JP5779185B2

JP5779185B2 - 高温安定性を有するハイドロフルオロエーテルを含む装置、及びその使用

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Publication number: JP5779185B2
Application number: JP2012532205A
Authority: JP
Inventors: リチャード，エム．フリン，; マイケル，ジー．コステッロ，; マイケル，ジェイ．ブリンスキ，
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: WO2011041208A3; TWI513809B; JP2013506729A; US8323524B2; CN102639666B; KR101753925B1; US20110079043A1; EP2483361A4; US8591761B2; US20120298333A1; EP2483361B1; CN102639666A; WO2011041208A2; KR20120085792A; EP2483361A2; TW201129687A

Description

本開示は概して、伝熱流体、及びデバイスにおけるその利用に関する。

ハイドロフルオロエーテル化合物（ＨＦＥｓ）は、商業的に有用な化合物の部類を含む。多数の用途において、ハイドロフルオロエーテルは、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）が環境に対して有すると考えられている悪影響故に、現時点で回避し規制されているＣＦＣｓの代用品として有用であることが判明した。ＣＦＣｓとは異なり、ハイドロフルオロエーテル化合物は唯一のハロゲンとしてフッ素を含有し、地球のオゾン層に対して実質的に何の影響も与えない。このようなハイドロフルオロエーテル化合物は、したがって「オゾン層破壊係数」がゼロを示すといわれている。加えて、このようなＨＦＥｓは、典型的には、地球環境内でより容易に分解され、地球温暖化の原因となる可能性は低い。

当該技術分野において用いられるとき、ハイドロフルオロエーテルという用語は、一般に、フッ素原子により部分的に置換された水素原子を有するエーテルを指す。幾つかのハイドロフルオロエーテルが市販されている。例としては、ＳａｉｎｔＰａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａの３ＭＣｏｍｐａｎｙから商品名３ＭＮＯＶＥＣＥＮＧＩＮＥＥＲＥＤＦＬＵＩＤ７０００、７１００、７２００、７３００、７５００、及び７６００として入手可能なハイドロフルオロエーテルが挙げられる。ハイドロフルオロエーテルは、洗浄溶媒、堆積溶媒、電解液溶媒、及び熱伝導媒体などの用途で使用されている。ハイドロフルオロエーテルの使用は、その熱安定性により制限される場合がある。

いくつかのハイドロフルオロエーテルは、伝熱流体として開示されている。しかしながら、不活性で、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、熱安定性、及び効果的熱伝導を有し、幅広い温度範囲にわたって液体であり、広い範囲の温度で良好な熱伝達特性を有し、更には地球温暖化係数が制限されるように大気中での寿命が適度に短い伝熱流体が、引き続き求められている。

熱的に安定なハイドロフルオロカーボンは、多くのこれらニーズを満たし得る。ハイドロフルオロカーボンを含む溶媒システムは、約１５０℃を超える温度における長期の使用中に破壊しない材料を提供できる。毒性が低く、地球温暖化係数が低い伝熱流体は、例えば、エレクトロニクス産業界において熱伝導に有用な場合がある。

一態様では、熱伝導を必要とする装置が提供され、その装置は、デバイスと、そのデバイスへ、又はそのデバイスから熱を伝導する機構と、を備え、この機構は次の構造、すなわち、Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｙ−Ｒ_ｆで表される伝熱流体を含み、式中、Ｙは単結合又は単一の酸素原子であり、ｘ＝１〜３であり、Ｙが単結合のとき、Ｒ_ｆは、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、及びｎ−Ｃ_３Ｆ_７から選択され、Ｙが単一の酸素原子のとき、Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子である線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であり、この基は独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子、例えば窒素又は酸素を含有してよく、この構造中の炭素原子の総数は９以上である。

別の態様では、次の構造、すなわち、Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｏ−Ｒ_ｆで表される流体を含む組成物が提供され、式中、ｘ＝１〜３であり、Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子である線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であり、この基は独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子、例えば窒素又は酸素を含有してよく、この構造中の炭素原子の総数は９以上である。

更に別の態様では、デバイスと、そのデバイスへ、又はそのデバイスから熱を伝導する機構と、を用意する工程を含む熱伝導方法が提供され、この機構は次の構造、すなわち、Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｙ−Ｒ_ｆで表される伝熱流体を含み、式中、Ｙは単結合又は単一の酸素原子であり、ｘ＝１〜３であり、Ｙが単結合のとき、Ｒ_ｆは、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、及びｎ−Ｃ_３Ｆ_７から選択され、Ｙが単一の酸素原子のとき、Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子である線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であり、この基は独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子、例えば窒素又は酸素を含有してよく、この構造中の炭素原子の総数は９以上であり、この機構を用いてデバイスへ、又はデバイスから熱を伝導する。

