(57)【要約】  発泡性組成物は、発泡剤と、発泡性ポリマー又はその前駆体組成物と、核剤とを含む。核剤は、構造式（Ｉ）  Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）  ［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］を有する化合物を含む。
2021522383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡剤と、
発泡性ポリマー又はその前駆体組成物と、
核剤とを含み、前記核剤が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、発泡性組成物。
【請求項２】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項１に記載の発泡性組成物。
【請求項３】
前記核剤と前記発泡剤とが１：２未満のモル比である、請求項１に記載の発泡性組成物。
【請求項４】
前記発泡剤が、約５個〜約７個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素、約５個〜約７個の炭素原子を有する脂環式炭化水素、炭化水素エステル、水、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の発泡性組成物。
【請求項５】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項１に記載の発泡性組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の発泡性組成物によって作製される、発泡体。
【請求項７】
ポリマー発泡体を調製するためのプロセスであって、
少なくとも１つの発泡性ポリマー又はその前駆体組成物、及び核剤の存在下、少なくとも１つの液体若しくは気体状発泡剤を気化させること、又は少なくとも１つの気体状発泡剤を発生させることを含み、前記核剤が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【請求項８】
構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む誘電性流体を含み、電気デバイスである、デバイス。
【請求項９】
前記電気デバイスが、ガス絶縁回路遮断器、電流遮断設備、ガス絶縁送電線、ガス絶縁変圧器、又はガス絶縁変電設備を含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記誘電性流体が第２の誘電性流体を更に含む、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の誘電性流体が不活性ガスを含む、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第２の誘電性流体が、空気、窒素、亜酸化窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、ヘプタフルオロイソブチロニトリル、２，３，３，３−テトラフルオロ−２−（トリフルオロメトキシ）プロパンニトリル、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン、ＳＦ６、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１４】
ｎ＝０であり、Ｒ１及びＲ２がそれぞれ独立して、１個〜２個の炭素原子を有するフルオロアルキル基である、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１６】
ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置であって、
作動流体と、
前記作動流体を気化させて、気化した作動流体を形成するための熱源と、
前記気化した作動流体を通過させることにより熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンと、
前記タービンを通過した後の前記気化した作動流体を冷却するための凝縮器と、
前記作動流体を再循環させるためのポンプと、を備え、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、装置。
【請求項１７】
前記化合物が、前記作動流体中に、前記作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するためのプロセスであって、
作動流体を熱源によって気化させて、気化した作動流体を形成することと、
前記気化した作動流体を、タービンに通して膨張させることと、
前記気化した作動流体を、冷却源を使用して冷却して、凝縮した作動流体を形成することと、
前記凝縮した作動流体をポンプ輸送することと、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【請求項２１】
廃熱を回収するためのプロセスであって、
液体の作動流体を、廃熱を生成するプロセスと連通している熱交換器に通過させて、気化した作動流体を生成することと、
前記気化した作動流体を、前記熱交換器から取り出すことと、
前記気化した作動流体を、前記廃熱が機械エネルギーに変換される膨張器に通過させることと、
前記気化した作動流体が前記膨張器を通過した後に、前記気化した作動流体を冷却することと、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【請求項２２】
内部空間を有するハウジングと、
前記内部空間内に配置された熱発生構成要素と、
前記熱発生構成要素と接触するように前記内部空間内に配置された作動流体液と、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、浸漬冷却システム。
【請求項２３】
前記化合物が、前記作動流体中に、前記作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記熱発生構成要素が電子デバイスを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電子デバイスがコンピュータサーバを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
前記コンピュータサーバが３ＧＨｚを超える周波数で動作する、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記浸漬冷却システムが、前記作動流体液の気化時に、前記作動流体の蒸気が接触するようにシステム内に配置された熱交換器を更に含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２９】
前記浸漬冷却システムが二相浸漬冷却システムを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３０】
前記浸漬冷却システムが単相浸漬冷却システムを含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３１】
前記浸漬冷却システムが、前記作動流体を、熱交換器へ及び熱交換器から移送するように構成されているポンプを更に含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３２】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
熱発生構成要素を冷却するための方法であって、
作動流体中に、熱発生構成要素を少なくとも部分的に浸漬することと、
前記作動流体を使用して、前記熱発生構成要素から熱を伝達することと、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、方法。
【請求項３４】
リチウムイオン電池パックのための熱管理システムであって、
リチウムイオン電池パックと、
前記リチウムイオン電池パックと熱連通している作動流体と、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、熱管理システム。
【請求項３５】
前記化合物が、前記作動流体中に、前記作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３８】
電子デバイスのための熱管理システムであって、
マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、電気化学セル、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若しくはパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、又はレーザーから選択される電子デバイスと、
前記電子デバイスと熱連通している作動流体と、を含み、
前記作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、システム。
【請求項３９】
前記デバイスが、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、回路基板、マルチチップモジュール、又はパッケージ化された若しくはパッケージ化されていない半導体デバイスから選択される、請求項３８に記載の熱管理システム。
【請求項４０】
前記電子デバイスが、前記作動流体中に少なくとも部分的に浸漬されている、請求項３８に記載の熱管理システム。
【請求項４１】
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、請求項３８に記載の熱管理システム。
【請求項４２】
反応性金属部品又は反応性合金部品を作製するためのシステムであって、
マグネシウム、アルミニウム、リチウム、カルシウム、ストロンチウム、及びこれらの合金から選択される溶融反応性金属と、
前記溶融反応性金属又は溶融反応性合金の表面上又はその上方に配置されたカバーガスと、を含み、
前記カバーガスが、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
前記構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、システム。
【請求項４３】
前記溶融反応性金属が、マグネシウム又はマグネシウム合金を含む、請求項４２に記載の反応性金属部品又は反応性合金部品を作製するためのシステム。
【請求項４４】
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、請求項４２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フルオロスルホン並びにその作製方法及び使用方法に関し、これを含む作動流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なフルオロスルホンが、例えば、英国特許第１，１８９，５６１号、米国特許第６，５８０，００６号、及び米国特許第７，０８７，７８８号に記載されている。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実施形態において、発泡性組成物を提供する。発泡性組成物は、発泡剤と、発泡性ポリマー又はその前駆体組成物と、核剤とを含む。核剤は、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］を有するスルホンを含む。
【０００４】
いくつかの実施形態において、デバイスを提供する。デバイスは、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む誘電性流体を含む。デバイスは、電気デバイスである。
【０００５】
いくつかの実施形態において、ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置を提供する。装置は、作動流体と、作動流体を気化させて、気化した作動流体を形成するための熱源と、気化した作動流体を通過させることにより熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンと、タービンを通過した後の気化した作動流体を冷却するための凝縮器と、
作動流体を再循環させるためのポンプと、を含む。作動流体は、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、浸漬冷却システムは、内部空間を有するハウジングと、内部空間内に配置された熱発生構成要素と、熱発生構成要素と接触するように内部空間内に配置された作動流体液と、を含む。作動流体は、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む。
【０００７】
いくつかの実施形態において、リチウムイオン電池パックのための熱管理システムは、リチウムイオン電池パックと、リチウムイオン電池パックと熱連通している作動流体と、を含む。作動流体は、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態において、電子デバイスのための熱管理システムを提供する。熱管理システムは、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、電気化学セル、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若しくはパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、又はレーザーから選択される電子デバイスを含む。熱管理システムは、電子デバイスと熱連通している作動流体を更に含む。作動流体は、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む。
【０００９】
いくつかの実施形態において、反応性金属部品又は反応性合金部品を作製するためのシステムを提供する。システムは、マグネシウム、アルミニウム、リチウム、カルシウム、ストロンチウム、及びこれらの合金から選択される溶融反応性金属を含む。システムは、溶融反応性金属又は溶融反応性合金の表面上又はその上方に配置されたカバーガスを更に含む。カバーガスは、上述の構造式（Ｉ）を有する化合物を含む。構造式（Ｉ）の化合物は、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する。
【００１０】
上記の本開示の概要は、本開示の各実施形態を説明することを意図したものではない。本開示の１つ以上の実施形態の詳細は、以下の説明にも記載される。本開示の他の特徴、目的及び利点は、本明細書及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示のいくつかの実施形態による、二相浸漬冷却システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態及び比較例の熱伝導率のプロットである。
【図３】ランキンサイクルの概略図である。
【図４】釘穿刺点（nail puncture）及び流体適用点を有する２Ｐリチウムイオン電池を示す。
【図５】初期セルを穿刺後の１分間、５０ｍＬ／分の流体流量についての電池熱暴走防止試験における、隣接する両セルの平均温度を示す。
【図６】初期セルを穿刺後の２分間、２５ｍＬ／分の流体流量についての電池熱暴走防止試験における、隣接する両セルの平均温度を示す。
【図７】初期セルを穿刺後の１分間、５０ｍＬ／分の流体流量についての電池熱暴走防止試験における、初期セルの温度及び隣接セルの温度を示す。
【図８】初期セルを穿刺後の２分間、２５ｍＬ／分の流体流量についての電池熱暴走防止試験における、初期セルの温度及び隣接セルの温度を示す。
【図９】本発明のフルオロスルホン添加剤あり及びなしで調製した、発泡体の気泡サイズ分布のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ペルフルオロカーボン（perfluorocarbon、ＰＦＣ）、ペルフルオロ化三級アミン（perfluorinated tertiary-amine、ＰＦＡ）、ペルフルオロポリエーテル（perfluoropolyether、ＰＦＰＥ）、及びハイドロフルオロカーボン（hydrofluorocarbon、ＨＦＣ）などの特殊材料は、例えば、電力の発生及び送電、反応性金属の鋳造、電子デバイス及び電池における熱管理のための熱伝達、電池の熱暴走保護、半導体製造における熱伝達、半導体のエッチング及び洗浄などの用途、並びに発泡体発泡剤としての使用において、有用となる特性の組み合わせを有する。これらの特殊材料は一般に、可燃性が低いか又は不燃性であり、非常に良好な熱安定性及び化学的安定性を有し、一般に毒性が低く、オゾンを減少させず、加えて、低電気伝導率、高誘電強度、高熱容量、高気化熱、高揮発性、乾燥後の非常に少ない残留物、非腐食性、及び有機相中の低相互溶解性など、前述の用途に必要な特性を有する。
【００１３】
ＳＦ６、ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、及びＨＦＣの良好な熱安定性及び化学的安定性もまた、長い大気寿命及び高い地球温暖化係数（global warming potential、ＧＷＰ）につながる。結果として、これらの材料のうちのいくつかは、温室効果ガスの一覧に含まれ、排出を制限するための京都議定書及びそれに続く規制の対象となった。これらの規制の目的は、温室効果ガスを使用するプロセスからの温室効果ガスの排出を低減し、気候変化に対する影響を低減又は最小化することである。排出物の捕獲及び／又はこれらを排出前に破壊することは、いずれも困難且つ費用がかかることが証明されている。これらの用途のために、より環境的に許容可能な特性を有する代替材料が必要とされている。
【００１４】
２つの群の先進材料、ハイドロフルオロエーテル（hydrofluoroether、ＨＦＥ）及びフルオロケトン（fluoroketone、ＦＫ）は、消火剤、並びに電子機器の精密洗浄及びコーティング、並びにこれらの製造に使用するプロセスなどのいくつかの用途において、高ＧＷＰ材料に申し分なく置き換わることが示されている。しかしながら、これらの材料は、化学的安定性の限界により、全ての用途における代替として機能することはできない。いくつかの用途において、ＨＦＥ及びＦＫ化学組成物は好適ではない。例えば、ＨＦＥの炭素骨格は、送電設備において誘電絶縁ガスとして使用する場合、導電性炭素質堆積物を形成し、設備の故障を生じる可能性がある。ポリウレタン発泡体を発泡させる添加剤として使用するには、ＨＦＥ及びＦＫは一般に、発泡体配合物のポリオール／アミン成分との反応性が高すぎて、有用とはいえない。
【００１５】
