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Abstract

通过以适当混合比混合甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷及庚烷而制备的烃组合物含有75体积%或更高的丙烷、异丁烷及正丁烷，使该烃组合物的着火温度为800℃及更高。该组合物是安全且经济的，用作空调及冷冻机中所用的制冷剂或用作清洁精密元件如半导体芯片的清洁剂。该组合物可独立使用而无需与常规制冷剂如CFC及HFC结合，并且不损害臭氧，因此有利于环境保护。

Description

烃组合物及由其组成的制冷剂及清洁剂
技术领域
本发明涉及一种烃组合物，其适合用作空调及制冷器中所用的制冷剂，或用作清洁剂清洁诸如计算机的半导体芯片及母板、以及硬盘驱动器及其他精密仪器零件的精密元件。
背景技术
所谓的含氯氟烃(CFC)如二氯二氟甲烷及一氯二氟甲烷大量用作空调及制冷器中所用的制冷剂或用于清洗及洗涤精密元件的清洁剂。已经指出CFC的优点是不可燃性、高稳定性及较低的毒性，但CFC损害臭氧层，因此对地球环境有严重影响。因此，CFC的生产及应用逐渐被缩小，现在趋向于完全废除。
因此，已发展了各种含氯氟烃的替代物。作为典型的含氯氟烃替代物，通常所说的HFC如1，1，1，2-四氟乙烷及1，1，1-三氟乙烷已经公知。HFC并不太降解臭氧层，但是其具有引起全球变暖的不利环境影响，因此留下了改进HFC的空间。
在此情况下，人们对于作为含氯氟烃(氢氯氟烃)替代物之一的烃组合物显示了很大的兴趣。烃组合物有利之处是其损害臭氧及引起全球变暖的能力较小。
例如，日本特许公开HEI01-139676(A)公开了工作介质复合物，其含有作为必要组分的至少一种选自以下组中的物质：碳原子数为4-5的烃、一氯二氟甲烷及一氯五氟乙烷。作为碳原子数为4-5的烃，公开了正丁烷、异丁烷、环丁烷、正戊烷、异戊烷、以及环戊烷。其他烃组合物公开于日本特许公开SHO 54-6681(A)、SHO 54-6882(A)及HEI01-139677(A)中。
日本特许公开HEI08-176536(A)公开了由含有不饱和烃的饱和烃组成的制冷剂。还公开了通过混合以下制冷剂而制得的一种优选制冷剂：第一种制冷剂组分由含有不饱和烃的饱和烃组成，第二种制冷剂组分由至少一种氢化碳氟化合物及氟化碳制冷剂组成，第三种制冷剂由具有比第二种制冷剂组分更高沸点的饱和烃组成。在此常规技术中，例如丙烷及丁烷可用作前述饱和烃。
再者，US 6336333公开了丙烷及丁烷的制冷剂混合物。
上述的常规烃组合物通常以混合CFC、HFC等的形式使用，因此从环境保护的观点它们是不理想的。因此，需要能单独用作制冷剂的烃组合物。
更具体而言，上述由丙烷及丁烷组成的制冷剂具有下列问题。也就是由丙烷及丁烷组成的制冷剂易降解为由制冷系统或其他装置泄漏出来的组分。结果留在制冷系统的制冷剂可打破其必要组成的的平衡，并因此在更新时需完全用新制冷剂置换，由此使系统寿命缩短。
再者，上述由丙烷及丁烷组成的制冷剂由于其分子间的结合力弱而具有400℃级的低着火温度，具有安全方面的问题。因此，特别需要具有较高着火温度的安全、优良的烃组合物。
发明内容
本发明试图提供一种烃组合物，其能够适合单独用作不与CFC及HFC结合的制冷剂及清洁剂。
本发明也试图提供一种新的烃组合物，其由不能分离的组分组成，以不致于打破其必要组成的平衡，即使该组合物由诸如制冷或清洁装置的系统泄露出去。
本发明还试图提供一种具有高着火温度的安全的烃组合物。
根据本发明，提供了一种由乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷及正戊烷组成的烃组合物。本发明的烃组合物除了上述组成外还可含有己烷。除了所述组成外，也可含有甲烷及庚烷。
丙烷、异丁烷及正丁烷占组合物所有组分的75体积％，使得烃组合物的着火温度为800℃及以上。
本发明的烃组合物可用作制冷剂或清洁剂。
上述烃组合物的组分通过各组分相互作用而很难彼此分开，各组分具有的特性整体上就象单独组分作用一样。因此，即使烃组合物由诸如制冷或清洁设备的体统中泄露出来，其必要组分的平衡也可维持。此外，该组合物的着火温度有利地增加至800℃及以上。组合物中的己烷及庚烷可包括各种类型的异构体。
根据本发明烃组合物的清洁剂具有优良的清洁性能，能够清洗各种装备或机械零件如用于计算机中的半导体芯片，并能够在短时间内蒸发。
通过参考以下对本发明实施方案的描述，本发明的上述及其他特性及目的及其得到的方式将变得更明显，且本发明将被更好地理解。
具体实施方式
本发明的烃组合物的优选实施方案将在下文被详细地说明。
本发明的烃组合物通常至少含有组合的乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、以及正戊烷。本发明人发现通过适当地组合这些组分制备的烃组合物整体上具有单一组分的作用，并难以分解成多种组分。因此，可提高该组合物的着火温度。
除了上述组分外，本发明的烃组合物还可含有己烷。所加入的己烷具有进一步增强烃组合物各组分相互作用的功能，因此使其更难以将组合物分解成各种组成成分。
因为可合适地控制本发明烃组合物的蒸发度，所以使用该组合物作为清洁剂是有利的。此外，本发明的烃组合物具有优良的去污力，足以清洁各种装置或机械零件如用于计算机中的半导体芯片。
作为己烷，可使用各种类型的异构体，如正己烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，2-二甲基丁烷、以及2，3-二甲基丁烷。
