CN109564794A - 包含脂肪酸酯的介电流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合物作为介电流体在电气设备中的用途，所述组合物包含植物油脂肪酸酯的混合物。

Description

包含脂肪酸酯的介电流体
技术领域
本发明涉及基于脂肪酸酯(优选脂肪酸甲酯)的组合物作为介电流体在各种电气装置中的用途，所述脂肪酸酯优选衍生自蓖麻油，所述电气装置例如为变压器和电容器。
背景技术
如电容器和变压器的许多电气装置中含有电介质(或绝缘)液。这种液体的作用是将高压部件与电气装置的其他部件隔绝开，并将热量传递至环境中以使装置冷却。
已知在这些应用中采用矿物油作为介电流体(dielectric fluids)。此外，为了减少介电流体对环境的影响，还提出了基于植物油的组合物。这种组合物通常用抗氧化型添加剂配制，以提升液体的氧化稳定性。
由此，专利文献US 2002/027219描述了一种用作电气绝缘液的富含油酸的油组合物，该组合物适合在电气装置中与一些抗氧化型添加剂、倾点降低剂和铜钝化剂结合使用。
专利文献US 2008/283803公开了一种介电流体组合物，该组合物包含经预处理的植物油(即经过精制、漂白和除臭)、一种以上抗氧剂化合物和一种以上倾点降低剂。
含有酯化合物的介电流体也是已知的。
由此，专利文献WO 2012/001043提出一种用作电介质油的添加剂，该添加剂衍生自例如通过与氯甲酸异丙酯类化合物反应而改性的油酸。该文献讨论了该添加剂在粘度降低、氧化稳定性、介电常数增加和倾点降低方面的优点。
专利文献US 2014/252281涉及功能化的甲基-12-羟甲基硬脂酸酯型合成酯的用途，该合成酯通过油酸的氢甲酰化和加氢得到。
专利文献US 2015/0228373中公开了合成酯与一种或多种添加剂(抗氧化剂、金属钝化剂和倾点降低剂)作为介电流体在电气装置中的用途。该合成酯是通过季戊四醇与特定选择的羧酸反应制备的。
此外，专利文献EP 1623785公开了将主要基于油酸的脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯作为介电流体应用于完全不同的领域中，即电蚀加工，更具体地为放电加工(EDM)。在该应用中，加工工具和加工件浸入到介电流体中。
需要为诸如电容器和变压器的电器设备提供介电流体组合物，该组合物具有低环境影响并且具有高电气绝缘性能，特别是在击穿电压方面具有高电气绝缘性能。
发明内容
本发明主要涉及一种组合物作为介电流体在电气装置中的用途，该组合物包含植物油脂肪酸酯混合物。
根据一种实施方式，所述电气装置选自变压器、电容器和电缆。
根据一种实施方式，所述植物油为蓖麻油。
根据一种实施方式，所述植物油脂肪酸酯的混合物为植物油脂肪酸甲酯的混合物。
根据一种实施方式，所述植物油脂肪酸酯的混合物包含：
-硬脂酸甲酯，所述硬脂酸甲酯的质量含量优选为1-20％，更优选为小于15％；和/或
-油酸甲酯，所述油酸甲酯的质量含量优选为1-90％，更优选为25-35％；和/或
-亚油酸甲酯，所述亚油酸甲酯的质量含量优选为1-80％，更优选为35-45％；和/或
-棕榈酸甲酯，所述棕榈酸甲酯的质量含量优选为1-50％，更优选为小于10％；和/或
-蓖麻油酸甲酯，所述蓖麻油酸甲酯的质量含量优选为0-4％，更优选为2-3％；和/或
-10-十一烷基酸，所述10-十一烷基酸的质量含量优选为0-1％。
根据一种实施方式，所述组合物基本或者甚至全部由所述植物油脂肪酸酯的混合物组成。
根据一种实施方式，所述组合物包含倾点降低剂，所述倾点降低剂的质量分数优选为0.1-5％，更优选为1-2％。
根据一种实施方式，该组合物基本或者甚至全部由植物油脂肪酸酯和所述倾点降低剂的混合物组成。
根据一种实施方式，所述倾点降低剂是溶解于油中的丙烯酸聚合物。
本发明还涉及一种包含外壳的电器装置，所述电气装置含有作为介电流体的组合物，所述组合物包含植物油脂肪酸酯的混合物。
根据一种实施方式，所述电气装置选自变压器、电容器和电缆。
根据一种实施方式，所述电气装置中的所述组合物如上所述。
本发明使得克服现有技术的缺点成为可能。更具体地，本发明为如电容器和变压器等电气装置提供介电流体组合物，该组合物具有低环境影响并具有高绝缘性能。
