一种R290冷媒用冷冻机油的制作方法

一种r290冷媒用冷冻机油
技术领域
1.本发明涉及冷冻机油领域，特别涉及一种r290冷媒用冷冻机油。


背景技术：

2.目前冷冻机市场以家用空调、冰箱为代表的冷冻机冷媒以hfcs为主，而hfcs冷媒可列举出r32、r410a等，然而这些饱和氟化烃制冷剂均有较高的gwp系数，从碳中和角度出发，这些制冷剂都将逐渐被更环保的冷媒所代替，即碳氢工质。在家用空调器方面，市场以丙烷(r290)为趋势，且市场已有产品上市。但目前最适用于家用空调系统r290的冷冻油尚无定论。
3.对于家用空调器，主流为转子压缩机，在该类型的冷冻机的制冷剂循环周期内，冷冻机油与制冷剂一同循环，因此冷冻机油与制冷剂的兼容性至关重要。对于r290冷媒来说，其溶解性超强，能溶解绝大多数有机油品，从而稀释油品，形成的混合流体粘度(溶解粘度)都较小。溶解粘度小，润滑流体不能维持较厚的油膜，对冷冻机的耐磨耗保护不足。另一方面，若选用与r290冷媒不溶的油品，可能会出现压缩机缺油的极端状况。
4.目前市场已有的r290冷冻机油产品包括矿物油、pag类，尚无一款以poe多元醇酯为主体的冷冻机油。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明所要解决的技术问题，就是提出一种r290冷媒用冷冻机油，在溶解良好的情况下，也能够维持较厚的油膜、耐磨耗效果也优异，从而保护家用空调器中冷冻机的长久可靠运行。
6.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种r290冷媒用冷冻机油，包括多元醇酯和油酸酯，所述多元醇酯和油酸酯的质量比为85/15～95/5。
8.进一步地，所述多元醇酯为季戊四醇和脂肪酸合成，所述脂肪酸为一种或两种碳数4-10的一元脂肪酸，该类型的脂肪酸可列举出直链或支链的丁酸、直链或支链的戊酸、直链或支链的辛酸、直链或支链的壬酸、直链或支链的癸酸；从油品的粘度指数考虑，脂肪酸的碳数优选8-10。
9.进一步地，所述油酸酯为季戊四醇油酸酯或三羟甲基丙烷油酸酯。
10.多元醇酯和油酸酯混合后作为冷冻机油的基础油，其40℃运动粘度为46-100mm2/s，优选为46-68mm2/s，进一步优选为60-68mm2/s。同时在温度为80℃、绝对压力为2.25mpa下，与r290冷媒形成的混合流体的溶解粘度不低于1.2cp。
11.为了进一步提高该冷冻机油组合物的综合性能，可选择性添加各种润滑油助剂的一种或多种，包含抗氧化剂、酸捕捉剂、抗磨剂、防锈剂、金属减活剂、消泡剂等。
12.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
13.对于本发明的冷冻机油，能够在丙烷制冷剂中溶解而维持冷冻机油的粘度，同时
提高冷冻机油的润滑性，稳定性良好，长期保护冷冻机的正常运行。
具体实施方式
14.为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面对本发明作进一步的说明。
15.本发明的冷冻机油，含有基础油和添加剂，基础油为多元醇酯混合物，更进一步，为季戊四醇酯和油酸酯的混合物，该冷冻机油混合物中季戊四醇酯和油酸酯混合的质量比例为85/15～95/5。
16.所述季戊四醇酯为季戊四醇与一种或两种一元脂肪酸反应合成，一元脂肪酸的碳数为4-10，该类型的脂肪酸可列举出直链或支链的丁酸、直链或支链的戊酸、直链或支链的辛酸、直链或支链的壬酸、直链或支链的癸酸；从油品的粘度指数考虑，脂肪酸的碳数优选8-10。
17.季戊四醇多元醇酯的合成过程中，一般是加入酸过量，当反应到终点时，再精制除去过量的酸；为了防止使用过程中冷冻机油自身的劣化，以及对冷冻机系统的腐蚀，精制后油品的酸值优选为0.1mgkoh/g以下，进一步优选设为0.05mgkoh/g以下，更进一步优选为0.02mgkoh/g以下。
18.另一方面，本发明中的油酸酯可在冷冻机油中提供以下特性：当r290冷媒(丙烷)对冷冻机油起到较大稀释作用时，油酸酯仍可维持冷冻油整体的粘度，不至于太低，从而维持润滑使较好的油膜厚度，进而提高工作流体的耐磨耗性。
19.油酸酯选择季戊四醇油酸酯或三羟甲基丙烷油酸酯，该种类的油酸酯在40℃的运动粘度为40-70mm2/s，进一步优选为46-68mm2/s；另一方面，出于对粘度变化的考虑，油酸酯的粘度指数要在100以上，特别优选为115以上。
20.油酸酯的合成方法与多元醇酯类似。通过蒸馏吸附除去过量酸，油酸酯酸值最后优选为0.1mgkoh/g以下，进一步优选为0.05mgkoh/g以下。
21.作为冷冻机油的基础油，其40℃运动粘度为46-100mm2/s，优选为46-68mm2/s，进一步优选为60-68mm2/s。
22.本实施方式中冷冻机油的倾点优选为-10℃以下，进一步优选为-20℃以下，更进一步优选为-30℃以下。
23.此外，本实施方式冷冻机油的闪点优选为200℃以上，进一步优选为225℃以上；对于密闭的冷冻机系统，低水分含量有助于油品的稳定性，以及电绝缘性。故该实施方式中冷冻机油水分含量优选为100ppm以下，最优选为50ppm以下。
