CN116438282A

CN116438282A - 具有高粘度指数的压缩机油

Info

Publication number: CN116438282A
Application number: CN202180077312.0A
Authority: CN
Inventors: T·诗密尔; F－O·马林; L·福格特
Original assignee: Evonik Operations GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-07-14
Also published as: US20230416634A1; KR20230107653A; JP2023550390A; EP4247923A1; CA3198514A1; WO2022106519A1; MX2023005739A

Abstract

本发明涉及聚(甲基)丙烯酸烷基酯在压缩机油中的用途。本发明尤其涉及通过以下方式提高压缩机的能量效率的方法，所述方式为使用包含基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的压缩机油来操作所述压缩机。

Description

具有高粘度指数的压缩机油

技术领域

背景技术

普通压缩机属于旋转式或往复式机器的组。它们压缩各种气体，例如空气、二氧化碳或其它制冷剂。小型制冷压缩机用于家用冰箱，较大型压缩机用于给仓库降温。

对可持续发展和减少全球变暖影响的呼吁使得低能耗和高效率对于现有技术的压缩机技术是不可避免的。由于家用冰箱是全球普及的产品，并且千家万户都在使用，因此节能潜力巨大。在几乎所有行业中以及在商业和工业领域的气动系统中使用的压缩空气也是如此。

最常见的制冷循环是通过将制冷剂在封闭系统中循环、蒸发和冷凝来完成的。蒸发在低温和低压下发生，而冷凝在高温和高压下发生。这使得可能将热量从低温区域转移到高温区域。

冰箱的重要内部部件是制冷剂、压缩机、冷凝器、膨胀阀或毛细管和蒸发器、冷却室或冷冻室。

制冷剂流动经过冰箱的所有内部部件。它在蒸发器中实施冷却作用。它在蒸发器(冷却室或冷冻室)中从待被冷却的物质中吸收热量，并经由冷凝器将其排放到大气中。制冷剂持续循环经过冰箱循环的所有内部部件。压缩机从蒸发器中吸入制冷剂，并将其在高压和高温下排出。压缩机由电动机驱动，并且它是冰箱的主要耗电装置。来自压缩机的制冷剂进入冷凝器，在那里它被大气冷却，从而失去它在蒸发器和压缩机中吸收的热量。离开冷凝器的制冷剂进入膨胀装置。当制冷剂通过毛细管时，它的压力和温度突然下降。处于非常低的压力和温度下的制冷剂进入蒸发器或冷冻室。蒸发器是热交换器。制冷剂在蒸发器中吸收待被冷却的物质的热量，被蒸发并然后其被压缩机吸入。这个循环不断重复。

在制冷循环中，压缩机是最敏感的部件，其必须被适当润滑才能实现长的使用寿命。用于制冷压缩机的润滑剂减少摩擦、防止磨损并起到在高压侧和低压侧之间的密封件的作用。

冰箱具有以下结构，在该结构中，制冷剂和压缩机油的混合物在封闭系统内循环。因此进一步要求压缩机油与制冷剂具有高相容性。除此之外，压缩机油的另外的挑战是良好的密封性能以及压缩机组的磨损保护和腐蚀保护。

家用冰箱使用异丁烷(R600a)作为制冷剂，其被认为是新式的且经过验证的现有技术。然而，关于效率提升主题的研究主要集中在制冷剂和压缩机本身上，因为它是制冷循环中的主要耗能组件。压缩机是被润滑的，并且因此，润滑剂是在压缩机内影响总效率的决定性因素之一。除了润滑剂和制冷剂的化学组分的相容性之外，所得的压缩机性能也很重要。

在润滑剂和润滑技术的领域中，压缩机油尤为重要。制冷剂压缩机的长寿命预期与润滑剂的高品质要求密切相关。

除了与相应制冷剂的有利的混溶特性外，良好的冷流性能、高的抗老化性以及高的化学和热稳定性也起着重要作用。

与其它物质(尤其是制冷剂)的相互作用在制冷循环中在部分极端温差下对润滑剂提出了非常特定的需求并要求其具有宽的温度操作窗口。

在冰箱系统的领域中，对节能的需求很高。改进能量效率的一个出发点是使用具有低粘度(即具有低粘度等级)的冷冻机油。使用异丁烷作为制冷剂的压缩机油的常用标准是ISO粘度等级(ISO VG)为7，有时也是ISO VG 5。但希望进一步降低粘度。

伴随着较稀基础流体的挑战是必须确保油与制冷剂的相容性，即制冷剂在油中的溶解性、密封性能以及磨损和腐蚀保护。

如果压缩机的润滑不充分，它会导致耗电量增加，整体效率降低或伴有温度升高的热辐射，以及油和设备的使用寿命缩短。油的适用性可以在用于小容量制冷剂压缩机的标准化试验台上进行测试，所述试验台可确保可比的测试参数，测量制冷剂质量流速、压缩机耗电量和热量计热输入以及压缩机壳温度。

在润滑剂工业中公知的是添加剂能够带来性能益处(例如磨损和腐蚀保护，改进的氧化稳定性)或能够解决密封问题。

常用的尤其是聚(甲基)丙烯酸烷基酯。聚(甲基)丙烯酸烷基酯是在诸如发动机油、传动油、齿轮油、液压油、润滑脂和金属加工液的不同应用中使用的公知添加剂。

使用聚(甲基)丙烯酸烷基酯作为压缩机油中的粘度指数改进剂迄今尚未见报道。

现有技术

US 2009/0062167涉及一种冷冻机油组合物，其包含由低粘度基础油和高粘度基础油组成的混合基础油。没有公开存在有根据本发明的基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂并且没有报道节能。