その結果、一定の用途において、申し分なく、且つ安全に機能する、更なる代用材料が所望される。これらの新たな代用材料はまた、環境的に許容可能であるために、これらが置き換わる材料と比較して、はるかに短い大気寿命及びはるかに低いＧＷＰを有するべきである。
【００１６】
本開示のフルオロスルホンは、例えば、電力発生及び送電のための絶縁性誘電性ガス、反応性溶融金属鋳造のための保護カバー剤、直接接触浸漬冷却及び熱伝達、半導体のエッチング及び洗浄、有機ランキンサイクル設備のための作動流体における用途、並びに発泡体発泡剤としての使用に所望される特性の多くを有する。一般に、本開示のフルオロスルホンは、非電気伝導性、不燃性であり（すなわち、ＡＳＴＭ  Ｄ−３２７８−９６「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｓｃａｌｅ  Ｃｌｏｓｅｄ−Ｃｕｐ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」、又はＡＳＴＭ  ｍｅｔｈｏｄ  Ｄ  ７２３６−０６「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｐｏｉｎｔ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｓｃａｌｅ  Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃｕｐ  Ｔｅｓｔｅｒ」（Ｒａｍｐ法）によって測定される引火点を有しない）、一定の熱伝達プロセスにおいて作動流体としての使用について、良好な熱特性を有する。本開示の一定のフルオロスルホンは、絶縁性誘電性ガスなどの高い揮発性を必要とする用途のためには、低沸点又は気体状である。他のものは、直接接触浸漬冷却における使用、又は他の場合であれば浪費されていた熱を電気に変換するための、有機ランキンサイクル設備のための作動流体としての使用に好適な沸点を有する、より揮発性が低いものである。本開示のフルオロスルホンは、一定の反応性化合物の存在下で高い化学的安定性を示し、例えば、ポリウレタン発泡体の生成において一般に採用される、反応性アミン塩基及びアルコールを含むプロセスにおいて使用することができる。
【００１７】
一定のフルオロスルホン、特にペルフルオロスルホンは、高い化学的安定性及び熱安定性を有するものとして記載されている。歴史的に、高い化学的安定性及び熱安定性は、長い大気寿命及び高いＧＷＰにつながることが示されており、そのような特徴を有する材料は、多くの放出性の用途には不適となっている。
【００１８】
しかしながら、驚くべきことに、ペルフルオロスルホンを含めた本開示のフルオロスルホンは、ヒドロキシルラジカルに対して反応性であり、対流圏において分解を受けるため、ＳＦ６、ペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）、ペルフルオロ化アミン（ＰＦＡ）、ペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）、及び大部分のハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）より、大気寿命が著しく短いことが発見されている。これによって、ＧＷＰ及び温室効果ガスとしての寄与は、許容可能なレベルまで低減する。
【００１９】
本開示のフルオロスルホンは、通常の使用条件下では良好な化学的安定性を有するが、ヒドロキシルラジカルへの曝露は、材料の分解をもたらす。完全にフッ素化（ペルフルオロ化）された炭素骨格を有する本開示のペルフルオロスルホンであっても、驚くべきことに、対流圏を模倣するように設計された大気チャンバ実験において、ヒドロキシルラジカルに対して反応性であることが見出されている。結果として、本開示のペルフルオロスルホンは、以前に予想されたよりも、はるかに短い大気寿命を有することが見出されている。本開示のペルフルオロスルホンの驚くほど急速な大気中での破壊は、予想では長い大気寿命を、多くの他のペルフルオロ化材料（例えば、ＰＦＣ、ＰＦＡ、ＰＦＰＥ）よりもはるかに短くなるように低減し、高ＧＷＰ材料を置き換える必要がある複数の用途において、はるかに環境的に許容可能にする。
【００２０】
ペルフルオロ化スルホンは、Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１１７，２００２，ｐｐ  １３−１６に記載されているように、酸素及び窒素中心求核試薬を含めた様々な求核試薬と容易に反応することが報告されている。研究は、Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１２５，２００４，ｐｐ  ６８５−６９３、及びＣｈｅｍ．Ｒｅｓ．Ｔｏｘｉｃｏｌ．，２７（１），２０１４，ｐｐ  ４２−５０に記載されているように、フルオロケミカルの一定のファミリーについて、求核攻撃に対する感受性は、高い毒性と相関し得ることを示唆している。そのため、従来の知見は、求核攻撃に対するペルフルオロスルホンの顕著な反応性は同様に、高い毒性をもたらすであろうことを示唆している。しかしながら、本開示のペルフルオロスルホンは、驚くべきことに、比較的高用量でのラットにおける標準的な急性４時間吸入毒性試験に基づいて、非常に低い毒性を示すことが見出されている（１０，０００ｐｐｍ超又は２０，０００ｐｐｍ超のＬＣ−５０を示した）。
【００２１】
同様に、従来の知見は、報告された求核攻撃に対するペルフルオロスルホンの感受性によって、求核試薬に長時間曝露されることが予想される用途における使用には、適さないものとなるであろうことを示唆している。しかし、本開示のペルフルオロスルホンは、ポリウレタン発泡体の生成に一般に使用され、他の反応性発泡体添加剤による破壊的求核攻撃を受けることが知られている標準的なポリオール／アミン触媒混合物の存在下で、驚くべき安定性を示した。結果として、これらのペルフルオロスルホンは、このような発泡体の断熱特性の最適化において重大なパラメータである、発泡ポリウレタン発泡体中の気泡サイズを小さくするための安定な発泡体添加剤（核剤）として、予想外の実用性を示した。
【００２２】
また更に、本開示のペルフルオロスルホンは、ペルフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）、ペルフルオロ−シクロプロパン（シクロ−Ｃ３Ｆ６）、及び更には広く使用されているペルフルオロ化誘電性ガスである六フッ化硫黄（ＳＦ６）のような他の一般的なペルフルオロ化材料と、気相において等価圧力で比較した場合に、気相に極めて高い絶縁破壊強度を提供することが見出されている。ＦＣ−３２８３（ＰＦＡ）、及びガルデンＨＴ−１１０（ＰＦＰＥ）、及びＦＣ−７２（ＰＦＣ、３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能）のようなペルフルオロ化流体と比較して、本開示のペルフルオロスルホンの予想外に高い気相絶縁破壊強度は、驚くべきことに、液相における劣った誘電強度とは対照的である。これによって、他のペルフルオロ化材料と比較して驚くほど低いＧＷＰと併せて、著しく環境に有害な効果を伴わずに絶縁破壊及びアーク放電を防止するために、絶縁性誘電性ガスが必要な用途について、多分に好適なものとなる。したがって、本開示のペルフルオロスルホンは、例えば、ＳＦ６に匹敵する、又はより良好な上の絶縁性誘電性能を達成しながら、著しく改善された環境の持続可能性も提供するための、中〜高電圧スイッチギヤ及び高電圧ガス絶縁電力線におけるＳＦ６を置き換えるための魅力的な候補である。
【００２３】
本開示のペルフルオロスルホンが驚くべき有用性を示した更に別の領域は、電子デバイス及び電池の直接接触単相及び二相浸漬冷却、並びに熱管理を含むがこれらに限定されない、浸漬冷却及び熱管理用途である。これらの用途では一般に、不燃性、低毒性、低ＧＷＰ、優れた誘電特性（すなわち、低誘電率、高誘電強度、高体積抵抗率）、長期の熱及び加水分解安定性、並びに良好な低温特性（低流動点及び低温における低粘度）を含む、必要な要件の長い一覧が、採用する流体に課される。二相浸漬冷却用途においては、好適な流体はまた、意図する用途について適正な範囲内の沸点と、高い蒸発熱とを有するべきである。これらの要件の全てを満たすことは、極めて困難であり得る。現在、浸漬冷却及び熱管理用途において使用されている既存の材料としては、ＨＦＥ、ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、ＰＦＡ、及びＰＦＫが挙げられる。全て、一定の用途における有用性を有するが、いずれも１つ以上の欠陥のため、汎用的な有用性を提供しない。ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、及びＰＦＡは、典型的には８０００（１００年ＩＴＨ）を超える非常に高い地球温暖化係数を有し、放出性の用途においては環境上の懸念をもたらす。ＨＦＥは比較的高い誘電率を有し、したがって、信号の完全性に対する有害な効果のため、高い信号周波数で動作する電子設備には適合しない。ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、ＰＦＡ、ＰＦＫ、及びＨＦＥは、二相浸漬用途における使用には比較的低い気化熱を有し、冷却効率には否定的な影響を有する。いくつかのＰＦＫは、一定の極端な条件下では限定的な加水分解安定性を有する場合があり、長期間にわたって徐々に加水分解し得る。本開示のペルフルオロスルホンは、既存の材料の課題及び弱点の多くを克服する。例えば、本開示のペルフルオロスルホンは、ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、及びＰＦＡよりもはるかに低いＧＷＰを提供する。本開示のペルフルオロスルホンはまた、ＨＦＥよりも著しく低い誘電率を提供する。加えて、本開示のペルフルオロスルホンは、ＰＦＫ及びＨＦＥと比較して、改善された加水分解安定性を提供する。本開示のペルフルオロスルホンは一般に、改善された二相浸漬冷却効率のために、ＨＦＥ、ＰＦＫ、ＰＦＣ、ＰＦＰＥ、及びＰＦＡと比較して、より高い気化熱を提供する。したがって、本開示のペルフルオロスルホンは、直接接触浸漬冷却及び熱管理用途における使用について、現在市販されている多くの材料よりも優れた特性のバランスを提供しながら、不燃性及び低毒性も提供する。
【００２４】
本明細書で使用する場合、「連結されたヘテロ原子」は、炭素鎖（直鎖若しくは分枝鎖又は環内）の少なくとも２個の炭素原子に結合して炭素−ヘテロ原子−炭素結合を形成する、炭素以外の原子（例えば、酸素、窒素、又は硫黄）を意味する。
【００２５】
本明細書で使用する場合、「フルオロ（fluoro-）」（例えば、「フルオロアルキレン」若しくは「フルオロアルキル」若しくは「フルオロカーボン」の場合などの、基若しくは部分に関して）又は「フッ素化（fluorinated）」は、（ｉ）部分的にフッ素化されており、したがって、炭素に結合した少なくとも１つの水素原子が存在するか、又は（ｉｉ）ペルフルオロ化されていることを意味する。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「ペルフルオロ（perfluoro-）」（例えば、「ペルフルオロアルキレン」若しくは「ペルフルオロアルキル」若しくは「ペルフルオロカーボン」の場合などの、基若しくは部分に関して）又は「ペルフルオロ化（perfluorinated）」は、完全にフッ素化されており、したがって、別段の指示をされている場合を除き、フッ素で置き換えることが可能な、炭素に結合した水素原子が存在しないことを意味する。
【００２７】
本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容が明確に別段の規定をしない限り、複数の指示対象を含む。本明細書及び添付の実施形態で使用する場合、「又は」という用語は一般に、その内容が明確に別段の規定をしない限り、「及び／又は」を包含する意味で採用される。
【００２８】
本明細書で使用する場合、端点による数値範囲の記載は、その範囲内に含まれる全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８、４及び５を含む）。
【００２９】
別段の指示がない限り、本明細書及び実施形態で使用される量又は成分、特性の測定値などを表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されていると理解されるものとする。これに応じて、特に指示がない限り、前述の明細書及び添付の実施形態の一覧において示す数値パラメータは、本開示の教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化し得る。最低でも、各数値パラメータは少なくとも、報告される有効桁の数に照らして通常の丸め技法を適用することにより解釈されるべきであるが、このことは請求項記載の実施形態の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではない。
【００３０】
いくつかの実施形態において、本開示は、以下の一般式：
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子（１個〜５個の炭素原子、１個〜３個の炭素原子、１個〜２個の炭素原子、４個〜８個の炭素原子、２個〜５個の炭素原子、又は１個の炭素原子）を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］によって表されるフルオロスルホンに関係する。いくつかの実施形態において、ｎが１である場合、Ｒ２はフルオロアルキレン基であり、いくつかの実施形態において、ｎが０である場合、Ｒ１とＲ２とが共に連結されて環構造を形成し得る。フルオロアルキル基（Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３）の炭素は、フッ素原子及び／又はフッ素原子と水素原子とを含有してもよい。フルオロアルキル基のいずれか又は全てが水素を含有する場合、分子内のフッ素と水素との比率は、ＡＳＴＭ  Ｄ−３２７８−「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｓｃａｌｅ  Ｃｌｏｓｅｄ−Ｃｕｐ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ」又はＡＳＴＭ  ｍｅｔｈｏｄ  Ｄ  ７２３６−０６「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｆｌａｓｈ  Ｐｏｉｎｔ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｓｃａｌｅ  Ｃｌｏｓｅｄ  Ｃｕｐ  Ｔｅｓｔｅｒ」（Ｒａｍｐ法）によって測定される引火点が存在しないように、十分に大きい。いくつかの実施形態において、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のいずれか又は全てがペルフルオロ化アルキル基であり、したがって、炭素に結合した水素原子を含有しない。いくつかの実施形態において、ｎは０であり、Ｒ１とＲ２とが共に連結されて環構造を形成しない。
【００３１】
本開示のフルオロスルホンの代表例としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：
ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ３、ＣＦ３ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＳＯ２Ｃ３Ｆ７、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＣＦ３、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＳＯ２Ｃ４Ｆ９、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ３Ｆ７、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ４Ｆ９、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＣＦ３、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２Ｃ３Ｆ７、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２Ｃ４Ｆ９、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＣＦ３、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ３Ｆ７ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、
Ｃ４Ｆ９ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、Ｃ４Ｆ９ＳＯ２Ｃ４Ｆ９、Ｃ４Ｆ９ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＣＦ３、Ｃ４Ｆ９ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３、Ｃ４Ｆ９ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ４Ｆ９ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、（ＣＦ３）２ＣＦＳＯ２ＣＦ２ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＣＦ（ＯＣＦ３）ＳＯ２ＣＦ２ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３、ＣＦ３ＣＦ（ＯＣ３Ｆ７）ＳＯ２ＣＦ２ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２ＣＦ２ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２（ＣＦ２）２ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２（ＣＦ２）３ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２（ＣＦ２）４ＳＯ２Ｃ２Ｆ５、Ｃ３Ｆ７ＯＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２ＣＦ２ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、（ＣＦ３）２ＣＦＳＯ２Ｃ２Ｆ４ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＣＦ（ＯＣＦ３）ＳＯ２Ｃ２Ｆ４ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３ＣＦ３ＣＦ（ＯＣ３Ｆ７）ＳＯ２Ｃ２Ｆ４ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ３Ｆ７ＯＣＦ（ＣＦ３）Ｃ２Ｆ４ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２Ｃ２Ｆ４ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、（ＣＦ３）２ＣＦＳＯ２Ｃ４Ｆ８ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３ＣＦ（ＯＣＦ３）ＳＯ２Ｃ４Ｆ８ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ３ＣＦ３ＣＦ（ＯＣ３Ｆ７）ＳＯ２Ｃ４Ｆ８ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、Ｃ３Ｆ７ＯＣＦ（ＣＦ３）Ｃ４Ｆ８ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２Ｃ４Ｆ８ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ（ＣＦ３）ＯＣ３Ｆ７、
