TWI555838B

TWI555838B - 迴轉式螺桿壓縮機的潤滑方法

Info

Publication number: TWI555838B
Application number: TW104104458A
Authority: TW
Inventors: 信恆李; 蔡禎祥; 唐旭華; 洪榮宗; 吳致維; 蔡泰和; 黃信曆
Original assignee: 百達精密化學股份有限公司
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-11-01
Also published as: CN106147949A; JP6043831B2; JP2016148011A; TW201629196A

Description

迴轉式螺桿壓縮機的潤滑方法

本發明主要關於以酯為基礎的潤滑油，特別是，及供利用不含氯的氫氟碳化物(HFC)當冷凍劑之迴轉式螺桿壓縮機用的潤滑油。

典型運用迴轉式螺桿壓縮機之加熱、冷凍或空調系統常見於辦公大樓、旅館、行人專用商店街、食物貯藏和加工設施、化學加工、各式各樣製造設備等等當中。維持低操作成本是建築物所有者及製造設備管理者的重要工作。關此，維持低加熱和冷卻成本的能力很重要；ASHRAE(美國加熱、冷凍及空調工程協會)估計有50%的建築物能量消耗歸因於加熱或冷卻。除此之外，若能量效率能獲得改善對環境和社會將會有重大正面的影響力。

該迴轉式螺桿壓縮機係正排量式壓縮機型。習用迴轉式螺桿壓縮機的關鍵零件係由罩子罩住的二嚙合的並聯螺旋形軸輪構成。當氣體從抽吸埠運送至其排氣埠時該等軸輪的運動和設計使氣體能被吸入，封閉並且壓縮。在充油迴轉式螺桿壓縮機的設計中，潤滑油填補於該等軸輪之間的縫隙，因此提供驅動和被驅動軸輪之間的液壓密封和移轉機械能。

迴轉式螺桿壓縮機的基本要件是穩健性及可靠度，因為預期其在配合少量保養作業持續不斷運轉的情況下會有數年或甚至數十年的預期壽限。機械工程師在螺旋軸輪之間及該等軸輪與艙室之間的精確擬合及緊密間隙以求得壓縮腔的較佳密封方面；及在藉助於採用先進材料和利用智慧演算法則的不斷提升的現代數位控制器之精確組裝方面已經達成而且不斷地追求迴轉式螺桿壓縮機的穩健性及能量效率。然而，潤滑劑可能是達成較高效率相對有成本效率的方式。最理想的結果將會是能同時改善壓縮機的效率和可靠度的潤滑油。

蒸發器是冷凍或空調系統中的重要組件；該蒸發器中發生實際的冷卻或熱轉移。該等蒸發器是在物質之間轉移熱的類型之熱交換器，該等物質在冷凍劑和空氣之間產生作用的空氣調節機之案例中能由該冷凍劑來冷卻。蒸發器共同的必要之事是熱轉移表面，無論是在該等蒸發器的內側或外側，必須保持乾淨以免妨礙透過傳導的熱轉移。舉例來說，通常採用除霜作用達到此目的。潤滑油對熱轉移的影響事實上起因於潤滑油隨著排放氣體一起抽出該排氣埠。許多冷凍系統或機械常把油分離器設立於該排氣埠的下游，但是這些油分離器卻無法捕捉到所有潤滑油分子。無可避免的是將會有一些潤滑油通過該分離器。該通過的潤滑油必須被抽回該壓縮機；要不然有任何潤滑油累積於該等壓縮機外側區域都可能造成該壓縮機內缺油及/或妨礙系統功能性例如在該冷凍或空調系統的蒸發器中之熱轉移。非常期望預計能與該冷凍劑相容/混溶，使其能隨著該冷凍劑一同循環回到該壓縮機，而且累積於蒸發器表面上的傾向微乎其微的潤滑油。

能提供較佳液壓密封同時擁有與冷凍劑的優良相容性/混溶性的潤滑油有著相矛盾的必備條件，舉例來說，儘管高黏度潤滑油常能提供更有效的液壓密封和防磨損性，但是其卻傾向與該冷凍劑沒有適度的相容性或混溶性，尤其是於低溫。此不當相容性/混溶性的嚴重相逆含意是在低溫蒸發器/熱交換器區域中的油回流不足及熱轉移量降低。

