BRPI0614172A2 - material de base de lubrificante de éster de poliol - Google Patents

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Abstract

MATERIAL DE BASE DE LUBRIFICANTE DE ESTER DE POLIOL Misturas cruzadas de materiais de base de éster sintético são produzidas a partir de materiais de base de ésteres sintéticos de alta viscosidade dotados de uma viscosidade entre cerca de iso 120 a 140 e materiais de base de ésteres sintéticos convencionais deviscosidades variáveis para formarem materiais de base dotados de viscosidades entre cerca de iso 68 a iso 220. Lubrificantes formados a partir das misturas cruzadas têm miscibilidade suficiente com fluidos de refrigeração HFC com uso minimo de ácidos carboxílicos i-C9 para formarem o éster.

Description

MATERIAL DE BASE DE LUBRIFICANTE DE ESTER DE POLIOL
Antecedentes da Invenção
Refere-se a presente invenção a materiaisde base de lubrificantes de éster de poliol sintéticos,e mais particularmente a misturas cruzadas de materiaisde base de lubrificantes de éster sintético de altaviscosidade com materiais de base de éster de poliolconvencionais adequados para o uso em sistemas de com-pressores e de refrigeração.
É amplamente conhecido que os clorofluoro-carbonetos anteriormente utilizados como propelentes emaerossóis e como fluidos de refrigeração não são maisusados devido ao impacto prejudicial na camada de ozô-nio da terra. Os esforços para eliminar o uso de clo-rofluorocarbonetos conduziram ao desenvolvimento defluidos alternativos que são hidrocarbonetos altamenteou plenamente fluorados.
Os fluidos de refrigeração operacionaisgeralmente incluem uma quantidade menor de lubrifican-te. Tipicamente, os fluidos de refrigeração incluementre cerca de 5 a 15 ou 20 partes, em peso, de lubri-ficante, com o equilíbrio sendo o fluorocarbono. Nossistemas de clorofluorocarbono, os lubrificantes eramtradicionalmente óleos minerais, os quais são plenamen-te miscíveis com os clorofluorocarbonetos. Não obstan-te, esses lubrificantes não são miscíveis com os hidro-carbonetos altamente ou plenamente fluorados, tais como1, 1,1,2-tetrafluoroetano, comumente conhecido como HFC-134a, e outros fluorocarbonetos isentos de cloro, in-cluindo hidrofluorocarbono (HFC) dotado de 1 a 3 átomosde carbono e preferentemente 1 a 2 átomos de carbono,por exemplo, difluorometano (HFC-32), trifluorometano(HFC-23), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,2,2,-tetrafluoroetano (HFC-134), 1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a), e 1,1-difluoroetano (HFC-152a).
Muito embora os HFC não sejam misciveiscom oleo mineral, determinados ésteres carboxilicos decompostos poliidroxilicos, também conhecidos como es-ters de poliol ou POEs, são plenamente misciveis com osfluidos altamente ou plenamente fluorados. Os lubrifi-cantes de éster de poliol are preparados pela condensa-ção de determinados polióis, tais como pentaeritritol,neopentil glicol e trimetilpropanol, e ácidos monocar-boxilicos lineares ou ramificados que contêm entrecerca de 4 a 10 átomos de carbono. Para aperfeiçoar acapacidade de mistura, tipicamente a mistura de ácidocarboxilico inclui 30-85 mols% de ácido 3, 5, 5 tri-metilexanóico (iso-C-9). Não obstante, acontecimentosrecentes limitaram a disponibilidade do iso-C-9. Estaescassez de iso-C-9 tornou difícil e/ou dispendioso ma-nufaturar ésteres de poliol utilizando-se iso-C-9.
Conseqüentemente, é desejável proporcio-nar-se materiais de base lubrificante de ésteres sinté-ticos misciveis com HFCs dotados de viscosidades entrecerca de ISO 68 até 220 com base nas misturas cruzadasde dois ou mais materiais de base. A mistura é compre-endida de um material de base sintético de alta visco-sidade formado por condensação de neopentilpoliol e á-cidos monocarboxilicos lineares e ramificados, em quese utiliza pouco ou nenhum iso-C-9 na mistura de ácidocarboxilico, e um material de base de éster de poliolconvenciona. A mistura cruzada é miscivel com HFCs in-dependentemente do uso limitado de iso-C-9, e propor-ciona um material de base econômico nas vezes em que ossuprimentos de iso-C-9 são limitados.
