CN110819428B - 一种石墨烯改性的植物绝缘油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯改性的植物绝缘油及其制备方法，所述植物绝缘油包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，所述石墨烯在所述植物油中的质量浓度为80mg/L～100mg/L，所述复合抗氧化剂在所述植物油中的质量浓度为5mg/L～30mg/L，且所述植物油是菜籽油经过碱练、脱色、减压蒸馏处理，燃点高于350℃。本发明通过使用精炼菜籽油，并采用石墨烯和复合抗氧化剂改善精炼菜籽油性能，使得绝缘油具有抗氧化安定性能好、阻燃防火性能高的特点，而且还具有良好的绝缘、导热性能、优良的使用性能，使用寿命长，安全系数高，可满足大容量、超高电压等级的绝缘冷却介质的需求。
Description
技术领域
本发明涉及变压器绝缘油技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯改性的植物绝缘油及其制备方法。
背景技术
绝缘油作为一种重要的液体绝缘介质，在变压器、断路器、电流和电压互感器、套管等油浸绝缘高电压设备中大量使用。矿物绝缘油由于其电气绝缘和冷却性能，以及低廉的成本，在油浸绝缘高电压设备中已有八十多年的应用历史。但是，矿物绝缘油燃点低、生物降解性能差，不能满足高防火性能的环保型高电压设备的设计和制造要求。因此，开发满足高防火性能和环保要求的绝缘液体已经成为新的研究课题。
植物绝缘油是一种可再生、高自然降解率、高燃点的绿色液体绝缘介质，使得植物绝缘油有望成为矿物绝缘油的最佳绿色替代品。但是，由于植物绝缘油相比矿物绝缘油存在凝点高、抗氧化性能差、介质损耗因数较高、体积电阻率较低、黏度大、雷电冲击击穿电压较低等问题，其推广应用受到限制。因此，为了满足市场对高性能植物绝缘的的需求，全面改善植物绝缘油的长期氧化安定性、绝缘和散热等性能，仍需进一步探索和改进。
发明内容
基于此，针对上述植物绝缘油氧化安定性、绝缘和散热等性能的技术问题，提供一种石墨烯改性的植物绝缘油。
一种石墨烯改性的植物绝缘油，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，所述石墨烯在所述植物油中的质量浓度为80mg/L～100mg/L，所述复合抗氧化剂在所述植物油中的质量浓度为5mg/L～30mg/L，且所述植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点高于350℃。
在一些实施方式中，所述石墨烯的粒径为10nm～300nm。
在一些实施方式中，所述石墨烯经过表面活性剂改性。
在一些实施方式中，所述表面活性剂为异硬脂酸单甘油酯。
在一些实施方式中，所述复合抗氧化剂的组成成分包括叔丁基对苯二酚、3,4,5-三羟基苯甲酸、维生素E和生育酚，以重量百分比计：
50％≤叔丁基对苯二酚≤70％，
20％≤3,4,5-三羟基苯甲酸≤40％，
5％≤维生素E≤10％，
1％≤生育酚≤5％。
在一些实施方式中，所述植物油的酸值不大于0.003KOHg-1。
本发明还提供了一种所述的植物绝缘油的制备方法，包括如下步骤：
S1、向经过干燥处理的精炼植物油中加入石墨烯，超声分散，得到石墨烯改性的植物油；
S2、将叔丁基对苯二酚、3,4,5-三羟基苯甲酸、维生素E和生育酚按各组分的添加量分别用储备植物油溶解，再搅拌混匀，得到复合抗氧化剂；
S3、向石墨烯改性的植物油中加入复合抗氧化剂，搅拌均匀，得到石墨烯改性的植物绝缘油。
在一些实施方式中，所述干燥为真空干燥，干燥温度为80℃～90℃，干燥时间为72～80h。
在一些实施方式中，所述超声分散的时间为20～30min。
在一些实施方式中，所述搅拌的条件为50℃～60℃下搅拌1～2h。
本发明采用燃点高于350℃的精炼菜籽油作为植物绝缘油基油，使植物绝缘油具有阻燃、高防火性能；在通过石墨烯对精炼菜籽油进行改性，从而有效改善了植物绝缘油介电和散热性能；最后，加入的复合抗氧化剂，使植物绝缘油具有长期的抗氧化性。因此，本发明通过使用精炼菜籽油，并采用石墨烯和复合抗氧化剂改善精炼菜籽油性能，使得绝缘油具有抗氧化安定性能好、阻燃防火性能高的特点，而且还具有良好的绝缘、导热性能、优良的使用性能，使用寿命长，安全系数高，可满足大容量、超高电压等级的绝缘冷却介质的需求。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
一种石墨烯改性的植物绝缘油，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，精炼植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点为356℃，酸值为0.0027KOHg-1；石墨烯经过表面活性剂处理，进一步地，该表面活性剂为异硬脂酸单甘油酯，且石墨烯在植物油中质量浓度为100mg/L，其粒径为10nm；复合抗氧化剂在植物油中的质量浓度为15mg/L，该复合抗氧化剂包括60％叔丁基对苯二酚、30％3,4,5-三羟基苯甲酸、7％维生素E和3％生育酚。
上述制得的植物绝缘油燃点390℃，工频击穿电压85.8kV，雷电冲击击穿电压94.1kV，90℃介质损耗因素0.00028，90℃体积电阻率4.5×1013Ω·m，酸值0.0015KOHg-1，氧化后0.0028KOHg-1，25℃导热率0.161Wm-1K-1，各项指标均能满足绝缘油的要求。
实施例2