本開示では、
「鎖状に連結されたヘテロ原子」とは、炭素−ヘテロ原子−炭素の連鎖を形成するように炭素の連鎖において炭素原子に結合している炭素以外の原子（例えば、酸素及び窒素）を意味する。
「デバイス」とは、加熱される、冷却される、又は所定の温度に維持される物体又は装置を意味する。
「不活性」とは、通常の使用状況下では一般に化学的に反応しない化学的組成物を意味する。
「機構」とは、パーツのシステム又は機械設備を意味する。
「ペルフルオロ」（例えば、「ペルフルオロアルキレン」又は「ペルフルオロアルキル」又は「ペルフルオロカーボン」の場合のような、基又は部分に関して）又は「ペルフルオロ化」とは、完全にフッ素化されたことを意味し、したがって、特に指示が無い限り、フッ素と置換できる炭素に結合した水素原子がないことを意味する。

提供されるハイドロフルオロエーテルは、驚くほど良好な熱安定性を有する伝熱流体を提供する。また、これらは、広い範囲の温度における高い比熱容量、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、及び良好な環境特性をも有する。提供されるハイドロフルオロエーテルはまた、洗浄溶媒、コーティング堆積用溶媒、発泡体の吹き込み用添加物、及び電解液溶媒の構成要素として有用な場合もある。

上記の要約は、本発明の全ての実施の開示された各実施形態を記述することを意図したものではない。以下の詳細な説明により、例示的な実施形態をより具体的に示す。

以下の説明において、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、その他の実施形態を想到し実施し得ることが、理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定する意味で理解すべきではない。

特に明記しない限り、本明細書と特許請求の範囲で用いられている特徴的なサイズ、量、及び、物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において「約」という用語によって変更されることを理解されたい。それ故に、そうでないことが示されない限り、前述の明細書及び添付の特許請求の範囲で示される数値パラメータは、当業者が本明細書で開示される教示内容を用いて得ようと求める所望の特性に応じて、変化し得る近似値である。終点による数の範囲の使用は、その範囲内（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）及びその範囲内の任意の範囲内の全ての数を含む。

いくつかのハイドロフルオロエーテルは、伝熱流体として開示されている。代表的なハイドロフルオロエーテルは、米国特許出願第１２／２６３，６６１号、名称「ＭｅｔｈｏｄｓｏｆＭａｋｉｎｇＦｌｕｏｒｉｎａｔｅｄＥｔｈｅｒｓ，ＦｌｕｏｒｉｎａｔｅｄＥｔｈｅｒｓａｎｄＵｓｅｓＴｈｅｒｅｏｆ」（２００８年１１月３日出願）、並びに米国特許公開第２００７／０２６７４６４号（Ｖｉｔｃａｋら）及び同第２００８／０１３９６８３号（Ｆｌｙｎｎら）、並びに米国特許第７，１２８，１３３号、及び同第７，３９０，４２７号（Ｃｏｓｔｅｌｌｏら）に見出すことができる。しかしながら、不活性で、高い絶縁耐力、低い電気伝導率、化学的不活性、熱安定性、及び効果的熱伝導を有し、幅広い温度範囲にわたって液体であり、広い範囲の温度で良好な熱伝達特性を有し、更には地球温暖化係数が比較的低くなるように大気中での寿命が適度に短い伝熱流体の必要性がある。

いくつかの実施形態では、熱伝導を必要とする装置が提供される。この装置は、デバイスと、伝熱流体を用いてデバイスへ、又はデバイスから熱を伝達する機構と、を含む。代表的な装置として、冷房システム、冷却システム、試験装置、及び機械加工装置が挙げられる。その他の例として、半導体ダイスの性能検査用自動試験装置に用いられるテストヘッド、アッシャー、ステッパー、エッチャー、ＰＥＣＶＤ装置内のシリコンウエファーの保持に使用されるウエファーチャック、恒温槽、及び熱衝撃試験用槽が挙げられる。更に他の実施形態では、提供される装置として、ターボ冷凍機、家庭用冷蔵庫／冷凍庫、自動車用エアコン、冷凍輸送車両、ヒートポンプ、スーパーマーケットの食料用冷却器、市販の陳列ケース、保管倉庫用冷房システム、地熱暖房システム、太陽熱暖房システム、有機ランキンサイクルデバイス、及びこれらの組み合わせを挙げることができる。

特定の実施形態では、本開示は、デバイスを含む。本明細書では、デバイスは、冷却される、加熱される、又は選択温度に維持される、構成要素、加工対象物、アセンブリなどとして定義される。このようなデバイスとしては、電気部品、機械部品及び光学部品が挙げられる。本発明のデバイスの例として、マイクロプロセッサ、半導体素子製造に用いられるウエファー、出力制御用半導体、配電スイッチギヤ、電力変圧器、回路基板、マルチチップモジュール、パッケージ化された、及びパッケージ化されていない半導体素子、レーザー、化学反応器、燃料電池、及び電気化学セルが挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、デバイスとして、冷却装置、加熱装置、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。

特定の実施形態では、本開示は、熱を伝達する機構を含む。熱は、デバイスと熱接触する熱伝達機構を置くことにより伝達される。デバイスと熱接触して置かれるとき、熱伝達機構は、デバイスから熱を奪う、又はデバイスへ熱を提供する、又は、選択温度でデバイスを維持する。熱の流れの方向（デバイスから又はデバイスへ）は、デバイスと熱伝達機構との間の相対的温度差によって決定される。

