CN111433865B - 电介质流体和电气装置中的全氟化1-烷氧基丙烯 - Google Patents

电介质流体和电气装置中的全氟化1-烷氧基丙烯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电介质流体(即，电介质组合物)，其包含由以下通式(I)表示的全氟化1‑烷氧基丙烯化合物：RfO‑CF＝CFCF3I其中Rf为CF3‑或CF3CF2‑。此类电介质流体可用于各种电气装置中。

Description

电介质流体和电气装置中的全氟化1-烷氧基丙烯
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年12月13日提交的美国临时专利申请62/598294的权益，该专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文。
背景技术
电介质气体用于各种电气装置，诸如例如电容器、变压器、电缆或总线、断路器和开关设备中。在此类电气装置中，由于电介质气体的较高电介质强度(DS)，故通常使用电介质气体替代空气作为电绝缘体。此类电介质气体允许比填充空气的电气装置高的功率密度。
六氟化硫(SF6)已成为许多电气应用中的主要保留电介质气体。SF6有利地为无毒的、不易燃的、易于处理的、具有可用的操作温度范围并具有优良的电介质和电弧中断属性。在变压器内，其也充当冷却剂。在变压器内的鼓风机常常循环气体，从而有助于从绕组热传递。然而，SF6的问题是其3200年的大气寿命，以及二氧化碳的全球变暖潜势的约22,200倍的全球变暖潜势(GWP)。
作为可能的替代物，已提出SF6与氮气、氦气或高压氮气的混合物。还确定了可与氮气或氦气混合的全氟化碳(PFC)气体；然而，PFC气体也具有高GWP值，因此限制了此类策略的环境影响的可能的降低。一些其它的替代混合物遭受在电弧放电过程中游离碳的释放、在电弧放电过程中或电弧放电之后增加的毒性，以及在储存、回收和再循环过程中气体处理的增加的难度。因此，需要此类电介质气体及其混合物的其它替代物。
发明内容
本公开提供了包含一种或多种全氟化1-烷氧基丙烯化合物的组合物，以及使用此类组合物的方法。
在一些实施方案中，提供了一种组合物，该组合物包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，该全氟化1-烷氧基丙烯化合物可呈反式构型或顺式构型：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-。此类组合物可被称为电介质组合物或电介质流体。
在一些实施方案中，此类电介质流体还可包含一种或多种次级电介质气体。
在一些实施方案中，提供了一种电气装置，该电气装置包括电介质流体，该电介质流体包含式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物和任选地一种或多种次级电介质气体。在一些实施方案中，此类电介质流体为绝缘体。
如本文所用，术语“电介质流体”包括液体电介质和气体电介质。在使用电子器件的温度和压力的操作条件下确定流体、气体或液体的物理状态。
在本文中，术语“包括”及其变型形式在说明书和权利要求中出现这些术语的地方不具有限制的含义。此类术语将理解为暗示包括所陈述的步骤或要素或者步骤或要素的组，但不排除任何其它步骤或要素或者步骤或要素的组。所谓“由......组成”是指包括并且限于短语“由......组成”随后的内容。因此，短语“由......组成”指示列出的要素为所需的或强制性的，并且不可存在其它要素。所谓“基本上由......组成”意指包括在该短语之后所列出的任何要素，并且限于不妨碍或有助于本公开中对所列要素规定的活性或作用的其它要素。因此，短语“基本上由......组成”指示所列要素为所需的或强制性的，但其它要素为任选的并且可存在或可不存在，取决于它们是否实质上影响所列要素的活性或作用。以开放式语言(例如，包括和由其衍生)引用到本说明书中的任何元件或元件的组合被认为是以封闭式语言(例如，由......组成和由其衍生)并且以部分封闭式语言(例如，基本上由......组成和由其衍生)另外地引用。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它权利要求也可能为优选的。此外，对一个或多个优选的权利要求的表述并不意味着其它权利要求为不可用的，并且并非旨在将其它权利要求排除在本公开的范围之外。
在本申请中，术语诸如“一个”、“一种”、“该”和“所述”并非旨在仅指单一实体，而是包括可用于举例说明的具体示例的一般类别。术语“一个”、“一种”、“该”和“所述”可与术语“至少一个(种)”互换使用。后接列表的短语“......中的至少一个(种)”和“包含......中的至少一个(种)”是指列表中项目中的任一项以及列表中两项或更多项的任何组合。
如本文所用，术语“或”一般按其通常的意义使用，包括“和/或”，除非该上下文另外清楚地指出。
