CN113462451B - 一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法 - Google Patents

一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：将菜籽绝缘油进行预处理，然后加入菜籽绝缘油重量的1~5%改性纳米氧化铝，超声振荡，得到抗氧化菜籽绝缘油；改性纳米氧化铝由以下步骤制备而成：在硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的0.5~2.0%由柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成的晶型控制剂，搅拌混合均匀得到混合溶液；向混合溶液中滴加氨水，直至混合溶液PH为8.0~9.5，搅拌反应，得到前驱体沉淀物，然后煅烧得到纳米粉末；对纳米粉末进行表面改性得到改性纳米氧化铝。本发明的方法中，采用纳米氧化铝粒子改性菜籽绝缘油，在保证电气绝缘性能的前提下可以增强其抗氧化性。

Description

一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法
技术领域
本发明属于高压电与绝缘材料技术领域，特别涉及一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法。
背景技术
油浸式变压器是电力系统的关键设备，其故障会导致停电，造成较大经济损失。油浸式变压器的绝缘性能主要取决于由绝缘油和绝缘纸组成的内绝缘。其中，绝缘油起到了绝缘和散热冷却的作用，保证绝缘油的良好运行特性对于变压器安全运行至关重要。目前常用的绝缘油为矿物绝缘油，矿物绝缘油来源于石油产品，是一种不可再生资源，同时其生物降解率低于30％，一旦发生泄漏将对土壤和水源造成污染。为解决日益重要的环保问题和满足可持续发展的要求，绿色环保的可再生绝缘液电介质体已成为新的研究课题。
菜籽油具有良好的电气性能，在工频击穿电压、相对介电常数等性能上达到甚至超过了矿物绝缘油的水平；生物降解能力好，生物降解率大于97％，具有环保性；还具有高燃点、低毒性；原料来源广、成本更低，可满足大规模生产和应用的要求，菜籽绝缘油被用作变压器绝缘油，解决了矿物绝缘油存在的污染问题和满足可持续发展要求。然而，在长期运行过程中，菜籽绝缘油相对于传统的矿物绝缘油更容易发生氧化，进而导致其绝缘性能降低。开发一种具有高抗氧化性的菜籽绝缘油，对变压器的稳定运行具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，提高菜籽绝缘油的抗氧化能力，延缓了菜籽绝缘油因被氧化而造成的绝缘性能下降速率。
为了实现以上目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油进行真空干燥，然后将菜籽绝缘油加热至50～60℃，机械搅拌，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)将改性纳米氧化铝加入步骤(1)得到的预处理菜籽绝缘油中，所述改性纳米氧化铝的添加量为所述预处理菜籽绝缘油重量的1～5％，然后进行超声振荡，得到抗氧化菜籽绝缘油；
所述改性纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的0.5～2.0％晶型控制剂搅拌混合均匀得到混合溶液，所述晶型控制剂由柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成；
S2.在搅拌状态下向步骤S1制得的混合溶液中滴加氨水，直至混合溶液PH为8.0～9.5，搅拌反应30～60min，陈化12～24h，过滤得滤饼，将滤饼洗涤、干燥，得到前驱体沉淀物；
S3.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，所述煅烧工艺参数为：升温速率为8～10℃/min，温度为1000～1200℃，时间为2～3h；
S4.将步骤S3得到的纳米氧化铝粉末与去离子水混合得到纳米氧化铝悬浊液，在纳米氧化铝悬浊液中加入表面改性剂，超声振荡，然后过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米氧化铝。
优选的，上述制备方法中，所述菜籽绝缘油酸值0.01～0.03mgKOH/g，闭口闪点260～270℃，击穿电压70～80kV。
优选的，上述制备方法中，所述步骤(1)中，机械搅拌工艺参数为：搅拌转速为250～300r/min，搅拌时间为30～60min；所述步骤(2)中，超声振荡工艺参数为：超声振荡功率为1000～1200W，时间为30～60min。
优选的，上述制备方法中，所述晶型控制剂中柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠的质量比为2～3:1～2:3～5。
优选的，上述制备方法中，所述硝酸铝溶液的浓度为0.5～2.0mol/L，所述氨水的体积百分比浓度15～25％。
优选的，上述制备方法中，所述纳米悬浊液的固含量为10～25％。
优选的，上述制备方法中，所述表面改性剂由聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成，所述表面改性剂中聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂的质量比为1～3:2～5:3～7。采用表面改性剂对纳米氧化铝进行表面改性，形成有机-无机杂化网络结构，增强纳米氧化铝与绝缘油界面的结合力，提高纳米氧化铝在绝缘油中的分散性和稳定性。