在開發高黏度的性能改良潤滑油時的挑戰由於採用非臭氧層破壞性保護生態環境的氫氟碳化物(HFC)冷凍劑而進一步複雜化。習用氟氯碳化物(CFC)或氫氯氟碳化物(HCFC)冷凍劑由於氯原子存在而本質上稍微有極性，因此一般為較佳的溶劑。沒有氯原子的氫氟碳化物(HFC)冷凍劑是差的溶劑，因此使尋找高黏度者的相容性/混溶性潤滑油有困難，甚至又更艱難。

除了尋找能提供較佳液壓密封、防磨損性及優越相容性/混溶性以增進壓縮機系統效率的潤滑油之外，重要的是這些創新性潤滑油係為了保有習用冷凍機潤滑油典型擁有的那些性質例如適當流體動力學潤滑膜厚度、高介電強度、優越水解安定性、良好熱安定性、低傾注點(pour point)及高黏度指數(VI)等等。

本發明的主要目的在於提供一種壓縮不含氯的氫氟碳化物冷凍劑的迴轉式螺桿壓縮機之潤滑方法，其包含使本發明的潤滑劑組合物與該不含氯的氫氟碳化物冷凍劑混合。

本發明的另一目的在於提供一種潤滑劑組合物及用於增進迴轉式螺桿壓縮機的性能之冷凍劑加工液，其中該冷凍劑加工液包含本發明的潤滑劑組合物及不含氯的氫氟碳化物冷凍劑。

本發明的又另一目的在於提供一種迴轉式螺桿壓縮機，其包含本發明的冷凍劑加工液。

本發明的另一目的在於提供一種冷凍設備或熱泵系統或空氣調節機，其包含本發明的迴轉式螺桿壓縮機。

為了完成前述目的，本發明揭露的潤滑劑組合物包含具有下式的混合聚酯：(R¹CH₂)(R²CH₂)C[CH₂-O-CH₂-C(CH₂R³)(CH₂R⁴)(CH₂R⁵)]₂其中R¹至R⁵各自為C5-C10單羧酸的羧酸酯，而且該混合聚酯具有該C5-C10單羧酸中的二種或更多種不同羧酸根。

本發明的優選具體實施例包括(但不限於)下列方案：

1.一種壓縮不含氯的氫氟碳化物冷凍劑的迴轉式螺桿壓縮機之潤滑方法，其包含混合一潤滑劑組合物與前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑，其中前述潤滑劑組合物包含具有式(I)或(II)的混合聚酯： (R¹CH₂)(R²CH₂)C[CH₂-O-CH₂-C(CH₂R³)(CH₂R⁴)(CH₂R⁵)]₂ (I)

O-[CH₂-C(CH₂R⁶)(CH₂R⁷)(CH₂R⁸)]₂ (II)其中R¹至R⁸各自為C5-C10單羧酸的羧酸根，而且該混合聚酯具有該等C5-C10單羧酸的二種或更多種不同羧酸根。

2.如方案第1項之方法，其中該混合聚酯具有該式(I)，且該C5-C10單羧酸包含C5羧酸及C9羧酸或C10羧酸，其中R¹至R⁵的羧酸根之C5羧酸重量與C9羧酸和C10羧酸總重量之間的比率係為6：1至1：4。

3.如方案第2項之方法，其中該C5羧酸包含正戊酸或甲基丁酸，該C9羧酸包含3,5,5-三甲基己酸，而且該C10羧酸包含新癸酸。

4.如方案第3項之方法，其中該混合聚酯的正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約1-3：6-8：2。

5.如方案第4項之方法，其中該混合聚酯的正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約2：7：2。

6.如方案第4項之方法，其中該混合聚酯係通過羥基對羧基莫耳比約1.0：1.02至1.2的三季戊四醇與正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之一個反應或三季戊四醇與選自正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸中的一種、二種或三種羧酸之多個反應所獲得的產物混合物。

7.如方案第6項之方法，其中該混合聚酯係由三季戊四醇與正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之反應所獲得的產物混合物。

8.如方案第1項之方法，其中前述潤滑劑組合物包含該具有式(I)的混合聚酯和該具有式(II)的混合聚酯，其中R⁶至R⁸各自為C5單羧酸的羧酸根，而且該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為7：3至1：2。

9.如方案第8項之方法，其中R⁶、R⁷和R⁸係為甲基丁酸的羧酸根。

10.如方案第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含C5羧酸及C9羧酸或C10羧酸，其中該R¹至R⁵的羧酸根之C5羧酸重量與C9羧酸和C10羧酸總重量之間的比率係為6：1至1：4。

