到較好的折衷。但是，合理的是加入數(shù)克其ISO粘度測定等級為10-100的潤滑劑。為了使這些組合物都達到，這種庚酸酯應必需與其他化合物混合存在。
這樣，為了制備ISO粘度測定等級低于32的本發(fā)明組合物，該潤滑組合物含有60-100％(重量)至少一種直鏈庚酸與一種具有至多5個羥基的新多元醇形成的酯和40-0％(重量)至少一種直鏈戊酸與含有至多五個羥基的新多元醇形成的酯，這些所包括的新多元醇可以是相同的不同的，并且這些酯可以是單一的或混合的。
單一的酯應當理解為由唯一一種新多元醇與唯一一種羧酸得到的酯。與此相對照，混合酯是由唯一一種新多元醇以及與同一個新多元醇分子的多個羥基進行反應的至少兩種羧酸得到的。
在本發(fā)明的第一種實施方式中，一種ISO粘度測定等級低于或等于22的組合物，含有70-100％(重量)由直鏈庚酸與新戊二醇和單季戊四醇的單一或混合的新多元醇形成的酯，和30-0％(重量)直鏈戊酸與單季戊四醇形成的酯。
在本發(fā)明的第二種實施方式中，一種ISO粘度測定等級為22-32的組合物，是由40-20％(重量)用直鏈戊酸得到的一種單季戊四醇酯，和60-80％(重量)用直鏈庚酸得到的季戊四醇酯構(gòu)成的，這些酯可以是單一的或混合的。
中間這些等級的組合物或者由唯一一種組合物得到，或者由兩種優(yōu)選的組合物混合得到。
為了制備ISO粘度測定等級高于或等于32的組合物，含有其重量75-100％(重量)的一種有至多5個羥基的新多元醇酯混合物的組合物是可取的，該酯是由10-60％(重量)直鏈庚酸酯與90-40％(重量)異壬酸酯構(gòu)成的，這些酯可以是單一的或混合的。
在ISO粘度測定等級高于或等于32的第一種優(yōu)選實施方式中，該組合物是由其重量的10-60％(重量)用直鏈庚酸所得到的季戊四醇酯和其重量的90-40％(重量)用異壬酸所得到的季戊四醇酯構(gòu)成的。
使用異壬酸季戊四醇酯能夠比較容易地調(diào)節(jié)高粘度。
在ISO粘度測定等級高于或等于32的第二種優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明的組合物含有10-55％(重量)用直鏈庚酸得到的酯、85-20％(重量)異壬酸酯和5-25％(重量)直鏈戊酸酯，使用的多元醇是三羥甲基丙烷和單季戊四醇，這些酯可以是單一的或混合的。
但是，如果為了大大改善一些組合物的抗磨損性質(zhì)，在這些所述組合物中添加通常已知的抗磨損添加劑，這并不超出本發(fā)明的范圍。
在已研制的或研制過程中的主要含氫氟烴的制冷氣體作為純氣體，如R134a、R152a、R143a、R125、R32等，或如R404A、R407C、R410A、R507等的混合物存在下，本發(fā)明的這些組合物可以用于任何類型的工業(yè)或家用壓縮機中。
下面給出說明性的而非限制性的實施例。
實施例1該實施例目的在于表明在該酯配方中所使用酸的鏈長度和所使用多元醇的羥基數(shù)對本發(fā)明所述組合物的抗磨損性質(zhì)的影響。
于是用下述化合物得到多種單一的酯-相同的多元醇，這里是三羥甲基丙烷，即TMP，與含有5-10個碳原子的直鏈單羧酸，下面用nC5、nC6、nC7、nC8、nC9、nC10表示，-相同的單羧酸，這里是具有7個碳原子的直鏈庚酸(nC7)，與含有2-10個羥基的多元醇，新戊二醇，即NPG，三羥甲基丙烷，即TMP，單季戊四醇，即mPE和二季戊四醇，即diPE。
這些組合物的抗磨損性質(zhì)根據(jù)ASTM D4172標準測定，該標準也被稱作4珠試驗，是在下述試驗條件下測定以毫米表示的磨損印痕直徑負荷40daN(十牛頓)速度1200轉(zhuǎn)/分鐘溫度C75℃。
下面表I給出新多元醇酯的碳鏈長度對“4珠”印痕直徑的影響。
表I
人們可以看到，對于同樣的多元醇，直鏈酸的鏈長度增加得越多，越能夠降低磨損。具體地，nC5TMP酯組合物導致零件接觸時發(fā)生顯著咬剎。對于同樣的單羧酸，本發(fā)明優(yōu)選的酸，庚酸即nC7來說，羥基數(shù)增加越多，磨損印痕越明顯進而使咬剎危險越嚴重。由這些試驗可以得出，含有大量由C5酸或diPE所得到的酯的這些組合物的潤滑是非常差的。
實施例2該實施例的目的在于表明本發(fā)明這些潤滑組合物在油含量為10％的制冷氣體中在-30℃具有足夠的溶混性、良好的抗磨損特性和相應于所要求等級的粘度。