【化１】
2021522383.tif 000003
ＨＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２Ｈ、ＣＨ３ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦ２ＯＣＨ３、及びＣＦ３ＣＦＨＣＦ２ＣＦ２ＯＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ２ＣＦ（ＣＦ３）ＯＣＦ２ＣＦ２ＣＦＨＣＦ３［式中、式ＣｎＦ２ｎ＋１の類の式の出現は全て、その式の異性体のいずれか又は全てを表す］。
【００３２】
フルオロスルホンの合成のためのプロセスは、当該技術分野において周知であり、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，５８０，００６号及び英国特許第１，１８９，５６１号、並びにＳ．Ｔｅｍｐｌｅ，Ｊ．Ｏｒｇ  Ｃｈｅｍ．，１９６８，３３，３４４−３４６、及びＲ．Ｌａｇｏｗ，ＪＣＳ  Ｐｅｒｋｉｎ  Ｉ，１９７９，２６７５に記載されている。フルオロスルホンを合成するための更なるプロセスを、本実施例において開示する。
【００３３】
いくつかの実施形態において、本開示は、上述のフルオロスルホンを主要成分として含む作動流体を、更に対象とする。例えば、作動流体は、上述のフルオロスルホンを、作動流体の総重量に基づいて、少なくとも２５重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、又は少なくとも９９重量％含んでもよい。フルオロスルホンに加えて、作動流体は、次の成分のうちの１種以上を、作動流体の総重量に基づいて合計で最大７５重量％、最大５０重量％、最大３０重量％、最大２０重量％、最大１０重量％、又は最大５重量％含んでもよい：アルコール、エーテル、アルカン、アルケン、ハロアルケン、ペルフルオロカーボン、ペルフルオロ化第三級アミン、ペルフルオロエーテル、シクロアルカン、エステル、ケトン、オキシラン、芳香族、シロキサン、ハイドロクロロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロオレフィン、ハイドロクロロオレフィン、ハイドロクロロフルオロオレフィン、飽和及び不飽和ハイドロフルオロエーテル、ハイドロフルオロケトン、ハイドロフルオロニトリル、ペルフルオロケトン、ペルフルオロニトリル、又はこれらの混合物。このような追加成分は、組成物の特性を、特定の用途向けに改変又は強化するために選択できる。
【００３４】
本開示のフルオロスルホンは、ＳＦ６、ＨＦＣ、ＰＦＡ、ＰＦＰＥ、及びＰＦＣなどの当該技術分野において既知の他の高度にフッ素化された材料よりも、はるかに低いＧＷＰを有することが発見されている。驚くべきことに、本開示のペルフルオロスルホンでさえも、完全にフッ素化された炭素骨格にもかかわらず、ＳＦ６、ＰＦＡ、ＰＦＰＥ、及びＰＦＣを含むがこれらに限定されない他のペルフルオロ化材料よりも、はるかに短い大気寿命及びそれに対応して低いＧＷＰを有することが、更に発見されている。いくつかの実施形態において、本開示のペルフルオロスルホンのＧＷＰは、上に列挙した他のペルフルオロ化材料のうちのいくつかの、１／５〜１／１０未満である。すなわち、本開示のペルフルオロスルホンは、２０００未満、又は１０００未満、又は８００未満、又は６００未満の地球温暖化係数（ＧＷＰ、１００年ＩＴＨ）を有し得る。
【００３５】
本明細書で使用する場合、ＧＷＰは、化合物の構造に基づく、化合物の地球温暖化係数の相対的尺度である。化合物のＧＷＰは、１９９０年に気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental Panel on Climate Change、ＩＰＣＣ）によって規定され、後続の報告において改訂されているが、特定の積分期間（integration time horizon、ＩＴＨ）にわたる、１キログラムのＣＯ２放出による温暖化に対する、１キログラムの化合物放出による温暖化として計算される。
【数１】
2021522383.tif 000004
ここで、Ｆは、化合物の単位質量当たりの放射強制力（その化合物のＩＲ吸光度による大気中の放射線束の変化）であり、Ｃ０は初期時点における化合物の大気濃度であり、τは化合物の大気寿命であり、ｔは時間であり、ｘは対象の化合物である。
【００３６】
一般的に許容されるＩＴＨは、短期間の効果（２０年間）と長期間の効果（５００年間以上）との間の折衷点を表す１００年間である。大気中の有機化合物ｘの濃度は、擬一次速度論（すなわち、指数関数的減衰）に従うと仮定される。同じ時間間隔のＣＯ２の濃度は、大気からのＣＯ２の交換及び除去に関する、より複雑なモデルを組み込む（Ｂｅｒｎ炭素循環モデル）。
【００３７】
この点に関して、いくつかの実施形態において、本開示のフルオロスルホン、又はフルオロスルホン含有作動流体若しくは熱伝達流体は、２０００未満、１０００未満、８００未満、６００未満、５００未満、３００未満、２００未満、１００未満、又は１０未満の地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有し得る。
【００３８】
発泡体の発泡
いくつかの実施形態において、本開示は、ポリマー発泡体の生成、特に、ポリウレタン発泡体又はフェノール系発泡体の生成における、核剤（又は発泡体添加剤）としての本開示のフルオロスルホンの使用に関する。この点に関して、いくつかの実施形態において、本開示は、１種以上の発泡剤と、１種以上の発泡性ポリマー又はその前駆体組成物と、本開示のフルオロスルホンを含む１種以上の核剤とを含む、発泡性組成物を対象とする。
【００３９】
いくつかの実施形態において、提供される発泡性組成物中に、ポリマーを発泡させるために気化される液体若しくは気体状の発泡剤、又はポリマーを発泡させるためにｉｎ  ｓｉｔｕで発生する気体状の発泡剤を含む、様々な発泡剤を使用することができる。発泡剤の代表例としては、ハイドロクロロフルオロカーボン（hydrochlorofluorocarbon、ＨＣＦＣ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、ハイドロクロロカーボン（hydrochlorocarbon、ＨＣＣ）、ヨードフルオロカーボン（iodofluorocarbon、ＩＦＣ）、炭化水素、ハイドロフルオロオレフィン（hydrofluoroolefin、ＨＦＯ）、及びハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）が挙げられる。提供される発泡性組成物中に使用する発泡剤は、大気圧で約−４５℃〜約１００℃の沸点を有し得る。典型的には、大気圧では、発泡剤は、少なくとも約１５℃、より典型的には約２０℃〜約８０℃の沸点を有する。発泡剤は、約３０℃〜約６５℃の沸点を有し得る。使用可能な発泡剤の更なる代表例としては、約５個〜約７個の炭素原子を有する脂肪族及び脂環式炭化水素、例えばｎ−ペンタン及びシクロペンタン；ギ酸メチル等のエステル；ＨＦＣ、例えばＣＦ３ＣＦ２ＣＨＦＣＨＦＣＦ３、ＣＦ３ＣＨ２ＣＦ２Ｈ、ＣＦ３ＣＨ２ＣＦ２ＣＨ３、ＣＦ３ＣＦ２Ｈ、ＣＨ３ＣＦ２Ｈ（ＨＦＣ−１５２ａ）、ＣＦ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＦ３及びＣＨＦ２ＣＦ２ＣＨ２Ｆ；ＨＣＦＣ、例えば、ＣＨ３ＣＣｌ２Ｆ、ＣＦ３ＣＨＣｌ２及びＣＦ２ＨＣｌ；ＨＣＣ、例えば、２−クロロプロパン；及びＩＦＣ、例えば、ＣＦ３Ｉ；及びＨＦＥ、例えば、Ｃ４Ｆ９ＯＣＨ３；並びにＨＦＯ、例えば、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦ、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨＣｌ及びＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣＦ３が挙げられる。一定の配合物において、水とイソシアネート等の発泡体前駆体との反応から発生するＣＯ２を発泡剤として使用することができる。
【００４０】
様々な実施形態において、提供される発泡性組成物は、１種以上の発泡性ポリマー又はその前駆体組成物も含み得る。提供される発泡性組成物における使用に好適な発泡性ポリマーとしては、例えば、ポリオレフィン（例えば、ポリスチレン、ポリ（塩化ビニル）、及びポリエチレン）が挙げられる。発泡体は、従来の押出法を使用してスチレンポリマーから調製することができる。発泡剤組成物を、押出機内の熱可塑化スチレンポリマー流に注入し、熱可塑化スチレンポリマー流と混合した後、押出成形して発泡体を形成することができる。好適なスチレンポリマーの代表例としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、環アルキル化スチレン及び環ハロゲン化スチレンの固体ホモポリマー、並びにこれらモノマーと微量の他の容易に共重合可能なオレフィン性モノマー（例えば、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、アクリル酸、Ｎ−ビニルカルバゾール、ブタジエン、及びジビニルベンゼン）とのコポリマーが挙げられる。α好適な塩化ビニルポリマーとしては、例えば、塩化ビニルホモポリマー、及び塩化ビニルと他のビニルモノマーとのコポリマーが挙げられる。エチレンホモポリマー、及びエチレンと例えば、２−ブテン、アクリル酸、プロピレン又はブタジエンとのコポリマーも有用であり得る。異なる種類のポリマーの混合物を採用することができる。
【００４１】
様々な実施形態において、本開示の発泡性組成物は、核剤と発泡剤とのモル比が、１：５０、１：２５、１：９、又は１：７、１：３、又は１：２以下であってもよい。
【００４２】
発泡体配合物の他の従来成分が、任意に、本開示の発泡性組成物中に存在してよい。例えば、架橋剤又は鎖延長剤、泡安定剤又は界面活性剤、触媒及び難燃剤を利用することができる。他の可能な成分としては、フィラー（例えば、カーボンブラック）、着色剤、抗真菌剤、殺菌剤、酸化防止剤、補強剤、静電気防止剤、可塑剤、及び他の添加剤又は加工助剤が挙げられる。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ポリマー発泡体は、少なくとも１つの発泡性ポリマー又はその前駆体組成物、及び上述のフルオロスルホン核剤の存在下、少なくとも１つの液体若しくは気体状発泡剤を気化させること、又は少なくとも１つの気体状発泡剤を発生させることによって調製することができる。更なる実施形態において、ポリマー発泡体は、提供される発泡性組成物を使用して、上述のフルオロスルホン核剤と、少なくとも１つの有機ポリイソシアネートと、少なくとも２個の反応性水素原子を含有する少なくとも１つの化合物（少なくとも２個の反応性アルコールＯＨ基を含有するポリオールなど）との存在下で、少なくとも１つの発泡剤を（例えば、前駆体反応の熱を利用することによって）気化させることによって調製することができる。ポリイソシアネート系発泡体の作製において、一般に、ポリイソシアネートと、反応性水素含有化合物と、核剤と、発泡剤組成物とを組み合わせて、十分に混合し（例えば、様々な既知の種類の混合ヘッド及び噴霧装置のいずれかを使用して）、膨張させ、硬化させて、気泡質ポリマー（独立気泡発泡体）にすることができる。ポリイソシアネートと反応性水素含有化合物との反応前に、発泡性組成物の一定の成分を予めブレンドしておくことは好都合であることが多いが、必須ではない。例えば、反応性水素含有化合物と、発泡剤組成物と、核剤と、ポリイソシアネートを除く任意の他の成分（例えば、界面活性剤）とをまずブレンドし、次いで、得られた混合物をポリイソシアネートと組み合わせると有用であることが多い。あるいは、発泡性組成物の全ての成分を別々に導入することができる。反応性水素含有化合物の全て又は一部分とポリイソシアネートとを予備反応させて、プレポリマーを形成することも可能である。
【００４４】
誘電性／絶縁性ガス
電力発生及び送電システムにおいて、誘電性ガスを使用して、スイッチ、回路遮断器、送電線、及び非常に高い電圧及び高い電流密度で動作する他の設備を絶縁することは、一般的である。ＳＦ６は、高い誘電強度を有する強い電気陰性ガスである。その降伏電圧は、周囲条件下で空気のほぼ３倍である。ＳＦ６はまた、良好な熱伝達特性を有し、放電の高温条件下で解離した場合に自らを部分的に再形成し、したがって、その絶縁特性を経時的に保持する。ＳＦ６の安定な分解生成物の大部分は、その絶縁特性が劣化しない。これはアーク放電中に、重合生成物、又は導電性の粒子若しくは堆積物を生成しない。ＳＦ６は、変圧器、スイッチギヤなどのような様々な電気設備における（絶縁性及び導電性の）構成材料と、化学的に適合性がある。これらの特性によって、ＳＦ６は長年にわたって、電力産業の誘電性ガスの選択肢となっている。
【００４５】
しかしながら、ＳＦ６は、放電の結果、Ｓ２Ｆ１０及びＳＯ２Ｆ２のような高毒性生成物を形成する場合がある。その結果、使用済み誘電性ガスとの接触を回避するための予防措置が必要である。ＳＦ６は、ＣＯ２の２２，２００倍のＧＷＰを有する、既知の最も強力な温室効果ガスでもある。ＳＦ６は、非常に高い化学的安定性のため、３２００年の大気寿命を有する。可能性のある代用品としては、ＰＦＣ、窒素、及び二酸化炭素が挙げられる。多くのＰＦＣは、部分的には分子量の高さのため、ＳＦ６よりも良好な誘電体であるが、経時的に性能を低下させる導電性炭素粒子を生成する傾向がある。窒素でＰＦＣを希釈することによって、この傾向は低減する。しかしながら、ＰＦＣも強力な温室効果ガスである。
【００４６】
乾燥した窒素及び二酸化炭素は、主として水蒸気を除去したことによって、空気よりもわずかに良好な誘電体である。これらは、ＳＦ６に置き換わる可能性について検討されているが、全ての用途及び設備において十分に絶縁するものではない。
【００４７】
本開示によれば、一定のフルオロスルホンは、高い誘電強度、良好な熱伝達特性、及び安定性を含む、望ましいＳＦ６の性能特性を提供することが見出されている。加えて、フルオロスルホンは、大気中ではるかに容易に分解される。これによって大気寿命が低減し、したがって、温室効果ガスとしての寄与は低く、例えばＳＦ６又はＰＦＣよりも、はるかに許容可能である。この点に関して、いくつかの実施形態において、本開示は、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含む誘電性流体、及びそのような誘電性流体を含む電気デバイス（例えば、コンデンサ、スイッチギヤ、変圧器、電気ケーブル又は電気バス）を対象とする。本出願の目的のために、用語「誘電性流体」は、液体誘電体及び気体状誘電体の両方を包含する。流体、気体又は液体の物理的状態は、電気デバイスが使用される温度及び圧力の動作条件、並びに流体又は流体混合物の熱物理的特性によって決定する。いくつかの実施形態において、本開示は、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含む誘電性ガス、及びそのような誘電性ガスを含む電気デバイス（例えば、コンデンサ、スイッチギヤ、変圧器、電気ケーブル又は電気バス）を対象とする。
【００４８】
いくつかの実施形態において、誘電性流体は、１種以上の本開示のフルオロスルホン（例えば、１種以上の気体状フルオロスルホン）と、任意に１種以上の他の誘電性流体とを含む。他の誘電性流体は、非凝縮性ガス若しくは不活性ガス、又は別の高フッ素化誘電性ガスであってもよい。好適な他の誘電性流体としては、例えば、空気、窒素、亜酸化窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、ヘプタフルオロイソブチロニトリル、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン、ＳＦ６、及び２，３，３，３−テトラフルオロ−２−（トリフルオロメトキシ）プロパンニトリル、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。一般に、他の誘電性流体は、２５℃又は電気デバイスの動作温度において、蒸気圧が少なくとも７０ｋＰａであるような量で使用され得る。
【００４９】
いくつかの実施形態において、本開示のフルオロスルホン含有誘電性流体は、フルオロスルホンを単独で、又はヘプタフルオロイソブチロニトリル、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン、２，３，３，３−テトラフルオロ−２−（トリフルオロメトキシ）プロパンニトリル、ＳＦ６、窒素、二酸化炭素、亜酸化窒素、酸素、空気、ヘリウム、若しくはアルゴンが挙げられるがこれらに限定されない、１種、２種、３種、若しくは更には４種以上の他の誘電性流体との混合物で含み得る。本開示の文脈において、酸素は、誘電性希釈ガスとして使用する場合、「少量」で使用され、すなわち、酸素がガス混合物全体中に、１〜２５％、又は２〜１５％、又は２〜１０％の範囲内のモル百分率で存在することを意味する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、本開示の誘電性流体のフルオロスルホン成分は、ペルフルオロ化されている。
【００５１】
他の実施形態において、フルオロスルホン誘電性流体及び他の誘電性流体は乾燥しているが、これは、流体の含水量が５００重量ｐｐｍ未満、３００重量ｐｐｍ未満、１００重量ｐｐｍ未満、５０重量ｐｐｍ未満、３０重量ｐｐｍ未満、又は１０重量ｐｐｍ未満であることを意味する。
【００５２】
