JP2017533311A - フッ素化ジエステル化合物及び伝熱システムにおけるそれらの使用 - Google Patents

フッ素化ジエステル化合物及び伝熱システムにおけるそれらの使用 Download PDF

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Abstract

式(I)の化合物であって、式中、Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、Zが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、nが、1〜8の整数であり、n’が、1〜12の整数である、化合物。

Description

本発明は、ジエステル化合物、ならびにその使用及びその調製方法に関する。
本明細書内の情報または以前に公開された資料の列挙または考察は、必ずしもその情報または資料が、先端技術の一部であるか、または一般共通の知識であるという認識として取られるべきではない。
フルオロカーボン系化合物は、現在、噴霧剤、発泡剤、及び伝熱流体などの多数の商業及び工業用途において使用されている。新たな冷媒が求められているため、伝熱流体としてのフッ素系化合物、特に(ヒドロ)フルオロオレフィンへの関心及びその使用が増加している。
ジクロロジフルオロメタン(冷媒R−12)は、冷媒特性の好適な組み合わせを持ち、長年最も広く使用される冷媒であった。ジクロロジフルオロメタン及びクロロジフルオロメタンなどの完全及び部分的にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンが、地球の保護オゾン層を損傷させているという国際的な懸念のため、それらの製造及び使用は、厳しく制限され、最終的に完全に廃止されるべきであるというのが一般的な合意であった。ジクロロジフルオロメタンの使用は、1990年代に廃止された。
クロロジフルオロメタン(R−22)が、そのより低いオゾン層破壊係数のために、R−12の代わりとして導入された。R−22が強力な温室効果ガスであるという懸念に伴い、その使用もまた廃止されている。R−410A及びR−407(R−407A、R−407B、及びR−407Cを含む)が、R−22の代わりの冷媒として導入された。しかしながら、R−22、R−410A、及びR−407冷媒はすべて、高い地球温暖化係数(GWP、また温室温暖化係数としても既知である)を有する。
1,1,1,2−テトラフルオロエタン(冷媒R−134a)が、R−12の代わりの冷媒として導入された。しかしながら、低いオゾン層破壊係数を有するにも関わらず、R−134aは、1430のGWPを有する。より低いGWPを有する、R−134aの代わりのものを見出すことが望ましいであろう。
R−152a(1,1−ジフルオロエタン)が、R−134aの代替物として特定された。それはR−134aよりいくらか効率的であり、120の温室温暖化係数を有する。しかしながら、R−152aの可燃性は、例えば可動空調システムにおけるその安全使用を可能にするには高すぎると判断される。具体的には、空気中のその可燃性下限値は低すぎ、その火炎速度は高すぎ、かつその発火エネルギーは低すぎる。
(ヒドロ)フルオロオレフィン、特にテトラフルオロプロペンが、様々な伝熱デバイスにおける使用のための可能な冷媒として提唱された。
伝熱流体はしばしば、加熱及び冷蔵システムなどにおいて、潤滑剤と組み合わせて使用される。かかる潤滑剤は、伝熱システムの継続的かつ円滑な運用を確保するために、伝熱組成物中に含まれる。
伝熱組成物中で使用される潤滑剤は、組成物中の冷媒と適合性がある必要がある。潤滑剤及び冷媒の適合性は、運用温度範囲の一部での少なくとも部分的混和性への要求、使用において分解または反応する低い傾向、及び適用のための適切な粘度などの多数の要素に基づく。
したがって、伝熱流体と組み合わせて使用され得る潤滑剤の必要性があり、それらは両方、現在、代わりの組成物として使用され、提唱されている。具体的には、潤滑剤は、潤滑剤としてうまく機能することに加えて、様々な伝熱流体との混和性があり、適切な粘度を持ち、伝熱流体の能力を減少させず、低い可燃性を有することすべてが所望される。
低い可燃性を有する潤滑剤は、かかる組成物が、エンジンの熱い金属表面と接触することになる危険があるため、自動車用空調に使用される伝熱流体にとって特に重要である。
本発明は、式(I)の化合物の提供によって、上述及び他の不足に対処する。
Figure 2017533311
式中、
Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Zが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
nが、1〜8の整数であり、
n’が、1〜12の整数である。
また、本発明によって、式(I)の1つ以上の化合物と一緒に伝熱流体を含む組成物が提供される。
本発明によって、式(I)の化合物を調製する方法であって、式(A)の化合物を式(B)の化合物と反応させることを含む方法がさらに提供される。
Figure 2017533311
式中、
Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Zが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Vが独立して、Cl及びOHからなる群から選択され、
nが、1〜8の整数であり、
n’が、1〜12の整数である。
本発明の化合物
一態様では、本発明は、式(I)の化合物を提供する。
Figure 2017533311
式中、
Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Zが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
nが、1〜8の整数であり、
n’が、1〜12の整数である。
