JP6559167B2 - 高温環境における冷却用イオン性液体 - Google Patents

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Description

本発明は、高温環境において冷却に有用なイオン性液体に関する。
一般に定評のある文献によれば、イオン性液体は液体状態の塩であり、より詳細には、例えば１００℃以下の融点を有する、低温で溶融する塩の溶融物である（例えば、Ｗａｓｓｅｒｓｃｈｅｉｄ，Ｐｅｔｅｒ、Ｗｅｌｔｏｎ，Ｔｏｍ（編）、「Ｉｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ ｉｎ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ ２００８年、ＩＳＢＮ９７８−３−５２７−３１２３９−９を参照されたい）。しかし、≦１００℃の溶融温度が、任意選択されることに留意されたい。
こうしたイオン性液体は、いくつかの非常に興味深い特性を示すことができ、例えば、非常に低い、実質的に測定不能な蒸気圧、広い液相範囲、良好な導電率、および興味深い溶媒和特性を有している。これらの特性は、イオン性液体をいくつかの用途に利用し易いものにしており、例えば、溶媒（例えば、有機または無機合成、遷移金属触媒作用、バイオ触媒作用、多相反応、光化学、ポリマー合成、およびナノテクノロジー）、抽出剤（例えば、液−液または液−気抽出、原油処理中の脱硫、水処理および液体膜抽出中の重金属の除去）、電解質（例えば、バッテリー、燃料電池、コンデンサー、太陽電池、センサー、電気めっき、電気化学的金属処理、電気化学合成、およびナノテクノロジーにおけるもの）、潤沢剤、ゲル、いわゆる「グリーンケミストリー」における有機合成用試薬（例えば、揮発性有機化合物の代替として）、帯電防止添加剤（ａｄｄｔｉｖｅｓ）、化学分析における特定の用途（例えば、ガスクロマトグラフィー、質量分光法、キャピラリーゾーン電気泳動）、液晶、水素の収容および放出のためのもの、熱流体として、例えば冷却用媒体などとしてである。
ＵＳ２００９／３１４４６０において、液状冷却材により冷却される可動型鋳型を使用するストリップキャスト法が記載されており、この冷却材は液状金属またはイオン性液体であり、イオン性液体は、有機陽イオンおよびほとんど無機陰イオンからなる塩のグループとして定義され、１００℃未満の融点を一般に有する。
ＷＯ２０１０／１３６４０３において、冷却用媒体として使用するためのイオン性液体が開示されている。イオン性液体は、イオン（陽イオンおよび陰イオン）から専ら構成されており、かつ水などの溶媒に塩が溶解することなく、１００℃未満の温度で液状の塩であると記載されている。ＷＯ２０１０／１３６４０３による陽イオンには、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、グアニジニウム、ウロニウム、チオウロニウム、ピペリジニウム、モルホリニウム、ホスホニウムまたはアンモニウムが含まれ、これらの陽イオンはさらにアルキル化されていることが可能であり、また、陰イオンには、硫酸イオン、リン酸イオン、ハロゲン化物イオン、フッ化陰イオン（テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロホウ酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、およびヘキサフルオロリン酸イオンなど）、スルホナート、ホスフィナート、またはトシラートが含まれる。
イオン性液体は、実質的に蒸気圧が全くなく、したがって、最高３００℃、さらにはそれよりも高い熱分解点未満で、一般に非可燃性である。しかし、イオン性液体をその熱分解温度を超えて加熱した場合、分子状のガス分解生成物を形成し、これらの生成物は可燃性である。燃焼実験において、通常のイオン性液体は、バルク相が引火点温度に到達した後に燃焼し始めること、および多くの場合、この燃焼は、熱源からの非常に高い外部熱が
投入されている場合しか継続しないことが分かっている。これは、従来の分子性液体とは対照的である。例えば、鉱物油は蒸気圧を有しており、かつ約８０〜１００℃の温度において、可燃性ガス相を形成するので、上記の温度で点火することができ、この温度はその熱分解点よりもはるかに低い。ＷＯ２０１０１３６４０３Ａ１において記載されている通り、イオン性液体は、約５００℃を超える温度において、高温（還元性）表面または高温（還元性）溶融物と接触させても、爆発性の高い、水素および酸素の混合物（起爆性ガスまたは酸水素ガス）を形成しない。これは、依然として冷却剤として幅広く使用されている水とは対照的である。水と対照的にイオン性液体の欠点は、２０℃において通常数１０〜数１００ｍＰａｓという範囲の高い粘度、および比熱容量が水の約５０〜７５％であり得る。
