CN108713230A - 用于使电作用零件介电绝缘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于使用某些氟化的砜或亚砜衍生物、优选氟化的二烷基砜衍生物使电作用零件介电绝缘的方法，以及包含此类化合物的组合物和装置。
Description
本申请要求于2015年12月4日提交的欧洲申请号15198060.4的优先权，出于所有目的将此申请的全部内容通过援引方式并入本申请。
本发明涉及用于使用某些氟化的砜或亚砜衍生物、优选氟化的二烷基砜衍生物使电作用零件介电绝缘的方法，以及包含此类化合物的组合物和装置。
以液体或气态的介电绝缘介质被应用于多种多样的电装置中(例如在开关装置或变压器中)的电作用零件的绝缘。
SF6和N2的混合物广泛地作为介电绝缘介质应用。过去已经做出了提供替代介电绝缘介质的努力。
WO 2014/096414涉及使用某些氟化化合物(例如，氟化的醚和过氧化物)使电作用零件介电绝缘的方法。
本发明的目的是提供用于电作用零件的电绝缘的改进的方法和/或组合物。
有利地，本发明的方法和组合物示出了改进的绝缘、灭弧和/或切换性能。还有利地，当该绝缘介质被释放到大气中时，本发明的方法和组合物示出了有利的环境影响，例如，如通过改进的全球变暖潜势(GWP)和/或改进的臭氧消耗测量的。还有利地，本发明的方法和组合物示出了改进的毒理学行为，如例如通过较高的LC50和/或较高的职业暴露限值测量的。此外，这些方法和组合物有利地示出了该绝缘介质的改进的露点、蒸气压、沸点、介电强度和/或热稳定性。附加地，根据本发明的组合物有利地示出了针对所使用的建筑材料(例如用于电作用零件)的改进的化学惰性和/或改进的热传递特性。
这些以及其他目的通过如在权利要求书中概括的本发明来解决。
因此，本发明的第一方面涉及一种用于使电作用零件介电绝缘的方法，其中将该电作用零件安排在包含绝缘介质的气密壳体中，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：具有通式(I)的化合物：R1SOnR2，其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基。
术语“氟取代的”旨在表示其中至少一个氢原子被一个氟原子替代的基团。
术语“芳基”旨在表示从芳香核如特别是C6-C10芳香核衍生的单价基团，具体地苯基或萘基。该芳基可以任选地被取代，例如被至少一个烷基取代。
术语“烷基”旨在表示任选取代的饱和的单价烃基，如，具体地，C1-C6烷基。通过举例，可以提及的是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、戊基、异戊基和己基。烷基可以被例如卤素、芳基、或杂芳基任选地取代。优选的烷基是甲基。术语“烷基”还包括环烷基。环烷基是饱和的基于烃的基团的任选取代的环。通过举例，可以提及的是环丙基、环丁基、环戊基、和环己基。
术语“烯基”旨在表示具有一个或多个E型或Z型立体化学(在适用的情况下)的碳-碳双键的直链或支链的非环状单价烃基。该术语包括，例如，乙烯基、烯丙基、1-丁烯基、2-丁烯基、以及2-甲基-2-丙烯基。
术语“炔基”旨在表示具有从二至六个碳原子和至少一个碳-碳三键以及任选地一个或多个碳-碳双键的直链或支链单价烃基。实例包括乙炔基、丙炔基和3,4-戊二烯-1-炔基。
如在此使用的术语“主要由……组成”旨在表示包含如所指定的的组分以及处于痕量的其他组分的组合物，其中其他组分的存在不改变所指定的主题的本质特征。
优选地，R1和/或R2是氟取代的烷基。更优选地，R1和/或R2是全氟化烷基。因此，在R1和/或R2中的所有氢原子已经都被氟原子替代。因此，R1和/或R2可以选自下组，该组由以下各项组成：全氟化的甲基、乙基、异丙基、正丙基、异丁基、正丁基或叔丁基、正戊基或异戊基，最优选地，选自三氟甲基、五氟乙基和七氟异丙基。
还优选地，R1和/或R2是CF3、更优选地R1和R2是CF3。
可替代地，R1和/或R2是部分氟化的。在这种情况下，R1和/或R2选自下组，该组由以下各项组成：部分氟化的甲基、乙基、异丙基、正丙基、异丁基、正丁基、叔丁基、正戊基和异戊基。优选地，R1和/或R2独立地选自二氟甲基、四氟乙基、正六氟丙基和异六氟丙基，更优选二氟甲基。
计数n优选是2。
最优选地，该具有通式(I)的化合物是三氟(三氟甲基磺酰基)甲烷CF3-SO2-CF3。
在本发明的框架中，单数旨在包括复数，并且反之亦然。
具有通式(I)的化合物(其中n是2)可以通过直接氟化相应的烷基衍生物进行制备，如在L.A.Harmon，R.J.Lagow，Journal of the Chemical Society[化学会志]，PerkinTransactions 1，1979，第2675-2678页中描述的。因此，CF3-SO2-CF3可以通过用元素氟直接氟化CH3-SO2-CH3进行制备。