ある実施形態では、W及びXは独立して、HまたはF、好ましくはHである。好ましくは、Yは、Fである。好ましくは、Zは、HまたはFである。有利に、nは、1〜5の整数、例えば、2〜5の整数である。好ましくは、n’は、1〜10の整数、例えば、2〜8の整数、例えば、3、4、5、または6のである。
本発明のある実施形態では、式(I)の化合物は、式(II)の化合物である。
Figure 2017533311
本発明のさらなる実施形態では、式(I)の化合物は、式(III)の化合物である。
Figure 2017533311
本発明の代替の実施形態では、式(I)の化合物は、式(IV)の化合物である。
Figure 2017533311
本発明のある実施形態では、少なくとも2つの異なる式(I)の化合物を含む組成物を備える。
ある実施形態では、nの値は、少なくとも2つの式(I)の化合物において同じである。あるいは、少なくとも2つの式(I)の化合物におけるnの値は異なる。
ある実施形態では、n’の値は、少なくとも2つの式(I)の化合物において同じである。あるいは、n’の1つの値が、その他のものの2倍であるなど、少なくとも2つの式(I)の化合物におけるn’の値は異なる。
ある実施形態では、X、Y、またはZのアイデンティティーは、少なくとも2つの式(I)の化合物において同じかまたは異なり得る。好ましくは、Zのアイデンティティーは、両方H、両方Fになり得るか、または式(I)の化合物のうちの1つにおいてH、式(I)の別の化合物においてFであり得る。
さらなる実施形態では、少なくとも2つの式(I)の化合物を含む組成物を備え、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(V)の化合物であり、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(VI)の化合物である。
Figure 2017533311
式(I)の化合物は、ポリアルキレングリコール(PAG)及び/またはポリオールエステル(POE)系潤滑剤よりも可燃性が低い。好ましくは、式(I)の化合物は、約500℃以上、例えば510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、好ましくは約600℃以上、例えば610℃、620℃、630℃、または640℃の発火の最も低い温度を有する。
有利に、式の化合物は、伝熱流体、特にフッ素系伝熱流体との高度の混和性を有する。
好ましくは、式(I)の化合物は、約−20℃〜約−70℃、例えば約−25℃〜約−60℃、好ましくは約−30℃〜約−50℃の融点を有するだろう。
好ましくは、式(I)の化合物は、冷蔵または空調デバイスなどにおける伝熱流体との使用に適切な粘度を有するだろう。好都合に、式(I)の化合物は、約20〜約70cSt、例えば約25〜約65cSt、約30〜約60cSt、または約35〜約55cStの粘度を有するだろう。好ましくは、式(I)の化合物は、約40〜約50cStの粘度を有するだろう。
式(I)の化合物は、伝熱剤としてさらに使用され得る。
本発明の組成物
別の態様では、本発明は、式(I)の1つ以上の化合物と一緒に伝熱流体を含む組成物を提供する。
ある実施形態では、組成物は、伝熱流体及び1つ以上の式(II)、(III)、または(IV)の化合物を含み得る。あるいはまたは加えて、組成物は、少なくとも2つの式(I)の化合物を含み得、例えば、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(V)の化合物であり、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(VI)の化合物である。
代替の実施形態では、組成物は、伝熱流体及び式(VII)の化合物を含み得る。
Figure 2017533311
好ましくは、伝熱流体は、(ヒドロ)フルオロオレフィン(HFO)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、クロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、及び炭化水素の群から選択される1つ以上の化合物を含む。
有利に、伝熱流体は、1,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R−1234ze)、2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R−1234yf)、3,3,3−トリフルオロプロペン(R−1243zf)、1,1,1−トリフルオロ−2−クロロプロペン(R−1233xf)、1,1,1−トリフルオロ−3−クロロプロペン(R−1233zd)、1,1,1,2−テトラフルオロエタン(R−134a)、1,1−ジフルオロエタン(R−152a)、ジフルオロメタン(R−32)、フルオロエタン(R−161)、ペンタフルオロエタン(R−125)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン(R−134)、プロパン、プロピレン、二酸化炭素、1,1,1,3,3−ペンタフルオロプロパン(R−245fa)、1,1,1,3,3,3−ヘキソフルオロプロパン(R−236fa)、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパン(R−227ea)、1,1,1−トリフルオロエタン(R−143a)、n−ブタン、イソ−ブタン、及び1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(R−365mfc)、例えばR−1234ze、R−1234yf、R−1243zf、R−134a、R−152a、及びR−32の群から選択される1つ以上の化合物を含み得る。
