ES2546132T3 - Método y aparato para transferencia de calor con éteres de alquil-perfluoroalqueno - Google Patents

Método y aparato para transferencia de calor con éteres de alquil-perfluoroalqueno Download PDF

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ES2546132T3 ES11741352.6T ES11741352T ES2546132T3 ES 2546132 T3 ES2546132 T3 ES 2546132T3 ES 11741352 T ES11741352 T ES 11741352T ES 2546132 T3 ES2546132 T3 ES 2546132T3
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    • C09K5/00—Heat-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
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials

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Abstract

Un método de transferencia de calor que comprende: a.- proporcionar un dispositivo; y b.- usar un fluido de transferencia de calor para transferir el calor a o desde el dispositivo, en el que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF>=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)>=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF>=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF>=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y >= 0, 1, 2 ó 3.

Description

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DESCRIPCIÓN
Método y aparato para transferencia de calor con éteres de alquil-perfluoroalqueno
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica su prioridad frente a la solicitud provisional estadounidense 61/362.833, presentada el 9 de julio de 2010.
Información de antecedentes
Campo de la descripción
Esta invención se refiere a composiciones que comprenden éteres fluorocarbonados insaturados y su uso como composiciones para la transferencia de calor.
Descripción de la técnica relacionada
En la actualidad se usan varios fluidos para la transferencia de calor. La idoneidad del fluido de transferencia de calor depende del procedimiento de aplicación. Por ejemplo, algunas aplicaciones electrónicas requieren un fluido de transferencia de calor que sea inerte y tenga una rigidez dieléctrica elevada, que tenga baja toxicidad, buenas propiedades medioambientales y buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperaturas. Otras aplicaciones requieren un control de temperatura preciso y, por lo tanto, es necesario que el fluido de transferencia de calor presente una sola fase durante el intervalo de temperatura del procedimiento completo y es necesario que las propiedades del fluido de transferencia de calor sean predecibles, es decir que la composición siga siendo relativamente constante de forma que la viscosidad, el punto de ebullición, etc. puedan ser predichos de forma que se pueda mantener una temperatura precisa y que el equipo pueda diseñarse de forma apropiada.
En la industria de los semiconductores, existen numerosos dispositivos o procedimientos que requieren un fluido de transferencia de calor que tenga propiedades seleccionadas. El fluido de transferencia de calor puede ser utilizado para eliminar calor, añadir calor o mantener una temperatura.
Cada uno de los procedimientos de semiconductores descritos a continuación incorpora un dispositivo o una pieza de trabajo a la que se le retira calor o se le añade calor. La transferencia de calor asociada bien con la eliminación o bien con la adición de calor puede tener lugar en un amplio intervalo de temperatura. Por lo tanto, en cada caso se usa preferiblemente un fluido de transferencia de calor que tiene otros atributos que lo hacen “fácil de usar para el operador”. Con el fin de que un fluido de transferencia de calor sea considerado “fácil de usar para el operador”, el fluido de transferencia de calor preferiblemente presenta una baja toxicidad y una baja inflamabilidad.
Para equipo de ensayo automático (abreviado generalmente como ATE por sus iniciales en inglés: automated test equipment), se usa un equipo para ensayar las prestaciones de un dado semiconductor. Los dados son los “chips” individuales que se cortan de una lámina de sustrato semiconductor. Los dados llegan de la factoría de semiconductores y se deben ensayar para asegurarse de que satisfacen los requisitos de funcionalidad y los requisitos de velocidad del procesador. Se usan ensayos para obtener los “chip correctos” (abreviado generalmente como KGD por sus iniciales en inglés: known good dice) a partir de dados que no satisfacen los requisitos de prestaciones. Este ensayo se realiza generalmente a temperaturas que varían de aproximadamente -80ºC a aproximadamente 100ºC.
En algunos casos, los dados se ensayan uno a uno y cada chip individual se mantiene en un mandril. Este mandril proporciona, como parte de su diseño, suministro para enfriar el chip. En otros casos, se mantienen varios dados en el mandril y se ensayan bien secuencialmente o bien en paralelo. En esta situación, el mandril proporciona enfriamiento para varios dados durante el procedimiento de ensayo.
También puede ser ventajoso ensayar los dados a elevadas temperaturas para determinar sus características de prestaciones en condiciones de temperatura elevada. En este caso, es ventajoso un refrigerante que tenga buenas propiedades de transferencia de calor muy por encima de la temperatura ambiente.
En algunos casos, los dados se ensayan a temperaturas muy bajas. Por ejemplo, los dispositivos de semiconductor complementario de óxido metálico (abreviado generalmente como CMOS por sus iniciales en inglés: complementary metal-oxide semiconductor) en particular operan más rápidamente a temperaturas más bajas.
Si una pieza de un equipo de ATE emplea dispositivos CMOS “integrados” como parte de su hardware lógico permanente, puede ser ventajoso mantener el hardware lógico a baja temperatura.
Por lo tanto, para proporcionar la máxima versatilidad al ATE, un fluido de transferencia de calor se comporta preferiblemente bien tanto a bajas como a altas temperaturas (es decir, preferiblemente tiene buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperatura), es inerte (es decir, es no inflamable, tiene baja toxicidad y es no reactivo químicamente), tiene una rigidez dieléctrica elevada, tiene un impacto medioambiental
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bajo y presenta propiedades de transferencia de calor predecibles a lo largo del intervalo de temperaturas de operación completo.
Los fluidos de transferencia de calor que se usan en la actualidad en estas aplicaciones para semiconductores incluyen los perfluorocarbonos (PFCs), perfluoropoliéteres (PFPEs), perfluoroaminas (PFAs), perfluoroéteres (PFEs), mezclas de agua/glicol, agua desionizada, aceites de silicona y aceites hidrocarbonados. Sin embargo, cada uno de estos fluidos de transferencia de calor presenta alguna desventaja. Los PFCs, PFPEs, PFAs y PFEs pueden presentar valores de tiempo de permanencia en la atmósfera de más de 500 años, y de hasta 5.000 años. Adicionalmente, estos materiales pueden presentar potenciales de calentamiento global (abreviado generalmente como GWP por sus iniciales en inglés: global warming potential) elevados. El GWP es el calentamiento potencial integrado debido a la liberación de un (1) kilogramo del compuesto de la muestra con respecto al calentamiento debido a un (1) kilogramo de CO2 durante un horizonte temporal de integración especificado. Las mezclas de agua/glicol están limitadas por la temperatura, es decir, un límite de baja temperatura típico de dichas mezclas es 40ºC. A bajas temperaturas, las mezclas de agua/glicol también presentan una viscosidad relativamente elevada. La elevada viscosidad a baja temperatura requiere una potencia de bombeo elevada. El agua desionizada presenta un límite de baja temperatura de 0ºC. Los aceites de silicona y los aceites hidrocarbonados son generalmente inflamables.