11.如方案第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸，其中3-甲基丁酸重量與3,5,5-三甲基己酸重量的比率係為約3：7。

12.如方案第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含甲基丁酸和新癸酸，其中甲基丁酸重量與新癸酸重量的比率係為約1：3。

13.如方案第11項之方法，其中該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為約1：1。

14.如方案第12項之方法，其中該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為約55：45。

15.如方案第1項之方法，其中該混合聚酯具有該式(II)，而且該C5-C10單羧酸包含C5羧酸和C9羧酸，其中該R⁶至R⁸羧酸根的C5羧酸重量與C9羧酸重量之間的比率係為5：1至1：4。

16.如方案第15項之方法，其中該C5羧酸包含甲基丁酸，而且該C9羧酸包含3,5,5-三甲基己酸。

17.如方案第16項之方法，其中該甲基丁酸與3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約2：1至1：2。

18.如方案第17項之方法，其中該甲基丁酸與3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約1：1。

19.如方案第16項之方法，其中該具有式(II)的混合聚酯係通過羥基對羧基莫耳比約1.0：1.05至1.2的二季戊四醇與甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之反應所獲得的產物混合物。

20.如方案第1項之方法，其中前述潤滑劑組合物於40℃具有160至460厘史托克之黏度。

21.如方案第20項之方法，其中前述潤滑劑組合物於40℃具有220至360厘史托克之黏度。

22.如方案第20項之方法，其中當前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑係為R-134a時，前述潤滑劑組合物於前述不含氯的氫氟碳化物中5重量%、10重量%和20重量%時具有低於-35℃的混溶性，該重量%以前述潤滑劑組合物和前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑的總重量為基準計。

23.如方案第22項之方法，其中前述混溶性係低於-45℃。

24.如方案第23項之方法，其中前述混溶性係低於-60℃。

25.如方案第1項之方法，其中另一潤滑劑或基本油料組合物係於以前述潤滑劑組合物的重量為基準計低於20%的比率下被摻混於前述潤滑劑組合物。

26.如方案第1項之方法，其中選自由耐氧化性和熱安定性改良劑、腐蝕抑制劑、金屬去活化劑、潤滑性添加物(lubricity additive)、黏度指數改良劑、傾注及/或絮凝點抑制劑、清潔劑、分散劑、消泡劑、酸清除劑、抗磨耗劑(anti-wear agent)及耐極壓劑(extreme pressure resistance agent)所組成的群組中之一種或更多種添加物以3%或低於3%的量被混合於前述潤滑劑組合物、前述不含氯的氫氟碳化物或前述潤滑劑組合物和前述不含氯的氫氟碳化物的混合物，以前述混合物的重量為基準。

27.如方案第1項之方法，其中該不含氯的氫氟碳化物冷凍劑係為R-134a、R-32、R-125或其混合物。

本發明揭露以酯為基礎的潤滑油及含有該以酯為基礎的潤滑油和不含氯的氫氟碳化物冷凍劑以供迴轉式螺桿壓縮機用的冷凍劑加工液。本發明的加工液能改善該迴轉式螺桿壓縮機的性能/效率，接著改善含有該迴轉式螺桿壓縮機的冷凍設備、熱泵系統或空氣調節機的性能/效率。

該以酯為基礎的合成潤滑油包含二季戊四醇(DiPE)、三季戊四醇(TriPE)或其混合物與具有5至10個碳的鏈長度之混合單羧酸在存有或沒有觸媒的情況下反應接著純化所得的酯化產物。為了改善化學合成的效率或生產量，使用過量的酸類與一或更多多元醇反應。典型反應溫度介於150至250℃(較佳為180至240℃，而且更佳為200至230℃)，而且典型的反應時間介於6小時至18小時(較佳為8小時至14小時，而且更佳為8小時至12小時)。能用於該酯化反應的典型觸媒包括(但不限於)草酸錫(II)、氧化錫(II)、鈦酸四正丁酯、鈦酸四異丙酯及甲烷磺酸。該酯化產物典型地具有低於10mgKOH/g(較佳為低於5mgKOH/g，而且更佳為低於3mgKOH/g)的羥值。該純化程序典型地涉及藉由真空移除水、藉由NaOH中和而移除酸及藉由碳黑來脫色。最終純化聚酯產物具有小於0.1mgKOH/g的總酸數(TAN)及低於50ppm的水含量。該低水含量係藉助於使乾燥氮氣起泡通過該純化聚酯產物而達成。