24.冷冻机系统中，冷冻机油是与制冷剂混合形成混合流体后起作用的，所以该混合工作流体组合物的溶解粘度至关重要。本实施方式中，冷冻机油与r290制冷剂形成的工作流体组合物在温度80℃，绝对压力2.25mp下，其溶解粘度不低于1.2cp。
25.为了进一步提高该冷冻机油组合物的综合性能，有必要添加各种润滑油助剂的一种或多种，包含抗氧化剂、酸捕捉剂、抗磨剂、防锈剂、金属减活剂、消泡剂等。
26.作为酸捕捉剂，可以在冷冻机油使用过程中吸收游离酸性物质，从而进一步保证合成酯冷冻机油的稳定性。常选用环氧型化合物，比如缩水甘油酯型环氧化合物和缩水甘油醚型环氧化合物。缩水甘油酯型环氧化合物，可列举苯甲酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油
酯、新癸酸缩水甘油酯、叔丁基苯甲酸缩水甘油酯等；缩水甘油醚型环氧化合物，可列举新戊二醇二缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、1,6-己二醇缩水甘油醚等。环氧化合物优选缩水甘油酯型环氧化合物。添加量优选为基础油质量的0.1％-5％，进一步优选为基础油质量的0.5％-2％，可更有效地提高冷冻机油稳定性。
27.作为抗氧化剂，常选的有酚类化合物和胺类化合物。酚类化合物如二叔丁基对甲酚，胺类化合物如烷基二苯基胺。最优选的为酚类化合物，以及添加量最优选为为基础油质量的0.1％-0.5％。
28.此外，根据冷冻油不同性能需求，添加的不同助剂中，作为金属减活剂，可列举出苯并三氮唑及苯并三氮唑衍生物，添加量优选为为基础油质量的0.001％-0.01％；作为防锈剂，可以列举出琥珀酸酯等，添加量优选为为基础油质量的0.001％-0.05％；作为消泡剂，可以列举出聚酯化合物、有机硅类化合物等，添加量优选为为基础油质量的0.001％-0.1％。
29.最后，为进一步提高本实施方式的冷冻机用润滑油组合物的润滑性，会向其中加入抗磨剂，有磷酸酯，优选为苯基三磷酸酯(tpp)、三甲苯基磷酸酯(tcp)；也可选用磷硫系添加剂，优选为硫代磷酸三苯酯(tppt)。综合冷冻机油组合物的润滑性和稳定性考虑，上述抗磨剂添加量优选为为基础油质量的0.01％-5％，最优选为为基础油质量的0.1％-1％。
30.实施例
31.通过以下实施例和比较例更好地说明本发明。
32.实施例1-5、比较例1-5
33.实施例1-5和比较例1-5使用以下所示基础油，调配混合成以下表中所示的实验样品。
34.a：季戊四醇多元醇酯
35.a-1季戊四醇与2-甲基丙酸和3,5,5-三甲基己酸以摩尔比60:40混合的酸酯化制成的酯(40℃的运动粘度为46.5mm2/s，粘度指数为76)；
36.a-2季戊四醇与2-甲基丙酸和3,5,5-三甲基己酸以摩尔比35:65混合的酸酯化制成的酯(40℃的运动粘度为67mm2/s，粘度指数为80)；
37.a-3季戊四醇与正戊酸和3,5,5-三甲基己酸以摩尔比20:80混合的酸酯化制成的酯(40℃的运动粘度为73mm2/s，粘度指数为82)；
38.a-4季戊四醇与2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸以摩尔比30:70混合的酸酯化制成的酯(40℃的运动粘度为80mm2/s，粘度指数为85)；
39.a-5季戊四醇与2-乙基己酸和3,5,5-三甲基己酸以摩尔比45:55混合的酸酯化制成的酯(40℃的运动粘度为66mm2/s，粘度指数为90)；
40.b:油酸酯
41.b-1季戊四醇与油酸合成反应得到的季戊四醇油酸酯(40℃的运动粘度为68mm2/s，粘度指数为186)。
42.接着在实施例1-5和比较例1-5的各基础油在全部情况下均添加基础油质量的0.1％的抗氧剂二叔丁基对甲酚及基础油质量的1％的酸捕捉剂缩水甘油酯来制备冷冻机油。
43.对于实施例和比较例的冷冻机油，进行如下的与丙烷形成的混合流体溶解粘度测
试以及评估冷冻机油抗磨损的润滑性测试。
44.与r290冷媒混合流体溶解粘度测定
45.在装有在线粘度计的250ml高压釜中加入冷冻机油100g，先将整个容器进行脱真空处理，然后在低温下注入足够的冷媒，从而成为流体混合物。然后测定80℃，2.25mpa条件下的溶解粘度。得到的结果示于表一、二、三中。
46.台架加速寿命实验
47.在家用空调压缩机型号为dsf340v1uft(美芝制造，r290冷媒2p机型)构成的r290防爆耐久寿命实验台上，对冷冻机油样品进行加速寿命耐久试验，试验时长1000h。实验结束后，对台架实验前后的油品进行对比分析。另外，对实验后的压缩机进行剖解，观察评估核心部件活塞的磨损程度，用粗糙度来测量。得到的结果示于表一、二、三中。
48.表一
[0049][0050][0051]
表二
[0052][0053]
由以上实验数据可知，实施例1-5的溶解粘度得到提高，同时润滑抗磨损性能好。
[0054]
对于本发明的冷冻机油，被丙烷溶解时依然能有较高的溶解粘度，且润滑耐磨耗性能也有优异的表现。适用于转子型压缩机的适用，可以被用在家用空调器系统。
[0055]
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。