熱伝達機構は、ポンプ、バルブ、流体収納システム、圧力制御システム、コンデンサー、熱交換器、熱源、ヒートシンク、冷房システム、アクティブ温度制御システム、及びパッシブ温度制御システムを非制限的に含む、伝熱流体を管理するための設備を挙げることができる。好適な熱伝達機構の例として、ＰＥＣＶＤ装置内の温度制御されたウエファーチャック、ダイ性能試験用の温度制御されたテストヘッド、半導体プロセス装置内の温度制御されたワークゾーン、熱衝撃試験用槽の液体リザーバ、及び恒温槽が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかのシステム、例えばエッチャー、アッシャー、ＰＥＣＶＤチャンバ、及び熱衝撃試験機では、所望の上側動作温度は、１７５℃の高さ、更にはそれ以上の場合がある。

熱伝達機構は、提供される伝熱流体を含む。提供される伝熱流体は、構造（Ｉ）で表されてよい。
Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｙ−Ｒ_ｆ
（Ｉ）
式中、ｘは１〜３の数である。−ＣＦＨ基が−Ｒ_ｆ基に直接結合する場合、Ｙは単結合であってよい。あるいは、Ｙは、−ＣＦＨ基と−Ｒ_ｆ基との間にエーテル結合を形成する単一の酸素原子を表してよい。Ｙが単結合のとき、Ｒ_ｆは、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、及びｎ−Ｃ_３Ｆ_７から選択される。Ｙが単一の酸素原子のとき、Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子を有する線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であってよい。Ｒ_ｆはまた、独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子、例えば窒素又は酸素を含有してもよい。構造（Ｉ）の伝熱流体中の炭素原子の総数は９以上である。典型的にはＲ_ｆは、０個、１個、又は２個のヘテロ原子を有する。

Ｙが単一の酸素原子のとき、典型的なＲ_ｆ基として、ＣＦ_３、Ｃ_２Ｆ_５、ｎ−Ｃ_３Ｆ_７、ｉ−Ｃ_３Ｆ_７、Ｃ_４Ｆ_９、Ｃ_５Ｆ_１１、ＣＦ_３ＯＣ_３Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２、及び（ＣＦ_３）_２ＮＣ_３Ｆ_６を挙げることができる。鎖状に連結されたヘテロ原子を含むＲ_ｆ基は

及び

代表的な流体は、Ｈ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３又はＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＯＣＦ_３などの構造を有する。

いくつかの実施形態では、Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｏ−Ｒ_ｆで表される流体を含む物質の組成物が提供され、式中、ｘ＝１〜３であり、Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子である線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であり、この基は独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子、例えば窒素又は酸素を含有してよく、この構造中の炭素原子の総数は９以上である。いくつかの実施形態では、ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＯＣＦ_３を含む流体が提供される。

提供されるＹが単結合である構造（Ｉ）のハイドロフルオロエーテルは、対応する部分フルオロ化アルコールであるＨ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＨと、ペルフルオロ化オレフィンであるＣＦ_２＝ＣＦＲ_ｆ（式中、ｘ及びＲ_ｆは、上記のように定義され、以下の実施例１に例示される）の反応により得ることができる。提供されるＹが酸素原子であるハイドロフルオロエーテルは、対応する部分フルオロ化アルコールであるＨ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＨと、ペルフルオロ化ビニルエーテルであるＣＦ_２＝ＣＦＯＲ_ｆ（式中、ｘ及びＲ_ｆは、上記のように定義され、以下の実施例２に例示される）の反応により得ることができる。

他の実施形態では、デバイスと、そのデバイスへ、又はそのデバイスから熱を伝達する機構と、を用意する工程と、続いてその機構を備えるデバイスへ、又はそのデバイスから熱を伝達する工程と、を含む、熱伝導方法が提供される。熱伝達機構は、上記で開示される全ての制限を有する構造（Ｉ）で表される伝熱流体を含む。いくつかの実施形態では、提供される方法による熱を伝達する工程は、デバイスを経由して、冷却装置、加熱装置、若しくはこれらの組み合わせへ、又はこれらから伝熱流体を循環させることを含む。他の実施形態では、熱を伝達する工程は、デバイスの少なくとも一部を伝熱流体に、少なくとも部分的に浸漬することを含む。

提供される装置及び伝熱流体は、高温伝熱流体に対する市場のニーズを満たす。提供されるハイドロフルオロエーテルは、安定な高温伝熱流体を提供する。いくつかの実施形態では、提供されるハイドロフルオロエーテルは、少なくとも１５日間１７５℃の温度に加熱され、維持されるとき、ガスクロマトグラフィ／質量分析（ＣＧ／ＭＳ）で測定される純度が実質的に変化しない安定な高温伝熱流体を提供する。いくつかの実施形態では、提供されるハイドロフルオロエーテルは、少なくとも３６日間１５０℃の温度に加熱され、維持されるとき、ガスクロマトグラフィ／質量分析（ＣＧ／ＭＳ）で測定される純度が実質的に変化しない安定な高温伝熱流体を提供する。更に他の実施形態では、提供されるハイドロフルオロエーテルは、少なくとも５０日間１５０℃の温度に加熱され、維持されるとき、ガスクロマトグラフィ／質量分析（ＣＧ／ＭＳ）で測定される純度が実質的に変化しない安定な高温伝熱流体を提供する。

