(57)【要約】  マグネシウム等の、溶融した非鉄の金属および合金の酸化を妨げるためのフルオロオレフィンを含むカバーガス組成物を開示する。このカバーガス組成物一般には、Ｃ２からＣ６のフルオロオレフィンを含む。好ましくは、このカバーガス組成物の化合物は、テトラフルオロプロペン、ペンタフルオロプロペンおよびフルオロクロロプロペンから選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した非鉄の金属および合金の空気に曝したときの酸化を妨げるための、少なくとも１種のフルオロオレフィンを含むカバーガス組成物。
【請求項２】
前記フルオロオレフィンが、Ｃ２からＣ６のフルオロオレフィンである、請求項１に記載のカバーガス組成物。
【請求項３】
前記Ｃ２からＣ６のフルオロオレフィンが、１種または複数のＣ３からＣ５のフルオロオレフィンを含む、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記Ｃ２からＣ６のフルオロオレフィンが、式Ｉ
ＸＣＦＺＲ３−Ｚ  （Ｉ）
（式中、Ｘは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４またはＣ５の、不飽和、置換または非置換の基であり、各Ｒは、独立してＣｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、ｚは１から３である）
を有する１種または複数の化合物を含む、請求項２に記載の組成物。
【請求項５】
前記式Ｉの化合物の前記少なくとも１種が、少なくとも４個のハロゲン置換基を有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
前記１種または複数の式Ｉの化合物が、少なくとも３個のフッ素置換基を有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項７】
Ｂｒ置換基を有さない少なくとも１種の式Ｉの化合物を含有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項８】
前記組成物が、少なくとも１個のＢｒ置換基を有する少なくとも１種の式Ｉの化合物を含有し、前記化合物が水素を含まない、請求項４に記載の組成物。
【請求項９】
少なくとも１個のＢｒ置換基を不飽和炭素上に有する少なくとも１種の式Ｉの化合物を含有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項１０】
少なくとも１個のＢｒ置換基を非末端の不飽和炭素上に有する少なくとも１種の式Ｉの化合物を含有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の式Ｉの化合物が、少なくとも１種のテトラフルオロプロペンを含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の式Ｉの化合物が、少なくとも１種のフルオロクロロプロペンを含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項１３】
前記少なくとも１種の式Ｉの化合物が、少なくとも１種のペンタフルオロプロペンを含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項１４】
前記ペンタフルオロプロペンが、末端の不飽和炭素上に少なくとも１個の水素置換基を有する、請求項４に記載の組成物。
【請求項１５】
前記フルオロオレフィンが、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦおよびＣＦ３ＣＦ＝ＣＨＦからなる群から選択される、請求項４に記載のカバーガス組成物。
【請求項１６】
前記組成物が、窒素、二酸化炭素、空気、希ガスおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のキャリヤガスをさらに含む、請求項１に記載のカバーガス組成物。
【請求項１７】
約９８から約９９．９９重量パーセントのキャリヤガスおよび約０．０１から約２重量パーセントの１種または複数のフルオロオレフィンを含む、請求項１６に記載のカバーガス組成物。
【請求項１８】
前記金属が、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項１に記載のカバーガス組成物。
【請求項１９】
前記金属がマグネシウムである、請求項１８に記載のカバーガス組成物。
【請求項２０】
（ａ）表面を有する溶融非鉄金属を供給するステップと、
（ｂ）前記表面を、気体のフルオロオレフィン組成物の層に曝すステップと
を含む、空気に曝される溶融非鉄金属の酸化を妨げる方法。
【請求項２１】
（ｃ）前記表面上に酸化膜を形成するステップ
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記フルオロオレフィンが、式Ｉ
ＸＣＦＺＲ３−Ｚ  （Ｉ）
（式中、Ｘは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４またはＣ５の、不飽和、置換または非置換の基であり、各Ｒは独立して、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、ｚは１から３である）
