JPH05504952A - 1,1,1,2―テトラフルオロエタン及びジメチルエーテルの共沸組成物 - Google Patents
1,1,1,2―テトラフルオロエタン及びジメチルエーテルの共沸組成物Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
1、1、1、2ーテトラフルオロエタン及びジメチルエーテルの共沸組成物
発明の背景
本発明は、1,1,1.2−テトラフルオロエタン(HFC−134a)とジメ
チルエーテル(DME)の混合物に関する。そのような混合物は、冷却剤、熱伝
達媒体、ガス状誘電体、発泡剤、エアゾール噴射剤、及び動力サイクル作業流体
として有用である。これらの混合物は、大容積の産業用冷却剤であるジクロロジ
フルオロメタン(CF C−12)のための、潜在的に安全な代用品である。
閉気孔ポリウレタンフォームは、建造物の絶縁のため、及びエネルギー効率のよ
い電気的用途に広く使用されている。
建築産業において、ポリウレタン(ポリイソシアヌレート)のボードストックは
、その絶縁性能及び負荷支持性能のため、屋根や壁に使用されている。注型され
た、又は吹き付けられたポリウレタンフォームも、建築に使用されている。吹き
付けられたポリウレタンフォームは、貯蔵タンクのような絶縁外大構造体のため
に広く使用されている。現場注型されたポリウレタンフォームは、例えば冷蔵庫
や冷凍機のような用途に使用されるとともに、冷蔵トラックや冷蔵貨車を作る上
で使用されている。
これらの種々の型のポリウレタンフォームは、その製造に膨張剤(発泡剤)を必
要とする。絶縁フオームは、ポリマーを発泡させるためだけでなく、主として絶
縁値のための非常に重要な特性である低い蒸気熱伝導率のために、l\ロカーボ
ン発泡剤の使用に依存する。歴史的に、ポリウレタンフォームは、主要な発泡剤
としてのCFC−11(CFC13)により作られる。
絶縁フオームの第2の重要な型は、フェノールフオームでクロo−1,2,2−
トリフルオロエタン)発泡剤により作られる。
絶縁フオームの第3の型は、熱可塑性フオーム、主としてポリスチレンフオーム
である。ポリオレフィンフオーム(ポリエチレン及びポリプロピレン)は、包装
に広く使用されている。これらの熱可塑性フオームは、一般にCFC−121こ
より作られる。
多(の冷却の用途、例えば冷蔵庫及び自動車のエアコンは、現在、冷却剤として
CFC−12を使用している。HFC−134aは、CFC−12の潜在的代替
物として確認され、CFC−12に近い特性を有し、ゼロの一オゾン破壊性を有
すルギー消費の増加をもたらしてしまう。
家庭用、個人用、又は産業用に設計された多くの製品力(エアゾール製品として
利用されている。そのような製品、及び剤、パンスプレー、室内清新剤、家庭用
殺虫剤のような家庭用品、クリーナー、潤滑剤、離型剤のような産業用品、クリ
ーナー及び光沢剤のような自動車用品を含む。そのような製品のすべては、容器
から活性成分を追い出すために、噴射ガス又は噴射ガス混合物(即ち、噴射ガス
系)を利用する。この目的のため、多くのエアゾールは気化し、エアゾール容器
のバルブを押した際に活性成分を推進するための圧力を提供する液化ガスを採用
する。
エアゾール製品を施すことに関連する重要な物理特性は、混合物を収容するエア
ゾールカン又はガスシリンダーのバルブに圧力計を接続することにより、測定す
ること・が可能である。米国エアゾール産業の蒸気圧の測定基準は、通常70″
F(21℃)の定温の気液/混合物で、ポンド/平方インチゲージ圧(p s
i g)である。エアゾール噴射剤として最も広く採用されている液化されたガ
スの蒸気圧は、70°F(21℃)で約2O−90ps ig (138−62
1kPa)の紘囲にわたって変化するであろう。
1970年代の初めに、成屓圏のオゾン層(地球の大気に紫外線が侵入するのを
防止する)が、完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンの放出で大気に
導入された塩素原子により消耗していることに、関心が持たれ始めた。これらの
クロロフルオロカーボンは、エアゾールの噴射剤として、フオームの発泡材とし
