BRPI0614172B1

BRPI0614172B1 - material de base de lubrificante de éster de poliol

Info

Publication number: BRPI0614172B1
Application number: BRPI0614172A
Authority: BR
Inventors: George Psillas
Original assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2016-04-26
Also published as: CA2615286C; US20080214418A1; AU2006272507B2; EP1941010A1; BRPI0614172A2; CN102304410A; CA2615286A1; AU2006272507A1; WO2007014337A1; CN101248164A

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 ÉSTER DE POLIOL

Antecedentes da Invenção Refere-se a presente invenção a materiais de base de lubrificantes de éster de poliol sintéticos, e mais particularmente a misturas cruzadas de materiais de base de lubrificantes de éster sintético de alta viscosidade com materiais de base de éster de poliol convencionais adequados para o uso em sistemas de compressores e de refrigeração. É amplamente conhecido que os clorofluorocarbonetos anteriormente utilizados como propelentes em aerossóis e como fluidos de refrigeração não são mais usados devido ao impacto prejudicial na camada de ozônio da terra. Os esforços para eliminar o uso de clorofluorocarbonetos conduziram ao desenvolvimento de fluidos alternativos que são hidrocarbonetos altamente ou plenamente fluorados.

Os fluidos de refrigeração operacionais geralmente incluem uma quantidade menor de lubrificante. Tipicamente, os fluidos de refrigeração incluem entre cerca de 5 a 15 ou 20 partes, em peso, de lubrificante, com o equilíbrio sendo o fluorocarbono. Nos sistemas de clorofluorocarbono, os lubrificantes eram tradicionalmente óleos minerais, os quais são plenamente miscíveis com os clorofluorocarbonetos. Não obstante, esses lubrificantes não são miscíveis com os hidrocarbonetos altamente ou plenamente fluorados, tais como 1,1,1,2- tetrafluoroetano, comumente conhecido como HFC-134a/ e outros fluorocarbonetos isentos de cloro, incluindo hidrofluorocarbono (HFC) dotado de 1 a 3 átomos de 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 misciveis com oleo mineral, determinados ésteres carboxilicos de compostos poliidroxílicos, também conhecidos como esters de poliol ou POEs, são plenamente misciveis com os fluidos altamente ou plenamente fluorados. Os lubrificantes de éster de poliol are preparados pela condensação de determinados polióis, tais como pentaeritritol, neopentil glicol e trimetilpropanol, e ácidos monocarboxilicos lineares ou ramificados que contêm entre cerca de 4 a 10 átomos de carbono. Para aperfeiçoar a capacidade de mistura, tipicamente a mistura de ácido carboxilico inclui 30-85 mols% de ácido 3, 5, 5 tri-metilexanóico (iso-C-9) . Não obstante, acontecimentos recentes limitaram a disponibilidade do iso-C-9. Esta escassez de iso-C-9 tornou difícil e/ou dispendioso manufaturar ésteres de poliol utilizando-se iso-C-9. O documento EP 0801129 A2 descreve um lubrificante que emprega 2 ésteres de poliois de elevada viscosidade em sua composição. O documento ΕΡ 0730020 Α2 descreve uma composição lubrificante compreendida por 2 ésteres poliois, obtidos a partir da esterificação do pentaeritritol.

Conseqüentemente, é desejável proporcionar-se materiais de base lubrificante de ésteres sintéticos misciveis com HFCs dotados de viscosidades entre cerca de ISO 68 até 220 com base nas misturas cruzadas de dois ou mais materiais de base. A mistura é compreendida de um material de base sintético de alta viscosidade formado por condensação de neopentilpoliol e ácidos monocarboxilicos lineares e ramificados, em que se utiliza pouco ou nenhum iso-C-9 na mistura de ácido carboxilico, e um material de base de éster de poliol convenciona. A mistura cruzada é miscivel com HFCs independentemente do uso limitado de iso-C-9, e proporciona um material de base econômico nas vezes em que os suprimentos de iso-C-9 são limitados.

Sumário da Invenção Constitui um objetivo da presente invenção produzir uma ampla gama de lubrificantes de éster de poliol que são misciveis com HFCs com minimo ou nenhum uso de iso-C-9 na mistura de reação de ácido carboxilico.

Outro objetivo da presente invenção consiste em proporcionar um material de base lubrificante para sistemas de ar-condicionado e refrigeração .