US 2019/0241827涉及一种含有特定的矿物油(A)和至少一种聚合物(B)的冷冻机油，其具有优异的润滑性。没有公开存在有根据本发明的基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂并且没有报道节能。

EP 2337832公开了一种降低液压系统中的噪声产生的方法，该方法包括使包含聚(甲基)丙烯酸烷基酯聚合物的液压流体与液压系统接触。所述液压流体含有粘度指数改进剂并具有至少130的粘度指数(VI)。所述VI改进剂被描述为是聚(甲基)丙烯酸烷基酯，具有在10,000至200,000g/mol范围内的分子量，并且是通过聚合烯属不饱和单体的混合物获得的，所述混合物优选包含50至95重量％的甲基丙烯酸C₉至C₁₆烷基酯和1至30重量％的甲基丙烯酸C₁至C₈烷基酯。

EP 2337832中描述的发明目的是降低噪声，这是通过增加在较高温度下的油粘度实现的。为了这种效果，高粘度和高密度是有益的，并且流体的高VI是导致在工作温度下粘度增加的原因。

在本发明中，采用类似的方案来提高完全不同的系统的能量效率。

在液压系统和压缩机(例如气动的)系统之间的区别在于用于传输动力的介质。气动装置使用可容易压缩的气体，如空气或其它气体。同时，液压装置利用相对不可压缩的液体介质(如矿物油、乙二醇、水、合成类型的油或高温防火流体)来实现动力传输。

由于这个主要区别，关于这两种动力路线的一些其它方面也照样处理。气动装置的工业应用使用的压力范围为每平方英寸80到100磅，而液压装置使用1,000到7,500psi，或者对于特殊化应用甚至超过10,000psi。

另外，还需要一个罐来储存油，其中所述液压系统可以在出现油不足的情况下从所述罐抽取所述油。然而，在气动系统中，可以简单地从大气中抽取空气，然后经由过滤器和干燥器进行净化。

由于气动装置使用可压缩气体，它们因此需要压缩机。相反，液压装置在包括泵、阀和执行器的系统内部使用液体。

压缩机中的温度范围可能比液压系统中的温度范围宽得多，并且空气压缩机油需要抵抗对于热空气的持久暴露。

液压油的性能添加剂包传统上含有金属并且会形成灰分，而压缩机油是无灰分的。

EP 1987118公开了粘度指数为至少130的流体用于在液压系统(如发动机或电动机)中使用的用途。这种流体包含在API第II或III组矿物油和分子量低于10,000g/mol的聚α-烯烃的混合物中的由(甲基)丙烯酸C₁至C₆酯、(甲基)丙烯酸C₇至C₄₀酯和任选另外与(甲基)丙烯酸酯可共聚的单体形成的共聚物。

在液压流体和压缩机流体的技术领域之间的区别是在液压装置中使用一种流体来润滑和提供工作，而在压缩机中使用两种单独定义的流体。一个共同的方面是广泛用于许多应用中和需要效率提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种导致能量效率增加的压缩机油。节能允许使用较小的压缩机，这伴随着更便宜的设计和操作，即在类似性能的情况下降低能耗。

现在令人惊奇地发现，用如权利要求1中限定的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂配制的压缩机油允许与使用不含这种基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的压缩机油的操作相比压缩机操作具有显著降低的比能量需求。

发明详述

本发明的一个目的涉及提高压缩机的能量效率的方法，该方法包括用压缩机油操作压缩机，所述方法的特征在于所述压缩机油包含：

(i)1重量％至30重量％基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂，其包含：

(a)0重量％至25重量％的甲基丙烯酸甲酯；

(b)75重量％至100重量％的(甲基)丙烯酸直链或支化C_10-18烷基酯；和

(c)0重量％至2重量％的(甲基)丙烯酸直链或支化C_5-9烷基酯或(甲基)丙烯酸直链或支化C_20-24烷基酯，其中

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分

子量(M_w)在5,000至400,000g/mol范围内；

(ii)70重量％至99重量％的基础油，其选自API第II、III、IV和V组和它们的混合物，和

(iii)0重量％至2.5重量％的无锌的性能包，其至少包含抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂，

其中所述压缩机油具有至少140，优选至少160，更优选至少180的粘度指数。

在另一个目的中，所述压缩机油包含：

(i)1重量％至20重量％，优选1重量％至15重量％，优选1重量％至10重量％的如上文进一步概述的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂；

(ii)80重量％至99重量％，优选85重量％至99重量％，优选90重量％至99重量％的基础油，其选自API第II、III、IV和V组和它们的混合物；和

(iii)0重量％至2.5重量％的无锌的性能包，其至少包含抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂。

在另一个目的中，所述基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂包含：

(a)0.2重量％至25重量％，优选4重量％至16重量％的甲基丙烯酸甲酯；

(b)75重量％至99.8重量％，优选84重量％至96重量％的甲基丙烯酸直链或支化C_10-18烷基酯；和

(c)0重量％至2重量％的(甲基)丙烯酸直链或支化C_5-9烷基酯或(甲基)丙烯酸直链或支化C_20-24烷基酯。

每种组分(i)、(ii)和(iii)的含量都基于所述压缩机油的总组成。在一个特定的实施方案中，组分(i)、(ii)和(iii)的比例总计为100重量％。

每种组分(a)、(b)和(c)的含量都基于所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的总组成。组分(a)、(b)和(c)的比例总计为100重量％。