La eliminación del calor de los dispositivos electrónicos se ha convertido en uno de los obstáculos más importantes para mejorar adicionalmente las prestaciones del procesador. A medida que estos dispositivos se hacen más potentes, la cantidad de calor generado por unidad de tiempo aumenta. Por lo tanto, el mecanismo de transferencia de calor tiene un papel importante en las prestaciones del procesador. El fluido de transferencia de calor presenta preferentemente unas buenas prestaciones de transferencia de calor, buena compatibilidad eléctrica (incluso si se usa en aplicaciones de “contacto indirecto”, tales como las que emplean placas termodisipadoras), así como baja toxicidad, inflamabilidad baja (o nula) y un impacto medioambiental bajo. La buena compatibilidad eléctrica requiere que el fluido de transferencia de calor candidato presente una rigidez dieléctrica elevada, resistividad volúmica elevada y una capacidad de disolución de materiales polares pequeña. Adicionalmente, el fluido de transferencia de calor candidato debe presentar buena compatibilidad mecánica, es decir, no debe afectar a los típicos materiales de construcción de forma adversa. En esta aplicación, el fluido de transferencia de calor candidato se inhabilita si sus propiedades físicas no son estables a lo largo del tiempo.
Los materiales usados habitualmente como fluidos de transferencia de calor para el enfriamiento de equipos electrónicos o eléctricos incluyen PFCs, PFPEs, aceites de silicona y aceites hidrocarbonados. Cada uno de estos fluidos de transferencia de calor tiene alguna desventaja. Los PFCs y PFPEs pueden ser persistentes en el medioambiente. Los aceites de silicona y los aceites hidrocarbonados son generalmente inflamables.
El ensayo de choque térmico se realiza generalmente a temperaturas que varían de -65ºC a aproximadamente 150ºC. Puede ser necesario un ciclo rápido de temperatura en una parte o dispositivo para simular los cambios de temperatura generados en ellos, por ejemplo, por el lanzamiento de un misil. El ensayo de choque térmico es necesario para los equipos electrónicos usados en misiles militares, entre otros. Hay varias especificaciones militares relacionadas con el ensayo de choque térmico de varios componentes y montajes electrónicos. Este ensayo usa varios medios para producir cambios rápidos en la temperatura en una parte o un dispositivo electrónico. Uno de dichos dispositivos usa un fluido de transferencia de calor líquido o varios fluidos de transferencia de calor líquidos que se mantienen en depósitos separados mantenidos a temperaturas extremas en los que las partes se sumergen alternativamente para inducir el choque térmico de las partes ensayadas. Generalmente, los operadores cargan y descargan los componentes o montajes en el equipo de choque térmico. Por lo tanto, es importante que el fluido de transferencia de calor usado en dicha aplicación presente una toxicidad baja, inflamabilidad baja e impacto medioambiental bajo. Los fluidos de transferencia de calor que son líquidos en un amplio intervalo de temperatura y presentan además baja toxicidad, baja inflamabilidad y bajo impacto medioambiental son ideales para el ensayo de choque térmico.
Los materiales usados generalmente como fluidos de transferencia de calor para baños para ensayos de choque térmico líquido/líquido incluyen nitrógeno líquido, PFCs y PFPEs. Cada uno de estos fluidos de transferencia de calor tiene alguna desventaja. Los sistemas con nitrógeno líquido presentan una selectividad de temperatura limitada en el extremo de las bajas temperaturas. Los PFCs y PFPEs pueden ser persistentes en el medioambiente.
Los baños de temperatura constante operan generalmente en un amplio intervalo de temperatura. Por lo tanto, los fluidos de transferencia de calor adecuados presentan preferiblemente un amplio intervalo en el que son líquidos y buenas características de transferencia de calor a baja temperatura. Un fluido de transferencia de calor que tenga estas propiedades permite un intervalo de operación muy amplio para el baño de temperatura constante. Generalmente, la mayoría de los fluidos de ensayo deben ser cambiados para amplias temperaturas extremas. Además, un buen control de la temperatura es esencial para predecir de forma precisa las propiedades físicas de los fluidos de transferencia de calor.
Los fluidos de transferencia de calor que se usan actualmente en esta aplicación incluyen: perfluorocarbonos (PFCs), perfluoropoliéteres (PFPEs), mezclas de agua/glicol, agua desionizada, aceites de silicona, aceites hidrocarbonados y alcoholes hidrocarbonados. Cada uno de estos fluidos de transferencia de calor tiene alguna
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desventaja. Los PFCs y PFPEs pueden ser persistentes en el medioambiente. Las mezclas de agua/glicol están limitadas por la temperatura, es decir un límite de baja temperatura típico para dichas mezclas es de -40ºC. A bajas temperaturas, las mezclas de agua/glicol también presentan una viscosidad relativamente elevada. El agua desionizada tiene un límite de baja temperatura de 0ºC. Los aceites de silicona, los aceites hidrocarbonados y los alcoholes hidrocarbonados son generalmente inflamables.
Para procedimientos de transferencia de calor que requieren un fluido inerte, se usan a menudo materiales fluorados. Los materiales fluorados presentan generalmente una baja toxicidad, generalmente no son irritantes para la piel, son no reactivos químicamente, son no inflamables y tienen una rigidez dieléctrica elevada. Los materiales fluorados tales como perfluorocarbonos, perfluoropoliéteres e hidrofluoroéteres proporcionan la ventaja adicional de que no disminuir la capa de ozono en la estratosfera.
Como se ha indicado anteriormente, para la transferencia de calor se han usado perfluorocarbonos, perfluoropoliéteres y algunos hidrofluoroéteres.
Los perfluorocarbonos (PFCs) presentan varias características ventajosas para las aplicaciones presentadas anteriormente. Los PFCs tienen una rigidez dieléctrica elevada y elevada resistividad volúmica. Los PFCs son no inflamables y generalmente son mecánicamente compatibles con los materiales de construcción, presentando una capacidad de disolución limitada. Los PFCs presentan generalmente una baja toxicidad y buena facilidad de utilización para el operador. Los PFCs se elaboran de tal forma que da lugar a un producto que tiene una distribución de pesos moleculares estrecha. Sin embargo, presentan una desventaja importante que es su larga persistencia en el medioambiente.
