JP7073421B2 - シス-1,2-ジフルオロエチレンを含む組成物 - Google Patents
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Description
1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、2-クロロ-1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133b)、1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-123)、1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、フルオロメタン(HFC-41)、クロロジフルオロメタン(HCFC-22)、エチレン、アセチレン、1-クロロ-1,2-ジフルオロエタン(HCFC-142a)、1,1,2-トリフルオロエチレン(HFO-1123)、フルオロエチレン(HFO-1141)、1,1-ジフルオロエチレン(HFO-1132a)及び1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物と
を含む組成物。
項2.前記HFO-1132(Z)と前記追加的化合物との合計100質量%に対して、前記追加的化合物を合計で10質量%以下含有する、項1に記載の組成物。
項3.前記HFO-1132(Z)と前記追加的化合物との合計100質量%に対して、前記追加的化合物を合計で1質量%以下含有する、項1又は2に記載の組成物。
項4.シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))を含む組成物であって、前記組成物は、
シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))と、
トランス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、2-クロロ-1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133b)、1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-123)、1,1-ジフルオロエタン(HFC-152a)、1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)、フルオロエタン(HFC-161)、1,1,1-トリフルオロエタン(HFC-143a)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC-134a)、ジフルオロメタン(HFC-32)、ペンタフルオロエタン(HFC-125)、フルオロメタン(HFC-41)、クロロジフルオロメタン(HCFC-22)、エチレン、プロピレン、アセチレン、1-クロロ-1,2-ジフルオロエタン(HCFC-142a)、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze)、1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye)、1,1,2-トリフルオロエチレン(HFO-1123)、フルオロエチレン(HFO-1141)、1,1-ジフルオロエチレン(HFO-1132a)、1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122)及び1-クロロ-1,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122a)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物とを含み、
前記HFO-1132(Z)と前記追加的化合物との合計100質量%に対して、前記追加的化合物を合計で1質量%未満含有する組成物。
項5.共沸又は共沸様組成物である、項1~4のいずれか一項に記載の組成物。
項6.項1~5のいずれか一項に記載の組成物の、熱移動媒体、発泡剤又は噴射剤としての使用。
本明細書において用語「冷媒」には、ISO817(国際標準化機構)で定められた、冷媒の種類を表すRで始まる冷媒番号(ASHRAE番号)が付された化合物が少なくとも含まれ、さらに冷媒番号が未だ付されていないとしても、それらと同等の冷媒としての特性を有するものが含まれる。冷媒は、化合物の構造の面で、「フルオロカーボン系化合物」と「非フルオロカーボン系化合物」とに大別される。「フルオロカーボン系化合物」には、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)、ハイドロクロロフルオロオレフィン(HCFO)、クロロフルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HCFC)及びハイドロフルオロカーボン(HFC)等が含まれる。「非フルオロカーボン系化合物」としては、プロパン(R290)、プロピレン(R1270)、ブタン(R600)、イソブタン(R600a)、二酸化炭素(R744)及びアンモニア(R717)等が挙げられる。
本明細書においては、これら三態様のうち、(2)の組成物のことを、冷媒そのもの(冷媒の混合物を含む)と区別して「冷媒組成物」と表記する。また、(3)の冷凍機用作動流体のことを「冷媒組成物」と区別して「冷凍機油含有作動流体」と表記する。
