DE4104994A1 - Schmiermittel fuer kaeltemaschinen - Google Patents

Schmiermittel fuer kaeltemaschinen

Info

Publication number
DE4104994A1
DE4104994A1 DE4104994A DE4104994A DE4104994A1 DE 4104994 A1 DE4104994 A1 DE 4104994A1 DE 4104994 A DE4104994 A DE 4104994A DE 4104994 A DE4104994 A DE 4104994A DE 4104994 A1 DE4104994 A1 DE 4104994A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ester
lubricant
esters
acid
mol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4104994A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Dieter Grasshoff
Vladislav Synek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DEA Mineraloel AG
Chevron Deutschland GmbH
Original Assignee
DEA Mineraloel AG
Texaco Services Europe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DEA Mineraloel AG, Texaco Services Europe GmbH filed Critical DEA Mineraloel AG
Priority to DE4104994A priority Critical patent/DE4104994A1/de
Priority to DE59208414T priority patent/DE59208414D1/de
Priority to EP92102556A priority patent/EP0499994B1/de
Priority to AT92102556T priority patent/ATE152473T1/de
Priority to DK92102556.5T priority patent/DK0499994T3/da
Priority to ES92102556T priority patent/ES2103840T3/es
Publication of DE4104994A1 publication Critical patent/DE4104994A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M105/00Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound
    • C10M105/08Lubricating compositions characterised by the base-material being a non-macromolecular organic compound containing oxygen
    • C10M105/32Esters
    • C10M105/38Esters of polyhydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/041Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems
    • C09K5/044Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems comprising halogenated compounds
    • C09K5/045Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for compression-type refrigeration systems comprising halogenated compounds containing only fluorine as halogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M171/00Lubricating compositions characterised by purely physical criteria, e.g. containing as base-material, thickener or additive, ingredients which are characterised exclusively by their numerically specified physical properties, i.e. containing ingredients which are physically well-defined but for which the chemical nature is either unspecified or only very vaguely indicated
    • C10M171/008Lubricant compositions compatible with refrigerants
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/24Only one single fluoro component present
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2205/00Aspects relating to compounds used in compression type refrigeration systems
    • C09K2205/40Replacement mixtures
    • C09K2205/42Type R12
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2203/00Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds and hydrocarbon fractions as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2203/06Well-defined aromatic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2207/00Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds containing hydrogen, carbon and oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2207/28Esters
    • C10M2207/281Esters of (cyclo)aliphatic monocarboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2207/00Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds containing hydrogen, carbon and oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2207/28Esters
    • C10M2207/282Esters of (cyclo)aliphatic oolycarboxylic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2207/00Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds containing hydrogen, carbon and oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2207/28Esters
    • C10M2207/283Esters of polyhydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2207/00Organic non-macromolecular hydrocarbon compounds containing hydrogen, carbon and oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2207/28Esters
    • C10M2207/286Esters of polymerised unsaturated acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/10Macromolecular compoundss obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/103Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups
    • C10M2209/109Polyethers, i.e. containing di- or higher polyoxyalkylene groups esterified
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2211/00Organic non-macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2211/02Organic non-macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions containing carbon, hydrogen and halogen only
    • C10M2211/022Organic non-macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions containing carbon, hydrogen and halogen only aliphatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2211/00Organic non-macromolecular compounds containing halogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2211/06Perfluorinated compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10NINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2020/00Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01Physico-chemical properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft Schmiermittel auf Basis synthetischer Ester, die sich zur Schmierung von mit fluorchlorkohlen­ stoffhaltigen Kältemitteln betriebenen Kältemaschinen, Wärmepumpen und verwandten Anlagen, wie Klimaanlagen, eignen.