また、提供されるハイドロフルオロエーテルは毒性も低く、提供されるハイドロフルオロエーテルのうちいくつかは、新規化学物質を市場、例えば日本市場で販売するために必要な、例えば、Ｎ．Ｙａｋａｔａら、Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ、６４、（２００６）、ｐｐ．１８８５〜１８９１に記載されるような、いわゆる魚類における生物濃縮試験を利用する、規制試験に合格する能力がある。

本発明の目的及び利点は、下記の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈すべきではない。

実施例
実施例における部、百分率、比等は全て、特に記載しない限り、重量基準である。使用される溶媒及び他の試薬は、特に記載のない限り、シグマ・アルドリッチ・ケミカル社（Sigma Aldrich Chemical Company）、ウィスコンシン州ミルウォーキー（Milwaukee）より入手した。

（実施例１）
７−（１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロプロポキシ）−１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ドデカフルオロヘプタン、Ｈ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３の調製。
２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７−ドデカフルオロヘプタン−１−オル（２８８４ｇ、８．６８モル、Ｄａｉｋｉｎ（Ｃａｒｒｏｌｔｏｎ，ＴＸ））、アセトニトリル（２３０７ｇ）、炭酸カリウム溶液（２７％ｗ／ｗ、２１７ｇ）を、２ガロン（７．５７Ｌ）容のＰａｒｒ圧力反応器内で混合した。反応器を密封し、ヘキサフルオロプロペン（１５６４ｇ、１０．４２モル、３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））を２０分以上かけて液体として添加しながら、温度を４０℃に維持した。続いて、この混合物を、更なる圧力低下がなくなるまで攪拌させた。この混合物を取り出し、濾過し、分別蒸留によりアセトニトリルを除去した。次いで、生成物を、米国特許第７，１２８，１３３号（Ｃｏｓｔｅｌｌｏら）に記載されるように無水ＨＦで処理した。次に、過剰のＨＦを中和し、生成物をＯｌｄｅｒｓｈａｗのカラムを用いて分別蒸留により精製した。生成物の沸点は１８２℃であった。生成物の質量をＧＣ／ＭＳで確認し、純度は、^１３Ｆ、^１Ｈ、^１３ＣＮＭＲで９９．８２％と測定された。

アセトン中、過マンガン酸カリウムでこのエーテルを処理することにより更なる精製を実施し、最後に残った微量のオレフィン性不純物を除去した。典型的にはこの工程は、過マンガン酸カリウムのエーテルに基づき１〜２重量％を含有する等量のエーテル及びアセトンを還流させることにより、バッチ式で行った。水を加え、下相のフッ素性化学物質相を分離し、生成物を分別蒸留して残存するアセトンを除去したが、この段階以降で生成物自体を蒸留する必要はなかった。

ガラス器具内での安定性試験：
清潔なＰｙｒｅｘのガラス製丸底フラスコ内で、様々なサンプルを以下に記す温度に加熱することにより、安定性試験を実施した。実験室においては、この種の試験は、封をした金属チューブ内のサンプル加熱よりも非常に厳しい試験であることがわかっているため、サンプル間の良好な差別化を提供することが判明した。

Ｈ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３について、本質的に実施例１に記載されるように調製され、ＨＦ及び過マンガン酸カリウムの両方で処理したエーテルの一部（〜１００ｇ）を、窒素下で還流凝縮液を含有する新しいＰｙｒｅｘのガラス製フラスコに入れ、３６日間１５０℃に加熱することにより、安定性の試験を行った。液体サンプルを７、１４、２６、及び３６日の時間間隔で採り、親分子の分解産物について、ＧＣ／ＭＳで組成を観測した。試験中、生成物の純度に変化がないことが確認され、すなわち、新しい生成物が見られず、出発物質の純度は変化しなかった。組成解析（ＧＣ／ＭＳ及びＧＣ−ＦＩＤ）により、この結論が検証された。加熱期間終了後、次にサンプルを更に１４日間１８０℃に加熱した。この期間の終了時点で、分解産物は見られなかった。ＰｏｒｔａＳｅｎｓＨＦガス検出プローブ（ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃ．製）を用いて、フラスコのヘッドスペースを観測したところ、全５０日間の加熱期間中にＨＦは検出されなかった。