誤解を避けるために、化合物が、2つの立体配置の異性体、例えば、二重結合周囲のシスまた及びトランス異性体のうちの1つとして存在し得る場合、異性体の指定を伴わない用語の使用(例えば、R−1234zeまたはR−1233zd)が、どちらかの異性体を指すためであることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、伝熱流体は、テトラフルオロプロペンを含む。好ましくは、伝熱流体は、R−1234zeを含み、さらにより好ましくは、伝熱流体は、R−1234ze(E)を含む。有利に、伝熱組成物は、R−1234yfを含む。
有利に、本発明の組成物は、ポリアルキレングリコール(PAG)及び/またはポリオールエステル(POE)系潤滑剤と組み合わされた同じ伝熱流体を含む組成物よりも可燃性が低い。
好ましくは、本発明の組成物は、伝熱流体単独よりも可燃性が低い。
好ましくは、本発明の組成物は、約500℃以上、例えば510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、好ましくは約600℃以上、例えば610℃、620℃、630℃、または640℃の発火の最も低い温度を有する。
ある実施形態では、本発明の組成物は、非可燃性であり得る。
可燃性は、2004年付けのAddendum 34pの通り、試験方法と共にASTM Standard E−681を組み込むASHRAE Standard 34に従って決定され得、参考によりその全体の内容が本明細書に組み込まれる。
好都合に、本発明の組成物の地球温暖化係数(GWP)は、約3500、3000、2500、または2000未満であり得る。例えば、GWPは、2500、2400、2300、2200、2100、2000、1900、1800、1700、1600、または1500未満であり得る。本発明の組成物のGWPは、好ましくは1400、1300、1200、1100、1000、900、800、700、600、または500未満である。
好ましくは、本発明の組成物は、オゾン層破壊を全くまたはほとんど有しない。
ある実施形態では、本発明の組成物は、伝熱流体単独よりも伝熱特性を改善した。
理論によって縛られるのを望む訳ではないが、式(I)の化合物が、伝熱剤としてさらに作用し、したがって、本発明の組成物の伝熱特性を増し得ると考えられている。
有利に、組成物は、安定剤をさらに含む。
好ましくは、安定剤は、ジエン系化合物、ホスフェート、フェノール化合物、及びエポキシド、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される。
好都合に、組成物は、追加の難燃剤をさらに含む。
好ましくは、難燃剤は、トリ−(2−クロロエチル)−ホスフェート、(クロロプロピル)ホスフェート、トリ−(2,3−ジブロモプロピル)−ホスフェート、トリ−(1,3−ジクロロプロピル)−ホスフェート、リン酸二アンモニウム、様々なハロゲン化芳香族化合物、酸化アンチモン、アルミニウム三水和物、ポリ塩化ビニル、フッ素化ヨードカーボン、フッ素化ブロモカーボン、トリフルオロヨードメタン、ペルフルオロアルキルアミン、ブロモ−フルオロアルキルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明はまた、本発明の組成物を含む伝熱デバイス、及び/または伝熱デバイスにおける本発明の組成物の使用を提供する。
ある実施形態では、伝熱デバイスは、冷蔵デバイスである。
好都合に、伝熱デバイスは、自動車空調システム、住宅空調システム、業務用空調システム、住宅冷蔵庫システム、住宅冷凍機システム、業務用冷蔵庫システム、業務用冷凍機システム、冷却器空調システム、冷却器冷蔵システム、及び業務用または住宅熱ポンプシステムからなる群から選択される。
好ましくは、伝熱デバイスは、圧縮機を含む。
本発明のさらなる態様に従って、物品を冷却する方法が提供され、その方法は、本発明の組成物を凝縮し、その後冷却される物品の付近で組成物を蒸発させることを含む。
本発明の別の態様に従って、物品を加熱するための方法が提供され、その方法は、加熱される物品の付近で本発明の組成物を凝縮し、その後組成物を蒸発させることを含む。
本発明のさらなる態様に従って、本発明の組成物を含む機械力発生デバイスが提供される。
好ましくは、機械力発生デバイスは、ランキンサイクルまたはその修正形を使用して、熱から仕事を発生させるように適合される。
本発明の別の態様に従って、伝熱デバイスを改良する方法が提供され、その方法は、既存の伝熱流体を除去し、本発明の組成物を導入するステップを含む。好ましくは、伝熱デバイスは、冷蔵デバイスである。有利に、伝熱デバイスは、空調システムである。
本発明のさらなる態様に従って、式(I)〜(VI)の1つ以上の化合物の追加によって、組成物の可燃性を減少させる方法が提供される。
本発明の化合物及び組成物の調製方法
本発明は、式(I)の化合物を調製する方法を提供し、その方法は、式(A)の化合物を式(B)の化合物と反応させることを含み、
Figure 2017533311
式中、
Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
Zが独立して、H、F、Cl、Br、またはIからなる群から選択され、
Vが独立して、Cl及びOHからなる群から選択され、
nが、1〜8の整数であり、
n’が、1〜12の整数である。
ある実施形態では、W及びXは独立して、HまたはF、好ましくはHである。好ましくは、Yは、Fである。好ましくは、Zは、HまたはFである。好都合に、Vは、Clである。有利に、nは、1〜5の整数である。好ましくは、n’は、1〜10の整数、例えば、3、4、5、または6などの2〜8の整数である。
好ましくは、式(A)の化合物対式(B)の化合物のモル比は、少なくとも2:1である。
本発明のある態様では、式(II)の化合物を調製する方法があり、その方法は、ペンタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、4であり、Wが、OHまたはClであり、好ましくはWが、Clである)と反応させることを含む。
有利に、ペンタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物のモル比は、少なくとも2:1である。