Outro objetivo da presente invenção consiste em proporcionar um processo econômico de preparar materiais de base de ésteres sintéticos que são dotados de capacidade de mistura suficiente com refrigerantes HFC com uso limitado de ácidos carboxilicos iso-C-9.

Outro objetivo da presente invenção consiste em proporcionar um material de base de éster sintético que é dotado de capacidade de mistura suficiente com refrigerantes HFC com uso de ácidos carboxilicos iso-C-9 limitado, o qual exibe uma proteção ao desgaste superior e aumenta a eficiência de compressor.

De acordo com a invenção, proporcionam-se misturas cruzadas de lubrificantes de éster sintético adequados para o uso com uma ampla gama de fluidos de refrigeração HFC. Os requerentes descobriram que misturas cruzadas de i) materiais de base de éster de poliol 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 uma gama de materiais de base de éster de poliol de alta e baixa viscosidade que são misciveis com fluidos de refrigeração HFC e exibem proteção superior contra o desgaste.

Ainda, de acordo com a invenção, o material de base de lubrificante de éster de poliol é caracterizado pelo fato de compreender uma mistura cruzada de material de base de éster de poliol de alta viscosidade tendo uma viscosidade entre cerca de iso 120 a iso 140 e material de base de éster de poliol convencional de uma viscosidade de iso 20 a 350, resultando na mistura cruzada tendo uma viscosidade de iso 68 a 220; e em que o material de base de éster de poliol de alta viscosidade é derivado de uma reação de condensação de neopentil poliol e uma mistura de ácidos monocarboxilicos lineares e ramificados, em que a mistura de ácidos é isenta de ácido 3,5,5- trimetilhexanóico.

Descrição Detalhada da Invenção Na descrição apresentada em seguida, para propósitos de explanação e não de limitação, expõem-se detalhes específicos a fim de proporcionar uma compreensão completa da presente invenção. Não obstante, será evidente para aquele versado na técnica que a presente invenção pode ser praticada em outras concretizações que se afastam destes detalhes específicos. Descrições detalhadas de processos, ácidos e métodos amplamente conhecidos para manufaturar os mesmos são omitidos de maneira a não confundir a descrição da presente invenção.

Materiais de Mistura Cruzada A mistura de materiais de base de éster sintético da presente invenção compreende uma mistura cruzada de a) determinados materiais de base de éster sintético de alta viscosidade e b) materiais de base de éster sintético convencionais. Éster de Poliol de Alta Viscosidade O material de base éster de poliol de alta viscosidade é formado por condensação de neopentilpoliol e uma mistura de ácidos monocarboxilicos lineares e ramificados em um excesso de grupos hidroxila, em que é usado pouco ou nenhum iso-C-9 na mistura de ácido carboxilico. O método para produzir esse material de base de éster sintético de alta viscosidade encontra-se exposto na patente U.S. No. 6.774.093 que fica incorporada neste contexto por referência.

De acordo com uma concretização, o material de base de alta viscosidade é uma mistura de ésteres que formam o produto de reação de um processo de duas etapas. Na etapa inicial, faz-se reagir um poliol de neopentil dotado de 8 a 10 átomos de carbono com um ácido ou uma mistura de ácidos de ácidos C4 -Cio lineares e/ou ácidos C5 - Cio ramificados na presença de um excesso de grupos hidroxila para grupos carboxila na presença de um catalisador ácido para formar uma mistura parcial de ésteres de polineopentiléster. O excesso de grupos hidroxila é necessário para promover a polimerização dos ésteres parciais e a relação molar de ácido ou mistura de ácidos para o poliol pode ser variada na dependência da velocidade de reação desejada, do grau de condensação e da viscosidade final desejada do material de base. Depois que a água de reação antecipada foi removida do vaso de reação para proporcionar um produto de viscosidade desejada, o éster de polineopentilpoliol parcial resultante é então levado a reagir com um excesso de um ácido ou uma mistura de ácidos que pode variar ou ser a mesma mistura de ácidos usada na etapa inicial para proporcionar o produto de éster de alta viscosidade.