要約すると、イオン性液体の冷却用媒体は、安全性の点から、冷却剤として、水またはサーモオイルよりも一般に優れている。しかし、イオン性液体は、それらの熱分解点を超えて加熱されると、可燃性または非可燃性のガス生成物をやはり形成し、この生成物は、閉冷却システムにおける圧力の上昇または危険ともなる上昇をもたらすことになる。例えばパイプの破損により例えば溶融金属中に偶然にも流出した場合、深刻なスパッタリング、または小さな爆発さえも引き起こすことになる。
本発明の課題は、冷却用媒体であるイオン性液体中のガス分解生成物の形成を低減するか、または克服さえして、上記の欠点を防止することである。
本発明によれば、水素が８．５重量％以下のイオン性液体を含む冷却用媒体は、それよりも高い水素含有量のイオン性液体（および、他の冷却用媒体）とは対照的に、スパッタリングまたは爆発性反応挙動がかなり低いか、または事実上それがないことさえあることを示すことが、予期せぬことに見いだされた。用語「水素」とは、他の原子、例えば炭素原子に結合している水素原子を意味し、イオン性液体の陰イオンまたは陽イオンの一部であるか、あるいはイオン性もしくは分子状副生成物または添加剤の一部であるが、水素ガスではない。炭素原子、または揮発性燃焼生成物を形成する、硫黄、窒素、フッ素もしくは塩素のような他の原子の含有量は、実験的検討により見いだされた通り、それほど重要ではないように思われる。
一態様では、本発明は、例えば、高温環境における用途向けの冷却用媒体であって、０％〜８．５％（０％〜７重量％、例えば０％〜６．５重量％など）の水素含有量を有するイオン性液体を含む媒体を提供する。
本発明により提供される冷却用媒体は、本明細書では、「本発明の（による）冷却用媒体」としても表される。イオン性液体を含む冷却用媒体は、イオン性液体からなる冷却用媒体とすることができる。冷却用媒体として本発明により提供されるイオン性液体は、本明細書では、「本発明の（による）イオン性液体」としても表される。
例えば、本発明の方法における、本明細書で使用される「イオン性液体」という用語には、最高２５０℃（例えば、≦１００℃および＞１００℃であるが、≦２５０℃であり、好ましくは≦１００℃であり、より好ましくは室温未満）の溶融温度を有する塩が含まれる。
本明細書で使用される「イオン性液体」という用語には、さらに、液状有機塩のすべて
、ならびに無機陽イオンおよび有機陰イオンまたは無機陰イオンからなる塩の混合物が含まれる。さらに、無機陽イオンおよび有機または無機陰イオンを有するさらなる塩が、基本となるイオン性液体において見られる同じ陰イオン（複数可）を含有する（しかし、決してそれらに限定されない）イオン性液体に溶解していてもよい。さらに、難燃剤などの添加剤が、例えば少量、イオン性液体中に溶解していてもよい。
さらなる態様では、本発明は、無機陽イオンおよび有機もしくは無機陰イオンを有する塩の溶解、および／または難燃剤の溶解をさらに含む、本発明による冷却用媒体を提供する。
本発明による冷却用媒体中のイオン性液体を形成する陽イオンおよび陰イオンの化学的性質は、それほど重要ではない。８．５％以下（例えば、０％〜８．５％）の水素含有量を有するイオン性液体を形成するような陽イオンおよび陰イオンが適切である。
以下において、用語「部分」とは、１〜８個の炭素原子（Ｃ１〜Ｃ４−アルキル、Ｃ２〜Ｃ４−アルケニル、Ｃ２〜Ｃ４−アルキニル、フェニル、ベンジル、またはヘテロアリールなど）を有する、アルキル基、パーフルオロ化アルキル基、アルケニル基、アルキニル（ａｌｋｉｎｙｌ）基、アリール基、アラルキル基またはヘテロアリール基、好ましくはアルキル基を意味する。明確性の理由のため、本出願では、用語Ｃ１〜Ｃ４−アルキルまたは類似の用語は、Ｃ１−アルキル（メチル）、Ｃ２−アルキル（エチル）、．．．、Ｃ４−アルキル（ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル）または類似用語に関する略語表記法であることを言及すべきである。一般に、分岐鎖が好ましく、直鎖よりも優れていることが見いだされている。
本発明によるイオン性液体において、好ましくは、陽イオンはイミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウムまたはホスホニウムから選択され、これらは、場合によりおよび好ましくはＣ１〜Ｃ４アルキルにより置換されており（例えば、１，３−ジアルキルイミダゾリウム、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウム、１，３−ジアルキルベンゾイミダゾリウム、１，２，３−トリアルキルベンゾイミダゾリウム、テトラアルキルホスホニウム陽イオンを含む）、この場合、好ましくは、アルキルは独立してＣ１〜Ｃ４アルキルである。