除了由上述组分组成的烃组合物，其还可含有甲烷及庚烷。混合甲烷及庚烷产生了增强各组分的分子间结合力并增加着火温度至800℃及以上的作用。与最大具有400℃着火温度的常规烃组合物相比，具有800℃及以上着火温度的烃组合物甚至在接近火时也是安全的。
作为庚烷，可使用各种类型的异构体，如正庚烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2，3-二甲基戊烷、2，4-二甲基戊烷及乙基戊烷。
以下表1所示为上述烃组合物各组分的着火温度。
表1
    分子量     闪点℃     着火温度℃
    甲烷     16.0     -     537
    乙烷     30.1     -     510
    丙烷     44.1     -     467
    丁完     58.1     -60     430
    戊烷     72.1     ＜-40     309
    己烷     86.1     -26     260
    庚烷     100.1     -4     233
根据以上表1中的数据，烃组合物各组分的着火温度在233-537℃的范围内。也就是说本发明的烃组合物的800℃及以上的高着火温度不能仅通过简单地组合或加入各组分而得到，但可通过以特定比例混合的各组分的相互作用而作为特殊性能来实现。
烃组合物各组分的混合比例可根据需要任意确定，不应理解为是具体限定的。例如，希望确定丙烷、异丁烷及正丁烷的总量占液态的组合物所有组分体积的75％或更高是理想的，优选90％或更高。如果这些组分的总量低于75体积％，则不能实现800℃及以上的着火温度，并且其趋势是降低组合物约几个10％的沸点，增加该组合物约几个10％的熔解温度。结果，这些组分总量低于75体积％的组合物在制冷方面是低效的，并因此不适合用作制冷剂。
根据本发明，上述含有适当混合比例的组分的烃组合物可适合用作制冷剂。更具体而言，本发明的烃组合物可作为制冷剂与冷冻机油、润滑油、及偶尔使用的除味剂一起填充至制冷系统中。甚至当本发明的烃组合物用作制冷剂时，其可单独使用而无需与常规制冷剂如含氯氟烃结合。使用本发明的烃组合物的制冷系统并不限定任何特定装置或设备且可单独使用。更具体而言，本发明的烃组合物可用于制冷系统诸如家用空调，除湿系统，汽车、铁路、民航飞机、运输飞机用空调，制冷器、冷冻机、以及饮料贩卖机中。
因为本发明的烃组合物具有高分子量，所以即使当作为制冷剂使用时其也既不经由接头或O圈由制冷系统泄漏，也不腐蚀材料如铝。另外，即使该烃组合物由应用系统中泄漏出来，其也是作为一个整体泄露，而不会分解为其组成成分，因此使组成成分的平衡保持不变。因此，由前述可见本发明的烃组合物是高度安全及经济的。此外，本发明的烃组合物在与冷冻油或润滑油混溶时具有良好的化学性能，因此，有效地冲洗使用本发明烃组合物的系统中的油。结果，烃组合物循环经由的系统内部可保持清洁，不会使油停留在一个部位，因此很大程度地增强了冷却效果。
本发明的烃组合物可适合用作清洁各种机械及电子零件的制冷剂。根据本发明烃组合物的制冷剂由于组成成分间的高度相互作用，而有利地具有快速干燥效果及优良的去污作用。尤其是本发明的清洁剂可用于清洁诸如计算机中半导体芯片及母板、以及硬盘驱动器及其他精密仪器中零件的制冷剂。
事实上，本发明的烃组合物不仅可用作所述制冷剂及清洁剂，而且可用作发泡剂、推进剂及粘合剂。
实施例
下文将描述本发明的一个实施方案，但不应理解为仅限于此。
实施例1
通过混合各组成成分，即甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷及庚烷来至制备目标烃组合物。该组合物的组成成分的混合比例如表2所示。丙烷、异丁烷及正丁烷的总量为组合物所有组成成分的96.7体积％。
表2
                          混合比
    摩尔％     重量％   液体体积％
    甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷己烷庚烷     0.00570.02480.56210.12670.27540.00170.00110.00110.0019     0.00170.01510.50090.14890.32360.00250.00160.00190.0038     0.00300.02260.52880.14150.29640.00210.00140.00150.0027
    总共     1.0000     1.0000     1.0000
由此制备的烃组合物的着火温度证实为886℃。当该烃组合物用作清洁剂时，其于施用至待清洁目标11秒后蒸发。因此，可达到清洗目标相对于1为99.4％的有利结果。表3所示为其他测量值及实验中用作对比材料的氨、氢氯氟烃(HCFC)如R22及氢氟烃(HFC)如R134a的测量数据。
表3
    氨     R22     R134a     本发明组合物
    化学式     NH3     CHClF2     CH2F-FC3
    分子量     17.03     86.469     102.031     49.47
    沸点(℃)     -33.326     -40.81     -28.1     -28
    熔点(℃)     -77.74     -160     -101     -187.7
    临界温度(℃)     132.25     96.125     101.15     115
    临界压力(Mpa)     11.361     4.988     4.065     4.06
    临界密度(kg/L)     0.2245     0.513     0.511     0.2246PS0.2049实际
    饱和溶液的密度(30℃)     0.59518     1.1708     1.206(25℃)     0.5107
    蒸发热(101.325Kpa)kJ/kg     1369.5     233.22     216.4     345.6
    表面张力(30℃)(mNm)     19.4     6.8     7.31     7.117
    粘度系数(饱和溶液；30℃)     0.129     0.171     0.2019(25℃)     0.1105
由表3发现具有较高沸点及蒸发热的本发明的烃组合物具有高制冷系数，并因此适合于制冷中作为制冷剂。
实施例2
通过混合各组成成分，即甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷及庚烷来至制备目标烃组合物。该实施例2的组合物的组成成分的混合比例如表4所示。丙烷、异丁烷及正丁烷的总量为组合物所有组成成分的78.2体积％。
表4
                       混合比
    摩尔％     重量％     液体体积％
    甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷己烷庚烷     0.02920.17140.44440.10010.21750.01130.00760.00720.0115     0.01000.11010.41860.12420.27010.01740.01170.01320.0247     0.02070.15370.42300.11320.23710.01430.00950.01020.0187
    总共     1.0000     1.0000     1.0000
由此制备的烃组合物的着火温度证实为821℃。因此，本发明的烃组合物是高度安全的并可适合用作制冷剂或清洁剂。
比较例1
通过混合甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷及庚烷来至制备对比烃组合物。该对比组合物的组成成分的混合比例如表5所示。丙烷、异丁烷及正丁烷的总量为该对比组合物所有组成成分的67.7体积％。该总量在本发明规定的范围之外。
表5
                            混合比
    摩尔％     重量％     液体体积％
    甲烷乙烷丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷己烷庚烷     0.04630.22840.38770.08730.18970.01820.01230.01160.0185     0.01620.14980.37270.11070.24050.02860.01930.02170.0405     0.03030.20550.37020.09910.20750.02310.01540.01650.0297
    总共     1.0000     1.0000     1.0000
在该比较例中制备的烃组合物的着火温度为472℃，与常规制冷剂一样大。
由以上描述可明显看出，本发明的烃组合物可适合用作制冷剂及清洁剂，并且除此之外，其可单独使用，而无需与常规制冷剂如CFC及HFC结合。另外，本发明的烃组合物不损害臭氧，因此有利于环境保护。
再者，即使本发明的烃组合物由应用系统中泄漏出来，其也作为整体泄漏，而不分解为其各组成成分，因此使各组成成分的平衡保持不变。因此，当烃组合物泄漏，所泄漏组合物的量可部分补充。因此，本发明的烃组合物是高度安全且经济的。此外，本发明的烃组合物具有在与冷冻油或润滑油混溶时具有良好的化学性能，因此有效地冲洗施用了本发明烃组合物的系统中的油。结果，烃组合物循环经由的系统内部可保持洁净，而不会使油在一个部位停留，因此最大程度地增强了制冷效果。
本发明的烃组合物可适合用作清洁各种机械及电子零件的清洁剂。根据本发明烃组合物的清洁剂由于其各组成成分的相互作用，有利地具有快速干燥效果及优良的清洁效果。特别是，本发明的清洁剂可用于清洁精密元件如计算机中的半导体芯片及母板及硬盘驱动器或其他精密仪器的零件。
虽然本发明以具有一定程度特殊性的优选方式被描述，但应理解本发明优选形式的公开可在组合物的细节上加以改变，并且组合物的组成及排列可变化而不偏离本发明权利要求的范围。

Claims (3)

1.由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷、己烷及庚烷的组成成分组成的烃组合物，其中所述丙烷、异丁烷、及正丁烷占全部所述组成成分的75体积％或更高，使该烃组合物的着火温度为800℃及更高。
2.如权利要求1的烃组合物，其中所述组合物用作制冷剂。
3.如权利要求1的烃组合物，其中所述组合物用作清洁剂。
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