Als Kältemittel sind verschiedene Verbindungen bekannt. Das Kältemittel HFC 134a, 1,1,1,2-Tetrafluorethan der chemischen Formel CFH2-CF3, ist als Ersatzprodukt in erster Linie für das Kältemittel CFC 12, Dichlordifluormethan der chemischen Formel CC12 F2, entwickelt worden, das bekanntlich neben anderen wie beispielsweise CFC 11, Trichlorfluormethan der chemischen Formel CC13 F in hohem Maße am Abbau der Ozon­ schicht beteiligt ist. Wegen der Umweltgefährdung wird man zukünftig Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe - abgekürzt FCKW - vom Typ CFC 12 oder CFC 11 nicht mehr verwenden. Nach dem Protokoll von Montreal - "Montreal Protocol on Substances that Depletes the Ozone Layer" - von 1987 so­ wie weiteren internationalen Vereinbarungen sind sie durch solche zu ersetzen, die diese Art der Schädigung der Um­ welt nicht verursachen. Hierzu gehört auch das Kälte­ mittel HFC 152a, 1,1-Difluorethan. Wegen der leichten Ent­ flammbarkeit dieses Fluorkohlenwasserstoffes wird man ihn wahrscheinlich nur in Mischungen mit anderen Kältemitteln verwenden.
Schmiermittel für Kältemaschinen bestehen heute noch über­ wiegend aus hochausraffinierten Mineralölen, die zur Ver­ besserung der Fließeigenschaften in der Kälte über das für Schmieröle übliche Maß hinaus entparaffiniert sind. In be­ trächtlichen Mengen werden auch synthetische oder teil­ synthetische Kältemaschinenöle auf Basis von Alkylbenzolen eingesetzt, wie beispielsweise in der DE-PS 35 22 165 beschrieben. In begrenztem Umfange werden auch Poly­ alphaolefine eingesetzt.
Die bisher verwendeten Kältemaschinenöle, sei es auf Basis von Mineralölen oder auf Basis synthetischer Flüssigkeiten, sind alle in Kombination mit den bisher bekannten Kälte­ mitteln eingesetzt worden.
Für die einwandfreie Funktion eines Kältekompressors ist die Verträglichkeit des Kältemittels mit dem Kälte­ maschinenöl von entscheidender Bedeutung. Die thermo­ dynamischen Eigenschaften sowie das Fließverhalten der Arbeitsflüssigkeit, bestehend aus dem Kältemittel und dem Schmierstoff, ihre Mischbarkeit und chemische Stabilität sind Faktoren, die bei der Wahl eines Schmier­ stoffes berücksichtigt werden müssen.
Sollen nun Kältemaschinenöle auf der Basis von Kohlenwasser­ stoffen wie zum Beispiel Mineralöl oder Syntheseöl zusammen mit HFC 134a verwendet werden, so besteht hierbei die Schwierigkeit, daß sich letzteres nicht löst. Damit ist die Funktion des Kältekompressors beeinträchtigt. Ursache dafür ist die im Vergleich zu CFC 12 höhere Polarität, be­ dingt durch die Asymmetrie des CFH2-CF3 Moleküls. Das gleiche gilt auch für den Fluorkohlenwasserstoff Difluor­ ethan (CHF2-CH₃).
Als synthetische Flüssigkeiten, die diese Nachteile ver­ meiden sollen, bieten sich polare Polyalkylenglykole an, die bekanntlich ausgezeichnete Schmiermittel sind. Versuche deuten jedoch darauf hin, daß die Verwendung von Poly­ alkylenglykolen nicht ganz unproblematisch ist. Es erwies sich beispielsweise als schwierig, bedingt durch die hohe Polarität, die Feuchtigkeit in tolerierbaren Grenzen zu halten. Wasser in Kältesystemen jedoch nicht nur den Kältekreislauf stören, sondern auch Korrosion verursachen. Darüber hinaus können die freien Hydroxylgruppen der Poly­ alkylenglykole auch bestimmte Aluminiumlegierungen an­ greifen, die immer häufiger in Kältekompressoren und ent­ sprechenden Systemen verwendet werden. Ein weiterer Nachteil ist die Unverträglichkeit mit einigen in Kältekompressoren häufig verwendeten Elastomeren. Die Beanspruchung von Poly­ alkylenglykolen über einen längeren Zeitraum bei hohen Temperaturen - über 150°C - kann auch zur Bildung von Ab­ bauprodukten führen, die als Säuren in der Regel Korrosion verursachen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, als Schmiermittel für Kältmaschinen solche Stoffe bereitzu­ stellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen, wohl aber mit dem verwendeten Kältemittel verträglich sind.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die Bereitstellung von Schmiermitteln für Kältemaschinen, die im wesentlichen aus einem Ester oder Estergemisch der Um­ setzung von überwiegend geradkettigen, gesättigten Mono­ carbonsäuren mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen als Säure­ komponente und Alkoholen mit 3 bis 6 Hydroxylgruppen sowie einem oder zwei quartären Kohlenstoffatomen als Alkohol­ komponente bestehen.