（実施例２）
ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＯＣＦ_３、［１，１，２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−ドデカフルオロ−７−（１，１，２−トリフルオロ−２−トリフルオロメトキシエトキシ）ヘプタン］の調製。
ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＨの精製：ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＨ（２００ｇ、０．６０２モル、Ｄａｉｋｉｎ（Ｃａｒｒｏｌｔｏｎ，ＴＸ））を精製し、６００ｍＬ容のＰａｒｒ反応器内で７２時間６０℃に加熱することにより、約５％存在する分枝鎖異性体であるＨＣ_２Ｆ_４ＣＨ（ＨＣ_４Ｆ_８）ＯＨを、４５％水性水酸化カリウム（２０ｇ、０．１６モル）と反応させて除去した。冷却後、反応器の内容物を１Ｌ容のフラスコに入れ、ほぼ等量の水及びアルコールを添加し、共沸蒸留した。この処理後の異性体の含量は０．０５％であった。

精製したＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＨ（５０．６ｇ、０．１５２モル）、炭酸カリウム（２．９ｇ、０．０２１モル）、及びアセトニトリル（１５０ｇ）を、６００ｍＬ容のＰａｒｒ反応器内で混合した。反応器を密封し、窒素下で２回脱気し、次いで真空引きして、トリフルオロメチルトリフルオロビニルエーテル（ＣＦ_３ＯＣＦ＝ＣＦ_２、３５．３ｇ、０．２１２モル、Ｓｙｎｑｕｅｓｔ（Ａｌａｃｈｕａ，ＦＬ））を約２時間かけて一部ずつ添加しながら約４０℃に加熱した。反応器を１６時間４０℃に維持し、その後冷却し、開放して、濾過により炭酸カリウムを除去した。溶媒、アセトニトリルを回転蒸発により除去し、その後水（４００ｍＬ）を加え、ディーンスタークトラップを用いて反応混合物を共沸蒸留し、下相のフッ素性化学物質相を分離して、ＧＬＣによる純度９７．４％の液体６７．７ｇを得た。８０ｇ以上のアルコールを用いてこの反応を繰り返し、続いて、混合された共沸留出物（１７４ｇ）を同心円管分留装置（ＡｃｅＧｌａｓｓ（Ｖｉｎｅｌａｎｄ，ＮＪ）カタログ番号９３３１）で分留し、最終生成物であるＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＯＣＦ_３、１２２ｇ、ｂｐ＝１７８℃、純度９９．２％を得た。この構造は、ＧＣ／ＭＳデータと一致した。

ガラス器具内での安定性試験
Ｈ（ＣＦ_２ＣＦ_２）_３ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＯＣＦ_３について、上記のように調製されたエーテルの一部（７５ｇ）を、窒素下で還流凝縮液を含有するフラスコに入れ、電磁的に攪拌しながら１５日間１７５℃に加熱することにより、安定性の試験を行った。液体サンプルを１、２、３、４、７、８、９、１１、及び１５日の時間間隔で採り、ガスクロマトグラフィで分析した。加えて、出発物質及び加熱期間最終時の物質を、親分子の分解産物についてＧＣ／ＭＳで分析した。試験中、ガスクロマトグラフィ又はＧＣ／ＭＳのいずれによっても生成物の純度に変化がないことが確認され、すなわち、新しい生成物が見られず、出発物質の純度は変化しなかった。

比較例１
化合物、２，３，３，４，４−ペンタフルオロ−２，５−ビス（ペルフルオロプロパン−２−イル）−５−エトキシテトラヒドロフラン（ＩＩ）を、米国特許公開第２００７／０２６７４６４号（Ｖｉｔｃａｋら）に記載される方法により調製した。

約１００ｇのエーテルを水凝縮器を備えた５００ｍＬ容の丸底フラスコに入れ、電磁攪拌しながら７日間１５０℃に加熱することにより、ガラス内での安定性試験を実施した。液体サンプルを１日目、２日目、３日目、４日目、及び７日目に採り、ガスクロマトグラフィ、ＨＦガスプローブ、及びｐＨ試験紙で分析した。１日後、ｐＨは初期値である中性値の７から５まで低下し、残りの試験期間中、その値で維持された。ヘッドスペース中のＨＦ濃度をＰｏｒｔａＳｅｎｓプローブを用いて測定したところ、３日目に最高値に達してプローブが２７ｐｐｍを検出し、残りの試験期間中変化しなかった。分解産物であるジケトン（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＯＣ_２Ｆ_４ＣＯＣＦ（ＣＦ_３）_２の濃度は、テスト終了時の７日目に１６４８ｐｐｍまで増加した。測定した液相中のＨＦ濃度を以下の表に示す。

