JP2012503692A - 熱伝達方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、熱源からヒートシンクまで熱を伝達するための方法において、官能基を含まない、少なくとも1つのフッ素化流体(流体(H))と;主鎖中の少なくとも1つのエーテル結合と少なくとも1つのフッ素原子(フルオロポリオキシアルキレン鎖)とを含む反復単位(R1)、及び−COOHと−CONHとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(1))と;以上で定義した通りの反復単位(R1)及び−COCFとその水酸化誘導体−C(OH)CFとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(2))と、を含む組成物を熱伝達媒体として使用するステップを含む方法に関する。

Description

本発明は、さまざまな熱伝達依存型の利用分野における改善された熱伝導率及び腐食保護を有する熱伝達媒質としてのフッ素化流体組成物の使用に関する。
熱伝達流体は、当該技術分野において、加熱及び冷却システムにおいて使用されるものとして公知である。典型的には、前記熱伝達媒質には、水、塩水、アルコール、グリコール、アンモニア、炭化水素、エーテル及びこれらの材料のさまざまなハロゲン誘導体、例えばクロロフルオロカーボン(CFC)類、ヒドロクロロフルオロカーボン(HFC)類、(ペル)フルオロポリエーテル(PFPE)類などが含まれる。
このような流体は、1つの物体から別の物体まで、典型的には熱源(例えば車両エンジン、ボイラー、コンピュータチップまたは冷蔵庫)からヒートシンクまで熱を伝達して、熱源の冷却、ヒートシンクの加熱をもたらすため、あるいは熱源が発生させた望ましくない熱を除去するために、使用される。熱伝達媒質は、熱源とヒートシンクの間に熱経路を提供する。この媒質は、ループシステムまたはその他のフローシステムを通して循環させて熱流量を改善させてもよく、またはこれを熱源及びヒートシンクと直接接触させることもできる。
フッ素化流体は、高い化学的及び熱的安定性、非毒性及び非燃焼性を有することから、このような特性、特に非燃焼性が安定性基準の厳しさのために極めて重要となる熱伝達回路における応用に特に適している。その例としては、航空機に搭載される冷却回路、スーパーマーケット用冷却システムまたは工場内の熱伝達回路がある。
詳細には、特に(ヒドロ)フルオロ(ポリ)エーテルなどのフッ素化エーテル流体が、その広い液体範囲に起因して、特に運転温度での流体の粘性が過度に高くてはならない二次ループ冷却システムの中で使用するための低温二次冷媒としての利用分野向けの熱伝達媒質として広く使用されている。
したがって特許文献1((E.I.DU PONT DE NEMOURS&CO)2007年8月16日)は、飽和及び不飽和フルオロカーボン類、ヒドロクロロフルオロカーボン類、(ヒドロ)フルオロエーテル類、ヒドロカーボン類、二酸化炭素、ジメチルエーテル、アンモニア及びその混合物及びペルフルオロポリエーテルから選択された熱伝達流体を含む熱伝達流体組成物を開示している。前記ペルフルオロポリエーテルの2つの末端基は、独立して官能化されるかまたは非官能化され得る。典型的な官能性末端基は、エステル類、ヒドロキシル類、アミン類、アミド類、シアノ類、カルボン酸類及びスルホン酸類から選択される。
同様に、特許文献2((SOLVAY SOLEXIS S.P.A.)2007年9月7日)は、ピリジン、アンミン、アリールの部類から選択された末端基を有する(ペル)フルオロポリエーテルと組合せたヒドロフルオロポリエーテル(HFPE)類及び/またはヒドロフルオロエーテル(HFE)類を含む組成物の、熱伝達流体としての使用を開示している。前記組成物の熱伝達特性に関するデータは一切提供されていない。
しかしながら、先行技術の熱伝達媒質は、一般に、例えば、銅、鉄、鋼、アルミニウムなどの金属材料で作られている熱交換表面を腐食から適切に保護しないという欠点を一般に有している。冷却回路は、典型的には、継手シールまたは充填材ラインの近くにおいて実際に漏洩に曝露されている。したがって、熱サイクルが実施される場合、湿気がその中に浸透し、金属熱交換表面の腐食を促進する可能性がある。
さらに、熱交換システムの熱交換表面積、ひいてはこのようなシステムのサイズ及び重量を削減して利用可能な有用空間を最適化する目的で、改良された熱伝導率を有する熱伝達媒質に対するニーズがつねに存在する。このサイズ削減/小型化は、空間の利用可能性が重要であり得る航空機の機内において特に、特別に有利である。
米国特許出願公開第2007/0187639号明細書 国際公開第2007/099055号
したがって、当該技術分野においては、卓越した防錆特性を示しながら改善された熱伝導率を有し、航空機及び車両全般における利用分野のための、一般に金属材料、特にアルミニウム、アルミニウム/マグネシウム合金、チタンなどの軽量材料で作られた熱伝達回路において使用するのに適しており、かつこうして先行技術の熱伝達流体の欠点を克服できる熱伝達媒質に対するニーズがなおも存在している。
したがって、本発明の目的は、熱源からヒートシンクまで熱を伝達するための方法において、
− 官能基を含まない、少なくとも1つのフッ素化流体(流体(H))と;
− 主鎖中の少なくとも1つのエーテル結合と少なくとも1つのフッ素原子(フルオロポリオキシアルキレン鎖)とを含む反復単位(R1)、及び−COOHと−CONHとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(1))と;