このような用途における使用に好適なフルオロスルホンの代表例としては、約−２０℃〜約５０℃の温度範囲にわたって、かなりの蒸気圧（いくつかの実施形態においては、約０．０５ａｔｍ以上、約０．１ａｔｍ以上、約０．２ａｔｍ以上、約０．３ａｔｍ以上、又は更には約０．４ａｔｍ以上）を有する、ビス（トリフルオロメチル）スルホン、トリフルオロメチルペンタフルオロエチルスルホン、ペルフルオロジエチルスルホン、又は本開示の１種以上のフルオロスルホンの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００５３】
本出願の誘電性流体は、電気絶縁に、並びに電気エネルギーの送電及び配電に使用されるアーク消去及び電流遮断設備に有用であり得る。一般に、本開示の流体を使用することができる電気デバイスには、（１）ガス絶縁回路遮断器及び電流遮断設備、（２）ガス絶縁送電線、並びに（３）ガス絶縁変圧器の３つの主要な種類がある。このようなガス絶縁設備は、送配電システムの主要構成要素である。
【００５４】
上述の本開示の誘電性流体及び流体混合物は、中電圧及び高電圧の電気設備において使用する場合、著しい利点及び利益を提供する。利点及び利益としては、高誘電強度、不燃性、低毒性、低地球温暖化係数、良好な熱伝達特性、及び適用時の良好な安定性が挙げられるが、これらに限られない。
【００５５】
いくつかの実施形態において、本開示は、気体状誘電体が電極間の空間を満たすように互いに離れた金属電極を備える、コンデンサなどの電気デバイスを提供する。電気デバイスの内部空間は、気体状誘電性流体と平衡状態にある液体誘電性流体の収容容器も含み得る。したがって、収容容器は、誘電性流体のいかなる損失も補充し得る。
【００５６】
有機ランキンサイクル
上昇するエネルギーのコスト、温室効果ガスの排出について高まる懸念、及び電力網の制限は、再生可能エネルギー源、局所的又は地域的な発電、及び他の方法では浪費されるエネルギーを活用する技術への関心を生み出してきた。後者の中に、有機ランキンサイクル（Organic Rankine Cycle、ＯＲＣ）技術がある。ＯＲＣプラントが一般的に１０メガワット未満の規模であり、通常ははるかに低い温度で動作することを除いて、発電所で使用される従来の蒸気ランキンサイクルと同様であるが、ＯＲＣでは、水からの蒸気がもはや理想的な作動流体ではなく、炭化水素のペンタンのような低沸点有機流体が好ましい。炭化水素は環境的にはかなり良性であるが、ＯＲＣにおいて、例えば、セメント乾燥プラント、内燃機関排気マニホールドなどからのエネルギーを捕捉するために設置された、特に密接に連動したＯＲＣにおいて使用するのは、可燃性のため、危険すぎると考えられることが多い。
【００５７】
不燃性の作動流体が好ましいが、好適な候補の一覧は短い。クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ＨＣＦＣ、及び臭素化材料は、オゾンを減少させるため、除外される。ペルフルオロカーボン（ＰＦＣ）流体は、長い間、候補として提案されてきた。より最近では、ＨＦＣが、これらの用途において検討されている。しかしながら、ＰＦＣ及びＨＦＣは両方とも、高いＧＷＰのため、排出を低減するように指定されており、特に欧州連合及び日本においては、好ましいものから脱落している。ＨＦＥは好適な性能特性を有するが、いくつかのＯＲＣ用途において使用するためには、十分な熱安定性に欠ける場合がある。フルオロケトンも、実行可能な候補として提案されているが、ＯＲＣにおける長期間の使用については、十分に安定ではない可能性がある。
【００５８】
本開示のフルオロスルホンは一般に、ＯＲＣ作動流体として好適であるために必要な物理的及び熱的特性を有し、これらの用途について十分に安定である一方で、ＰＦＣ、ＰＦＡ、ＰＦＰＥ、及びＨＦＣと比較して、比較的低いＧＷＰも提供する。この特性の組み合わせによって、ＯＲＣ作動流体のための良好な候補となっている。いくつかの実施形態において、フルオロスルホンはペルフルオロ化されている。
【００５９】
いくつかの実施形態において、本開示は、ランキンサイクル（例えば、ＯＲＣ）において熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置を対象とする。この装置は、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含む作動流体を含み得る。この装置は、作動流体を気化させて、気化した作動流体を形成するための熱源と、気化した作動流体を通過させることにより熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンと、タービンを通過した後の気化した作動流体を冷却するための凝縮器と、作動流体を再循環させるためのポンプとを更に含んでもよい。
【００６０】
いくつかの実施形態において、本開示は、ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するためのプロセスに関する。このプロセスは、熱源を使用して、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含む作動流体を気化させて、気化した作動流体を形成することを含んでもよい。いくつかの実施形態において、熱は、熱源から蒸発器又はボイラー内の作動流体に伝達される。気化した作動流体を加圧してもよく、膨張による仕事をするように使用することができる。熱源は、化石燃料、例えば、石油、石炭、又は天然ガス由来のもの等、任意の形態のものであってもよい。加えて、いくつかの実施形態において、熱源は、原子力、太陽エネルギー、又は燃料電池から得ることができる。他の実施形態において、熱は、他の場合であれば大気に失われていたであろう他の熱伝達システムからの「廃熱」であり得る。いくつかの実施形態において、「廃熱」は、第２のランキンサイクルシステムから、すなわち、第２のランキンサイクルの凝縮器又は他の冷却デバイスから回収される熱であり得る。
【００６１】
更なる「廃熱」源は、メタンガスが燃焼処理される埋立地で見出すことができる。メタンガスが環境に入って地球温暖化の一因になることを防止するために、埋立地によって発生するメタンガスを「フレア」によって燃焼させ、二酸化炭素と水を生成することができ、この二酸化炭素と水はいずれも、地球温暖化係数の点から環境有害性がメタンよりも低い。提供されるプロセスにおいて有用であり得る他の「廃熱」源は、地熱源、並びに排気ガス中で著しい熱を出すガスタービンエンジン等の他の種類のエンジンから、水等の冷却液及び潤滑剤への熱である。
【００６２】
提供されるプロセスにおいて、気化した作動流体は、加圧された作動流体を機械エネルギーに変換することができるデバイスを通って、膨張し得る。いくつかの実施形態において、気化した作動流体は、タービンを通って膨張し、タービンは気化した作動流体の膨張圧からシャフトを回転させることができる。タービンは、次いで、いくつかの実施形態において、発電機を動作させ、それにより電気を発生させるといった、機械的仕事を行うために使用することができる。他の実施形態において、タービンは、取り付けた又は連結したデバイスで使用するための機械的仕事又はエネルギーを伝達することができる、ベルト、ホイール、ギヤ、又は他のデバイスを駆動するために使用することができる。
【００６３】
気化した作動流体が機械エネルギーに変換された後、気化した（且つこの時点では膨張した）作動流体を、冷却源を使用して凝縮し、再使用のために液化させることができる。凝縮器によって放出された熱は、同じ又は別のランキンサイクルシステムに再循環させることを含めた、他の目的に使用することによって、エネルギーを節約することができる。最後に、凝縮した作動流体は、閉鎖系で再使用するため、ポンプによってボイラー又は蒸発器に戻すことができる。
【００６４】
有機ランキンサイクル作動流体の所望の熱力学的特徴は、当業者には周知であり、例えば、米国特許公開第２０１０／０１３９２７４号（Ｚｙｈｏｗｓｋｉら）に説明されている。熱源の温度と凝縮液体又は提供された凝縮後のヒートシンクの温度との差が大きいほど、ランキンサイクルの熱力学的効率は高い。熱力学的効率は、作動流体を熱源温度と調和させることにより、影響を受ける。作動流体の蒸発温度が熱源温度に近いほど、システムの効率は高い。トルエンは、例えば、７９℃〜約２６０℃の温度範囲で使用することができるが、トルエンは、毒性及び可燃性の懸念を有する。１，１−ジクロロ−２，２，２−トリフルオロエタン及び１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン等の流体を、代替としてこの温度範囲で使用することができる。しかし、１，１−ジクロロ−２，２，２−トリフルオロエタンは、３００℃未満では毒性化合物を形成する可能性があり、蒸発温度を約９３℃〜約１２１℃に制限する必要がある。したがって、より高い臨界温度を有し、その結果、ガスタービン及び内燃機関排気等の熱源温度を、より良好に作動流体に調和させることができる、環境に優しい他のランキンサイクル作動流体が所望されている。
【００６５】
いくつかの実施形態において、ランキンサイクル作動流体のために有用な本開示のフルオロスルホンは、単独で、又は他のフルオロスルホン若しくは作動流体としての他の流体と組み合わせて、約１０℃〜約１２０℃（いくつかの実施形態においては、約１０℃〜約２０℃、約２０℃〜約５０℃、約５０℃〜８０℃、又は更には約８０℃〜約１２０℃）の沸点を有し得る。
【００６６】
電子機器の直接接触浸漬冷却
数十年間、ＰＦＣ流体は、専門分野において、通常は価値の高い電子機器の冷却用途において使用されており、冷却する電子機器と直接接触して配置されることが多かった。例としては、軍用電子機器及びスーパーコンピュータ用途が挙げられる。ＰＦＣ流体は、非常に不活性であり、優れた誘電体であるため、好まれていた。より最近では、ＨＦＣ、ＨＦＥ、及びＰＦＫが、これらの用途のために検討されている。
【００６７】
サーバ及びデスクトップコンピュータのようなより主流の電子機器は、歴史的に空気冷却を使用してきたが、近年、より高度な演算能力の要求により、高性能マシンにおいて、効率向上のために液体冷却が現れ始めるレベルにまで、チップの能力が上昇している。水性作動流体は、間接接触液相システムにおける性能の観点から好ましいが、漏れが発生した場合、短絡が起きる傾向のため、信頼性の懸念を生じる。誘電性液体は、漏れの場合に火災が起こり得るため、同様の理由で不燃性であるべきである。誘電性液体の環境特性はまた、コンピュータ製造業者及びその顧客の環境要件と一致しなければならない。ＰＦＣ液体（ペルフルオロ化炭化水素、ペルフルオロ化アミン、及びペルフルオロ化エーテル及びポリエーテル液体を含む）及びＨＦＣ液体は、高いＧＷＰのため、この用途について理想的な候補ではなく、したがって、改善された環境プロファイルを提供することができる一方で、電子機器の直接接触浸漬冷却のための全ての他の要件も満足することができる材料の開発が、引き続き必要とされている。
【００６８】
本開示のフルオロスルホンは一般に、この用途についての性能及び環境の要件を満たす。これらの安全性、不燃性、高い誘電強度、低い体積抵抗率、材料適合性、及び優れた熱伝達特性は、優れた信頼性によって、直接接触冷却及び価値の高い電子機器への使用に好適である。加えて、短い大気寿命は、ＧＷＰの著しい低減及び温室効果ガスとしての影響の最小化につながる。
【００６９】
例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor、ＩＧＢＴ）のような最新のパワー半導体は、非常に高い熱流束を発生させる。これらのデバイスは、ハイブリッド電気自動車の電力変換モジュールに使用される。これらのデバイスは、極端な熱及び低温の条件下で機能しなければならず、このことが直接接触冷却技術の採用に拍車をかけている。これらの用途において使用される液体もまた、電気絶縁性であり、不燃性であり、接触する電子機器構成要素に適合性があり、ハイブリッド技術の環境目標と一致するレベルの環境持続性を提供しなければならない。本開示のフルオロスルホンは一般に、これらの要件を満たす。
【００７０】
本開示のフルオロスルホンは、単独で又は組み合わせて、熱管理を提供し、極端な動作条件下で最適な構成要素性能を維持するために、直接接触によって様々な電子機器構成要素から熱を伝達するための流体として採用され得る。例示的な材料は、約１０℃〜約１５０℃（いくつかの実施形態においては、約約１０℃〜約２５℃、約２５℃〜約５０℃、又は更には約５０℃〜約１５０℃）の沸点を有するフルオロスルホンである。いくつかの実施形態において、フルオロスルホンはペルフルオロ化されている。
【００７１】
直接接触流体浸漬技術は、電子機器構成要素の熱管理に有用であることが周知である。ハイドロフルオロエーテル及びペルフルオロケトンは、不燃性、低毒性、小さな環境フットプリント（ゼロＯＤＰ、低ＧＷＰ）、高誘電強度、低誘電率、高体積抵抗率、安定性、及び良好な熱特性などの厳格な性能要件を採用する流体に設けている、直接接触流体浸漬熱伝達用途において長年使用されている、環境を持続可能な化学物質の２つの例である。これらの流体は、半導体製造、並びに電子機器の冷却（例えば、パワーエレクトロニクス、変圧器、及びコンピュータ／サーバ）を含めた、多くの熱管理用途における使用を見出している。驚くべきことに、本開示のペルフルオロ化スルホンは一般に、低誘電率、高誘電強度、及び高体積抵抗率を含めて、ハイドロフルオロエーテルと比較して改善された誘電特性を提供することが発見されている。ペルフルオロ化スルホンはまた、二相浸漬用途における改善された熱伝達性能のため、ＨＦＥ又はペルフルオロケトンよりも高い気化熱、及び優れた熱伝導率を提供する。更に、フルオロスルホンは一般に、ペルフルオロケトン及びＨＦＥと比較して、改善された加水分解安定性を提供することが発見されている。したがって、本開示のフルオロスルホンは、直接接触浸漬冷却用途において使用するための非常に魅力的な流体候補となる、独特な特性のバランスを提供することが、最近見出されている。
【００７２】
いくつかの実施形態において、本開示は、コンピュータサーバを含めた電子デバイス用の二相浸漬冷却流体としてのフルオロスルホンの使用を記載する。
【００７３】
大規模コンピュータサーバシステムは、著しいワークロードを実行し、その動作中に大量の熱を発生させ得る。熱のかなりの部分は、これらのサーバの動作によって発生する。部分的には発生する大量の熱のため、これらのサーバは典型的にはラックマウントされ、内部ファン及び／又はラックの後部若しくはサーバエコシステム内の他の場所に取り付けられたファンを介して空気冷却される。ますます多くの処理及びストレージリソースへのアクセスの必要性が拡大し続けているので、サーバシステムの密度（すなわち、単一のサーバに配置された処理能力及び／若しくはストレージの量、単一のラック内に配置されたサーバの数、並びに／又は単一のサーバファームに配備されたサーバ及び若しくはラックの数）が増加し続けている。これらのサーバシステムにおける処理又はストレージ密度を高めたいという要望により、結果として生じる熱的課題は、依然として大きな障害となっている。従来の空気冷却システム（例えば、ファンベース）は大量の電力を必要とし、そのようなシステムを駆動するために必要とされる電力のコストは、サーバ密度の増加と共に指数関数的に増加する。したがって、最新のサーバシステムの所望の処理及び／又はストレージ密度の増加を可能にしながら、サーバを冷却するための効率的な低電力使用システムが必要とされている。
【００７４】
二相浸漬冷却は、液体（冷却流体）を気体に気化させるプロセスにおいて吸収される熱（すなわち、気化熱）に依存する、高性能サーバコンピューティング市場のための新しい冷却技術である。この用途において使用される流体は、用途において実行可能であるためには、一定の要件を満たす必要がある。例えば、動作中の沸騰温度は、例えば４５℃〜７５℃の範囲内であるべきである。一般に、この範囲は、熱が最終的なヒートシンク（例えば、外気）に効率的に放熱されることを可能にしながら、サーバ構成要素を十分に冷たい温度に維持することに対応する。流体は、構成体及び電気部品の材料と適合するように不活性である必要がある。流体は、水等の通常の汚染物質と反応しないように、又は動作中に流体をスクラブするために使用され得る活性炭又はアルミナ等の試薬と反応しないように、安定なものであるべきである。親化合物及びその分解生成物の地球温暖化係数（ＧＷＰ、１００年ＩＴＨ）及びオゾン破壊係数（ＯＤＰ）は、許容限度より下、例えば、それぞれ２０００、１０００、８００、６００未満のＧＷＰ、及び０．０１未満のＯＤＰであるべきである。本開示のフルオロスルホンは一般に、これらの要件を満たす。
【００７５】
別の実施形態において、本発明は、電子機器用の単相浸漬冷却流体としてのフルオロスルホンの使用を記載する。単相浸漬冷却は、コンピュータサーバの冷却において長い歴史がある。単相浸漬において相転移はない。その代わりに、液体は、コンピュータハードウェア及び熱交換器を通って流れるか、ポンプ輸送される際に、それぞれ温められ、冷却され、それによってサーバから熱を伝達する。サーバの単相浸漬冷却に使用する流体は、典型的には、蒸発損失を制限するために約７５℃を超える高い沸騰温度を有することを除いて、上に概説したものと同じ要件を満たさなければならない。本開示のフルオロスルホンは一般に、これらの要件を満たす。
【００７６】
いくつかの実施形態において、本開示は、上述のフルオロスルホン含有作動流体を含む浸漬冷却システムを対象とし得る。一般に、浸漬冷却システムは、１つ以上の熱発生構成要素を冷却するための二相気化凝縮冷却容器として動作し得る。図１に示すように、いくつかの実施形態において、二相浸漬冷却システム１０は、内部空間１５を有するハウジング１０を含んでもよい。内部空間１５の下部体積１５Ａ内に、上部液体表面２０Ａ（すなわち、液相２０の最上部レベル）を有するフルオロスルホン含有作動流体の液相２０が配置されてもよい。内部空間１５はまた、液体表面２０Ａからハウジング１０の上部１０Ａまで延びる上部体積１５Ｂを含んでもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、熱発生構成要素２５は、作動流体の液相２０に少なくとも部分的に浸漬される（及び完全に浸漬されるまで）ように、内部空間１５内に配置されてもよい。すなわち、熱発生構成要素２５は上部液体表面２０Ａの下に部分的にのみ沈められているように図示されているが、いくつかの実施形態において、熱発生構成要素２５は、液体表面２０Ａの下に完全に沈められてもよい。いくつかの実施形態において、熱発生構成要素は、コンピュータサーバ等の１つ以上の電子デバイスを含み得る。
【００７８】
様々な実施形態において、熱交換器３０（例えば、凝縮器）は、上部体積１５Ｂ内に配置されてもよい。一般に、熱交換器３０は、熱発生要素２５によって生成する熱の結果として発生する作動流体の気相２０Ｂを凝縮することができるように構成されてもよい。例えば、熱交換器３０は、作動流体の気相の凝縮温度よりも低い温度に維持される外部表面を有してもよい。この点に関して、作動流体の上昇気相２０Ｂが熱交換器３０と接触する際に熱交換器３０に潜熱を放出することによって、熱交換器３０で、上昇気相２０Ｂを液相又は凝縮物２０Ｃに再凝縮することができる。次いで、得られた凝縮物２０Ｃを、下部体積である１５Ａに配置された液相２０に戻すことができる。