本発明のある態様では、式(III)の化合物を調製する方法があり、その方法は、ペンタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClであり、好ましくはWが、Clである)と反応させることを含む。
有利に、ペンタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物のモル比は、少なくとも2:1である。
本発明のある態様では、式(IV)の化合物を調製する方法があり、その方法は、2,2,3,3−テタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClであり、好ましくはWが、Clである)と反応させることを含む。
有利に、2,2,3,3−テタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物のモル比は、少なくとも2:1である。
本発明のある態様では、少なくとも2つの式(I)の化合物を含む組成物を調製する方法があり、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(V)の化合物であり、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(VI)の化合物であり、その方法は、2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オールを式(B’)の化合物(式中、n’が、4であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることと、2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オールを式(B’’)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClであり、好ましくはWが、Clである)と反応させることとを含む。
いくつかの実施形態では、本方法は、1ステップ反応で行われる。有利に、2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オール対式B’及びB’’の化合物の組み合わされた量のモル比は、少なくとも2:1である。
本発明の組成物は、式(I)〜(VI)の1つ以上の化合物を伝熱流体と混合する方法によって調製され得る。
本発明の組成物は、本発明の方法を通して調製される式(I)の1つ以上の化合物を伝熱流体と混合することによって調製され得る。
好ましくは、伝熱流体は、(ヒドロ)フルオロオレフィン(HFO)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、クロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、及び炭化水素の群から選択される1つ以上の化合物を含む。
有利に、伝熱流体は、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、R−32、R−161、R−125、R−134、プロパン、プロピレン、二酸化炭素、R−245fa、R−236fa、R−227ea、R−143a、n−ブタン、イソ−ブタン、及びR−365mfcの群から選択される1つ以上の化合物を含む。
好都合に、伝熱流体は、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、及びR−32の群から選択される1つ以上の化合物を含む。
好ましくは、伝熱流体は、R−1234zeを含む。
好ましくは、伝熱流体は、R−1234yfを含む。
式(II)の化合物の合成
Figure 2017533311
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−オール(110g、0.73モル)を、凝縮器及び滴下漏斗を装着した250mLの丸底フラスコに充填した。アルコールを撹拌し、40℃に加熱した。アジピン酸クロリド(44.6g、0.24モル)を、滴下漏斗に充填し、アルコールに緩徐に添加した。混合物を、40℃でおよそ4〜5時間撹拌し、室温まで冷却することを可能にし、次いで、過剰なアルコールを、真空下で除去した。残りの透明な油を濾過して、微粒子を除去し、次いで、活性化分子篩上で乾燥させた。反応は、78.5g(78.5%の収率)の式(II)の化合物をもたらした。
H NMR(DMSO):δ 4.74−4.83(t CH)、δ 2.41−2.47(m C)、δ 1.53−1.62(m C
13C NMR(DMSO):δ 171.21(s OC=O)、δ 120.05(t CF)、δ 116.26(t CF)、δ 115.39−112.02(m CF)、δ 57.79−58.71(t CHO)、δ 32.35−32.51(d CHC=O)、δ 23.28−23.62(d CH
19F NMR(DMSO):δ −6.17−−5.49(s 6F)、δ −47.37−−45.47(s 4F)
IR:1764cm−1(OC=O)、1197cm−1(C−O)、1137cm−1(C−F)
TGA:1つの質量損失は、240〜260℃の沸点範囲内であることが認められる。不純物なし
密度:1.42g/ml
粘度:7.06cP
Figure 2017533311
式(III)の化合物の合成
Figure 2017533311
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン−1−オール(96.6g、0.64モル)を、凝縮器及び滴下漏斗を装着した250mLの丸底フラスコに充填した。アルコールを撹拌し、40℃に加熱した。セバシン酸ジクロリド(51.3g、0.21モル)を、滴下漏斗に充填し、アルコールに緩徐に添加した。混合物を、40℃でおよそ4〜5時間撹拌し、室温まで冷却することを可能にし、次いで、過剰なアルコールを、真空下で除去した。残りの透明な油を濾過して、微粒子を除去し、次いで、活性化分子篩上で乾燥させた。反応は、40.9g(40.9%の収率)の式(III)の化合物をもたらした。収率は、秤量する前の生成物の不用意な損失のため、予想よりも低い。