第二の類型として、第二の冷媒を用いて運転するために設計された機器を、第一の冷媒の既存用途と同一の用途のために、第二の冷媒を搭載して用いることも、用語「代替」に含まれる。この類型は、同一の用途を、冷媒を「代替」して提供することを指す。
1.1 追加的化合物
本開示では、シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))と、これに加えて、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、2-クロロ-1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133b)、1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-123)、1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、フルオロメタン(HFC-41)、クロロジフルオロメタン(HCFC-22)、エチレン、アセチレン、1-クロロ-1,2-ジフルオロエタン(HCFC-142a)、1,1,2-トリフルオロエチレン(HFO-1123)、フルオロエチレン(HFO-1141)、1,1-ジフルオロエチレン(HFO-1132a)及び1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物(以下、追加的化合物1ともいう)とを含む組成物(以下、第1の組成物ともいう)が開示される。
上記第1の組成物は、従来から用いられる冷媒(R22、R12、R32、R134a、R410A、R407C、R404A、R507A、R502等)と比べて、地球温暖化係数(GWP)が低く、同等又はそれ以上の成績係数(COP)及び冷凍能力を有する。そのため、上記第1の組成物は、従来から用いられる上記冷媒の代替品等として有用であり、特にHFC-134aの代替品等として好ましく使用できる。
また、第1の組成物は、追加的化合物1の合計の含有量を10質量%以下にすると、従来から用いられる上記冷媒と比べて、よりGWPが低く、同等又はそれ以上のCOP及び冷凍能力を有し、好ましい。
上記第2の組成物は、従来から用いられる上記冷媒と比べて、GWPが低く、同等又はそれ以上のCOP及び冷凍能力を有する。そのため、上記第2の組成物は、従来から用いられる上記冷媒の代替品等として有用であり、特にHFC-134aの代替品等として好ましく使用できる。
また、第2の組成物は、追加的化合物2の合計の上記含有量においても、従来から用いられる上記冷媒と比べて、GWPが低く、同等又はそれ以上のCOP及び冷凍能力を有する。
本開示の組成物は、好ましくは共沸又は共沸様組成物である。これらの共沸又は共沸様組成物は、HFO-1132(Z)と追加的化合物との混合物において、追加的化合物をHFO-1132(Z)から分離する共沸蒸留を行う際に重要な組成物となりうる。
例えば、HFO-1132(Z)と追加的化合物とを含む共沸又は共沸様組成物を、HFO-1132(Z)と追加的化合物とを少なくとも含む組成物から共沸蒸留によって抜き出すことによって、追加的化合物をHFO-1132(Z)から分離することができる。
また、追加的化合物の種類、温度及び圧力等に応じて、HFO-1132(Z)と追加的化合物との合計100質量%に対して、HFO-1132(Z)を必要量含むときに共沸組成物となる。
本開示の組成物は、低いGWPと十分な安定性を有し、熱移動媒体として用いることができる。また、本開示の組成物は、従来から用いられる冷媒と比べて、より低いGWPを有し、同等又はそれ以上のCOP及び冷凍能力を有する。そのため、本開示の組成物を、熱移動媒体に用いる場合、従来から用いられる冷媒である、R22、R12、R32、R134a、R410A、R407C、R404A、R507A、R502等の冷媒を代替する、冷媒、又は冷媒の成分としても好適に使用しうる。
本開示の冷媒組成物を、冷凍機における作動流体として使用するに際しては、通常、少なくとも冷凍機油と混合して用いられる。したがって、本開示の冷媒組成物は、好ましくは冷凍機油を実質的に含まない。具体的には、本開示の冷媒組成物は、組成物全体に対する冷凍機油の含有量が好ましくは0~1質量%であり、より好ましくは0~0.1質量%である。
本開示の冷媒組成物は、トレーサーとして、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
トレーサーとしては、特に限定されず、一般に用いられるトレーサーの中から適宜選択することができる。
トレーサーとしては、例えば、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロカーボン、フルオロカーボン、重水素化炭化水素、重水素化ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、フルオロエーテル、臭素化化合物、ヨウ素化化合物、アルコール、アルデヒド、ケトン、亜酸化窒素(N2O)等が挙げられる。トレーサーとしては、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロカーボン、フルオロカーボン及びフルオロエーテルが特に好ましい。
FC-14(テトラフルオロメタン、CF4)
HCC-40(クロロメタン、CH3Cl)
HFC-23(トリフルオロメタン、CHF3)