本発明の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、第四級アンモニウム、ホスホニウム、ピリジニウム、ピロリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリニウム、（ベンゾ）イミダゾリウムまたはピラゾリウムである。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは第四級アンモニウムまたは第四級ホスホニウム陽イオンである。本方法の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、上に記載されている１〜４つの部分を含む。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、ピリジニウム、ピロリウムからなる群からのものであり、例えば、この場合、１つの部分が窒素原子に結合している、および／または１〜３つの部分が炭素環の炭素原子に結合している。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、ピペリジニウム、ピロリジニウム、およびモルホリニウムからなる群からのものであり、例えば、この場合、１つもしくは２つの部分が窒素原子に結合している、および／または１〜４つの部分の中の１〜３つの部分が炭素環の炭素原子に結合している。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、（ベンゾ）イミダゾリウムおよびピラゾリウムからなる群からのものであり、例えば、この場合、１〜４つの部分の各々
は各窒素原子に結合している、および／または１〜４つの部分の中の１〜３つが炭素環の炭素原子に結合している。明確性の理由のため、２個以上の窒素原子がある場合、第１の部分は第１の窒素原子に結合していてもよく、また第２の部分は第２の窒素原子に結合していてもよい。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、好ましくはテトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリブチルメチルアンモニウム、１，３−ジメチルイミダゾリウム、１，３−ジエチルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、１，２，３−トリメチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、および１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウム、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１，３−ジメチルベンゾイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルベンゾイミダゾリウム、１，２，３−トリメチルベンゾイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルベンゾイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルベンゾイミダゾリウム、および１−ブチル−２，３−ジメチルベンゾイミダゾリウム、１−プロピル−３−メチルベンゾイミダゾリウム、１−プロピル−２，３−ジメチルベンゾイミダゾリウムからなる群からのものである。
本発明の別の例示的な実施形態によれば、陽イオンは、好ましくはＮ−ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−プロピル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチルピロリジニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−メチルピロリジニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−エチルピロリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジ−イソ−プロピルピロリジニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−エチルピロリジニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルモルホリニウム、Ｎ−プロピル−Ｎ−メチルモルホリニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルモルホリニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチルモルホリニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−メチルモルホリニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−メチルモルホリニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−エチルモルホリニウム、Ｎ，Ｎ−ジ−イソ−プロピルモルホリニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−エチルモルホリニウム、Ｎ−ブチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−プロピル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−エチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチルピペリジニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−メチルピペリジニウム、Ｎ−イソ−プロピル−Ｎ−エチルピペリジニウム、Ｎ，Ｎ−ジ−イソ−プロピルピペリジニウム、Ｎ−ｔｅｒｔ．ブチル−Ｎ−エチルピペリジニウム、トリメチル−イソ−プロピルアンモニウム、ジメチル−ジ−イソ−プロピルアンモニウム、メチル−トリ−イソ−プロピルアンモニウム、トリメチル−ｔｅｒｔ．−ブチルアンモニウム、ジメチル−ジ−ｔｅｒｔ．−ブチルアンモニウム、メチル−トリ−ｔｅｒｔ．−ブチルアンモニウム、トリメチル−イソ−プロピルホスホニウム、ジメチル−ジ−イソ−プロピルホスホニウム、メチル−トリ−イソ−プロピルホスホニウム、トリメチル−ｔｅｒｔ．−ブチルホスホニウム、ジメチル−ジ−ｔｅｒｔ．−ブチルホスホニウム、メチル−トリ−ｔｅｒｔ．−ブチルホスホニウムの群からのものである。
別の態様では、本発明は、本発明による冷却用媒体であって、イオン性液体の陽イオンが、イミダゾリウム（例えば１−エチル−または１−ブチルイミダゾリウムなどのＣ１〜Ｃ６アルキル−イミダゾリウム）から選択され、このイミダゾリル（ｉｍｉｄｚａｌｏｌｙｌ）環は、アルキル、例えばメチルなどのＣ１〜Ｃ４アルキルにより場合により置換されている、媒体を提供する。
別の態様では、本発明は、本発明による冷却用媒体であって、イオン性液体の陽イオンが、Ｃ１〜Ｃ４アルキル、パーフルオロＣ１〜Ｃ４アルキルにより、および／またはシアノ（例えば、１個または複数のシアノ基）により場合により独立して置換されている、イ
ミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウムまたはホスホニウムから選択される、媒体を提供する。
本発明によるイオン性液体中の陰イオンには、イオン性液体の化学において共通の陰イオンが含まれる。好ましくは、陰イオンの化学式は、３個以下の水素原子を含有しており、より好ましくは陰イオンは水素を全く含んでいない。好ましくは、陰イオンは、ハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｓｉ、Ｂ、Ｐなどのヘテロ元素、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、ＶまたはＴｉなどの金属元素を含み、これらのヘテロ元素は、（以下に限定されないが）互いに錯体陰イオンを（例えば、上に列挙した金属元素がハロゲン、ＳＣＮ-、ＣＮ-、Ｎ（ＣＮ）2 -もしくはＯ含有配位子、または他の任意の水素不含配位子と）形成してもよい。
適切な陰イオンには、例えば、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、チオシアン酸イオン、ジシアナミドイオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン、ホスホン酸イオンＨＰＯ3 2-、ホスホ
ン酸水素イオンＨ2ＰＯ3 -、スルファミン酸イオンＨ2Ｎ−ＳＯ3 -、メタンスルホン酸イオン、ジメチルリン酸イオン、ジメチルホスホン酸イオン、ジエチルリン酸イオン、ジエチルホスホン酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン（ｔｒｉｆｌｕｏｒｍｅｔｈａｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、トリフルオル酢酸イオン、ビス（トリフルオルメチルスルホニル）イミドイオン、トリス（トリフルオルメチルスルホニル）メチドイオン、フルオラスアルキルリン酸イオン（例えば、トリス（ペンタフルオルエチル）トリフルオロリン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、テトラシアノホウ酸イオン、カルボラン、アルキル−スピロホウ酸イオン（例えば、ビス（オキサレート）ホウ酸イオンまたはビス（マロネート）ホウ酸イオン）、
例えば式
［ＢＲiＲjＲkＲl］- Ｖａ
（式中、ＲiからＲlは、互いに独立して、フッ素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）の四置換ホウ酸イオン、
例えば式
［Ｒm−ＳＯ3］- Ｖｂ
（式中、Ｒmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）の有機スルホン酸イオン、
