CN110655970A - 一种可生物降解变压器油及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：多元醇酯40重量份～50重量份；不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；抗氧剂0.5重量份～1重量份；金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。与现有技术相比，本发明提供的可生物降解变压器油采用特定配比的多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯作为主要组分，并与其它特定含量组分实现较好的相互作用，得到的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求。

Description

一种可生物降解变压器油及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油技术领域，更具体地说，是涉及一种可生物降解变压器油及其制备方法。

背景技术

目前，常用的变压器油按基础油组成分为矿物油型、硅油型、天然酯型和合成酯型。其中，矿物油型是一种经济的绝缘油，但在某些重点考虑防火和环保性能的设备中不能胜任；硅油型绝缘油在安全性方面表现优异，但其黏度系数高，热胀系数大，流动性差，并且不能生物降解的化学性也会对环境造成直接的危害；天然酯是从植物油中提取，含有不饱和分子链，易受氧化，且天然酯是从植物中提取，其物质含量的稳定性不能保证；合成酯是采用多羟基化合物和羧酸在催化剂的作用下通过酯化反应合成产物，具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，是变压器油的优良基础油来源。

随着生态环境的日益恶化，世界各国都制定了有关的环境保护措施或法规。合成酯型变压器油具有良好的生物降解性能，能在较短的时问内被活性微生物(细菌)降解为二氧化碳和水，对环境无危害。欧美发达国家使用合成机酯型变压器油安全运行已超过10年；然而，国内没有合成酯型变压器产品，均采购自国外，价格昂贵且供货周期长，严重影响了变压行业的发展。

同时，合成有机酯变压器油可广泛应用于风能发电装置，我国风能资源非常丰富，海上风力发电更具有发展前景。到2020年我国风能发电总装机容量将达到2000万千瓦。使用不可降解变压器油一旦产生泄露，将对环境产生不可估量的污染。由于合成酯型变压器油具有良好的生物降解能力，在强调环境保护的今天，其应用于风能发电，尤其是海洋风能发电方面，有更为优异的作用，因此有必要研究一种可生物降解合成酯型变压器油，满足环境保护的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可生物降解变压器油及其制备方法，本发明提供的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求。

本发明提供了一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：

多元醇酯40重量份～50重量份；

不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；

抗氧剂0.5重量份～1重量份；

金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。

优选的，所述第一多元醇选自新戊二醇、季戊四醇、双季戊四醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种。

优选的，所述饱和脂肪酸选自戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸中的两种或三种以上。

优选的，所述第一次酯化反应所用的催化剂选自硫酸、硫酸氢钠、草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种。

优选的，所述第二多元醇选自新戊二醇和/或丙三醇。

优选的，所述不饱和脂肪酸选自油酸、亚油酸和亚麻酸的一种或多种。

优选的，所述第二次酯化反应所用的催化剂选自草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种。

优选的，所述抗氧剂选自酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂。

优选的，所述金属防锈剂选自苯三唑衍生物类金属防锈剂和/或噻二唑衍生物类金属防锈剂。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的可生物降解变压器油的制备方法，包括以下步骤：

a)将多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至110℃～120℃，再加入抗氧剂和金属防锈剂，搅拌5min～15min后，脱水、过滤，得到可生物降解变压器油；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。

本发明提供了一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：多元醇酯40重量份～50重量份；不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；抗氧剂0.5重量份～1重量份；金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。与现有技术相比，本发明提供的可生物降解变压器油采用特定配比的多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯作为主要组分，并与其它特定含量组分实现较好的相互作用，得到的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求。实验结果表明，本发明提供的可生物降解变压器油的击穿电压不低于75KV，介质损耗因数(90℃，50Hz)不高于0.03，体积电阻率不低于5.0GΩ·m；潮湿环境具有良好的吸水性，保护变压器绝缘纸不受水分影响；燃点不低于300℃，达到K3防火等级；28天生物可降解率在90％以上；并且，预期能够在各类变压器中正常连续使用10年性能不发生改变；适用于防火要求严格、对环境保护有要求的陆上及海上风力发电场、电力机车、船舶、高层建筑、地下厂房以及电力变压器领域，同时具有显著的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：

多元醇酯40重量份～50重量份；

不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；

抗氧剂0.5重量份～1重量份；

金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。

在本发明中，所述可生物降解变压器油包括多元醇酯、不饱和脂肪酸甘油酯、抗氧剂和金属防锈剂，优选由多元醇酯、不饱和脂肪酸甘油酯、抗氧剂和金属防锈剂组成。

在本发明中，所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成。在本发明中，所述第一多元醇优选选自新戊二醇、季戊四醇、双季戊四醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种，更优选为季戊四醇。本发明对所述第一多元醇的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述新戊二醇、季戊四醇、双季戊四醇和三羟甲基丙烷的市售商品即可。