を有する１種または複数の化合物を含むＣ２からＣ６のフルオロオレフィンである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記フルオロオレフィンが、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦおよびＣＦ３ＣＦ＝ＣＨＦからなる群から選択される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記フルオロオレフィン組成物が、窒素、二酸化炭素、空気、希ガスおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のキャリヤガスをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記金属が、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、およびそれらの合金からなる群から選択される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記金属がマグネシウムである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
その表面に保護膜を有する非鉄反応性金属を含み、前記膜が、金属とフルオロオレフィン組成物との間の反応により形成され、前記膜が、前記金属の酸化を妨げる溶融金属組成物。
【請求項２８】
前記金属が、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、およびそれらのうちの少なくとも１種の合金からなる群から選択される、請求項２７に記載の溶融金属組成物。
【請求項２９】
前記金属が、マグネシウムまたはマグネシウム合金である、請求項２８に記載の溶融金属組成物。
【請求項３０】
前記フルオロオレフィン組成物が、式Ｉ
ＸＣＦＺＲ３−Ｚ  （Ｉ）
（式中、Ｘは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４またはＣ５の、不飽和、置換または非置換の基であり、各Ｒは独立して、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、ｚは１から３である）
を有する１種または複数の化合物を含むＣ２からＣ６のフルオロオレフィンを含む、請求項２１に記載の溶融金属組成物。
【請求項３１】
前記Ｃ２からＣ６のフルオロオレフィンが、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦおよびＣＦ３ＣＦ＝ＣＨＦからなる群から選択される、請求項３０に記載の溶融金属組成物。
【請求項３２】
ｔｒａｎｓ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、ｃｉｓ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンおよびフルオロクロロプロペンからなる群から選択される少なくとも１種のフルオロオレフィンを含む、空気に曝したときの溶融した非鉄の金属および合金の酸化を妨げるカバーガス組成物。
【請求項３３】
前記フルオロオレフィンが、ｔｒａｎｓ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペンを含む、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３４】
前記フルオロオレフィンが、本質的にｔｒａｎｓ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペンからなる、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３５】
前記フルオロオレフィンが、ｔｒａｎｓ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペンからなる、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３６】
前記フルオロオレフィンが、ｃｉｓ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンを含む、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３７】
前記フルオロオレフィンが、本質的にｃｉｓ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンからなる、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３８】
前記フルオロオレフィンが、ｃｉｓ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンからなる、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項３９】
前記フルオロクロロプロペンが、トリフルオロ−モノクロロ−プロペンである、請求項３２に記載のカバーガス。
【請求項４０】
前記トリフルオロ−モノクロロ−プロペンが、ＣＦ３ＣＣｌ＝ＣＨ２（ＨＦＣＯ−１２３３ｘｆ）、ｃｉｓ−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ（ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）およびｔｒａｎｓ−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ（ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）からなる群から選択される、請求項３９に記載のカバーガス。
【請求項４１】
前記組成物が、窒素、二酸化炭素、空気、希ガスおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも１種のキャリヤガスをさらに含む、請求項３２に記載のカバーガス組成物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００６年７月３日に出願された米国仮出願６０／８１８４１６の優先権を主張する。この仮出願の内容は、本明細書に参照により組み込まれる。