一种石墨烯改性的植物绝缘油，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，精炼植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点为356℃，酸值为0.0027KOHg-1；石墨烯经过表面活性剂处理，进一步地，该表面活性剂为异硬脂酸单甘油酯，且石墨烯在植物油中质量浓度为90mg/L，其粒径为50nm；复合抗氧化剂在植物油中的质量浓度为20mg/L，该复合抗氧化剂包括55％叔丁基对苯二酚、35％3,4,5-三羟基苯甲酸、5％维生素E和5％生育酚。
上述制得的植物绝缘油燃点384℃，工频击穿电压84.6kV，雷电冲击击穿电压93.8kV，90℃介质损耗因素0.00023，90℃体积电阻率4.9×1013Ω·m，酸值0.0013KOHg-1，氧化后0.0025KOHg-1，25℃导热率0.163Wm-1K-1，各项指标均能满足绝缘油的要求。
实施例3
一种石墨烯改性的植物绝缘油，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，精炼植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点为356℃，酸值为0.0027KOHg-1；石墨烯经过表面活性剂处理，进一步地，该表面活性剂为异硬脂酸单甘油酯，且石墨烯在植物油中质量浓度为80mg/L，其粒径为150nm；复合抗氧化剂在植物油中的质量浓度为10mg/L，该复合抗氧化剂包括65％叔丁基对苯二酚、25％3,4,5-三羟基苯甲酸、6％维生素E和4％生育酚。
上述制得的植物绝缘油燃点378℃，工频击穿电压87.4kV，雷电冲击击穿电压94.2kV，90℃介质损耗因素0.00021，90℃体积电阻率5.2×1013Ω·m，酸值0.0017KOHg-1，氧化后0.0029KOHg-1，25℃导热率0.173Wm-1K-1，各项指标均能满足绝缘油的要求。
实施例4
一种石墨烯改性的植物绝缘油，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，精炼植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点为356℃，酸值为0.0027KOHg-1；石墨烯经过表面活性剂处理，进一步地，该表面活性剂为异硬脂酸单甘油酯，且石墨烯在植物油中质量浓度为85mg/L，其粒径为100nm；复合抗氧化剂在植物油中的质量浓度为30mg/L，该复合抗氧化剂包括叔丁基对苯二酚50％、35％3,4,5-三羟基苯甲酸、10％维生素E和5％生育酚。
上述制得的植物绝缘油燃点381℃，工频击穿电压86.3kV，雷电冲击击穿电压93.4kV，90℃介质损耗因素0.00029，90℃体积电阻率4.6×1013Ω·m，酸值0.0020KOHg-1，氧化后0.0030KOHg-1，25℃导热率0.166Wm-1K-1，各项指标均能满足绝缘油的要求。
上述任一项实施例所述的植物绝缘油的制备方法包括如下步骤：
1)改性石墨烯的制备：：将石墨烯加入到乙二醇中，在60℃下进行搅拌和超声波振荡分散反应5min，再向混合液中加入异硬脂酸单甘油酯，搅拌和超声波振荡反应2h；将石墨烯从上述乙二醇溶液中分离出来，用乙二醇反复洗涤3次后在60℃下真空干燥10h，然后研磨成粉末；
2)将精炼植物油在80℃下真空干燥72h后，添加步骤1)改性石墨烯，然后超声分散30min，得到改性石墨烯与植物油混合物；
3)将叔丁基对苯二酚、3,4,5-三羟基苯甲酸、维生素E和生育酚按各组分的添加量分别用储备植物油溶解，再搅拌混匀，从而配制成适应的复合抗氧化剂母液；
4)向步骤2)的混合物中添加复合抗氧化剂，并于60℃条件下搅拌2h，混合均匀，得到石墨烯改性的植物绝缘油。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种石墨烯改性的植物绝缘油，其特征在于，包括精炼植物油、石墨烯和复合抗氧化剂；其中，所述石墨烯在所述植物油中的质量浓度为80mg/L~100mg/L，所述复合抗氧化剂在所述植物油中的质量浓度为5mg/L~30mg/L，且所述植物油是菜籽油经过碱炼、脱色、减压蒸馏处理，燃点高于350℃，酸值不大于0.003KOHg-1；所述石墨烯的粒径为10nm~300nm；所述石墨烯经过异硬脂酸单甘油酯改性。
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| EP1995301A1 (en) * | 2007-05-17 | 2008-11-26 | Cooper Industries, Inc. | Vegetable oil dielectric fluid composition |
| CN102473477A (zh) * | 2009-07-07 | 2012-05-23 | 3M创新有限公司 | 包含芥酸介电油的电气设备 |
| CN102543262A (zh) * | 2010-12-31 | 2012-07-04 | 西安卓源电力科技有限公司 | 植物绝缘油及其制备方法 |
| CN105296100A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-02-03 | 铜陵三佳变压器有限责任公司 | 一种高燃点变压器油 |
| CN107739646A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-02-27 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种改性变压器油、制备方法和用途 |
-
2019
- 2019-10-30 CN CN201911043947.XA patent/CN110819428B/zh active Active
Patent Citations (5)
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