在本发明中，所述饱和脂肪酸优选选自戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸中的两种或三种以上，更优选为正戊酸和正己酸。本发明对所述饱和脂肪酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸的市售商品即可。

在本发明中，所述第一次酯化反应所用的催化剂优选选自硫酸、硫酸氢钠、草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种，更优选为草酸亚锡。本发明对所述第一次酯化反应所用的催化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硫酸、硫酸氢钠、草酸亚锡、氧化锡和氧化锌的市售商品即可。

本发明对所述第一次酯化反应的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的酯化反应的技术方案即可。

在本发明中，所述可生物降解变压器油包括40重量份～50重量份的多元醇酯，优选为45重量份。

在本发明中，所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。在本发明中，所述第二多元醇优选选自新戊二醇和/或丙三醇，更优选为丙三醇。本发明对所述第二多元醇的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述新戊二醇和丙三醇的市售商品即可。

在本发明中，所述不饱和脂肪酸优选选自油酸、亚油酸和亚麻酸的一种或多种，更优选为油酸。本发明对所述不饱和脂肪酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述油酸、亚油酸和亚麻酸的市售商品即可。

在本发明中，所述第二次酯化反应所用的催化剂优选选自草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种，更优选为草酸亚锡。本发明对所述第二次酯化反应所用的催化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述草酸亚锡、氧化锡和氧化锌的市售商品即可。

本发明对所述第二次酯化反应的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的酯化反应的技术方案即可。

在本发明中，所述可生物降解变压器油包括50重量份～60重量份的不饱和脂肪酸甘油酯，优选为55重量份。

在本发明中，所述抗氧剂优选选自酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂，更优选为酚类抗氧剂。本发明对所述抗氧剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述酚类抗氧剂和胺类抗氧剂的市售商品即可。在本发明中，所述可生物降解变压器油包括0.5重量份～1重量份的抗氧剂，优选为0.8重量份。

在本发明中，所述金属防锈剂优选选自苯三唑衍生物类金属防锈剂和/或噻二唑衍生物类金属防锈剂，更优选为苯三唑衍生物类金属防锈剂。本发明对所述金属防锈剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述苯三唑衍生物类金属防锈剂和噻二唑衍生物类金属防锈剂的市售商品即可。在本发明中，所述可生物降解变压器油包括0.3重量份～0.5重量份的金属防锈剂，优选为0.4重量份。

本发明提供的可生物降解变压器油采用特定配比的多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯作为主要组分，并与其它特定含量组分实现较好的相互作用，得到的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的可生物降解变压器油的制备方法，包括以下步骤：

a)将多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至110℃～120℃，再加入抗氧剂和金属防锈剂，搅拌5min～15min后，依次经降温、脱水和过滤，得到可生物降解变压器油；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。

本发明首先将多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至110℃～120℃，再加入抗氧剂和金属防锈剂，搅拌5min～15min；

优选为：

将多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至115℃，再加入抗氧剂和金属防锈剂，搅拌10min；从而将上述多元醇酯和不饱、脂肪酸甘油酯、抗氧剂和金属防锈剂在适合的条件下混合均匀。在本发明中，所述多元醇酯和不饱、脂肪酸甘油酯、抗氧剂和金属防锈剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。

本发明对所述降温、脱水和过滤的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用于制备变压器油过程中的降温、脱水和过滤的技术方案即可。

本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

本发明提供了一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：多元醇酯40重量份～50重量份；不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；抗氧剂0.5重量份～1重量份；金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。与现有技术相比，本发明提供的可生物降解变压器油采用特定配比的多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯作为主要组分，并与其它特定含量组分实现较好的相互作用，得到的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求。实验结果表明，本发明提供的可生物降解变压器油的击穿电压不低于75KV，介质损耗因数(90℃，50Hz)不高于0.03，体积电阻率不低于5.0GΩ·m；潮湿环境具有良好的吸水性，保护变压器绝缘纸不受水分影响；燃点不低于300℃，达到K3防火等级；28天生物可降解率在90％以上；并且，预期能够在各类变压器中正常连续使用10年性能不发生改变；适用于防火要求严格、对环境保护有要求的陆上及海上风力发电场、电力机车、船舶、高层建筑、地下厂房以及电力变压器领域，同时具有显著的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的多元醇酯的制备方法具体为：

将摩尔比为1：1.15：1.15的新戊二醇、正戊酸和正己酸加入到三颈烧瓶中，再加入质量分数为0.15％的草酸亚锡，升温至220℃搅拌进行第一次酯化反应，反应产物经碱洗、水洗、吸附后，得到多元醇酯。