発明の背景
（１）発明の分野
本発明は、マグネシウム等の溶融非鉄金属のためのカバーガス組成物に関し、この金属が空気に曝されるときの酸化を防止するための、その使用方法に関する。
（２）関連技術の説明
マグネシウム、アルミニウムおよびリチウム等の特定の非鉄金属は、非常に反応しやすく、酸化に対し不安定である。例えば、溶融マグネシウムは、周囲空気または乾燥空気の中で、容易にかつ激しく酸化され、約２８２０℃の火炎温度で燃焼する。これらの激しい酸化過程を抑制するために、３つの取り組み方が提案されている。すなわち、（１）溶融金属を覆うように塩のカバーフラックスを振りかけること、（２）ヘリウム、窒素もしくはアルゴン等の不活性ガスにより溶融金属を覆うことにより、酸素を溶融金属への接触から遮断すること、または（３）保護カバーガス組成物により溶融金属を覆うことである。保護カバーガス組成物は、一般に、空気および／または二酸化炭素、ならびに少量の抑制剤を含み、この抑制剤は、溶融金属と反応または相互作用して、溶融金属表面上において酸化からその表面を保護する膜または層を形成する。
【０００２】
米国特許第１９７２３１７号（Ｒｅｉｍｅｒｓ）は、マグネシウムおよびその合金を含む易酸化性金属の酸化を抑制する方法に関する。Ｒｅｉｍｅｒｓは、１９３２年のその出願時に、金属に接する雰囲気を、窒素、二酸化炭素または二酸化硫黄等のガスで置換することを含む多数の解決策が、酸化の問題に対して提案されていることに言及している。Ｒｅｉｍｅｒｓは、元素の形、または化合した形のいずれかでフッ素を含有する抑制ガスを、溶融金属に接する雰囲気中で維持することにより、酸化が抑制されることを教示している。多くのフッ素含有化合物に言及しており、ホウフッ化アンモニウム、ケイフッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウムおよびフルオロリン酸アンモニウムの固体、または加熱時にそれらから放出されるガスが好ましいと言われている。Ｒｅｉｍｅｒｓの開示にもかかわらず、１９７０年代の中頃になって初めて、フッ素含有化合物が、カバーガス中の抑制剤として商業的に許容されることが見出された。
【０００３】
１９７０年代の中頃以前は、二酸化硫黄（ＳＯ２）が、マグネシウムカバーガス組成物中の抑制剤として広く用いられた。しかし、ＳＯ２はその後、現在の業界標準である六フッ化硫黄（ＳＦ６）により取って代わられた。一般に、ＳＦ６ベースのカバーガス組成物は、容積にして０．２〜１％のＳＦ６と、空気、二酸化炭素、アルゴンまたは窒素等のキャリヤガスとを含有する。ＳＦ６は、溶融マグネシウム／マグネシウム合金を保護するために用いることができ、かつドロスの形成が比較的少なく光沢があり輝いたインゴットを製造するときに用いることができる、無色、無臭、無毒のガスであるという長所を有する。しかし、ＳＦ６は、その硫黄ベースの分解生成物が高温で非常に有毒であることと、ＳＦ６が、非常に高価であり供給源が限られていることと、１００年の時間範囲で、二酸化炭素の１に対して２３９００の地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有する既知の温室効果ガスであることとを含む、いくつかの短所を有している。
【０００４】
マグネシウムが発火してしまうと、生じた火炎は、高濃度のＳＦ６によってでさえも消すことはできないことも言及されている。潜在的な副生成物であるＳＯは、マグネシウムの火炎を促進しうるので、この点でより一層悪い。
【０００５】
マグネシウムの火炎を消すために有用な別のカバーガスは、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）である。しかし、この物質は、非常に高価であり、また非常に有毒である傾向がある。
カバーガスのＧＷＰの問題は、ＷＯ００／６４６１４の中で扱われており、そこでは、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ−１２５）、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）、ジフルオロエタン（ＨＦＣ−１５２ａ）、メトキシ−ノナフルオロブタン（ＨＦＥ−７１００）、エトキシ−ノナフルオロブタン（ＨＦＥ−７２００）およびその他の、比較的ＧＷＰが低い特定のハイドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルが、溶融したマグネシウムおよびマグネシウム合金を酸化から保護するためのブランケットガスとして有用であるとして開示された。米国特許第６５２１０１８号（Ｈｏｂｂｓ）により、フッ化カルボニル（ＣＯＦ２）、トリフルオロアセチルフルオライド（ＣＦ３ＣＯＦ）、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン−２−オン（（ＣＦ３）２ＣＯ）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、フッ化スルフリル（ＳＯ２Ｆ２）、フッ化ニトロシル（ＮＯＦ）、フッ素ガス（Ｆ２）等を含む、非鉄の金属および合金のためのブランケットガスとして有用でありうる特定の低ＧＷＰ化合物も開示されている。米国特許第６５３７３４６号、米国特許第６６８５７６４号および米国特許第６７８０２２０号（すべてＭｉｌｂｒａｔｈによる）において、Ｃ２Ｆ５Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２等のパーフルオロケトンを含む、マグネシウムのブランケットガスのために有用なさらに他の化合物が開示されている。
【０００６】