Los perfluoropoliéteres (PFPEs) presentan muchos de los mismos atributos ventajosos que se han descrito para los PFCs. También tienen la misma desventaja principal, es decir su larga persistencia en el medioambiente. Además, los métodos desarrollados para la elaboración de estos materiales dan lugar a productos que no tienen un peso molecular consistente y, por lo tanto, presentan variabilidad en sus prestaciones.
Los hidrofluoropoliéteres (HFPEs), un tipo de hidrofluoroéteres (HFEs), presentan alguna de los mismos atributos ventajosos de los PFCs, pero se diferencian de forma importante de ellos en dos áreas. A su favor, presentan una persistencia en el medioambiente notablemente menor, dando lugar a valores de tiempo de permanencia en la atmósfera del orden de décadas en vez de milenios. Sin embargo, algunos de los HFPEs descritos como fluidos de transferencia de calor son una mezcla de componentes de peso molecular ampliamente dispar. Por lo tanto, sus propiedades físicas pueden cambiar a lo largo del tiempo lo que hace que sea difícil predecir sus prestaciones.
Se han descrito algunos hidrofluoroéteres como fluidos de transferencia de calor, véase p. ej. el documento WO 99/37598. Véase también el documento US 2010/025619 para una descripción de los perfluoroéteres. Sin embargo, se necesita un fluido de transferencia de calor que sea inerte, tenga una rigidez dieléctrica elevada, baja conductividad eléctrica, sea químicamente inerte, tenga estabilidad térmica y transferencia de calor efectiva, sea líquido en un amplio intervalo de temperatura, tenga buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperatura y también tenga un tiempo de permanencia en la atmósfera más corto y, por lo tanto, un potencial de calentamiento global menor que los fluidos de transferencia de calor existentes.
Resumen
En un modo de realización, se describen en la presente memoria nuevos métodos de utilizar una composición que comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3, para transferencia de calor. En un modo de realización se describen métodos para proporcionar un dispositivo, proporcionar un mecanismo de transferencia de calor que comprende un fluido de transferencia de calor y usar el fluido de transferencia de calor para transferir calor a o desde el dispositivo.
La descripción general precedente y la descripción detallada siguiente son únicamente ejemplificantes y explicativas y no son restrictivas de la invención, que se define en las reivindicaciones adjuntas.
Descripción detallada
En un modo de realización se describen en la presente memoria nuevos métodos para usar una composición que comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3, como composiciones de transferencia de calor y mecanismos y dispositivos para transferencia de calor que comprenden las composiciones de transferencia de calor anteriores. Los compuestos de fluoroéter insaturados son inertes, no inflamables y medioambientalmente aceptables. Los compuestos de fluoroéter insaturados presentan una baja viscosidad en el intervalo en el que son líquidos y tienen buenas propiedades de transferencia de calor en un amplio intervalo de temperatura.
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Antes de describir los detalles de los modos de realización descritos a continuación, se definen o explican algunos términos.
Las composiciones de fluoroéter insaturado descritas en la presente memoria son generalmente inertes. Adicionalmente, las composiciones descritas en la presente memoria tienen una rigidez dieléctrica elevada y una conductividad eléctrica baja. Las composiciones son adicionalmente estables térmicamente.
En un modo de realización, los fluoroéteres insaturados de la invención representan compuestos que tienen al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x+ y = 0, 1, 2 ó 3.
Aparato
En algunos modos de realización, la invención incluye un aparato que requiere transferencia de calor. El aparato comprende un dispositivo y un mecanismo para transferir calor a o desde el dispositivo usando un fluido de transferencia de calor. Dicho aparato incluye sistemas de refrigeración, sistemas de enfriamiento, equipo de ensayo y equipo de mecanizado.
Los ejemplos de un aparato de la presente invención incluyen, pero sin limitarse a ellos, sondas de ensayo usadas en los equipos de ensayo automático para ensayar las prestaciones de un dado semiconductor; mandriles usados para sujetar láminas de silicio en dispositivos para la eliminación del material fotorresistente, fotorrepetidores, grabadores, herramientas de PECVD, baños de temperatura constante y baños para ensayos de choque térmico.
Dispositivo
En algunos modos de realización, la presente invención comprende un dispositivo. El dispositivo se define en la presente memoria como un componente, pieza de trabajo, montaje, etc. que debe enfriarse, calentarse o mantenerse a una temperatura elegida. Dichos dispositivos incluyen componentes eléctricos, componentes mecánicos y componentes ópticos. Los ejemplos de dispositivos de la presente invención incluyen, pero sin limitarse a ellos, microprocesadores, láminas usadas para elaborar dispositivos semiconductores, semiconductores para control de potencia, dispositivos de conmutación para la distribución eléctrica, transformadores de potencia, paneles de circuito impreso, módulos multi-chip, dispositivos semiconductores encapsulados o no encapsulados, reactores químicos, reactores nucleares, células de combustible, láseres o componentes de un misil.
Mecanismo de transferencia de calor
En algunos modos de realización, la presente invención comprende un mecanismo para transferencia de calor. El calor se transfiere colocando el mecanismo de transferencia de calor en contacto térmico con el dispositivo. El mecanismo de transferencia de calor, cuando se pone en contacto térmico con el dispositivo, elimina el calor del dispositivo o proporciona calor al dispositivo, o mantiene el dispositivo a una temperatura elegida. La dirección del flujo de calor (desde el dispositivo o hacia el dispositivo) está determinada por la diferencia de temperatura relativa entre el dispositivo y el mecanismo de transferencia de calor.
El mecanismo de transferencia de calor comprende el fluido de transferencia de calor de la presente invención.
Adicionalmente, el mecanismo de transferencia de calor puede incluir instalaciones para controlar el fluido de transferencia de calor, incluyendo, pero sin limitarse a ellos: bombas, válvulas, sistemas de contención del fluido, sistemas de control de presión, condensadores, intercambiadores de calor, fuentes de calor, sumideros de calor, sistemas de refrigeración, sistemas activos de control de temperatura y sistemas pasivos de control de temperatura. En algunos modos de realización, los sumideros de calor comprenden un sistema de refrigeración por compresión de vapor.
Los ejemplos de mecanismos de transferencia de calor adecuados incluyen, pero sin limitarse a ellos, mandriles para sujetar láminas de temperatura controlada en herramientas de PECVD, sondas para ensayos de temperatura controlada para ensayos de las prestaciones de los chips, zonas de trabajo de temperatura controlada en equipos de procesamiento de semiconductores, depósitos de líquido para baños de ensayo de choque térmico y baños de temperatura constante.