− 以上で定義した通りの反復単位(R1)及び−COCFとその水酸化誘導体−C(OH)CFとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(2))と;
を含む組成物を熱伝達媒体として使用するステップを含む方法にある。
出願人は、前記流体(H)に対する官能性(ペル)フルオロポリエーテル類の前記組合せの添加が、結果として得られた熱伝達媒質の熱伝導率をうまく改善できるようにし、熱交換表面のサイズ及び重量を有利な形で削減すると同時に熱伝達システムの金属表面を腐食から有利に保護することを可能にする、ということを発見した。
疑わしさを避ける目的で、「官能基を含まないフッ素化流体(流体(H))」という用語は、ここでは、特に−COOH基及び−CONH基のような官能基を含まない炭素及びフッ素原子を含む化合物を意味するように意図されている。任意選択により、流体(H)は、水素原子、フッ素原子とは異なるハロゲン原子及び/またはエーテル酸素原子を含むことができる。
官能基を含まない好ましいフッ素化流体(流体(H))としては、飽和及び不飽和フルオロカーボン(FC)類、クロロフルオロカーボン(CFC)類及びヒドロフルオロカーボン(HFC)類、ヒドロフルオロエーテル(HFE)類、ヒドロフルオロポリエーテル(HFPE)類、ペルフルオロポリエーテル(PFPE)類を挙げることができる。
官能基を含まないフッ素化流体(流体(H))は、好ましくは官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))である。
官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))は、炭素、フッ素及び1つ以上のエーテル酸素原子を含む化合物であり、前記エーテルは、特に−COOH及び−CONH基のような官能基を含まない。任意選択により、流体(H−1)は、フッ素原子とは異なる水素原子及び/またはハロゲン原子を含むことができる。
官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))は、典型的に、
RO−(R−R’(IA)RO−J−(O)−R’(IB)
という式(IA)または(IB)に適合し、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR及びR’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2p+1−h’h’、−C2zOC2y+1、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、n、p、u、w、y、zは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、h’、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、h’≦2p+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、Xは、Cl、Br、Iから選択されたハロゲン原子であり、好ましくは塩素原子であり;
− rは、0または1に等しく;jは、0または1に等しく;
− Rは、反復単位Rを含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、前記反復単位は
(i) −CFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
(ii) −CFCFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
(iii) −CFXCFO−(式中、Xは、FまたはCFである);
(iv) −CFCFCFO−;
(v) −CFCFCFCFO−;
(vi) −(CF−CFZ−O−(式中、kは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORの基であり、ここで、Rは、−CFXO−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−の中から選択された、0〜10個の一定数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、ここで、各Xは、独立してFまたはCFであり、Tは、C〜Cペルフルオロアルキル基である);
及びこれらの混合物からなる群から選択され;
− Jは、直鎖または分岐、脂肪族または芳香族の、1〜12個の炭素原子を有する二価炭化水素ラジカル、好ましくは、例えば−CH−、−CHCH−または−CH(CH)−などの1〜6個の炭素原子を有する脂肪族二価炭化水素基である。
流体(H−1)は、好ましくは、
*O−(R−R*’(IIA)
*O−J−(O)−R*’(IIB)
という式(IIA)または(IIB)に適合し、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2zOC2y+1、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、u、w、y、zは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、
− R、J、j及びrは、以上で定義されているものと同じ意味を有する。
官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))は好ましくは、ヒドロフルオロエーテル(流体(HFE))、ヒドロフルオロポリエーテル(流体(HFPE))またはペルフルオロポリエーテル(流体(PFPE))である。