根据本发明的聚丙烯酸烷基酯聚合物的重均分子量M_w优选为至少5,000g/mol或8,000g/mol或10,000g/mol或30,000g/mol并且优选至多400,000g/mol或200,000g/mol或100,000g/mol或80,000g/mol；例如在5,000g/mol至400,000g/mol范围内，优选在5,000g/mol至200,000g/mol或5,000g/mol至100,000g/mol或8,000g/mol至100,000g/mol或10,000g/mol至200,000g/mol或30,000g/mol至100,000g/mol或10,000g/mol至80,000g/mol范围内。

M_w是通过尺寸排阻色谱法(SEC)使用可商购的聚甲基丙烯酸甲酯标准物测定的。所述测定通过凝胶渗透色谱法采用THF作为洗脱剂进行。

术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸的酯和甲基丙烯酸的酯这两者。根据本发明，优选甲基丙烯酸酯。

根据本发明使用的(甲基)丙烯酸C_5-9烷基酯是由(甲基)丙烯酸和具有5至9个碳原子的直链或支化的醇形成的酯。术语“(甲基)丙烯酸C_5-9烷基酯”包括单个的与具有特定长度的醇形成的(甲基)丙烯酸酯，和同样包括与具有不同长度的醇形成的甲基丙烯酸酯的混合物。

合适的(甲基)丙烯酸C_5-9烷基酯包括例如(甲基)丙烯酸戊酯，(甲基)丙烯酸己酯，(甲基)丙烯酸庚酯，(甲基)丙烯酸2-乙基己酯和(甲基)丙烯酸壬酯。

根据本发明使用的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯是由(甲基)丙烯酸和具有10至18个碳原子的直链或支化醇形成的酯。术语“(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯”包括单个的与具有特定长度的醇形成的(甲基)丙烯酸酯，和同样包括与具有不同长度的醇形成的(甲基)丙烯酸酯的混合物。

合适的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯包括例如(甲基)丙烯酸癸酯，(甲基)丙烯酸十一烷基酯，(甲基)丙烯酸5-甲基十一烷基酯，(甲基)丙烯酸十二烷基酯，(甲基)丙烯酸2-甲基十二烷基酯，(甲基)丙烯酸十三烷基酯，(甲基)丙烯酸5-甲基十三烷基酯，(甲基)丙烯酸十四烷基酯，(甲基)丙烯酸十五烷基酯，(甲基)丙烯酸十六烷基酯，(甲基)丙烯酸十七烷基酯和(甲基)丙烯酸十八烷基酯。

根据本发明使用的(甲基)丙烯酸C_20-24烷基酯是由(甲基)丙烯酸和具有20至24个碳原子的直链醇形成的酯。术语“(甲基)丙烯酸C_20-24烷基酯”包括单个的与具有特定长度的醇形成的(甲基)丙烯酸酯，和同样包括与具有不同长度的醇形成的(甲基)丙烯酸酯的混合物。

合适的(甲基)丙烯酸直链C_20-24烷基酯包括例如(甲基)丙烯酸二十烷基酯和(甲基)丙烯酸二十二烷基酯。

根据本发明使用的分散剂单体选自甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、N-(3-(二甲氨基)丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPMAm)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)。

为了合成所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂(i)，可通过任何已知的方法聚合上述单体混合物。可使用常规的自由基引发剂进行经典的自由基聚合。这些引发剂是在本领域中公知的。这些自由基引发剂的实例是偶氮引发剂，如2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)、2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈)和1,1-偶氮双环己烷甲腈；过氧化物，例如甲基乙基酮过氧化物、乙酰丙酮过氧化物、二月桂酰过氧化物、过-2-乙基己酸叔丁酯、酮过氧化物、甲基异丁基酮过氧化物、环己酮过氧化物、过氧化二苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯，叔丁基过氧异丙基碳酸酯，2,5-双(2-乙基己酰基-过氧)-2,5-二甲基己烷，过氧2-乙基己酸叔丁酯，过氧-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯，过氧化二异丙苯，1,1-双(叔丁基过氧)环己烷，1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷，过氧化氢异丙苯和叔丁基过氧化氢。

可通过使用链转移剂获得具有较低分子量的聚(甲基)丙烯酸酯。这项技术在聚合物工业中是广为人知且广泛实践的，并描述在Odian的Principles of Polymerization(《聚合原理》)，1991中。

另外，可应用新聚合技术，例如ATRP(原子转移自由基聚合)和/或RAFT(可逆加成断裂链转移)来获得有用的衍生自烷基酯的聚合物。这些方法是公知的。ATRP反应方法例如由J-S.Wang等人，J.Am.Chem.Soc.，第117卷，第5614-5615页(1995)，和由Matyjaszewski，Macromolecules，第28卷，第7901-7910页(1995)描述。另外，专利申请WO 96/30421、WO 97/47661、WO 97/18247、WO 98/40415和WO 99/10387公开了上述ATRP的变型方案，为了公开的目的明确参考这些文献。RAFT方法例如在WO 98/01478中被广泛介绍，为了公开的目的明确参考该文献。

所述聚合可在常压、减压或升高的压力下进行。聚合温度在-20至200℃，优选60至120℃范围内，不意欲由此进行限制。所述聚合可以在有溶剂或没有溶剂的情况下进行。术语溶剂在此应广义理解。根据一个优选的实施方案，所述聚合物可通过在API第I、II或III组矿物油或在API第IV组合成油中进行聚合而获得。

待在所述压缩机油中使用的基础油包含润滑粘度的油。这样的油包括天然和合成油，衍生自加氢裂化、加氢和加氢整理的油，未精制的、精制的、再精制的油或它们的混合物。

所述基础油还可以如由美国石油协会(API)规定的那样定义(参见“附件E—客车机油和柴油发动机油的API基础油可互换性指南(Appenix E-API Base OilInterchangeability Guidelines for Passenger Car Motor Oils and Diesel EngineOils)”的2008年四月版，第1.3节子标题1.3.“基料类别(Base Stock Categories)”)。