术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部，或者所列要素中的任何两个或更多个的组合。
另外，在本文中，所有数值假定通过术语“约”修饰，并且在某些实施方案中优选地通过术语“精确地”修饰。如本文所用，关于所测量的量，术语“约”是指所测量的量方面的偏差，这个偏差为如一定程度地小心进行测量的技术人员应当能预期的那种与测量的目标和所用测量设备的精确度相称的偏差。在本文中，“至多”某数字(例如，至多50)包括该数字(例如，50)。
另外，在本文中，通过端点表述的数值范围包括该范围内包含的所有数字以及端值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。
如本文所用，术语“室温”是指20℃至25℃或22℃至25℃的温度。
术语“在范围中”或“在范围内”(以及类似的表述)包括所述范围的端值。
本文所公开的替代要素或实施方案的分组不应理解为限制性的。每个组成员可以单独引用和受权利要求书保护或者与组中的其它成员或其中发现的其它要素以任何组合方式引用和受权利要求书保护。预期组的一个或多个成员可能因便利性和/或专利性的原因而包含在组中或从组中删除。发生任何此类添加或删除时，说明书在本文中被视为含有修改的组，从而满足对所附权利要求书中使用的所有马库什组的书面说明。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“实施方案”、“某些实施方案”或“一些实施方案”等的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、构型、组合物或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各处出现的此类短语不一定是指本发明中的相同实施方案。此外，具体特征、构型、组合物或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式进行组合。
本公开的以上发明内容并不旨在描述本发明的每个公开实施方案或每种实施方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请通篇的若干处，通过示例列表提供了指导，这些示例可以各种组合使用。在每种情况下，所引用的列表都只用作代表性的组，并且不应被理解为排他性列表。因此，本公开的范围不应限于本文所述的特定说明性结构，而应至少扩展至由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式。本说明书中正面引用的作为替代方案的任何元件可根据需要以任何组合明确地包括于权利要求书中或从权利要求书排除。虽然本文可能已经讨论了各种理论和可能的机理，但在任何情况下都不应将此类讨论用于限制可受权利要求书保护的主题。
附图说明
图1为根据本公开的包括含有全氟化1-烷氧基丙烯化合物的电介质流体的电气硬件的图示。
具体实施方式
在诸如电容器的电气装置中，由于电介质流体的低电介质常数(K)和高电介质强度(DS)，因此它们常常用于取代空气。该类型的一些电容器包括金属箔导体和纸材或聚合物膜的固体电介质片材的交替层。其它电容器通过同心围绕中心芯部包裹(一个或多个)金属箔导体和(一个或多个)电介质膜而构造。该后一类型的电容器称为“绕膜”电容器。由于电介质流体的低电介质常数和高电介质强度，它们常常用于浸渍电介质膜。相比于填充空气或填充其它气体的电气装置，此类电介质流体允许更多的能量储存于电容器内(更高的电容)。
在例示性实施方案中，本公开涉及使用由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物，该全氟化1-烷氧基丙烯化合物可呈反式构型或顺式构型：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-，作为电介质流体。
在一些实施方案中，式(I)的化合物(CF3-O-CF＝CF-CF3和CF3CF2-O-CF＝CF-CF3)在含有它们的装置的操作条件下呈气相、液相或它们的组合。本公开的电介质流体可用于电气装置中。
在某些实施方案中，使用式(I)的化合物的混合物。在混合物的某些实施方案中，化合物的至少一部分呈反式构型，并且化合物的至少一部分呈顺式构型。在CF3-O-CF＝CF-CF3的某些实施方案中，至少一部分呈顺式构型，并且至少一部分呈反式构型。在CF3CF2-O-CF＝CF-CF3的某些实施方案中，至少一部分呈顺式构型，并且至少一部分呈反式构型。
式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可由路易斯酸与由以下通式(II)表示的全氟烷基醚化合物的反应制备：
Figure BDA0002526373950000051
其中Rf如式(I)所述。路易斯酸的示例包括TiF4、ZrF4、NbF5、TaF5、BF3、SbF5、ACF(氯氟化铝)、SbCl2F3、SbCl4F、HSbF6、SbCl5、AlCl3以及它们的混合物。此类制备反应的示例性条件示于实施例部分中。