流体(HFE)は、典型的には、以上に記載されている通りの式(IIA)または(IIB)に適合し、式中、
− rは0に等しく;
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、以上で定義されたものと同じ意味を有するが、ただしここで式(IIA)中のR*及びR*’の少なくとも1つは以上で定義された通り−C2n+1−h基または−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’基であることを条件とし;
− R、J及びjは、以上で定義されたものと同じ意味を有する。
本発明の第1の実施形態によると、流体(HFE)は、以上で記述された通りの式(IIA)に適合し、ここでrは0である、すなわち流体(HFE)は、
*O−R*’(IIIA−1)
という式(IIIA−1)に適合し(流体(HFE−1))、
式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2zOC2y+1基の中から独立して選択され、m、n、y、zは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、hは1以上の整数であり、これらの整数はh≦2n+1となるように選択されており、ただしここでR*及びR*’のうち少なくとも1つが以上で定義された通りの−C2n+1−h基であることが条件となっている。
本発明において有用であり、式(IIIA−1)により記述されている流体(HFE−1)の代表的化合物としては、COCH、COCH、COC、C15OCという化合物及びその混合物が含まれるが、これらに限定されない。
本発明の第2の実施形態によると、流体(HFE)は、以上に記載されている通りの一般式(IIB)を有する流体(HFE−2)であり、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、m、n、u、w、yは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、u’及びw’は1以上の整数であり、これらの整数はh≦2n+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており;
− J及びjは以上で定義されたものと同じ意味を有する。
この第2の実施形態に係る流体(HFE−2)の非限定的な例は、特に、CFCFHCFCH(CH)OCFCFHCF、CFCFHCFCHOCFCFHCF、CFCF(CHOCFCFHCF)CFHCF(CF、CFCFHCF(CHOCFCFHCF)CF(CF、CFCF[CH(CH)OCFCFHCF]CFHCF(CF、CFCF[CH(CH)OCFCFHCF]CFHCFCF、CFCFCF[CH(CH)OCFCFHCF]CFHCF、CFCFHCFC(CHOCFCFHCF、CFCFHCFCHOCFCFHOC、CFCFHCFCH(OCFCFHCF)CHOCFCFHCF、CFCFHCFCHOCFCFHOC、CFCFHCFCHOCFCFHOCF3、CFCFCFOCHCHCHOCFCFCF、CFCFCFCFOCHCHCHOCFCFCFCF、CFCFCFOCHCHOCFCFCF、CFCFCFCFCFOCHCHCHOCFCFCFCFCF、CFCFCF[CF(CF]OCHCHCHOCF[CF(CF]CFCFである。
本発明のこの第2の実施形態に係る流体(HFE−2)は、特に、米国特許出願公開第2007051916号明細書((3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.)2007年8月3日)または米国特許第6953082号明細書8(3M INNOVATIVE PROPERTIES CO.)2005年11月10日)の中で開示されているものである。
官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))は、より好ましくは、流体(HFPE)または流体(PFPE)である。
流体(HFPE)は典型的には、以上で記述された通りの式(IIA)に適合し、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、n、u、w、yは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、ただしここでR*及びR*’のうちの少なくとも1つが、以上で定義された通りの−C2n+1−h基であることが条件となっており、
− Rは以上で定義されているものと同じ意味を有し、
− rは1に等しい。
流体(HFPE)は、好ましくは、
*O−R’−R*’(IIIA−2)
という一般式(IIIA−2)を有する流体(HFPE−1)であり、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は独立して、−C2m+1と−C2n+1−h基との間から選択され、ここでm、nは1〜3の整数であり、hは1以上の整数であり、これらの整数はh≦2n+1となるように選択され、ただしここでR*及びR*’のうちの少なくとも1つが、以上で定義された通りの−C2n+1−h基であることが条件となっており;
− R’は以下のものの中から選択される:
(1) −(CFO)−(CFCFO)−(CF−(CFz’−CFO)、(式中、a、b及びcは、100以下、好ましくは50以下の整数であり、z’は1または2に等しい整数であり、a≧0、b≧0、c≧0でありa+b>であり;好ましくはaとbの各々が>0であり、b/aは0.1〜10の間に含まれている);