例えば式
［Ｒm−ＯＳＯ3］- Ｖｃ
（式中、Ｒmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳
香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）の有機硫酸イオン、
例えば式
［Ｒn−ＣＯＯ］- Ｖｄ
（式中、Ｒnは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）のカルボン酸イオン、例えば式
［ＰＦx（ＣyＦ2y+1-zＨz）6-x］- Ｖｅ、
（式中、１≦ｘ≦６、１≦ｙ≦８、および０≦ｚ≦２ｙ＋１である）の（フルオロアルキル）フルオロリン酸イオン、
式
［Ｒo−ＳＯ2−Ｎ−ＳＯ2−Ｒp］- Ｖｆ、
［Ｒr−ＳＯ2−Ｎ−ＣＯ−Ｒs］- Ｖｇ、または
［Ｒt−ＣＯ−Ｎ−ＣＯ−Ｒu］- Ｖｈ
（式中、ＲoからＲuは、互いに独立して、フッ素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）のイミド
式
［Ｒm−ＯＰＯ3］2-または（Ｖｊ）［Ｒm−ＯＰＯ2−ＯＲn］- Ｖｉ
（式中、Ｒmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香
族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、１〜４個の炭素原子を含む脂肪族残基、または５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されており、またＲnは、水素、あるいは有機、無機、脂肪族もしくはパーフ
ルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、１〜４個の炭素原子を含む脂肪族残基、または５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）の有機リン酸イオン、
式
［Ｒm−ＰＯ3］2- Ｖｋ、または
［Ｒm−ＰＯ3−Ｒn］- Ｖｌ
（式中、Ｒmは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素芳
香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、１〜４個の炭素原子を含む脂肪族残基、または５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されており、
また、式中、Ｒnは、有機、無機、脂肪族もしくはパーフルオロ化脂肪族、芳香族、複素
芳香族もしくはパーフルオロ化芳香族または複素芳香族残基（例えば、１〜４個の炭素原子を含む脂肪族残基、または５〜１０個の炭素原子を含む１〜４個の芳香族または複素芳香族残基を含む脂肪族残基）であり、これらの残基は、１個もしくは複数のヘテロ原子を場合により含み、かつ／または１個もしくは複数の水素不含官能基またはハロゲンにより場合により置換されている）の有機ホスホン酸イオン
が含まれる。
本発明の好ましい実施形態では、陰イオンには、硫酸イオン、リン酸イオン、スルホン酸イオン、ホウ酸イオン、ハロゲン化物イオン（例えば、ＳｉＦ６、テトラフルオロホウ
酸イオンなどのフッ化物イオン、または塩化物イオン（例えば、テトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸イオン（ｔｅｔｒａｃｈｌｏｒｏｆｅｒｒａｔ）））が含まれる。これらの陰イオンは場合により、例えばＣ１〜Ｃ８アルキル（トリフルオロメチルなどのハロゲン化Ｃ１〜Ｃ８アルキルを含む）によりアルキル化されているか、または例えばフェニル基によりアリール化されている。例えば、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオンなどのＣ１〜Ｃ４アルキル硫酸イオン、ジエチルリン酸イオンなどのＣ１〜Ｃ６ジアルキルリン酸イオン、Ｃ１〜Ｃ４アルキルスルホン酸イオン（アルキルは場合により、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、ＳｉＦ6 2-などハロゲン化（例えば、フッ素化）
されている）、ハロゲン化（例えばフッ素化ホウ酸イオン）（例えばテトラフルオロホウ酸イオン）、アリール化リン酸イオン（例えば、トリフェニルリン酸イオン）、テトラクロロ鉄酸イオン（ＩＩＩ）などの鉄酸イオン、例えば、ジエチルリン酸イオン、トリフェニルリン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオルメタンスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、ＳｉＦ6 2-、テトラクロロ鉄酸（ＩＩＩ）イオン、
および／またはテトラフルオロホウ酸イオンが含まれる。