本公开还提供了一种电气装置，该电气装置包括电介质流体，该电介质流体包含由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。在一些实施方案中，本公开还提供了一种电介质流体，该电介质流体包含由式(I)表示的一种或多种全氟化1-烷氧基丙烯化合物和一种或多种次级电介质气体的混合物。
由本公开的式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物有利地具有宽操作温度和压力范围，为热稳定和化学稳定的，在给定分压下具有高于SF6的电介质强度和热传递效率且具有低于SF6的全球变暖潜势(GWP)。另外，由本公开的式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物具有令人惊讶的低毒性。由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物在20kPa(千帕)的操作压力和含有它们的电气装置的操作温度下通常具有至少50kV/in(千伏/英寸)的电介质强度。
如本文所用，全球变暖潜势“GWP”为基于化合物的结构的化合物的变暖潜势的相对量度。由政府间气候变化委员会(IPCC)于1990年定义且于2007年更新的化合物的GWP计算为在指定积分时间范围(ITH)内，相对于释放1千克CO2引起的变暖，释放1千克化合物引起的变暖。
Figure BDA0002526373950000061
在该公式中，a为大气中每单位质量的化合物增加的辐射强迫(由于该化合物的IR吸收引起的穿过大气的辐射通量的改变)，C为化合物的大气浓度，τ为化合物的大气寿命，t为时间，并且i为受关注的化合物。
通常接受的ITH为100年，这表示短期效应(20年)和长期效应(500年或更长)之间的折中。假设在大气中的有机化合物i的浓度遵循准一级动力学(即指数式衰减)。相同时间间隔内的CO2浓度采用从大气交换和除去CO2的更复杂模型(Bern碳循环模型)。
由于在较低的大气环境中的降解，与SF6相比，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物具有较短的寿命，并且对全球变暖的贡献较小。由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯的GWP可小于500、小于250、小于100、小于50或甚至小于20。除电介质性能特性以及它们的相对低毒性之外，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的较低GWP使得它们非常适合用作电介质流体。
有利地，本公开的电介质流体具有高电介质强度，也描述为高击穿电压。一般而言，“击穿电压”(在特定频率下)是指施加至流体的电压，该电压引起流体电介质的重大损伤，从而使电流穿过流体传导。因此，本公开的流体电介质可在高电压下起作用。流体电介质也可表现出低的功耗因子，功耗因子即从诸如电容器的电气装置作为热量损失的电能的量。
在一些实施方案中，式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物在用作液体电介质时具有涵盖将其中任一者或两者用作组分的电气装置的操作温度范围的液相范围。
在一些实施方案中，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物具有涵盖其中其用作电介质组分的电气装置的操作温度范围的气相范围。例如，这些化合物的沸点在0℃至35℃范围内。诸如电容器、变压器、断路器和气体绝缘输电线的许多电气装置可在30℃和更高的温度下操作。
由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物在含有它们的电气装置的操作温度下的蒸气压为至少20kPa。
此外，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物在20kPa的电气装置中的操作压力下的电介质强度为至少50kV/英寸。更具体地讲，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物在装置的操作温度和压力下的电介质强度为至少80kV/英寸。
在一些实施方案中，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可与具有较高蒸气压的一种或多种次级电介质气体组合。在一些实施方案中，一种或多种次级电介质气体以使得蒸气压在25℃下或在电气装置的操作温度下为至少70kPa的量使用。
在一些实施方案中，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可与具有较低蒸气压的一种或多种次级电介质气体组合。
在一些实施方案中，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可与占混合物的50摩尔％或更多的一种或多种次级电介质气体组合。