Ester sind Verbindungen, die in einer Gleichgewichtsreaktion aus einem Alkohol und einer Säure, beispielsweise einer Carbonsäure, unter Abspaltung von Wasser entstehen.
Die Veresterung von Monocarbonsäuren mit Alkoholen erfolgt heute meist in Gegenwart saurer Katalysatoren bei Temperaturen zwischen 100 und 200°C. Es schließen sich di­ verse Reinigungsprozeduren an, um ein wasserfreies und weitgehend neutrales Produkt zu erhalten.
Die zur Veresterung eingesetzten Alkohole müssen erfindungsgemäß ein oder zwei quartäre Kohlenstoff­ atome enthalten, wie beispielsweise Trimethyloläthan und Trimethylpropan, die jeweils drei Hydroxylgruppen auf­ weisen. Der erfindungsgemäß bevorzugt verwendete Alkohol ist das Pentaerythritol. Es wird in technischem Maßstabe aus einer Reaktion des Formaldehyds mit Acetaldehyd und Calciumhydroxid gewonnen:
8 HCHO + 2 CH₃CHO + Ca(OH)₂ ⇄ 2 C (CH₂OH)₄ + Ca(HCOO)₂
Bei der Herstellung des Pentaerythritols fällt auch in unterschiedlichen Mengen Dipentaerythritol der chemischen Formel (CH2OH)3CCH2-O-CH2C(CH2OH)3 an. Es ist im sogenannten technischen Pentaerythritol in einer Größenordnung von 5 bis 15% enthalten. Ester gemäß der Erfindung sind sowohl aus technischem Pentaerythritol (TPE), reinem Pentaery­ thritol (PE) und Dipentaerythritol (DPE) sowie aus Gemischen dieser Alkohole hergestellt worden.
Im Verlauf der Entwicklung erfindungsgemäßer Schmiermittel wurde erkannt, daß besonders gute Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Löslichkeit erzielt werden, wenn als Haupt­ komponente n-Pentansäure zur Veresterung verwendet wurde. Die bevorzugt verwendete n-Pentansäure wird technisch durch Oxidation der entsprechenden Oxoaldehyde mit Sauerstoff her­ gestellt. Die höhermolekularen Monocarbonsäuren kommen in der Natur als Ester (Fette) vor und werden aus ihnen durch Fettspaltung gewonnen, z. B. aus Kokosöl. Die verzweigten Monocarbonsäuren werden entweder durch Oxidation von Oxoaldehyden oder durch Carbonylierung von Olefinen oder Alkoholen in Gegenwart saurer Katalysatoren nach der Kochschen Carbonsäuresynthese hergestellt.
Als Schmiermittel für die Kombination mit den Kältemitteln HFC 134a und HFC 152a und ähnlichen Kältemitteln in Kälte­ maschinen eignen sich vorzüglich die Ester gemäß der vor­ liegenden Erfindung. Die hohe Polarität ermöglicht eine für die Funktion der Ester als Schmiermittel gute Löslichkeit insbesondere in den Kältemitteln HFC 134a und HFC 152a.
Die Polarität eines Esters läßt sich - angegeben als "Non Polarity Index" - nach folgender Formel berechnen:
Nach dieser Formel sollte der NPI von als Schmiermittel zum Einsatz in Kältemaschinen geeigneten Estern möglichst niedrig liegen. Entsprechend niedrige Indices besitzen die Ester gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im Falle von Pentaerythritolestern liegen die Molekulargewichte im Bereich von 360 bis 850, vorzugs­ weise zwischen 400 und 700, bei Dipentaerythritol­ estern im Bereich von 560 bis 1300, vorzugsweise zwischen 700 und 850.
Im folgenden sind beispielsweise Ester beschrieben, die auf­ grund ihres niedrigen NPI zusammen mit Kältemitteln wie HFC 134a oder ähnlichen einsetzbar sind:
Als technische Produkte und insbesondere bei Verwendung ver­ schiedener Monocarbonsäuren fallen die Ester nur zum Teil in den aufgeführten - idealisierten - Formulierungen an. In der Regel sind es Gemische verschiedener Ester, deren Anzahl von Rohstoffeinwaage und Verfahrenstechnik abhängt.