以前に提案された化合物は、カバーガスとして特定の限られた有用性を有することがあるが、低いＧＷＰ、低い沸点、均一な分散、および低毒性または無毒等の、優れた特性を有する代替的なカバーガス組成物が望ましい。出願人は、例えばＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦ（ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）等の特定のフルオロオレフィンが、非鉄反応性金属のためのカバーガスとして有用であることを発見した。出願人の発見は、少なくともいくつかの点において前の教示とは逆である。例えば、環境および／または毒性の問題のため、フルオロオレフィンはカバーガスとして望ましくないと以前は考えられてきた。（例えば、Ｄ．Ｍｉｌｂｒａｔｈ「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ３Ｍ  Ｎｏｖｅｃ  ６１２  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ  ａｓ  ａ  Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ  ｆｏｒ  ＳＦ６  ｏｖｅｒ  Ｍｏｌｔｅｎ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ＳＦ６  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、２００２年１１月２１〜２２日、ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｈｉｇｈｇｗｐ／ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒ−ｓｆ６／ｐｄｆ／ｍｉｌｂｒａｔｈ．ｐｄｆを参照のこと。）
発明の概要
本発明の一態様は、マグネシウム等の溶融した非鉄の金属および合金を、酸素含有ガス（例えば空気）に曝す等、酸化条件に曝すときに、このような金属の酸化を妨げるための組成物を提供する。ある実施形態において、このような組成物は、好ましくは少なくとも１種のフルオロオレフィン、より好ましくは少なくとも１種のＣ２〜Ｃ６のフルオロオレフィン、より好ましくは１種または複数のＣ３からＣ５のフルオロオレフィン、なおより好ましくは以下の式Ｉ
ＸＣＦＺＲ３−Ｚ  （Ｉ）
を有する１種または複数の化合物を含む（式中、Ｘは、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４またはＣ５の、不飽和、置換または非置換の基であり、各Ｒは独立して、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒ、ＩまたはＨであり、ｚは１から３である）。最も好ましいフルオロオレフィンには、ｔｒａｎｓ−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）、ｃｉｓ−１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペン（ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）、３−クロロ−１，１，１−トリフルオロプロペン（ＨＦＣＯ−１２３３ｘｆ）、ｃｉｓ−１，１，１−トリフルオロ−３−クロロ−プロペン（ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）およびｔｒａｎｓ−１，１，１−トリフルオロ−３−クロロ−プロペン（ｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）が挙げられる。
【０００７】
ある好ましい実施形態において、本発明のフルオロアルケンは、少なくとも４個のハロゲン置換基を有し、その少なくとも３個がＦである。ある実施形態において、本発明の化合物は、Ｂｒ置換基を全く含まない。
【０００８】
少なくとも１個のＢｒ置換基が存在する実施形態について、この化合物は水素を含まないことが好ましい。このような実施形態において、Ｂｒ置換基は、不飽和炭素上にあることも一般に好ましく、Ｂｒ置換基は、非末端の不飽和炭素上にあることがなおより好ましい。この種類の中で特に好ましい一化合物は、ＣＦ３ＣＢｒ＝ＣＦ２であり、その異性体のすべてを含む。
【０００９】
ある実施形態において、式Ｉの化合物は、３から５個のフッ素置換基を有する、プロペン、ブテン、ペンテンおよびヘキセンであることが非常に好ましく、他の置換基は、存在するか存在しないかのいずれかである。ある好ましい実施形態において、ＲはＢｒでなく、好ましくは不飽和ラジカルがＢｒ置換基を含有しない。プロペンの中で、（トリフルオロモノクロロプロペン（ＨＦＣＯ−１２３３）等の）フルオロクロロプロペン、なおより好ましくは、ＣＦ３ＣＣｌ＝ＣＨ２（ＨＦＣＯ−１２３３ｘｆ）、ｃｉｓ−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ（ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）およびｔｒａｎｓ−ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ（ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）が、ある実施形態においては特に好ましい。
【００１０】
ある実施形態において、特に、出願人は、ペンタフルオロプロペンが、少なくとも化合物ＣＦ３ＣＨ＝ＣＦ２（ＨＦＯ−１２５５ｚｃ）との比較において比較的低い程度の毒性を有することを発見したので、ｃｉｓ−ＣＦ３ＣＦ＝ＣＦＨ（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）等の、末端の不飽和炭素上に水素置換基があるそれらのペンタフルオロプロペンを特に含むペンタフルオロプロペンが好ましい。
