TW201533232A

TW201533232A - 用於低全球暖化潛勢之冷媒系統的潤滑劑

Info

Publication number: TW201533232A
Application number: TW104100707A
Authority: TW
Inventors: michael l Porter; Mark R Baker; Joseph A Karnaz; Michael G Foster; Kenneth C Lilje
Original assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2015-09-01
Also published as: AU2015204789A1; EP3092281A1; CA2936340A1; CN106103641A; JP2017502155A; SG11201605652YA; AR099069A1; KR20160107214A; WO2015105933A1; US20170002243A1; MX2016009046A

Abstract

本發明揭示之技術係有關用於低全球暖化潛勢(low global warming potential；GWP)之冷凍系統的工作流體，該冷凍系統包括一壓縮機，其中工作流體包括酯系潤滑劑及低GWP冷媒，且其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。本發明揭示之技術提供商業上適用之低GWP工作流體(基於低GWP冷媒之商業上適用工作流體)，其不具低GWP流體常見之溶解度及/或可混性問題，其中低GWP流體包括高黏度流體及應用。

Description

用於低全球暖化潛勢之冷媒系統的潤滑劑

本發明揭示之技術係有關用於低全球暖化潛勢(low global warming potential；GWP)之冷凍系統的工作流體，該冷凍系統包括一壓縮機，其中工作流體包括酯系潤滑劑及低GWP冷媒，且其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。本發明揭示之技術提供商業上適用之低GWP工作流體(基於低GWP冷媒之商業上適用工作流體)，其提供用於低GWP流體所需之溶解度及/或可混性，其中低GWP流體包括高黏度流體及應用。

機械冷凍系統，以及相關傳熱裝置如熱泵及空調，係使用本領域習知之冷媒流體，作為工業、商業、及家庭使用。氟碳系流體已廣泛用於許多住宅、商業、及工業應用，包括系統工作流體，該系統如空調、熱泵、及冷凍系統。由於某些可疑之環境問題，包括相對高之全球暖化潛勢，其係與迄今用於該些應用之一些組成物之使用相關，因此，越來越期望使用具低或甚而零臭氧耗竭潛勢(ozone depletion potential)之流體，如氫氟碳化物(「HFCs」)。此外，一些國家已簽署「京都議定書(Kyoto Protocol)」，以保護全球環境，減少二氧化碳排放(全球暖化)。因此，需要低或不可燃之無毒替代品，以取代某些高全球暖化潛勢HFCs。

因此，越來越需要新的氟碳及氫氟碳化合物及組成物，作為現今用於此類及其他應用之組成物之具吸引力替代品。關於使用效率，值得注意的是，冷媒熱力學性能或能量效率之損失可具二次環境衝擊，係因電能需求增加而使化石燃料使用量增加所致。此外，一般期望HFC冷媒替代品有效，而無須對現今用於HFC冷媒之常規蒸氣壓縮技術進行重大工程變更。可燃性係許多應用之另一重要特性。亦即，其於許多應用中被視為重要或必要，包括特別是傳熱應用，其係使用不可燃或僅具輕微可燃之組成物。因此，使用此類輕微可燃或甚而比輕微可燃更低可燃性之組成物化合物常具效益。使用於此，「輕微可燃性」乙詞係指化合物或組成物根據2010年提出之ASHRAE標準34，歸類為2L，在此併入本案以作為參考資料。可惜的是，一些可作為冷媒組成物之化合物係可燃且根據ASHRAE歸類為2及3。舉例而言，氟烷二氟乙烷(fluoroalkane difluoroethane；HFC-152a)為可燃性A2，因此，於許多應用中無法以純淨形式使用。

由於工業上企圖符合此需求，且為了提供商業上適用之低全球暖化潛勢工作流體，已發現到，低全球暖化潛勢(GWP)冷媒具不同於常規HFC冷媒之溶解度及可混性特性。因此，當一般與HFC冷媒共用之常規潤滑劑現與低GWP冷媒共用時，便發生許多溶解度及可混性問題，。常規潤滑劑，包括常規多元醇酯(PolyolEster；POE)系潤滑劑，未提供使此類新冷媒化學品如R-32能令人滿意地運作並符合硬體製造商所提出的系統性能要求所需之可混性/溶解度性質。因此，基於此類低GWP冷媒之工作流體難以使用且無法如需求良好地運作，尤其是在需要較高黏度之工作流體時，其係因可混性問題變得更加明顯。一些硬體需要較高黏度流體，以提供適當軸承耐用性及抗磨損保護。