具有通式(I)的化合物(其中n是1)可以通过以下方式来制备：使相应的化合物R1-S-R2与元素氟反应以产生R1-SF2-R2，并且随后水解为具有通式R1-S(O)-R2的化合物。例如，CF3-SO-CF3可以通过使CF3-S-CF3与F2反应并且随后用水水解来制备。
优选地，在本发明的方法中使用的绝缘介质包含该具有式(I)的化合物和至少一种选自以下列表的另外的化合物，该列表由以下各项组成：惰性气体、全氟化或部分氟化的酮、全氟化或部分氟化的醚、全氟化或部分氟化的酯、全氟化或部分氟化的氰基化合物和烃化合物。更优选地，该至少一种化合物是选自下组的惰性气体，该组由以下各项组成：空气、合成空气、空气组分、N2、O2、CO2、N2O、He、Ne、Ar、Xe和SF6；优选地，该至少一种化合物是N2。
术语“惰性气体”旨在表示不与根据本发明的化合物反应的气体。优选地，该惰性气体选自以下列表，该列表由以下各项组成：空气、合成空气、空气组分、N2、O2、CO2、N2O、He、Ne、Ar、Xe或SF6；更优选地，该惰性气体是N2。
优选地，该至少一种化合物是全氟化或部分氟化的酮。术语“酮”旨在表示将至少一个羰基与被附接到该羰基的碳上的两个碳原子结合的化合物。它应包括饱和化合物和包括双键和/或三键的不饱和化合物。这些酮的至少部分氟化的烷基链可以是直链或支链的。术语“酮”还应包括具有环状碳骨架的化合物。术语“酮”可以包含附加的链内杂原子，例如，至少一个杂原子是碳骨架的一部分和/或被附接到碳骨架上。更优选地，该至少一种化合物是全氟化酮。合适的全氟化酮的实例包括1,1,1,3,4,4,4-七氟-3-(三氟甲基)-丁-2-酮；1,1,1,3,3,4,4,5,5,5-十氟戊-2-酮；1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-十氟戊-3-酮、1,1,1,4,4,5,5,5,-八氟-3-双-(三氟甲基)-戊-2-酮；并且最优选七氟异丙基-三氟甲基-酮。
还优选地，该至少一种化合物是全氟化或部分氟化的醚。术语“醚”旨在表示结合至少一个“-C-O-C-”部分的化合物。尤其合适的实例包括五氟-乙基-甲基醚和2,2,2-三氟乙基-三氟甲基醚。
还优选地，该至少一种化合物是全氟化或部分氟化的酯，即结合至少一个“-C(O)O-”部分的化合物。合适的化合物是本领域已知的，尤其合适的实例包括三氟乙酸的甲基、乙基和三氟甲基的酯。
还优选地，该至少一种化合物是全氟化或部分氟化的氰基化合物，即结合结构“-C≡N”的至少一个部分的化合物。优选地，该氰基化合物是全氟化的，更优选地该氰基化合物选自以下列表，该列表由以下各项组成：全氟化的甲基、乙基、异丙基、丙基、丁基、异丁基和叔丁基的腈。
还优选地，该至少一种化合物是全氟化或部分氟化的烃化合物。“烃化合物”旨在表示饱和或不饱和的烃，除了氟取代之外，其还可以被其他卤素原子(例如Cl、Br、和/或I)取代。合适的实例包括CHF3、C2F4、CF3CF2CF2CF2I、和CF2Cl2。
术语“电作用零件”必须被非常广泛地理解。优选地，该电作用零件涵盖用于产生、分配或使用电能的任何零件，前提是它包含气密壳体，其中介电绝缘介质提供承受电压或电流的零件的介电绝缘。优选地，这些电作用零件是中电压或高电压零件。术语“中电压”指的是在1kV至72kV的范围内的电压；术语“高电压”指的是超过72kV的电压。虽然这些是本发明的框架中的优选的电作用零件，但是这些零件还可以是被涉及的具有低于1kV的电压的低电压零件。
必须指出的是，本发明的电作用零件可以是“独立”零件，或者它们可以是例如装置的零件的组件的一部分。现在这将进行详细解释。
电作用零件可以是开关，例如快速接地开关，切断器，负载断连开关或压气式断路器，特别是中电压断路器(GIS-MV)、发电机断路器(GIS-HV)、高电压断路器，汇流条，套管，气体绝缘电缆，气体绝缘传输线，电缆接头，电流互感器，电压互感器或电涌放电器。
电作用零件还可以是旋转电机、发电机、发动机、驱动器、半导体设备、计算机、电力电子设备或高频零件的一部分，例如天线或点火线圈。
本发明的方法尤其适合用于中电压开关装置和高电压开关装置。
在本发明的方法中使用的绝缘介质当用于本发明的方法中时优选地处于气态。然而，取决于以下条件，例如温度和压力，在这些条件下进行该方法，该绝缘介质还可以至少部分地处于液态。
在电作用零件中，该绝缘介质优选地在等于或大于0.1巴(绝对值)的压力下。该绝缘介质优选地在等于或低于30巴(绝对值)的压力下。优选的压力范围是从1至20巴(绝对值)。