【００１１】
ブテンの中では、フルオロクロロブテンが、ある実施形態においては特に好ましい。
本明細書において、「ＨＦＯ−１２３４」という用語は、すべてのテトラフルオロプロペンを指すのに用いられる。テトラフルオロプロペンの中には、１，１，１，２−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）ならびにｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−１，１，１，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）の両方が含まれる。本明細書において、ＨＦＯ−１２３４ｚｅという用語は、それがｃｉｓ−またはｔｒａｎｓ−の形のいずれであるかに関わらず、一般に１，１，１，３−テトラフルオロプロペンを指すのに用いられる。本明細書において、「ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ」および「ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ」という用語は、それぞれ、１，１，１，３−テトラフルオロプロペンのｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−の形を記述するのに用いられる。したがって、「ＨＦＯ−１２３４ｚｅ」という用語は、ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｃ、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅおよびこれらのすべての組合せおよび混合物をその範囲内に含む。
【００１２】
本明細書において、「ＨＦＣＯ−１２３３」という用語は、すべてのトリフルオロ−モノクロロプロペンを指すのに用いられる。トリフルオロ−モノクロロプロペンには、１，１，１−トリフルオロ−２−クロロ−プロペン（ＨＦＣＯ−１２３３ｘｆ）ならびにｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペン（ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ）の両方が含まれる。本明細書において、ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄという用語は、それがｃｉｓ−またはｔｒａｎｓ−の形のいずれであるかに関わらず、一般に１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペンを指すのに用いられる。本明細書において、「ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ」および「ｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ」という用語は、それぞれ、１，１，１−トリフルオロ−３−クロロプロペンのｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−の形を記述するのに用いられる。したがって、「ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ」という用語は、ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ、ｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄおよびこれらのすべての組合せおよび混合物をその範囲内に含む。
【００１３】
本明細書において、「ＨＦＯ−１２５５」という用語は、すべてのペンタフルオロプロペンを指すのに用いられる。このような分子には、１，１，１，２，３  ペンタフルオロプロペン（ＨＦＯ−１２２５ｙｅ）、そのｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−の形の両方が含まれる。したがって、本明細書において、ＨＦＯ−１２２５ｙｅという用語は、それがｃｉｓ−またはｔｒａｎｓ−の形のいずれであるかに関わらず、一般に１，１，１，２，３  ペンタフルオロプロペンを指すのに用いられる。したがって、「ＨＦＯ−１２２５ｙｅ」という用語は、ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２２５ｙｅ、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２２５ｙｅおよびこれらのすべての組合せおよび混合物をその範囲内に含む。
【００１４】
本発明は、溶融非鉄金属の酸化を防止するための方法およびシステムを含む、本発明の組成物を利用する方法およびシステムも提供する。
本明細書において用いられる「空気」という用語は、周囲空気、乾燥空気または湿り空気のいずれかを意味する。このような化合物は、非常に低いＧＷＰポテンシャル、比較的低い沸点を有し、比較的無毒であるという長所がある。
【００１５】