Sumário da Invenção
Constitui um objetivo da presente inven-ção produzir uma ampla gama de lubrificantes de ésterde poliol que são misciveis com HFCs com mínimo ou ne-nhum uso de iso-C-9 na mistura de reação de ácido car-boxílico.
Outro objetivo da presente invenção con-siste em proporcionar um material de base lubrificantepara sistemas de ar-condicionado e refrigeração.
Outro objetivo da presente invenção con-siste em proporcionar um processo econômico de prepa-rar materiais de base de ésteres sintéticos que sãodotados de capacidade de mistura suficiente com refri-gerantes HFC com uso limitado de ácidos carboxílicosiso-C-9.
Outro objetivo da presente invenção con-siste em proporcionar um material de base de éstersintético que é dotado de capacidade de mistura sufi-ciente com refrigerantes HFC com uso de ácidos carbo-xilicos iso-C-9 limitado, o qual exibe uma proteção aodesgaste superior e aumenta a eficiência de compres-sor.
De acordo com a invenção, proporcionam-semisturas cruzadas de lubrificantes de éster sintéticoadequados para o uso com uma ampla gama de fluidos derefrigeração HFC. Os requerentes descobriram que mis-turas cruzadas de i) materiais de base de éster de po-liol convencionais de viscosidades variáveis; e ii)material de base de alta viscosidade de iso 120 a 140,formados com pouco ou nenhum iso-C-9, proporcionam umagama de materiais de base de éster de poliol de alta ebaixa viscosidade que são misciveis com fluidos de re-frigeração HFC e exibem proteção superior contra o desgaste.
Descrição Detalhada da Invenção
Na descrição apresentada em seguida, para propósitosde explanação e não de limitação, expõem-se detalhesespecíficos a fim de proporcionar uma compreensão com-pleta da presente invenção. Não obstante, será evi-dente para aquele versado na técnica que a presenteinvenção pode ser praticada em outras concretizaçõesque se afastam destes detalhes específicos. Descri-ções detalhadas de processos, ácidos e métodos ampla-mente conhecidos para manufaturar os mesmos são omiti-dos de maneira a não confundir a descrição da presenteinvenção.
Materiais de Mistura CruzadaA mistura de materiais de base de éstersintético da presente invenção compreende uma misturacruzada de a) determinados materiais de base de éstersintético de alta viscosidade e b) materiais de basede éster sintético convencionais.
Éster de Poliol de Alta Viscosidade
O material de base éster de poliol de al-ta viscosidade é formado por condensação de neopentil-poliol e uma mistura de ácidos monocarboxílicos linea-res e ramificados em um excesso de grupos hidroxila,em que é usado pouco ou nenhum iso-C-9 na mistura deácido carboxilico. O método para produzir esse mate-rial de base de éster sintético de alta viscosidadeencontra-se exposto na patente U.S. No. 6.744.093 quefica incorporada neste contexto por referência.
De acordo com uma concretização, o mate-rial de base de alta viscosidade é uma mistura de és-teres que formam o produto de reação de um processo deduas etapas. Na etapa inicial, faz-se reagir um poli-ol de neopentil dotado de 8 a 10 átomos de carbono comum ácido ou uma mistura de ácidos de ácidos C4 - Ci0lineares e/ou ácidos C5 - Ci0 ramificados na presençade um excesso de grupos hidroxila para grupos carboxi-la na presença de um catalisador ácido para formar umamistura parcial de ésteres de polineopentiléster. 0excesso de grupos hidroxila é necessário para promovera polimerização dos ésteres parciais e a relação molarde ácido ou mistura de ácidos para o poliol pode servariada na dependência da velocidade de reação deseja-da, do grau de condensação e da viscosidade final de-sejada do material de base. Depois que a água de rea-ção antecipada foi removida do vaso de reação paraproporcionar um produto de viscosidade desejada, oéster de polineopentilpoliol parcial resultante é en-tão levado a reagir com um excesso de um ácido ou umamistura de ácidos que pode variar ou ser a mesma mis-tura de ácidos usada na etapa inicial para proporcio-nar o produto de éster de alta viscosidade.