比較例２
３−エトキシ−１，１，１，２，２，３，４，５，５，５−デカフルオロ−４−（１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−ヘプタフルオロプロピルオキシプロポキシ）ペンタン、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ（ＯＣ_２Ｈ_５）ＣＦ_２ＣＦ_３の調製
１−［１−（ジフルオロトリフルオロビニルオキシメチル）−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ］−１，１，２，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（２１６ｇ、０．５モル、Ｄｙｎｅｏｎ（Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ））、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピオニルフルオライド（８３．３ｇ、０．５０モル、３ＭＣｏｍｐａｎｙ）、フッ化カリウム（１２．６ｇ、０．２１７モル、噴霧乾燥、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））、及びジグリム（２００ｍＬ）を、６００ｍＬ容のｐａｒｒ反応器で混合した。この混合物を、３０分間かけて圧力が落ちなくなるまで８５℃で加熱した。この反応で発生したケトン生成物（１，１，１，２，２，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−ヘプタフルオロプロピルオキシプロポキシ）−ペンタン−３−オン）を、反応混合物から分離しなかった。反応混合物を３リットル容の丸底フラスコに取り出した。ジエチルサルフェート（９２ｇ、０．６モル、Ａｌｄｒｉｃｈ）、フッ化カリウム（２２．４ｇ、噴霧乾燥、Ａｌｄｒｉｃｈ）、及び追加のジグリム１０００ｍＬを、反応混合物と混合した。これを７２時間５８℃で加熱した。続いて、水（３５０ｍＬ）を混合物に加え、ハイドロフルオロエーテルの生成物を蒸気蒸留した。アルキル化反応により、合計３６７ｇの未精製ＨＦＥを得た。これを、１００ｍＬの２５％（ｗ／ｗ）ＫＯＨで１時間還流して処理し、エステル不純物を除去した。次いで、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この生成物を分別蒸留で精製し、ｂｐ＝１８３℃、純度＝９９．６８％であった。生成物の質量をＧＣ／ＭＳ分析で確認した。

Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ（ＯＣ_２Ｈ_５）ＣＦ_２ＣＦ_３の安定性試験
５０グラムのハイドロフルオロエーテルを５０ｍＬ容の丸底フラスコに投入した。この物質を８日間１５０℃で加熱し、１日目、２日目、３日目、６日目、及び８日目にサンプルを採った。観測した親分子からの初期分解産物は、ケトン中間体であるＣ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ_２ＣＦ_３であった。これは、ＧＣ−ＦＩＤを用いて観測した。ケトン濃度は８日間かけて上昇し、このＨＦＥが１５０℃を超える温度において特別に安定ではなかったことを示す。

比較例３
３−メトキシ−１，１，１，２，２，３，４，５，５，５−デカフルオロ−４−（１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−ヘプタフルオロプロピルオキシプロポキシ）ペンタン−Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ（ＯＣＨ_３）ＣＦ_２ＣＦ_３の調製
１−［１−（ジフルオロトリフルオロビニルオキシメチル）−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ］−１，１，２，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン（２１６ｇ、０．５モル、Ｄｙｎｅｏｎ（Ｏａｋｄａｌｅ，ＭＮ））、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロピオニルフルオライド（８３．３ｇ、０．５０モル、３ＭＣｏｍｐａｎｙ）、フッ化カリウム（１２．６ｇ、０．２１７モル、噴霧乾燥、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））、及びジグリム（２００ｍＬ）を、６００ｍＬ容のｐａｒｒ反応器で混合した。この混合物を、３０分間かけて圧力が落ちなくなるまで８５℃で加熱した。この反応で発生したケトン生成物（１，１，１，２，２，４，５，５，５−ノナフルオロ−４−（１，１，２，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−ヘプタフルオロプロピルオキシプロポキシ）−ペンタン−３−オン）を、反応混合物から分離しなかった。反応混合物を２リットル容の丸底フラスコに取り出した。

ジメチルサルフェート（７６ｇ、０．６モル、Ａｌｄｒｉｃｈ）、フッ化カリウム（２２．８ｇ、０．６モル、Ａｌｄｒｉｃｈ）、及び５００ｇのジグリム溶媒を、ケトン反応混合物と混合した。この混合物を２４時間３２℃に加熱した。次いで、２００ｍＬの水を加え、生成物をディーンスタークトラップを用いて蒸気蒸留した。次に、粗ＨＦＥを３０ｇの２５％（ｗ／ｗ）ＫＯＨ溶液で還流し、エステル不純物を除去した。次いで、この生成物を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。合計２２７ｇを回収し、分別蒸留を用いて精製した。生成物の沸点は１７５℃であった。生成物の質量をＧＣ／ＭＳで確認し、最終生成物の純度は９９．５％であった。

Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ（ＯＣＨ_３）ＣＦ_２ＣＦ_３の安定性試験
５０グラムのハイドロフルオロエーテルを５０ｍＬ容の丸底フラスコに投入した。この物質を８日間１５０℃で加熱し、１日目、２日目、５日目、７日目、及び８日目にサンプルを採った。観測した親分子からの初期分解産物は、ケトン中間体であるＣ_３Ｆ_７ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）Ｃ（Ｏ）ＣＦ_２ＣＦ_３であった。これは、ＧＣ−ＦＩＤを用いて観測した。ケトン濃度は８日間かけて上昇し、このＨＦＥが１５０℃を超える温度において特別に安定ではなかったことを示す。

比較例４
１−（１−｛［１−（エトキシジフルオロメチル）−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ］−ジフルオロメチル｝−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ）−１，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン、Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣ_２Ｈ_５の調製
ペルフルオロブチリルフルオライドの調製
ペルフルオロブチリルフルオライドを、米国特許第２，７１３，５９３号（Ｂｒｉｃｅら）及びＲ．Ｅ．Ｂａｎｋｓ編、Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＯｒｇａｎｏｆｌｕｏｒｉｎｅＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，ＨａｌｓｔｅｄＰｒｅｓｓ（１９８２），ｐｐ．１９〜４３に記載されるタイプのＳｉｍｏｎｓＥＣＦセル内で、イソ酪酸無水物の電気化学的フッ素付加により調製した。