て、冷却材として、洗浄/溶媒系として使用されている。オゾン消耗理論による
と、完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンの大きな化学的安定性のた
め、これらの混合物は大気中で分解せず、成層圏に達し、そこで徐々に分解して
オゾンと反応する塩素原子を放出する。
関心度は、1978年に、米国環境保護局(EPA)が、エアゾールの噴射剤と
しての完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンの不必要な使用を禁止す
るレベルにまで達した。この禁止令(例示された使用を除く)は、米国において
クロロフルオロカーボン噴射剤から主として炭化水素噴射剤への急激な移行をも
たらした。しかし、他の国はこのエアゾールの禁止において米国に加わらなかっ
たので、最終結果は、エアゾールにおけるクロロフルオロカーボンの使用を米国
から移すが、結局、世界的にはトータルのクロロフルオロカーボンの製造を減少
することにはならなかった。事実、ここ数年、世界におけるクロロフルオロカー
ボンのトータル量は、1978年(米国禁止令の前)の生産されたレベルを越え
ている。
1978〜1987年の間、オゾン消耗理論を研究するために多くの研究が行わ
れてきた。大気の化学の複雑さのため、この理論に関する多くの疑問が解決され
ないままであった。
しかし、この理論が有効であるとすると、オゾン層の消耗から生ずる健康に対す
る危険は無視出来ない。このことは、世界のクロロフルオロカーボンの生産が増
加しているという事実とともに、クロロフルオロカーボンの使用を減少させる世
界的な努力を生じた。特に、1987年9月に、環境問題に関する国際同盟(U
NEO)は、完全にハロゲン化されたクロロフルオロカーボンの世界の製造を1
998年までに50%削減することを要求する仮の提案を行った。この提案は、
1989年の1月に批准され、1989年の6月に有効となった。
CFC−11、CFC−12、およびCFC−113のような完全にハロゲン化
されたクロロフルオロカーボンの利用の削減の提案のため、それに代わる、より
環境に受け入れられる製品が緊急に必要とされる。
オゾン消耗理論が最初に出現した1970年代には、完全にハロゲン化されたク
ロロフルオロカーボンに水素を導入することが、これらの化合物の化学的安定性
を顕著に減少させることが知られていた。そのため、これらの不安定化した化合
物は、大気中で分解し、成層圏及びオゾン層に到達し、ないことが予想される。
以下の表は、種々の完全に及び部分的にハロゲン化されたハロカーボンのオゾン
消耗性のリストである。この表には、ハロカーボンによる地球の温暖化の可能性
データ(赤外線を反射して地球に戻し、それによって地球の表面温度を上げる可
能性)もまた示されている。
発泡剤 オゾンの消耗性 の可能性
CFC−111,01,0
(CF2C13)
CFC−121,02,8
(CF2C12)
HCFC−220,050,3
(C)(F2CI)
HCFC−1230,020,02
(CF3CH2F2)
HCFC−1240,02−0,09
(CF2C121)
HCFC−134a 0 0.3
(CF3CH2F)
HCFC−141b O,10,09
(CFC12CH3)
HCFC−142b O,060,3
(CF (IcH3)
HCFC−152a 0 0.03
(CHF2CH3)
CFC−1130,81,4
HCFC−134aのようなハロカーボンは、ゼロのオゾン消耗性を有する。ハ
ロゲン自社を有しないジメチルエーテルしまた、ゼロのオゾン消耗物質である。
1.1,1.2−テトラフルオロエタンは、冷却剤、エアゾール噴射剤、又は発
泡剤としての用途を有しているが、共沸混合物が、ポリマー及び冷却剤のオイル
溶解性のような改良された特性を有する、より経済的な非分留系を生成する可能
性を提供する。
従来技術でも認めているように、共沸混合物の形成を予想することは困難である
。
この事実は、明らかに、この技術において用途を有する新規な共沸混合物の調査
を複雑にしている。それにもかかわらず、望ましい特性を有、する新規な共沸組
成物を発見するための一定の努力がある。
発明の要旨