持續需要商業上適用之低GWP工作流體(基於低GWP冷媒之商業上適用工作流體)，其不具此類流體常見之溶解度及/或可混性問題，且該需求於較高黏度流體及應用上尤甚。

本發明揭示之技術係提供一用於低全球暖化潛勢(GWP)之冷凍系統的工作流體，該冷凍系統包括一壓縮機，其中工作流體包括一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒，且其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中支鏈羧酸含有至少5個碳原子。本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中支鏈羧酸含有5至8個碳原子。本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中支鏈羧酸含有5個碳原子。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中支鏈羧酸包括2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、或其結合物。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中酯係由所述之酸與一或多個多元醇類之反應形成，其中多元醇包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中工作流體進一步包括：(i)一或多個直鏈羧酸之一或多個酯類、(ii)一或多個聚α烯烴(polyalphaolefin；PAO)系油類、(iii)一或多個烷基苯系油類、(iv)一或多個聚烯烴二醇(polyalkylene glycol；PAG)系油類、及/或(v)一或多個烷基化萘系油類，其係與該一或多個支鏈羧酸之酯結合，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中低GWP冷媒包含R-32、R-290、R-1234yf、R-1234ze(E)、R-744、R-152a、R-600、R-600a、或其任何結合物。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中所述之低GWP冷媒具不大於約1000之GWP值(如Intergovernmental Panel on Climate Change’s 2001 Third Assessment Report之計算)。所揭示技術亦提供所述之工作流體，其中所述之低GWP冷媒具小於1000、小於500、小於150、小於100、或甚而小於75之GWP值。於一些具體實施例中，此GWP值係有關整體工作流體。於其他具體實施例中，此GWP值係有關存在於工作流體之冷媒，其中所得之工作流體可指低GWP工作流體。

本發明揭示之技術係提供所述之工作流體，其中流體進一步包括一非低GWP冷媒，其係與該低GWP冷媒摻合，所產生之工作流體仍可代表低GWP工作流體。

本發明揭示之技術係進一步提供一冷凍系統，其包括一壓縮機及一工作流體，其中工作流體包括一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒，其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含8個或以下之碳原子。

所述之冷凍系統可使用本文所述工作流體之任一者，包括但不侷限於，所述之工作流體，其中支鏈羧酸含有至少5個碳原子、或5至8個碳原子、或甚而5個碳原子。

所述之冷凍系統可使用本文所述工作流體之任一者，包括但不侷限於，所述之工作流體，其中：(i)支鏈羧酸包括2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、或其結合物；(ii)其中酯係由該酸與一或多個多元醇類之反應形成，其中該多元醇包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇；以及(iii)其中該低GWP冷媒包含R-32、R-290、R-1234yf、R-1234ze(E)、R-744、R-152a、R-600、R-600a、或其任何結合物。

所述之冷凍系統可使用本文所述工作流體之任一者，包括但不侷限於，所述之工作流體，其中低GWP 冷媒具小於1000、小於500、小於150、小於100、或甚而小於75之GWP值。於一些具體實施例中，此GWP值係有關整體工作流體。於其他具體實施例中，此GWP值係有關存在於工作流體之冷媒，其中所得之工作流體可指低GWP工作流體。

所述之冷凍系統可使用本文所述工作流體之任一者，包括但不侷限於，所述之工作流體，其中工作流體進一步包括一非低GWP冷媒，如R-134a，其係與該低GWP冷媒摻合，產生之工作流體仍可代表低GWP工作流體。

本發明揭示之技術係進一步提供操作冷凍系統之方法，其係使用低GWP冷媒，該方法包括之步驟為：(I)供給該冷凍系統一工作流體，其包含一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒；其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。所述之方法可使用本文所述冷凍系統之任一者，且可使用本文所述工作流體之任一者。

本發明揭示之技術係進一步提供一或多個支鏈羧酸之酯類之用途，其係與一低GWP冷媒結合，作為用於冷媒系統之工作流體，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。

各較佳特徵及具體實施例將以非侷限之方式說明如下。

本發明揭示之技術係進一步提供一用於低全球暖化潛勢(GWP)之冷凍系統的工作流體，該冷凍系統包括一壓縮機。工作流體包括一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒。

酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。酯係一般由所述支鏈羧酸與一或多個多元醇類之反應形成。

於一些具體實施例中，支鏈羧酸含有至少5 個碳原子。於一些具體實施例中，支鏈羧酸含有5至8個碳原子。於一些具體實施例中，支鏈羧酸含有5個碳原子。於此類具體實施例之任一者中，支鏈羧酸可不含9個碳原子之酸。於此類具體實施例之任一者中，支鏈羧酸可不含3,5,5-三甲基己酸。

