CN116018386A - 有机热传递系统、方法和流体 - Google Patents

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Abstract

所公开的技术涉及一种热传递系统和热传递方法,其采用a)一种含有非导电、非水的且非与水混溶的介电油质热传递流体、b)至少一种固体纳米颗粒和c)表面活性剂的稳定的胶态分散体。具体地,该技术涉及一种稳定的胶态分散体,其具有低电导率、低易燃性和低凝固点,并在热传递系统诸如用于冷却电动车辆的电池组或动力系统的热传递系统中在降低峰值温度上性能优越。

Description

有机热传递系统、方法和流体
背景技术
所公开的技术涉及一种热传递系统和热传递方法,其采用以下物质的稳定的胶态分散体:a)含有非导电、非水的且非与水混溶的介电油质热传递流体,b)至少一种固体纳米颗粒和c)表面活性剂。具体地,该技术涉及一种稳定的胶态分散体,其具有低电导率、低易燃性和低凝固点,并在热传递系统诸如用于冷却电动车辆的电池组或动力系统的热传递系统中在降低峰值温度上性能优越。
功率源的运转产生热量。与该功率源通信的热传递系统调节所产生的热量,并确保功率源在最佳温度下运转。该热传递系统通常包括有利于吸收和耗散来自功率源的热量的热传递流体。热传递流体通常由水和乙二醇组成,较为昂贵,并易于冻结。传统的热传递流体还可表现出极高的电导率,通常在3000微西门子每厘米(μS/cm)或更高的范围内。通过加剧对金属部件的腐蚀,这种高电导率对热传递系统产生不利影响。同样,在热传递系统暴露于电流的情况下,例如在燃料电池等中,高电导率可导致电流短路并且发生触电。
尽管电池组被设计成具有高度的安全性和稳定性,但可能出现一部分电池组遭遇局部受热状况,产生大量热量的情况。当温度足够高且持续不减时,局部受热状况可转变为热失控状况,从而影响电池组的大部分区域,有时在某些情况下影响整个电池组。
当前的电池组设计包括集成且隔离的冷却系统,该冷却系统在整个壳体中传送冷却剂。当处于良好的工作状态时,来自冷却系统的冷却剂不与其中受保护的电位接触。有时发生泄漏并且冷却剂进入壳体的非预期部分中时则会发生上述情况。如果冷却剂具有导电性,其可桥接具有相对较大的电位差的端子。上述桥接可启动电解过程,在该电解过程中,冷却剂被电解,并当足够的能量传导到电解过程中时冷却剂将开始沸腾。上述沸腾可导致局部受热状况,局部受热状况可导致上述热失控状况。
因此需要一种采用具有低电导率和凝固点的低成本热传递流体的热传递系统和方法。
发明内容
因此,通过提供一种用于冷却电气元件的稳定的胶态分散体和一种操作与该稳定的胶态分散体接触的电气元件的方法,所公开的技术解决了电气元件冷却过程中的安全隐患问题。
具体实施方式
下面将通过非限制性说明的方式描述各种优选特征和实施方案。
此外,所公开的技术提供了一种稳定的胶态分散体。该稳定的胶态分散体包含a)非导电、非水的且非与水混溶的流体,b)固体纳米颗粒,和c)表面活性剂。如本文所用,“一种”固体纳米颗粒或“一种”表面活性剂或“一种”流体中的术语“一种”不限于所述要素中的仅一种,而是用于表示“至少一种”,其包括所述要素中的一种或多种,以及两种或更多种、三种或更多种等。
非导电、非水的、非与水混溶的流体
所公开技术的一个组成部分为非导电、非水的且非与水混溶的流体(或简称为“NCAMF”)。NCAMF可选自“American Petroleum Institute(API)Base OilInterchangeability Guidelines”(2011)中所描述的第I类至第V类基础油中的任一种,即:
Figure BDA0004113324260000021
I、II和III类均为矿物油基础原料。可使用其它一般公认类别的基础油,即使未被美国石油协会(API)正式归类:II+类,指粘度指数为110至119并且挥发性低于其它II类油的II类物质;和III+类,指粘度指数大于或等于130的III类物质。
虽然许多NCAMF可在该方法和/或系统中起作用,但已发现某些异链烷烃提供特别改善的热传递。
异链烷烃(或异链烷烃油)是含有至少一个烃基支链的饱和烃化合物,足以在极低温度和极高温度两者下提供流动性。本发明的异链烷烃可包括天然油和合成油、从对精炼油进行加氢裂化、氢化和加氢精制而衍生的油、再次精炼的油,或其混合物。
合成NCAMF可通过主要为直链烃的异构化产生,从而产生支链烃。直链烃可以来自天然、合成制备或衍生自费托反应或类似过程。异链烷烃可以衍生自加氢异构化的蜡,并通常可为加氢异构化的费托烃或费托蜡。在一个实施方案中,油可通过费托气制油合成工序和其它气制油进行制备。