Mais particularmente, o éster de poliol de alta viscosidade usado na mistura cruzada da presente invenção é dotado de uma viscosidade de iso 120 a 140 e é preparado de acordo com o método descrito anteriormente e na patente '093 utilizando-se uma mistura de pentaeritritol e dipentaeritritol levada a reagir com uma mistura de ácidos carboxilicos selecionados a partir de um ou mais de ácidos C5, iso-C5, C7, hexanóico, iso-Cg e Cg monocarboxílicos.

De acordo com uma concretização o éster de poliol de alta viscosidade iso 120 a 140 é preparado utilizando-se uma mistura 60/40 de pentaeritritol e dipentaeritritol levada a reagir com ácidos carboxilicos selecionados a partir de um ou mais de nC5, iso-C5, nC7, hexanóico e Cg na presença de um excesso de grupos hidroxila para grupos carboxila. A reação prossegue até proporcionar um produto da viscosidade desejada. Um éster de poliol de alta densidade dotado de uma viscosidade entre iso 120 e iso 140 proporciona miscibilidade suficiente com refrigerante Rl34a de -38°C até 80°C mesmo sem o uso de iso-Cg como um dos ácidos carboxilicos.

Ester de Poliol Convencional Materiais de base de éster de poliol convencionais, tais como usados neste contexto, destinam-se a significar materiais de base de éster sintético preparados pela reação por condensação padrão de neopentilpoliol e uma seleção de ácidos monocarboxilicos lineares e ramificados.

Os materiais de base de éster convencionais da presente invenção são lubrificantes baseados éster de poliol preparado por uma ração de condensação convencional de polióis e ácidos carboxilicos. Os materiais de base de éster de poliol convencionais têm uma faixa de viscosidades de iso 20 a iso 350 e encontram-se disponíveis a partir de um número de fontes, incluindo Castrol Industrial North America Inc. Warrenville, IL sob a marca Icematic, Cognis (sob a marca Evergreen), Uniqema Corporation RL series, CPI's Solest marca da POE, Mobil EAL Arctic, JEC, e Nippon Oil.

Composição de Óleo Lubrificante Uma variedade de aditivos pode ser adicionada às misturas cruzadas para preparar o lubrificante refrigeração plenamente misturado. Estes aditivos incluem: anti-oxidantes, aditivos anti- desgaste e desativadores de metais.

Anti-oxidantes Um lubrificante de refrigeração plenamente misturado pode conter entre cerca de 0,01% a 1%, em peso, alternativamente entre cerca de 0,05% a 0,5% em peso, alternativamente entre cerca de 0,10% a cerca de 0,20%, em peso, de um ou mais anti-oxidantes.

Os anti-oxidantes reduzem a tendência dos óleos lubrificantes serem deteriorados em serviço. Esta deterioração pode ser evidenciada pela viscosidade de óleo aumentada e pelos produtos de oxidação, tais como ácidos, lama e depósitos semelhantes a esmalte nas superfícies de metal. De acordo com uma concretização utiliza-se 0,10%, peso, de BHT.

Agentes anti-desgaste Um lubrificante de refrigeração plenamente misturado também pode conter entre cerca de 0,0075% a 3%, em peso, alternativamente de cerca de 0,01% a cerca de 2%, em peso, alternativamente entre cerca de 0,06% ate cerca de 1%, em peso, de um ou mais agentes anti-desgaste.

Os agentes anti-desgaste, como o seu nome implica, reduzem o desgaste das partes de metal. Os agentes anti-desgaste comumente usados em lubrificantes de refrigeração incluem Vanlube 672 que se encontra disponível a partir da RT Vanderbilt e aditivos anti-desgaste de tricresil fosfato (TCP). Desativador de Metais Um lubrificante de refrigeração plenamente misturado também pode conter entre cerca de 0,001% até 0,1%, em peso, alternativamente entre cerca de 0,0075% até cerca de 0,05%, em peso, de um ou mais metal desativadores, tais como tolutriazol (disponível a partir da Ciba Specialty Chemiclas sob o nome comercial Irgamet TTZ) e inibidores de corrosão de ácido sebácico. De acordo com uma concretização utiliza-se 0,01%, em peso, de tolutriazol (TTZ).

Outros aditivos Outros aditivos incluem bloqueadores de ácido, tais como Texaco's Cadura E-10.