H NMR(DMSO):δ 4.73−4.82(t CH)、δ 2.37−2.42(t C)、δ 1.50−1.55(m C)、δ 1.24(s C
13C NMR(DMSO):δ 171.43(s OC=O)、δ 120.06(t CF)、δ 108.69 − 116.27(m CF)、δ 57.74−58.46(t CHO)、δ 32.77(s CHC=O)、δ 27.97−28.44(m C)、δ 24.02−24.36(d C
19F NMR(DMSO):δ −8.98−−8.29(s 6F)、δ −48.29(s 4F)
IR:1764cm−1(OC=O)、1197cm−1(C−O)、1149cm−1(C−F)
TGA:1つの質量損失は、280〜310℃の沸点範囲内であることが認められる。不純物なし
密度:1.31g/ml
粘度:10.51cP
Figure 2017533311
式(IV)の化合物の合成
Figure 2017533311
2,2,3,3−テトラフルオロプロパン−1−オール(82.88g、0.63モル)を、凝縮器及び滴下漏斗を装着した250mLの丸底フラスコに充填した。アルコールを撹拌し、40℃に加熱した。セバシン酸ジクロリド(50.05g、0.21モル)を、滴下漏斗に充填し、アルコールに緩徐に添加した。混合物を、40℃でおよそ4〜5時間撹拌し、室温まで冷却することを可能にし、次いで、過剰なアルコールを、真空下で除去した。残りの透明な油を濾過して、微粒子を除去し、次いで、活性化分子篩上で乾燥させた。反応は、60g(67%の収率)の式(IV)の化合物をもたらした。
H NMR(DMSO):δ 6.38−6.77(tt, CFH)、δ 4.53−4.63(t CH)、δ 2.37−2.42(t C)、δ 1.51−1.56(m C)、δ 1.25(s C
13C NMR(DMSO):δ 171.77(s OC=O)、δ 117.81(t CF)、δ 114.15−114.86(t CF)、δ 105.46−112.92(m CF)、δ 58.55−59.26(t CHO)、δ 32.87(s CHC=O)、δ 28.10−28.34(m C)、δ 24.10(s C
19F NMR(DMSO):δ −50.20−−50.17(s 4F)、δ −64.40−−64.36(s 4F)
IR:1756cm−1(OC=O)、1108cm−1(C−F)
TGA:1つの質量損失は、330〜350℃の沸点範囲内であることが認められる。不純物なし
密度:1.28g/ml
粘度:26.33cP
Figure 2017533311
式(V)及び(VI)の化合物の1:1の組み合わせの合成
Figure 2017533311
セバシン酸ジクロリド(32.66g、0.14モル)及びアジピン酸クロリド(25.00g、0.14モル)を、凝縮器及び滴下漏斗を装着した250mLの丸底フラスコに充填した。酸塩化物混合物を、室温で撹拌した。1H,1H,5H−オクタフルオロペンタン−1−オール(133.31g、0.55モル)を、滴下漏斗に充填し、混合物に緩徐に添加した。混合物を、40℃でおよそ7時間撹拌し、室温まで冷却することを可能にし、次いで、反応混合物を、精密検査した。残りの透明な油を濾過して、微粒子を除去し、次いで、活性化分子篩上で乾燥させた。反応は、123gの式(V)及び(VI)の化合物をもたらした。
H NMR(DMSO):δ 6.85−7.23(tt, CFH)、δ 4.73−4.83(t CH)、δ 2.38−2.47(m C)、δ 1.51−1.59(m C)、δ 1.24(s C
13C NMR(DMSO):δ 171.54(s OC=O)、δ 171.32(s OC=O)、δ 118.06−117.65(m CF)、δ 115.09−113.53(m CF)、δ 111.59−110.05(m CF)、δ 109.64−107.45(m CF)、δ 104.11−104.92(m CF) δ 58.16−58.86(m CHO)、δ 32.39−33.13(s x2 CHC=O)、δ 28.01−28.27(d C)、δ 24.07(s C)、δ 23.32(s C
19F NMR(DMSO):δ −43.64−−43.54(s 4F)、δ −49.62−−49.37(s 4F)、δ −54.46−−54.19(s 4F)、δ −63.09−−62.90(s 4F)
IR:1759cm−1(OC=O)、1126cm−1(C−F)
TGA:1つの質量損失は、320〜365℃の沸点範囲内であることが認められる。不純物なし
密度:1.49g/mL
粘度:41.04cP
Figure 2017533311
個々に作製した油(式(V)及び(VI)の化合物)を、次いで、それぞれ3つの異なるモル比1:1、1:2、及び2:1で一緒に混合した。粘度及び密度の測定を、次いで、すべての混合物に実施した。
Figure 2017533311
可燃性
本発明の選択したフッ素化流体を試験して、それらの可燃性及び/または燃焼性単独を評価し、フルオロカーボン冷媒組成物と混合した。フッ素化種が、市販のポリアルキレングリコール(PAG)及びポリオールエステル(POE)潤滑剤材料と比較して、燃焼温度上昇を示したことを見出した。
実験的方法−ホットマニホルド試験
ISO Standard ISO20823:2003に記載される試験装置及び試験方法を使用して、熱い金属表面との接触時の流体の発火のしやすさの評価を行った。この試験において、流体の液滴が、水平方向に対して浅い角度で傾いた、内部加熱された円柱状の熱い表面上に、垂直に下向きに落ちることを可能にし、その表面は、水平な溝を追加で備え、円柱状の本体の1つの側面で液体を捕捉した。(以下より表面を「マニホルド」として記載する)。