HFC-134(1,1,2,2-テトラフルオロエタン、CHF2CHF2)
HFC-245fa(1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、CF3CH2CHF2)
HFC-236fa(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CH2CF3)
HFC-236ea(1,1,1,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン、CF3CHFCHF2)
HFC-227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、CF3CHFCF3)
HCFC-31(クロロフルオロメタン、CH2ClF)
CFC-1113(クロロトリフルオロエチレン、CF2=CClF)
HFE-125(トリフルオロメチル-ジフルオロメチルエーテル、CF3OCHF2)
HFE-134a(トリフルオロメチル-フルオロメチルエーテル、CF3OCH2F)
HFE-143a(トリフルオロメチル-メチルエーテル、CF3OCH3)
HFE-227ea(トリフルオロメチル-テトラフルオロエチルエーテル、CF3OCHFCF3)
HFE-236fa(トリフルオロメチル-トリフルオロエチルエーテル、CF3OCH2CF3)
紫外線蛍光染料としては、特に限定されず、一般に用いられる紫外線蛍光染料の中から適宜選択することができる。
紫外線蛍光染料としては、例えば、ナフタルイミド、クマリン、アントラセン、フェナントレン、キサンテン、チオキサンテン、ナフトキサンテン及びフルオレセイン、並びにこれらの誘導体が挙げられる。紫外線蛍光染料としては、ナフタルイミド及びクマリンのいずれか又は両方が特に好ましい。
安定剤としては、特に限定されず、一般に用いられる安定剤の中から適宜選択することができる。
安定剤としては、例えば、ニトロ化合物、エーテル類及びアミン類等が挙げられる。
ニトロ化合物としては、例えば、ニトロメタン及びニトロエタン等の脂肪族ニトロ化合物、並びにニトロベンゼン及びニトロスチレン等の芳香族ニトロ化合物等が挙げられる。
エーテル類としては、例えば、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
アミン類としては、例えば、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピルアミン、ジフェニルアミン等が挙げられる。
その他にも、ブチルヒドロキシキシレン、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
安定剤の含有割合は、特に限定されず、冷媒組成物全体に対して、通常、0.01~5質量%とすることが好ましく、0.05~2質量%とすることがより好ましい。
重合禁止剤としては、特に限定されず、一般に用いられる重合禁止剤の中から適宜選択することができる。
重合禁止剤としては、例えば、4-メトキシ-1-ナフトール、ヒドロキノン、ヒドロキノンメチルエーテル、ジメチル-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
重合禁止剤の含有割合は、特に限定されず、冷媒組成物全体に対して、通常、0.01~5質量%とすることが好ましく、0.05~2質量%とすることがより好ましい。
冷凍機油としては、特に限定されず、一般に用いられる冷凍機油の中から適宜選択することができる。その際には、必要に応じて、前記混合物との相溶性及び前記混合物の安定性等を向上する作用等の点でより優れている冷凍機油を適宜選択することができる。
冷凍機油の基油としては、例えば、ポリアルキレングリコール(PAG)、ポリオールエステル(POE)及びポリビニルエーテル(PVE)からなる群より選択される少なくとも一種が好ましい。
冷凍機油として、40℃における動粘度が5~400 cStであるものが、潤滑の点で好ましい。
本開示の冷凍機油含有作動流体は、相溶化剤として、一種を単独で含有してもよいし、二種以上を含有してもよい。
相溶化剤としては、特に限定されず、一般に用いられる相溶化剤の中から適宜選択することができる。
相溶化剤としては、例えば、ポリオキシアルキレングリコールエーテル、アミド、ニトリル、ケトン、クロロカーボン、エステル、ラクトン、アリールエーテル、フルオロエーテル及び1,1,1-トリフルオロアルカン等が挙げられる。相溶化剤としては、ポリオキシアルキレングリコールエーテルが特に好ましい。
本開示の組成物は、低いGWPと十分な安定性を有し、発泡剤として用いることができる。本開示の組成物を発泡剤として用いると、従来の発泡剤よりも低いGWPを有するものとなる。
併用し得る他の発泡剤としては、特に限定されないが、例えばHFC227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン)、HCFO-1233zd(1-クロロ-3,3,3-トリフルオロプロペン)等のハロゲン化炭化水素;空気、窒素、炭酸ガス等の不活性ガス等が挙げられる。
水の含有割合は、組成物全体(100質量%)に対して、通常60質量%以下程度である。この範囲内とすることによって、より確実に高断熱性発泡体を製造することができる。
分解抑制剤の含有割合は、分解抑制剤の種類等に応じて適宜設定することができるが、組成物全体(100質量%)に対して、通常0.05~5質量%程度である。