該DiPE和TriPE可能是純的或可能具有一定量之市售可得的DiPE或TriPE中常見到的多元醇類。該單羧酸，尤其是該C5單羧酸和C9單羧酸，可能是線性或支鏈型。較佳地，該C5單羧酸包括(但不限於)2-甲基丁酸、3-甲基丁酸及其混合物；而且該C9單羧酸較佳為3,5,5-三甲基己酸。

在某些使用條件之下，本文所述的酯(類)將充分地產生完全潤滑劑的功能。然而，一般較佳為使完全潤滑劑含有此技藝中一般指添加物的其他材料，例如耐氧化性和熱安定性改良劑、腐蝕抑制劑、金屬去活化劑、潤滑性添加物(lubricity additive)、黏度指數改良劑、傾注及/或絮凝點抑制劑、清潔劑、分散劑、消泡劑、酸清除劑、抗磨耗劑(anti-wear agent)及耐極壓劑(extreme pressure resistance agent)。許多添加物是多功能型。舉例來說，某些添加物可能同時賦予抗磨耗性和耐極壓性，或同時產生金屬去活化劑和腐蝕抑制劑的功能。漸增地，所有添加物較佳不超過整個混合成的潤滑劑調合物的8重量%，或更佳地不超過5重量%。

前述類型添加物的有效量一般係為介於0.01至5%的抗氧化劑組分、0.01至5%的腐蝕抑制劑組分、0.001至0.5%的金屬去活化劑組分、0.5至5%的潤滑性添加物、0.01至2%的酸清除劑、黏度指數改良劑和傾注及/或絮凝點抑制劑各者、0.1至5%的清潔劑和分散劑各者、0.001至0.1%的消泡劑及0.1至2%的抗磨耗和耐極壓組分各者。這些百分比皆以重量計而且以總量潤滑劑組合物為基準。要了解的是比前述量更多或更少的添加物可能更適於特定情形，而且各類型的添加物組分可使用單一分子型或多型的混合物。而且，除了隨附的申請專利範圍之外，以下列示的實施例僅意圖例示而且沒有限制。

適當耐氧化性和熱安定性改良劑的實例係二苯基-、二萘基-及苯基萘基-胺類，其中該苯基和萘基能被取代，例如，N,N'-二苯基伸苯二胺、對-辛基二苯基胺、對,對-二辛基二苯基胺、N-苯基-1-萘基胺、N-苯基-2-萘基胺、N-(對-十二基)苯基-2-萘基胺、二-1-萘基胺及二-2-萘基胺；吩噻嗪類例如N-烷基吩噻嗪類；亞胺基(雙苯甲基)；及受阻酚類例如6-(第三丁基)酚、2,6-二-(第三丁基)酚、4-甲基-2,6-二-(第三丁基)酚及4,4'-亞甲基雙(-2,6-二-{第三丁基}酚)等。

適當亞銅金屬去活化劑的實例係咪唑、苯并咪唑、2-巰基苯并噻唑、2,5-二巰基噻二唑、水楊啶(salicylidine)-伸丙二胺、吡唑、苯并三唑、甲苯并三唑(tolutriazole)、2-甲基苯并咪唑、3,5-二甲基吡唑及亞甲基雙-苯并三唑。較佳為苯并三唑衍生物。更普遍的金屬去活化劑及/或腐蝕抑制劑的實例包括有機酸類及其酯類、金屬鹽類及酸酐類例如，N-油烯基-肌胺酸、山梨糖醇酐單油酸酯、萘酸鉛、十二烯基-丁二酸和其部分酯(partial ester)類和醯胺類，及4-壬基苯氧基乙酸；一級、二級和三級脂肪族和環脂族胺類及有機和無機酸類的胺鹽類，例如，油溶性羧酸烷基銨鹽類；雜環族含氮化合物，例如，噻二唑類、經取代的咪唑啉類及噁唑啉類；喹喏啉類；醌類及蒽醌類；沒食子酸丙烷；二壬基萘磺酸鋇；烯基丁二酸酐類或酸類、二硫代胺基甲酸酯類、二硫代磷酸酯的酯和醯胺衍生物；烷基酸磷酸酯類和其衍生物的胺鹽類。

適當潤滑性添加物的實例包括脂肪酸類和天然油類的長鏈衍生物，例如酯類、胺類、醯胺類、咪唑啉類及硼酸酯類。

適當黏度指數改良劑的實例包括聚甲基丙烯酸酯類、乙烯基吡咯烷酮和甲基丙烯酸酯類的共聚物、聚丁烯類及苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。