这些次级电介质气体的沸点通常低于0℃，臭氧损耗潜势为零，全球变暖潜势低于SF6的全球变暖潜势(约22,200)，且为化学稳定和热稳定的。它们可为可冷凝的或不可冷凝的气体。可根据需要使用此类次级电介质气体的组合。
在一些实施方案中，次级电介质气体包括一种或多种氟化有机化合物。此类氟化有机化合物包括例如：全氟烷烃，诸如具有1至4个碳原子的那些；氟化烯烃，诸如CF3CH＝CHCF3、CF3CH＝CHCl、CF3CF＝CFCF3、CF3CF＝CH2、CF3CH＝CFH、CF3CF＝CFH、CF3CH＝CF2或HCF2CF＝CF2；氟化酮，诸如CF3C(O)CF(CF3)2、CF3CF2C(O)CF(CF3)2、CF3CF2CF2C(O)CF(CF3)2或(CF3)2CFC(O)CF(CF3)2；氟化腈，诸如(CF3)2CFCN；氟化硝基烷烃，诸如CF3CF2NO2；氟化二酮，诸如CF3C(O)C(O)CF3；以及氟化环氧乙烷，诸如WO 2012/102915(3M公司)中所述。
在一些实施方案中，次级电介质气体包括选自由氮气、二氧化碳、一氧化二氮(N2O)、氦气、氩气、氧气以及它们的组合(例如，空气)组成的组的一种或多种气体。
在本文所述的电介质流体的一些实施方案中，由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可与SF6组合，使得电介质流体的混合物具有低于单独SF6的全球变暖潜势。
在一些实施方案中，次级电介质气体与由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的蒸气压的比率为至少2.5∶1，具体地至少5∶1，并且更具体地至少约10∶1。
由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物可在气相中用于电绝缘和用于电能的传输和分配中所用的淬灭及电流中断设备。
可使用本公开的气体的主要类型的电气装置包括气体绝缘断路器、包括开关设备的电流中断设备、气体绝缘输电线、气体绝缘变压器和气体绝缘变电站。此类气体绝缘设备为全世界的电力传输和分配系统的主要部件。
在一些实施方案中，本公开提供了电气装置，诸如电容器，其包括彼此隔开的金属电极，使得气体电介质填充电极之间的空间。电气装置的内部空间还可包括一种或多种呈液体形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的贮存器。在某些实施方案中，贮存器包括与一种或多种呈气体形式的由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物平衡的一种或多种呈液体形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。因此，贮存器可补充式(I)的气态全氟化1-烷氧基丙烯化合物的任何损失。
对于断路器，此类气体的导热率和电介质强度，以及热恢复和电介质恢复(用于增加电阻率的短时间常数)可提供高中断能力。这些特性使气体能够在导电(电弧等离子体)与电弧的电介质态之间快速转变，并使其能够承受恢复电压的上升。
对于气体绝缘变压器，除了电介质特性之外，热传递性能和与现有装置的相容性使得本公开的电介质流体成为在该类电气设备中使用的期望的介质。
由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物具有比油绝缘明显的优点，包括不具有消防安全问题或环境相容性问题，并且具有高可靠性、少的维护、长的使用寿命、低毒性、易于处理和降低的设备重量。
对于气体绝缘输电线，式(I)的气态全氟化1-烷氧基丙烯化合物在工业条件下的电介质强度可为显著的，尤其是气体电介质在金属粒子污染下的行为、开关脉冲和闪电脉冲，以及快的瞬态电应力。式(I)的气态全氟化1-烷氧基丙烯化合物也可具有从导体至外壳的高热传递效率，且可长期稳定(例如，40年)。这些气体绝缘输电线可提供明显的优势，包括但不限于成本效率、高承载能力、低损耗、在所有额定电压下的可得性、无消防风险、可靠性，以及在人口稠密区中架空高压输电线的紧凑替代形式(其避免了架空输电线的公共关注)。
对于气体绝缘变电站，可使用本公开的电介质流体使整个变电站(断路器、断接器、接地开关、母线、变压器等，它们为互连的)绝缘，因此，电介质气体的所有上述属性均为重要的。
在一些实施方案中，气体电介质可作为气体本身存在于电气装置中，或者作为与液体处于平衡的气体存在于电气装置中。在这些实施方案中，液相可充当附加电介质气体的贮存器。
式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物作为电介质流体的用途在图1的通用电气装置中示出。图1示出了一种装置，该装置包括罐或压力容器2，该罐或压力容器2包括电气硬件3(诸如开关、变压器的断续器或线圈)，和至少一种式(I)的气态全氟化1-烷氧基丙烯化合物。任选地，式(I)的气态全氟化1-烷氧基丙烯化合物与式(I)的液体全氟化1-烷氧基丙烯化合物的贮存器平衡。