(2) −(CO)c’−(CO)−(CFXO)−(式中、Xは、出現する毎に、独立して−F及び−CFの中から独立して選択され;b、c’及びtは100以下の整数であり、c’>0、b≧0、t≧0であり;好ましくはb及びt>0であり、c’/bは0.2〜5.0の間に含まれ、(c’+b)/tは5〜50の間に含まれている);
(3) −(CO)c’−(CFXO)−、(式中、Xは、出現する毎に、独立して−F及び−CFの中から選択され;c’及びtは100以下の整数であり、c’>0、t≧0、好ましくはt>0であり、c’/tは5〜50の間に含まれている)。
式(III−A−2)中のR’は好ましくは、以上で詳述されている通りの構造(1)及び(2)の中から選択される。
式(IIIA−2)により記述されている流体(HFPE−1)の非限定的な例は、以下の一般式に適合するものである。すなわち、HCFO(CFCFO)CFH;HCFO(CFCFO)CFH;HCFO(CFCFO)(CFO)CFH;HCFO(CFCFO)CFH;HCFO(CFCFO)(CFO)CFH;HCFO(CFCFO)CFH;HCFO(CFCFO)CFOCFH;HCFO(CFCFO)CFOCFH;CFO(CFCFO)CFH;CFO(CFCFO)(CFO)CFH;CFO(CFCFO)(CFO)CFH;CFO(CFCFO)(CFO)CFH;CFO(CFCF(CF)O)CFH;CFO(CFCF(CF)O)CFH;CFO(CO)(CF(CF)O)CFH;HCFCFO(CFCFO)CFCFH;HCFCFOCFC(CFCFOCFCFH;CHOCFCFOCH;CHO(CFCFO)CH;CHO(CFCFO)(CFO)(CFCFO)CH;CHO(CFCFO)CH;CHO(CFCFO)(CFO)(CFCFO)CH;COCFCFOC;CO(CFCFO);CHOCFH;CHOCFCFOCFH;CHOCFCFOCFOCFH;COCFH;COCFCFOCFH;CO(CFCFO)CFH。
本発明の流体(HFPE−1)は、特に、H−GALDEN(登録商標)ZT60、H−GALDEN(登録商標)ZT85、H−GALDEN(登録商標)ZT100、H−GALDEN(登録商標)ZT130、H−GALDEN(登録商標)ZT150、H−GALDEN(登録商標)ZT180という商標名でSolvay Solexis S.p.A.から入手可能なものである。
流体(PFPE)は、典型的に、以上に記載された通りの式(IIA)に適合し、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1基の中から独立して選択され、ここでmは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり;
− Rは、以上で定義されているものと同じ意味を有し、
− rは1に等しい。
流体(PFPE)は、好ましくは、
*O−R’−R*’(IIIA−3)
という一般式(IIIA−3)を有する流体(PFPE−1)であり、式中、
− 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は独立して、−C2m+1基の中から選択され、ここでmは1〜3の整数であり;
− R’は以下のものの中から選択される:
(1) −(CFO)−(CFCFO)−(CF−(CFz’−CFO)(式中、a、b及びcは、100以下、好ましくは50以下の整数であり、z’は1または2に等しい整数であり、a≧0、b≧0、c≧0でありa+b>0であり;好ましくはaとbの各々が>0であり、b/aは0.1〜10の間に含まれている);
(2) −(CO)c’−(CO)−(CFXO)−(式中、Xは、出現する毎に、独立して−F及び−CFの中から選択され;b、c’及びtは100以下の整数であり、c’>0、b≧0、t≧0であり;好ましくはb及びt>0であり、c’/bは0.2〜5.0の間に含まれ、(c’+b)/tは5〜50の間に含まれている);
(3) −(CO)c’−(CFXO)−(式中、Xは、出現する毎に、独立して−F及び−CFの中から選択され;c’及びtは100以下の整数であり、c’>0、t≧0、好ましくはt>0であり、c’/tは5〜50の間に含まれている)。
式(III−A−3)中のR’は、好ましくは、以上で詳述されている通りの構造(3)の中から選択される。
流体(PFPE−1)の非限定的な例は、GALDEN(登録商標)HT110、GALDEN(登録商標)HT135、GALDEN(登録商標)HT170という商標名でSolvay Solexis S.p.A.から入手可能なものである。
流体(HFPE)及び流体(PFPE)は有利には、20℃で20cSt以下、好ましくは10cSt以下、より好ましくは5cSt以下の粘度を有する。
本発明の官能性(ペル)フルオロポリエーテル類、官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)は、典型的に、
−(CFX)−O−R’’−CFX)p’−T(IV)
という式(IV)に適合し、式中、
− 各Xは独立してFまたはCFであり;XがFである場合、互いに等しいかまたは異なるものであるp及び/またはp’は3以下の整数であり、p及びp’は好ましくは1に等しく;XがCFである場合、p及び/またはp’は1に等しく;
− R’’は反復単位R’を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、前記反復単位は
(i) −CFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