优选的，上述制备方法中，所述表面改性剂的加入量为所述纳米氧化铝悬浊液中纳米氧化铝干重的0.8～2.5％。
优选的，上述制备方法中，所述步骤S2中，干燥工艺为：60～80℃微波干燥0.5～1h。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明的制备方法中，采用纳米氧化铝粒子改性菜籽绝缘油，使菜籽绝缘油的抗氧化能力提高。纳米氧化铝改性菜籽绝缘油，在保证其电气绝缘性能的前提下可以增强其抗氧化性，延缓了菜籽绝缘油因被氧化而造成的绝缘性能下降速率，降低了安全隐患，使变压器运行更加安全、可靠、稳定。
2.本发明的制备方法中，在纳米氧化铝的制备过程中加入柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成的晶型控制剂，使得制备的氧化镁粒径可控且分布均匀，粒子细小，纳米氧化铝具有更高的比表面积和表面能，能够吸附更多绝缘油中的活性氧，提高菜籽绝缘油的抗氧化性。然后采用表面改性剂对纳米氧化铝进行表面改性，增强纳米氧化铝在绝缘油中的分散性和稳定性。
具体实施方式
下面将具体方案对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能限制本发明的保护范围。
实施例1
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油在真空条件下100℃干燥24h，然后将菜籽绝缘油加热至60℃，转速为250r/min条件下搅拌60min，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)在预处理菜籽绝缘油中加入预处理菜籽绝缘油重量的1％改性纳米氧化铝，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡30min，得到抗氧化菜籽绝缘油。
其中，改性纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在浓度为1.0mol/L硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的1.2％晶型控制剂搅拌混合均匀得到混合溶液，晶型控制剂由质量比为2:1:3柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成；
S2.在搅拌状态下向混合溶液中滴加体积百分比浓度为20％氨水，直至混合溶液PH为8.0～8.5，搅拌反应60min，陈化12h，过滤得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，60℃微波干燥1h，得到前驱体沉淀物；
S3.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，煅烧工艺参数为：升温速率为10℃/min，温度为1100℃，时间为3h；
S4.将纳米氧化铝粉末与去离子水混合得到固含量为20％的纳米氧化铝悬浊液，在纳米氧化铝悬浊液中加入纳米氧化铝粉末的1.5％表面改性剂，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡40min，然后过滤得沉淀，用去离子水洗涤3次，100℃真空干燥2h，得到改性纳米氧化铝。表面改性剂由聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成，表面改性剂由质量比为1:3:5聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(2)中改性纳米氧化铝的添加量为预处理菜籽绝缘油重量的2％，其他步骤和工艺参数与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(2)中改性纳米氧化铝的添加量为预处理菜籽绝缘油重量的3％，其他步骤和工艺参数与实施例1相同。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于：步骤(2)中改性纳米氧化铝的添加量为预处理菜籽绝缘油重量的4％，其他步骤和工艺参数与实施例1相同。
实施例5
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油在真空条件下100℃干燥24h，然后将菜籽绝缘油加热至60℃，转速为300r/min条件下搅拌30min，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)在预处理菜籽绝缘油中加入预处理菜籽绝缘油重量的1.5％改性纳米氧化铝，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡30min，得到抗氧化菜籽绝缘油。
其中，改性纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在浓度为1.2mol/L硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的1.8％晶型控制剂搅拌混合均匀得到混合溶液，晶型控制剂由质量比为3:1.5:4柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成；