本発明によるイオン性液体は、適切には、例えば先行技術において記載されている、例えば公知の方法に従って、例えば公知の方法と同様に調製することができる。イオン性液体の調製方法は、例えば、Ｗａｓｓｅｒｓｃｈｅｉｄ，Ｐｅｔｅｒ、Ｗｅｌｔｏｎ，Ｔｏｍ（編）「Ｉｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ ｉｎ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、２００８年、ＩＳＢＮ９７８−３−５２７−３１２３９−９；Ｒｏｇｅｒｓ，Ｒｏｂｉｎ Ｄ．、Ｓｅｄｄｏｎ，Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｒ．（編）「Ｉｏｎｉｃ Ｌｉｑｕｉｄｓ−Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｇｒｅｅｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」、ＡＣＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ８１８、２００２年、ＩＳＢＮ０８４１２３７８９１、およびそれらの中に引用されている多くの参照文献から公知である。
本発明によるイオン性液体は、高い引火点を有することが分かった。別の態様では、本発明は、本発明による冷却用媒体であって、ＤＩＮ ＩＳＯ２５９２に従って測定されるイオン性液体が少なくとも２００℃（２５０℃など）の引火点を有する、媒体を提供する。
好ましくは、本発明によるイオン性液体は、低い融点、例えば−２０℃から４０℃未満を有する。
別の態様では、本発明は、本発明による冷却用媒体であって、イオン性液体が４０℃以下（２０℃以下など）、例えば０℃以下（−２０℃以下など）の融点を有する、媒体を提供する。
水素含有量の低いイオン性液体を含む本発明の冷却用媒体は、高温環境において反応性が低く、火炎体積が小さく、かつ爆発性（ｅｘｐｌｏｓｉｖｉｎｅｓｓ）が低いために、とりわけ高温の溶融物または表面に接触しても、安全な使用の点で特に有用である。
本発明の冷却用媒体は、以下の用途に特に有用である：
技術的不備、人的過誤、自然災害および事故の場合における破壊的結果、または壊滅的な結果さえも伴う爆発性の分解反応の発生を防止するための、水もしくは水をベースとする冷却用流体の代替として、または有機液体（いわゆる、サーモオイル、例えばパラフィンおよびナフテン（ｎａｐｈｔｈｅｎ）、鉱物油、アルキルベンゼン、ベンジルトルエンおよびジベンジルトルエン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ターフェニル、部分水素化ターフェニル、クワテルフェニル（ｑｕａｔｅｒｐｈｅｎｙｌｅｓ）、トリアリールエーテル、アルキルナフタリン、ポリアルキレングリコール（ｐｏｌｙａｌｋｙｌｅｎｇｌｙｋｏｌｅ）、高沸点エステル、シリコンオイル）に基づく冷却用流体の代替としての、高温環境（５００℃〜２０００℃）における工業装置の冷却。
特に、冶金用オーブンおよびそれらのアグリゲート（構成部材）の冷却：一般に金属、金属合金、および金属間化合物の製造および処理、シリコン、高融点金属、ならびにホウ素、炭素、窒素およびシリコンとの金属間化合物の製造および処理を含む、灰および鉱滓の取り扱いにおける冶金用機器の冷却。例えばアルミニウムまたはナトリウムの製造用の融解塩電解。
ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）の冷却
セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）の冷却
有機物およびバイオフィードストックのガス化における反応器およびアグリゲート（構成部材）の冷却。
例えば、アフターバーナーによる、排ガス焼却を含む、焼却プラントにおけるオーブンおよびアグリゲート（構成部材）の冷却、ならびに灰および鉱滓の冷却
原子力発電所における反応器およびアグリゲート（構成部材）の冷却
従来の火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート（構成部材）の冷却。
別の態様では、本発明は、以下の冷却のための、本発明による冷却用媒体の使用を提供
する。
高温環境における工業装置、
冶金用オーブン、およびそれらのアグリゲート（構成部材）、
ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
有機物およびバイオフィードストックのガス化における反応器およびアグリゲート（構成部材）の冷却、
焼却プラントにおけるオーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
原子力発電所における反応器およびアグリゲート（構成部材）、
従来の火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート（構成部材）。