適當傾注點及/或絮凝點抑制劑的實例包括聚甲基丙烯酸酯類例如甲基丙烯酸酯-乙烯-乙酸乙烯酯三元共聚物；烷基化萘衍生物；及尿素與萘或酚類的夫里得-夸夫特(Friedel-Crafts)催化縮合產物。

適當清潔劑及/或分散劑的實例包括聚丁烯丁二酸醯胺；聚丁烯膦酸衍生物；長鏈經烷基取代的芳香族磺酸類及其鹽類；及烷基硫化物、烷基酚類及烷基酚類與醛類的縮合產物之金屬鹽類。

適當消泡劑的實例包括矽氧聚合物及某些丙烯酸酯類。適當酸清除劑的實例係縮水甘油醚類及酯類。

適當抗磨耗和耐極壓劑的實例包括硫化脂肪酸類和脂肪酸酯類，例如硫化松油酸辛酯；硫化萜烯類；硫化烯烴類；有機聚硫化物；包括胺磷酸酯類、烷基酸磷酸酯類、磷酸二烷酯類、胺二硫代磷酸酯類、硫代磷酸三烷酯和三芳酯、三烷基和三芳基膦類及二烷基亞磷酸酯的有機磷衍生物，例如，磷酸單己酯的胺鹽類、二壬基萘磺酸酯的胺鹽類、磷酸三萘酯、二苯基甲酚和二甲酚苯基磷酸酯類、萘基二苯基磷酸酯、三苯基硫代磷酸酯；二硫代胺基甲酸酯類，例如二烷基二硫代胺基甲酸酯銻鹽；氯化及/或氟化烴類；及黃原酸酯類。

透過下述實施例將使本發明更易於了解，該等實施例僅為了舉例說明本發明，而非僅為了限制本發明的範疇。在下述實施例中，使用2-甲基丁酸(MBA)；然而，MBA能以3-甲基丁酸或2-甲基丁酸與3-甲基丁酸的混合物來替代。所以，申請專利範圍中的甲基丁酸意指2-甲基丁酸、3-甲基丁酸或2-甲基丁酸與3-甲基丁酸的混合物。

實施例1. TriPE+(iC9,MBA,nC5)

本實施例藉由使TriPE(三季戊四醇)與3,5,5-三甲基己酸(iC9酸)、2-甲基丁酸(MBA)和正戊酸(nC5酸)的混合物以重量計為2：7：2的比率反應而合成混合多元醇酯(POE)。

下述實施例也配合反應物和其用量的變更採行本實施例所述的POE合成程序。將TriPE，例如中國江蘇瑞陽化工股份有限公司所販售者，及該等羧酸，nC5酸，例如Dow Chemical所販售者；MBA，例如美國Oxea股份有限公司所販售者；及iC9酸，例如日本KH NeoChem公司所販售者，放在配備溫度計、氮洗淨管和攪拌器的1公升燒瓶中，將該燒瓶擺在控制溫度的加熱包中。在反應中使用超過化學計量的酸；而且該醇的羥基對該混合羧酸的羧基之比率係為1：1.1至1.2。該醇與該等酸之間的反應係藉由在氮氣氛作用之下於200℃至230℃下攪拌及並且加熱而促進。在反應的期間藉由蒸餾移除產生的水，而且監測該反應混合物的羥值(hydroxyl value)。當藉由中斷加熱和攪拌使該羥值滑落到低於3mgKOH/g時將使反應停止，其花費8至12小時。產物混合物藉由真空移除水、藉由NaOH中和而移除酸及藉由碳黑來吸收脫色而進一步純化。之後，於控制於50℃至100℃的溫度下發出氮氣泡以使該純化酯脫水。最終的聚酯產物具有小於0.1mgKOH/g的總酸數(TAN)及低於50ppm的水含量。

本實施例所製備的POE達成高黏度及與HFC冷凍劑例如R-134a(1,1,1,2-四氟乙烷，其將示範於實施例4)的高混溶性之突衝要求。實施例1的POE具有下述物性。

實施例2. TriPE+(MBA,iC9)與DiPE+MBA(50/50)的摻混物

本實施例所製備的創新性POE於40℃下具有ISO 220的黏度，其係由TriPE+(以重量計為30：70的比率之MBA和iC9酸)及DiPE+MBA的聚酯類以50：50的重量比構成。此混合型POE油類能藉由摻混二單獨製造的POE或藉由使TriPE和DiPE與MBA和iC9酸於控制條件下反應製造出來。在本實施例中該混合型POE油類係藉由摻混類似於實施例1單獨製造的二POE製造出來。本實施例所製備的混合型POE具有下述物性：