於一些具體實施例中，酯係衍生自支鏈羧酸，，該支鏈羧酸包括2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、或其結合物。於一些具體實施例中，酯係衍生自支鏈羧酸，該支鏈羧酸包括2-甲基丁酸。於一些具體實施例中，酯係衍生自支鏈羧酸，該支鏈羧酸包括3-甲基丁酸。於一些具體實施例中，酯係衍生自支鏈羧酸，該支鏈羧酸包括2-甲基丁酸與3-甲基丁酸之結合物。

於一些具體實施例中，用於製備酯之多元醇包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇、或其任何結合物。於一些具體實施例中，用於製備酯之多元醇包括新戊二醇、新戊四醇、二新戊四醇、或其任何結合物。於一些具體實施例中，用於製備酯之多元醇包括新戊二醇。於一些具體實施例中，用於製備酯之多元醇包括新戊四醇。於一些具體實施例中，用於製備酯之多元醇包括二新戊四醇。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括2-甲基丁酸，3-甲基丁酸、或其結合物；以及(ii)多元醇，包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇、或其任何結合物。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括2-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇、或其任何結合物。於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括3-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇、或其任何結合物。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括2-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括新戊四醇。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括2-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括二新戊四醇。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括3-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括新戊四醇。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括3-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括二新戊四醇。

於一些具體實施例中，酯係衍生自：(i)酸，包括2-甲基丁酸；以及(ii)多元醇，包括新戊二醇。

應注意到，本發明所揭示技術之關鍵特徵為提供具良好可混性之高黏度低GWP工作流體的能力。

「高黏度」乙詞係指酯系潤滑劑及/或工作流體具大於22、或甚而大於32cSt之黏度(如根據ASTM D445，於40℃下測定)。於一些具體實施例中，酯系潤滑劑及/或工作流體於40℃之黏度為22或甚而32至220、120、或甚而68cSt。

如前述，「低GWP」乙詞係指工作流體之GWP 值(如Intergovernmental Panel on Climate Change’s 2001 Third Assessment Report之計算)不大於約1000、或其值小於1000、小於500、小於150、小於100、或甚而小於75。於一些具體實施例中，此GWP值係有關整體工作流體。於其他具體實施例中，此GWP值係有關存在於工作流體之冷媒，其中所得之工作流體可指低GWP工作流體。

「良好可混性」係指冷媒及潤滑劑係互混，其係於冷凍系統操作期間至少於所述工作流體條件下可見。於一些具體實施例中，良好可混性可指工作流體(及/或冷媒與潤滑劑之結合物)於溫度低至0℃、或甚而-5℃、或甚而於一些具體實施例中，低至-20℃、或甚而-25℃下，除了視覺朦朧以外任何不顯示差之可混性之跡象。

於一些具體實施例中，所述之工作流體可進一步包括一或多個額外之潤滑劑組分。此類額外之潤滑劑組分可包括：(i)一或多個直鏈羧酸之一或多個酯類、(ii)一或多個聚α烯烴(PAO)系油類、(iii)一或多個烷基苯系油類、(iv)一或多個聚烯烴二醇(PAG)系油類、(iv)一或多個烷基化萘系油類、或(v)其任何結合物。

可用於所述工作流體之額外之潤滑劑包括某些矽油及礦物油。

商業上可得之礦物油包括Sonneborn® LP 250，其係商業上購自Sonneborn、Suniso^® 3GS、1GS、4GS、及5GS，各係商業上購自Sonneborn、及Calumet R015與RO30，其係商業上購自Calumet。商業上可得之烷基苯潤滑劑包括Zerol® 150及Zerol® 300，其係商業上購自Shrieve Chemical。商業上可得之酯類包括新戊二醇二壬酸酯，其係Emery® 2917及Hatcol® 2370。其他適用之酯類包括磷酸酯類、二元酸酯類、及氟酯類。當然，可使用不同類型潤滑劑之不同混合物。

於一些具體實施例中，所述之工作流體進一步包括一或多個直鏈羧酸之一或多個酯類。

本發明之工作流體亦包括一或多個冷媒。冷媒之至少一者為低GWP冷媒。於一些具體實施例中，所有存在於工作流體之冷媒為低GWP冷媒。於一些具體實施例中，冷媒包括R-32、R-290、R-1234yf、R-1234ze(E)、R-744、R-152a、R-600、R-600a、或其任何結合物。於一些具體實施例中，冷媒包括R-32、R-290、R-1234yf、 R-1234ze(E)、或其任何結合物。於一些具體實施例中，冷媒包括R-32。於一些具體實施例中，冷媒包括R-290。於一些具體實施例中，冷媒包括R-1234yf。於一些具體實施例中，冷媒包括R-1234ze(E)。於一些具體實施例中，冷媒包括R-744。於一些具體實施例中，冷媒包括R-152a。於一些具體實施例中，冷媒包括R-600。於一些具體實施例中，冷媒包括R-600a。