【００７９】
いくつかの実施形態において、本開示は、単相浸漬冷却によって動作する浸漬冷却システムを対象とし得る。一般に、単相浸漬冷却システムは、１５作動流体の液相に少なくとも部分的に浸漬される（及び完全に浸漬されるまで）ように、ハウジングの内部空間内に配置された熱発生構成要素を含むことができるという点で、二相システムのものに類似している。単相システムは、ポンプ及び熱交換器を更に含んでもよく、ポンプは、作動流体を熱発生構成要素から熱交換器に、及び熱交換器から熱発生構成要素に移送させるように動作し、熱交換器は作動流体を冷却するように動作する。熱交換器は、ハウジング内又はハウジングの外部に配置されてもよい。
【００８０】
本開示は、好適な二相浸漬冷却システムの特定の例を図１に図示しているが、本開示のフルオロスルホン含有作動流体の利益及び利点は、任意の既知の二相又は単相浸漬冷却システムにおいて実現され得ることを理解されたい。
【００８１】
いくつかの実施形態において、本開示は、電子機器構成要素を冷却するための方法を対象とし得る。一般に、本方法は、上述のフルオロスルホン又は作動流体を含む液体中に、熱電子発生機器構成要素（例えば、コンピュータサーバ）を少なくとも部分的に浸漬することを含むことができる。本方法は、上述のフルオロスルホン又は作動流体を使用して、熱発生電子機器構成要素から熱を伝達することを更に含むことができる。
【００８２】
直接接触浸漬による電池の熱管理
電気化学セル（例えば、リチウムイオン電池）は、ハイブリッド及び電気自動車から、電動工具、ポータブルコンピュータ、及びモバイルデバイスにわたる膨大な電子デバイス及び電気デバイスにおいて、世界的に広く使用されている。リチウムイオン電池は、一般に安全且つ信頼のおけるエネルギー貯蔵デバイスであるが、一定の条件下では、熱暴走として知られる破局的故障を受ける。熱暴走は、熱によって誘発される一連の内部発熱反応である。過剰な熱の生成は、電気の過充電、熱的な過熱、又は内部の電気的短絡に由来し得る。内部短絡は、典型的には、製造上の欠陥又は不純物、樹状リチウム形成、及び機械的損傷によって生じる。典型的には、充電デバイス及び電池パック内には、過充電又は過熱の場合に電池を無効にする保護回路配線が存在するが、内部の欠陥又は機械的損傷によって生じる内部短絡から電池を保護することはできない。
【００８３】
リチウムイオン電池パックのための熱管理システムは、リチウムイオン電池のサイクル寿命を最大化するために必要とされることが多い。この種類のシステムは、電池パック内の各セルを均一な温度に維持する。高温によって、リチウムイオン電池の容量低下速度及びインピーダンスが増加し得る一方で、それらの耐用年数が減少し得る。理想的には、電池パック内の個々のセルはそれぞれ、同じ周囲温度にある。
【００８４】
電池の直接接触流体浸漬は、低確率であるが破局的な熱暴走事象を軽減することができ、リチウムイオン電池パックの効率的な通常動作に必要な、常時の熱管理も提供する。この種類の用途は、望ましい動作中の温度範囲を維持するために、熱交換システムと共に流体を使用する場合の熱管理を提供する。しかしながら、リチウムイオンセルのいずれかの機械的損傷又は内部短絡の場合、流体はまた、蒸発による冷却を通じて、パック内の隣接するセルへの熱暴走事象の伝播又はカスケードを防止し、このようにして、複数のセルが関与する破局的な熱暴走事象のリスクを著しく軽減する。上述の電子機器の浸漬冷却と同様に、電池の浸漬冷却及び熱管理は、単相又は二相浸漬冷却のために設計されたシステムを使用して達成することができ、電池の冷却のための流体の要件は、電子機器について上述したものと同様である。いずれのシナリオにおいても、流体は電池と熱連通して配置されて、電池の温度を維持、上昇、又は低下させる（すなわち、流体を介して熱が電池に、又は電池から伝達し得る）。
【００８５】
直接接触流体浸漬技術は、電池の熱管理及び熱暴走保護の提供に有用であることが示されているが、より良好な化学的安定性及びシステム寿命を提供することができる改善された流体が、依然として必要とされている。ハイドロフルオロエーテル及びペルフルオロケトンは、電池の熱管理及び熱暴走保護のための直接接触流体浸漬熱伝達の用途において有用性を示した化学物質の２つの例であり、許容可能な地球温暖化係数も提供する。これらの用途では採用する流体に対する、不燃性、低毒性、小さな環境フットプリント、高誘電強度、低誘電率、高体積抵抗率、安定性、材料適合性、及び良好な熱特性などの厳格な性能要件を設ける。驚くべきことに、本開示のフルオロスルホン、特にペルフルオロスルホンは一般に、低誘電率、高誘電強度、及び高体積抵抗率を含めて、飽和及び不飽和ハイドロフルオロエーテルと比較して改善された誘電特性を提供することが発見されている。低誘電率は、流体中に溶解したイオン性不純物のレベルを低レベルに保ち、長期間にわたって高い体積抵抗率を維持するために重要であり得る。これらのイオン性不純物は、電池パックの構成材料から、又は個々のセルから（電解液の漏出から）発生する場合があり、経時的に熱伝達流体中に抽出され、それによって流体特性を不利に変化させ得る。高誘電強度は、高電圧でのアーク放電の防止において重要である。本開示のフルオロスルホンはまた、二相浸漬用途における改善された熱伝達性能のため、ＰＦＣ、ＰＦＡ、又はＰＦＰＥのようなハイドロフルオロエーテル、ペルフルオロケトン、又はペルフルオロ化流体よりも高い気化熱を提供する。更に、本開示のフルオロスルホンは、ペルフルオロケトン及びＨＦＥと比較して、改善された加水分解安定性を提供することが発見されている。流体の加水分解劣化は、イオン性汚染物質を生成する場合があり、腐食を生じ得る、又は電池性能を損ない得る。したがって、本開示のフルオロスルホンは、電池の直接接触浸漬冷却及び熱管理の用途において使用するための非常に魅力的な流体候補となる、独特な特性のバランスを提供しながら、低い地球温暖化係数も提供することが見出されている。したがって、いくつかの実施形態において、本開示は、リチウムイオン電池パックのための熱管理システムを対象とする。このシステムは、リチウムイオン電池パックと、リチウムイオン電池パックと熱連通している作動流体とを含み得る。作動流体は、本開示のフルオロスルホン（例えば、ペルフルオロスルホン）のうちの１つ以上を含み得る。
【００８６】
高温熱交換
いくつかの実施形態において、本開示のフルオロスルホン（又はそれを含有する作動流体若しくは熱伝達流体）は、様々な用途において、熱伝達剤として使用することができる（例えば、ドライエッチャー、集積回路試験器、フォトリソグラフィ露光工具（ステッパー）、アッシャー、化学気相蒸着設備、自動試験設備（プローバー）、物理蒸着設備（例えば、スパッタ）、並びに気相はんだ付け流体及び熱衝撃流体などを含めた、半導体産業における集積回路工具の冷却又は加熱のため）。
【００８７】
いくつかの実施形態において、本開示は更に、デバイスと、デバイスへ又はデバイスから熱を伝達するための機構とを含む、熱を伝達するための装置を対象とする。熱を伝達する機構は、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含む熱伝達流体又は作動流体を含み得る。
【００８８】
提供される熱伝達のための装置はデバイスを含んでもよい。デバイスは、冷却、加熱、又は所定の温度若しくは温度範囲に維持される構成要素、ワークピース、アセンブリ等であってもよい。このようなデバイスには、電気的構成要素、機械的構成要素、及び光学的構成要素が含まれる。本開示のデバイスの例としては、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用されるウエハ、電力制御半導体、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デバイス、レーザー、化学反応器、燃料電池、熱交換器、並びに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において、デバイスは、冷却器、加熱器、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００８９】
更に他の実施形態において、デバイスは、マイクロプロセッサを含めたプロセッサのような、電子デバイスを含み得る。これらの電子デバイスはより強力になるにつれて、単位時間当たりに発生する熱量が増加する。したがって、熱伝達の機構は、プロセッサの性能において重要な役割を果たす。熱伝達流体は、典型的には、良好な熱伝達性能、良好な電気的適合性（冷却板を採用するものなどの「間接接触」用途で使用する場合であっても）、並びに低い毒性、低い燃焼性（又は不燃性）、及び小さい環境影響を有する。良好な電気的適合性には、熱伝達流体候補が、高誘電強度、高体積抵抗率、及び極性物質に対する乏しい溶解性を示すことを要する。加えて、熱伝達流体は、良好な機械的適合性を示すべきであり、すなわち、典型的な構成材料に悪影響を及ぼすべきではなく、低温動作中の流動性を維持するために低い流動点及び低い粘度を有するべきである。
【００９０】
提供される装置は、熱を伝達するための機構を含んでもよい。その機構は、熱伝達流体を含んでもよい。熱伝達流体は、１種以上の本開示のフルオロスルホンを含んでもよい。デバイスと熱接触するように熱伝達機構を配置することによって、熱を伝達し得る。熱伝達機構は、デバイスと熱接触するように配置されるとき、デバイスから熱を除去するか、若しくはデバイスに熱を供給するか、又は選択された温度若しくは温度範囲にデバイスを保持する。熱流の方向（デバイスから又はデバイスに）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。
【００９１】
熱伝達機構としては、これらに限定されるものではないが、ポンプ、弁、流体収納システム、圧力制御システム、凝縮器、熱交換器、熱源、ヒートシンク、冷蔵システム、能動型温度制御システム及び受動型温度制御システムを含む、熱伝達流体を管理するための機能を挙げることができる。好適な熱伝達機構の例としては、プラズマ強化化学蒸着（plasma enhanced chemical vapor deposition、ＰＥＣＶＤ）工具の温度制御ウエハチャック、ダイ性能試験のための温度制御試験ヘッド、半導体プロセス設備内の温度制御作動領域、熱衝撃試験槽液体収容容器、及び恒温槽が挙げられるが、これらに限定されない。エッチャー、アッシャー、ＰＥＣＶＤチャンバ、気相はんだ付けデバイス、及び熱衝撃試験器等のいくつかのシステムでは、所望の動作温度の上限は、１７０℃、２００℃、又は更には２３０℃の高温であり得る。
【００９２】
デバイスと熱連通するように熱伝達機構を配置することによって、熱を伝達し得る。熱伝達機構は、デバイスと熱連通するように配置されるとき、デバイスから熱を除去するか、若しくはデバイスに熱を供給するか、又は選択された温度若しくは温度範囲にデバイスを保持する。熱流の方向（デバイスから又はデバイスに）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。提供される装置として、冷蔵システム、冷却システム、試験設備、及び機械加工設備も挙げることができる。いくつかの実施形態において、提供される装置は、恒温槽又は熱衝撃試験槽であり得る。
【００９３】
予想外に高い熱安定性を示す本開示のフルオロスルホンは、高温用途において特に有用であり得る。いくつかの実施形態において、約１５０℃〜約３００℃（いくつかの実施形態においては、約１８０〜約２９０、約２００〜約２８０、又は更には約２２０〜約２６０℃）の沸点を有する本開示のフルオロスルホンを、無鉛はんだの気相はんだ付けのために使用することができる。約７０℃超（いくつかの実施形態においては、約１００℃超、約１３０℃超、又は更には約１５０℃超）の沸点、及び−４０℃において約３０センチストークス未満（いくつかの実施形態においては、約−２０℃、他の実施形態においては約２５℃）の粘度を有するフルオロスルホンは、高温動作と低温動作との両方を必要とする種類の熱伝達用途において、特に有用である。いくつかの実施形態において、フルオロスルホンはペルフルオロ化されている。
【００９４】
蒸気反応器の洗浄、エッチング、及びドーピングガス
化学蒸着チャンバ、物理蒸着チャンバ、及びエッチングチャンバは、様々な電子デバイス及び構成要素の製造に関連して、半導体産業において広く使用されている。このようなチャンバは、様々な誘電性材料及び金属材料を堆積、パターニング、又は除去するために、反応性のガス又は蒸気を使用する。Ｃ２Ｆ６などのＰＦＣは、材料をエッチング又はパターニングするため、及び反応器壁及び部品上に蓄積する望ましくない堆積物を除去するために、蒸気反応器と共に広く使用されている。高周波プラズマ中で酸素と組み合わせられると、これらのＰＦＣは、蒸気反応プロセスにおいて有用な、ＣＦ３・及びＣＦ２：、並びに原子フッ素などの様々なラジカルを発生させる能力を提供する。しかしながら、これらのＰＦＣは、長い大気寿命及び高いＧＷＰを有する。その結果、半導体産業は、これらの化合物の環境への放出を低減することを試みている。この産業は、地球温暖化に寄与しない、蒸気反応技法のための代替化学物質の必要性を表明している。
【００９５】
いくつかの実施形態において、本開示は、望ましくない堆積物を除去し、誘電性材料及び金属材料をエッチングし、材料をドーピングするために、蒸気反応器内でフルオロスルホンを反応性ガスとして使用する方法を提供する。本開示のフルオロスルホンは、この用途において伝統的に使用されているＰＦＣと比較して、短い大気寿命及び低い地球温暖化係数を有する。ＰＦＣと同様に、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ２Ｆ５及びＣＦ３ＳＯ２ＣＦ３などのフルオロスルホンは、蒸気反応プロセスにおいて、ＣＦ３・及びＣＦ２：並びに原子フッ素などの様々なラジカルを発生させる能力を提供する。しかしながら、本開示のフルオロスルホンはまた、低いＧＷＰのため、これらのプロセスからの温室効果ガス排出を著しく低減するという利点を提供する。
【００９６】
蒸気反応器の洗浄、エッチング、及びドーピングガスのような使用に好適なフルオロスルホンの代表例としては、約１５０℃未満（いくつかの実施形態においては、約１３０℃未満、約１００℃未満、又は更には約８０℃未満）の沸点を有するものが挙げられる。いくつかの実施形態において、フルオロスルホンはペルフルオロ化されている。
【００９７】
溶融活性金属のための保護カバー剤
高い強度対重量比及び良好な電磁遮蔽特性を有するマグネシウム（又はその合金）で作製された部品は、自動車、航空宇宙、及び電子機器産業において、構成要素としての使用の増加を見出している。これらの構成要素は、典型的には、マグネシウム金属又はその合金を、１４００°Ｆ（８００℃）の高温で溶融状態に加熱し、得られた液体金属を金型又はダイに注ぎ、又はポンプ注入して構成要素又は部品を形成する、鋳造技法によって製造される。一次金属生成の場合、溶融精製金属又は合金の同様の鋳造を行い、様々なサイズ及び形状のインゴットを形成する。
【００９８】
マグネシウムが溶融状態にある間は、大気酸素と反応することから、マグネシウムを保護する必要がある。この反応は自発的な、消火が非常に困難な発熱反応であり、そのため、製造設備及び施設に対して非常に破壊的であり、工場労働者及び緊急対応作業員に対して危険である。二次的であるが、溶融マグネシウムの保護についての同様に重要な目的は、鋳造装置の冷却器部分へのマグネシウム蒸気の昇華を防止することである。このような昇華固体も、空気の存在下で非常に発火しやすい。溶融マグネシウム及び昇華マグネシウム蒸気は両方とも、極めて高温のマグネシウム火災を生じる場合があり、大規模な物的損害、及び深刻な傷害又は人命の喪失を潜在的に招き得る。同様に、アルミニウム、リチウム、カルシウム、ストロンチウム、及びそれらの合金などの他の反応性金属は、溶融状態において非常に反応性であり、大気の空気又は酸素からの保護を必要とする。
【００９９】
溶融マグネシウム又は他の反応性金属の空気への曝露を最小化するために、様々な方法が使用されている。最も実行可能な２つの方法は、塩フラックスの使用と、カバーガス又は保護雰囲気の使用とである。塩フラックスは、マグネシウムの融解温度で液体であり、溶融金属表面に浮く不透過性層を形成し、これが溶融金属を空気から効果的に分離する。しかしながら、フラックスは高温で酸化して、金属酸化物及び／又は金属塩化物の厚い硬化層を形成し、これは容易にひび割れして、潜在的に溶融金属を空気に曝露し得るという欠点を有する。また、インゴットを溶融金属槽に加える際に、溶融物への液体フラックスの混入が起こり得る。このような混入物は、鋳造した部品の腐食を開始させ、生成した金属部品の物理的特性を劣化させる部位を生成する。最後に、フラックスの使用に由来する塵埃粒子及びヒュームは、鋳造工場の含鉄金属に深刻な腐食問題を生じる場合があり、鋳造工場労働者に深刻な安全上の問題をもたらし得る。
【０１００】
結果として、マグネシウム鋳造工場は、溶融マグネシウムの表面に薄い保護膜を形成する保護カバーガスに移行している。この保護膜は、反応性金属を酸素から効果的に分離し、破壊的な火災、又は酸化物及びフラックスの厄介な金属混入物を防止する。カバーガス剤の選択肢は、高度な安定性及び低毒性のため、ＳＦ６である。ＳＦ６は安定であるため、溶融マグネシウムへの曝露後に大部分が残存し、大気に放出される。ＳＦ６の長い大気寿命は、非常に大きい赤外吸収断面積と相まって、極めて高いＧＷＰ、すなわち、ＣＯ２の２２，２００倍大きいＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）をもたらし、これを置き換える必要性が生じる。
【０１０１】
ＳＦ６の代用品として効果的なカバーガス剤についての要件は、溶融マグネシウム及び溶融マグネシウム合金上に表面保護膜を形成するのに効果的であること、短い大気寿命を有し、且つ／又は小さい赤外吸収断面積を有すること（低ＧＷＰ）、オゾン破壊係数を本質的に有しないこと、不燃性であり、且つ低毒性であること、溶融マグネシウムに曝露した場合に、有害な分解生成物をほとんど又は全く生成しないこと、容易に入手可能であり、低コストであること、並びに既存のプロセス及び設備と適合性があることである。
【０１０２】
現在、可能性のある複数の代用品が検討されており、ＳＯ２、ＨＦＣ、例えば、ＨＦＣ−１３４ａ及びＨＦＣ−１２５、並びにＣ２Ｆ５Ｃ（Ｏ）ＣＦ（ＣＦ３）２などのフッ素化ケトンが挙げられる。二酸化硫黄（ＳＯ２）は、ＭｇＳＯ４−含有膜を形成することによって、溶融マグネシウムを保護することが、長い間知られている。しかしながら、ＳＯ２の有毒性（許容曝露限界（permissible exposure limit、ＰＥＬ）＝２ｐｐｍＶ）によって、これを安全に使用するのは困難であり、費用がかかる。ＨＦＣ及びフッ素化ケトンのフッ素は、容易にＭｇＦ２を形成し、溶融マグネシウムの表面層の一部となる。ＨＦＣの著しいＧＷＰ及びＨＦ生成ＨＦＣによって起こり得る問題もまた、ＨＦＣの有用性を低下させる。
