[发明专利]氟化烃的恒沸组合物

说明书

本发明系1990年12月17日提出的美国专利申请序列号07/628000的部分继续。

本发明涉及一种恒沸混合物，该混合物可以用作致冷剂，喷雾式推进剂、热传递介质、电绝缘气体、灭火剂、聚烯烃和聚氨基甲酸乙酯等聚合物的发泡剂或膨胀剂以及动力循环工作液。尤其是涉及氟化烃类的恒沸混合物，本发明还特别涉及到五氟乙烷（HFC-125）和二氟甲烷（HFC-32）的混合物的应用。该混合物可以替代工业上大量应用的致冷剂502（R-502）。R-502是由氯代二氟甲烷（HCFC-22）和氯代五氟乙烷（CFC-115）组成的在许多工业中应用的二元共沸混合物。

近来大量的科学研究表明：氯代氟代烃类对环境具有长期的影响。一般认为在大气同温层中，含有氯的这类物质受紫外线的辐射作用，可分解释放出氯原子。据推理，氯原子与同温层中的臭氧层发生化学反应。该反应可以耗尽臭氧层或至少使同温层的臭氧层变薄，从而使得有害的紫外线辐射穿透地球的臭氧保护层。同温层的臭氧层的显著变薄将导致地球上生物的性质受到严重的伤害。

致冷剂502，即47-50重量%HCFC-22和53-50重量%CFC-115的共沸混合物（其共沸物是由48.8%wt    HCFC-22和51.2%wt    CFC-115组成的），长期以来一直作为国家市场上大多数冷藏箱中的致冷剂。可是，由于CFC-115是一种氯代氟化烃类化合物，而到2000年时这类化合物将逐步被停止生产，所以工业上需要生产出一种对环境更安全的氟化烃以便取代致冷剂502。

四氯乙烷（HFC-134）及其异构体HCFC-134a）已被提出作为可能的替代品。可是，这些化合物的低蒸气压（相应的高沸点）限制了它们的致冷容量，使得它们不能满足在R-502使用中的各种要求，此外，五氟乙烷（HFC-125）也被建议作为R-502的替代品，但其能量效率（蒸发器带走的热量被压缩蒸气所需的能量除）比R-502低10%。因此，这就需要设计出一种新型的设备来满足目前超级市场应用中所需的致冷效果。

如果用一种简单（非恒沸）的混合物可达到所需的复合性质，那么对环境安全的物质的混合物也可以使用。可是简单的混合物可给致冷系统所用的设备的设计和操作带来问题。这些问题主要是由于气相和液相组分的分离或离析造成的。

两种或多种成分的共沸或恒沸混合物似乎可以解决此问题，因为致冷循环中，在所经历的温度和压力下，气相和液相的组成基本上是相同的。在恒沸混合物的定义中包括了近似的共沸混合物，美国专利以4810403号中讲到近似的共沸混合物甚至在蒸发损失后实质上仍保持恒定的蒸气压。因而显示出恒沸行为。

本发明的目的是提供至少由两种氢化碳氟化合物构成的一种恒沸组合物，该组合物的沸点低，不易燃烧、很适合用作致冷剂、喷雾式推进剂、热传递介质、电绝缘气体、灭火剂、聚合物的膨胀剂或发泡剂以及动力循环工作液。

按照本发明所披露的一种实质上为恒沸的组合物，它包括大约10-90重量%五氟乙烯（CF₃CHF₂，也称作HFC-125）和大约90-10重量%二氟甲烷，CH₂F₂，也叫作HFC-32）。适用于上面提到的各种用途，尤其适合于用在超级市场中的冷藏，优选的组合物含大约13-61重量%的HFC-125和大约39-87重量%的HFC-32，较优选的组合物含大约13-23重量%的HFC-125和大约77-87重量%的HFC-32;但最优选的则是其自身含HFC-125约18.5重量%和HFC-32约81.5重量%（在-15.3℃在70.2psia下测定的）的共沸组合物。

以上所述的优选的、较优选的和最优选的组合物是基于它们与共沸组合物的相似性。但是，本发明的工业应用将是作为目前工业设备中使用的R-502的代用品。出乎意料地发现，偏离共沸组成很远的组合物实质上仍然是恒沸的，它们不易燃烧（因为它们含有的HFC-32远少于60%）;在致冷设备中，可以较低的压缩温度进行操作;而且它们的表面张力可与R-502相匹配。总之，在目前使用R-502的工业设备中不需作任何较大的改变即可操作。

工业操作中如此吸引人的组合物是大约含有10-45重量%的HFC-32和大约55-90重量%的HFC-125的组合物。较优选的工业用组合物含有大约15-40重量%HFC-32和大约60-85重量%HFC-125;而最优选的则含有大约20-30重量%的HFC-32和大约70-80重量%的HFC-125。