於一些具體實施例中，冷媒包括R-32、 R-600a、R-290、DR-5、DR-7、DR-3、DR-2、R-1234yf、R-1234ze(E)、XP-10、HCFC-123、L-41A、L-41B、N-12A、N-12B、L-40、L-20、N-20、N-40A、N-40B、ARM-30A、ARM-21A、ARM-32A、ARM-41A、ARM-42A、ARM-70A、AC-5、AC-5X、HPR1D、LTR4X、LTR6A、D2Y-60、D4Y、D2Y-65、R-744、R-1270、或其任何結合物。於一些具體實施例中，冷媒包括R-32、R-600a、R-290、DR-5、DR-7、DR-3、DR-2、R-1234yf、R-1234ze(E)、XP-10、HCFC-123、L-41A、L-41B、N-12A、N-12B、L-40、L-20、N-20、N-40A、N-40B、ARM-30A、ARM-21A、ARM-32A、ARM-41A、ARM-42A、ARM-70A、AC-5、AC-5X、HPRID、LTR4X、LTR6A、D2Y-60、D4Y、D2Y-65、R-1270、或其任何結合物。

應注意到，於一些具體實施例中，所述之工作流體亦可包括一或多個非低GWP冷媒，其係與低GWP冷媒摻合，產生低GWP工作流體。用於此類具體實施例之適用非低GWP冷媒未過度侷限。實例包括R-22、R-134a、R-125、R-143a、或其任何結合物。

所述之工作流體，至少與使用於冷凍系統蒸發器中所發現者有關，可含約5至約50重量%之潤滑劑，及95至50重量%之冷媒。於一些具體實施例中，工作流體為10至40重量%之潤滑劑、或甚而10至30或10至20重量%之潤滑劑。

所述之工作流體，至少與使用於冷凍系統貯槽中所發現者有關，可含約1至50、或甚而5至50重量%之冷媒，及99至50或甚而95至50重量%之潤滑劑。於一些具體實施例中，工作流體為90至60或甚而95至60重量%之潤滑劑、或甚而90至70或甚而95至70、或90至80或甚而95至80重量%之潤滑劑。

所述之工作流體可包括其他組分，目的在於增進或提供組成物之特定官能性，或於一些情況下，降低組成物成本。

所述之工作流體可進一步包括一或多個性能添加劑。性能添加劑之適用實例包括抗氧化劑、金屬鈍化劑及/或去活化劑、腐蝕抑制劑、消泡劑、抗磨抑制劑、腐蝕抑制劑、傾點降低劑(pour point depressants)、黏度促進劑、增黏劑、金屬去活化劑、極壓添加劑、摩擦修飾劑、潤滑添加劑、泡沫抑制劑、乳化劑、去乳化劑、酸捕集劑、或其混合物。

於一些具體實施例中，本發明之組成物包括抗氧化劑。於一些具體實施例中，本發明之組成物包括金屬鈍化劑，其中金屬鈍化劑可包括腐蝕抑制劑及/或金屬去活化劑。於一些具體實施例中，本發明之組成物包括腐蝕抑制劑。於又其他具體實施例中，本發明之組成物包括金屬去活化劑與腐蝕抑制劑之結合物。於又進一步之具體實施例中，本發明之組成物包括抗氧化劑、金屬去活化劑、及腐蝕抑制劑之結合物。於此類具體實施例之任一者中，組成物可進一步包括一或多個額外之性能添加劑。

適用於本發明之抗氧化劑係未過度侷限。適用之抗氧化劑包括丁基化羥基甲苯(butylated hydroxytoluene；BHT)、丁基化羥基甲氧苯(butylatedhydroxyanisole；BHA)、苯基-α-萘胺(phenyl-a-naphthylamine；PANA)、辛基化/丁基化二苯基胺、高分子量酚抗氧化劑、受阻性雙酚抗氧化劑、二-α-生育酚、二-三級丁基苯酚。其他適用之抗氧化劑係揭示於美國專利號6,534,454，在此併入本案以作為參考資料。