Mais particularmente, o éster de poliolde alta viscosidade usado na mistura cruzada da pre-sente invenção é dotado de uma viscosidade de iso 120a 140 e é preparado de acordo com o método descritoanteriormente e na patente '093 utilizando-se uma mis-tura de pentaeritritol e dipentaeritritol levada a re-agir com uma mistura de ácidos carboxilicos seleciona-dos a partir de um ou mais de ácidos C5, iso-C5, C7,hexanóico, iso-C9 e Cg monocarboxilicos.
De acordo com uma concretização o ésterde poliol de alta viscosidade iso 120 a 140 é prepara-do utilizando-se uma mistura 60/40 de pentaeritritol edipentaeritritol levada a reagir com ácidos carboxili-cos selecionados a partir de um ou mais de nC5, iso-C5,nC7, hexanóico e C9 na presença de um excesso de gruposhidroxila para grupos carboxila. A reação prossegueaté proporcionar um produto da viscosidade desejada.
Um éster de poliol de alta densidade dotado de umaviscosidade entre iso 120 e iso 140 proporciona misci-bilidade suficiente com refrigerante R134a de -380Caté 800C mesmo sem o uso de iso-Cg como um dos ácidoscarboxilicos.
Éster de Poliol Convencional
Materiais de base de éster de poliol con-vencionais, tais como usados neste contexto, destinam-se a significar materiais de base de éster sintéticopreparados pela reação por condensação padrão de neo-pentilpoliol e uma seleção de ácidos monocarboxilicoslineares e ramificados.
Os materiais de base de éster convencio-nais da presente invenção são lubrificantes baseadoséster de poliol preparado por uma ração de condensaçãoconvencional de polióis e ácidos carboxilicos. Os ma-teriais de base de éster de poliol convencionais têmuma faixa de viscosidades de iso 20 a iso 350 e encon-tram-se disponíveis a partir de um número de fontes,incluindo Castrol Industrial North America Inc. War-renville, IL sob a marca Icematic, Cognis (sob a marcaEvergreen), Uniqema Corporation RL series, CPI's So-Iest marca da POE, Mobil EAL Arctic, JEC, e Nippon 0-il.
Composição de Óleo Lubrificante
Uma variedade de aditivos pode ser adi-cionada às misturas cruzadas para preparar o lubrifi-cante refrigeração plenamente misturado. Estes aditi-vos incluem: anti-oxidantes, aditivos anti-desgaste edesativadores de metais.
Anti-oxidantes
Um lubrificante de refrigeração plenamen-te misturado pode conter entre cerca de 0,01% a 1%, empeso, alternativamente entre cerca de 0,05% a 0,5% empeso, alternativamente entre cerca de 0,10% a cerca de0,20%, em peso, de um ou mais anti-oxidantes.
Os anti-oxidantes reduzem a tendência dosóleos lubrificantes serem deteriorados em serviço.
Esta deterioração pode ser evidenciada pela viscosida-de de óleo aumentada e pelos produtos de oxidação,tais como ácidos, lama e depósitos semelhantes a es-malte nas superfícies de metal. De acordo com umaconcretização utiliza-se 0,10%, peso, de BHT.
Agentes anti-desgaste
Um lubrificante de refrigeração plenamen-te misturado também pode conter entre cerca de 0,0075%a 3%, em peso, alternativamente de cerca de 0,01% acerca de 2%, em peso, alternativamente entre cerca de0, 06% ate cerca de 1%, em peso, de um ou mais agentesanti-desgaste.
Os agentes anti-desgaste, como o seu nomeimplica, reduzem o desgaste das partes de metal. Osagentes anti-desgaste comumente usados em lubrifican-tes de refrigeração incluem Vanlube 672 que se encon-tra disponível a partir da RT Vanderbilt e aditivosanti-desgaste de tricresil fosfato (TCP).
Desativador de MetaisUm lubrificante de refrigeração plenamentemisturado também pode conter entre cerca de 0,001% até0,1%, em peso, alternativamente entre cerca de 0,0075%até cerca de 0,05%, em peso, de um ou mais metal desa-tivadores, tais como tolutriazol (disponível a partirda Ciba Specialty Chemiclas sob o nome comercial Irga-met TTZ) e inibidores de corrosão de ácido sebácico.De acordo com uma concretização utiliza-se 0,01%, empeso, de tolutriazol (TTZ).
Outros aditivos
Outros aditivos incluem bloqueadores deácido, tais como Texaco1S Cadura E-10.
