CN113308290A - 一种阻燃变压器油及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃变压器油及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种阻燃变压器油及其制备方法，所述阻燃变压器油包括矿物变压器油和阻燃剂，还包括增溶剂，所述增溶剂为碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚。本发明以矿物变压器油为基础油，通过加入阻燃剂进行改性，并加入碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚等两亲性物质作为增溶剂，实现了在不影响矿物变压器油电气性能和理化性能的前提下，大幅度提高矿物变压器油与阻燃剂的相容性，从而获得阻燃性能较好的变压器油，弥补了高燃点的合成绝缘油、植物绝缘油因自身粘度大、稳定性差或成本高等因素难以广泛应用的不足，提高了矿物绝缘油的使用价值。

Description

一种阻燃变压器油及其制备方法
技术领域
本发明涉及变压器油技术领域，尤其涉及一种阻燃变压器油及其制备方法。
背景技术
变压器油是油浸式变压器最重要的组成部分之一，具有绝缘、散热、灭弧的作用，保障着变压器的运行安全。然而常用的变压器油为矿物绝缘油，闪点和燃点均小于180℃，在变压器内部发生短路、过热、漏电等故障时，容易引发变压器油燃烧，从而导致变压器火灾或爆炸事故，危及电网乃至公共安全。因此，研究与开发阻燃变压器油具有重要意义。
阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，阻燃剂有多种类型，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。其中添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的，目前添加型阻燃剂主要有有机阻燃剂和无机阻燃剂，有机阻燃剂是以磷系、氮系、卤系、磷氮系、氮卤系等为代表的一些阻燃剂，无机阻燃剂主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系。因此有研究人员提出在矿物变压器油中添加阻燃剂以获得阻燃变压器油。
但是，大多数的阻燃剂例如磷酸三苯酯、三(2，2，2-三氟乙基)磷酸酯、三聚氟氰等由于极性的缘故，与矿物变压器油的相容性很差，因此很难混合均匀，故而影响所得阻燃变压器油的阻燃性能和稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种阻燃变压器油及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种阻燃变压器油，包括矿物变压器油和阻燃剂，还包括增溶剂，所述增溶剂为碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚。
如前所述，矿物变压器油与大多数的阻燃剂由于极性差异因而相容性较差，对于因极性差异导致的相容问题，本领域常规思路是加入表面活性剂(具备同时亲水和亲油的性质)，例如较常用的油酸、正硅酸乙酯。由于传统的表面活性剂的增溶效果是针对“水/油”体系设计的，而对于“矿物油/阻燃剂”体系并没有很好的增溶效果，因此，加入表面活性剂对矿物变压器油与阻燃剂的相容性改善效果甚微或者在改善相容性的同时会影响矿物变压器油的电气性能和理化性能。本发明经过大量研究，发现碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚类物质等两亲性(既亲矿物油，又亲阻燃剂)物质，虽然本身一般不作为促进相容的试剂使用，但加入本发明的体系中，可以在不影响矿物变压器油电气性能和理化性能的前提下，大幅度提高矿物变压器油与阻燃剂的相容性，从而获得阻燃性能较好的变压器油。
所述碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚，包括但不限于三氟甲基环己烷、全氟丁基乙烯、全氟戊基乙烯、全氟己基乙烯、1-溴-全氟己基乙烯、全氟丁基乙基丙基醚、全氟异丁基辛-2-烯、全氟异丙基辛烷。
优选地，所述增溶剂为三氟甲基环己烷、全氟丁基乙烯、全氟己基乙烯中的一种或两种。
进一步地，所述矿物变压器油、所述阻燃剂与所述增溶剂的质量比为(65～99)：(1～35)：(1～35)。
当矿物变压器油、阻燃剂与增溶剂三者的比例满足上述条件时，所得阻燃变压器油具有良好的阻燃性和相容性，从而发挥良好的绝缘、散热、灭弧等作用。
本发明所述矿物变压器油为10号、25号、45号变压器油中的一种或多种。
所述阻燃剂为磷系、氮系、卤系、磷氮、磷卤、氮卤、磷氮卤系阻燃剂中的1～3种。
进一步地，所述阻燃变压器油还包括界面相容剂和/或偶联剂。
在本发明的体系中引入界面相容剂，可进一步提高阻燃变压器油与变压器材料的相容性，增强灭弧和散热效果，同时保护变压器材料不易老化，提高了变压器的运行安全性。
优选地，所述界面相容剂为1-氟己烷、1-氟庚烷、1-氟辛烷、1-氯辛烷、1,2-二氯辛烷、1-溴辛烷、1-溴己烷、1-碘己烷中的一种或两种。
在本发明的体系中引入合适的偶联剂，可进一步提高阻燃变压器油多元体系的相容性和长期稳定性，与传统混合油相比，提高了变压器油的使用寿命。
优选地，所述偶联剂为含氟或含硅表面活性剂，更优选为十三氟辛基三乙氧基硅烷、八氟丁基三乙氧基硅烷、全氟辛基磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、三氯辛硅烷、三甲氧基辛硅烷、三乙氧基辛硅烷、三乙氧基十六烷中的一种或两种。