於一些具體實施例中，抗氧化劑包括下列一或多者：(i)六亞甲基雙(3,5-二-三級丁基-4-羥基氫化桂皮酸酯)，CAS註冊號35074-77-2，其係商業上購自BASF；(ii)N-苯基苯胺，係與2,4,4-三甲基戊烯之反應產物，CAS註冊號68411-46-1，其係商業上購自BASF；(iii)苯基-α-及/或苯基-β-萘胺，如N-苯基-ar-(1,1,3,3-四甲基丁基)-1-萘胺，其係商業上購自BASF； (iv)肆[亞甲基(3,5-二-三級丁基-4-羥基氫化桂皮酸酯)]甲烷，CAS註冊號6683-19-8；(v)硫基二乙烯雙(3,5-二-三級丁基-4-羥基氫化桂皮酸酯)，CAS註冊號41484-35-9，其於21 C.F.R.§178.3570亦列作硫基二乙烯雙(3,5-二-三級丁基-4-羥基-氫-桂皮酸酯)；(vi)丁基化羥基甲苯(BHT)；(vii)丁基化羥基甲氧苯(BHA)；(viii)雙(4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯基)胺，其係商業上購自BASF；以及(ix)苯丙酸、3,5-雙(1,1-二甲基乙基)-4-羥基-、硫基二-2,1-乙烷二基酯，其係商業上購自BASF。

抗氧化劑存於組成物之量可為0.01%至6.0%、或0.02%至1%。該添加劑存在於組成物之量可為1%、0.5%、或以下。此類各範圍係典型上應用於所有存於整體組成物之抗氧化劑。然而，於一些具體實施例中，此類範圍亦可應用於個別抗氧化劑。

適用於本發明之金屬鈍化劑係未過度侷限且可包括金屬去活化劑與腐蝕抑制劑兩者。

適用之金屬去活化劑包括三唑類或經取代之三唑類。舉例而言，甲苯基三唑類或甲苯三唑類可用於本發明。金屬去活化劑之適用實例包括下列之一或多者：(i)一或多個甲苯三唑類，如N,N-雙(2-乙基己基)-ar-甲基-1H-苯并三唑-1-甲胺，CAS註冊號94270-86-70，其係商業上售自BASF，商品名為Irgamet 39； (ii)一或多個衍生自動物及/或蔬菜源之脂肪酸類，及/或此類脂肪酸之氫化形式，如Neo-Fat^TM，其係商業上購自Akzo Novel Chemicals,Ltd.。

適用之腐蝕抑制劑包括下列一或多者：(i)N-甲基-N-(1-側氧基-9-十八烯基)甘胺酸，CAS註冊號110-25-8；(ii)磷酸、單-、及二異辛基酯類，其係與三級烷基與(C12-C14)一級胺反應，CAS註冊號68187-67-7；(iii)十二酸；(iv)三苯基硫代磷酸酯(triphenyl phosphorothionate)，CAS註冊號597-82-0；以及(v)磷酸、單-、及二己基酯類，其係具四甲基壬基胺類及C11-14烷基胺類之化合物。

於一具體實施例中，金屬鈍化劑係包含腐蝕添加劑及金屬去活化劑。一適用添加劑為肌胺酸之N-醯基衍生物，如肌胺酸之N-醯基衍生物。一實例為N-甲基-N-(1-側氧基-9-十八烯基)甘胺酸。此衍生物係購自BASF，其商品名為SARKOSYL^TM O。另一添加劑為咪唑啉，如Amine O^TM，其係商業上購自Ciba-Geigy。

金屬鈍化劑存於組成物之量可為0.01%至6.0%、或0.02%至0.1%。該添加劑存於組成物之量可為0.05%或以下。此類各範圍係典型上應用於所有存於整體組成物之金屬鈍化劑添加劑。然而，於一些具體實施例中，此類範圍亦可應用於個別腐蝕抑制劑及/或金屬去活化劑。上述範圍亦可應用於經組合且存於整體組成物之所有腐蝕抑制劑、金屬去活化劑、及抗氧化劑。

本文所述組成物亦可包括一或多個額外之性能添加劑。適用之添加劑包括抗磨抑制劑、鏽/腐蝕抑制劑、及/或金屬去活化劑(除了前述以外)、傾點降低劑、黏度改良劑、增黏劑、極壓(EP)添加劑、摩擦修飾劑、泡沫抑制劑、乳化劑、及去乳化劑。

欲防止金屬表面磨損，本發明使用抗磨抑制劑/EP添加劑及摩擦修飾劑。抗磨抑制劑、EP添加劑、及摩擦修飾劑可購自多家供應商及製造商。此類添加劑之一些可執行一種以上之任務，且任一者皆可用於本發明。一可提供抗磨、EP、降低摩擦、及腐蝕抑制之產品為磷胺鹽，如Irgalube 349，其係商業上購自BASF。另一抗磨/EP抑制劑/摩擦修飾劑為磷化合物，如三苯基磷硫磺酸酯(triphenyl phosphothionate；TPPT)，其係商業上購自BASF，商品名為Irgalube TPPT。另一抗磨/EP抑制劑/摩擦修飾劑為磷化合物，如三甲苯酚磷酸酯(tricresyl phosphate；TCP)，其係商業上購自Chemtura，商品名為Kronitex TCP。另一抗磨/EP抑制劑/摩擦修飾劑為磷化合物，如三級丁基苯基磷酸酯，其係商業上購自ICL Industrial Products，商品名為Syn-O-Ad 8478。抗磨抑制劑、EP、及摩擦修飾劑之量典型上為組成物之約0.1%至約4%，且可單獨或結合使用。