Da der NPI proportional ist zum Molekulargewicht des Esters, sollte schon das Molekulargewicht der verwendeten Carbon­ säuren niedrig sein. Werden unterschiedliche Monocarbon­ säuren eingesetzt, so daß Gemische verschiedener Ester ent­ stehen, sollte die Säurekomponente bezogen auf den Gesamt­ carbonsäureeinsatz aus 30-100 Molgew.%, vorzugsweise aus 60-80 Molgew.% n-Pentansäure bestehen. Im Falle ver­ zweigter Carbonsäuren kann sie aus bis zu 30 Molgew.%, vorzugsweise aus 3 bis 10 Molgew.% 2-Äthylhexansäure be­ stehen, ebenfalls bezogen auf den gesamten Carbonsäure­ einsatz.
Die Ester bzw. Estergemische gemäß der vorliegenden Er­ findung sind eingehend untersucht worden. Die Tests er­ streckten sich von der Ermittlung physikalisch-chemischer Daten bis zu ihrer Prüfung unter praktischen Bedingungen in Kältekompressoren.
Tabelle 1
Die zweite Tabelle gibt einen Überblick über die Löslichkeit der Ester in HFC 134a in Abhängigkeit von Polarität und Molekulargewicht. Ihr Einfluß auf die Löslichkeit der Ester geht aus der Gegenüberstellung hervor. Die Beispiele 1 bis 6 zeigen Löslichkeitswerte, die diese Ester als Schmiermittel für Kältekompressoren, in denen als Kälte­ mittel HFC 152a und HFC 134a eingesetzt werden, als be­ sonders geeignet auszeichnen. Hierbei ist die abnehmende Tendenz der Löslichkeit von Beispiel 1 bis Beispiel 6 zu erkennen.
Tabelle 2
Die hygroskopischen Eigenschaften des Ester, d. h. Aufnahme von Wasser, zum Beispiel durch feuchte Luft, sind besonders für die Anwendung als Kältemaschinenöl von Bedeutung. Ein zu hoher Wassergehalt kann nicht nur die Funktionsfähigkeit einer Kälteanlage negativ beeinflussen, sondern fördert auch die Neigung zu Korrosion in dem System. Kältemaschinenöle müssen deshalb so trocken wie möglich in Kältekompressoren eingefüllt werden. Eine Trocknung der Produkte ist unab­ dingbar. Als Substanzen polaren Charakters, Voraussetzung für ihre Löslichkeit in polaren Kältemitteln wie HFC 134a, sind Ester zwangsläufig hygroskopischer als Substanzen un­ polarer Natur. Polyalkylenglykole sind dagegen erheblich hygroskopischer als Ester.
Zur Ermittlung der hygroskopischen Eigenschaften wurden die auf einen bestimmten Wassergehalt getrockneten Produkte in Mengen von jeweils 10 ml in Reagenzgläser gegeben, die dann unverschlossen bei relativer Luftfeuchtigkeit von 75% und einer Temperatur von 20°C (Durchschnittswerte) gelagert wurden. Die Wasserbestimmung erfolgte nach der bekannten Methode von Karl Fischer. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 aufgeführt. Die Beispiele 1 bis 6 beziehen sich auf Ester gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechend Tabelle 1. Bei den Beispielen 7 und 8 handelt es sich um Polyalkylen­ glykole, die mit den eingangs geschilderten Nachteilen als Kältemaschinenöle angeboten werden.
Tabelle 3
Zum Nachweis der thermischen, chemischen und hydrolytischen Stabilität wurden die Ester einem in Anlehnung an den von ASHRAE (ANSI/ASHRAE 97-1989) genormten Stabilitätstest unterzogen.