セルからのガス状生成物を分別蒸留により更に精製し、９５％ペルフルオロブチリルフルオライド、０．８％ペルフルオロ−２−メチルプロピオニルフルオライドを得て、残部はペルフルオロ化不活性物質であった。この混合物は更なる精製をせずに後続の反応に使用できた。本明細書で用いるとき、用語「ペルフルオロブチリルフルオライド」は、今記載した混合物を指す。

Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣ_２Ｈ_５の調製
ステンレス鋼製のカバーを付けた６００ｍＬ容のＰａｒｒ圧力反応器に、噴霧乾燥したフッ化カリウム（４．２ｇ、０．０７２モル）、無水ジグリム（１０３．７ｇ）、Ａｄｏｇｅｎ４６４溶液（１０．１ｇ、ジグリムを溶解し、続いて分別蒸留することにより精製してイソパノールを除去し、ジグリム中に溶解される４８．６％のＡｄｏｇｅｎとした溶液、０．０１０６モル）、及びＦＣ−８５（１２７．５ｇ、３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手）を投入した。この容器を密封し、攪拌し、ペルフルオロブチリルフルオライド（７９．６ｇ、０．３５０モル）を充填した冷却ユニットを用いて＜−１０℃まで冷却し、１４℃に維持した。ヘキサフルオロプロペンオキシド（１２３ｇ、０．７４１モル）を、８時間かけて反応器に蒸気として継続的に充填し、その後１６時間保持した。反応器を開き、噴霧乾燥したフッ化カリウム（２２．６ｇ、０．３８９モル）、無水ジグリム（１０６．４グラム）、及びジエチルサルフェート（８７．２ｇ、０．５６６モル）を投入し、密封し、攪拌し、５２℃に加熱して、２日間保持した。４５％水性ＫＯＨを反応器に入れ、６５℃に加熱して、５時間保持した。冷却後、反応混合物を１Ｌの水で希釈し、底部の生成物含有相、２８％の所望の物質を含むもの３６７ｇを回収した。本質的に上記と同様の調製を用いて別のバッチを完成させ、これら２ロットを合わせて、１０穿孔プレート内部ベローズカラムを使用して精製し、ＮＭＲで測定するとき９８．８％のＣ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣ_２Ｈ_５、及び０．６３％の（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＦ_２Ｏ［ＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２Ｏ］_２ＣＨ_２ＣＨ_３を含有する５８ｇを得た。

Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣ_２Ｈ_５の安定性試験
５０ｇのハイドロフルオロエーテルを５０ｍＬ容の丸底フラスコに投入した。この物質を７日間１５０℃で加熱し、３日目、５日目、及び７日目にサンプルを採った。観測した親分子からの初期分解産物は、ビニルエーテルであるＣ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦ＝ＣＦ_２、及び水素化物であるＣ_４Ｆ_９ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２ＯＣＦＨＣＦ_３であった。これらは、ＧＣ−ＦＩＤを用いて観測した。２つの分解産物の合計濃度を以下の表に示す。

比較例５
１−｛１−［（１−｛［１−（エトキシジフルオロメチル）−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ］ジフルオロ−メチル｝−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ）ジフルオロメチル］−１，２，２，２−テトラフルオロエトキシ｝−１，１，２，２，３，３，３−ヘプタフルオロ−プロパン、Ｃ_３Ｆ_７（ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）_３ＯＣ_２Ｈ_５の調製
この化合物は、対応する酸フッ化物であるＣ_３Ｆ_７（ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）_２ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＯＦのアルキル化により生成された。酸フッ化物の調製は、米国特許第３，２４２，２１８号（Ｍｉｌｌｅｒ）及び同第６，９２３，９２１号（Ｆｌｙｎｎら）に記載されている。アルキル化法は、例えば、米国特許第５，７５０，７９７号（Ｖｉｔｃａｋら）に記載されている。この化合物を過マンガン酸カリウムで更に処理し、オレフィン性不純物を除去した。

Ｃ_３Ｆ_７（ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）_３ＯＣ_２Ｈ_５の安定性試験
５０ｇのハイドロフルオロエーテルを５０ｍＬ容の丸底フラスコに投入した。この物質を１８．７５日間１５０℃で加熱し、２．７５日目、４．７５日目、６．７５日目、及び１８．７５日目にサンプルを採った。観測した親分子からの初期分解産物は、ビニルエーテルであるＣ_３Ｆ_７（ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）_２ＯＣＦ＝ＣＦ_２、及び水素化物であるＣ_３Ｆ_７（ＯＣＦ（ＣＦ_３）ＣＦ_２）_２ＯＣＦＨＣＦ３であった。これらは、ＧＣ−ＦＩＤを用いて観測した。２つの分解産物の合計濃度を以下の表に示す。