於一些具體實施例中，組成物進一步包括源自下列群組之添加劑，包含：黏度修飾劑，包括但不限於，乙烯乙酸乙烯酯、聚丁烯類、聚異丁烯類、聚甲基丙烯酸酯類、烯烴共聚物、苯乙烯順丁烯二酐共聚物之酯類、氫化苯乙烯-二烯共聚物、氫化星形聚異戊二烯、烷化聚苯乙烯、氣相二氧化矽、及複雜酯類；以及溶於油類之類增黏劑天然橡膠。

添加黏度修飾劑、增稠劑、及/或增黏劑可提供黏性及改進潤滑劑之黏度與黏度指數。一些應用及環境條件可能需要額外之黏性表面薄膜，以保護設備免於腐蝕及磨損。於此具體實施例中，黏度修飾劑、增稠劑/增黏劑係潤滑劑之約1至約20重量%。然而，黏度修飾劑、增稠劑/增黏劑可為約0.5至約30重量%。可用於本發明之一材料之實例為Functional V-584，一種天然橡膠黏度修飾劑/增黏劑，其係購自Functional Products,Inc.，Macedonia，Ohio。另一實例為複雜酯CG 5000，其亦為多功能產品，即黏度修飾劑、傾點降低劑、及摩擦修飾劑，係源自Inolex Chemical Co.，Philadelphia，Pa。

其他油類及/或組分亦可加至組成物，其用量範圍為約0.1至約75%、或甚而0.1至50%、或甚而0.1至30%。此類油類可包括白色石油、合成酯類(如美國專利號6,534,454之揭示)、嚴重氫化處理石油(產業上習知之「第二或第三類石油」)、一或多個直鏈羧酸之酯類、聚α烯烴(PAO)系油類、烷基苯系油類、聚烯烴二醇(PAG)系油類、烷基化萘系油類、或其任何結合物。

本發明揭示之技術亦提供一冷凍系統，其中冷凍系統包括一壓縮機及一工作流體，其中工作流體包括一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒，其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。上述工作流體之任一者可用於所述之冷凍系統。

本發明揭示之技術亦提供一操作冷凍系統之方法，其中冷凍系統使用低GWP冷媒。所述方法之步驟包括：(I)供給冷凍系統一工作流體，其包括一酯系潤滑劑及一低GWP冷媒，其中酯系潤滑劑包括一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。前述工作流體之任一者可用於所述冷凍系統之任一者之所述操作方法。

本發明揭示之技術亦提供一或多個支鏈羧酸之酯類之用途，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子，其係與一低GWP冷媒結合，以作為用於冷媒系統之工作流體。前述工作流體之任一者可用於所述冷凍系統之任一者之所述用途。

本發明之方法、系統、及組成物從而適用於連接多種常見傳熱系統及特定冷凍系統，如空調(包括靜止及移動空調系統)、冷凍、熱泵系統，及其類似物。於特定具體實施例中，本發明之組成物係用於冷凍系統，其原始設計為用於結合HFC冷媒，例如，R-410A或R-404A。

使用於此，「冷凍系統」乙詞一般而言係指任何系統或裝置，或此系統或裝置之任何部位或部分，其使用冷媒以提供冷卻及/或加熱。此類冷凍系統包括，例如，空調、電冰箱、冷凍櫃、熱泵、及其類似物。

所述各化學組分之量，其存在不包括可慣常存於商業材料之任何溶劑或稀釋油，亦即，基於活性化學，除非另有說明。然而，除非另有說明，於此所指之各化學品或組成物應解讀為商業級材料，其可含有異構物、副產物、衍生物、及其他此類材料，其係正常情況下理解為以商業等級存在。