實施例3. DiPE+MBA與TriPE+(neo 10+MBA)(45/55)的摻混物

本實施例所製備的創新性POE於40℃下具有ISO 400的黏度，其係DiPE+MBA與TriPE+(以重量計為3：1的比率之新癸酸(neo 10)+MBA)以重量比45：55所得的摻混物。在此實施例中此混合型POE油類係藉由摻混類似於實施例1單獨製造的二POE製造出來。即使是於40℃的400cSt的極高黏度，也能見到本實施例所製備的POE與HFC冷凍劑例如the R-134a具有驚人的高混溶性，其係示範於實施例4。該POE具有下述物性：

實施例4. 混溶性比較

本實施例中顯示實施例1、2和3所製備的潤滑油類和習用POE潤滑油與該R-134a冷凍劑之間的相容性/混溶性比較。關於此比較選擇二常用的市售可得的POE潤滑油-ISO 68和ISO 120 POE潤滑油。

用於低溫下測得的相分離溫度來指示該相容性/混溶性。拿冷凍劑中含有20%油的濃度當例子，將0.6g的樣品油和2.4g的冷凍劑R-134a封裝於在含有乾冰的乙醇浴中冷卻的厚型PYREX(註冊商標)試管(全長300mm，外徑10mm，而且內徑6mm)。接著在+60℃至-60℃的溫度範圍內以目視測量該等二相分離溫度。將結果顯示於表1。

較低黏度傾向於(但是並非始終)使該POE潤滑油與該R-134a冷凍劑的相容性/混溶性更高。然而，實施例1、2和3所製備的潤滑油示範冷凍劑中含有5%、10%和20%油的濃度更好許多的混溶性/相容性。此相容性/混溶性將會促成油從該冷凍或空調系統中的蒸發器或輸送管返回。

實施例5. 重要冷凍潤滑劑性質的測量-水質規範(water specification規範)、總酸數(TAN)及介電強度

為了符合閉環路冷凍、空調或加熱系統的需求，該壓縮機潤滑油必需符合業界公認的品質標準。當中的重要者係水質規範、總酸數(TAN)及介電強度。該POE潤滑油中的水含量應該被減至最少，因為水會與酯類反應形成酸類。除此之外，油中過多的水可能凍析於金屬表面上而妨礙熱轉移。該POE潤滑油中的總酸數(TAN)也應該被減至最少，因為酸類不僅會造成腐蝕，而且也會催化酯類的降解。當該POE潤滑油與電氣組件例如系統中的馬達頻繁接觸時介電常數就很重要。較低的介電常數(更具傳導力)將會增加短路的機率。在下表(表2)中，顯示實施例1、2和3所製備的POE的這些性質，而且從該表的數據能見到根據本發明製備的POE符合冷凍、空調和加熱系統的嚴苛潤滑油必備條件。

實施例6. 密封管安定性試驗

冷凍、空調或加熱系統中的潤滑油的安定性很重要，因為降解的產物會造成過濾器阻塞、腐蝕或磨損的問題。再者，該潤滑油降解造成的問題在閉環路的循環設計中將會變得更嚴重。閉環路冷凍、空調和加熱系統所用的潤滑油與引擎或齒輪應用所用者之間之一主要差異是閉環路冷凍、空調和加熱系統所用的潤滑油在冷凍劑環境而非正常大氣環境中運行。因此，要評估配合，舉例來說，R-134a，一起使用的POE潤滑油之安定性，唯一有意義的是試驗係於該R-134a環境中進行，因此採取該密封管試驗。

不能如願以償地通過該密封管安定性試驗的潤滑油可能形成酸類、沉積物、不溶性材料，那可能導致腐蝕、閥膠著(valve sticking)、過濾器阻塞、毛細管阻塞或黏度變化。這些都可能導致過度的能量消耗、系統性能不足及/或昂貴的保養工作。

將實施例1、2和3所製備的潤滑油之密封管試驗結果顯示於表3。表3中的數據顯示本發明的潤滑油在以工業標準試驗為基礎的冷凍劑環境中是安定的。這些結果表示當該等冷凍、空調或加熱系統適度組裝起來時本發明的潤滑油將具有長的壽命及無干擾運行。