さらに本発明は、金属と、本発明のフルオロオレフィンを有効量含有する組成物との間の反応により形成される保護膜をその表面上に有する溶融反応性金属に関し、その量は、好ましくは、意図した状況下で金属の表面を少なくとも部分的に不動態化するのに有効であり、それにより、金属の化学反応性、特に金属の酸化反応性を低減する。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、（ａ）表面を有する、マグネシウム等の溶融非鉄金属を供給することと、（ｂ）その表面を、本発明のフルオロオレフィン組成物、好ましくは、気体の形の本発明のフルオロオレフィン組成物、なおより好ましくは、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２５５ｙｅ、ＨＦＣＯ−１２３３ｘｆ、ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄおよびｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄの１種または複数を含有するガスに曝すことと、場合によって（ｃ）その表面上に酸化膜を形成することとを含む、空気等の酸素含有ガスに曝される溶融非鉄金属の酸化を妨げる方法が提供される。この方法のある好ましい態様において、溶融反応性金属の曝露表面は、気体のフルオロオレフィン組成物に曝されまたは接触する。特定のいかなる操作理論に束縛されることなく、好ましい実施形態においては、フルオロオレフィン組成物が金属と反応し、その表面上に酸化的に安定な膜を生成するものと考えられる。この膜を形成することにより、空気中の酸素は、溶融反応性金属の表面から効果的に隔てられ、したがって、酸素による金属の酸化を防止し、または少なくとも実質的に抑制することができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、マグネシウム等の溶融非鉄金属の表面上の火炎を消す方法が提供され、その方法は、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２２５ｙｅ、ＨＦＣ−１２３３ｘｆ、ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄおよびｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄ等の、１種または複数のテトラフルオロプロペンを含む気体組成物を好ましくは含む、本発明の気体のフルオロオレフィン組成物と、その表面を接触させることを含む。
発明の好適な態様の詳細な説明
本発明のフルオロオレフィン組成物は、カバーガスとして一般に有効であり、金属の表面が空気等の酸素源に曝されるときに、溶融反応性金属の酸化を妨げる。本明細書において用いられる「非鉄反応性金属」という用語は、マグネシウム、アルミニウムもしくはリチウム、ならびにこれらの金属の少なくとも１種を含む合金等の、空気に曝されたときに破壊的で激しい酸化に敏感である金属または合金を意味する。便宜上、本発明の実例となる実施形態の以下の説明では、マグネシウムに言及する。しかし、アルミニウム、リチウムもしくは他の非鉄反応性金属、またはこれらの金属の少なくとも１種を含有する合金とともに本発明を用いることもできると理解される。
【００１８】
本発明のカバーガス組成物は、酸化を妨げることにより、発火から溶融金属を保護することができると、必ずしも理論に束縛されることなく考えられる。既知のフッ素含有カバーガスと同様に、本発明のフルオロオレフィン組成物は、溶融金属の表面と反応し、金属と酸素源との間のバリヤとして機能できる薄い不動態の層または膜を作り出すことができると考えられる。カバーガス中に用いられる従来のフッ素化合物とは対照的に、本発明のフルオロオレフィンは、比較的低いＧＷＰ、および比較的低い大気中の寿命を有するという点において特に有利であるが、無毒でもあり、低濃度で有効でもあり、低い沸点をも有する。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、本発明の組成物は、炭素、フッ素、および場合によって水素の原子からなるフルオロオレフィンを含む。ある好ましい実施形態において、そのフルオロオレフィンは、Ｃ２〜Ｃ４のパーフルオロオレフィンから選択される。しかし、より好ましいのは、少なくとも１個の水素原子を有するＣ２〜Ｃ４のフルオロオレフィンである。好ましいフルオロオレフィンの例には、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ｃｉｓ−ＨＦＯ−１２２５ｙｅ、ＨＦＣ−１２３３ｘｆ、ｃｉｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄおよびｔｒａｎｓ−ＨＦＣＯ−１２３３ｚｄが挙げられるが、それらに限定されるものではない。
【００２０】
本発明のフルオロオレフィン組成物は、少なくとも１種のフルオロオレフィンと、場合によってキャリヤガスとの混合物を含むことができる。好ましいキャリヤガスには、窒素、二酸化炭素、空気および／またはアルゴン等の希ガスが挙げられるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、この組成物は、少ない量の少なくとも１種のフルオロオレフィン、および多い量のキャリヤガスを含む。ある好ましい実施形態において、この組成物は、約０．０１から約２重量パーセントの少なくとも１種のフルオロオレフィン、および約９９．９９から約９８重量パーセントのキャリヤガスを含む。
【００２１】
本明細書において用いられる「ＧＷＰ」は、化合物の構造に基づく、化合物の温暖化ポテンシャルの相対的測定である。ＧＷＰの概念は、別のガスに対し、それぞれの温室効果ガスの大気中に熱を封じ込める能力を比較するために発達した。一般に、特定の温室効果ガスについてのＧＷＰは、特定の時間にわたって、一単位質量の温室効果ガスにより封じ込められる熱と、一単位質量のＣＯ２により封じ込められる熱との比率である。より具体的には、１９９０年に気候変動に関する政府間パネル（ＩＰＣＣ）により定義され、１９９８年のオゾン層破壊の科学アセスメント（世界気象機関、１９９８年のオゾン層破壊の科学アセスメント、「Ｇｌｏｂａｌ  Ｏｚｏｎｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔ−−Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．４４」１９９９年、ジュネーブ）において更新されたように、化合物のＧＷＰは、特定の積分時間範囲（ＩＴＨ）にわたって、１キログラムのＣＯ２の放出による温暖化に対する、１キログラムの化合物の放出による温暖化として算出される：