使用於此，「烴基取代基」或「烴基」等詞係以普通意義使用，其係本領域之技術人員習知。具體而言，其係指一基團具碳原子直接連接至該分子之其餘部分，且主要具烴特性。烴基之實例包括：烴取代基，亦即，脂族(如烷基或烯基)、脂環族(如環烷基、環烯)取代基、及經芳族、脂族、脂環族取代之芳族取代基，以及環取代基，其中環經由該分子之另一部分而完成(如二取代基共同形成環)；經取代之烴取代基，亦即，取代基包含非烴基團，於本發明中，其不改變取代基(如鹵素(尤其是氯及氟)、羥基、烷氧基、巰基、烷基巰基、硝基、亞硝基、及硫氧基)之主要烴本質；雜取代基，亦即，取代基雖具主要烴特性，於本發明中，其含有除了碳原子外還有非碳者所組成之環或鏈之取代基，且所涵蓋之取代基如吡啶基、呋喃基、噻吩基、及咪唑基。雜原子包括硫、氧、及氮。一般而言，烴基之每十個碳原子存在不超過二個、或不超過一個非烴取代基；或者，烴基可無非烴取代基。

習知，上述一些材料可於最終配方相互作用，以致最終配方之組分可異於最初所添加者。舉例而言，金屬離子(如源自清潔劑)可遷移至其他分子之其他酸性或陰離子性位置。從而形成之產物，包括本發明組成物於其預定用途形成之產物，可能不易描述。然而，所有此類修飾及反應產物皆涵蓋於本發明之範疇內；本發明涵蓋藉混合上述組分所製備之組成物。

本發明可因參考下列非侷限實施例而有更好之理解。

實施例

製備一系列酯潤滑劑，其適於作為工作流體，其中含有低GWP冷媒。下表摘錄用於製備各酯之酸及多元醇，其中PE為新戊四醇、DiPE為二新戊四醇、NPG為新戊二醇、2-MeBu為2-甲基丁酸、3-MeBu為3-甲基丁酸、nC5為戊酸、nC7為庚酸、nC8-10為辛酸與癸酸之混合物、及iC9為3,5,5-三甲基己酸。

各酯係本質上以相同方法製備。用於各酯之醇類及酸類，如上表所示，係以劑量比例組合，其之確認取決於所用之特定反應劑、酯之所欲分子量、由反應預期之水量，其中酸過量使用。酯類係經去除及清洗，之後分析，其結果摘錄如下。

酯類A至H為本發明實施例，其係一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。酯類I至T為比較例，其係非一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。

前面製備之酯類之數者係隨後與R-32摻合，以評估其與低GWP冷媒之可混性。隨後，測試工作流體樣本，以決定酯與冷媒之可混性，係藉測定工作流體仍穩定時之最低溫度，亦即，於該最低溫度時，樣本工作流體中之酯與冷媒仍互混。

於測試方面，各工作流體係置於3/8”x 8”玻璃試管。於監測相變化時，將試管冷卻。於冷卻樣本時進行評分，其中可能之評分包括：「單相」表示工作流體樣本呈單相且互混；「霧狀」表示工作流體仍為單相，但樣本呈現光暈或半透明，但仍互混；「混濁」表示工作流體出現變稠、白色、或乳白色，且雖然無明顯相分離，但樣本不互混；「二相」表示工作流體可清楚分離成二單獨相，且不互混。樣本試管係置於大型丙酮冷卻浴。溫度以5°增量方式下調，且在每次增量時，樣本係穩定至少5-10分鐘，之後取出判讀。於最低溫時，樣本仍互混者，定為「最後單相可互混溫度」(Last One Phase Miscible Temperature；LOPMT)，且此溫度越低可混性越佳，故工作流體的兼容性越佳(亦即，可混性越佳，酯與冷媒的兼容性越佳)。工作流體樣本及收集之測試結果係摘錄於下表。

流體1至8，製自酯類A至H，係本發明之實施例，其含有一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。流體9至14，製自酯類I至T，係比較例，其不含一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個或以下之碳原子。

結果顯示，所述工作流體之R-32冷媒與酯類間具良好可混性。流體1至7皆顯示良好LOPMT，係低於-40℃。相反地，流體9至14皆具極高LOPMT，或甚而於環境條件下缺乏可混性，如流體9及流體13所見。

欲進一步證實本技術，製備前述酯類之數種摻合物，其中各摻合物係以15：85至85：15重量之比例摻合所使用之酯類。下表摘錄摻合物實施例。

前面製備之摻合物之數者隨後係與R-32摻合，以評估其與低GWP冷媒之可混性，其製備及測試程序同前述。

結果顯示，所述工作流體之R-32冷媒與酯類間具良好可混性，即使當所述之酯與其他酯類摻合。流體15至21，其皆包括所述酯類之一者並與另一酯摻合，皆顯示良好LOPMT，係低於-40℃。相反地，流體22至24，其不包括所述酯類之任一者，皆具極高LOPMT，或甚而於環境條件下缺乏可混性，如流體22及流體24所見。