这是通过提供基于脂肪酸甲酯的组合物实现的，该脂肪酸甲酯通过植物油的酯交换反应得到。
在本发明一些有利的实施方式中：
-根据本发明的所述组合物具有高击穿电压，该击穿电压大于IEC 62770标准所要求的最低规格。
-根据本发明的所述组合物可以容易地并且以适中的成本生产；
-根据本发明的所述组合物具有低粘度；
-根据本发明的所述组合物表现出良好的生物降解性能；
-根据本发明的所述组合物可以含有很少或者不含添加剂(昂贵、有毒且不可生物降解)，例如在现有技术的配方中使用的抗氧化剂或金属钝化剂。
具体实施方式
现在更详细地描述本发明，但本发明不限于下面的描述。
本发明涉及一种组合物作为介电流体在电气装置中的用途，该组合物包含植物油脂肪酸酯的混合物，植物油脂肪酸酯优选为植物油脂肪酸甲酯。
该植物油脂肪酸酯的混合物是可以通过植物油与醇的酯交换反应制备得到的混合物，醇优选为直链醇，更优选为C1至C5的直链醇，优选为C1至C2的直链醇。
可选的醇为甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-2-丁醇、3-甲基-1-丁醇和2,2-二甲基-1-丙醇。
也可以使用上述醇的混合物。
优选地，醇包含甲醇。更优选地，仅使用甲醇。
混合物的酯交换率不一定为100％，这意味着所讨论的酯混合物可包含一定比例的未酯化脂肪酸。
植物油可以在酯交换反应步骤之前进行预处理。但是，优选地，不在该步骤之前进行预处理。更有利的是在酯交换反应之后进行后处理步骤，例如蒸馏纯化。
应注意的是，不同植物油的脂肪酸酯的组成差异很大。
植物油尤其可以是蓖麻油、菜籽油、大豆油、向日葵油、橄榄油、棉籽油、棕榈油、椰子油、玉米油、海藻油、阿比西尼亚油(Abyssinian oil)、红花油、雷斯克勒油(lesquerellaoil)或它们的混合物。
更优选地，植物油为蓖麻油。
本发明涉及的脂肪酸酯混合物衍生自饱和的脂肪酸和不饱和的脂肪酸，优选具有在C8-C26之间的链长，更优选在C10-C22之间；其中，这些脂肪酸优选包括棕榈酸(C16)、硬脂酸(C18)、油酸(C18:1)和亚油酸(C18:2)。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含油酸甲酯(C18:1)，油酸甲酯的质量含量优选为1-90％，优选为20-40％，更优选为25-35％。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含亚油酸甲酯(C18:2)，亚油酸甲酯的质量含量优选为1-80％，优选为30-50％，更优选为35-45％。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含硬脂酸甲酯(C18:0)，硬脂酸甲酯的质量含量优选为1-20％，优选为5-20％，更优选为小于6-15％，并且更优选为8-12％。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含棕榈酸甲酯(C16:0)，棕榈酸甲酯的质量含量优选为1-50％，质量含量优选为小于10％，更优选为小于8.5％。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含蓖麻油酸甲酯(C18:1(OH))，蓖麻油酸甲酯的质量含量优选为0-4％，更优选为1.5-4％，并且特别是2-3％。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物包含10-十一烯酸(C11:1)，质量含量优选为0-1.5％，更优选为0.4-1.2％，并且特别是0.6-1％。
这种产品由阿科玛(Arkema)以“ Esterol A”的名称显著地(notably)销售。
根据一种实施方式，植物油脂肪酸酯的混合物同时包含硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯，并且可以含有蓖麻油酸甲酯和10-十一烯酸，优选以如上指出的质量含量包含于该混合物中。
或者，如果使用除甲醇之外的另一种醇进行酯交换反应，则植物油脂肪酸酯的混合物可以通过用另一个烷基(例如，如果使用乙醇，则为“乙基”，等)替代术语“甲基”而包含上述的各种酯，酯的比例优选为上述的比例。
