包含偏二氟乙烯的組合物和方法
【專利說(shuō)明】包含偏二氟乙烯的組合物和方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/781，815在35 U.S.C. §119 (e)下的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，將其全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及有利地使用偏二氟乙烯（CH2=CF2)的組合物和方法，并且在具體實(shí)施 方案中涉及使用偏二氟乙烯（CH 2=CF2)的傳熱流體和傳熱方法、發(fā)泡劑以及熱塑性泡沫。
【背景技術(shù)】
[0003] 基于氟碳化合物的流體已經(jīng)在許多應(yīng)用中得到廣泛工業(yè)應(yīng)用，包括作為制冷劑、 氣溶膠拋射劑、發(fā)泡劑、傳熱介質(zhì)以及氣態(tài)電介質(zhì)。由于與使用這些流體的一些有關(guān)的疑似 的環(huán)境問(wèn)題，包括與其有關(guān)的相對(duì)高的全球變暖潛能，期望使用具有低的或甚至為零的臭 氧消耗潛能的流體，例如氫氟烴（"HFC"）。因此，使用不含氯氟烴（"CFC"）或氫氯氟烴 ("HCFC"）的流體是合乎需要的。此外，一些HFC流體可以具有與其有關(guān)的相對(duì)高的全球 變暖潛能，并且期望使用具有盡可能低的全球變暖潛能，同時(shí)保持使用特性中所需的性能 的氫氟烴或其它氟化流體。但是，確定新的、環(huán)境安全的混合物經(jīng)常由于獲得對(duì)具有這樣的 多樣化的特性的組合物的需要和/或期望而復(fù)雜化。
[0004] 關(guān)于傳熱流體，期望在許多不同的情況下選擇性地在流體與待冷卻或加熱的物體 之間傳熱。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"物體"不僅表示固體，而且還表示其它流體材料，其呈現(xiàn)它 們?cè)谄渲写嬖诘娜萜鞯男螤睢?br>[0005] 用于實(shí)現(xiàn)這樣的傳熱的一種公知體系通過(guò)首先將氣相傳熱流體增壓，然后 使其膨脹通過(guò)Joule-Thompson膨脹元件，例如閥、孔口或其它類型的流縮頸（flow constriction)來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的冷卻。任何這樣的裝置在下文將簡(jiǎn)稱為Joule-Thompson膨 脹元件，并且使用這樣的元件的體系在本文有時(shí)稱為Joule-Thompson體系。在大多數(shù) Joule-Thomson體系中，將單組分非理想氣體增壓，然后膨脹通過(guò)節(jié)流組件或膨脹元件，以 產(chǎn)生基本等焓冷卻。使用的氣體的特征，例如沸點(diǎn)、轉(zhuǎn)化溫度、臨界溫度和臨界壓力影響達(dá) 到所需冷卻溫度需要的起始?jí)毫?。雖然對(duì)于單組分流體，這樣的特征通常都是公知的和/ 或相對(duì)容易以可接受的確定度預(yù)測(cè)，但是對(duì)于多組分流體這不是必然情況。
[0006] 由于大量特性或特征與特別是傳熱流體的有效性和合意性有關(guān)，但是對(duì)于許多 其它一般流體，經(jīng)常難以事先預(yù)測(cè)任何具體多組分流體作為傳熱流體將表現(xiàn)如何。例如， 美國(guó)專利5, 774, 052號(hào)-Bivens公開(kāi)了共沸流體形式的二氟乙烷（HFC-32)、五氟乙烷 (HFC-125)和小量（即至多5 wt%)二氧化碳（CO2)的組合，聲稱所述組合在某些應(yīng)用中作 為制冷劑具有優(yōu)勢(shì)。更具體地，聲稱Bivens的多組分流體不易燃，以及由于其共沸性質(zhì)，在 氣化時(shí)經(jīng)歷相對(duì)很小的分餾。但是，本申請(qǐng)人意識(shí)到Bivens的流體由相對(duì)高度氟化的化合 物組成，從全球變暖觀點(diǎn)來(lái)看，所述化合物是潛在環(huán)境有害的。另外，獲得具有共沸特性的 流體有時(shí)可能顯著增加這樣的流體用作制冷劑時(shí)的成本。
[0007] 美國(guó)專利5, 763, 063號(hào)-Richard等公開(kāi)了各種烴，包括HFC-32和二氧化碳的非 共沸組合，所述組合形成聲稱作為氯反式-1，3, 3, 3-四氟丙烯（HCFC-22)的替代物的可接 受的流體。特別地，Richard等的專利教導(dǎo)該流體的蒸氣壓基本等于HCFC-22,其僅為約83 psia。因此，雖然Richard等的流體預(yù)期在某些制冷應(yīng)用中表現(xiàn)良好，但是可以認(rèn)為相對(duì)于 Bivens流體，其在上述相同類型應(yīng)用中是不適當(dāng)?shù)摹?br>[0008] 發(fā)明概述 本發(fā)明部分涉及包含偏二氟乙烯（CH2=CF2)的組合物。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本組合 物可用作傳熱流體、發(fā)泡劑、泡沫、可發(fā)泡組合物、泡沫預(yù)混物（pre-mixes)、溶劑、清潔流體 (cleaning fluid)、萃取劑、阻燃劑、抑火劑、沉積劑（deposition agent)、拋射劑、可噴射 組合物、沉積劑或與其有關(guān)，以及涉及關(guān)于這些中的每個(gè)的方法和體系。