En algunos sistemas, tales como grabadores, dispositivos para la eliminación del material fotorresistente, cámaras de PECVD y dispositivos de ensayo de choque térmico, la temperatura de operación superior deseada puede ser tan elevada como 150ºC.
Método
La presente invención comprende adicionalmente un método de transferencia de calor que comprende las etapas de: proporcionar un dispositivo, proporcionar un mecanismo de transferencia de calor que comprende un fluido de transferencia de calor, y usar el fluido de transferencia de calor para transferir el calor a o desde el dispositivo, en el
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que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x+y = 0, 1, 2 ó 3.
En un modo de realización, las composiciones descritas en la presente memoria pueden prepararse poniendo en contacto un perfluoroalqueno, tal como perfluoro-3-hepteno, perfluoro-2-hepteno, perfluoro-2-hexeno, perfluoro-3hexeno o perfluoro-2-penteno, con un alcohol en presencia de una base fuerte. Por ejemplo, se puede hacer reaccionar perfluoro-3-hepteno con un alcohol, tal como metanol o etanol o sus mezclas, en presencia de una disolución acuosa de una base fuerte para producir fluoroéteres insaturados. En la parte siguiente de la presente memoria se debe entender que alcohol o “un alcohol” se refiere a alcoholes tales como metanol o etanol y sus mezclas.
En un modo de realización los productos de la reacción del perfluoro-3-hepteno con metanol comprenden 5metoxiperfluoro-3-hepteno, 3-metoxiperfluoro-3-hepteno, 4-metoxiperfluoro-2-hepteno y 3-metoxiperfluoro-2hepteno.
En un modo de realización, los productos de la reacción del perfluoro-2-penteno con metanol comprenden 4metoxiperfluoro-2-penteno, 2-metoxiperfluoro-2-penteno, 3-metoxiperfluoro-2-penteno y 2-metoxiperfluoro-3penteno.
En un modo de realización los productos de la reacción del perfluoro-2-octeno con metanol comprenden cis-y trans2-metoxiperfluoro-2-octeno y 2-metoxiperfluoro-3-octeno.
En un modo de realización, la base fuerte es una base que reaccionará con un alcohol para producir un alcóxido por combinación de la base con dicho alcohol. Las bases que se pueden usar para formar dichos alcóxidos incluyen los hidróxidos de metales alcalinos, tales como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio sin limitación.
En un modo de realización, la base fuerte está presente en forma de una disolución acuosa que tiene una concentración de hidróxido de metal alcalino de 10% en peso a 45% en peso. En un modo de realización, se usa un mol de hidróxido de metal alcalino por mol de alcohol para producir el alcóxido. En otro modo de realización se usan 1,1 moles de hidróxido de metal alcalino por mol de alcohol. En todavía otro modo de realización se usan 0,9 moles de hidróxido de metal alcalino por mol de alcohol.
En un modo de realización, se usa un mol de hidróxido de metal alcalino por mol de perfluoroalqueno. En otro modo de realización, se usan aproximadamente 1,1 moles de hidróxido de metal alcalino por mol de perfluoroalqueno. En todavía otro modo de realización, se usan aproximadamente 1,05 moles de hidróxido de metal alcalino por mol de perfluoroalqueno.
En un modo de realización, el hidróxido de metal alcalino se combina con el perfluoroalqueno y a continuación se añaden un alcohol y agua a la mezcla del perfluoroalqueno y la base, produciendo una reacción exotérmica inmediata. En otro modo de realización, el hidróxido de metal alcalino se disuelve en agua y se mezcla con el perfluoroalqueno. La adición del alcohol produce una reacción exotérmica inmediata para producir los fluoroéteres insaturados.
En un modo de realización, se añade el alcohol al perfluoroalqueno, el hidróxido de metal alcalino y el agua en una porción. En otro modo de realización, se añade el alcohol lentamente a lo largo de un periodo de tiempo. En un modo de realización, se añade el alcohol durante una hora. En otro modo de realización, el alcohol se añade durante dos horas. En todavía otro modo de realización, el perfluoroalqueno, el hidróxido de metal alcalino y el alcohol se añaden juntos y el agua se añade lentamente durante un tiempo.
En un modo de realización, el perfluoroalqueno, el hidróxido de metal alcalino, el alcohol y el agua se añaden todos a temperatura ambiente aproximadamente En otro modo de realización, el perfluoroalqueno y la disolución acuosa del hidróxido de metal alcalino se calientan hasta aproximadamente 50ºC y el alcohol se añade lentamente durante un periodo de tiempo.
En un modo de realización, se añade un catalizador de transferencia de fase a la mezcla de perfluoroalqueno, hidróxido de metal alcalino, alcohol y agua. En un modo de realización el catalizador de transferencia de fase es una sal de amonio cuaternario. En un modo de realización el catalizador de transferencia de fase es Aliquat 336. En un modo de realización la cantidad de catalizador de transferencia de fase es de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 10% en peso del hidróxido de metal alcalino.
El catalizador de transferencia de fase puede ser iónico o neutro y se elige entre el grupo que consiste en éteres corona, sales de onio, criptatos y polialquilenglicoles y sus derivados, y sus mezclas. Se debe usar una cantidad eficaz del catalizador de transferencia de fase con el fin de producir la reacción deseada; dicha cantidad se puede determinar por experimentación limitada una vez que se han elegido los reactivos, las condiciones de procedimiento y el catalizador de transferencia de fase.
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Los éteres corona son moléculas cíclicas en las que los grupos éter están conectados por uniones de dimetileno; los compuestos forman una estructura molecular que se cree que es capaz de “recibir” o de contener el ion de metal alcalino del hidróxido y facilitar de esta forma la reacción. Los éteres de corona particularmente útiles incluyen los 18-corona-6, especialmente en combinación con hidróxido de potasio; 15-corona-5, especialmente en combinación con hidróxido de sodio; y 12-corona-4, especialmente en combinación con hidróxido de litio. Los derivados de los éteres corona anteriores también son útiles, p. ej. dibenzo-18-corona-6, diciclohexano-18-corona-6 y dibenzo-24corona-8 así como 12-corona-4. Otros poliéteres particularmente útiles para los compuestos de metal alcalino, y especialmente de litio, se describen en la patente estadounidense Nº 4.560.759.
Otros compuestos análogos a los éteres corona y útiles para el mismo objetivo son compuestos que se diferencian por la sustitución de uno o más átomos de oxígeno por otro tipo de átomos dadores, particularmente N o S, tal como el hexametil-[14]-4,11-dieno-N4.