【０１０３】
本開示のフルオロスルホンは、この用途において有用であり、より環境的に許容可能な材料を提供する。溶融マグネシウムと接触しているフルオロスルホンは、信頼性があり安全な保護カバーを提供する、表面保護膜を形成する。他のカバーガス剤と同様に、フルオロスルホンは、単独又は混合物における、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、及びアルゴンなどの複数のキャリアガスに適合する。キャリアガス中のフルオロスルホンの有効濃度は、保護するプロセス及び合金、並びに／又は使用する特定のプロセスパラメータ（温度、カバーガス流量、分配システム、及び設備）に応じて、約０．０１〜約５．０体積パーセントの範囲である。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、本開示は、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、アルゴン、又はこれらの混合物中に、約０．０１〜約５体積パーセントの濃度で本開示のフルオロスルホンを含む、カバーガスの組成物及び溶融反応性金属を保護するためのカバーガスの使用方法を提供する。カバーガス混合物は、溶融金属の上に分配されて、金属の燃焼を防止する表面保護膜を生成する。いくつかの実施形態において、フルオロスルホンはペルフルオロ化されている。
【０１０５】
実施形態の一覧
１．発泡剤と、
発泡性ポリマー又はその前駆体組成物と、
核剤とを含み、この核剤が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、発泡性組成物。
【０１０６】
２．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態１に記載の発泡性組成物。
【０１０７】
３．核剤と発泡剤とが１：２未満のモル比である、実施形態１〜２のいずれか１つに記載の発泡性組成物。
【０１０８】
４．発泡剤が、約５個〜約７個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素、約５個〜約７個の炭素原子を有する脂環式炭化水素、炭化水素エステル、水、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の発泡性組成物。
【０１０９】
５．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の発泡性組成物。
【０１１０】
６．実施形態１〜５のいずれか１つに記載の発泡性組成物によって作製される、発泡体。
【０１１１】
７．ポリマー発泡体を調製するためのプロセスであって、
少なくとも１つの発泡性ポリマー又はその前駆体組成物、及び核剤の存在下、少なくとも１つの液体若しくは気体状発泡剤を気化させること、又は少なくとも１つの気体状発泡剤を発生させることを含み、この核剤が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］を有する化合物を含み、
構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【０１１２】
８．構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む誘電性流体を含み、
電気デバイスである、デバイス。
【０１１３】
９．この電気デバイスが、ガス絶縁回路遮断器、電流遮断設備、ガス絶縁送電線、ガス絶縁変圧器、又はガス絶縁変電設備を含む、実施形態８に記載のデバイス。
【０１１４】
１０．誘電性流体が第２の誘電性流体を更に含む、実施形態８〜９のいずれか１つに記載のデバイス。
【０１１５】
１１．第２の誘電性流体が不活性ガスを含む、実施形態１０に記載のデバイス。
【０１１６】
１２．第２の誘電性流体が、空気、窒素、亜酸化窒素、酸素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、ヘプタフルオロイソブチロニトリル、２，３，３，３−テトラフルオロ−２−（トリフルオロメトキシ）プロパンニトリル、１，１，１，３，４，４，４−ヘプタフルオロ−３−（トリフルオロメチル）ブタン−２−オン、ＳＦ６、又はこれらの組み合わせを含む、実施形態１０〜１１のいずれか１つに記載のデバイス。
【０１１７】
１３．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態８〜１２のいずれか１つに記載のデバイス。
【０１１８】
１４．ｎ＝０であり、Ｒ１及びＲ２がそれぞれ独立して、１個〜２個の炭素原子を有するフルオロアルキル基である、実施形態８〜１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【０１１９】
１５．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態８〜１４のいずれか１つに記載のデバイス。
【０１２０】
１６．ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するための装置であって、
作動流体と、
作動流体を気化させて、気化した作動流体を形成するための熱源と、
気化した作動流体を通過させることにより熱エネルギーを機械エネルギーに変換するタービンと、
タービンを通過した後の気化した作動流体を冷却するための凝縮器と、
作動流体を再循環させるためのポンプと、を備え、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、装置。
【０１２１】
１７．この化合物が、作動流体中に、作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、実施形態１６に記載の装置。
【０１２２】
１８．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態１６〜１７のいずれか１つに記載の装置。
【０１２３】
１９．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態１６〜１８のいずれか１つに記載の装置。
【０１２４】
２０．ランキンサイクルにおいて熱エネルギーを機械エネルギーに変換するためのプロセスであって、
作動流体を熱源によって気化させて、気化した作動流体を形成することと、
気化した作動流体を、タービンに通して膨張させることと、
気化した作動流体を、冷却源を使用して冷却して、凝縮した作動流体を形成することと、
凝縮した作動流体をポンプ輸送することと、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【０１２５】
２１．廃熱を回収するためのプロセスであって、
液体の作動流体を、廃熱を生成するプロセスと連通している熱交換器に通過させて、気化した作動流体を生成することと、
気化した作動流体を熱交換器から取り出すことと、
気化した作動流体を、廃熱が機械エネルギーに変換される膨張器に通過させることと、
気化した作動流体が膨張器を通過した後に、気化した作動流体を冷却することと、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、プロセス。
【０１２６】
２２．内部空間を有するハウジングと、
内部空間内に配置された熱発生構成要素と、
熱発生構成要素と接触するように内部空間内に配置された作動流体液と、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、浸漬冷却システム。
【０１２７】
２３．この化合物が、作動流体中に、作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、実施形態２２に記載のシステム。
【０１２８】
２４．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態２２〜２３のいずれか１つに記載のシステム。
【０１２９】
２５．熱発生構成要素が電子デバイスを含む、実施形態２２〜２４のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３０】
２６．電子デバイスがコンピュータサーバを含む、実施形態２２〜２５のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３１】
２７．コンピュータサーバが３ＧＨｚを超える周波数で動作する、実施形態２６に記載のシステム。
【０１３２】
２８．浸漬冷却システムが、作動流体液の気化時に、作動流体の蒸気が接触するようにシステム内に配置された熱交換器を更に含む、実施形態２２〜２７のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３３】
２９．浸漬冷却システムが二相浸漬冷却システムを含む、実施形態２２〜２８のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３４】
３０．浸漬冷却システムが単相浸漬冷却システムを含む、実施形態２２〜２９のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３５】
３１．浸漬冷却システムが、作動流体を、熱交換器へ及び熱交換器から移送するように構成されているポンプを更に含む、実施形態２２〜３０のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３６】
３２．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態２２〜３１のいずれか１つに記載のシステム。
【０１３７】
３３．熱発生構成要素を冷却するための方法であって、
作動流体中に、熱発生構成要素を少なくとも部分的に浸漬することと、
作動流体を使用して、熱発生構成要素から熱を伝達することと、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、方法。
【０１３８】
３４．リチウムイオン電池パックのための熱管理システムであって、
リチウムイオン電池パックと、
リチウムイオン電池パックと熱連通している作動流体と、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、熱管理システム。
【０１３９】
３５．この化合物が、作動流体中に、作動流体の総重量に基づいて少なくとも２５重量％の量で存在する、実施形態３４に記載のシステム。
【０１４０】
３６．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態３４〜３５のいずれか１つに記載のシステム。
【０１４１】
３７．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態３４〜３６のいずれか１つに記載のシステム。
【０１４２】
３８．電子デバイスのための熱管理システムであって、
マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、電気化学セル、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若しくはパッケージ化されていない半導体デバイス、燃料電池、又はレーザーから選択される電子デバイスと、
電子デバイスと熱連通している作動流体と、を含み、
作動流体が、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含む、システム。
【０１４３】
３９．デバイスが、マイクロプロセッサ、半導体デバイスを製造するために使用される半導体ウエハ、電力制御半導体、回路基板、マルチチップモジュール、又はパッケージ化された若しくはパッケージ化されていない半導体デバイスから選択される、実施形態３８に記載の熱管理システム。
【０１４４】
４０．電子デバイスが、作動流体中に少なくとも部分的に浸漬されている、実施形態３８〜３９のいずれか１つに記載の熱管理システム。
【０１４５】
４１．構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、実施形態３８〜４０のいずれか１つに記載の熱管理システム。
【０１４６】
４２．反応性金属部品又は反応性合金部品を作製するためのシステムであって、
マグネシウム、アルミニウム、リチウム、カルシウム、ストロンチウム、及びこれらの合金から選択される溶融反応性金属と、
溶融反応性金属又は溶融反応性合金の表面上又はその上方に配置されたカバーガスと、を含み、
カバーガスが、構造式（Ｉ）
Ｒ１ＳＯ２Ｒ２（ＳＯ２Ｒ３）ｎ  （Ｉ）
［式中、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、それぞれ独立して、直鎖、分枝鎖、又は環状である１個〜１０個の炭素原子を有するフルオロアルキル基であり、且つ任意に少なくとも１個の連結されたエーテル酸素原子又は三価窒素原子を含有し、ｎは０又は１である］
を有する化合物を含み、
構造式（Ｉ）の化合物が、２０００未満のＧＷＰ（１００年ＩＴＨ）を有する、システム。
【０１４７】
４３．溶融反応性金属が、マグネシウム又はマグネシウム合金を含む、実施形態４２に記載の反応性金属部品又は反応性合金部品を作製するためのシステム。
【０１４８】
４４．Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３がペルフルオロ化されている、実施形態４２〜４３のいずれか１つに記載のシステム。
【実施例】
【０１４９】
本開示の目的及び利点を、以下の比較例及び実施例によって更に説明する。別途断りのない限り、実施例及び明細書のその他の部分における、全ての部、百分率、比などは重量によるものであり、実施例で使用した全ての試薬は、一般的な化学物質供給元、例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｏｒｐ．（Ｓａｉｎｔ  Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ，ＵＳ）などから入手したもの、若しくは入手可能なものであるか、又は通常の方法によって合成することができる。本明細書において以下の省略形を使用する：ｍＬ＝ミリリットル、Ｌ＝リットル、ｍｉｎ＝分、ｈｒ＝時間、ｇ＝グラム、μｍ＝マイクロメートル（１０−６ｍ）、℃＝摂氏度、ｃＳｔ＝センチストークス、ＫＨｚ＝キロヘルツ、ｋＶ＝キロボルト、Ｊ＝ジュール、ｐｐｍ＝百万分率、ｋＰａ＝キロパスカル、Ｋ＝ケルビン度。
【０１５０】
実施例１：ペルフルオロジメチルスルホン、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ３
乾燥した６００ｍＬの圧力反応器に、１００グラムの無水アセトニトリル、５６．１グラム（０．３９モル）のトリメチル（トリフルオロメチル）シラン、及び２．５グラム（０．０４モル）の無水フッ化カリウムを投入した。反応器をドライアイスで冷却し、排気した。５０グラム（０．３３モル）のペルフルオロメタンスルホニルフルオリド（欧州特許第０７０７０９４（Ｂ１）号、実施例１に記載のプロセスから入手可能）を反応器に投入し、撹拌しながら内容物を室温にした。反応器を更に２時間、２５℃に保持し、蒸気空間を−７０℃の排気されたステンレス鋼シリンダーで凝縮した。ＧＣ−ＦＩＤによると１９．４％の純度のペルフルオロジメチルスルホンを有する、６８グラムを回収した。ペルフルオロジメチルスルホンは、水洗浄及び分留によって更に精製することができる。沸点はおよそ１５℃であった。生成物の識別及び純度は、ＧＣ−ＭＳ及び１９Ｆ  ＮＭＲ分光法によって確認した。
【０１５１】
実施例２：１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−（（トリフルオロメチル）スルホニル）ブタン、ＣＦ３ＳＯ２Ｃ４Ｆ９
磁気撹拌子、温度プローブ、及び水冷還流凝縮器を備える三つ口の５００ｍＬ丸底フラスコに、ＣｓＦ（１４．１ｇ、９２．８ｍｍｏｌ）を投入した。反応容器を３回、排気して窒素ガスでバックフィルした後、無水ジグリム（１２５ｍＬ）及び１，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホニルフルオリド（１７０ｇ、５６３ｍｍｏｌ）を加えた。得られた混合物を室温で撹拌した後、３時間にわたってトリメチル（トリフルオロメチル）シラン（８８．０ｇ、６１９ｍｍｏｌ）を滴加した。添加速度は、内部の反応混合物が３６℃を超えないようなものであった。添加完了後、得られた反応混合物を、加熱せずに１６時間撹拌した後、水（３００ｍＬ）を加えた。フルオラス相を収集し、得られた粗生成物混合物をＧＣ−ＦＩＤによって分析し、これはトリメチル（トリフルオロメチル）シランの完全な変換を表した。フルオラス相の同心管蒸留によって、無色液体として、所望の１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−（（トリフルオロメチル）スルホニル）ブタン（９５℃、７４０ｍｍ／Ｈｇ、７８ｇ、３９％収率）を得た。生成物の識別及び純度は、ＧＣ−ＭＳ分析によって確認した。
【０１５２】
実施例３：ペルフルオロジエチルスルホン、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ２Ｆ５
乾燥した４．０Ｌ圧力反応器に、５０．０ｇのＫＦ、１，５００．０ｇのＤＭＦ、１００．０ｇの１８−クラウン−６、及び１．０ｇのα−ピネンを投入し、大気水分への曝露を最小限にするため、直ちに密閉した。真空下、−２０℃で残留酸素を除去した後、反応器に４００ｇのＳＯ２Ｆ２（Ｄｏｕｇｌａｓ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｌｉｂｅｒｔｙ，ＭＯ，ＵＳ）から入手可能）を投入した。次いで、反応器を７０℃に加温し、テトラフルオロエチレン（tetrafluorethylene）（ＴＦＥ、ＡＢＣＲ  ＧｍｂＨ（Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能）を、合計８００ｇの全ＴＦＥが反応器に投入されるまで、２００ｇ／時間で投入した。全てのＴＦＥを投入したら、反応器の温度を９０℃に上昇させ、低下する反応器の圧力が横這いになり、反応の完了が近いことを表すまで、撹拌しながらこの温度に保持した。次いで、温度を−２０℃に低下させ、反応器を短時間排気して、残留する未反応ＴＦＥ及びＳＯ２Ｆ２を除去した。真空を窒素によって解除し、反応器を室温に加温し、内容物を排出して収集した。粗反応混合物は、いくらかの懸濁ＫＦと共に、２つの非混和性液相からなっていた。反応混合物を分液漏斗に移し、１．５ｋｇの水と合わせ、振とうした。二相混合物を相分離させ、下側のフルオロケミカル相を収集し、１．０Ｋｇ分の水で３回洗浄した。最後の水洗浄の後、下側のフルオロケミカル相を収集し（９１１．０ｇ）、シリカゲル６０（７０〜２３０メッシュ）のショートカラムを通過させて、有色物及び残留水分を除去した。次いで、溶出液を、大気圧で２０トレイのＯｌｄｅｒｓｈａｗカラムを使用した分留によって精製し、およそ６８０ｇの純粋なペルフルオロジエチルスルホン（ＧＣ−ＦＩＤによると９９．８５％純度）を得た。生成物の識別及び純度は、ＧＣ−ＭＳ及び１９Ｆ  ＮＭＲ分光法によって確認した。