本開示の組成物は、低いGWPと十分な安定性を有し、噴射剤として用いることができる。本開示の組成物を噴射剤として用いると、従来の噴射剤よりも低いGWPを有するものとなり、地球温暖化に実質的に寄与しない噴射剤を提供することができる。
他の化合物としては、特に限定されないが、例えば、HFC227ea(1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン)等が挙げられる。
本開示では、上記の組成物を利用したこれらの成分の分離方法も開示される。
例えば、HFO-1132(Z)と追加的化合物とを含む共沸又は共沸様組成物を、HFO-1132(Z)と追加的化合物とを少なくとも含む組成物から共沸蒸留によって抜き出すことによって、追加的化合物をHFO-1132(Z)から分離することができる。
HFO-1132(Z)と追加的化合物を含む組成物の実施例を表1~2に示す。
表中、組成は、各化合物の質量比を示す。
GWPは、IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)第5次報告書の値(100年値)に基づいて評価した。HFO-1132(E)、HFO-1132(Z)等、一部のHFOについてのGWPはそこに記載はないが、HFO-1132a(GWP=1以下)、HFO-1123とともに、そのGWPを1と想定した。
成績係数(COP)及び冷凍能力は、従来の冷媒HFC-134aと比較した。
COP及び冷凍能力は、冷凍サイクル条件(蒸発温度10℃、凝縮温度45℃、過熱度5℃、過冷却度5℃、圧縮効率70%)を用いて計算して求めた。物性モデルにはPeng-Robinsonを使用した。
Claims (4)
- シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))と、
1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、2-クロロ-1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133b)、1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-123)、1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、フルオロメタン(HFC-41)、クロロジフルオロメタン(HCFC-22)、エチレン、アセチレン、1-クロロ-1,2-ジフルオロエタン(HCFC-142a)、1,1,2-トリフルオロエチレン(HFO-1123)、フルオロエチレン(HFO-1141)、1,1-ジフルオロエチレン(HFO-1132a)及び1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物とを含み、
前記HFO-1132(Z)と前記追加的化合物との合計100質量%に対して、前記追加的化合物を合計で1質量%以下含有する組成物。 - シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))を含む組成物であって、前記組成物は、
シス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(Z))と、
トランス-1,2-ジフルオロエチレン(HFO-1132(E))、1-クロロ-1,1,2-トリフルオロエタン(HCFC-133)、2-クロロ-1,1,1-トリフルオロエタン(HCFC-133b)、1,1-ジクロロ-2,2,2-トリフルオロエタン(HCFC-123)、1,1-ジフルオロエタン(HFC-152a)、1,2-ジフルオロエタン(HFC-152)、フルオロエタン(HFC-161)、1,1,1-トリフルオロエタン(HFC-143a)、1,1,2-トリフルオロエタン(HFC-143)、1,1,1,2-テトラフルオロエタン(HFC-134a)、ジフルオロメタン(HFC-32)、ペンタフルオロエタン(HFC-125)、フルオロメタン(HFC-41)、クロロジフルオロメタン(HCFC-22)、エチレン、プロピレン、アセチレン、1-クロロ-1,2-ジフルオロエタン(HCFC-142a)、3,3,3-トリフルオロプロペン(HFO-1243zf)、2,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234yf)、1,3,3,3-テトラフルオロプロペン(HFO-1234ze)、1,2,3,3,3-ペンタフルオロプロペン(HFO-1225ye)、1,1,2-トリフルオロエチレン(HFO-1123)、フルオロエチレン(HFO-1141)、1,1-ジフルオロエチレン(HFO-1132a)、1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122)及び1-クロロ-1,2-ジフルオロエチレン(HCFO-1122a)からなる群より選ばれる少なくとも1種の追加的化合物とを含み、
前記HFO-1132(Z)と前記追加的化合物との合計100質量%に対して、前記追加的化合物を合計で0.1質量%以下含有する組成物。 - 共沸又は共沸様組成物である、請求項1又は2に記載の組成物。
- 請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物の、熱移動媒体、発泡剤又は噴射剤としての使用。
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