Las sales de onio incluyen las sales de fosfonio cuaternario y las sales de amonio cuaternario que se pueden usar como catalizador de transferencia de fase en el procedimiento de la presente invención; dichos compuestos se pueden representar mediante las siguientes fórmulas I y II:
R1R2R3R4P(+) X’(-)
(I)
R1R2R3R4N(+) X’(-)
(II)
en las que cada uno de R1, R2, R3 y R4, que pueden ser iguales o diferentes, es un grupo alquilo, un grupo arilo o un grupo aralquilo, y X’ es un átomo de halógeno. Ejemplos específicos de estos compuestos incluyen el cloruro de tetrametilamonio, bromuro de tetrametilamonio, cloruro de benciltrietilamino, cloruro de metiltrioctilamonio (disponible comercialmente con las marcas Aliquat 336 y Adogen 464), cloruro de tetra-n-butilamonio, bromuro de tetra-nbutilamonio, hidrógenosulfato de tetra-n-butilamonio, cloruro de tetra-n-butilfosfonio, bromuro de tetrafenilfosfonio, cloruro de tetrafenilfosfonio, bromuro de trifenilmetilfosfonio y cloruro de trifenilmetilfosfonio. Entre ellos se prefiere el cloruro de benciltrietilamonio para usarlo en condiciones fuertemente básicas. Otros compuestos útiles de este tipo de compuestos incluyen los que presentan estabilidad a elevadas temperaturas (p. ej. hasta aproximadamente 200ºC) y que incluyen las sales de 4-dialquilaminopiridinio, tales como el cloruro de tetrafenilarsonio, cloruro de bis[tris(dimetilamino)fosfina]iminio y cloruro de tetratris[tris(dimetilamino)fosfinimino]fosfonio; también se ha informado de que los dos últimos compuestos son estables en presencia de hidróxido de sodio concentrado caliente y, por lo tanto, pueden ser particularmente útiles.
Los compuestos de polialquilenglicol útiles como catalizadores de transferencia de fase pueden ser representados por la fórmula:
R6O(R5O)tR7 (III)
en la que R5 es un grupo alquileno, cada uno de R6 y R7, que pueden ser iguales o diferentes, es un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo, un grupo arilo o un grupo aralquilo; y t es un número entero al menos igual a 2. Dichos compuestos incluyen, por ejemplo, glicoles tales como dietilenglicol, trietilenglicol, tetraetilenglicol, pentaetilenglicol, hexaetilenglicol, diisopropilenglicol, dipropilenglicol, tripopilenglicol, tetrapropilenglicol y tetrametilenglicol, y monoalquiléteres, tales como monometil-, monoetil-, monopropil-y monobutil-éteres de dichos glicoles, dialquil éteres, tales como tetraetilenglicol dimetil éter y pentaetilenglicol dimetil éter, fenil éteres, bencil éteres y polialquilenglicoles, tal como polietilenglicol (peso molecular medio de aproximadamente 300) dimetil éter, polietilenglicol (peso molecular medio de aproximadamente 300) dibutil éter y polietilenglicol (peso molecular medio de aproximadamente 400) dimetil éter. Entre ellos, se prefieren los compuestos en los que R6 y R7 son grupos alquilo, grupos arilo o grupos aralquilo.
Los criptatos son otro tipo de compuestos útiles en la presente invención como catalizadores de transferencia de fase. Estos son agentes quelantes polimacrocíclicos tridimensionales que se forman uniendo estructuras cabeza de puente con cadenas que contienen átomos dadores separados adecuadamente. Por ejemplo, las moléculas bicíclicas que se producen uniendo cabezas de puente de nitrógeno con cadenas de grupos (--OCH2CH2--) como en el 2.2.2.-criptato(4,7,13,16,21,24-hexaoxa-1,10-diazabiciclo-(8.8.8)hexacosano (disponible con la marcas Cryptand 222 y Kryptofix 222). Los átomos dadores de los puentes pueden ser también O, N o S, o los compuestos pueden ser macrociclos dadores mixtos en los que el puente contiene combinaciones de dichos átomos dadores.
También pueden ser útiles las combinaciones de catalizadores de transferencia de fase de entre uno de los grupos descritos anteriormente, así como combinaciones o mezclas de más de un grupo, por ejemplo, éteres corona y onios, o de más de dos de los grupos, p. ej. sales de fosfonio cuaternario y sales de amonio cuaternario y éteres corona y polialquilenglicoles.
En un modo de realización, después de varias horas, se deja enfriar la mezcla de reacción a temperatura ambiente y se vierte en un embudo de separación. La fase orgánica inferior se separa de la fase acuosa que contiene las sales inorgánicas. Entonces se seca la fase orgánica y a continuación puede ser purificada adicionalmente por destilación. En un modo de realización, la fase orgánica se seca sobre sulfato de magnesio anhidro. En otro modo de realización, la fase orgánica se seca sobre sulfato de sodio anhidro. En un modo de realización de una preparación de éteres de perfluorohepteno, se recoge una fracción de la destilación predominantemente entre 108ºC y 122ºC,
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dependiendo de si se prepararon metil o etil éteres, que comprende una mezcla de perfluoroalqueno alquil éteres alílicos y vinílicos.
Como se usa en la presente memoria, se pretende que los términos “comprende”, “que comprende”, “incluye”, “que incluye”, “tiene”, “que tiene” o cualquier otra de sus variaciones, abarquen una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, un procedimiento, método, artículo o aparato que comprende una lista de elementos no están necesariamente limitados solo a dichos elementos, sino que pueden incluir otros elementos no recogidos expresamente en la lista o inherentes a dicho procedimiento, método, artículo o aparato. Además, a menos que se indique expresamente lo contrario, “o” tiene un carácter inclusivo y no exclusivo. Por ejemplo, una condición A o B es satisfecha por cualquiera de las siguientes: A es verdadera (o está presente) y B es falsa (o no está presente), A es falsa (o no está presente) y B es verdadera (o está presente) y tanto A como B son verdaderas (o están presentes).
También, el uso de “un” o “uno” se emplea para describir elementos y componentes descritos en la presente memoria. Esto se hace principalmente por conveniencia y para dar un sentido general al alcance de la invención. Esta descripción debería entenderse como que incluye uno o al menos uno y el singular incluye también el plural, a menos que sea obvio que significa otra cosa.
Los números de grupo que corresponden a las columnas en la tabla periódica de los elementos usan la convención de la “Nueva Notación” como se indica en el CRC Handbook of Chemistry and Physics, 81ª edición (2000-2001).