Condições de Mistura
As misturas cruzadas da presente invençãosão preparadas por meio da mistura de éster de poliolalta de viscosidade que é dotado de uma viscosidade nafaixa de iso 120 a iso 140 com ésteres de poliol con-vencionais de grau de viscosidade iso 20 a iso 350 pa-ra se conseguir a viscosidade final desejada. Os és-teres de poliol de alta viscosidade e convencionaisjuntamente com uma seleção de aditivos, se for o caso,são misturados em uma caldeira de aço inoxidável enca-misada a vapor sob ima faixa de temperaturas de 1200Ca 180°C durante cerca de 24 horas.
O grau de viscosidade desejada das mistu-ras cruzadas é conseguido por mistura de acordo com aseguinte tabela de misturas cruzadas:Misturas Cruzadas
<table>table see original document page 11</column></row><table>
EXEMPLOS
Os Exemplos são somente para propósitosilustrativos e não se destinam a limitar o escopo dainvenção.
Exemplo I - Esteres de poliol de Alta Densidade Misci-veis com R 134a
O exemplo seguinte ilustra que somente de-terminados ésteres de poliol de alta viscosidade prepa-rados de acordo com a patente '093 são misciveis com R 134a.<table>table see original document page 12</column></row><table>
Os dados demonstram que somente esters depoliol de alta viscosidade dotados de uma viscosidadena faixa de iso 120 a iso 140 são miscíveis com R 134a.
Desta forma, as misturas cruzadas deverão ser prepara-das com ésteres de poliol de alta viscosidade dentrodesta faixa.
Exemplo II - Misturas Cruzadas<table>table see original document page 13</column></row><table>
VG120= grau de alta viscosidade de iso 120 dispo-nível a partir da Hatco Corporation
SW20= iso 20 POE disponível a partir da CastrolIndustrial North America
SW68= iso 68 POE disponível a partir da CastrolIndustrial North America
SW220= iso 220 POE disponível a partir da CastrolIndustrial North America
SW350= iso 350 POE disponível a partir da CastrolIndustrial North America
Example III - Dados de Desgaste
As propriedades de desgaste das misturascruzadas foram testadas de acordo com ASTM D2670 FalexPin e Vee Block Test. 0 Falex Pin & Vee Block Testavalia as propriedades de pressão extrema ou caracte-rísticas de desgaste de um lubrificante. A máquinafaz girar o pino de teste contra dois blocos Vee esta-cionários a 290 rpm. Carga é aplicada aos blocos Veeatravés de um mecanismo de cremalheira e o espécime deteste é mergulhado no lubrificante de mistura cruzadaenquanto se faz borbulhar refrigerante R-134a atravésdo lubrificante. Uma carga de 113,5 kg (250 libras)foi aplicada durante os primeiros 5 minutos do períodode amaciamento e uma carga de 181,5 kg (400 libras)foi aplicada durante os 30 minutos de duração do tes-te. O desgaste é medido e reportado como o número dedentes que o mecanismo de catraca avança a fim de man-ter carga constante durante o tempo de teste prescri-to. Os resultados para as misturas cruzadas estão ex-postos na Tabela III.Tabela III - Média de Dados de Desgaste por Falex Pinand Vee Blockr para três passagens
<table>table see original document page 15</column></row><table>
fn1 Média de 4 passagens
fn2 Média de 3 passagens

Claims (4)

1. - Material de base de lubrificante deéster de poliol, caracterizado pelo fato de compreenderuma mistura cruzada de material de base de éster de po-liol de alta viscosidade dotado de uma viscosidade en-tre cerca de iso 120 até iso 140 e material de base deéster de poliol convencional de uma determinada visco-sidade em uma proporção para conseguir-se a viscosidadedesejada para a misturada cruzada.
2. - Material de base de éster de poliol,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fa-to de que 15%, em peso, do material de base de altaviscosidade é misturado com 85%, em peso, de materialde base convencional iso 20, para conseguir uma misturacruzada dotada de uma viscosidade de iso 32.
3. - Material de base de éster de poliol,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fa-to de que 73%, em peso, do material de base de altaviscosidade é misturado com 27%, em peso, de materialde base convencional iso 20, para se conseguir uma mis-tura cruzada dotada de uma viscosidade de iso 68.
4. - Material de base de éster de poliol,de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fa-to de que 60%, em peso, do material de base de altaviscosidade é misturado com 40%, em peso, de materialde base convencional iso 350, para se conseguir umamistura cruzada dotada de uma viscosidade de iso 220.
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