表3. 含有該R-134a冷凍劑之實施例1、2和3所製備的潤滑油之密封管安定性試驗**

實施例7. 在R-134a中具有相同黏度等級的實施例2所製備的潤滑油對比於二習用POE潤滑油之間的相容性/混溶性比較

分開地為二習用的ISO 220 POE潤滑油(RB 220和RL 220)及實施例2所製備的潤滑油重複進行實施例4所應用的相同相容性/混溶性試驗。將結果顯示於表4，其中該二習用ISO 220 POE潤滑油中的RB 220主要由支鏈型酸類的聚酯類構成而該RL 220的直線性更高。該實施例2所製備的潤滑油也是ISO 220等級。表4的數據清楚地顯示該二習用ISO 220 POE潤滑油對比於該實施例2所製備的潤滑油之間的混溶性有區別。該實施例2所製備的潤滑油驚人的高混溶性特性將會導致閉環路系統中較乾淨的金屬表面，而且因此與習用POE冷凍潤滑油相比將較不會阻礙熱傳移。

實施例8. 水解安定性試驗(ASTM 2619)

儘管假定閉環路冷凍、空調和加熱系統經非常細心的組裝以將污染物和水吸入量減至最少。再者，這些系統經常運用過濾器/乾燥器以吸收水當作附加的安全設計。然而，由於使用或安裝非常大量的系統，加上在承包商與交易技能中的矛盾，所以難以對每個案例要求完美。結果，水必定可以找到其進入這些閉環路系統中某些部分的方式。所以始終偏好對水解作用具有高度耐性的潤滑油。常用的水解安定性試驗係ASTM 2619，其中水和油在機械混合作用之下於提高溫度下放在一起經過一段長時期。水解不安定性潤滑油可能形成酸類、不溶物或遭受黏度損失。將實施例1、2和3所製備的潤滑油之試驗結果顯示於表5。

試驗方法：ASTM 2619

從表5能清楚見到該實施例1、2和3所製備的POE潤滑油具有充分的水解安定性以在該ASTM 2619試驗時表現良好。當本發明的POE潤滑油以大規模應用時這些結果將提供附帶的保證。

實施例9. DiPE+(iC9,MBA)

本實施例藉由使DiPE(二季戊四醇)與3,5,5-三甲基己酸(iC9酸)和2-甲基丁酸(MBA)的混合物以重量計為1：1的比率反應而合成出混合多元醇酯(POE)。

本實施例配合反應物和其用量的必要變更採行實施例1所述的類似合成程序。將DiPE、MBA和iC9酸放在配備溫度計、氮洗淨管和攪拌器的1公升燒瓶中，將該燒瓶擺在控制溫度的加熱包中以起動該等合成反應。類似地，最後，該產物混合物藉由真空移除水、藉由NaOH中和而移除酸及藉由碳黑來吸收脫色而純化。之後，於控制於50℃至100℃的溫度下發出氮氣泡以使該純化酯脫水。最終的聚酯產物具有小於0.1mgKOH/g的總酸數(TAN)及低於50ppm的水含量。