A menos que se definan de otra forma, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria tienen el mismo significado que el entendido de forma habitual por los expertos en la técnica a la que pertenece esta invención. Aunque se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria en la práctica o en los ensayos de los modos de realización de la presente invención, los métodos y materiales adecuados se describen a continuación.
En caso de conflicto, prevalecerá la presente descripción, incluyendo las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos son únicamente ilustrativos y no pretenden ser limitantes.
Ejemplos
Los conceptos descritos en la presente memoria se describirán adicionalmente en los siguientes ejemplos, que no limitan el alcance de la invención descrito en las reivindicaciones.
Ejemplo 1
El ejemplo 1 demuestra la reacción del metanol con el perfluorohept-3-eno.
Se ajusta un matraz RB de 3 cuellos de 250 ml con un agitador mecánico superior, un condensador de reflujo, camisa calefactora y adaptador Claisen con conducto para termopar y un embudo de adición de 50 ml. Se añadieron en el matraz 200 g (125 ml, 0,57 moles) de perfluorohept-3-eno y 37,7 g (0,67 moles) de KOH pulverizado. Se añadieron lentamente 18,3 g (0,57 moles) de metanol con el embudo de adición. Se produjo una reacción ligeramente exotérmica. Después de agitar durante 30 minutos, se añadió una pequeña cantidad de agua (20 ml) a través del condensador y se produjo una reacción significativamente exotérmica que aumentó la temperatura hasta entre 60 y 70ºC.
Después de agitar durante 2 horas, la mezcla de reacción se sometió a destilación ultrarrápida a vacío (100 mm de Hg) en un matraz enfriado con hielo seco. El destilado bruto se separó adicionalmente del agua en un embudo de separación de 250 ml y se secó sobre sulfato de magnesio. La destilación con columna de banda giratoria produjo un precursor de 60 ml que ebulló predominantemente entre 54 y 74ºC. Se recogió una segunda fracción de producto (40 ml) que comenzó a 95ºC, pero ebulló predominantemente entre 108 y 114ºC. La segunda fracción se analizó por GC-MS y comprendía principalmente una mezcla de metil perfluorohepteno éteres alílicos y vinílicos. El metil monohidrofluoroheptano éter saturado producido a aproximadamente 14% también era una parte de la mezcla. El perfluorohept-3-eno residual comprendía aproximadamente 1% de la mezcla destilada.
Ejemplo 2
El ejemplo 2 demuestra la reacción del metanol con el perfluorohept-3-eno.
Se realizó una segunda reacción de metanol con perfluorohept-3-eno esencialmente de la misma manera que en el ejemplo 1. Se añadieron en el matraz 200 g (125 ml, 0,57 moles) de perfluorohept-3-eno y 35,3 g (0,63 moles) de KOH pulverizado, 20 ml de agua y aproximadamente 1 g de Aliquat® 336. Se produjo una reacción inmediata y esencialmente exotérmica con la adición del metanol que aumentó la temperatura entre 60 y 70ºC. Después de la adición, se mantuvieron la agitación y el calentamiento a entre 60 y 70ºC durante 2 horas. Después de enfriar a cerca de temperatura ambiente, la mezcla de reacción se vertió en un embudo de separación. Había una cantidad significativa de sales precipitadas que permanecieron en la fase acuosa superior. La fase inferior (120 ml) se aisló y se secó sobre sulfato de magnesio.
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Ejemplo 3
Reacción del metanol con perfluorohept-3-eno
Se realizó una tercera reacción de metanol con perfluorohept-3-eno esencialmente de la misma forma que en el ejemplo 1. Se añadieron en un matraz de 500 ml, 200 g (125 ml, 0,57 moles) de perfluorohept-3-eno, 78,3 g (0,63 moles) de KOH acuoso al 45% y 1 g de Aliquat® 336. Se produjo una reacción inmediata y esencialmente exotérmica con la adición del metanol que aumentó la temperatura hasta entre 60 y 70ºC. Después de la adición, se mantuvieron la agitación y el calentamiento a entre 60 y 70ºC durante 2 horas. Después de enfriar a cerca de temperatura ambiente, la mezcla de reacción se vertió en un embudo de separación. No había sales precipitadas que quedaran en la fase acuosa. La fase inferior (120 ml) se aisló y se secó sobre sulfato de magnesio.
Ejemplo 4
Destilación de los metil perfluorohepteno éteres
Se combinaron los productos brutos de metil perfluorohepteno éter de los ejemplos 2 y 3, se filtraron y se destilaron con columna de banda giratoria. Se recogió una primera fracción de 18 ml entre 54 y 74ºC. Se recogió una fracción intermedia de 4 ml entre 74ºC y 106ºC. Se recogió la fracción principal de 180 ml que se inició a 106ºC y destiló predominantemente entre 108ºC y 114ºC. Quedó una fracción residual de 35 ml que se identificó posteriormente por GC-MS y consistía principalmente en productos superiores de adición de metanol. Menos de 0,1% de perfluorohepteno quedó en la fracción principal. Se redestiló una muestra de 25 ml por destilación simple. El intervalo de temperatura de vapor observado fue de 107 a 112ºC. El intervalo de temperatura observado para el residuo varió de 110 a 112ºC. La viscosidad fue de 2,72 centistokes a -31ºC medido usando un viscosímetro Cannon-Fenske.
Ejemplo 5
Reacción del metanol con el perfluoropent-2-eno
Se ajustó un matraz RB de 3 cuellos de 1 litro con un agitador mecánico superior, un condensador de reflujo con agua helada, una camisa calefactora y un adaptador Claisen con conducto para termopar y un matraz de adición de 125 ml. Se añadieron al matraz 382 g (240 ml, 1,53 moles) de perfluoropent-2-eno y 219 g (1,76 moles) de KOH acuoso al 45% y 1 g de Aliquat® 336. Se añadieron lentamente 53,8 g (1,68 moles) de metanol con el embudo de adición. Se produjo una reacción exotérmica que hizo que la mezcla de reacción se pusiera a reflujo. La temperatura de reacción aumentó gradualmente de aproximadamente 24ºC hasta 60ºC durante el transcurso de la adición del metanol. Después de la adición, se mantuvo la agitación durante 2 horas. Después de enfriar a cerca de la temperatura ambiente, la mezcla de reacción se vertió en el embudo de separación y las dos fases se separaron lentamente durante 0,5 horas. La fase inferior (240 ml) se aisló y se secó sobre sulfato de magnesio.