【０１５３】
実施例４：１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−（（ペルフルオロエチル）スルホニル）ブタン、Ｃ２Ｆ５ＳＯ２Ｃ４Ｆ９
撹拌子、水冷還流凝縮器、及び温度プローブを備える三つ口丸底フラスコに、ＣｓＦ（２．５１ｇ、１６．６ｍｍｏｌ）を投入した。反応容器を３回、排気して窒素ガスでバックフィルした後、無水テトラグリム（７５ｍＬ）及び１，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホニルフルオリド（５０．２ｇ、１６６ｍｍｏｌ）を加えた。得られた混合物を室温で撹拌した後、２時間にわたってトリメチル（ペルフルオロエチル）シラン（３９．１ｇ、２０３ｍｍｏｌ）を滴加した。添加速度は、内部の反応混合物の温度が４１℃を超えないようなものであった。添加完了後、得られた反応混合物を、加熱せずに１６時間撹拌した後、水（１００ｍＬ）を加えた。フルオラス相を収集し、ＧＣ−ＦＩＤによって分析し、これは、トリメチル（ペルフルオロエチル）シラン出発材料の完全な変換を表した。フルオラス相の同心管蒸留によって、無色液体として、４７．４ｇ（７１％収率）の所望の１，１，１，２，２，３，３，４，４−ノナフルオロ−４−（（ペルフルオロエチル）スルホニル）ブタンを得た（Ｂ．Ｐ．＝１１８℃、７４０ｍｍ／Ｈｇ、応答因子について未補正のＧＣ−ＦＩＤによると、純度＝９７．４％）。生成物の識別及び純度は、ＧＣ−ＭＳ分析によって確認した。
【０１５４】
実施例５：ペルフルオロジメチルスルホン、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ３
米国特許第２，７１３，５９３号に本質的に記載されている種類のＳｉｍｏｎｓ電気化学フッ素化（electrochemical fluorination、ＥＣＦ）セルを使用して、ジメチルスルホン、ＣＨ３ＳＯ２ＣＨ３を、電気化学的にフッ素化した。粗フッ素化生成物をフッ化ナトリウムで処理して、溶解したフッ化水素を除去し、次いで、４４トレー真空ジャケット付きＯｌｄｅｒｓｈａｗカラムにおいて分留した。生成物留分の沸点はおよそ１５℃であった。合わせた生成物留分は、合計４１３．９グラムの蒸留生成物であった。生成物のＧＣ−ＭＳ／ＴＣＤ分析を、９８．０面積％のペルフルオロジメチルスルホン、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ３として報告した。
【０１５５】
実施例６：１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−（（トリフルオロメチル）スルホニル）エタン、ＣＦ３ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）
２Ｌのステンレス鋼反応容器に、フッ化セシウム（５６．４ｇ、３７１ｍｍｏｌ）及びテトラグリム（５００ｇ）を投入した。次いで、容器を排気し、ペルフルオロエタンスルホニルフルオリド（５００ｇ、２．４７ｍｏｌ）を投入した。得られた撹拌混合物に、アルゴンで加圧されたステンレス鋼シリンダーを通じて、１時間にわたって、トリメチル（トリフルオロメチル）シラン（３８７ｇ、２．７２ｍｏｌ）をゆっくりと加えた。添加の完了後、得られた反応混合物を、室温で一晩撹拌した。次いで、内部温度をおよそ７０℃に上げ、ヘッドスペースを、ドライアイス／アセトン浴中に入れた、排気されたステンレス鋼シリンダーに移した。粗混合物のＧＣ−ＦＩＤ分析は、ペルフルオロエタンスルホニルフルオリドの完全な変換を表した。ステンレス鋼シリンダーの内容物を丸底フラスコに移し、次いで、同心管蒸留により精製して、無色液体として、所望の１，１，１，２，２−ペンタフルオロ−２−（（トリフルオロメチル）スルホニル）エタン（９２％純度において１２０ｇ、１８％単離収率）を得た。生成物の識別及び純度は、ＧＣ−ＭＳ分析によって確認した。
【０１５６】
物理的特性
実施例２、３、４、及び５の特性を測定し、浸漬冷却用途において一般に使用される他のフッ素化流体と比較した：比較例ＣＥ１（ＮＯＶＥＣ  ７１００、３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能）、ＣＥ２（ＮＯＶＥＣ  ７３００、３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能）、ＣＥ３（ＯＰＴＥＯＮ  ＳＦ１０、Ｃｈｅｍｏｕｒｓ（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ，ＵＳ）から入手可能な不飽和ハイドロフルオロエーテル）、ＣＥ４（ＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴ  ＦＣ−３２８３、３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能なペルフルオロ化アミン（ＰＦＡ））、及びＣＥ５（ＧＡＬＤＥＮ  ＨＴ−１１０、Ｓｏｌｖａｙ（Ｂｒｕｓｓｅｌｓ，Ｂｅｌｇｉｕｍ）から入手可能なペルフルオロ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ））。
【０１５７】
動粘度は、Ｓｃｈｏｔｔ  ＡＶＳ  ３５０粘度タイマーを使用して測定した。０℃未満の温度では、Ｌａｗｌｅｒ温度制御槽を使用した。全ての温度について使用した粘度計は、Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ毛管粘度計、型番５４５−０３、５４５−１０、５４５−１３、及び５４５−２０であった。粘度計は、Ｈａｇｅｎｂａｃｈ補正を用いて補正した。
【０１５８】
沸点は、ＡＳＴＭ  Ｄ１１２０−９４「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｏｌａｎｔｓ」の手順に従って測定した。
【０１５９】
流動点は、４ｍＬガラスバイアル中のおよそ２ｍＬのサンプルを、手動温度制御槽に入れることによって決定した。温度は、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  Ｎｏ．３２５によって読み取った。流動点は、５秒間水平に傾けた後、サンプルの流動が視覚的に観察される最低温度として定義される。
【０１６０】
誘電率及び誘電正接（ｔａｎδ）は、ＡＳＴＭ  Ｄ１５０−１１、「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ＡＣ  Ｌｏｓｓ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ）ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」に従って、Ａｌｐｈａ−Ａ高温広帯域誘電分光計（Ｎｏｖｏｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｍｏｎｔａｂａｕｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ））を使用して測定した。この測定については、平行板電極構成を選択した。サンプルセルの平行板、直径３８ｍｍの平行板からなるＡｇｉｌｅｎｔ  １６４５２Ａ液体試験固定具（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓａｎｔａ  Ｒｏｓａ，ＣＡ，ＵＳ）を、ＺＧ２誘電性／インピーダンス多目的試験接続装置（Ｎｏｖｏｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｍｏｎｔａｂａｕｒ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手可能）を利用して、Ａｌｐｈａ−Ａメインフレームに接続した。各サンプルを、間隔ｄ（典型的にはｄ＝１ｍｍ）を有する平行板電極同士の間に調製し、複素誘電率（誘電率及び誘電損失）を、電極の電圧差（Ｖｓ）及び電流（Ｉｓ）の位相感応測定から評価した。周波数領域測定を、０．００００１Ｈｚ〜１ＭＨｚの離散周波数で行った。１０ミリオームから最大１×１０１４オームのインピーダンスを、最大４．２ボルトＡＣまで測定した。しかしながら、この実験について、一定のＡＣ電圧１．０ボルトを使用した。ＤＣ伝導率（体積抵抗率の逆数）は、少なくとも１項の低周波数Ｈａｖｒｒｉｌａｋ  Ｎｅｇａｍｉ誘電緩和関数と、１つの別個の周波数依存性導電項とを含む、最適化された広帯域誘電緩和適合関数からも抽出することができる。
【０１６１】
液体の絶縁破壊強度測定は、ＡＳＴＭ  Ｄ８７７−８７（１９９５）Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ｏｆ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄｓに従って行った。直径２５ｍｍのディスク電極を、特に７〜６０ｋＶ、６０Ｈｚ（高電圧）破壊範囲において試験するために設計された、Ｐｈｅｎｉｘ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｍｏｄｅｌ  ＬＤ  ６０と共に利用した。この実験については、典型的な、６０Ｈｚの周波数及び毎秒５００ボルトの上昇速度を利用した。
【０１６２】
気化熱はＣｌａｕｓｉｕｓ−Ｃｌａｐｅｙｒｏｎの式：
ｄＨｖａｐ（１モル当たりのジュール）＝ｄ（ｌｎ（Ｐｖａｐ））／ｄ（１／Ｔ）×Ｒ
を使用して、それぞれの流体の蒸気圧曲線から計算し、ここで、Ｒは一般気体定数（１ｍｏｌ、１℃当たり８．３１４ジュール）である。温度の関数としての蒸気圧を、ＡＳＴＭ  Ｅ−１７１９−９７「Ｖａｐｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｂｙ  Ｅｂｕｉｌｌｉｏｍｅｔｒｙ」に記載されている撹拌フラスコ沸点測定装置法を使用して測定し、収集したデータを使用して蒸気圧曲線を構成した。
【０１６３】
環境寿命及び地球温暖化係数（ＧＷＰ）値は、国連気候変動に関する政府間パネル第５次評価報告書（Ｉｎｔｅｒｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔａｌ  Ｐａｎｅｌ  ｏｎ  Ｃｌｉｍａｔｅ  Ｃｈａｎｇｅ（ＩＰＣＣ）Ｆｉｆｔｈ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  Ｒｅｐｏｒｔ（ＡＲ５））に記載されている方法を使用して決定されたものであり、次の３つの部分から本質的になる。
（１）化合物について測定された赤外線断面に基づく、化合物の放射効率の計算。
（２）化合物の大気寿命の計算、測定、又は推定。
（３）１００年の対象期間にわたる、ＣＯ２に対する、化合物の放射効率と大気寿命との組み合わせ。
【０１６４】
ＧＷＰを計算するために使用する３つの工程は、以下のとおりであった。既知であり、文書化された濃度を有する、評価する材料のガス標準は、３Ｍ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｌａｂにおいて調製し、この化合物のＦＴＩＲスペクトルを得るために使用した。質量流量計を使用して、サンプル標準を窒素で希釈することによって、２つの異なる濃度レベルにおける、定量的な気相の単一成分ＦＴＩＲライブラリ参照スペクトルを発生させた。流量は、ＦＴＩＲセル排気において、認証されたＢＩＯＳ  ＤＲＹＣＡＬ流量計（Ｍｅｓａ  Ｌａｂｓ（Ｂｕｔｌｅｒ，ＮＪ，ＵＳ））を使用して測定した。希釈手順はまた、認証されたエチレン較正ガスシリンダーを使用して検証した。ＡＲ５に記載されている方法を使用し、ＦＴＩＲデータを使用して放射効率を計算し、これを今度は大気寿命と組み合わせて、地球温暖化係数（ＧＷＰ）値を決定した。
【０１６５】
実施例３について以下に詳述するように、前述の３つの部分による方法ＡＲ５を使用して、実施例３、４、及び５）について、地球温暖化係数（ＧＷＰ）値を決定した。実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン）の放射効率は、０．２８２Ｗｍ−２ｐｐｂＶ−１であると計算された。この放射効率は、成層圏温度の調整及び寿命補正を考慮している。ペルフルオロジエチルスルホンの大気寿命は、参照化合物としてクロロメタン（ＣＨ３Ｃｌ）を利用した、相対速度研究から決定した。参照化合物及びペルフルオロジエチルスルホンのヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）との擬一次反応速度を、実験室のチャンバ系において決定した。参照化合物の大気寿命は文献に記録されており、この値及びチャンバ実験において測定された擬一次速度に基づいて、実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン）の大気寿命を１０年と決定した。試験チャンバ内のガスの濃度は、ＦＴＩＲによって定量した。測定された実施例３の大気寿命値を、ＧＷＰ計算に使用した。得られた実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン）の１００年ＧＷＰ値は、５８０であると決定した。実施例４及び５のＧＷＰ値を、類似のプロセスによって決定した。
【０１６６】
実施例２、３、４、及び５、並びにＣＥ１〜ＣＥ５の物理的特性及び環境寿命の結果を表１に要約するが、ペルフルオロ化スルホンは一般に、ペルフルオロジエチルスルホンは特に、比較例のハイドロフルオロエーテルＣＥ１〜ＣＥ３よりも優れた誘電特性（より低い誘電率、より高い又は同等の誘電強度、より高い体積抵抗率）を提供することを示している。表１はまた、実施例３、４、及び５は驚くべきことに、ＣＥ４（ＰＦＡ）及びＣＥ５（ＰＦＰＥ）よりも、はるかに低い環境寿命及び地球温暖化係数を有することも示す。結果は、実施例３が、他の比較例のいずれよりも著しく高い気化熱を提供し、電子機器又は電池の二相浸漬冷却性能に重大な特性を提供することを更に示す。最後に、結果は、実施例３及び４が、比較例の流体と比較して同等の（又は優れた）、流動点及び温度依存性粘度によって測定される低温特性を提供することを示し、これは浸漬冷却性能における別の重要な要素である。
【表１】
2021522383.tif 000005
【０１６７】
熱伝導率
熱流束の関数として熱伝導率（heat transfer coefficient、ＨＴＣ）の変化を測定するために使用する熱伝達装置は、４つの薄い半径方向リブ上の２５ｍｍ直径の銅ヒーターを含有するフェノール系プラットフォームを含んでいた。ヒーターの上のプラットフォームに組み込まれた熱電対プローブを、グリース処理をした沸騰強化コーティング（boiling enhancement coating、ＢＥＣ）ディスクがプローブ上及びヒーターの頂部に位置できるように配置した。Ｃｅｌｓｉａ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ，ＵＳ）から識別番号０１ＭＭＭ０２−Ａ１で入手したＢＥＣは、３００μｍの厚さを有し、５０μｍの粒子で構成されたものであり、これを厚さ３ｍｍの１００シリーズの銅ディスク上の５ｃｍ２の面積にコーティングした。ディスクが適切なｘ−ｙ位置にロックされたとき、プローブが上方に穏やかに押され、熱電対溝の終端に押し込まれて、シンク温度（Ｔｓ）を測定するように、熱電対プローブを曲げた。プラットフォームは、ＢＥＣディスクに係合されたレバー及びバネを備えたｚ軸スライダ上を、流体飽和温度（Ｔｆ）を測定するために別の熱電対がその内部へ突出したガスケットガラス管に向かって移動した。
【０１６８】
およそ１０ｍＬの流体を、装置の頂部の注入口を通して加えた。蒸気を空冷凝縮器内で凝縮し、プールに戻した。Ｐ＝Ｐａｔｍであり、Ｔｆ＝Ｔｂ＝Ｔｓ（Ｐａｔｍ）となるように、凝縮器を頂部で開けた。測定は、後続の測定中の銅ヒーターの底部からの導通損失を最小化することを目的とする、１００Ｗ（２０Ｗ／ｃｍ２）での３分間のウォームアップを伴って開始した。次いで、電力を５０Ｗ（１０Ｗ／ｃｍ２）まで下げ、２分間平衡化させ、その時点でデータを記録し、その後、次のデータ点のために１０Ｗ進めた。これは、Ｔｓが予め設定された限界（通常、約Ｔｂ＋２０℃）を超えるまで継続した。データ取得システムは、ヒーター電圧Ｖ及び電流ＩのＤＣ電源供給を照会した。熱流束Ｑ”、及び熱伝導率Ｈは、Ｑ”＝Ｑ／Ａ＝ＶＩ／Ａ及びＨ＝Ｑ”／（Ｔｓ−Ｔｆ）として定義され、ここでＡは面積である。
【０１６９】
ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）の熱伝導率を、熱流束の関数として測定し、比較例ＣＥ６（ＦＬＵＯＲＩＮＥＲＴ  ＦＣ−７２、３Ｍ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能なペルフルオロカーボン（ＰＦＣ））と比較した。結果を図２にプロットする。二相浸漬冷却に使用するためには、より高い熱伝導率が好ましい。したがって、図２のデータは、実施例３が、一般に使用される熱伝達流体であるＣＥ６と比較して、二相浸漬冷却用途について改善された熱伝達特性を有しながら、ＣＥ６よりもはるかに低い地球温暖化係数という環境への利益も提供することを示す。
【０１７０】
気相絶縁破壊電圧
ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）及びペルフルオロジメチルスルホン（実施例５）、並びに比較例ＣＥ７（ＳＦ６、Ｓｏｌｖａｙ（Ｂｒｕｓｓｅｌｓ，Ｂｅｌｇｉｕｍ）から入手可能）及びＣＥ８（ペルフルオロシクロプロパン、ＳｙｎＱｕｅｓｔ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Ａｌａｃｈｕａ，ＦＬ，ＵＳ）から入手可能なシクロ−Ｃ３Ｆ６）の気体状絶縁破壊強度を、Ｈｉｐｏｔｒｏｎｉｃｓ  ＯＣ６０Ｄ誘電強度試験機（Ｈｉｐｏｔｒｏｎｉｃｓ（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ，ＮＹ）から入手可能）を使用して、実験的に測定した。気密セルは、ＡＳＴＭ  Ｄ８７７−１３「Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ｏｆ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｉｓｋ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ」に記載されているものと同様に、平行ディスク電極を使用して、ＰＴＦＥから構成した。最初に試験セルを排気し、気体状試験化合物の圧力を増加させながらセルに加え、絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧は、ガスの各添加の後に、１０回測定した。