マニホルドの温度を、発火が観察されるまで段階的に増加した。発火の特徴及び勢いにおける観察をまた、各試験中に記録した。本発明の5つの流体、2つのPAG型潤滑剤(Nippon Denso ND12及びDaphne FD46XG)、及び1つのPOE潤滑剤(Emkarate RL68H)を試験した。全フッ素置換潤滑剤材料(DuPont Krytox(商標)GPL150)をまた、比較例として試験した。結果を以下に表にする。
Figure 2017533311
本発明の流体が、燃焼を引き起こすために、PAG流体の温度よりも著しく高い表面温度を必要とすることは明白である。試験された流体のうちの2つはまた、試験されたPOE流体の発火温度と同等またはより高い発火温度を有する。これらの流体の両方は、POE流体よりも著しく遅延し、より活発性が低い燃焼を示す。
実験的方法−冷媒混合物における試験
熱い金属表面と接触時の、本発明の流体のうちの1つの混合物(式(V)及び(VI)の化合物の2:1の組み合わせ)と、冷媒流体2,3,3,3−テトラフルオロプロペン(R−1234yf)との燃焼作用を調査した。冷媒R1234yfが、自動車空調システムのための好適な流体として提唱され、そのシステムからの漏出は、熱いエンジン表面に接触する冷媒/油混合物の噴霧をもたらし得る。
使用された装置は、透明な側面、及び正面、ならびにスチールバック、上及び底面を有する、側面が30cmの封入された立方体の試験チャンバを備えた。2つの側面を、蝶番で動かして、発火の場合に圧力除去の手段を提供した。
直径約75mm及び長さ約70mmの、閉鎖した正面を有する水平で凹んだ鋼製円柱を、底板上からおよそ160mm上にその中心点を有するチャンバのスチールバック面上に取り付けた。この円柱を、火炎ジェットが円柱に向けられた酸素アセチレントーチを使用して、試験セルの外側からその内面上で加熱した。熱電対を、円柱の上面及び底面にスポット溶接し、加熱トーチの気体の割合を、各熱電対において示される温度が安定するまで、かつ互いに10K以内で調整した。追加の熱電対を使用して、試験チャンバの上部、中央部、底部で気温を監視した。一度熱い表面が安定状態になると、Swagelok管(6mmの外径)の短いパイプ接合部を注入点として使用して、冷媒及び潤滑剤の液体混合物を試験チャンバに注入した。管を、試験チャンバの底部内で中心に取り付け、試験チャンバ内へ約10mm突出した。これは、液滴の垂直な噴霧をもたらし、チャンバに侵入する冷媒を蒸発させ、その運動量は、チャンバの大気への速い混合を確保した。使用した形状を例証するために、試験セルの略図を図1に示す。
各実験では、一定量(〜20グラム)の冷媒/油混合物を、電磁弁によって、かつ最初に実験室の室温(典型的には18〜20℃)でチャンバから分離された供給蓄積容器中に配置した。冷媒内の3重量%の標準濃度の油を使用した。これは、自動車空調システムにおいて循環する冷媒中の油含有量の典型である。
ビデオカメラを使用して、放出及びあらゆるその後の発火現象を撮影した。電磁弁を開放したとき、供給筒内の圧力を、放出が終了したかどうかの指標として監視した。装置を、火炎の証拠のための各注入後に、(視覚的かつ熱電対読み取りを観察することによって)5分間監視した。各注入後に、空気パージを使用して、次の注入の前に供給ライン及び試験チャンバをフラッシュした。
熱い表面の温度を、発火現象が観察されるまで連続的に増加した。発火が観察されなかった各温度について、少なくとも1つの繰り返し試験を、再現性の確認として実行した。
発火が観察されなかった熱い表面の最高温度が、式(V)及び(VI)流体の化合物の組み合わせを有するR−1234yfの組み合わせにおいて818℃であったことを見出した。発火が観察された最低温度は、822℃であった。
比較試験を、PAG潤滑剤ND12(R−1234yf冷媒との使用を意図される潤滑剤)と共にR−1234yfを使用して行った。この混合物に発火が観察されなかった熱い表面の最高温度が、795℃であったことを見出した。発火が観察された最低温度は802℃であった。
本発明のフッ素化流体は、したがって、冷媒中に充填する等しい質量のPAG流体と比較したとき、この試験において発火の発生を遅延させた。
試験セルの略図である。

Claims (70)

  1. 式(I)の化合物であって、
    Figure 2017533311
    式中、
    Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Zが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    nが、1〜8の整数であり、
    n’が、1〜12の整数である、化合物。
  2. Wが、HまたはF、好ましくはHである、請求項1に記載の化合物。
  3. Xが、HまたはF、好ましくはHである、請求項1または2に記載の化合物。
  4. WがHであり、
    Xが、Hであり、
    Yが独立して、F、Cl、及びIからなる群から選択され、
    Zが独立して、H、F、Cl、及びIからなる群から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の化合物。
  5. Yが、Fである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. Zが、HまたはFである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の化合物。
  7. nが、1〜5の整数である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. n’が、1〜10の整数である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の化合物。
  9. 前記式(I)の化合物が、式(II)の化合物である、請求項1に記載の化合物。
    Figure 2017533311
  10. 前記式(I)の化合物が、式(III)の化合物である、請求項1に記載の化合物。
    Figure 2017533311