Ejemplo 6
Destilación de los metil perfluoropenteno éteres
El metil perfluoropenteno éter bruto producto del ejemplo 5 se filtró y se destiló con columna de banda giratoria. Una primera fracción de 6 ml se recogió entre 50 y 69ºC. Se recogió una fracción principal de 190 ml que se inició a 69ºC y que destiló predominantemente entre 71 y 78ºC. Quedó una fracción residual de 38 ml y que se identificó posteriormente por GC-MS y consistía en una pequeña cantidad de metil monohidrofluoropentano éteres saturados y productos superiores de adición de metanol. Se analizó la fracción principal por GC-MS y comprendía principalmente una mezcla de metil perfluoropenteno éteres alílicos y vinílicos. Los metil monohidrofluoropentano éteres saturados producidos al 8,4% también formaban parte de la mezcla. El perfluoropent-2-eno residual comprendía aproximadamente 0,03% de la mezcla destilada.
Una muestra de 25 ml se redestiló por destilación simple. El intervalo de temperatura de vapor observado fue de 72 a 77ºC. La temperatura observada para el residuo varió de 73 a 77ºC. La viscosidad fue de 0,97 centistokes a -31ºC medida usando un viscosímetro Cannon-Fenske. Algunas propiedades físicas elegidas de los metil perfluoropenteno y perfluorohepteno éteres se recogen en la tabla 1.
Tabla 1 5
Éter
Viscosidad (cSt) (25ºC) Calor específico (J/kg·C) Densidad (kg/m3) Conductividad térmica (W/m·C)
MPPE
0,37 1.480
MPHE
0,74 1.021 1.593 0,075
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Ejemplo 7
Reacción del etanol con perfluorohept-3-eno
Se ajustó un matraz RB de 3 cuellos de 250 ml con un agitador mecánico superior, un condensador de reflujo, una camisa calefactora y un adaptador Claisen con conducto para termopar y un matraz de adición de 50 ml. Se añadieron al matraz 40 g (0,32 moles) de KOH acuoso y 100 g (0,29 moles) de perfluorohept-3-eno. La mezcla se calentó con agitación hasta 50ºC. A esta temperatura se añadieron al matraz lentamente 16,4 g (0,36 moles) de etanol desde el embudo de adición. Se produjo una reacción exotérmica que hizo que la mezcla de reacción aumentara la temperatura hasta 70ºC. Después de la adición de etanol, la mezcla de reacción se calentó adicionalmente durante una hora para mantener la temperatura a, o cerca de, 70ºC. El calentamiento se detuvo después de 1 hora y a continuación se dejó que la mezcla de reacción se enfriara hasta cerca de la temperatura ambiente con agitación.
La mezcla de reacción se vertió en el embudo de separación. La fase inferior (120 ml) se aisló y se secó sobre sulfato de magnesio.
Ejemplo 8
Destilación de los etil perfluorohepteno éteres
El etil perfluorohepteno éter bruto producto del ejemplo 7 se filtró y se destiló con columna de banda giratoria. Una primera fracción de 7,5 g se recogió entre 70 y 72ºC. Se recogió una fracción principal de 73,5 g que se inició a 110ºC y que destiló predominantemente entre 120ºC y 122ºC. Quedó una fracción residual de 5,2 g. El análisis por GC-MS de la fracción principal indicó que consistía en 62,8% de etil perfluorohepteno éteres alílicos, 29,7% de etil perfluorohepteno éteres vinílicos, 7,2% de etil monohidroperfluoroheptano éteres y 0,3% de perfluorohept-3-eno.
Ejemplo 9
Reacción del etanol con perfluorohept-3-eno
Se realizó una segunda reacción de etanol con perfluorohept-3-eno esencialmente de la misma manera que en el ejemplo 7, excepto que se usaron 26,3 g (0,57 moles) de etanol y el medio de reacción no se calentó antes de la adición del etanol. Se produjo una reacción inmediata y esencialmente exotérmica con la adición del metanol que aumentó la temperatura hasta entre 60 y 70ºC. Después de la adición se mantuvieron la agitación y el calentamiento a entre 60 y 70ºC durante 2 horas. Después de enfriar a cerca de la temperatura ambiente, la mezcla de reacción se vertió en un embudo de separación. La fase inferior se aisló y se secó sobre sulfato de magnesio.
Ejemplo 10
Destilación de los etil perfluorohepteno éteres
Se combinaron el etil perfluorohepteno éter bruto producto del ejemplo 9 y el producto destilado del ejemplo 8, se filtraron y se destilaron con columna de banda giratoria. Se recogió la fracción principal que se inició a 118ºC hasta 123ºC. El análisis por GC-MS indicó que consistía en 60% de etil perfluorohepteno éteres alílicos, 33,1% de etil perfluorohepteno éteres vinílicos, 6,4% de etil monohidroperfluoroheptano éteres, 0,4% de productos desconocidos y 0,05% de perfluorhept-3-eno.
Ejemplo 11
Reacción del metanol con el perfluorooct-2-eno
Se ajustó un matraz RB de 3 cuellos de 250 ml con un agitador mecánico superior, un condensador de reflujo, una camisa calefactora, un adaptador Claisen con conducto para termopar y se conectó una aguja flexible de fluoropolímero PFA que se conectó a una jeringa de 25 cc de cristal y a una bomba de jeringa. Se añadieron al matraz 64,6 g (162 mmoles) de perfluorooct-2-eno, 5,18 g (162 mmoles) de metanol y 0,5 g de Aliquat® 336. Con agitación de 400 rpm, se añadió lentamente una disolución acuosa de KOH al 45% (20,15 g, 162 mmoles) con la bomba de jeringa a 0,5 ml/min. La reacción fue exotérmica y la temperatura de la mezcla de reacción aumentó hasta aproximadamente 50ºC. Después de que se completara la adición de KOH, se aplicó calentamiento externo durante 2 horas para calentar y mantener los contenidos a aproximadamente 85ºC. A continuación se enfrió la mezcla de reacción a cerca de la temperatura ambiente y el producto bruto (fase inferior, 64,7 g) se separó en un embudo de 50 ml. El análisis por cromatrografía de gases con detección por espectrometría de masas (GC/MS) del producto bruto indicó que la composición era de 6,3% de perfluoroocto-2-eno, 92,3% de éteres saturados e insaturados y 1,4% de aductos superiores de metanol.