Die thermische Stabilität von Pentaerythriolestern gemäß der Erfindung ist aufgrund ihrer Molekülstruktur - in Beta-Stellung der Alkoholgruppe befindet sich kein Wasser­ stoff - ausgezeichnet. Es ist bekannt, daß Ester dieses Typs mindestens bis 260°C stabil sind. In Kältekompressoren werden diese Temperaturen im allgemeinen nicht erreicht. Es sind jedoch Anwendungsfälle vorstellbar bei denen die Temperatur entsprechend hoch liegt, zum Beispiel bei sehr hohem Druck zur Erzielung niedriger Temperaturen, so daß die Ester mit Hilfe von Zusätzen stabilisiert werden müssen. Es hat sich gezeigt, daß die sich bei der Zersetzung der Ester bildenden Radikale sehr gut mit sogenannten "Radikalfängern" in eine dem System unschädliche Form umgewandelt werden können. Unter Radikalfängern sind solche Produkte wie bei­ spielsweise Triphenylmethan zu verstehen, deren Wirkungs­ weise allgemein bekannt ist (Fieser, Organische Chemie, 2. Auflage, Seiten 409-415).
Sofern eine Radikalspaltung von Estern erfolgt, verläuft sie nach folgendem Mechanismus:
Die freien Radikale werden bei Anwesenheit eines Radikal­ fängers wie Triphenylmethan eliminiert.
Die Tests mit getrockneten und feuchten Proben erfolgten nach folgender Verfahrensweise: Entsprechend vorbereitete - gereinigte und gesäuerte - Glasröhrchen von 200 mm Länge und einem Innendurchmesser von 5 bis 7 mm wurden an einem Ende verschweißt und am anderen Ende in einer Länge von etwa 5 cm auf 1,5 mm verjüngt. In so vorbereitete Gläser wurden ein Kupferdraht (Länge 30 mm/Querschnitt 1 mm), ein Stahl­ streifen (50 × 3 mm) und ein Aluminiumstreifen (30 × 5 mm) eingeführt, 1,5 g Schmiermittel eingewogen und in einer speziellen Vorrichtung unter Vakuum und Tiefkühlung 0,7 g des Kältemittels HFC 134a zugefügt. Unter Zufuhr von Stick­ stoff wurden dann die Gläser nach Zugabe des Kältemittels verschweißt. Die Gläser kamen anschließend in einen Trocken­ schrank, der in einem vorgegebenen Zeitraum auf die Prüf­ temperatur von 175°C zu erhitzen war. Die Testdauer betrug 2 Wochen. Im Verlauf der Prüfung wurden die Proben auf Farb­ änderungen und Ablagerungen visuell kontrolliert. Die Metalle wurden ebenfalls auf Veränderungen an der Oberfläche hin beobachtet.
Die unterschiedlichen Feuchtegrade der untersuchten Öle wurden wie folgt eingestellt: Die getrockneten Öle (Feuchte­ grad 1) wurden Gefäßen entnommen, in denen sie zuvor über einen Zeitraum von 2 Monaten gelagert worden waren. Diese wurden vor dem Füllen der Öle in die Testrohre für 15 Minuten geöffnet. Die feuchten Proben wurden den gleichen (geöffneten) Behältern nach Lagerung bei 95% relativer Luftfeuchtigkeit nach einer Stunde (Feuchte­ grad 2) und nach 24 Stunden (Feuchtegrad 3) entnommen und in die Teströhrchen gefüllt.
In nachfolgender Tabelle 4 sind die Feuchtegrade für die Kältemaschinenöle der Beispiele 4, 5, 6 sowie für ein Poly­ alkylenglykol nach Vergleichsbeispiel 7 aufgeführt.
Tabelle 4
Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengestellt. Wie diese Ergebnisse zeigen, unterliegen die Ester selbst in Gegenwart relativ hoher Anteile von Wasser keinem thermischen oder hydrolytischen Zerfall. Die Neigung zum Hydrolysieren ist im übrigen umso geringer, je reiner die Ester nach dem Fertigungsprozeß vorliegen. Ein Hinweis für ihre Reinheit ist die Neutralisationszahl, gemessen nach DIN 51 558. Sie sollte für Ester gemäß der vorliegenden Erfindung den Wert von 0,2 mgKOH/g nicht überschreiten.
Tabelle 5
Die Funktion eines Kältekompressors hängt wesentlich von der einwandfreien Schmierung aller sich bewegenden Teile ab. Ester, insbesondere Polyolester, sind seit vielen Jahren als hervorragende Schmierstoffe für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche bekannt. Durch ihre Polarität besitzen sie eine hohe Affinität zu Metalloberflächen und schützen damit im Bereich der Grenzschmierung bei Metall/Metall-Be­ rührung besser vor Verschleiß als beispielsweise die be­ kannten Schmierstoffe auf Basis reiner Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Mineralöl oder Polyalphaolefin.