１２００℃の一定温度の小型冶金用オーブン中で、５ｋｇの溶融銅を維持した。冶金学の分野における専門家に公知のすべての専門的な事前注意を考慮した（例えば、換気フード、耐火安全衣類およびヘルメット、耐火カーテンなど）。イオン性液体の試験流体は、銅溶融物中に入っている１／４’’ステンレス鋼製キャピラリーによって１ｍｌ／ｓの一定流量でポンプ注入された。爆発反応が起きる可能性に関して最悪の位置である、るつぼの底の真上の溶融銅に、鋼製キャピラリーの出口を挿し入れた。この実験は、冶金学の専門家チームによって撮影して観察した。とりわけ銅溶融物のスパッタリング、爆発的反応性、および火炎体積に、かれらの視覚的および聴覚的な注意を集中した。以下の数値により評価した、これらのパラメーター：
反応性：０〜５
０＝スパッタリング、ガス発生、または爆発的な蒸発は観察されない。
５＝非常に深刻なスパッタリング、ガス発生、または爆発的な蒸発がある。
火炎体積：０〜５
０＝火炎は観察されない。
５＝非常に大きな火炎体積。
ベンチマーク：鉱物油「Ｃａｓｔｒｏｌ ＨＤＸ」は、表を参照されたい。
結果：
以下の表１において、イオン性液体の組成、それらの全式（ｓｕｍ ｆｏｒｍｕｌａ）、ガス状燃焼生成物を形成し得る炭素原子「Ｃ」、水素原子「Ｈ」および他の原子「Ｚ」の重量％での含有量計算値、熱天秤により測定した（ＤＩＮ５１００７による）、空気中
での分解に対するＴ開始温度、引火点（ＤＩＮ ＩＳＯ２５９２による）、ならびに反応性（ＲＡ）および火炎体積（ＦＶ）に関する評価。列挙した個々の重量％は、組成物の総ｍｏｌ重量に基づいている。Ｚ＝ガス状燃焼生成物を形成する他の原子、例えばＮ、Ｓ、Ｆ、ＣｌであるがＯは除く。ＥＭＩＭは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムであり、ＢＭＩＭは、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムである。
Figure 0006559167
上の表１における結果は、いくつかのイオン性液体に関する結果を示しており、これらのイオン性液体は、それらの非常に高い熱分解点／引火点および低い融点により選択され
たものであった（融点が３４〜３５℃のＥＭＩＭ−メタンスルホン酸イオンおよびＢｍｉｍ−オクチル硫酸イオンを除き、すべて室温で液体である）。表１から、反応性ＲＡ、および火炎体積ＦＶは、ガス状燃焼生成物を形成する他の原子の含有量が上昇している場合でさえも、水素含有量の低下に伴って低下していることは明白である。さらに、水素含有量９．２６％のものは、水素含有量が８．５％未満である本発明の化合物とＲＡおよびＦＶに関して明確な違いを示していることが分かる。例えば、反応性ＲＡは、水素含有量が８．５％を超える（９．２６％）化合物の３．５から、本発明のイオン性液体の少なくとも３（約１４％の低下）から１（約７１％の低下）まで低下している。同様に、火炎体積は、水素含有量が８．５％を超える（９．２６％）化合物の３．５から、本発明のイオン性液体の少なくとも２（約４３％の低下）から１（約７１％の低下）まで低下している。
下記のリストにおいて、イオン性液体に関する先行技術を列挙する。
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・Zhang, M. M.; Reddy, R. G.; Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Section C: Mineral Processing and Extractive Metallurgy (2010), 119(2),
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・Nieto de Castro, Carlos A.; Langa, Elisa; Morais, Ana L.; Lopes, Manuel L. Matos; Lourenco, Maria J. V.; Santos, Fernando J. V.; Santos, M. Soledade C. S.; Lopes, Jose N. Canongia; Veiga, Helena I. M.; Macatrao, Mafalda; et al; Fluid Phase Equilibria (2010), 294(1-2), 157-179.
・Szarvas, Laszlo; Gerhard, Dirk; Oehlenschlaeger, Steffen; Alemany, Aurelie; Ger. Offen. (2010), DE 102009051087 A1 20100506
・Franca, Joao M. P.; Nieto de Castro, Carlos A.; Matos Lopes, Manuel; Nunes, Valentim M. B.; Journal of Chemical & Engineering Data (2009), 54(9), 2569-2575.