所用的不饱和脂肪酸甘油酯的制备方法具体为：

将摩尔比为1：3.3的丙三醇和油酸加入到三颈烧瓶中，再加入质量分数为0.15％的草酸亚锡，升温至235℃搅拌进行第二次酯化反应，反应产物经碱洗、水洗、吸附后，得到不饱和脂肪酸甘油酯。

实施例1

将45重量份的多元醇酯和55重量份的不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至115℃，再加入0.8重量份的酚类抗氧剂Iranox L101和0.4重量份的苯三唑衍生物类金属防锈剂T706，搅拌10min；然后降温至室温，脱水、过滤，分析合格后得到可生物降解变压器油。

实施例2

将50重量份的多元醇酯和50重量份的不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至115℃，再加入0.8重量份的酚类抗氧剂Iranox L101和0.4重量份的苯三唑衍生物类金属防锈剂T706，搅拌10min；然后降温至室温，脱水、过滤，分析合格后得到可生物降解变压器油。

实施例3

将40重量份的多元醇酯和60重量份的不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至115℃，再加入0.8重量份的酚类抗氧剂Iranox L101和0.4重量份的苯三唑衍生物类金属防锈剂T706，搅拌10min；然后降温至室温，脱水、过滤，分析合格后得到可生物降解变压器油。

对比例1

将100重量份的多元醇酯升温至115℃，再加入0.8重量份的酚类抗氧剂和0.4重量份的苯三唑衍生物类金属防锈剂，搅拌10min；然后降温至室温，脱水、过滤，分析合格后得到可生物降解变压器油。

对比例2

将100重量份的不饱和脂肪酸甘油酯升温至115℃，再加入0.8重量份的酚类抗氧剂和0.4重量份的苯三唑衍生物类金属防锈剂，搅拌10min；然后降温至室温，脱水、过滤，分析合格后得到可生物降解变压器油。

对实施例1～3和对比例1～2提供的可生物降解变压器油的各项性能进行测试，结果参见表1所示。

表1实施例1～3和对比例1～2提供的可生物降解变压器油的各项性能数据

由表1可知，本发明实施例1～3提供的可生物降解变压器油采用特定配比的多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯作为主要组分，并与其它特定含量组分实现较好的相互作用，得到的可生物降解变压器油同时具有良好的绝缘性能、优异的物理化学稳定性、耐湿性、防火安全性和可生物降解性，满足油浸式变压器的使用要求；其中，击穿电压不低于75KV，介质损耗因数(90℃，50Hz)不高于0.03，体积电阻率不低于5.0GΩ·m；潮湿环境具有良好的吸水性，保护变压器绝缘纸不受水分影响；燃点不低于300℃，达到K3防火等级；28天生物可降解率在90％以上；并且，预期能够在各类变压器中正常连续使用10年性能不发生改变；适用于防火要求严格、对环境保护有要求的陆上及海上风力发电场、电力机车、船舶、高层建筑、地下厂房以及电力变压器领域，同时具有显著的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种可生物降解变压器油，由包括以下组分的原料制备而成：

多元醇酯40重量份～50重量份；

不饱和脂肪酸甘油酯50重量份～60重量份；

抗氧剂0.5重量份～1重量份；

金属防锈剂0.3重量份～0.5重量份；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。

2.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述第一多元醇选自新戊二醇、季戊四醇、双季戊四醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述饱和脂肪酸选自戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸和癸酸中的两种或三种以上。

4.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述第一次酯化反应所用的催化剂选自硫酸、硫酸氢钠、草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述第二多元醇选自新戊二醇和/或丙三醇。

6.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述不饱和脂肪酸选自油酸、亚油酸和亚麻酸的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述第二次酯化反应所用的催化剂选自草酸亚锡、氧化锡和氧化锌中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述抗氧剂选自酚类抗氧剂和/或胺类抗氧剂。

9.根据权利要求1所述的可生物降解变压器油，其特征在于，所述金属防锈剂选自苯三唑衍生物类金属防锈剂和/或噻二唑衍生物类金属防锈剂。

10.一种权利要求1～9任一项所述的可生物降解变压器油的制备方法，包括以下步骤：

a)将多元醇酯和不饱和脂肪酸甘油酯混合后升温至110℃～120℃，再加入抗氧剂和金属防锈剂，搅拌5min～15min后，脱水、过滤，得到可生物降解变压器油；

所述多元醇酯由第一多元醇和饱和脂肪酸经第一次酯化反应制备而成；所述不饱和脂肪酸甘油酯由第二多元醇和不饱和脂肪酸经第二次酯化反应制备而成。