【００２２】
【数１】
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【００２３】
（式中、Ｆは、化合物単位質量あたりの放射強制力（その化合物のＩＲ吸光度による、大気通過時の放射束における変化）であり、Ｃは、化合物の大気中濃度であり、τは、化合物の大気中の寿命であり、ｔは時間であり、ｘは対象の化合物である）。
【００２４】
一般に受け入れられているＩＴＨは、短期間の影響（２０年）と長期間の影響（５００年以上）の中間にあたる１００年である。大気中の有機化合物ｘの濃度は、擬似的な一次速度式（すなわち指数関数的減衰）に従うと想定される。その同じ時間間隔の間のＣＯ２の濃度は、大気からのＣＯ２の交換および除去についてのより複雑なモデルと結びついている（ベルン炭素サイクルモデル）。
【００２５】
本発明のカバーガス組成物には、好ましくは、その中に含まれるフルオロオレフィン化合物が、約１０００未満、より好ましくは約１５０未満、さらにより好ましくは約１００未満のＧＷＰを有するそれらの組成物が含まれる。ある好ましい実施形態において、組成物中に実質的な量存在する各成分は、約１０００未満、より好ましくは約１５０未満、およびさらにより好ましくは約１００未満のＧＷＰを有する。ある非常に好ましい実施形態において、実質的ではない量より多い量で存在する組成物の各成分は、約１０未満、さらにより好ましくは約５未満のＧＷＰを有する。比較のために、ＣＯ２、特定の従来のカバーガス、および本発明に係る特定のカバーガスのＧＷＰを表Ａに示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
好ましくは、本発明のカバーガス組成物には、各フルオロオレフィン成分が、約２０（年）未満、好ましくは約１０（年）未満、さらにより好ましくは約１（年）未満の大気中寿命を有するそれらの組成物が含まれる。本明細書において用いられる「大気中寿命」という用語は、別の化合物に変換される結果として、化合物の濃度が、その初期値のｅ−１に落ちるのにかかるおよその時間量である（ここでｅは自然対数の底である）。比較的寿命が短いと、反応物が反応に加わることができる持続期間が制限されるので、大気中寿命はＧＷＰに密接に関係する。
【００２８】
さらに、本発明の好ましいカバーガス組成物は、実質的ではない量よりも多い量で存在する各化合物が、約２５℃未満、さらにより好ましくは約０℃未満の沸点を有する、より多くの化合物であるものを含む。室温に近い、または室温を超える沸点を有する（すなわち、室温で液体である）カバーガスは、一般に、制御された方法で溶融金属の表面上にそのカバーガス材料を分散させるための、追加の定量装置を必要とする。
【００２９】
本発明において用いられるフルオロオレフィンが有する毒性は、好ましくは、低いまたは無い。この点で、実質的ではない量よりも多い量で組成物中に存在するフルオロオレフィン成分は、少なくとも約１０００００ｐｐｍ、より好ましくは少なくとも約２０００００ｐｐｍのＬＣ−５０値を有することが好ましい。本明細書において用いられる「ＬＣ−５０値」という用語は、単回曝露（例えば４時間）として投与時に、試験対象（例えばマウス）の５０％を殺す、空気中のフルオロオレフィン濃度を意味する。例えば、ＨＦＣ−１２３４ｚｅは、少なくとも１０００００の４時間ＬＣ−５０を有することが見出されており、ＨＦＣ−１２３４ｙｆは、少なくとも約２０００００の４時間ＬＣ−５０を有することが見出されている。比較のために、Ｃ２Ｆ５Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２（ミネソタ州セントポールのＭｉｎｎｅｓｏｔａ  Ｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．により、Ｎｏｖｅｃ（商標）の商品名の下で販売されているフルオロケトンカバーガス）は、約１０００００の４時間ＬＣ−５０を有する。フッ化スルフリル、フッ化ニトロシルおよび三フッ化窒素等の他の化合物は、毒性および／または危険性のある材料であることが知られている。
【００３０】
毒性の別の測定は、化合物の無毒性量（ＮＯＡＥＬ）である。本明細書において用いられるＮＯＡＥＬという用語は、実験または観察により見出される、規定の曝露条件下で対象の生物の形態、機能的能力、成長、発生または寿命の検出可能な有害な変化を引き起こさない物質の最大の濃度または量を指す。心臓感作試験について、ＨＦＯ−１２３４ｙｆおよびＨＦＯ−１２３４ｚｅのＮＯＡＥＬは１２容積％よりも大きい。比較すると、Ｃ２Ｆ５Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２のＮＯＡＥＬは１０容積％に過ぎない。
【００３１】