[0009] 關(guān)于本發(fā)明的組合物方面，優(yōu)選的組合物具有高度需要但是難以獲得的特性的組 合。本組合物具有的特性組合在許多應(yīng)用中，例如在熱塑性泡沫應(yīng)用、傳熱應(yīng)用以及其它應(yīng) 用中是重要的。以下特性和特征組合是高度需要的并且是本組合物的優(yōu)選實(shí)施方案所具有 的：化學(xué)穩(wěn)定性、低毒性、低-或不易燃性和使用效率，同時(shí)顯著降低或消除許多組合物，例 如迄今已經(jīng)通常使用的制冷劑，例如CFC的有害臭氧消耗潛能。另外，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方 案提供組合物，特別和優(yōu)選地在某些實(shí)施方案中是發(fā)泡劑，例如在泡沫（包括熱塑性泡沫） 組合物中，傳熱流體，例如制冷劑，其也顯著降低或消除與先前使用的傳熱流體有關(guān)的負(fù)面 全球變暖效應(yīng)。另外，除上述其它所需特性之外，包含偏二氟乙烯（CH 2=CF2)和至少一種助 制冷劑的本發(fā)明的某些優(yōu)選傳熱組合物提供相對(duì)高的制冷容量和/或性能系數(shù)。該難以實(shí) 現(xiàn)的特性和/或特征的組合在許多應(yīng)用中是重要的，舉例來(lái)說(shuō)特別包括在低溫空調(diào)、制冷 和熱栗應(yīng)用中。
[0010] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供包含偏二氟乙烯（CH2=CF2)和至少一種助劑的組合物。 在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本組合物包含約〇. 1至約99%(基于重量基準(zhǔn)）的偏二氟乙烯 (CH2=CF2)和約0. 1至約99%(基于重量基準(zhǔn)）的至少一種助劑。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，該 組合物包含約40至約99. 5% (基于重量基準(zhǔn)）的偏二氟乙烯（CH2=CF2)和約0. 1至約60% (基 于重量基準(zhǔn)）的至少一種助劑。在某些高度優(yōu)選實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的組合物的至少 一種助劑包括至少一種選自以下組的助劑：二氧化碳（CO 2);四氟丙烯，包括2, 3, 3, 3-四 氟丙烯（HF0-1234yf)和 1，3, 3, 3-四氟丙烯（HF0-1234ze) ;C3-C6 烴，優(yōu)選包括 C3 和 C4 烴；氫氟烴（HFC)，優(yōu)選包括二氟甲烷（HFC-32);二氟乙烷（HFC-152a) ;1，1，1，2-四氟乙烷 (HFC-134a);和五氟乙烷（HFC-125);氨和這些的任何兩種或更多種的組合。
[0011] 如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"助劑"是出于便利性的目的使用而非以限制的方式使用，其 是指除偏二氟乙烯（CH2=CF2)以外的任何化合物，所述化合物存在于該組合物中并且參與 出于組合物的預(yù)期目的的該組合物的功能。因此，在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本組合物的助劑 為在組合物中充當(dāng)助制冷劑、助發(fā)泡劑、助溶劑、助清潔劑、助沉積劑、助萃取劑、助抑火劑、 助滅火劑或助拋射劑的化合物或化合物的組合。
[0012] 在一個(gè)方面，本發(fā)明提供包含偏二氟乙烯（CH2=CF2)和至少一種助制冷劑的組合 物，并優(yōu)選傳熱流體。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本組合物，特別是傳熱流體，包含約40至約 99. 9%(基于重量基準(zhǔn)）的偏二氟乙烯（CH2=CF2)和約0· 1至約60%(基于重量基準(zhǔn)）的至 少一種助制冷劑。在某些高度優(yōu)選實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明組合物和方法的至少一種助制 冷劑包括至少一種選自二氧化碳（CO2)、2, 3, 3, 3-四氟丙烯（HF0-1234yf)、1，3, 3, 3-四氟 丙烯（HF0-1234ze)、C3-C6烴和這些的任何兩種或更多種的組合的助制冷劑。