(ii) −CFCFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
(iii)−CFCFCFO−;
(iv) −CFCFCFCFO−;
(v) −(CF−CFZ−O−(式中、kは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORの基であり、ここで、Rは、−CFXO−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−の中から選択された0〜10個の一定数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、ここで、各Xは、独立してFまたはCFであり、Tは、C〜Cペルフルオロアルキル基である);
及びこれらの混合物からなる群から選択され;
− 官能基PFPE(1)中、互いに等しいかまたは異なるものであるT及びTの少なくとも1つは、−COOHと−CONHとの間で選択された官能性末端基であり、残りのTまたはTがある場合、それはフッ素原子または任意選択によりHまたはClを含むC〜C(ペル)フルオロアルキル基、好ましくはフッ素原子またはC〜Cペルフルオロアルキル基、より好ましくはフッ素原子であり;
− 官能性PFPE(2)中、互いに等しいかまたは異なるものであるT及びTの少なくとも1つは、−COCF及びその水酸化誘導体−C(OH)CFの間で選択される官能性末端基であり、残りのTまたはTがある場合、それはフッ素原子または、任意選択によりHまたはClを含むC−C(ペル)フルオロアルキル基、好ましくはフッ素原子またはC〜Cペルフルオロアルキル基、より好ましくはフッ素原子である。
好ましい官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)は、
CFO(CFO)(CFCFO)(CFCF(CF)O)(CF(CF)O)CF(V)
という式(V)に適合し、式中、
− 指数m、n、r及びsを有するペルフルオロオキシアルキレン単位が、鎖に沿って無作為に分布しており、m、n、r及びsの値は、平均分子量範囲が400〜20,000、好ましくは1,000〜10,000、より好ましくは1,400〜6,000となるものであり;
− T及びTは以上で定義されているものと同じ意味を有する。
最も好ましい官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)は、
CFO(CFCF(CF)O)(CFO)(CF(CF)O)CF(VI)
という式(VI)に適合し、式中、
− 指数m、n及びrを有するペルフルオロオキシアルキレン単位が、鎖に沿って無作為に分布しており、m、n及びrの値は、平均分子量範囲が400〜20,000、好ましくは1,000〜10,000、より好ましくは1,400〜6,000となるものであり;
− T及びTは、以上で定義されているものと同じ意味を有する。
式(VI)により記述される本発明の官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)の混合物は、特に、FOMBLIN(登録商標)DA305及びFOMBLIN(登録商標)DA306の商標名でSolvay Solexis S.p.A.から入手可能である。
官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)は、各々有利には、600〜20,500、好ましくは1,500〜10,500、より好ましくは2,000〜6,500の範囲内の平均分子量を有する。
本発明の熱伝達媒質は、組成物の合計重量との関係において有利には少なくとも1%wt、好ましくは少なくとも3%wt、より好ましくは少なくとも5%wtの割合で官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)の混合物を含む。
本発明の熱伝達媒質は、組成物の合計重量との関係において有利には多くとも20%wt、好ましくは15%wt以下、より好ましくは10%wt以下の割合で官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)の混合物を含む。
組成物の合計重量との関係において5〜10%wtの割合で官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)の混合物を含む熱伝達媒質が、本発明の方法において非常に満足のいく結果を提供した。
本発明の方法は、二次ループ熱交換システムを作動させるために特に適合化されている。この観点から考えると、本発明の方法のヒートシンクは、一次冷却システムであり得る。前記一次冷却システムは、本発明の熱伝達媒質を冷却するために付加的な流体を用いることができ、次にその熱伝達媒質が最終部品/装置を冷却するために使用される。
そうでなければ、本発明の方法の熱源は一次加熱システムであり得る。前記一次加熱システムは、本発明の熱伝達媒質を加熱するために使用される付加的な流体を用いることができ、次にその熱伝達媒質が最終部品/装置を加熱するために使用される。
本発明の方法は、卓越した防錆特性と改善された熱伝導率が組合わさって、航空機、車両または船舶に搭載された区画(例えば食料品区画、特に輸送用カート内に含まれた区画)を加熱または冷却するために特に適合化されている。この目的のため、本発明の方法の熱源(またはヒートシンク)は以上で詳述した通りの加熱または冷却用区画であり得、一方ヒートシンク(または熱源)は一次冷却システム(または一次加熱システム)であり得る。