  11. 前記式(I)の化合物が、式(IV)の化合物である、請求項1に記載の化合物。
    Figure 2017533311
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載される少なくとも2つの異なる式(I)の化合物を含む組成物であって、例えば少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(V)の化合物であり、少なくとも1つの式(I)の化合物が、式(VI)の化合物である、組成物。
    Figure 2017533311
  13. 請求項1〜11のいずれか一項に記載される1つ以上の化合物及び/または請求項12に記載される組成物と一緒に、伝熱流体を含む組成物。
  14. 前記伝熱流体が、(ヒドロ)フルオロオレフィン(HFO)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、クロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、及び炭化水素の群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項13に記載の組成物。
  15. 前記伝熱流体が、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、R−32、R−161、R−125、R−134、プロパン、プロピレン、二酸化炭素、R−245fa、R−236fa、R−227ea、R−143a、n−ブタン、イソ−ブタン、及びR−365mfcの群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項13に記載の組成物。
  16. 前記伝熱流体が、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、及びR−32の群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項15に記載の組成物。
  17. 前記伝熱流体が、R−1234zeを含む、請求項16に記載の組成物。
  18. 前記伝熱流体が、R−1234yfを含む、請求項16に記載の組成物。
  19. ポリアルキレングリコール(PAG)及び/またはポリオールエステル(POE)系潤滑剤と組み合わされた同じ伝熱流体を含む組成物よりも可燃性が低い、請求項13〜18のいずれか一項に記載の組成物。
  20. 前記伝熱流体単独よりも可燃性が低い、請求項13〜18のいずれか一項に記載の組成物。
  21. 約500℃以上、好ましくは約600℃以上の発火温度を有する、請求項13〜18のいずれか一項に記載の組成物。
  22. 非可燃性である、請求項13〜20のいずれか一項に記載の組成物。
  23. 安定剤をさらに含む、請求項13〜22に記載の組成物。
  24. 前記安定剤が、ジエン系化合物、ホスフェート、フェノール化合物、及びエポキシド、ならびにそれらの混合物から選択される、請求項23に記載の組成物。
  25. 追加の難燃剤を含む、請求項24に記載の組成物。
  26. 前記難燃剤が、トリ−(2−クロロエチル)−ホスフェート、(クロロプロピル)ホスフェート、トリ−(2,3−ジブロモプロピル)−ホスフェート、トリ−(1,3−ジクロロプロピル)−ホスフェート、リン酸二アンモニウム、様々なハロゲン化芳香族化合物、酸化アンチモン、アルミニウム三水和物、ポリ塩化ビニル、フッ素化ヨードカーボン、フッ素化ブロモカーボン、トリフルオロヨードメタン、ペルフルオロアルキルアミン、ブロモ−フルオロアルキルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項25に記載の組成物。
  27. 請求項13〜26のいずれかに記載される組成物を含む、伝熱デバイス。
  28. 伝熱デバイスにおける、請求項13〜26のいずれかに記載される組成物の使用。
  29. 冷蔵デバイスである、請求項27に記載の伝熱デバイスまたは請求項28に記載の使用。
  30. 自動車空調システム、住宅空調システム、業務用空調システム、住宅冷蔵庫システム、住宅冷凍機システム、業務用冷蔵庫システム、業務用冷凍機システム、冷却器空調システム、冷却器冷蔵システム、及び業務用または住宅熱ポンプシステムからなる群から選択される、請求項29に記載の伝熱デバイス。
  31. 圧縮機を含む、請求項29または30に記載の伝熱デバイス。
  32. 物品を冷却する方法であって、請求項13〜26に記載される組成物を凝縮し、その後冷却される前記物品の付近で前記組成物を蒸発させることを含む、方法。
  33. 物品を加熱するための方法であって、加熱される前記物品の付近で請求項13〜26のいずれか一項に記載される組成物を凝縮し、その後前記組成物を蒸発させることを含む、方法。
  34. 請求項13〜26のいずれか一項に記載される組成物を含む、機械力発生デバイス。
  35. ランキンサイクルまたはその修正形態を使用して、熱から仕事を発生させるように適合されている、請求項34に記載の機械力発生デバイス。
  36. 伝熱デバイスを改良する方法であって、既存の伝熱流体を除去し、請求項13〜26に記載される組成物を導入するステップを含む、方法。
  37. 前記伝熱デバイスが、冷蔵デバイスである、請求項36に記載の方法。
  38. 前記伝熱デバイスが、空調システムである、請求項37に記載の方法。
  39. 式(I)〜(VI)のうちの1つ以上の化合物の追加によって、組成物の可燃性を減少させる、方法。
  40. 式(I)の化合物を調製する方法であって、式(A)の化合物を式(B)の化合物と反応させることを含み、
    Figure 2017533311
    式中、
    Wが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Xが独立して、H、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Yが独立して、F、Cl、Br、及びIからなる群から選択され、