【０１７１】
各圧力における１０回の測定の平均値を、表２Ａ及び２Ｂに要約する。驚くべきことに、結果は、ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）及びペルフルオロジメチルスルホン（実施例５）は、ガス絶縁高電圧スイッチギヤ及び伝送電力線に広く使用される市販の誘電性ガスであるＳＦ６（ＣＥ７）よりも、同等の絶対圧において、著しく高い絶縁破壊強度を提供することを示している。ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）はまた、同等の絶対圧において、ペルフルオロシクロプロパン（ＣＥ８、同様の用途において使用すると考えられているＰＦＣ）よりも著しく高い絶縁破壊強度を示した。更に、実施例３及び５は、この改善された気相絶縁破壊性能を提供しながら、先に表１に示したように、どちらの比較材料と比べても１／１０未満のＧＷＰも提供する。
【表２】
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【表３】
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【０１７２】
熱安定性及び加水分解安定性
熱物理的特性
表３は、実施例３、４、及びＣＥ１が同様の熱物理的特性を有することを示す。
【表４】
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【０１７３】
加水分解安定性
１０グラムの試験材料を、１０グラムの脱イオン水と共に清浄な４０ｍＬのＭｏｎｅｌ圧力容器に入れ、これを密閉して、１５０℃に設定した対流式オーブン内に２４時間置くことによって、１５０℃における加水分解安定性について、実施例３及びＣＥ１の複製サンプルを試験した。エージング後、各サンプルからの１ｍＬの水相を、１ｍＬのＴＩＳＡＢ  ＩＩ（全イオン強度調整緩衝液）緩衝溶液と混合することによって、フッ化物濃度を決定した。次いで、ＯＲＩＯＮ  ９６０９ＢＮＷＢフッ化物イオン特異的電極（Ion Specific Electrode、ＩＳＥ）を有するＯＲＩＯＮ  ＥＡ  ９４０メータ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ，ＵＳ））を使用して、フッ化物イオン濃度を測定した。メータの較正については、ＯＲＩＯＮ  ＩＯＮＰＬＵＳフッ化物標準（１、２、１０、及び１００ｐｐｍフッ化物）を使用した。
【０１７４】
実施例３及びＣＥ１の加水分解安定性値を、水中の遊離フッ化物の平均重量百万分率（parts per million by weight、ｐｐｍｗ）として、表４に報告する。遊離フッ化物イオン濃度のレベルが高いほど、安定性の低下に対応する。結果は、ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）の加水分解安定性が、比較例ＣＥ１よりも著しく良好であることを示している。
【表５】
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【０１７５】
熱安定性
実施例３及びＣＥ１の熱安定性を、１０グラムの複製サンプルを、清浄な４０ｍＬのＭｏｎｅｌ圧力容器に入れ、しっかりと密閉することによって決定した。次いで、圧力容器を、１００℃に設定した対流式オーブン内に２４時間置いた。エージング後、各サンプルを既知重量の超純度（１８．２ＭΩ）水と混合し、機械振とう器において高速で１５分間撹拌し、最後に遠心分離して２つの相を分離した。続いて、フッ化物イオン濃度を、前述のように水相において測定した。これに続いて、同じ方法を使用して、１５０℃において別の実験を行った。表５に示すように、実施例３及びＣＥ１について測定したフッ化物イオン濃度は、１００℃及び１５０℃において、両方とも０．５ｐｐｍｗ未満であり、これらの材料が両方とも、水の非存在下で優れた熱安定性を提供することを表している。
【表６】
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【０１７６】
有機ランキンサイクルにおける作動流体としての使用
実施例３（表６に提示）の臨界温度及び臨界圧力を、Ｐｏｌｉｎｇ，Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ，Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ，Ｔｈｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｇａｓｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄｓ，５ｔｈ  ｅｄ．，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０００に与えられた、Ｗｉｌｓｏｎ−Ｊａｓｐｅｒｓｏｎの方法を使用して、分子構造から決定した。
【０１７７】
臨界密度は、一般化された液体密度の対応関係を使用して、Ｖａｌｄｅｒｒａｍａ，Ｊ．Ｏ；Ａｂｕ−Ｓｈａｒｋ，Ｂ．，Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓａｔｕｒａｔｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄｓ  ａｎｄ  Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  Ｆｒａｃｔｉｏｎｓ．Ｆｌｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｑｕｉｌｉｂ．１９８９，５１，８７−１００から推定した。対応関係のための入力値は、測定した通常沸点、２５℃における液体密度、及び上記から推定された臨界温度であった。
【０１７８】
理想気体の熱容量は、Ｐｏｌｉｎｇ，Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ，Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ，Ｔｈｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｇａｓｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄｓ，５ｔｈ  ｅｄ．，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２０００に与えられた液体比熱について、対応する状態式を使用して、測定した液体の熱容量から計算した。
【０１７９】
実施例３の熱力学的特性は、Ｐｅｎｇ−Ｒｏｂｉｎｓｉｏｎ状態方程式（Ｐｅｎｇ，Ｄ．Ｙ．，ａｎｄ  Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｄ．Ｂ．，Ｉｎｄ．＆  Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｆｕｎｄ．１５：５９−６４，１９７６）を使用して導出した。状態方程式に必要な入力値は、臨界温度、臨界密度、臨界圧、偏心因子、分子量、及び理想気体の熱容量であった。
【０１８０】
ＣＥ１については、熱物理的特性データをＬｅｍｍｏｎ  Ｅ．Ｗ．，Ｍｃｌｉｎｄｅｎ  Ｍ．Ｏ．，ａｎｄ  Ｗａｇｎｅｒ  Ｗ．，Ｊ．Ｃｈｅｍ．＆  Ｅｎｇ．Ｄａｔａ，５４：３１４１−３１８０，２００９に記載されている関数形態で、Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ状態方程式に適合させた。
【表７】
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【０１８１】
図３の構成に基づき、５０℃と１４０℃との間で動作するランキンサイクルを使用して、実施例３及びＣＥ１の両方の性能を評価した。ランキンサイクルは、状態方程式、並びにＣｅｎｇｅｌ  Ｙ．Ａ．ａｎｄ  Ｂｏｌｅｓ  Ｍ．Ａ．，Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ：Ａｎ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，５ｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ；ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ，２００６に記載されている一般的手順から計算した熱力学的特性を使用してモデル化した。サイクルの熱入力は１０００ｋＷであり、作動流体ポンプ及び膨張器の効率はそれぞれ６０％及び８０％を採用した。結果を表７に示す。ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）の熱効率は、ＣＥ１と同等であると計算された。
【表８】
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【０１８２】
ラットにおける吸入毒性
実施例３の吸入毒性の潜在性を、１０，０００ｐｐｍ（ｖ／ｖ）の大気濃度において、単回４時間の全身曝露後のオスのＳｐｒａｇｕｅ  Ｄａｗｌｅｙラットで評価した。試験材料（純度９８．８４％）を、受け入れたまま適当な体積で、３匹のラットを含有する４０Ｌの試験チャンバに投与した。試験材料は、チャンバに加えた時点で気化した。チャンバ内の空気を適当な間隔で再生し、１８％の酸素濃度を維持した。３匹の対照動物を、周囲空気を充填した別のチャンバに入れた。曝露日を０日目と指定した。曝露期間中及び曝露後の１４日間、臨床観測を記録した。曝露前（０日目）、１日目、２日目、及び曝露後１４日目に、試験材料処理動物と対照動物との両方について、体重を記録した。４時間の曝露期間中及び１４日の研究全体にわたって、死亡又は異常な臨床観察は報告されなかった。研究期間全体を通じて、及び肉眼的な剖検において、全ての動物は体重が増加し、正常であった。同じ用量レベルで実施した３日間の吸入反復用量研究において、同様の結果を得た。この研究の結果に基づく結論として、ペルフルオロジエチルスルホン（実施例３）のおよその吸入４時間ＬＣ５０は、１０，０００ｐｐｍ超である。
【０１８３】
ポリオール−アミン触媒混合物中の発泡体添加剤としての安定性
ポリウレタン発泡体の作製において一般に使用される標準ポリオール／アミン触媒／発泡体発泡剤混合物中の、実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン）の安定性を測定した。安定性をＣＥ９（ＰＦ−５０６０）及びＣＥ１０（ＦＡ−１８８）と比較したが、これらは両方、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能である。安定性は、全ての成分を室温で混合した後の、経時的なフッ化物イオンレベルの上昇を測定することによって決定した。フッ化物イオンレベルの上昇は、フッ素化発泡体添加剤がポリオール／アミン触媒混合物と反応してフッ化物イオンを放出する程度の尺度である。フッ化物イオン測定は、ＴｈｅｒｍｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ＯＲＩＯＮ  ＤＵＡＬ  ＳＴＡＲ  ｐＨ／ＩＳＥチャネルメータ、及びＶＷＲ  １４００２−７８８  Ｆフッ化物特異的電極を使用して行った。水性ＴＩＳＡＢ  ＩＩ（全イオン強度調整緩衝液）緩衝溶液中、１、２、１０、及び１００ｐｐｍのフッ化物イオン濃度のフッ化物標準を使用して、電極を較正した。
【０１８４】
ＥＬＡＳＴＡＰＯＲ  Ｐ  １７６５５Ｒ樹脂（ＢＡＳＦ（Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ、Ｇｅｒｍａｎｙ）から入手したポリオール／アミン触媒ブレンド）と、シクロペンタン（一般的な発泡体発泡剤）と、発泡体添加剤として実施例３、ＣＥ９、又はＣＥ１０とを混合することによって、ポリオール／アミン触媒／発泡剤／発泡体添加剤のサンプル混合物を調製した。ＳＡＲＴＯＲＩＵＳ  Ａ２００Ｓ天秤を使用して、２５．５グラムのシクロペンタンを、２．３グラムの発泡体添加剤と混合することによって、まずシクロペンタン／発泡体添加剤混合物を作製した。次いで、アミン触媒を含有する４３．１グラムのＥＬＡＳＴＡＰＯＲポリオールを広口４オンスガラスジャーに移し、７ｇのシクロペンタン／発泡体添加剤混合物を加え、振とうした。
【０１８５】
サンプル混合物を徹底的に振とうして混合した後、アリコートを取り出し、時刻０時間における初期フッ化物濃度を決定した。ポリプロピレン遠心管中、１ｇのサンプル混合物を、１ｇのイソプロピルアルコール及び０．５ｍＬの１Ｎ硫酸によって希釈し、徹底的に混合することによって、分析サンプルを調製した。サンプルを１ｇの水によって更に希釈し、再度混合した。この混合物から１ｍＬのアリコートを採取し、新しいポリプロピレン遠心管中で１ｍＬのＴＩＳＡＢ  ＩＩ溶液と混合し、フッ化物イオン測定の前に徹底的に混合した。上述のフッ化物特異的電極及びメータを使用し、３回の独立したフッ化物測定値の平均を使用して、各サンプルのフッ化物濃度を決定した。同様の測定を２４時間ごとに行った。０時間後及び４８時間後の結果を、下の表８に要約する。
【表９】
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【０１８６】
結果は、実施例３及びＣＥ９について、フッ化物レベルが経時的に本質的に変化しないままであることを示し、これらの発泡体添加剤とポリオール／アミン触媒混合物とが、ほとんど又は全く反応しないことを表している。しかしながら、ＣＥ１０は、ポリオール／アミン触媒混合物と迅速に反応し、４８時間にわたるフッ化物イオン濃度の急上昇をもたらす。したがって、発泡体添加剤としての実施例３の使用は、市販の発泡体添加剤ＣＥ１０に対する安定性の利点を提供し、ＰＦＣ発泡体添加剤、ＣＥ９（ＧＷＰ＝９０００、１００年ＩＴＨ）に対して、はるかに低いＧＷＰと改善された環境持続性とを提供する。ポリオール／アミン／発泡体発泡剤混合物に対する実施例３の比較的高い安定性は、Ｊ．Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１１７，２００２，ｐｐ  １３−１６に記載されているような、アルコール及びアミンとの反応を含む、報告されたペルフルオロアルキルスルホンの求核攻撃への感受性に照らして、驚くべきことである。
【０１８７】
電池の浸漬熱暴走保護性能
以下の実験を実施して、セルからセルへカスケードする熱暴走の緩和における、例示的な流体の有効性を評価した。２つの３．５アンペア時のグラファイト／ＮＭＣ  １８６５０セルを、一緒に２Ｐ構成に溶接し、１００％ＳＯＣに充電した。次いで、セルのうちの１つを、釘穿刺によって熱暴走に追いやった。初期事象の後、流体を、様々な速度で２つのセルの間に適用した。図４は、釘及び流体の適用点を示す。流体適用後、隣接セルの温度を監視して、カスケード熱暴走が発生したかどうかを確かめた。２つの異なる流体を、２つの流量（２５ｍＬ／分で２分間、及び５０ｍＬ／分で１分間）において評価し、それらの相対的な有効性を比較した。使用した試験流体は、実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン）、及びこの用途における有用性を有することが既に開示されている、ＣＥ１１（ＮＯＶＥＣ  ６４９、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ，ＵＳ）から入手可能なフッ素化ケトン）であった。
【０１８８】
隣接する両セルにおける平均温度を、流量のそれぞれについて図５及び６に示す。両方の流量において、実施例３は、ＣＥ１１よりもより効果的な隣接セルにおける温度低下を示した。図７及び８は、実施例３及びＣＥ１１を両方の流量で使用する場合の、初期セルの温度及び隣接セルの温度を比較する。流体適用中、隣接セルの温度を低下させることにおいて、実施例３はＣＥ１１よりも効果的であったが、流体がもはや適用されなくなると、セル温度はほぼ同一レベルに上昇した。
【０１８９】
ポリウレタン発泡体の調製
実施例３（ペルフルオロジエチルスルホン、０．５グラム）を５．８  ｇのシクロペンタンに混合し、透明な溶液を形成した。次いで、この混合物を、２５℃においておよそ２０００ｃＰの粘度を有する３９．５ｇのポリエーテルポリオール樹脂（ＢＡＳＦ（Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）から商品名ＥＬＡＳＴＡＰＯＲで入手可能）に加え、不透明なエマルションが形成されるまでボルテックスミキサーを使用して３０秒間混合した。ポリオール樹脂は、発泡体安定化のための界面活性剤及び三級アミン触媒を含有していた。このエマルションに、２５℃においておよそ３５０ｃＰの粘度を有する５４．２グラムのポリマー性ＭＤＩイソシアネート樹脂（ＢＡＳＦ製ＬＵＰＲＡＮＡＴＥ  ２７７）を、４０００ｒｐｍで１５秒間混合しながら加えた。得られた混合物は、自発的に膨らむ泡を発生させ、およそ３０ｋｇ／ｍ３の密度を有する剛性の独立気泡発泡体に硬化した。比較例（ＣＥ１２）は、実施例３を省略したことを除いて、同じ手順を使用して調製した。
【０１９０】
各発泡体のサンプルをＸ線マイクロトモグラフィーにより分析して、気泡のサイズを決定した。各発泡体サンプルから切り出したストリップを、２．９６μｍの解像度で走査した。得られた気泡サイズの分布を図９にプロットし、表９に要約する。実施例３を添加剤として使用して生成した発泡体は、より小さい気泡直径を呈した。独立気泡発泡体において、より小さい気泡サイズは一般に、より良好な絶縁特性に等しい。
【表１０】
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【０１９１】
当業者には、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することのない、本開示に対する様々な改変及び変更が明らかとなるであろう。本開示は、本明細書に記載した例示的な実施形態及び実施例によって不当に制限されることは意図していないこと、並びにそのような実施例及び実施形態は、以下のような本明細書に記載の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図した本開示の範囲内の例示としてのみ提示されることを理解されたい。本開示に引用される参照文献は全て、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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