在另一方面，提供了一种电气装置，该电气装置包括作为绝缘材料的电介质液体，该电介质液体包含至少一种式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。本公开的电介质流体可用于使用电介质流体的多种其它应用中。此类其它应用的示例描述于美国专利4,899,249(Reilly等人)和3,184,533(Eiseman，Jr.)；以及英国专利1242 180(Siemens)中。
实施方案
实施方案1为一种电气装置，所述电气装置包括电介质流体，所述电介质流体包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-。
实施方案2为根据实施方案1所述的电气装置，所述电气装置还包括贮存器，其中所述贮存器包括呈液体形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案3为根据实施方案2所述的电气装置，其中所述贮存器还包括与一种或多种呈液体形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物平衡的呈气体形式的式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的电气装置，其中所述电气装置选自由气体绝缘断路器、电流中断设备、气体绝缘输电线、气体绝缘变压器和气体绝缘变电站组成的组。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的电气装置，其中所述电介质流体还包含SF6，使得所述电介质流体具有低于单独SF6的全球变暖潜势。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的电气装置，其中所述电介质流体还包含一种或多种次级电介质气体。
实施方案7为根据实施方案6所述的电气装置，其中所述一种或多种次级电介质气体以使得蒸气压在25℃下为至少70kPa的量使用。
实施方案8为根据实施方案6或7所述的电气装置，其中所述一种或多种次级电介质气体的沸点低于0℃。
实施方案9为根据实施方案6至8中任一项所述的电气装置，其中所述一种或多种次级电介质气体包含一种或多种氟化有机化合物。
实施方案10为根据实施方案9所述的电气装置，其中所述氟化有机化合物包含全氟烷烃、氟化烯烃、氟化酮、氟化腈、氟化硝基烷烃、氟化二酮、氟化环氧乙烷或它们的组合。
实施方案11为根据实施方案6至8中任一项所述的电气装置，其中所述一种或多种次级电介质气体选自氮气、二氧化碳、一氧化二氮、氦气、氩气、氧气以及它们的组合(例如，空气)。
实施方案12为根据实施方案6至11中任一项所述的电气装置，其中次级电介质气体与式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的蒸气压的比率为至少2.5∶1(至少5∶1，或至少约10∶1)。
实施方案13为根据前述实施方案中任一项所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物呈反式构型、顺式构型或它们的混合物。
实施方案14为根据实施方案13所述的电气装置，其包含式(I)的化合物的混合物，其中至少一部分呈反式构型，并且至少一部分呈顺式构型。
实施方案15为根据前述实施方案中任一项所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物的GWP小于500(小于250、小于100、小于50或甚至小于20)。
实施方案16为根据前述实施方案中任一项所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物的沸点在0℃至35℃的范围内。
实施方案17为根据实施方案1至16中任一项所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物为CF3-O-CF＝CF-CF3。
实施方案18为根据实施方案1至16中任一项所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物为CF3CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案19为一种电介质流体，所述电介质流体包含：由下式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-；以及一种或多种次级电介质气体。
实施方案20为根据实施方案19所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体以使得蒸气压在25℃下为至少70kPa的量使用。
实施方案21为根据实施方案19或20所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体的沸点低于0℃。
实施方案22为根据实施方案19至21中任一项所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体包含一种或多种氟化有机化合物。