（実施例３）
ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３についての１５０℃における市販の冷却装置の安定性試験
市販の冷却ユニット中におけるＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３の長期安定性を試験した。この試験に用いた冷却装置は、作動範囲が１０℃〜２００℃であるＬｙｄａｌｌＡｆｆｉｎｉｔｙＣｈｉｌｌｅｒ、モデルＰＷＬ−００３ＫＢＥ４８ＣＢＣ３とした。ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３を閉鎖型ステンレス鋼ループを通じて、２８日間１５０℃で循環させた。この間、サンプルを採取する短時間以外は冷却装置を継続的に運転し、サンプルを除去する前に流体を室温まで冷却した。冷却装置の動作に問題がなかったことを記載しておく。循環する流体の組成を、ＧＣ／ＭＳで定期的（１日目、３日目、６日目、１３日目、２０日目、及び２８日目）に分析し、流体に変化が起こったかどうかを確認した。試験前、及び試験終了後に、流体のフッ素ＮＭＲ解析も行った。ＮＭＲ又はＧＣ／ＭＳのいずれによっても、流体の組成に変化はみられなかった。ＰｏｒｔａＳｅｎｓＨＦガス検出プローブ（ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃ．製）を用いて、冷却装置のヘッドスペースを観測したところ、全２８日間の加熱期間中にＨＦ濃度の上昇は検出されなかった。極めて低濃度のＨＦ（１．４ｐｐｍ）が最初に確認され、この値は１３日目までに０ｐｐｍまで減少した。ＨＦは滴定により液相にもみられ、０．５２ｐｐｍの値を超えなかった。冷却装置の金属パーツの外観は、試験期間全体にわたって本質的に変化しなかった。

比較例６
１５０℃における市販の冷却装置の比較用安定性試験
比較対照のハイドロフルオロエーテルである２，３，３，４，４−ペンタフルオロ−２，５−ビス（ペルフルオロプロパン−２−イル）−５−エトキシテトラヒドロフラン（ＩＩ）もまた、この同一システムにおいて同条件下で複数回試験した。投入した材料からの組成変化について、約３０日間にわたって定期的にこの流体の組成を観測した。これらの２回の試験の間に、親分子の分解産物であるジケトン、（ＣＦ_３）_２ＣＦＣＯＣ_２Ｆ_４ＣＯＣＦ（ＣＦ_３）_２がみられ（２８日において２４〜３９ｐｐｍの範囲）、親分子が１５０℃の温度で安定でなかったことを示した。他の試験では、２８日、及び７日のそれぞれにおいて、１９５ｐｐｍ〜４７２ｐｐｍの範囲のより高値のジケトンが確認された。ＨＦは滴定により液相にもみられ、０．３４〜０．３６ｐｐｍの範囲であった。ＨＣ_６Ｆ_１２ＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨＣＦ_３で確認されたものとは大きく異なり、冷却装置の金属パーツの外観は顕著に腐食した。試験によって、この腐食は、黒色又は緑色がかった堆積物の形成を伴う非常に顕著なものから、目立たないものの依然として流体由来の腐食性剤の著しい兆候を示すものまで、多様であった。この腐食、並びにジケトン分解産物の形成は、この材料を、かかる高温熱伝導用途での使用において許容できないものとする。

提供される伝熱流体の驚くべき安定性は、実施例１〜２、及び比較例１〜５の検査により例示される。比較例１〜５は、これらがアルコキシ基（メトキシ又はエトキシ）をも含む以外は、提供される構造（Ｉ）の伝熱流体と類似する構造を有する。比較例において試験した化合物は、構造（Ｉ）の構造的要件を満たす実施例１〜２に例示される化合物と同じ安定性を有さない。

更に、実施例１のハイドロフルオロエーテル化合物を含む伝熱流体について、実施例３に記載するように市販の冷却ユニット中での長期安定性を試験した。閉鎖型ステンレス鋼ループを通じて２８日間１５０℃で、流体を循環させたところ、この間に伝熱流体の顕著な変質はなかった。比較として、比較例１の化合物について同じ試験を行った。比較例６に記載するように、大きく異なって、冷却装置の金属パーツの外観はかなり腐食し、この用途での使用において材料を許容できないものとするジケトン分解産物を有することが判明した。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱しない本発明の様々な変更や改変は、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で述べる例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるものではないこと、また、こうした実施例及び実施形態は、本明細書において以下に記述する「特許請求の範囲」によってのみ限定されると意図する本発明の範囲に関する例示のためにのみ提示されることを理解すべきである。本開示に引用された全ての参照文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

下記構造で表される流体を含む組成物。
Ｈ（Ｃ_２Ｆ_４）_ｘＣＨ_２ＯＣＦ_２ＣＦＨ−Ｏ−Ｒ_ｆ
［式中、
ｘ＝１〜３であり、
Ｒ_ｆは、１〜７個の炭素原子である線状、分枝状、又は環状ペルフルオロ脂肪族基であり、この基は独立して、１つ以上の鎖状に連結されたヘテロ原子を含有してよく、
前記構造中の炭素原子の総数が９以上である。］