处于气相的具有通用结构(I)的化合物的分压尤其取决于其在绝缘介质中的浓度。如果介电绝缘介质由该具有通用结构(I)的化合物组成，则其分压等于总压力并且对应于以上给出的范围。如果介质包括惰性气体，则该具有通用结构(I)的化合物的分压相应地是较低的。等于或低于10巴(绝对值)的该具有通用结构(I)的化合物的分压是优选的。
还优选的是，该化合物或该混合物分别是使得在电装置的气氛中的气候条件或温度下、在电零件的压力下，该介电绝缘介质中的组分基本上不发生冷凝。术语“基本上没有冷凝”表示该介电绝缘介质的按重量计至多5％、优选地按重量计至多2％冷凝。例如，选择具有式(I)的化合物的量、惰性气体的种类和量，使得具有式(I)的化合物的分压低于其中在-20℃下观察到具有式(I)的化合物的冷凝的压力。
在第二方面，本发明涉及一种组合物，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：至少一种具有通式(I)的化合物：R1SOnR2，其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基；以及至少一种选自下组的另外的化合物，该组由以下各项组成：惰性气体、全氟化或部分氟化的酮、全氟化或部分氟化的醚、全氟化或部分氟化的酯、全氟化或部分氟化的氰基化合物和烃化合物。
优选地，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3以及至少一种选自下组的化合物，该组由以下各项组成：惰性气体、全氟化或部分氟化的酮、全氟化或部分氟化的醚、全氟化或部分氟化的酯、全氟化或部分氟化的氰基化合物和烃化合物。
更优选地，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3以及至少一种选自下组的化合物，该组由以下各项组成：空气、合成空气、空气组分、N2、O2、CO2、N2O、He、Ne、Ar、Xe或SF6；优选地由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3和N2。
在第三目的中，本发明涉及一种用于产生、分配和/或使用电能的装置，其中该装置包括被安排在气密壳体中的电作用零件，并且所述气密壳体含有绝缘介质，该绝缘介质包含以下项、主要由以下项组成、或由以下项组成：至少一种具有通式(I)的化合物：R1SOnR2，其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基；或所述气密壳体含有绝缘介质，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：如以上定义的本发明的组合物。优选地，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3。还优选地，该装置是中电压或高电压开关装置。
本发明的另一个目的涉及如在此描述的本发明的化合物或混合物作为介电绝缘介质或作为介电绝缘介质的成分的用途，以及其作为干蚀刻剂，例如室清洁剂，确切地，作为NF3的替代物用于等离子体增强的室清洁的用途。
本发明的另一个目的是具有通式(I)的化合物作为以下各项的用途：作为在制造闭孔聚氨酯、苯酚泡沫和热塑性泡沫中作为起泡剂的碳氟化合物或氢氟碳化合物的替代物，作为气溶胶中的推进剂，作为传热介质，作为灭火剂，作为如用于热泵的动力循环工作流体，作为用于聚合反应的惰性介质，作为用于从金属表面除去微粒的流体，作为可以例如用于将润滑剂的细膜放置在金属零件上的载体流体，作为从抛光表面如金属除去磨光研磨化合物的磨光研磨剂，作为用于如从珠宝或金属零件除去水的置换干燥剂，作为常规电路制造技术中的抗蚀剂显影剂(包括氯型显影剂)，或作为用于光致抗蚀剂的剥离剂(当与例如氯代烃如1,1,1-三氯乙烷或三氯乙烯一起使用时)。
本发明的另一个目的是具有通式(I)的化合物作为介电介质以使电作用零件绝缘的用途：R1SOnR2，其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基。优选的电作用零件可以是开关，例如快速接地开关，切断器，负载断连开关或压气式断路器，特别是中电压断路器(GIS-MV)、发电机断路器(GIS-HV)、高电压断路器，汇流条，套管，气体绝缘电缆，气体绝缘传输线，电缆接头，电流互感器，电压互感器或电涌放电器。
如果通过援引方式并入本申请的任何专利、专利申请、以及公开物的披露内容与本申请的说明相冲突到了可能导致术语不清楚的程度，则本说明应该优先。
以下实例进一步解释了本发明，而无意限制本发明。
实例
实例1a：CF3-SO2-CF3的制造