根据一种实施方式，本发明的组合物不含倾点降低剂。
根据另一种实施方式，本发明的组合物包含倾点降低剂。
优选选择倾点降低剂，以使得该倾点降低剂能够使根据本发明的组合物的倾点降低至低于0℃(根据ASTM D97标准，组合物的倾点优选低于-1℃、或-2℃、或-3℃、或-4℃、或-5℃、或-6℃、或-7℃、或-8℃、或-9℃)。
合适的倾点降低剂包括丙烯酸聚合物(其包括丙烯酸共聚物)，优选为聚甲基丙烯酸烷基酯。特别合适的添加剂是赢创(Evonik)销售的编号为“1-211”的产品。
添加剂可以以0.1-5％，优选1-2％的质量分数存在于组合物中。
蓖麻油脂肪酸(甲基)酯与这种倾点降低剂的混合物由阿科玛以“Esterol F”的名称显著地销售。
根据一种实施方式，本发明的组合物可包含其他介电化合物(dielectriccompounds)或各种添加剂，例如抗氧化剂或金属钝化剂。
然而，优选地，本发明的组合物基本上不含或甚至完全不含这些化合物和添加剂。
特别地，根据一种实施方式，本发明的组合物基本上不含或完全不含抗氧化剂。
根据一种实施方式，本发明的组合物基本上不含或完全不含金属钝化剂。
根据一种实施方式，本发明的组合物基本上由植物油脂肪酸酯和适当情况下的上述的倾点降低剂的混合物组成。根据另一种实施方式，该组合物由植物油脂肪酸酯和适当情况下的倾点降低剂的混合物组成。
实施例
以下实施例说明本发明而不限制本发明。
对于用作介电流体的组合物的各种重要性能已经由阿科玛的标引为“Esterol A”和“ Esterol F”的市售产品确定，该市售产品为根据本发明的组合物。
结果总结在下表中。所需的阈值是基于IEC 62770标准的。
除了击穿电压值明显高于35kV的最低规格外，两种产品均符合物理(40℃下的粘度)和安全性(火点≥175℃，闪点≥135℃)的标准，并且易于生物降解。
将击穿电压与含有甘油三酯和添加剂(抗氧化剂和/或金属钝化剂)的其他植物基产品的击穿电压进行比较。
对比例1的组合物含有多于98.5％的大豆油、少于1％的抗氧化剂、少于1％的倾点降低剂和少于1％的染料。
对比例2的组合物含有98.4％的具有高油酸含量的向日葵油和1.6％的抗氧化剂和金属钝化剂。
由此，除了具有低粘度、生物降解性、来源于植物以及组成中不含抗氧化剂和金属钝化剂外，产品 Esterol A和 Esterol F具有远高于基于植物油并含有添加剂的介电流体的固有击穿电压。

Claims (10)

1.一种组合物作为介电流体在电气装置中的用途，所述组合物包含蓖麻油脂肪酸甲酯的混合物。
2.根据权利要求1所述的用途，其中，所述电气装置选自变压器、电容器和电缆。
3.根据权利要求1至2中的一项所述的用途，其中，所述蓖麻油脂肪酸甲酯的混合物包含：
-硬脂酸甲酯，所述硬脂酸甲酯的质量含量优选为1-20％，更优选为小于15％；和/或
-油酸甲酯，所述油酸甲酯的质量含量优选为1-90％，更优选为25-35％；和/或
-亚油酸甲酯，所述亚油酸甲酯的质量含量优选为1-80％，更优选为35-45％；和/或
-棕榈酸甲酯，所述棕榈酸甲酯的质量含量优选为1-50％，优选为小于10％；和/或
-蓖麻油酸甲酯，所述蓖麻油酸甲酯的质量含量优选为0-4％，更优选为2-3％；和/或
-10-十一烯酸，所述10-十一烯酸的质量含量优选为0-1％。
4.根据权利要求1-3中的一项所述的用途，其中，所述组合物主要由蓖麻油脂肪酸甲酯的混合物组成，或者甚至由蓖麻油脂肪酸甲酯的混合物组成。
5.根据权利要求1-3中的一项所述的用途，其中，所述组合物包含倾点降低剂，所述倾点降低剂的质量分数优选为0.1-5％，更优选为1-2％。
6.根据权利要求5所述的用途，其中，所述组合物基本上或者甚至全部由蓖麻油脂肪酸甲酯和所述倾点降低剂的混合物组成。
7.根据权利要求5-6中的一项所述的用途，其中，所述倾点降低剂是溶解在油中的丙烯酸聚合物。
8.包含外壳的电气装置，所述电气装置含有作为介电流体的组合物，所述组合物包含蓖麻油脂肪酸甲酯的混合物。
9.根据权利要求8所述的电气装置，所述电气装置选自变压器、电容器和电缆。
10.根据权利要求8或9所述的电气装置，其中，所述组合物为权利要求3至7所述的组合物。
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