S2.在搅拌状态下向混合溶液中滴加体积百分比浓度为20％氨水，直至混合溶液PH为8.5～9.0，搅拌反应60min，陈化24h，过滤得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，60℃微波干燥1h，得到前驱体沉淀物；
S3.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，煅烧工艺参数为：升温速率为10℃/min，温度为1150℃，时间为2.5h；
S4.将纳米氧化铝粉末与去离子水混合得到固含量为15％的纳米氧化铝悬浊液，在纳米氧化铝悬浊液中加入纳米氧化铝粉末的2％表面改性剂，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡40min，然后过滤得沉淀，用去离子水洗涤3次，100℃真空干燥2h，得到改性纳米氧化铝。表面改性剂由聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成，表面改性剂由质量比为2.5:4:7聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成。
对比例1
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油在真空条件下100℃干燥24h，然后将菜籽绝缘油加热至60℃，转速为250r/min条件下搅拌60min，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)在预处理菜籽绝缘油中加入预处理菜籽绝缘油重量的1％纳米氧化铝，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡30min，得到抗氧化菜籽绝缘油。
其中，纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在搅拌状态下向浓度为1.0mol/L硝酸铝溶液中滴加体积百分比浓度为20％氨水，直至混合溶液PH为8.0～8.5，搅拌反应60min，陈化12h，过滤得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，60℃微波干燥1h，得到前驱体沉淀物；
S2.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，煅烧工艺参数为：升温速率为10℃/min，温度为1100℃，时间为3h。
对比例2
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油在真空条件下100℃干燥24h，然后将菜籽绝缘油加热至60℃，转速为250r/min条件下搅拌60min，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)在预处理菜籽绝缘油中加入预处理菜籽绝缘油重量的1％纳米氧化铝，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡30min，得到抗氧化菜籽绝缘油。
其中，纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在浓度为1.0mol/L硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的1.2％晶型控制剂搅拌混合均匀得到混合溶液，晶型控制剂由质量比为2:1:3柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成；
S2.在搅拌状态下向混合溶液中滴加体积百分比浓度为20％氨水，直至混合溶液PH为8.0～8.5，搅拌反应60min，陈化12h，过滤得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，60℃微波干燥1h，得到前驱体沉淀物；
S3.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，煅烧工艺参数为：升温速率为10℃/min，温度为1100℃，时间为3h。
对比例3
一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油在真空条件下100℃干燥24h，然后将菜籽绝缘油加热至60℃，转速为250r/min条件下搅拌60min，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)在预处理菜籽绝缘油中加入预处理菜籽绝缘油重量的1％纳米氧化铝，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡30min，得到抗氧化菜籽绝缘油。
其中，纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在搅拌状态下向浓度为1.0mol/L硝酸铝溶液中滴加体积百分比浓度为20％氨水，直至混合溶液PH为8.0～8.5，搅拌反应60min，陈化12h，过滤得滤饼，将滤饼用去离子水洗涤3次，60℃微波干燥1h，得到前驱体沉淀物；
S2.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，煅烧工艺参数为：升温速率为10℃/min，温度为1100℃，时间为3h；