实施方案23为根据实施方案22所述的电介质流体，其中所述氟化有机化合物包含全氟烷烃、氟化烯烃、氟化酮、氟化环氧乙烷或它们的组合。
实施方案24为根据实施方案19至21中任一项所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体选自氮气、二氧化碳、一氧化二氮、氦气、氩气、氧气以及它们的组合(例如，空气)。
实施方案25为根据实施方案19至24中任一项所述的电介质流体，其中次级电介质气体与式(I)的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的蒸气压的比率为至少2.5∶1(至少5∶1，或至少约10∶1)。
实施方案26为根据实施方案19至25中任一项所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物呈反式构型、顺式构型或它们的混合物。
实施方案27为根据实施方案26所述的电介质流体，所述电介质流体包含式(I)的化合物的混合物，其中至少一部分呈反式构型，并且至少一部分呈顺式构型。
实施方案28为根据实施方案19至27中任一项所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物的GWP小于500(小于250、小于100、小于50或甚至小于20)。
实施方案29为根据实施方案19至28中任一项所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物的沸点在0℃至35℃的范围内。
实施方案30为根据实施方案19至29中任一项所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物为CF3-O-CF＝CF-CF3。
实施方案31为根据实施方案19至29中任一项所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物为CF3CF2-O-CF＝CF-CF3。
实施方案32为根据实施方案19至29中任一项所述的电介质流体，其中所述由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物与具有较低蒸气压的一种或多种次级电介质气体组合。
实施方案33为根据实施方案19至29中任一项所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体占流体的50摩尔％或更多。
实施例
虽然通过以下实施例进一步说明了本公开的目的和优点，但在这些实施例中列举的具体材料及其量以及其它的条件和细节不应当理解为是对本公开的不当限制。除非另外指明，否则实施例和说明书的其它部分中使用的所有份数、百分比、比例等均按重量计，并且实施例中使用的所有试剂均得自或可得自一般化学品供应商，诸如例如美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company，Saint Louis，MO)，或者可通过常规的方法合成。在本节中使用以下缩写：mL＝毫升，h＝小时，g＝克，mmol＝毫摩尔，℃＝摄氏度，mm＝毫米，NMR＝核磁共振，GC-MS＝气相色谱-质谱，mm/Hg＝毫米汞柱，kPa＝千帕，kV＝千伏。表1中提供了本节段中所用材料的缩写以及材料的描述。
表1：材料的术语表
Figure BDA0002526373950000141
制备实施例1(PE-1)：经由AlCl3催化的1，1，2，3，3-五氟-3-(全氟乙氧基)丙-1-烯 (MA-2)的异构化选择性地制备1，2，3，3，3-五氟-1-(全氟乙氧基)丙-1-烯(MP-2)
向配备有磁力搅拌棒的40-mL小瓶中装入AlCl3(1.1g，8.2mmol)和MA-2(20.0g，75.2mmol)。将小瓶盖上盖子并在50℃下搅拌16h。将所得反应混合物在硅藻土垫上过滤，并且通过GC-FID分析滤液，其指示MA-2原料的转化率大于99％。然后通过同心管蒸馏(33℃，740mm/Hg(98.7kPa))纯化所得产物混合物，以得到无色液体形式的所需MP-2(17.1g，86％分离收率)。由GC-MS和19F NMR分析证实，结构为所需化合物的结构。
制备实施例2(PE-2)：经由AlCl3催化的1，1，2，3，3-五氟-3-(全氟甲氧基)丙-1-烯 (MA--1)的异构化选择性地制备1，2，3，3，3-五氟-1-(全氟甲氧基)丙-1-烯(MP-1)
向配备有顶置式搅拌器的600-mL不锈钢反应器中装入AlCl3(2.3g，17mmol)。将反应容器密封并且减压排空，然后加入MA-1(96g，444mmol)，接着在50℃下搅拌过夜。然后将顶部空间放空并冷凝到浸没在干冰/丙酮浴(-78℃)中的不锈钢圆筒中。同心管蒸馏得到MP-1(沸点低于10℃，79.3g，83％分离收率)。由GC-MS证实结构为所需化合物的结构。
实施例1和实施例2(EX-1和EX-2)以及比较例1、比较例2和比较例3(CE-1、CE-2和 CE-3)：电介质击穿电压测量结果