本発明により、1. 1. 1. 2−テトラフルオロエタン(RFC−134
a)とジメチルエーテル(DME)とから実質的に構成される共沸及び他の混合
物が発見された。本発明に含まれる混合物は、22℃で50重量%のRFC−1
322℃で、約45−55重量%の1. 1. 1.2−テトラフルオロエタン
と、約55−4’ljt%のDMEとから基本的に構成される。
この議論を行なう上で、共沸又は定沸とは、はぼ共沸又はほぼ定沸をも意味する
。言い換えれば、上述のように真の共沸物だけでなく、種々の組成で同一の成分
を含む他の組成物をもこれらの用語の意味に含まれる。他の組成物とは、他の温
度での真の共沸物、及び同一の共沸系の一部、及びそれらの特性において共沸物
様である同等の組成物である。この技術分野においてよく認められているように
、共沸混合物と同一の組成を含む組成物の範囲がある。それらは、冷却及び他の
用途と実質的に等しい特性を示すだけでなく、沸騰により分離又は分留しないよ
うな定沸特性により、真の共沸混合物と基本的に等しい特性を示すものである。
本発明の共沸組成物は、他の用途の中で、冷却剤、発泡剤、及びエアゾールの噴
射剤として有用である。それらは、1゜0のオゾン消耗性を有するCFC−12
に対し、ゼロのオゾン消耗性を存する。それらは、市販されている冷却剤である
CFC−12に近い蒸気圧を示し、かつHFc−134aのみよりも良好なエネ
ルギー効率性能を有することにおいて、冷却剤として特に適切である。
HFC−134aとDMEの混合物は、不燃性であるように配合されてもよい。
そのため、本発明の組成物の中には、0.5〜9.0重量%のDMEと91.0
〜99.5重量%のRFC−134aを含む不燃性組成物もまた含まれる。
本発明の他の態様は、本発明の冷却剤組成物(4’0. 0−99、 5ffi
ff1%のHFC−134a及び0. 5−60. 0Ttlr量%のDME)
を凝縮させる工程、及びその後にそれを冷却されるべき物体の付近で蒸発させる
工程を具備する冷却方法である。同様に、本発明の更に他の態様は、本発明の冷
却剤を冷却されるべき物体の付近で凝縮させる工程、及びその後に冷却剤を蒸発
させる工程とを具備する方法である。
好ましくは、加熱及び冷却の用途においては、不燃性組成物は少なくとも約91
.0重量%のRFC−134aを含有するのがよい。
これらの共沸組成物は、エアゾールスプレー、例えば室内清新剤のための噴射剤
として有用である。共沸混合物は、噴射剤が除去される蒸気タップバルブを備え
たエアゾール容器に使用されるときに、少なくとも一部の気相を分離又は分留し
ないので、特に魅力がある。
それ故、本発明は、活性成分と本発明の共沸組成物を含み、上記成分を混合する
ことによりそのような組成物を作るプロセスを包含するものである。
HFC−134a/DME共沸及び定沸の共沸様組成物は、優れたポリマー発泡
剤である。ジメチルエーテル成分は、予想外にもポリウレタン、フェノール、及
びポリスチレンフオームに、低溶解性のRFC−134aを溶解し、優れた絶縁
フオームを生ずる。一度フオーム中に溶解すると、RFC−1348絶縁ガスは
、フオームから拡散しない。
本発明の新規な共沸組成物は、相の研究中に発見された。
その研究では、組成を変化させ、蒸気圧が測定された。共沸組成物は、22℃(
±5重量%)で50重重量のRFC−134aと50重量%のDMEである、蒸
気圧濃度プロットの最小点において生じた。共沸混合物は、HFC−134aで
は−26,5℃、DMEでは−24,6℃であるのに比較して−22,7℃の大
気圧沸点を有する。
“基本的に・・・・・・から構成される共IJIS組成物”なる表現は、同一の
温度で蒸留する他の化合物との組合せで、本発明のすべての成分を生成するであ
ろう。
9、 5ffijit%のHFC−134aを含み、残りはDMEであ“化学及
び物理のノ1ンドブツク”第50版、第D−163頁コン及びヒートポンプを含
む圧縮サイクル用途に有用である。
新しい冷却混合物は、米国特許第4,482.465号の記載された冷却用途に
使用可能である。
上述のように、好ましい2成分1,1,1.2−、テトラフルオaメタン/DM
E組成物は、基本的に不燃性である。