[0013] 正如一般的本組合物的助劑一樣，預(yù)期本發(fā)明的助制冷劑可以包括不同于和/或 除二氧化碳（〇) 2)、2,3,3,3-四氟丙烯（冊(cè)〇-12347〇、1，3,3,3-四氟丙烯（冊(cè)〇-1234 26)、 C3-CJS和這些的任何兩種或更多種的組合以外的化合物。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā) 明的助制冷劑基本由至少一種選自二氧化碳（C0 2)、2,3,3,3-四氟丙烯（HF0-1234yf)、 1，3, 3, 3-四氟丙烯（HF0-1234ze)、C3-C6烴和這些的任何兩種或多種的組合的助制冷劑組 成。
[0014] 如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"助制冷劑"是出于便利性的目的使用而非以限制的方式使 用，其是指除偏二氟乙烯（CH 2=CF2)以外的任何化合物，所述化合物出于有助于和/或以其 它方式參與組合物的傳熱特征的目的或出于涉及傳熱的目的而存在于組合物中，并特別意 圖包括當(dāng)傳熱涉及加熱和/或冷卻或制冷時(shí)存在的一種或多種這樣的化合物。
[0015] 如本文使用的，術(shù)語(yǔ)C3-C6烴以其廣義使用，包括在分子中具有至少三個(gè)且不超 過(guò)六個(gè)碳原子的所有的烴，不論是支鏈還是非支鏈的。
[0016] 在其它方面，本發(fā)明提供包含偏二氟乙烯（CH2=CF2)和至少一種助發(fā)泡劑的組合 物，并優(yōu)選泡沫或可發(fā)泡組合物。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本組合物，特別是發(fā)泡劑、泡沫 或可發(fā)泡組合物，包含約40至約99. 9%(基于重量基準(zhǔn)）的偏二氟乙烯（CH2=CF2)和約0. 1 至約60%(基于重量基準(zhǔn)）的至少一種助發(fā)泡劑。在某些高度優(yōu)選實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā) 明組合物和方法的至少一種助發(fā)泡劑包括至少一種選自二氧化碳（CO 2)、水、反式-1，2-二 氯乙烯、順式或反式1-氯-3, 3, 3-三氟丙烯（HF0-1233zd)、1，1，1，4, 4, 4-六氟丁烯 (HF0-1336mzzm)、反式-1，3, 3, 3-四氟丙烯（HF0-1234ze (E))、C3-C6烴和這些的任何兩種 或更多種的組合的助發(fā)泡劑。
[0017] 正如一般的本組合物的助劑一樣，預(yù)期本發(fā)明的助發(fā)泡劑可以包括不同于和/或 除二氧化碳（CO 2)、1，3, 3, 3-四氟丙烯（HF0-1234ze)，、順式或反式1-氯-3, 3, 3-三氟丙烯 (HF0-1233zd)、1，1，1，4, 4, 4-六氟丁烯（HF0-1336mzzm)、C3-CJS，和這些的任何兩種或更 多種的組合以外的化合物。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明的助發(fā)泡劑基本由至少一種選 自二氧化碳（〇) 2)、1，3,3,3-四氟丙烯（冊(cè)0-1234狀）、順式或反式1-氯-3,3,3-三氟丙烯 (HF0-1233zd)、1，1，1，4, 4, 4-六氟丁烯（HF0-1336mzzm) X3-C6烴和這些的任何兩種或更多 種的組合的助發(fā)泡劑組成。
[0018] 如本文使用的，術(shù)語(yǔ)"助發(fā)泡劑"是出于便利性的目的使用而非以限制的方式使 用，其是指除偏二氟乙烯（CH 2=CF2)以外的任何化合物，所述化合物出于有助于和/或以其 它方式參與組合物的發(fā)泡劑特征的目的或出于涉及組合物的泡沫或發(fā)泡性的目的而存在 于組合物中。
[0019] 基于以下提供的公開(kāi)內(nèi)容，本發(fā)明的其它實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)將容易明確。
[0020] 附圖簡(jiǎn)述 圖1顯示用于確定具體的發(fā)泡劑和聚合物是否能夠產(chǎn)生泡沫的測(cè)試容器的圖示。
[0021] 優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明 在某些優(yōu)選形式中，本發(fā)明的組合物具有不大于約1500,更優(yōu)選不大于約1000,更優(yōu) 選不大于約500和甚至更優(yōu)選不大于約150的全球變暖潛能（GWP)。在某些實(shí)施方案中，本 組合物的GWP不大于約100,甚至更優(yōu)選不大于約75,不大于50,不大于10和不大于1。如本 文使用的，"GWP"相對(duì)于二氧化碳的GWP和在100年時(shí)間范圍之內(nèi)測(cè)量，如"The Scientific Assessment of Ozone Depletion，2002， a report of the World Meteorological Association's Global