根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)制備出四種ISO粘度測定等級為10-100的本發(fā)明潤滑組合物。它們的組成以及它們的溶混性、抗磨損效果和粘度列于下表2中。
該溶混性是根據(jù)DIN 51.351方法在密封管中測定的，該方法基于目視測定潤滑劑/制冷氣體混合物的分離溫度。
抗磨損性質(zhì)和粘度分別是根據(jù)如實施例1中描述的“4珠”磨損法(ASTM D4172)和根據(jù)AFNOR T60100標準所說明的方法測定的。
下面表II給出了ISO等級為10-100的潤滑組合物的特性。
表

添加0.5％抗磨損的含磷添加劑--無添加劑1.10毫米可以看出，在整個所需粘度范圍內(nèi)，在參照氣體R124a與R404A存在下可以同時獲得完全混溶性(10％油)與良好的抗磨損特性(無咬劑現(xiàn)象發(fā)生)。
不過，優(yōu)選地向高等級組合物中加入抗磨損添加劑。
權(quán)利要求
1.制冷流體的潤滑組合物，根據(jù)ASTM D4172標準測定的該組合物的磨損印痕低于0.80毫米、根據(jù)AFNOR T60100標準測定的粘度為10-100毫米2秒-1和該組合物在HFC中的濃度低于或等于10％(重量)時具備完全溶混性，其特征在于該組合物是由至少10-100％(重量)至少一種直鏈庚酸與新多元醇的酯構(gòu)成的，該新多元醇的羥基數(shù)小于或等于5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其特征在于這些新多元醇選自單一的或混合的新戊二醇、三羥甲基丙烷和單季戊四醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其特征在于ISO粘度測定等級低于32的組合物含有60-100％(重量)至少一種由直鏈庚酸與一種具有至多5個羥基的新多元醇形成的酯和40-0％(重量)至少一種由直鏈戊酸與一種含有至多五個羥基的新多元醇形成的酯構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3的組合物，其特征在于ISO粘度測定等級低于或等于22的組合物含有70-100％(重量)由直鏈庚酸與新戊二醇和單季戊四醇中的單一或混合的新多元醇形成的酯，和30-0％(重量)由直鏈戊酸與單季戊四醇形成的酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和3的組合物，其特征在于ISO粘度測定等級為22-32的組合物是由40-20％(重量)用直鏈戊酸得到的季戊四醇的酯和60-80％(重量)用直鏈庚酸得到的季戊四醇的酯構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其特征在于ISO粘度測定等級高于32的組合物含有其重量75-100％(重量)的一種有至多5個羥基的新多元醇的酯混合物，該混合物是由10-60％(重量)直鏈庚酸酯與90-40％(重量)異壬酸酯構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6和2的組合物，其特征在于該組合物是由10-60％(重量)用直鏈庚酸得到的季戊四醇酯和90-40％(重量)用異壬酸得到的季戊四醇的酯組成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和2所述的組合物，其特征在于該組合物是由10-55％(重量)用直鏈庚酸得到的酯、85-20％(重量)異壬酸酯和5-25％(重量)直鏈戊酸酯組成的，使用的多元醇包括三羥甲基丙烷和單季戊四醇，這些酯可以是單一的或混合的。
9.在已知或者正在研制的任何類型氫氟烴制冷流體存在下，在任何類型的工業(yè)或家用壓縮機中，更具體地，在未安裝油分離器的交互式或旋轉(zhuǎn)類型的密閉或半密閉壓縮機中，權(quán)利要求1-8所限定的組合物作為潤滑劑的應用。
全文摘要
使用制冷流體的制冷壓縮機潤滑組合物,其根據(jù)ASTMD4172標準測定的該組合物的磨損印痕低于0.80毫米、根據(jù)AFNORT60100標準測定的粘度為10—100毫米
文檔編號C10M105/38GK1191561SQ9619572
公開日1998年8月26日 申請日期1996年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月24日
發(fā)明者P·桑維, F·艾斯皮諾克斯 申請人:埃爾弗安塔法國公司