Die Prüfung erfolgte nach der Falex-Methode, die nach ASTM-D 2670 standardisiert ist. Nach diesem Verfahren werden zwei prismatische Prüfkörper mit kontinuierlich zunehmender Kraft gegen eine rotierende Welle gedrückt, die in einem Prüfölbad läuft. Je nach Belastbarkeit des zu prüfenden Schmierstoffes kommt es bei einer bestimmten Belastung an den Gleitflächen zu Freßverschleiß. Durch die hierbei sich sprunghaft erhöhende Reibungskraft bricht die Welle. Die Höhe der er­ reichten Belastung - in "pounds" (lbs/in2) - ist ein Be­ urteilungsmaßstab für die Schmierfähigkeit des Schmier­ stoffes und wird allgemein als "Freßlast" bezeichnet.
Die vergleichenden Versuche mit dem Falex-Tester zeigen deutlich die Überlegenheit der Ester, insbesondere gegenüber Mineralöl und Polyalphaolefin. Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tabelle 6 wiedergegeben.
Tabelle 6
Versuche mit Estern gemäß der vorliegenden Erfindung unter den genannten Bedingungen, jedoch in Gegenwart von HFC 134a, zeigen eine um 10 bis 15% höhere Belastbarkeit.
Sollten unter bestimmten, schmiertechnisch schwer zu be­ herrschenden Anwendungsfällen Zusätze zur Minimierung des Verschleißes erforderlich sein, können diese, sofern sie für solche Anwendungsfälle geeignet sind, zugegeben werden. Aus der Schmierungstechnik sind zahlreiche Additive zur Verhinderung bzw. Minimierung von Verschleiß bekannt. Meist beruht ihre Wirkungsweise auf chemische Reaktionen mit der zu schmierenden Metalloberfläche unter Bildung einer vor Verschleiß schützenden Schicht. Bekannt sind beispiels­ weise sog. Schwefelträger wie geschwefelte Olefine, deren Schwefel mit dem Eisen der Stahloberfläche unter Bildung von Eisensulfid, einer verschleißmindernden Schicht reagiert: Fe+S=FeS. Verschleißmindernde Schichten bilden auch organische Verbindungen des Chlors, Phosphors und Stickstoffs allein oder in Kombinationen, einige Fett­ säuren, etc. Metallorganische Verbindungen des Bleis, Molybdäns sowie Seifen sind ebenfalls bekannte Anti­ verschleißzusätze.
Die Verträglichkeit des Gemisches Schmierstoff/Kältemittel mit Dichtungsmaterialien (Elastomeren) ist eine weitere Vor­ aussetzung für die Funktionsfähigkeit eines Kälte­ kompressors. In der Industrie werden für unterschiedliche Anwendungszwecke verschiedene Typen von Elastomeren einge­ setzt. Mit Estern gemäß der vorliegenden Erfindung wurden in Kombination mit HFC 134a und in Vergleichstesten mit dem herkömmlichen Kältemittel CFC 12 folgende in der Industrie verbreitet verwendete Elastomere auf Verträglichkeit unter­ sucht: Chloropren A, Chloropren B und hydrierter Nitrobutyl­ kautschuk.
Die Versuche wurden mit dem Kältemaschinenöl des Beispiels 6 und zum Vergleich mit einem handelsüblichen konventionellen Kältemaschinenöl auf Basis von Mineralöl in Gegenwart der Kältemittel HFC 134a bzw. CFC 12 durchge­ führt.