所述API目前定义了五组润滑剂基料(API 1509，附件E—客车机油和柴油发动机油的API基础油可互换性指南，2011年九月)。第I、II和III组是矿物油，它们是由它们含有的饱和物和硫的量以及由它们的粘度指数分类的；第IV组是聚α烯烃；和第V组是所有其它物质，包括例如酯油。下表示例性说明了这些API分类。

合适的用于制备根据本发明的压缩机油的非极性基础油的100℃下运动粘度(KV₁₀₀)优选在根据ASTM D445测定的1mm²/s至20mm²/s范围内，更优选在2mm²/s至10mm²/s范围内。

本发明的特别优选的压缩机油包含选自API第II组油、API第III组油、聚α烯烃(PAO)和它们的混合物的至少一种基础油。

根据本发明可用的另外的基础油是第II-III组的费-托(Fischer-Tropsch)衍生的基础油。

费-托衍生的基础油是本领域中已知的。术语“费-托衍生的”意思是指基础油是或衍生自费-托工艺的合成产物。费-托衍生的基础油也可以被称为GTL(天然气合成油)基础油。可在本发明的压缩机油中方便地用作基础油的合适的费-托衍生的基础油是例如公开在以下文献中的那些：EP 0 776 959、EP 0 668 342、WO 97/21788、WO 00/15736、WO 00/14188、WO 00/14187、WO 00/14183、WO 00/14179、WO 00/08115、WO 99/41332、EP 1 029029、WO 01/18156、WO 01/57166和WO 2013/189951。

根据本发明使用的压缩机油可还含有一种或多种另外的添加剂，其选自倾点降低剂、分散剂、消泡剂、清净剂、破乳剂、抗氧化剂、抗磨添加剂、极压添加剂、摩擦改进剂、抗腐蚀添加剂、金属减活剂和金属钝化剂和它们的混合物，优选抗磨添加剂、抗腐蚀添加剂和抗氧化剂。

根据本发明使用的压缩机油可优选包含最高至2.5重量％、优选0.5重量％至1.5重量％的性能包，其至少含有抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂。

所述性能包优选是无锌的性能包，更优选是完全无灰的。

优选的倾点降低剂例如选自烷基化的萘和酚类聚合物、聚甲基丙烯酸烷基酯、马来酸酯共聚物酯和富马酸酯共聚物酯，其可方便地被用作有效的倾点降低剂。所述压缩机油可含有0.1重量％至0.5重量％的倾点降低剂。优选地，使用不超过0.3重量％的倾点降低剂。

合适的分散剂包括聚(异丁烯)衍生物，例如聚(异丁烯)琥珀酰亚胺(PIBSI)，包括硼化(borated)的PIBSI；和具有N/O官能团的乙烯-丙烯低聚物。所述压缩机油可含有基于所述压缩机油的总重量计0.05重量％至5重量％的至少一种分散剂。

合适的消泡剂包括例如有机硅油、氟有机硅油和氟烷基醚。所述压缩机油可含有基于所述压缩机油的总重量计0.01重量％至0.02重量％的至少一种消泡剂。

所述清净剂包括含有金属的化合物，例如酚盐；水杨酸盐；硫代膦酸盐，尤其是硫代焦膦酸盐、硫代膦酸盐和膦酸盐；磺酸盐和碳酸盐。这些化合物可尤其含有钙、镁和钡作为金属。这些化合物可优选以中性或高碱性形式使用。

优选的破乳剂包括环氧烷共聚物和(甲基)丙烯酸酯，其包含极性官能团。

合适的抗氧化剂包括例如酚类，例如2,6-二叔丁基苯酚(2,6-DTB)、2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚、丁基化的羟基甲苯(BHT)、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)；芳族胺，尤其是烷基化的二苯胺，N-苯基-1-萘胺(PNA)，N,N'-二苯基-对苯二胺，聚合的2,2,4-三甲基二氢醌(TMQ)；“OOS三酯”＝由二硫代磷酸与来自以下物质的活化双键形成的反应产物：烯烃，环戊二烯，降冰片二烯，α-蒎烯，聚丁烯，丙烯酸酯，马来酸酯(当燃烧时无灰)；有机磷化合物，例如亚磷酸三芳基酯和三烷基酯；有机铜化合物和高碱性的钙基和镁基酚盐和水杨酸盐。所述压缩机油可含有基于所述压缩机油的总重量计0.05重量％至5重量％的至少一种抗氧化剂。

优选的抗磨和极压添加剂包括磷化合物，例如磷酸三烷基酯，磷酸三芳基酯，例如磷酸三甲苯基酯，胺中和的磷酸单和二烷基酯，乙氧基化的磷酸单和二烷基酯，亚磷酸酯，膦酸酯或膦。所述压缩机油可含有基于所述压缩机油的总重量计0.05重量％至3重量％的至少一种抗磨和极压添加剂。

金属钝化剂的实例包括三唑、噻二唑和水杨叉基类物质，例如N,N'-二水杨叉基-1,2-二氨基丙烷。

防锈剂被广泛使用。常见的化学物质是羧酸化物，如琥珀酸半酯，磺酸化物，烷基胺和磷酸化物，例如胺中和的磷酸酯。

所用的摩擦改进剂可以包括机械活性化合物，例如二硫化钼、石墨(包括氟化石墨)、聚(三氟乙烯)、聚酰胺、聚酰亚胺；形成吸附层的化合物，例如长链羧酸、脂肪酸酯、醚、醇、胺、酰胺、酰亚胺；通过摩擦化学反应形成层的化合物，例如饱和脂肪酸、磷酸和硫代磷酸酯，黄原酸酯(盐)(xanthogenate)、硫化脂肪酸；形成聚合物状层的化合物，例如乙氧基化二羧酸偏酯、苯二甲酸二烷基酯、甲基丙烯酸化物、不饱和脂肪酸和硫化烯烃。