本発明についてここで、以下の実施例を参照しながらより詳述に記述するが、これらの実施例は単に例示的なものにすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
原料
流体−Aは、主としてHCFO(CFCFO)CFOCFHという式に適合し、H−GALDEN(登録商標)という商標名でSolvay Solexisから市販されている、120〜155℃の沸点を有するヒドロフルオロポリエーテル類の混合物である。
流体−Bは、CFO(CFCF(CF)O)(CFO)CFという式(式中、n/mは40である)を有し、沸点が115〜150℃であり、GALDEN(登録商標)HTという商標名でSolvay Solexisから市販されているペルフルオロポリエーテル類の混合物である。
FOMBLIN(登録商標)DA305PFPEは、Tが−COOH(30%wtの場合)または−COCF(またはその水酸化誘導体−C(OH)CF)(70%wtの場合)であり、n/(m+r)比が15であるものとしてCFO(CFCF(CF)O)(CFO)(CF(CF)O)CFTという式を有し、平均分子量が2,600である、官能性PFPE類の混合物である。
FOMBLIN(登録商標)DA306PFPEは、CFO(CFCF(CF)O)(CFO)(CF(CF)O)CFTという式を有する官能性PFPE類の混合物であり、Tが−CONH(30%wtの場合)または−COCF(またはその水酸化誘導体−C(OH)CF)(70%wtの場合)であり、n/(m+r)比が15であり、平均分子量が2,600である。
FOMBLIN(登録商標)DA410PFPEは、TCFO(CFCFO)s’(CFO)m’CFという式を有する官能性PFPEであり、T及びTの各々が−CHO−C(NO基であり、s’/m’比が1.5でり、平均分子量が2,350である。
FOMBLIN(登録商標)Z−DIAC PFPEは、TCFO(CFCFO)s’(CFO)m’CFという式を有する官能性PFPEであり、T及びTの各々が−COOH基であり、s’/m’比が1.5であり、平均分子量が4,000である。
熱伝導率の測定
熱伝導率の測定をASTM C1113−99(熱線白金抵抗温度計技術による耐火物の熱伝導率標準試験方法)にしたがって実施した。
防錆試験の条件
器具は、撹拌機及び水分凝縮機が備わった1リットル入りガラス容器で構成された。金属板用のガラス支持体を、容器の底面に設置した。アルミニウム合金(50×150×2mm)の小さい板を、n−ヘキサンでの処理により清浄及び脱脂し、沸点60℃のGALDEN(R)ZV60PFPEで洗浄し、70℃のオーブン内で乾燥した後で使用した。フッ素化エーテル流体(ニート状態または官能性ペルフルオロポリエーテル混合物で調合されたもの)を秤量済みの量だけ容器内に導入し、金属板が撹拌時に流体中に完全に浸漬されるようにした。容器に、2〜5%v/vの範囲内の量の脱塩水を加えた。液体流を作り上げると同時に水相を小滴へと均質に分散させるために、混合物を500rpmで撹拌した。その後、容器を外部の油浴によって加熱し、温度を外部の加熱器制御機構により制御した。90℃の流体温度が得られるように浴温度を設定し、予め設定された試験の持続時間(150時間;300時間;500時間)の間、維持した。
実施例1
以上で詳述した通りの流体Bを1108gとFOMBLIN(登録商標)DA306PFPEを96g混合することにより、流体組成物を製造した。組成物は、透明無色で安定した溶液である。
アルミニウム合金ENAW3103H14で作った金属板を用いて、防錆試験を実施した。上述の流体組成物700mlを容器に満たし、脱塩水14ml(2%v/v)を加えた。混合物を500時間、勢いよく撹拌しながら(500rpm)、90℃で加熱した。最終的には、金属は無変化で、その表面上に錆の痕跡は一切なかった。熱伝導率測定及び防錆試験の結果は、表1に記されている。
実施例1C(比較用)
以上で詳述した通りのニート流体Bの熱伝導率は0.0460W/(m・K)であることがわかった。
ニート流体Bについて実施例1の通りに防錆試験を実施した。90℃で150時間の後、金属板は、表面の複数の部分に腐食を示した。
実施例2
以上で詳述した通りの流体A1084gと、FOMBLIN(登録商標)DA305PFPE120gを混合することによって、流体組成物を製造した。組成物は、透明無色で安定した溶液である。熱伝導率測定及び防錆試験の結果は、表1に記されている。
実施例2C(比較用)
ニート流体Aの熱伝導率は、表1中に示されている通り、0.076W/(m・K)であることがわかった。
実施例3C(比較用)
流体A1108gと、FOMBLIN(登録商標)DA410 PFPE96gを混合することによって、流体組成物を製造した。組成物は、透明無色で安定した溶液である。熱伝導率測定の結果は、表1に記されている。
実施例4C(比較用)
流体A1100gと、FOMBLIN(登録商標)Z−DIAC PFPE110gを混合することによって、流体組成物を製造した。組成物は、透明無色で安定した溶液であった。熱伝導率測定の結果は、表1に記されている。
Figure 2012503692
官能性PFPE(1)と(2)(実施例1及び2を参照)とを同時に添加した場合にのみ、ニート流体と比べた熱伝導率の実質的な増強の達成が可能となり、一方、特に−COOH官能性末端基を有するFOMBLIN(登録商標)Z−DIAC PFPEまたは−CHO−C(NO官能性末端基を有するFOMBLIN(登録商標)DA410PFPEのような単一の官能性(ペル)フルオロポリエーテル類の添加(比較例3C及び4C)は、熱伝導率の増強を全く提供しない。