不燃性とは、“ガス及び蒸気の燃焼の制限”Bulletin 503,11、
F、 Cowlrd、tf gl、、 Wxshialoa、 υ、S、hrr
xu of Mines、1952に記載されているように、スパーク発火器に
供されたときに空気中で燃焼しないガス混合物を意味する。
本発明のRFC−134a/DME共沸混合物は、70’F(21℃)で約58
ps i g (400kPa)の蒸気圧を有する。この蒸気圧の範囲は、共沸
混合物を魅力的なものとし、エアゾール噴射剤として有用なものとする。
ポリスチレンのための優れた発泡剤であり、RFC−134タンポリオール中に
溶解可能であり、一方、RFC−134用いて、所望の量の成分を混合又は合わ
せることを含む通常って、以下の好ましい実施例は、単に本発明を例示するもの
であって、限定するものではない。
以上の記載及び以下の実施例において、温度はセ氏に補正されておらず、特に断
らない限り、すべての部及び%は重量部及び%である。
1.1,1.2−テトラフルオロエタン及びジメチルエーテルについて、相の研
究を行なわれる。その研究では、22℃でおいて、組成を変化させ、蒸気圧を測
定する。測定された最小蒸気圧によって証明されたように、共沸組成物が得られ
、50重思量の1,1,1.2−テトラフルオロエタンと50重量%のジメチル
エーテル(±5重量%)として同定される。
実施例2 ゛
ジクロロジフルオロメタン(CFC−12)と1. 1. 1゜2−テトラフル
オロエタン(RF C−134a)に対する本発明の混合物の冷却特性の評価を
下記表に示す。データは1トンベーステ、即ち、12,0OOBtu/hr (
12,66X106J/hr)の空間からの熱の除去について示されている。こ
のデータは、理想冷凍サイクルに基づいている。
表I
46%RFC−134s 90%RFC−134ICFC−12 RFC−13
4g 54%DME 10%DME蒸発器温度 35.0 35.0 35.0
35.0@F (’C) (1,67) (1,67) (1,67) (1
,67)蒸発器圧力 47.2 45.1 39.7 42.3psig(kP
a) 025) 、Dll) (274) (292)凝縮器温度 150.0
150.0 +50.0 150.0” F (’C) (65,6) (6
5,6) (65,6) (65,6)凝縮器圧力 249.5 274.9
239.6 261.4p露ig(kPx) (1717) (1B95) (
1652) (1802)気液熱交換’30.0 30.0 30.0 30.
0による過熱 (−1,1) (−1,1> (−1,1) (−1,1)動作
係数 2.96 2.8] 3.12 2.91圧縮器排気
3 ・
Fl /man/lon 4.44 4.55 4.56 4.61動作係数(
COP)は、冷凍器のエネルギー効率である。
上記条件により代表される冷凍サイクルのためには、(46−54)重量%HF
C−134a/DME組成物のCOPは、産業用冷凍標準品であるジクロロジフ
ルオロメタン(CFC−12)とHFC−134a (1,1,1,2−テトラ
フルオロエタン)の両方よりもかなり良好な性能を示している。
90/1Offi墓%のHFC−134a/DME混合物は、2.91のCOP
を有しており、これはCFC−12のそれに近く、RFC−134a単独よりも
良好である。
潤滑剤、防食剤、安定化剤、染料、及び他の適当な物質のような添加剤は、それ
らが組成物に悪影響を与えないならば、その目的とする用途に対し、様々な目的
のために、本発明の新規な組成物に添加してもよい。
実施例3
RFC’−134a/DME共沸混合物を用いて、エアゾール室内??剤を製造
した。その組成及び蒸気圧を表Hに示す。
表■
エアゾール室内??剤組成
RFC−134a/DME 98.0
70°F(21℃)
での蒸気圧 60.5
psig (kPa) (417)
実施例4
RFC−134a/DME共沸混合物の溶解度がポリウレタンポリオール中で決
定される。共沸混合物は30. O重ff1%で容易に溶解し、一方、RFC−
134aは不溶解である。
溶解度のデータを表■に示す。
RFC−134!30. 0 不溶解 2相RFC−n4!/DME 30.