作为配制剂一部分的所有组分都需要在宽工作温度范围内显示出可接受的与制冷剂的相容性。

上文详述的添加剂尤其详细描述在T.Mang，W.Dresel(编者)：“Lubricants andLubrication(《润滑剂和润滑》)”，Wiley-VCH，Weinheim 2001；R.M.Mortier，S.T.Orszulik(编者)：“Chemistry and Technology of Lubricants(《润滑剂化学和技术》)”中。

在压缩机油中的一种或多种添加剂的总浓度为基于所述压缩机油的总重量计最高至5重量％，优选0.1重量％至4重量％，更优选0.5重量％至3重量％。

本发明的另一个目的涉及如上文进一步概述的提高压缩机的能量效率的方法，其中所述压缩机选自家庭或家用制冷机组、空气压缩机和CO₂压缩机。

本发明的另一个目的涉及如上文进一步概述的提高压缩机的能量效率的方法，其中所述压缩机是家庭或家用制冷机组的一部分，所述基础油(ii)选自API第IV或V组油和它们的混合物，和所述压缩机油具有在2.88至7.48cSt范围内的40℃下运动粘度。

该范围包括ISO粘度等级3至7。

在家庭或家用制冷机组中使用的制冷剂可以是异丁烷或丙烷，优选异丁烷。

本发明的另一个目的涉及提高使用异丁烷或丙烷，优选异丁烷作为制冷剂的家庭或家用制冷机组的能量效率的方法，该方法包括用压缩机油操作所述制冷机组，其中所述压缩机油包含：

(i)1重量％至10重量％的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂，其包含：

(a)0.2重量％至25重量％，优选4重量％至16重量％的甲基丙烯酸甲酯；和

(b)75重量％至99.8重量％，优选84重量％至96重量％的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯；其中

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000至200,000g/mol，优选10,000g/mol至200,000

g/mol范围内；

(ii)90重量％至99重量％的API第IV或V组基础油和它们的混合物，和

其中所述压缩机油具有在2.88至7.48cSt范围内的40℃下运动粘度和至少140，优选至少160，更优选至少180的粘度指数。

在另一个优选的目的中，所述基础油(ii)选自API第V组的环烷烃油和它们的混合物，其特征在于C_N值为至少40％。

每种组分(a)和(b)的含量都基于所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的总组成。组分(a)和(b)的比例总计为100重量％。

本发明的另一目的涉及如上文进一步概述的提高家庭或家用制冷机组的能量效率的方法，其中所述压缩机油具有-60℃或更低的倾点。

本发明的另一个目的涉及如上文进一步概述的提高压缩机的能量效率的方法，其中所述压缩机是空气压缩机，所述基础油(ii)选自API第II、III和IV组或它们的混合物，和所述压缩机油具有在28.8至74.8cSt范围内的40℃下运动粘度。

该范围包括ISO粘度等级32至68。

本发明的另一个目的涉及提高空气压缩机的能量效率的方法，该方法包括用压缩机油操作所述空气压缩机，其中所述压缩机油包含：

(i)1重量％至20重量％的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂，其包含：

(a)0.2重量％至25重量％的甲基丙烯酸甲酯；

(b)75重量％至99.8重量％的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯；

和

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000至400,000g/mol范围内，优选在5,000g/mol至200,000g/mol范围内，和更优选在10,000g/mol至80,000g/mol

范围内；

(ii)80重量％至99重量％的API第II，III或IV组基础油或它们的混合物，和

其中所述压缩机油具有在28.8至74.8cSt范围内的40℃下运动粘度和至少140，优选至少160，更优选至少180的粘度指数。

本发明的另一个目的涉及如上文进一步概述的提高空气压缩机的能量效率的方法，其中所述基于聚甲基丙烯酸烷基酯的VI改进剂进一步包含(c)最高至5重量％的分散剂单体，其选自甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯(DMAEMA)、N-(3-(二甲氨基)丙基)甲基丙烯酰胺(DMAPMAm)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)。

典型的压缩空气系统在至少5巴的压力下工作，或者在需要大的力时在更高的压力下工作。一些吹塑应用甚至在40巴的气压下操作。

本发明的压缩机油对压缩机性能的效果在高气压下更强。

优选地，所述空气压缩机在至少5巴，更优选至少7巴，和更优选至少9巴的气压下运行。

本发明的另一个目的涉及如上文进一步概述的提高压缩机的能量效率的方法，其中所述压缩机是二氧化碳压缩机，所述基础油(ii)选自API第III、IV或V油和它们的混合物，和所述压缩机油具有在41.4至110cSt范围内的40℃下运动粘度。

该范围包括ISO粘度等级46至100。

本发明的另一个目的涉及提高二氧化碳压缩机的能量效率的方法，该方法包括用压缩机油操作所述二氧化碳压缩机，其中所述压缩机油包含：

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000至100,000g/mol，优选30,000g/mol至100,000g/mol范围内；