同様に、本発明の組成物を用いて実施した防錆試験(実施例1及び2)は、ニート流体(H)(比較例1C及び2C)に関して腐食の兆候を全く示さなかった。

Claims (14)

  1. 熱源からヒートシンクまで熱を伝達するための方法において、
    − 官能基を含まない、少なくとも1つのフッ素化流体(流体(H))と;
    − 主鎖中の少なくとも1つのエーテル結合と少なくとも1つのフッ素原子(フルオロポリオキシアルキレン鎖)とを含む反復単位(R1)、及び−COOHと−CONHとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(1))と;
    − 以上で定義した通りの反復単位(R1)、及び−COCFとその水酸化誘導体−C(OH)CFとの間で選択された少なくとも1つの官能性末端基を含む、少なくとも1つの官能性(ペル)フルオロポリエーテル(官能性PFPE(2))と;
    を含む組成物を熱伝達媒体として使用するステップを含む、方法。
  2. 前記官能基を含まないフッ素化流体(流体(H))が、官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記官能基を含まないフッ素化エーテル流体(流体(H−1))が、
    RO−(R−R’(IA)RO−J−(O)−R’(IB)
    という式(IA)または(IB)に適合し、式中、
    − 互いに等しいかまたは異なるものであるR及びR’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2p+1−h’h’、−C2zOC2y+1、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、n、p、u、w、y、zは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、h’、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、h’≦2p+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、XはCl、Br、Iから選択されたハロゲン原子であり、好ましくは塩素原子であり;
    − rは0または1に等しく;jは0または1に等しく;
    − Rは反復単位Rを含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、前記反復単位は
    (i) −CFXO−、(式中、Xは、FまたはCFである);
    (ii) −CFCFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
    (iii) −CFXCFO−(式中、Xは、FまたはCFである);
    (iv) −CFCFCFO−;
    (v) −CFCFCFCFO−;
    (vi) −(CF−CFZ−O−(式中、kは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORの基であり、ここで、Rは、−CFXO−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−の中から選択された、0〜10個の一定数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、ここで、各Xは、独立してFまたはCFであり、Tは、C〜Cペルフルオロアルキル基である);
    及びこれらの混合物からなる群から選択され;
    − Jは、直鎖または分岐、脂肪族または芳香族の、1〜12個の炭素原子を有する二価炭化水素ラジカル、好ましくは、例えば−CH−、−CHCH−または−CH(CH)−などの1〜6個の炭素原子を有する脂肪族二価炭化水素基である、
    請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
  4. 前記流体(H−1)が、R*O−(R−R*’(IIA)R*O−J−(O)−R*’(IIB)という式(IIA)または(IIB)に適合し、式中、
    − 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2zOC2y+1、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、u、w、y、zは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、
    − R、J、j及びrは、請求項3で定義されているものと同じ意味を有する、
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記流体(H−1)がヒドロフルオロポリエーテル(流体(HFPE))またはペルフルオロポリエーテル(流体(PFPE))である、請求項3または4に記載の方法。
  6. 前記流体(HFPE)が、請求項4に記載の式(IIA)に適合し、式中、
    − 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1、−C2n+1−h、−C2u−u’u’OC2w+1−w’w’、−C2u−u’u’OC2y+1基の中から独立して選択され、ここでm、n、u、w、yは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり、h、u’及びw’は1以上の整数であって、これらの整数はh≦2n+1、u’≦2u、w’≦2w+1となるように選択されており、ただしここでR*及びR*’のうちの少なくとも一つが、以上で定義された通りの−C2n+1−h基であることが条件となっており;