Condições de Mistura As misturas cruzadas da presente invenção são preparadas por meio da mistura de éster de poliol alta de viscosidade que é dotado de uma viscosidade na faixa de iso 120 a iso 140 com ésteres de poliol convencionais de grau de viscosidade iso 20 a iso 350 para se conseguir a viscosidade final desejada. Os ésteres de poliol de alta viscosidade e convencionais juntamente com uma seleção de aditivos, se for o caso, são misturados em uma caldeira de aço inoxidável encamisada a vapor sob ima faixa de temperaturas de 120°C a 180°C durante cerca de 24 horas. O grau de viscosidade desejada das misturas cruzadas é conseguido por mistura de acordo com a seguinte tabela de misturas cruzadas: Misturas Cruzadas EXEMPLOS

Os Exemplos são somente para propósitos ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo da invenção.

Exemplo I - Esteres de poliol de Alta Densidade Miscíveis com R 134a O exemplo seguinte ilustra que somente determinados ésteres de poliol de alta viscosidade preparados de acordo com a patente '093 são miscíveis com R 134a* Os dados demonstram que somente esters de poliúl de alta viscosidade dotados de uma viscosidade na faixa de iso 120 a iso 140 sao miscíveis com R 134a. Desta forma, as misturas cruzadas deverão ser preparadas com ésteres de poliol de alta viscosidade dentro desta faixa, Exemplo II - Misturas Cruzadas VG120- grau de alta viscosidade de iso 120 disponível a partir da Hatco Corporation SW20- iso 20 POE disponível a partir da Castrol Industrial North America SW68- iso 68 POE disponível a partir da Castrol Industrial North America SW220= iso 220 POE disponível a partir da Castrol Industrial North America SW350= iso 350 POE disponível a partir da Castrol Industrial North America Example III - Dados de Desgaste As propriedades de desgaste das misturas cruzadas foram testadas de acordo com ASTK D2670 Falex Pin e Vee Block Test. O Falex Pin & Vee Block Test avalia as propriedades de pressão extrema ou características de desgaste de um lubrificante. A máquina faz girar o pino de teste contra dois blocos Vee estacionários a 290 rpm. Carga é aplicada aos blocos Vee através de um mecanismo de cremalheira e o espécime de teste é mergulhado no lubrificante de mistura cruzada enquanto se faz borbulhar refrigerante R-134a através do lubrificante. Uma carga de 113,5 kg (250 libras) foi aplicada durante os primeiros 5 minutos do período de amaciamento e uma carga de 181,5 kg (400 libras) foi aplicada durante os 30 minutos de duração do teste. O desgaste é medido e reportado como o número de dentes que o mecanismo de catraca avança a fim de manter carga constante durante o tempo de teste prescrito. Os resultados para as misturas cruzadas estão expostos na Tabela III.

Tabela III - Média de Dados de Desgaste por Falex Piri and Vee Black, para três passagens Dados de Desgaste Medidos em Perda em gramas Misturas Contagem de Pino Vee Block 1 Vee Block 2 Cruzadas Dentes Amostra N° 1 7 0.0016 -0.0007 0.0002 2 3 1 52 0.0142 0.00052 0.00Q22 4 13.75' 0.01321 0.00071 0.00021 5 6 POEs Convencionais Icematic SW 68 23.51 Ο.01061 0.00071 0.000851 fnl Média de 4 passagens frr Média de 3 passagens

Claims

1 — Material de base de lubrificante de éster de poliol, caracterizado pelo fato de compreender uma mistura cruzada de material de base de éster de poliol de alta viscosidade tendo uma viscosidade entre cerca de iso 120 a iso 140 e material de base de éster de poliol convencional de uma viscosidade de iso 20 a 350, resultando na mistura cruzada tendo uma viscosidade de iso 68 a 220; e em que o material de base de éster de poliol de alta viscosidade é derivado de uma reação de condensação de neopentil poliol e uma mistura de ácidos monocarboxilicos lineares e ramificados, em que a mistura de ácidos é isenta de ácido 3,5,5-trimetilhexanóico.

2 - Material de base de éster de poliol, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 73%, em peso, do material de base de alta viscosidade é misturado com 27%, em peso, de material de base convencional iso 20, para se conseguir uma mistura cruzada tendo uma viscosidade de iso 68.

3 - Material de base de éster de poliol, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 60%, em peso, do material de base de alta viscosidade é misturado com 40%, em peso, de material de base convencional iso 350, para se conseguir uma mistura cruzada tendo uma viscosidade de iso 220.