根据L.A.Harmon，R.J.Lagow，Journal of the Chemical Society[化学会志]，Perkin Transactions 1，1979，第2675-2678页或van Meter,W.P.；Cady,G.H.，Journal ofthe American Chemical Society[美国化学会志]，第82卷，1960，第6005–6008页制备CF3-SO2-CF3。
实例1b：组合物的制造
如WO 98/23363中描述的，在包括静态混合器和压缩机的装置中制造由以体积比1:4的CF3-SO2-CF3和N2组成的均匀混合物。
实例2：提供含有实例1的介电绝缘介质的接地电缆
将实例1b的组合物直接进料到用于高电压的接地电缆中，直到实现电缆中10巴(绝对值)的总压力。
实例3：含有以体积比1:4的CF3-SO2-CF3和N2的开关装置
使用含有被气密金属外壳包围的开关的开关装置。将实例1b的组合物经由阀门传递到气密金属外壳中，直到实现18巴(绝对值)的压力。
Claims (14)
1.一种用于使电作用零件介电绝缘的方法，其中将该电作用零件安排在包含绝缘介质的气密壳体中，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：具有通式(I)的化合物：
R1SOnR2 (I)
其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基。
2.根据权利要求1所述的方法，其中n是2。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中R1和/或R2是氟取代的烷基。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中R1和R2独立地是全氟化烷基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中R1和R2是CF3。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该化合物是三氟(三氟甲基磺酰基)甲烷CF3-SO2-CF3。
7.一种组合物，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：至少一种具有通式(I)的化合物：
R1SOnR2 (I)
其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基，以及至少一种选自下组的另外的化合物，该组由以下各项组成：惰性气体、全氟化或部分氟化的酮、全氟化或部分氟化的醚、全氟化或部分氟化的酯、全氟化或部分氟化的氰基化合物和烃化合物。
8.根据权利要求7所述的组合物，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3以及至少一种选自下组的化合物，该组由以下各项组成：惰性气体、全氟化或部分氟化的酮、全氟化或部分氟化的醚、全氟化或部分氟化的酯、全氟化或部分氟化的氰基化合物和烃化合物。
9.如权利要求8所述的组合物，该组合物由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3以及至少一种选自下组的化合物，该组由以下各项组成：空气、合成空气、空气组分、N2、O2、CO2、N2O、He、Ne、Ar、Xe或SF6；优选地由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3和N2。
10.一种用于产生、分配和/或使用电能的装置，其中该装置包括被安排在气密壳体中的电作用零件，所述气密壳体含有绝缘介质，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：至少一种具有通式(I)的化合物
R1SOnR2 (I)
其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基；
或所述气密壳体含有绝缘介质，该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：根据权利要求7至9中任一项所述的组合物。
11.如权利要求10所述的装置，其中该绝缘介质由以下项组成、主要由以下项组成、或包含以下项：CF3-SO2-CF3。
12.如权利要求10或11所述的装置，其中该装置是中电压或高电压开关装置。
13.具有通式(I)的化合物作为介电介质以使电作用零件绝缘的用途：
R1SOnR2 (I)
其中n是1或2，并且R1和R2独立地是氟取代的烷基、氟取代的亚烷基、氟取代的亚炔基或氟取代的芳基。
14.根据权利要求13所述的用途，其中该化合物是CF3-SO2-CF3。
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