Die Präparation der Proben erfolgte in der Weise, daß je­ weils eine Mischung aus 15% Kältemittel/85% Kälte­ maschinenöl in ein Glasröhrchen gefüllt wurde, das das zu prüfende Elastomer enthielt. Anschließend wurden die Glasröhrchen verschweißt und 165 Stunden einer Temperatur von 120°C ausgesetzt. Nach Ablauf dieser Testzeit wurden die Röhrchen geöffnet und die Elastomere in Anlehnung an die nach DIN-ISO 1817 standardisierten Methoden untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 7 zu­ sammengefaßt. Es ist festzustellen, daß zwischen den Proben, die das Kältemittel HFC 134a enthielten und den mit dem Kältemittel CFC 12 keine gravierenden Unterschiede auftreten. Es wurden solche Elastomere untersucht, die in der Kältetechnik verbreitet eingesetzt werden. Für den Anwender gibt diese Untersuchung den Hinweis, daß bei Wechsel des Kältemittels von CFC 12 auf HFC 134a keine Notwendigkeit besteht, anderes Dichtungsmaterial zu ver­ wenden.
Tabelle 7
Die Eignung der Ester gemäß der vorliegenden Erfindung konnte auch direkt, nämlich in praktischen Tests in Kälte­ kompressoren nachgewiesen werden. Es wurden Kompressoren der Firmen Danfoss und Bitzer für diese Tests verwendet.
Die Versuche liefen unter bestimmten Leistungsvorgaben über einen Zeitraum von 2000 Stunden. Nach Ablauf der Versuche wurden sowohl die Kompressoren als auch die als Schmier­ mittel eingesetzen Ester einer eingehenden Prüfung unter­ zogen.
In keinem Fall kam es zu einem Ausfall eines Kompressors. Alle Teile befanden sich in einwandfreiem Zustand. Die Schmiermittel selbst waren in allen Daten unverändert.
Die Versuche liefen unter den (gemittelten) Bedingungen der Tabelle 8.
Tabelle 8

Claims (10)

1. Schmiermittel für Kältemaschinen, im wesentlichen be­ stehend aus einem Ester oder Estergemisch der Umsetzung von überwiegend geradkettigen, gesättigten Monocarbonsäuren mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen als Säurekomponente und Alkoholen mit 3 bis 6 Hydroxyl­ gruppen sowie einem oder zwei quartären Kohlenstoff­ atomen als Alkoholkomponente.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, im wesentlichen bestehend aus einem Ester oder Estergemisch aus Monocarbonsäuren mit 5 bis 9 Kohlenstoffatomen und den mehrwertigen Alkoholen.
3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, im wesentlichen bestehend aus einem Ester oder Estergemisch, dessen Alkoholkomponente Pentaery­ thritol und/oder Dipentaerythritol ist.
4. Schmiermittel nach Anspruch 3, im wesentlichen bestehend aus einem Ester oder Estergemisch, wobei sämtliche OH-Gruppen der Alkoholkomponente mit der Säure­ komponente verestert sind.
5. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, im wesentlichen bestehend aus einem Ester oder Estergemisch, dessen Säurekomponente bezogen auf den Gesamtcarbonsäureeinsatz aus 30 bis 100 Molgew.%, vorzugsweise 60 bis 80 Molgew.%, Monocarbonsäure besteht und vorzugsweise aus n-Pentansäure, wobei der Rest andere Monocarbonsäuren sind.
6. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, im wesentlichen bestehend aus einem Ester oder Estergemisch, dessen Säurekomponente bezogen auf den Gesamtcarbonsäureeinsatz bis zu 30 Molgew.%, vorzugs­ weise von 3 bis 10 MolGew.%, aus verzweigten Monocarbonsäuren, insbesondere aus 2-Äthylhexansäure, besteht.
7. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Molekulargewichte der Ester jeweils in folgenden Bereichen liegen:
Pentaerythritolester von 360 bis 850,
vorzugsweise von 400 bis 700,
Dipentaerythritolester von 560 bis 1300,
vorzugsweise von 700 bis 850.
8. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der erfindungs­ gemäßen Ester, ermittelt nach der Gleichung: für einen Pentaerythritolester im Bereich von 20 bis 65, vorzugsweise 25 bis 50, und für einen Dipentaerythritolester im Bereich von 30 bis 100, vorzugsweise 45 bis 70, liegt.
9. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß das Schmiermittel Wirkstoffe zur Verbesserung seiner chemischen Stabilität und/oder zur Verbesserung des Verschleißverhaltens und/oder zur Verhinderung von Schaumbildung und ggf. an sich bekannte Radikalfänger enthält.
10. Schmiermittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der chemischen Stabilität der Schmiermittel 0,01 bis 1,0 Gew.%, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 Gew.%, bezogen auf das Gesamtschmiermittel, Triphenylmethan enthalten ist.