    − Rが請求項3で定義されているものと同じ意味を有し;
    − rが1に等しい、
    請求項5に記載の方法。
  7. 前記流体(PFPE)が請求項4に記載の式(IIA)に適合し、式中、
    − 互いに等しいかまたは異なるものであるR*及びR*’は、−C2m+1基の中から独立して選択され、ここでmは1〜8の整数、好ましくは1〜7の整数であり;
    − Rが、請求項3で定義されているものと同じ意味を有し;
    − rが1に等しい、
    請求項5に記載の方法。
  8. 前記官能性(ペル)フルオロポリエーテル、官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)が、
    −(CFX)−O−R’’−(CFX)p’−T(IV)
    という式(IV)に適合し、式中、
    − 各Xが独立してFまたはCFであり;XがFである場合、互いに等しいかまたは異なるものであるp及び/またはp’は3以下の整数であり、p及びp’は好ましくは1に等しく;XがCFである場合、p及び/またはp’は1に等しく;
    − R’’は反復単位R’を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、前記反復単位は
    (i) −CFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
    (ii) −CFCFXO−(式中、Xは、FまたはCFである);
    (iii) −CFCFCFO−;
    (iv) −CFCFCFCFO−;
    (v) −(CF−CFZ−O−(式中、kは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORの基であり、ここで、Rは、−CFXO−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−の中から選択された、0〜10個の一定数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、ここで、各Xは、独立してFまたはCFであり、Tは、C〜Cペルフルオロアルキル基である);
    及びこれらの混合物からなる群から選択され;
    − 官能基PFPE(1)中、互いに等しいかまたは異なるものであるT及びTの少なくとも1つは、−COOHと−CONHとの間で選択された官能性末端基であり、残りのTまたはTがある場合、それはフッ素原子または任意選択によりHまたはClを含むC〜C(ペル)フルオロアルキル基、好ましくはフッ素原子またはC〜Cペルフルオロアルキル基、より好ましくはフッ素原子であり;
    − 官能性PFPE(2)中、互いに等しいかまたは異なるものであるT及びTの少なくとも1つは、−COCFとその水酸化誘導体−C(OH)CFとの間で選択される官能性末端基であり、残りのTまたはTがある場合、それはフッ素原子または、任意選択によりHまたはClを含むC〜C(ペル)フルオロアルキル基、好ましくはフッ素原子またはC〜Cペルフルオロアルキル基、より好ましくはフッ素原子である、
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記官能性PFPE(1)及び前記官能性PFPE(2)が、TCFO(CFO)(CFCFO)(CFCF(CF)O)(CF(CF)O)CF(V)という式(V)に適合し、式中、
    − 指数m、n、r及びsを有するペルフルオロオキシアルキレン単位が、鎖に沿って無作為に分布しており、m、n、r及びsの値は、平均分子量範囲が400〜20,000、好ましくは1,000〜10,000、より好ましくは1,400〜6,000となるものであり;
    − T及びTは請求項8で定義されているものと同じ意味を有する、
    請求項8に記載の方法。
  10. 前記熱伝導媒質が、前記組成物の前記合計重量との関係において5〜10%wtの割合で官能性PFPE(1)及び官能性PFPE(2)の混合物を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記ヒートシンクが、好ましくは、付加的な流体が関与して前記熱伝達媒質を冷却するために使用され、次にその熱伝導媒質が最終部品/装置を冷却するために使用されることになる一次冷却システムである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記熱源が、好ましくは、付加的な流体が関与して前記熱伝達媒質を加熱するために使用され、次にその熱伝導媒質が最終部品/装置を加熱するために使用されることになる一次加熱システムである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記熱源が航空機、車両または船舶に搭載された冷却区画であり、一方前記ヒートシンクが一次冷却システムである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記ヒートシンクが航空機、車両または船舶に搭載された加熱区画であり、一方前記熱源が一次加熱システムである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
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