・Zhang, Mingming; Reddy, Ramana G.; ECS Transactions (2007), 2(28, Energy Systems for the Twenty-First Century: Opportunities for Application of Solar, and Conversion Technologies), 27-34.
・Van Valkenburg, Michael E.; Vaughn, Robert L.; Williams, Margaret; Wilkes, John S.; Thermochimica Acta (2005), 425(1-2), 181-188.
・Olbert, Gerhard; Mattke, Torsten; Fiene, Martin; Huttenloch, Oliver; Hammon, Ulrich; Ger. Offen. (2004), DE 10316418 A1 20041021
・Van Valkenburg, Michael E.; Vaughn, R. Larry; Williams, Margaret; Wilkes, John
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Claims (16)

  1. 工業装置を冷却するための冷却用媒体の使用であって、
    前記冷却用媒体は、水素原子含有量が０重量％〜８．５重量％のイオン性液体を含み、
    前記工業装置は、５００℃〜２０００℃の温度を有し、
    前記イオン性液体は溶融物に接触するか、技術的不備の場合に溶融物に接触する、冷却用媒体の使用。
  2. 前記イオン性液体の水素原子含有量が０重量％〜７重量％である、請求項１に記載の冷却用媒体の使用。
  3. 前記イオン性液体の水素原子含有量が０重量％〜６．５重量％である、請求項１または２に記載の冷却用媒体の使用。
  4. 前記イオン性液体が、ＤＩＮ ＩＳＯ２５９２に従って測定される、少なくとも２００℃の引火点を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  5. 前記イオン性液体が、ＤＩＮ ＩＳＯ２５９２に従って測定される、少なくとも２５０℃の引火点を有する、請求項４に記載の冷却用媒体の使用。
  6. 前記イオン性液体が、４０℃以下の融点を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  7. 前記イオン性液体が、−２０℃以下の融点を有する、請求項６に記載の冷却用媒体の使用。
  8. 前記イオン性液体の陽イオンが、アンモニウム、ホスホニウム、ピリジニウム、ピロリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリニウム、（ベンゾ）イミダゾリウム、またはピラゾリウムから選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  9. 前記イオン性液体の陽イオンが、Ｃ１〜Ｃ４アルキル、パーフルオロＣ１〜Ｃ４アルキルにより、および／またはシアノにより場合により独立して置換されている、イミダゾリウム、ベンゾイミダゾリウムまたはホスホニウムから選択される、請求項８に記載の冷却用媒体の使用。
  10. 前記イオン性液体の陰イオンがヘテロ元素を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  11. 前記イオン性液体の陰イオンが、３個以下の水素原子を含有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  12. 前記イオン性液体の陰イオンが、ジエチルリン酸イオン、トリフェニルリン酸イオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオルメタンスルホン酸イオン、メチル硫酸イオン、エチル硫酸イオン、ＳｉＦ6 2-、テトラクロロ鉄酸イオン（ＩＩＩ）、および／またはテトラフルオロホウ酸イオンから選択される、請求項１０または１１に記載の冷却用媒体の使用。
  13. 前記冷却溶媒が、無機陽イオン、および有機または無機陰イオンを有する、溶解している塩をさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  14. 前記冷却溶媒が、溶解している難燃剤をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  15. 前記イオン性液体の陰イオンが、水素不含である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の冷却用媒体の使用。
  16. 冷却用媒体の使用であって、
    前記冷却用媒体は、水素原子含有量が０重量％〜８．５重量％のイオン性液体を含み、
    前記イオン性液体は溶融物に接触するか、技術的不備の場合に溶融物に接触し、
    冶金用オーブン、およびそれらのアグリゲート（構成部材）、
    ガラスおよびセラミック製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
    セメント製造産業における、オーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
    焼却プラント中のオーブンおよびアグリゲート（構成部材）、
    原子力発電所における反応器およびアグリゲート（構成部材）、または
    火力発電所における燃焼チャンバおよびアグリゲート（構成部材）
    を冷却するための冷却用媒体の使用。
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