S3.将纳米氧化铝粉末与去离子水混合得到固含量为20％的纳米氧化铝悬浊液，在纳米氧化铝悬浊液中加入纳米氧化铝粉末的1.5％表面改性剂，然后在超声振荡功率为1000W条件下超声振荡40min，然后过滤得沉淀，用去离子水洗涤3次，100℃真空干燥2h，得到改性纳米氧化铝。表面改性剂由聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成，表面改性剂由质量比为1:3:5聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成。
对实施例1、实施例5和对比例1～3制备的纳米氧化铝采用激光粒度分析方法检测粒径大小(D50和D90)，测试结果如表1所示。
表1：实施例和对比例制备的纳米氧化铝的粒径分布
D50(nm) D90(nm)
实施例1 25 37
实施例5 28 40
对比例1 153 284
对比例2 31 56
对比例3 137 229
从表1中可以看出，采用本发明制备的纳米氧化铝粒子细小、粒径较为均匀，粒径分布窄。
对实施例1～5和对比例1～3制备出的菜籽绝缘油进行热老化试验，试验步骤为：将绝缘油样品置于老化罐中，抽去罐中的剩余空气，并充氮气后密封，将装有油品的老化罐置于130℃的老化箱中进行热老化。参照GB/T 5538-2005检测菜籽绝缘油过氧化值，参照GB/T5530-2005检测菜籽绝缘油酸值，水分含量的检测方法依据GB/T7600-2014进行，菜绝缘油中体积电阻率含量的检测方法依据DL/T421-2009电力用油体积电阻率测定法。
表2为热老化前后菜籽绝缘油的过氧化值、酸值、水分含量和体积电阻率测试结果。
表2：实施例和对比例制备的菜籽绝缘油的性能指标
Figure GDA0003234503900000111
从表中可以看出采用本发明提供的方法制备的抗氧化菜籽绝缘油的过氧化值优于未改性菜籽绝缘油，说明本发明的抗氧化菜籽绝缘油具有好的抗氧化性。此外采用本发明提供的方法得到抗氧化菜籽绝缘油的酸值、水分含量、体积电阻率等指标均优于未改性菜籽绝缘油，说明本发明制备的抗氧化菜籽绝缘油绝缘性能得以保持，并且优于未改性的菜籽绝缘油。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗氧化菜籽绝缘油的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将菜籽绝缘油进行真空干燥，然后将菜籽绝缘油加热至50～60℃，机械搅拌，得到预处理菜籽绝缘油；
(2)将改性纳米氧化铝加入步骤(1)得到的预处理菜籽绝缘油中，所述改性纳米氧化铝的添加量为所述预处理菜籽绝缘油重量的1～5％，然后进行超声振荡，得到抗氧化菜籽绝缘油；
所述改性纳米氧化铝由以下步骤制备而成：
S1.在硝酸铝溶液中加入硝酸铝干重的0.5～2.0％晶型控制剂搅拌混合均匀得到混合溶液，所述晶型控制剂由柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠组成；
S2.在搅拌状态下向步骤S1制得的混合溶液中滴加氨水，直至混合溶液PH为8.0～9.5，搅拌反应30～60min，陈化12～24h，过滤得滤饼，将滤饼洗涤、干燥，得到前驱体沉淀物；
S3.将前驱体沉淀物进行煅烧，然后研磨得到纳米氧化铝粉末，所述煅烧工艺参数为：升温速率为8～10℃/min，温度为1000～1200℃，时间为2～3h；
S4.将步骤S3得到的纳米氧化铝粉末与去离子水混合得到纳米氧化铝悬浊液，在纳米氧化铝悬浊液中加入表面改性剂，超声振荡，然后过滤、洗涤、干燥，得到改性纳米氧化铝。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述菜籽绝缘油酸值0.01～0.03mgKOH/g，闭口闪点260～270℃，击穿电压70～80kV。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，机械搅拌工艺参数为：搅拌转速为250～300r/min，搅拌时间为30～60min；所述步骤(2) 中，超声振荡工艺参数为：超声振荡功率为1000～1200W，时间为30～60min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述晶型控制剂中柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮和二辛基磺化琥珀酸钠的质量比为2～3:1～2:3～5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸铝溶液的浓度为0.5～2.0mol/L，所述氨水的体积百分比浓度15～25％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米悬浊液的固含量为10～25％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂由聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂组成，所述表面改性剂中聚乙二醇、月桂醇聚醚硫酸酯钠和硅烷偶联剂的质量比为1～3:2～5:3～7。
8.根据权利要求7所 述的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂的加入量为所述纳米氧化铝悬浊液中纳米氧化铝干重的0.8～2.5％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，干燥工艺为：60～80℃微波干燥0.5～1h。
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