    Zが独立して、H、F、Cl、Br、またはIからなる群から選択され、
    Vが独立して、Cl及びOHからなる群から選択され、
    nが、1〜8の整数であり、
    n’が、1〜12の整数である、方法。
  41. Wが、HまたはF、好ましくはHである、請求項40に記載の方法。
  42. Xが、HまたはF、好ましくはHである、請求項40または41に記載の方法。
  43. Wが、Hであり、
    Xが、Hであり、
    Yが独立して、F、Cl、及びIからなる群から選択され、
    Zが独立して、H、F、Cl、及びIからなる群から選択される、請求項40〜42のいずれか一項に記載の方法。
  44. Yが、Fである、請求項40〜43のいずれか一項に記載の方法。
  45. Zが、HまたはFのいずれかである、請求項40〜44のいずれか一項に記載の方法。
  46. Vが、Clである、請求項40〜45のいずれか一項に記載の方法。
  47. nが、1〜5の整数である、請求項40〜46のいずれか一項に記載の方法。
  48. n’が、1〜10の整数である、請求項40〜47のいずれか一項に記載の方法。
  49. 式(A)の化合物対式(B)の化合物の比率が、少なくとも2:1である、請求項40〜48のいずれかに記載の方法。
  50. 式(I)〜(VI)の化合物を伝熱流体と混合することを含む、請求項13に記載の組成物を調製する方法。
  51. 請求項40〜49の生成物を伝熱流体と混合することを含む、請求項17に記載の組成物を調製する方法。
  52. 前記伝熱流体が、(ヒドロ)フルオロオレフィン(HFO)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)、クロロフルオロカーボン(CFC)、ヒドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、及び炭化水素の群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項50または51に記載の方法。
  53. 前記伝熱流体が、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、R−32、R−161、R−125、R−134、プロパン、プロピレン、二酸化炭素、R−245fa、R−236fa、R−227ea、R−143a、n−ブタン、イソ−ブタン、及びR−365mfcの群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項52に記載の方法。
  54. 前記伝熱流体が、R−1234ze、R−1234yf、R−1233xf、R−1233zd、R−1243zf、R−134a、R−152a、及びR−32の群から選択される1つ以上の化合物を含む、請求項53に記載の方法。
  55. 前記伝熱流体が、R−1234zeを含む、請求項54に記載の方法。
  56. 前記伝熱流体が、R−1234yfを含む、請求項54に記載の方法。
  57. 式(II)の化合物を調製する方法であって、ペンタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、4であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることを含む、方法。
  58. Wが、Clである、請求項57に記載の方法。
  59. ペンタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物の比率が、少なくとも2:1である、請求項57または58に記載の方法。
  60. 式(III)の化合物を調製する方法であって、ペンタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることを含む、方法。
  61. Wが、Clである、請求項60に記載の方法。
  62. ペンタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物の比率が、少なくとも2:1である、請求項60または61に記載の方法。
  63. 式(IV)の化合物を調製する方法であって、2,2,3,3−テタフルオロプロパン−1−オールを式(B)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることを含む、方法。
  64. Wが、Clである、請求項63に記載の方法。
  65. 2,2,3,3−テタフルオロプロパン−1−オール対式(B)の化合物の比率が、少なくとも2:1である、請求項63または64に記載の方法。
  66. 2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オールを式(B’)の化合物(式中、n’が、4であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることと、2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オールを式(B’’)の化合物(式中、n’が、8であり、Wが、OHまたはClである)と反応させることとを含む、請求項12に記載の組成物を調製する方法。
  67. Wが、Clである、請求項66に記載の方法。
  68. 1ステップ反応で行われる、請求項66または67に記載の方法。
  69. 2,2,3,3,4,4,5,5−オクトフルオロペンタン−1−オール対式B’及びB’’の化合物の組み合わされた量の比率が、少なくとも2:1である、請求項66〜68のいずれかに記載の方法。
  70. 伝熱剤としての式(I)〜(VI)の化合物のうちのいずれか1つの使用。

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