DE4104994A 1991-02-19 1991-02-19 Schmiermittel fuer kaeltemaschinen Withdrawn DE4104994A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4104994A DE4104994A1 (de) 1991-02-19 1991-02-19 Schmiermittel fuer kaeltemaschinen
DE59208414T DE59208414D1 (de) 1991-02-19 1992-02-15 Schmiermittel für Kältemaschinen
EP92102556A EP0499994B1 (de) 1991-02-19 1992-02-15 Schmiermittel für Kältemaschinen
AT92102556T ATE152473T1 (de) 1991-02-19 1992-02-15 Schmiermittel für kältemaschinen
DK92102556.5T DK0499994T3 (da) 1991-02-19 1992-02-15 Smøremidler til kølemaskiner
ES92102556T ES2103840T3 (es) 1991-02-19 1992-02-15 Agente lubricante para maquinas frigorificas.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4104994A DE4104994A1 (de) 1991-02-19 1991-02-19 Schmiermittel fuer kaeltemaschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4104994A1 true DE4104994A1 (de) 1992-08-20

Family

ID=6425307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4104994A Withdrawn DE4104994A1 (de) 1991-02-19 1991-02-19 Schmiermittel fuer kaeltemaschinen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4104994A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9317521U1 (de) * 1993-11-16 1994-01-27 Bramlage GmbH, 49393 Lohne Cremedose

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9317521U1 (de) * 1993-11-16 1994-01-27 Bramlage GmbH, 49393 Lohne Cremedose

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69002209T2 (de) Gefrierölzusammensetzung.
DE60022773T2 (de) Schmierölzusammensetzung für kühleinrichtung, betriebsflüssigkeit und kühleinrichtung
DE69115185T2 (de) Arbeitsmittelzusammensetzung für Kältemaschinen.
DE69012738T2 (de) Verwendung von Glykolätherkarbonat als Schmieröl für Kühlmittel.
DE68927916T2 (de) Vervendung eines Schmierstoffs für Kompressoren, die ein chlorfreies Fluorkohlenwasserstoff-Kältemittel verwenden
DE69114159T2 (de) Gefrierölzusammensetzung.
DE69828627T2 (de) Kühlmittel auf basis von poly(neopentyl polyol) estern und verbessertes additiv-konzentrat
DE69000991T2 (de) Schmiermittel fuer kuehlapparate.
DE3873587T2 (de) Schmiermittelzusammensetzung.
DE2034383A1 (de) Gemische synthetischer Ester und ihre Verwendung
DE69221656T2 (de) Ölzusammensetzung für Kältemaschinen
DE68907763T2 (de) Verwendung von Schmierölzusammensetzungen für Kühlapparate.
EP0486575A1 (de) Grundöl für die formulierung von hydraulikölen.
DE1296729B (de) Wasser-in-OEl-Emulsion fuer Schmierzwecke
DE4006827A1 (de) Verwendung von esteroelen als schmiermittel fuer kaeltemittelverdichter
DE69116252T2 (de) Schmierung von Wärmeübertragungsvorrichtungen mit Dampfkompression
DE1906293C3 (de) Hydraulische Flüssigkeit für Flugzeuge
DE69217322T2 (de) Schmiermittel für Kältemaschinen
EP0205995A2 (de) Schmiermittel und Anwendung desselben
DE2159511A1 (de) Neue Schmiermittel-Kompositionen
DE69728978T2 (de) Kälteerzeugungsöl enthaltend ester von gehinderten alkoholen
EP0499994B1 (de) Schmiermittel für Kältemaschinen
DE4105956A1 (de) Schmiermittel fuer kaeltemaschinen
DE69310230T2 (de) Schmiermittel für Kältemaschinen, die Tetrafluoroethane als Kühlmittel verwenden
EP0445610B1 (de) Verwendung von komplexen Esterölen als Schmiermittel für Kältemittelverdichter

Legal Events

Date Code Title Description
8181 Inventor (new situation)

Free format text: GRASSHOFF, HANS DIETER SYNEK, VLADISLAV, 2000 HAMBURG, DE KOHNZ, HARALD, DR., 4200 OBERHAUSEN, DE

8139 Disposal/non-payment of the annual fee