(ii)80重量％至95重量％的多元醇酯(polyolester)基础油或不同聚酯基础油的混合物；和

其中所述压缩机油具有在41.4至110cSt范围内的40℃下运动粘度和至少140，优选至少160，更优选至少180的粘度指数。

二氧化碳压缩机中常用的压缩机油通常基于多元醇酯，其具有在40℃下68cSt的粘度。

基于多元醇酯的市售Fuchs

C油可以55、80和178cSt的KV₄₀获得。粘度指数总是远低于150。

(i)1重量％至30重量％的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂，其包含：

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000至100,000g/mol，优选10,000g/mol至80,000g/mol范围内；

(ii)80重量％至99重量％的聚α烯烃基础油或不同聚α烯烃基础油的混合物；和

(a)0重量％至25重量％的甲基丙烯酸甲酯；

(b)60重量％至99.8重量％的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯；

和

(c)0重量％至40重量％的C_8-12α烯烃，其中

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分

子量(M_w)在5,000至100,000g/mol范围内；

(ii)70重量％至99重量％的聚α烯烃基础油或不同聚α烯烃基础油的混合物；和

其中所述压缩机油具有在41.4至110cSt范围内的40℃下运动粘度和至少140，优选至少150，更优选至少160的粘度指数。

每种组分(i)、(ii)和(iii)的含量都基于所述压缩机油的总组成。在一个特别的实施方案中，组分(i)、(ii)和(iii)的比例总计为100重量％。

空气压缩机中常用的压缩机油通常基于API第I、II或III组油，其具有在40℃下46cSt的粘度和具有低于140的粘度指数。油可从所有主要的油与压缩机原始设备制造商(OEM)处获得，例如Kaeser Sigma Fluid MOL，其具有46cSt的KV₄₀和106的VI。该流体的倾点为-30℃。

本发明的另一目的涉及如上文进一步概述的提高空气压缩机的能量效率的方法，其中所述压缩机油具有-33℃或更低的倾点。

附图说明

图1示例性说明了用于确定对空气压缩机中的能量消耗的效果的测试设置。

具体实施方式

通过以下非限制性实施例和对比例(参比油)进一步示例性说明本发明。如下实施例用于进一步说明根据本发明的优选实施方案但不意欲限制本发明。

实验部分

缩写

烷基化萘基础油，得自ExxonMobil，具有29cSt的KV₄₀

环烷烃基础油，得自Total，具有2.3cSt的KV₄₀和约45％的C_N值

KV 根据ASTM D445测量的运动粘度

KV₄₀ 根据ASTM D445在40℃下测量的运动粘度

KV₁₀₀ 根据ASTM D445在100℃下测量的运动粘度

M_n 数均分子量

M_w 重均分子量

NS3 环烷烃基础油，得自Nynas，具有2.9cSt的KV₄₀和约57％的C_N值

PAO6 第IV组基础油，具有6cSt的KV₁₀₀

PAO8 第IV组基础油，具有8cSt的KV₁₀₀

PDI 多分散指数

PP 倾点

T3 环烷烃基础油，得自Nynas，具有3.6cSt的KV₄₀和约52％的C_N值

T9 环烷烃基础油，得自Nynas，具有9.1cSt的KV₄₀和约45％的C_N值

VI粘度指数

测试方法

将根据本发明的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的聚合物关于它们的重均分子量进行表征。

将包括根据本发明的和对比例的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的聚合物的压缩机油关于它们的根据ASTM D445的40℃下运动粘度(KV₄₀)和100℃下运动粘度(KV₁₀₀)、它们的根据ASTM D2270的粘度指数(VI)、它们的根据ASTM D5950的倾点、它们的闪点ASTM D92和它们的粘度剪切损失进行表征。

确定对家庭或家用制冷机组的能量消耗的效果

标准化性能试验台测量压缩机在规定额定条件下的耗电量。它能够对于多次测试确保相同的操作条件。另外，性能测试包括计算在规定额定条件下的性能系数(COP；对应于冷却功率与电驱动功率的比率)和容积效率，即实际体积流量与几何可能体积流量的比率。后者指示了压缩机工作腔的密封性能。

所述试验台装置被设计为用于根据ASHRAE标准23.1(2010)或DIN EN 13771-1(2017)对小容量制冷剂压缩机进行性能测试。基于标准蒸气压缩循环，测试台包括量热计蒸发器和流量计，以确定制冷剂质量流量。除了诸如压缩机、冷凝器和电子膨胀装置的主要部件外，所述循环还额外配备有油分离器、过滤器干燥器、观察窗和蓄电池(accumulator)。

所述压缩机是Embraco VEMX 7C型密封往复式活塞压缩机，制冷剂是R600a(异丁烷)。所述压缩机以三种速度运行：50Hz、100Hz和150Hz。应用CECOMAF(Comitéeuropéen desconstructeurs de matériel frigorifique)条件：吸入侧气体温度＝32℃，吸入侧露点＝-25℃，压力侧露点＝+55℃，环境温度＝35±2℃。

本实验研究所获取数据的一般处理遵循欧洲压缩机评价标准(DIN EN 13771-1，2017)。

表1：本发明制冷压缩机油和对比制冷压缩机油的配制剂和用其获取的结果。

^*)作为性能包，使用市售的无锌性能包来保护压缩机，该无锌性能包至少包含抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂。

^**)KV₄₀的值＝4.12mm²/s，略低于ISO VG 5的定义范围；ISO VG 4未定义。

聚合物1由13重量％的甲基丙烯酸甲酯、86.5重量％的甲基丙烯酸C_10-16烷基酯和0.5重量％的甲基丙烯酸C_11-18烷基酯组成(M_w＝77,000g/mol，80％的固体溶解在高度精炼的矿物油中)。