O溶解 単−相*:芳香族ポリエステルポリオール
Sl+ptnpol (登録商標)PS−2852(Stepan社製)
実施例5
ポリスチレン片(約2.5cmの長さ、0.5cmの幅、0.5cmの厚さ)を
約50gの共沸混合物と合わせることにより、ポリスチレン中へのHF C−1
34a /DME共沸混合物の溶解度が決定される。HFC−134aは基本的
にポリスチレンへの溶解性がないが、HFC−134a/DME共溌混合物はポ
リスチレンを柔軟化し、変形する。そのデ−タを以下の表■に示す。
表■
ポリスチレン中へのRFC−134a/DMEIIFC−134*/DME ポ
リスチレンは柔軟化し、(46154) 変形する9
*:共沸混合物からポリスチレンを除去すると、溶解したRFC−134aから
発泡が生ずる。
実施例6
不燃性のため、HFC−134aとDMEの混合物の上の蒸気空間に必要とされ
るRFC−1348の量が決定される。
テストの条件及び効果を表Vにまとめる。
表V
RFC−134a/DMEの不燃性混合物着火源:3ミルの爆発用導線(110
ボルト)温度: 80℃ 150℃
不燃性に必要な 91重量%を 98重蓋%を零
RFC−134Mの量 越える 越える*:空気中のRFC−1B4a/DME
混合物において以上の実施例は、一般的に又は特別に記載された本発明の反応体
及び/又は操作条件を、これら実施例で用いたものと置換することにより、同様
に成功を繰り返すことが出来る。
以上の説明から、当業者は、本発明の特徴及び範囲を容易に確認するとこが出来
、様々な使用形態及び条件に適合させるために、本発明を種々変更及び修正する
ことが可能である。
要3・5M
1.1,1.2−テトラフルオロエタン及びジメチルエーテルの共d1:重合物
、及びその冷却剤、エアゾール噴射剤、及びポリマーフオーム発泡剤としての用
途。
国際調査報告
1・・・・・・・l−1・・′^””””” ” r/IIQQ+ /Ill”
1AA7Al2O2き
@Int、 CI−’ 識別記号 庁内整理番号力合衆国、ペンシルベニア州
19348、ケネット・スフウニウェスト・ロウカスト・レーン 210力合衆
国、プラウエア州 19807、グリーンビル、コンブレナル・ドライブ 10
90
Claims (23)
- 1.約45−55重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、約55− 45重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成される共沸組成物。
- 2.約40.0−99.5重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、 約0.5−60.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成される2成分 混合物。
- 3.約91.0−99.5重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、 約0.5−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成され、不燃性で ある請求項2に記載の2成分混合物。
- 4.約91.0−95.0重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、 約5.0−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成され、不燃性で ある請求項3に記載の2成分混合物。
- 5.請求項1に記載の共沸混合物を被冷却体の近傍で蒸発させる工程を具備する 冷却方法。
- 6.請求項2に記載の共沸混合物を被冷却体の近傍で蒸発させる工程を具備する 冷却方法。
- 7.前記混合物は、約91.0−99.5重量%の1,1,1,2−テトラフル オロエタンと、約0.5−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成 される請求項6に記載の方法。
- 8.前記混合物は、約91.0−95.0重量%の1,1,1,2−テトラフル オロエタンと、約5.0−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構成 され、不燃性である請求項6に記載の方法。
- 9.請求項1に記載の組成を有する冷却剤を、被過熱体の近傍で凝縮させる工程 を具備する熱生成方法。
- 10.請求項2に記載の組成を有する冷却剤を、被過熱体の近傍で凝縮させる工 程を具備する熱生成方法。
- 11.前記冷却剤は、約91.0−99.5重量%の1,1,1,2−テトラフ ルオロエタンと、約0.5−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構 成される請求項10に記載の方法。
- 12.前記冷却剤は、約91.0−95.0重量%の1,1,1,2−テトラフ ルオロエタンと、約5.0−9.0重量%のジメチルエーテルとから基本的に構 成される請求項10に記載の方法。
- 13.発泡剤を川いてポリマーを発泡させる工程を具備し、前記発泡剤は請求項 1に記載の組成物であるポリマーフォームの製造方法。
- 14.前記共沸混合物の量は、全ポリマーフォームの1−30重量%である請求 項13に記載の方法。
- 15.前記ポリマーはポリウレタンフォーム、フェノールフォーム、又はポリス チレンフォームである請求項14に記載の方法。
- 16.前記ポリマーはポリウレタンフォームである請求項15に記載の方法。
- 17.エアゾール容器内の活性成分を、噴射剤として請求項1に記載の組成物の 有効量と一緒にする工程を具備するエアゾール組成物の製造方法。
- 18.活性成分と噴射剤とを含み、前記噴射剤は請求項1に記載の組成物である エアゾール組成物。
- 19.活性成分と噴射剤とを含み、前記噴射剤は請求項2に記載の組成物である エアゾール組成物。
- 20.ハロカーボン又はハロカーボン混合物、及び安定化剤、防食剤、染料又は 潤滑剤を含み、前記ハロカーボン又はハロカーボン混合物は請求項1に記載の組 成物である冷却剤組成物。
- 21.共沸混合物、及び安定化剤、防食剤、染料又は潤滑剤を含み、前記共沸混 合物は請求項1に記載の組成物である冷却剤組成物。
- 22.約45−55重量%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンと、約55 −45重量%のジメチルエーテルとから構成される請求項1に記載の組成物。
- 23.前記混合物が分留されると、少なくとも1つの留分に1,1,1,2−テ トラフルオロエタンとジメチルエーテルのみを含む共沸混合物を生成する、請求 項1に記載の組成物。
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