Ejemplo 12
Destilación de los metil perfluroocteno éteres
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El producto bruto del ejemplo 11 se secó sobre sulfato de magnesio y se filtró usando un tejido filtrante de polipropileno en un matraz de 250 ml. El producto bruto se destiló usando una columna de banda giratoria pequeña con control manual de la válvula. Se recogió una primera fracción de 5 ml entre 85ºC y 115ºC, seguido por la fracción principal (48,7 g) que se inició a 115ºC pero rápidamente aumentó a 130ºC y ebulló predominantemente entre 133ºC y 135ºC. El análisis por GC/MS sugirió que la fracción principal era un 98,2% de una mezcla de éteres insaturados principalmente con algunos éteres saturados. 1,8% era perfluorooct-2-eno. El análisis por RMN de 1H indicó que el contenido de éter saturado fue de 4,0%. El análisis por RMN de 19F indicó que los éteres insaturados eran principalmente trans-2-metoxi-perfluorooct-2-eno (44,8%), 2-metoxi-perfluorooct-3-eno (34,5%) y cis-2-metoxiperfluoroocot-2-eno (5,9%).
Ejemplo 13
Uso del MPHE como fluido de transferencia de calor
Las características de transferencia de calor del MPHE se demostraron usando un refrigerador Risshi CS1500-UL2K. El fluido se colocó en el refrigerador y se ensayaron temperaturas de -50ºC, -30ºC y 20ºC. Después de dejar 30 minutos para alcanzar el equilibrio en cada valor de referencia, se midieron las temperaturas del refrigerante y del fluido de transferencia de calor, como se muestra en la tabla 2. Adicionalmente, se obtuvieron los datos para Galden® HT-110, un fluido de transferencia de calor disponible comercialmente. Ambos fluidos de transferencia de calor tienen el mismo punto de ebullición.
Tabla 2
Refrigerante
Fluido de transferencia de calor T1 Potencia de bombeo
Entrada (ºC)
Salida (ºC) Entrada (ºC) Salida (ºC) ºC W/h
Valor de referencia = -50ºC
MPHE
-64 -53 -50 -44 3 210
HT-110
-63 -56 -48 -44 8 220
Valor de referencia = -30ºC
MPHE
-62 -30 -30 -26 0 193
HT-110
-62 -30 -30 -26 0 209
Valor de referencia = 20ºC
MPHE
-60 16 18 20 2 194
HT-110
-60 16 18 20 2 200
T1 es la diferencia de temperatura entre la temperatura de salida del refrigerante y la temperatura de salida del fluido de transferencia de calor, una indicación importante de la capacidad de transferencia de calor efectiva del refrigerante al fluido de transferencia de calor. Se prefiere un intervalo de temperatura pequeño. Se demostró que el MPHE se comporta tan bien o mejor que el fluido disponible comercialmente.
La potencia de bombeo registrada demuestra que el MPHE consume menos potencia que el HT-110 lo que hace que el MPHE sea más eficiente energéticamente para poner en circulación el fluido.
Ejemplo 14
La viscosidad de un fluido de transferencia de calor es importante, especialmente a temperaturas más frías en las que es más costoso hacer circular un fluido viscoso. Se midió la viscosidad del MPHE entre -30ºC y +30ºC. La viscosidad del MPHE se midió usando un viscosímetro Cannon-Fiske #25 para temperaturas por encima de 20ºC y #50 para temperaturas de 20ºC e inferiores. Se desarrolló un modelo para obtener información de la viscosidad fuera del intervalo de medida Los datos se muestran en la tabla 3 que también muestra una comparación con el fluido de transferencia de calor disponible comercialmente HT-110. Las viscosidades para el HT-110 se obtuvieron del boletín técnico del fabricante.
Tabla 3
Temperatura ºC
Viscosidad del MPHE cp Viscosidad del HT-110 cp
-50
8,7 10,3
-40
6,1 7,0
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Temperatura ºC
Viscosidad del MPHE cp Viscosidad del HT-110 cp
-30
4,5 4,8
-20
3,3 3,6
-10
2,5 2,8
0
2,0 2,2
10
1,6 1,7
20
1,3 1,4
30
1,0 1,2
Los datos de la viscosidad demuestran que el MPHE tiene una viscosidad inferior a la del HT-110 a la misma temperatura, lo que es una mejora.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
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    REIVINDICACIONES 1.-Un método de transferencia de calor que comprende: a.-proporcionar un dispositivo; y b.-usar un fluido de transferencia de calor para transferir el calor a o desde el dispositivo, en el que el fluido de
    transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3,
    CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3,
    CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3,
    CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x+y = 0, 1, 2 ó 3.
  2. 2.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  3. 3.-El método según la reivindicación 2, que comprende además un compuesto que tiene la fórmula CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  4. 4.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  5. 5.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  6. 6.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado comprende un compuesto que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3, en la que R es CH3 o C2H5 o sus mezclas, y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  7. 7.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado tiene una viscosidad de menos de 100 centistokes a -31ºC.
  8. 8.-El método según la reivindicación 1, en el que el fluoroéter insaturado tiene una viscosidad de menos de 20 centistokes a -31ºC.
  9. 9.-Un aparato que requiere transferencia de calor, que comprende:
    a.-un dispositivo; y
    b.-un mecanismo para transferir calor a o desde el dispositivo;
    que comprende el uso de un fluido de transferencia de calor, en el que el fluido de transferencia de calor comprende al menos un fluoroéter insaturado que tiene la fórmula CF3(CF2)xCF=CFCF(OR)(CF2)yCF3, CF3(CF2)xC(OR)=CFCF2(CF2)yCF3, CF3CF=CFCF(OR)(CF2)x(CF2)yCF3, CF3(CF2)xCF=C(OR)CF2(CF2)yCF3 o sus mezclas, en la que R puede ser bien CH3, bien C2H5 o sus mezclas y en la que x e y son independientemente 0, 1, 2 ó 3 y en la que x + y = 0, 1, 2 ó 3.
  10. 10.-El aparato según la reivindicación 9, en el que se calienta el dispositivo.
  11. 11.-El aparato según la reivindicación 9, en el que se enfría el dispositivo.
  12. 12.-El aparato según la reivindicación 9, en el que el dispositivo se mantiene a una temperatura elegida.
  13. 13.-El aparato según la reivindicación 9, en el que es dispositivo es un microprocesador, una lámina usada para elaborar dispositivos semiconductores, un semiconductor para el control de potencia, un dispositivo de conmutación para la distribución eléctrica, un transformador de potencia, un panel circuito impreso, un módulo multi-chip, un dispositivo semiconductor encapsulado o no encapsulado, un reactor químico, un reactor nuclear, una célula de combustible, un láser o un componente de un misil.
    13
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