PE-1、PE-2、CE-1、CE-2和CE-3的气体电介质击穿电压使用Hipotronics OC60D-A电介质强度测试仪(购自美国纽约州布鲁斯特市的希波公司(Hipotronics，Brewster，NY，USA))实验测量，该测试仪经修改以允许对低压气体进行测量。电极构型由两个铜电极组成，这两个铜电极由容纳在气密PFTE(聚四氟乙烯)测试室中的0.1英寸(2.5mm)间隙隔开。首先将测试室抽空，然后将PE-1、PE-2、CE-1、CE-2或CE-3充至全蒸气压并抽空至表2和表3所示的测量压力。每次抽空后测量电介质击穿电压(以kV测量)以确定电介质强度，并且结果汇总于表2和表3中。
表2：PE-1、PE-2和CE-1的电介质击穿电压
Figure BDA0002526373950000151
N/M＝由于蒸气压而不可测量
表3：CE-2和CE-3的电介质击穿电压
Figure BDA0002526373950000161
表2和表3中的电介质击穿电压值表明PE-1和PE-2为优良的电绝缘体和断续器。令人惊讶的是，PE-1和PE-2的电介质击穿电压指示它们可优于相关的全氟烯烃(HFP，CE-1)、广泛使用的SF6(CE-2)和全氟化碳(全氟环丙烷，CE-3)。
本文引用的专利、专利文献和公布的全部公开内容均全文以引用方式并入，如同每个文件都单独引用一样。如果在所写的本说明书和以引用方式并入本文的任何文献中的公开内容之间存在任何冲突或矛盾，则将以所写的本说明书为准。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，对本公开进行的各种变型和更改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，本公开并不旨在受本文中示出的例示性实施方案和实施例的不当限制，并且此类实施例和实施方案仅以举例的方式呈现，本公开的范围旨在仅受本文中如下示出的权利要求书的限制。

Claims (16)

1.一种电气装置，所述电气装置包括电介质流体，所述电介质流体包含由以下通式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-。
2.根据权利要求1所述的电气装置，所述电气装置还包括贮存器，其中所述贮存器包括一定量的呈液体形式的所述电介质流体。
3.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中所述电气装置选自由电流中断设备、气体绝缘输电线、气体绝缘变压器和气体绝缘变电站组成的组。
4.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中所述电气装置选自气体绝缘断路器。
5.根据权利要求1或2所述的电气装置，所述电气装置还包括一种或多种次级电介质气体。
6.根据权利要求5所述的电气装置，其中一种或多种次级电介质气体选自氮气、二氧化碳、一氧化二氮、氦气、氩气、氧气以及它们的组合。
7.根据权利要求5所述的电气装置，其中一种或多种次级电介质气体选自全氟烷烃、氟化烯烃、氟化酮、氟化环氧乙烷、氟化腈、氟化硝基烷烃、氟化二酮以及它们的组合。
8.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物呈反式构型、顺式构型或它们的混合物。
9.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物为CF3-O-CF＝CF-CF3。
10.根据权利要求1或2所述的电气装置，其中所述式(I)的化合物为CF3CF2-O-CF＝CF-CF3。
11.一种电介质流体，所述电介质流体包含：
由下式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物：
RfO-CF＝CFCF3
I
其中Rf为CF3-或CF3CF2-；以及
一种或多种次级电介质气体。
12.根据权利要求11所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体以使得蒸气压在25℃下为至少70kPa的量使用。
13.根据权利要求11或12所述的电介质流体，其中次级电介质气体与由式(I)表示的全氟化1-烷氧基丙烯化合物的蒸气压的比率为至少2.5:1。
14.根据权利要求11或12所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体选自氮气、二氧化碳、一氧化二氮、氦气、氩气、氧气以及它们的组合。
15.根据权利要求11或12所述的电介质流体，其中所述一种或多种次级电介质气体选自全氟烷烃、氟化烯烃、氟化酮、氟化环氧乙烷、氟化腈、氟化硝基烷烃、氟化二酮以及它们的组合。
16.根据权利要求11或12所述的电介质流体，其中所述式(I)的化合物呈反式构型、顺式构型或它们的混合物。
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