作为对比例1(CE 1)，使用KV₄₀为4.90mm²/s(对应于ISO VG 5)的市售烷基苯基础油。对比例2(CE 2)是KV₄₀为约7(对应于ISO VG 7)的不同环烷烃基础油的混合物。所述对比例不含任何聚(甲基)丙烯酸烷基酯。

工作实施例1-3(Ex 1-3)也基于环烷烃基础油和作为聚(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合物1。将Ex 1-3配制成KV₄₀为4mm²/s(Ex 1)、5mm²/s(Ex 2)和7mm²/s(Ex 3)，分别对应于ISO“VG 4”、VG 5和VG 7。

结论：

本发明的油在所有驱动速度(50/100/150Hz)下都显示出容积效率和性能系数的改进。具有高VI的压缩机油显示出与制冷剂的良好相容性(没有观察到有害的分离和积聚)，并且能够改进设备性能。

测定对空气压缩机中的能量效率的效果

本发明的另一个方面是改进空气压缩机效率。

在Kaeser SX4螺杆压缩机中测试VI为140及更高的压缩机油，并与商业上使用的VI为106的Kaeser的基于矿物油的单级流体进行比较。

第二台更大尺寸的空气压缩机Atlas Copco GA75VSD用于确定能量效率益处。

图1描述了所用的测试设置。

在相关测试程序中使用的空气压缩机的表征：

(1)KAESER SX4

生产日期 2019年9月

制造商： Kaeser

压缩介质：空气

参考频率： 50Hz

最大空气体积流量： 0.36m³/min

压力级： 1

最大排出压力： 11巴

电机容量： 3.0kW

(2)Atlas Copco GA75VSD P A 13MK5

生产日期 2019年1月

制造商： Atlas Copco

压缩介质：空气

参考频率/

下限频率： 73/20Hz

最大空气体积流量： 14.76m³/min

压力级： 1

最大排出压力： 13巴

电机容量： 75kW

测量以下参数：油底壳温度、吸入侧和排出侧的空气温度、环境空气温度、压力和湿度；吸入侧和排出侧的气压，空气流量，以及设备的功率需求。在排出侧，利用冷凝空气干燥器使干燥空气保持具有低于0.1％的在压缩空气中的水含量。

调整具有两种不同油温和四种不同气压的稳态操作条件。空气流量和功率需求导致以W/(巴·L/分钟)为单位的比功率需求值。

下表2显示了本发明空气压缩机油和对比空气压缩机油的配制剂和用其获得的结果。

表2：本发明空气压缩机油和对比空气压缩机油(AirEx和AirCE)的配制剂和用其获得的结果。

^*)作为性能包，使用市售的无锌性能包来保护压缩机，所述无锌性能包至少包含抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂。

^**)第III组油的混合物，总计为81.4重量％

聚合物2由13重量％的甲基丙烯酸甲酯和87重量％的甲基丙烯酸C_10-16烷基酯组成(M_w＝56,000g/mol，74％的固体溶解在高度精炼的矿物油中)。

聚合物3由11.3重量％的甲基丙烯酸甲酯、88.3重量％的甲基丙烯酸C_10-18烷基酯和0.4重量％的甲基丙烯酸C_20-22烷基酯组成(M_w＝375,000g/mol，42％的固体溶解在高度精炼的矿物油中)。

聚合物4由0.2重量％的甲基丙烯酸甲酯和99.8重量％的甲基丙烯酸异C_12-15烷基酯组成(M_w＝13,800g/mol)。

作为对比例1(AirCE 1)，使用KV₄₀为46mm²/s(对应于ISO VG 46)的原装流体(可商购自Kaeser)。它不含任何聚(甲基)丙烯酸烷基酯。

工作实施例1-6(AirEx 1-6)基于不同的第III组基础油并含有聚(甲基)丙烯酸烷基酯。将AirEx 1-5配制成KV₄₀为约46mm²/s，对应于ISO VG 46；将AirEx 6配制成KV₄₀为约55mm²/s，

通过使用根据本发明的压缩机油获得对空气压缩机中的能量消耗的效果，并总结在下表3a、3b和3c中。

表3a：在8.39至9.43巴范围内的气压p_空气下，通过使用根据本发明的压缩机油对空气压缩机中的能量消耗和效率的效果。

表3b：在7.06至7.67巴范围内的气压p_空气下，通过使用根据本发明的压缩机油对空气压缩机的能量消耗和效率的效果。

表3c：在4.89至5.15巴范围内的气压p_空气下，通过使用根据本发明的压缩机油对空气压缩机的能量消耗和效率的效果。

p_空气：在排气处的空气压力

T_油：压缩机油温度

P_总：压缩机的总功率需求

空气流量：在空气排出侧的空气流量(在p_空气下的干燥空气)

P_比：压缩机组的功率需求除以空气流量

功率比：压缩机组的功率需求除以(空气流量×空气排出压力)

效率改进是由P_比、吸入压力和在测试条件相对于参考条件下的各个压缩比(校正因子)计算得出的：

在Atlas Copco GA75VSD上进行额外的测试。将油温控制为90℃。在8巴、10巴和12.5巴下研究了三种不同的排出空气压力。

下表4显示了使用Atlas Copco GA75VSD获得的结果。

表4：使用Atlas Copco GA75VSD获得的结果

表5：在各种条件下测试1天后，在测试程序过程中油的剪切损失：

结论：

在各种排出压力和油温下达到稳态运行条件后，测量电力需求至少15分钟。

功率比由测得的电力需求与输出功率的比率定义，其是以空气体积流量(以升/每分钟表示)乘以压缩机排气侧的压力来测量的。通过在受控空调房间内操作所述设备，实现恒定且可重复的环境条件。