在本发明的优选实施方式中，所述阻燃变压器油包括以下重量份的组分：矿物变压器油65～99份、阻燃剂1～35份、界面相容剂1～5份、偶联剂1～5份和增溶剂1～35份。
另一方面，本发明还提供上述阻燃变压器油的制备方法。
本发明所提供的制备方法包括将除所述增溶剂以外的组分混合均匀后，再与所述增溶剂混合直至得到均一透明油料的步骤。
具体地，可在混合过程中进行加热搅拌，加热温度为25～80℃，搅拌速度为400～1200r/min。其中所述混合过程既包括除增溶剂以外的组分的混合过程，也包括后续将增溶剂与其余组分混合物料混合的过程。
优选地，将增溶剂与其余组分混合物料混合时，采用逐滴滴加的方式添加所述增溶剂。
在本发明的一个具体实施方式中，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)共混：按重量份称取矿物变压器油放入容器中，然后加入阻燃剂、界面相容剂和偶联剂，加热搅拌，使其混合均匀得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加增溶剂，并继续加热搅拌，直至得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置一段时间后，无分层或浑浊现象，即得到阻燃变压器油。
步骤(1)中，加热搅拌的加热温度为25～80℃，搅拌速度为400～1200r/min，搅拌时间为20～60min。
步骤(2)中，采取逐滴缓慢添加增溶剂，加热搅拌的加热温度为25～80℃，搅拌速度为400～1200r/min，搅拌时间为2～6h。
步骤(3)中，室温静置时间不低于24h。
本发明提供了一种阻燃变压器油及其制备方法，本发明以矿物变压器油为基础油，通过加入阻燃剂进行改性，并加入碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚作为增溶剂，实现了在不影响矿物变压器油电气性能和理化性能的前提下，大幅度提高矿物变压器油与阻燃剂的相容性，从而获得阻燃性能较好的变压器油，弥补了高燃点的合成绝缘油、植物绝缘油因自身粘度大、稳定性差或成本高等因素难以广泛应用的不足，提高了矿物绝缘油的使用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
若无特别说明，本发明实施例所涉及原料均可通过市售获得。
实施例1
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油90份、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯10份和三氟甲基环己烷10份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取90份矿物变压器油放入容器中，然后称取10份三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯加入矿物油中，并在55℃下机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加10份三氟甲基环己烷，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
实施例2
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油90份、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯10份、1-氟己烷2份、十三氟辛基三乙氧基硅烷1份和三氟甲基环己烷7份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取90份矿物变压器油放入容器中，然后分别称取10份三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯、2份1-氟己烷、1份十三氟辛基三乙氧基硅烷加入矿物油中，并在55℃下，机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加7份三氟甲基环己烷，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料，在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
实施例3
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油80份、磷酸三苯酯20份和全氟丁基乙烯20份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取80份矿物变压器油放入容器中，然后称取20份磷酸三苯酯加入矿物油中，并在55℃下机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加20份全氟丁基乙烯，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
实施例4
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油80份、磷酸三苯酯20份、1-氟庚烷2份、全氟辛基磺酰氟1份和全氟丁基乙烯17份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取80份矿物变压器油放入容器中，然后分别称取20份磷酸三苯酯、2份1-氟庚烷、1份全氟辛基磺酰氟加入矿物油中，并在55℃下机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加17份全氟丁基乙烯，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