前面提及之文件之每一者在此係併入本案以作為參考資料，包括任何主張優先權之先申請案，不論前面是否列出。任何文獻之提出，並非認可該文件於任何司法管轄內有資格作為先前技術或構成本領域技術人員之一般知識。除了實施例之外，或另有明確說明，本說明書中指定之材料、反應條件、分子量、碳原子數、及其類似物之量的所有數字量，皆應當理解為以「約」字進行修飾。應當理解到，本文所述之上下量、範圍、及比例限值可個別組合。類似地，本發明各元件之範圍及量可與其他元件之任一者之範圍或量共同使用。

使用於此，過渡詞「包含」，其係等同於「包括」、「含有」、或「特徵在於」，係包括性或開放式，且不排除額外之未列舉元件或方法步驟。然而，於本文之「包含」之每次列舉，其係旨在該詞亦涵蓋替代之具體實施例，如片語「基本上組成自」及「組成自」，其中「組成自」排除任何未指定之元件或步驟，且「基本上組成自」允許包括額外之未列舉元件或步驟，其實質上於考量時不影響組成物或方法之基本及新穎特徵。

儘管某些代表性具體實施例及細節已揭露，以闡述本發明，其將顯見於本領域之技術人員，其中可進行各種變更及改良，而不背離本發明之範疇。於此方面，本發明之範疇係僅侷限於下列申請專利範圍。

Claims

一種用於低全球暖化潛勢之冷凍系統的工作流體，其中該冷凍系統包含一壓縮機，該工作流體包含一酯系潤滑劑及一低全球暖化潛勢冷媒；其中該酯系潤滑劑包含一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個以下之碳原子。
如請求項1之工作流體，其中該支鏈羧酸含有5個碳原子。
如請求項1至2中任一項之工作流體，其中該支鏈羧酸包含2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、或其結合物。
如請求項1至3中任一項之工作流體，其中該酯係由該酸與一或多個多元醇類之反應形成，其中該多元醇包含新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇。
如請求項1至4中任一項之工作流體，其中該工作流體更包含與該一或多個支鏈羧酸之酯結合之：(i)一或多個直鏈羧酸之一或多個酯類、(ii)一或多個聚α烯烴(polyalphaolefin；PAO)系油類、(iii)一或多個烷基苯系油類、(iii)一或多個聚烯烴二醇(polyalkylene glycol；PAG)系油類、(iv)一或多個烷基化萘系油類、或(v)其任何結合物。
如請求項1至5中任一項之工作流體，其中該低全球暖化潛勢冷媒包含R-32、R-290、R-1234yf、R-1234ze(E)、R-600,R-600a、R-152a、R-744、或其任何結合物。
如請求項1至6中任一項之工作流體，其中該低全球暖化潛勢冷媒具不大於約1000之全球暖化潛勢(GWP)。
如請求項1至7中任一項之工作流體，其更包含一非低全球暖化潛勢冷媒，其係與該低全球暖化潛勢冷媒摻合，產生一低全球暖化潛勢工作流體。
一種冷凍系統，其包含一壓縮機及一工作流體，其中該工作流體包含一酯系潤滑劑及一低全球暖化潛勢冷媒；其中該酯系潤滑劑包含一或多個支鏈羧酸之酯類，其中該支鏈羧酸含有8個以下之碳原子。
如請求項9之冷凍系統，其中該支鏈羧酸含有5個碳原子。
如請求項9至10中任一項之冷凍系統，其中該支鏈羧酸包含2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、或其結合物；其中該酯係由該酸與一或多個多元醇類之反應所形成，其中該多元醇包含新戊二醇、甘油、三羥甲基丙烷、新戊四醇、二新戊四醇、三新戊四醇；以及其中該低全球暖化潛勢冷媒包含R-32、R-290、R-1234yf、R-1234ze(E)、R-600、R-600a、R-152a、R-744、或其任何結合物。
如請求項9至11中任一項之冷凍系統，其中該低全球暖化潛勢冷媒具不大於約1000之全球暖化潛勢(GWP)。
如請求項9至12中任一項之冷凍系統，其中該工作流體更包含一非低全球暖化潛勢冷媒，其係與該低全球暖化潛勢冷媒摻合，產生一低全球暖化潛勢工作流體。
一種操作一冷凍系統之方法，其中該冷凍系統使用一低全球暖化潛勢冷媒，該方法包含步驟：(I)供給一工作流體至該冷凍系統，其中該工作流體包含一酯系潤滑劑及一低全球暖化潛勢冷媒；其中該酯系潤滑劑包含一或多個支鏈羧酸之酯，其中該支鏈羧酸含有8個以下之碳原子。
一或多個支鏈羧酸之酯之用途，其係與一低全球暖化潛勢冷媒結合，作為用於冷媒系統之工作流體，其中該支鏈羧酸含有8個以下之碳原子。