在空气压缩机试验台上的研究清楚地表明具有至少140的VI和高剪切稳定性的压缩机油的效率优势。在所有研究的操作条件下，效率都得到了显著改进。在约75℃的油温下，在将压缩机油从AirCE1更换到AirEx4的情况下(该流体包含聚合物2并具有200的VI)，功率比从1.15(W·分钟)/(巴·L)降低到1.10(W·分钟)/(巴·L)。在92至94℃的油温下，观察到从AirCE1的1.26(W·分钟)/(巴·L)到AirEx4的1.18(W·分钟)/(巴·L)的甚至更强的改进。相应的效率改进被计算为4.3％。包含聚合物3且VI为200的流体AirEx5也能够提高效率。在高于90℃的油温和约9巴的空气排出压力下，改进为约1.5％。与压缩机油AirEx4相比，AirEx5中使用的聚合物的分子量更高，并且油的剪切稳定性更低。较高的剪切稳定性有利于效率改进和有利于油的寿命。本发明的流体在40分钟的根据ASTM D5621的声波剪切测试方法中具有40％的最大KV₁₀₀剪切损失。根据ASTM D5621，优选的是最大20％的较低剪切损失，和更优选小于10％的剪切损失。

表5显示了在压缩机试验台上进行测试之前和之后油的粘度。AirEx3和AirEx4的粘度在测试过程中随时间推移没有变化，但是，在实际寿命条件下，含有聚合物3的油AirEx5的粘度下降了多于10％。聚合物3的分子量相对较高，剪切稳定性不够好，不足以实现空气压缩机的长期效率改进。

根据本发明的压缩机流体的倾点为-33℃或更低。通过将第II组、第III组或PAO基础油与根据本发明的基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂(其具有限定的组成和最高400,000g/mol，优选低于200,000g/mol并且更优选低于100,000g/mol的分子量)共混，实现了高VI、低倾点和高剪切稳定性。可以认识到所述设备可以在较低温度下使用具有较高VI和剪切稳定性更好的润滑剂运行。当使用更高效的流体时，有必要阻塞冷却单元以达到测试运行所要求的90℃的较高油工作温度水平。

研究表明，通过使用根据本发明的压缩机油可以避免过热，因为更高效的空气压缩机倾向于在较低温度下运行。

Claims

1.提高压缩机的能量效率的方法，该方法包括用压缩机油操作压缩机，其特征在于所述压缩机油包含：

(a)0重量％至25重量％的甲基丙烯酸甲酯；

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000g/mol至400,000g/mol范围内；

(ii)70重量％至99重量％的基础油，其选自API第II、III、IV和V组和它们的混合物；和

(iii)任选的最高至2.5重量％的性能包，其包含一种或多种另外的添加剂，

2.根据权利要求要求1所述的方法，其中所述基于聚甲基丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂包含：

(b)75重量％至99.8重量％，优选84重量％至96重量％的甲基丙烯酸C_10-18烷基酯；和

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000g/mol至200,000g/mol范围内，优选在8,000g/mol至100,00g/mol范围内，和更优选在10,000g/mol至80,000g/mol范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述性能包(iii)优选是无锌的性能包，更优选是无灰的性能包，其至少包含抗磨剂、抗腐蚀剂和抗氧化剂。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压缩机选自家庭或家用制冷机组、空气压缩机和二氧化碳压缩机。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压缩机是家庭或家用制冷机组，所述基础油(ii)选自API第IV或V组油和它们的混合物，和所述压缩机油具有在2.88至7.48cSt范围内的40℃下运动粘度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述家庭/家用制冷机组采用异丁烷或丙烷作为制冷剂，优选异丁烷。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是使用异丁烷或丙烷，优选异丁烷作为制冷剂的家庭或家用制冷机组，所述方法包括用压缩机油操作所述制冷机组，其中所述压缩机油包含：

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000g/mol至200,000g/mol，优选10,000g/mol至200,000g/mol范围内；

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中所述基础油(ii)选自C_N值大于42％的环烷烃基础油。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中所述压缩机油具有-60℃或更低的倾点。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述压缩机是空气压缩机，所述基础油(ii)选自API第II、III和IV组或它们的混合物，和所述压缩机油具有在28.8至74.8cSt范围内的40℃下运动粘度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是空气压缩机，所述方法包括用压缩机油操作所述空气压缩机，其中所述压缩机油包含：

(a)0.2重量％至25重量％的甲基丙烯酸甲酯；

(b)75重量％至99.8重量％的(甲基)丙烯酸C_10-18烷基酯；和

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000至400,000g/mol范围内，优选在5,000至200,000g/mol范围内，和更优选在10,000至80,000g/mol范围内；

13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中所述压缩机油具有-33℃或更低的倾点。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述压缩机是二氧化碳压缩机，所述基础油(ii)选自API第III、IV或V组或它们的混合物，和所述压缩机油具有在41.4至110cSt范围内的40℃下运动粘度。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是二氧化碳压缩机，所述方法包括用压缩机油操作所述二氧化碳压缩机，其中所述压缩机油包含：

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000g/mol至100,000g/mol范围内，优选在30,000g/mol至100,000g/mol范围内；

(ii)80重量％至95重量％的多元醇酯基础油或不同聚酯基础油的混合物；和

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩机是二氧化碳压缩机，所述方法包括用压缩机油操作所述二氧化碳压缩机，其中所述压缩机油包含：

所述基于聚(甲基)丙烯酸烷基酯的粘度指数改进剂的重均分子量(M_w)在5,000g/ml至100,000g/mol范围内，优选在10,000至80,000g/mol范围内；