出願人は、特定のフルオロオレフィンの別な異性体の形が、カバーガスの用途のために、同一の有利な特性を有さないことを見出した。例えば、ＨＦＯ−１２２５の異性体の中では、ＨＦＯ−１２２５ｚｃ異性体は、より一層毒性が高く、したがって、ＨＦＯ−１２２５ｙｅ異性体またはＨＦＯ−１２２５ｙｃ異性体よりも好ましくない。ある好ましい実施形態において、カバーガスは、本質的に単一のフルオロオレフィン異性体のみからなる。例えば、ある実施形態において、ＨＦＯ−１２３４ｚｅのｔｒａｎｓ−異性体を、関連するｃｉｓ−異性体よりも、またはｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−異性体の混合物よりも、本発明においてより一層うまく利用することができる。特に、ｔｒａｎｓ−異性体は、ｃｉｓ−異性体より毒性が低いだけでなく、より低い通常の沸点（ｔｒａｎｓ−およびｃｉｓ−異性体について、それぞれ−１８．４℃に対して９℃）を有するのでより好ましい。この低沸点は、溶融金属に適用されるときにより容易に定量されるという点において有利であるこのガスのより高い蒸気圧と関係がある。異性体は同じ蒸気圧を有さず、したがって容器から均等に取り出されないので、ｃｉｓ−およびｔｒａｎｓ−異性体の異性体混合物は問題となることがある。つまり、容器から異性体混合物を取り出すと、まず、より低沸点の異性体を高濃度で有するカバーガスを生じ、最終的には、より高沸点の異性体を高濃度で有するカバーガスを生じる。このような混合物は、一定した流れおよび組成を維持するのをより難しくする。
実施例
以下の実施例により、本発明のある態様をさらに例証するが、それにより制限されるものではない。
【００３２】
実施例１〜５により、本発明に係るＭｇカバーガスとしてのフルオロオレフィンの有効性を示す。
実施例１
溜め穴を有する石英管に、定量されるカバーガス源、および溜め穴中に置かれた熱電対を備え付けた。この溜め穴を、約０．２から０．３ｇの固体マグネシウム片で満たした。カバーガスは、空気（キャリヤガス）とｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅとの混合物とした。空気およびｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを、別々のシリンダーから供給し、混合物に入るそれぞれの相対量を、容積でｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅが約４．５％の組成を与えるように制御した。
【００３３】
マグネシウムを含むこの管をオーブン内に置いた。次いで、この管を通り、マグネシウムを含む溜め穴上を流れるカバーガス流を、約１リットル／分に設定した。次いで、オーブンを約７００℃に加熱した。マグネシウム上に表面の膜が形成されるまで、またはマグネシウムが発火するまで、カバーガスを流し続けた。
【００３４】
試験が完了した後、マグネシウムをオーブンから取り出し、目視で検査してカバーガスの特性を決定した。
そのマグネシウムは、マグネシウムがうまく保護されたことを示す白色被膜（おそらくＭｇＯまたはＭｇＦ２）を含有していた。
実施例２
カバーガスが、容積で約１．５％のｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含有していた以外は、実施例１の実験を繰り返した。
【００３５】
このマグネシウムが白色被膜を含有し、その片が一緒に固着しなかったことは、このマグネシウムがうまく保護されたことが示す。
実施例３
カバーガスが、容積で約０．５％のｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含有していた以外は、実施例１の実験を繰り返した。
【００３６】
このマグネシウムが白色被膜を含有し、その片が一緒に固着しなかったことは、このマグネシウムがうまく保護されたことが示す。
実施例４
カバーガスが、容積で約０．２％のｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含有していた以外は、実施例１の実験を繰り返した。
【００３７】
このマグネシウムが、いくつかの暗色の斑点をもつ白色被膜を含有し、その片が一緒に固着しなかったことは、このマグネシウムがうまく保護されたことが示す。
実施例５
カバーガスが、容積で約０．１％のｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅを含有していた以外は、実施例１の実験を繰り返した。
【００３８】
このマグネシウムが、少しの褐色のしみをもつ白色被膜を含有し、このマグネシウムが概して保護されたことが示された。
比較例
カバーガスが、ＳＦ６またはＨＦＣ−１３４ａのいずれかを含有していた以外は、実施例１〜５の実験を繰り返した。
【００３９】
比較例の結果を表Ｂに示す。概して、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ、ＳＦ６およびＨＦＣ−１３４ａは、容積にして約１．５％以上の濃度でカバーガスとしてうまく機能した。しかし、別のカバーガスの性能は、体積にして約０．５％で変化し始め、ＨＦＣ−１３４ａはＳＦ６よりもうまく機能し、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅはＨＦＣ−１３４ａよりもうまく機能した。カバーガスが、マグネシウムを保護し、特にマグネシウムの発火を避ける能力は、保護バリヤを作り出すためにそれがもたらすフッ素の量に一致するものと考えられる。したがって、ｔｒａｎｓ−ＨＦＯ−１２３４ｚｅ等のより反応性のカバーガスは、ＳＦ６等のより安定なガスに比べてマグネシウムを保護するのにより適する。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
このように、本発明の特定の実施形態を少し記載したが、当業者には、様々な変更、修正および改善が容易に思い浮かぶことだろう。このような変更、修正および改善は、この開示により明白にされるものであり、本明細書においては明確に述べないが、この記載の一部であることを意図し、本発明の精神および範囲の内にあることを意図するものである。したがって、前述の記載は、例示のためだけのものであり、制限的ではない。本発明は、特許請求の範囲、およびそれの均等物での定義のみにより制限される。
【国際調査報告】
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