本實施例所製備的POE達成高黏度及與HFC冷凍劑例如R-134a的高混溶性之突衝要求。本實施例獲得的POE具有下述物性。

將本實施例所製備的POE在該HFC冷凍劑例如R-134a中的混溶性顯示於以下：

Claims

一種壓縮不含氯的氫氟碳化物冷凍劑的迴轉式螺桿壓縮機之潤滑方法，其包含混合一潤滑劑組合物與前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑，其中前述潤滑劑組合物包含具有式(I)或(II)的混合聚酯：(R¹CH₂)(R²CH₂)C[CH₂-O-CH₂-C(CH₂R³)(CH₂R⁴)(CH₂R⁵)]₂ (I) O-[CH₂-C(CH₂R⁶)(CH₂R⁷)(CH₂R⁸)]₂ (II)其中R¹至R⁸各自為C5-C10單羧酸的羧酸根，而且該混合聚酯具有該等C5-C10單羧酸的二種或更多種不同羧酸根；並且當該混合聚酯具有該式(II)時，該R⁶至R⁸的羧酸根包含C5羧酸和C9羧酸，其中該R⁶至R⁸的羧酸根的C5羧酸重量與C9羧酸重量之間的比率係為5：1至1：4。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該混合聚酯具有該式(I)，且該C5-C10單羧酸包含C5羧酸及C9羧酸或C10羧酸，其中R¹至R⁵的羧酸根之C5羧酸重量與C9羧酸和C10羧酸總重量之間的比率係為6：1至1：4。
如申請專利範圍第2項之方法，其中該C5羧酸包含正戊酸或甲基丁酸，該C9羧酸包含3,5,5-三甲基己酸，而且該C10羧酸包含新癸酸。
如申請專利範圍第3項之方法，其中該混合聚酯的正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約1-3： 6-8：2。
如申請專利範圍第4項之方法，其中該混合聚酯的正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約2：7：2。
如申請專利範圍第4項之方法，其中該混合聚酯係通過羥基對羧基莫耳比約1.0：1.02至1.2的三季戊四醇與正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之一個反應或三季戊四醇與選自正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸中的一種、二種或三種羧酸之多個反應所獲得的產物混合物。
如申請專利範圍第6項之方法，其中該混合聚酯係由三季戊四醇與正戊酸、甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之反應所獲得的產物混合物。
如申請專利範圍第1項之方法，其中前述潤滑劑組合物包含該具有式(I)的混合聚酯和該具有式(II)的混合聚酯，其中R⁶至R⁸各自為C5單羧酸的羧酸根，而且該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為7：3至1：2。
如申請專利範圍第8項之方法，其中R⁶、R⁷和R⁸係為甲基丁酸的羧酸根。
如申請專利範圍第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含C5羧酸及C9羧酸或C10羧酸，其中該R¹至R⁵的羧酸根之C5羧酸重量與C9羧酸和C10羧酸總重量之間的比率係為6：1至1：4。
如申請專利範圍第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸，其中3-甲基丁酸重量與3,5,5-三甲基己酸重量的比率係為約3：7。
如申請專利範圍第9項之方法，其中該C5-C10單羧酸包含甲基丁酸和新癸酸，其中甲基丁酸重量與新癸酸重量的比率係為約1：3。
如申請專利範圍第11項之方法，其中該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為約1：1。
如申請專利範圍第12項之方法，其中該具有式(I)的混合聚酯與該具有式(II)的混合聚酯之間的重量比係為約55：45。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該混合聚酯具有該式(II)。
如申請專利範圍第15項之方法，其中該C5羧酸包含甲基丁酸，而且該C9羧酸包含3,5,5-三甲基己酸。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該甲基丁酸與3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約2：1至1：2。
如申請專利範圍第17項之方法，其中該甲基丁酸與3,5,5-三甲基己酸的羧酸根重量比係為約1：1。
如申請專利範圍第16項之方法，其中該具有式(II)的混合聚酯係通過羥基對羧基莫耳比約1.0：1.05至1.2的二季戊四醇與甲基丁酸和3,5,5-三甲基己酸的混合羧酸之反應所獲得的產物混合物。
如申請專利範圍第1項之方法，其中前述潤滑劑組合物於40℃具有160至460厘史托克之黏度。
如申請專利範圍第20項之方法，其中前述潤滑劑組合物於40℃具有220至360厘史托克之黏度。
如申請專利範圍第20項之方法，其中當前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑係為R-134a時，前述潤滑劑組合物於前述不含氯的氫氟碳化物中5重量%、10重量%和20重量%時具有低於-35℃的混溶性，該重量%以前述潤滑劑組合物和前述不含氯的氫氟碳化物冷凍劑的總重量為基準計。
如申請專利範圍第22項之方法，其中前述混溶性係低於-45℃。
如申請專利範圍第23項之方法，其中前述混溶性係低於-60℃。
如申請專利範圍第1項之方法，其中前述潤滑劑組合物進一步包含一附加的潤滑劑或基本油料組合物，該附加的潤滑劑或基本油料組合物係於以前述潤滑劑組合物的重量為基準計低於20%的比率下被摻混於前述潤滑劑組合物。
如申請專利範圍第1項之方法，其中選自由耐氧化性和熱安定性改良劑、腐蝕抑制劑、金屬去活化劑、潤滑性添加物(lubricity additive)、黏度指數改良劑、傾注及/或絮凝點抑制劑、清潔劑、分散劑、消泡劑、酸清除劑、抗磨耗劑(anti-wear agent)及耐極壓劑(extreme pressure resistance agent)所組成的群組中之一種或更多種添加物以3%或低於3%的量被混合於前述潤滑劑組合物、前述不含氯的氫氟碳化物或前述潤滑劑組合物和前述不含氯的氫氟碳化物的混合物，以前述混合物的重量為基準。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該不含氯的氫氟碳化物冷凍劑係為R-134a、R-32、R-125或其混合物。