实施例5
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油90份、磷酸三苯酯8份和全氟己基乙烯9份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取90份矿物变压器油放入容器中，然后称取8份磷酸三苯酯加入矿物油中，并在55℃下机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加9份全氟己基乙烯，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
实施例6
本实施例提供一种阻燃变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油90份、磷酸三苯酯8份、1-氟己烷2份、三乙氧基辛硅烷2份和全氟己基乙烯5份。
本实施例还提供上述阻燃变压器油的制备方法，步骤如下：
(1)共混：按重量份称取90份矿物变压器油放入容器中，然后分别称取8份磷酸三苯酯、2份1-氟己烷、2份三乙氧基辛硅烷加入矿物油中，并在55℃下机械搅拌50min，搅拌速度为850r/min，得到混合油料；
(2)增溶：在机械搅拌下，向上述混合油料中缓慢滴加5份全氟己基乙烯，并在55℃下，继续加热搅拌6h，搅拌速度为850r/min，得到均一透明的油料；
(3)静置：将上述均一透明的油料在室温下冷却，并静置24h后，无分层或浑浊现象，得到阻燃变压器油。
对比例1
本对比例提供一种变压器油，由以下重量份的原料混合制成：25号矿物变压器油80份和磷酸三苯酯20份。
对比例2
本对比例提供一种变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油80份、磷酸三苯酯20份和油酸20份。其制备方法同实施例3。
对比例3
本对比例提供一种变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油80份、磷酸三苯酯20份和油酸40份。其制备方法同实施例3。
对比例4
本对比例提供一种变压器油，由以下重量份的原料制成：25号矿物变压器油80份、磷酸三苯酯20份和1-氟庚烷20份。其制备方法同实施例3。
性能测试
对各实施例和对比例所得到的变压器油产品进行性能测试，测试方法如下：
燃烧性能：油池火试验；击穿电压：GB/T507；运动粘度：GB/T265；静置6个月外观：目测；结果如表1所示。
表1各变压器油产品性能测试数据及对照
Figure BDA0003083263690000091
由以上结果可知，本发明通过在矿物变压器油中加入阻燃剂和增溶剂后，可得到阻燃性能优良的变压器油，其很难点燃，且点燃后2min左右自熄，而纯矿物变压器油很容易点燃，且燃烧剧烈，无自熄现象；而且本发明的变压器油产品，仍保持着较高的击穿电压，且运动粘度得到明显改善，有利于散热，提高了矿物变压器油的使用价值；添加界面相容剂和偶联剂可进一步提高阻燃变压器油的相容性和长期稳定性，静置一段时间后仍保持清澈透明的状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种阻燃变压器油，包括矿物变压器油和阻燃剂，其特征在于，还包括增溶剂，所述增溶剂为碳原子数为5～25的多卤代烃或多卤代醚。
2.根据权利要求1所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述增溶剂为三氟甲基环己烷、全氟丁基乙烯、全氟己基乙烯中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述矿物变压器油、所述阻燃剂与所述增溶剂的质量比为(65～99)：(1～35)：(1～35)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述矿物变压器油为10号、25号、45号变压器油中的一种或多种；
和/或，所述阻燃剂为磷系、氮系、卤系、磷氮、磷卤、氮卤、磷氮卤系阻燃剂中的1～3种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述阻燃变压器油还包括界面相容剂和/或偶联剂。
6.根据权利要求5所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述界面相容剂为1-氟己烷、1-氟庚烷、1-氟辛烷、1-氯辛烷、1,2-二氯辛烷、1-溴辛烷、1-溴己烷、1-碘己烷中的一种或两种；
和/或，所述偶联剂为含氟或含硅表面活性剂，优选为十三氟辛基三乙氧基硅烷、八氟丁基三乙氧基硅烷、全氟辛基磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、三氯辛硅烷、三甲氧基辛硅烷、三乙氧基辛硅烷、三乙氧基十六烷中的一种或两种。
7.根据权利要求1～6任一项所述的阻燃变压器油，其特征在于，所述阻燃变压器油包括以下重量份的组分：矿物变压器油65～99份、阻燃剂1～35份、界面相容剂1～5份、偶联剂1～5份和增溶剂1～35份。
8.权利要求1～7任一项所述的阻燃变压器油的制备方法，其特征在于，包括将除所述增溶剂以外的组分混合均匀后，再与所述增溶剂混合直至得到均一透明油料的步骤。
9.根据权利要求8所述的阻燃变压器油的制备方法，其特征在于，混合过程中进行加热搅拌，加热温度为25～80℃，搅拌速度为400～1200r/min。
10.根据权利要求8或9所述的阻燃变压器油的制备方法，其特征在于，与所述增溶剂混合时，采用逐滴滴加的方式添加所述增溶剂。
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