合适的异链烷烃也可从天然、可再生的来源获得。天然(或生物衍生的)油是指衍生自可再生生物资源、有机体或实体的物质,其不同于衍生自石油或等效原材料的物质。烃油的天然来源包括脂肪酸甘油三酯、水解的或部分水解的甘油三酯、或经过酯交换的甘油三酯,例如脂肪酸甲酯(或称为FAME)。合适的甘油三酯包括但不限于棕榈油、大豆油、葵花油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油和相关物质。甘油三酯的其它来源包括但不限于藻类、动物脂和浮游动物。直链烃和支链烃可从植物油中获取或提取,并可以类似于合成油的方式进行加氢精制和/或加氢异构化,以产生异链烷烃。
另一类异链烷烃油包括聚烯烃。聚烯烃在本领域中是已知的。在一个实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有2至24个碳原子的烯烃。“可得自或衍生自”意指聚烯烃由具有上述提及的碳原子数的起始可聚合烯烃单体或其混合物聚合而成。在各实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有3至24个碳原子的烯烃。在一些实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有4至24个碳原子的烯烃。在又一些实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有5至20个碳原子的烯烃。在再一些实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有6至18个碳原子的烯烃。在再一些实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有8至14个碳原子的烯烃。在另选的实施方案中,聚烯烃可得自(或衍生自)具有8至12个碳原子的烯烃。
通常,可聚合烯烃单体包括丙烯、异丁烯、1-丁烯、异戊二烯、1,3-丁二烯或其混合物中的一种或多种。可用的聚烯烃的示例为聚异丁烯。
聚烯烃还包括可得自(或衍生自)α-烯烃的聚α-烯烃。α-烯烃可为直链或支链的或其混合物。包括单烯烃的示例为例如丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯和1-癸烯等。α-烯烃的其它示例子包括1-癸烯、1-十一碳烯、1-十二碳烯、1-十三碳烯、1-十四碳烯、1-十五碳烯、1-十六碳烯、1-十七碳烯、1-十八碳烯以及它们的混合物。可用的α-烯烃的示例为1-十二碳烯。可用的聚α-烯烃的示例为聚癸烯。
聚烯烃也可以为至少两种不同烯烃的共聚物,也称为烯烃共聚物(OCP)。优选地,这些共聚物为具有2至约28个碳原子的α-烯烃的共聚物,优选地为乙烯与至少一种具有3至约28个碳原子的α-烯烃的共聚物,通常由式CH2=CHR1表示,其中R1为包含1至26个碳原子的直链或支链烷基基团。优选地,上式中的R1可以是具有1至8个碳原子的烷基,并且更优选地可以是具有1至2个碳原子的烷基。优选地,烯烃聚合物为乙烯-丙烯共聚物。
在烯烃共聚物包含乙烯的情况下,乙烯含量优选地在20重量%至80重量%,更优选地30重量%至70重量%的范围内。当采用丙烯和/或1-丁烯与乙烯作为共聚单体时,此类共聚物的乙烯含量最优选地为45%至65%,尽管可存在更高或更低的乙烯含量。
NCAMF可基本上不含乙烯及其聚合物。上述组合物可完全不含乙烯及其聚合物。所谓“基本上不含”意指上述组合物含有小于50ppm、或小于30ppm、或甚至小于10ppm或5ppm或甚至小于1ppm的给定物质。
NCAMF可基本上不含丙烯及其聚合物。NCAMF可完全不含丙烯及其聚合物。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物可具有140至5000的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有200至4750的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有250至4500的数均分子量。由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有500至4500的数均分子量。通过凝胶渗透色谱法(GPC)利用聚苯乙烯标准进行测量,由上述烯烃单体制备的聚烯烃聚合物也可具有750至4000的数均分子量。利用聚苯乙烯标准的GPC是用于该参考文献中引用的所有分子量(Mn)的标准方法。
可使用矿物油和合成油的混合物,例如聚α-烯烃油和/或聚酯油。
NCAMF可为含有8个碳原子且至多50个碳原子并具有至少一个含有至少一个碳原子的烃基支链的饱和烃化合物。在一个实施方案中,饱和烃化合物可具有至少10个或至少12个碳原子。在一个实施方案中,饱和烃化合物可含有14至34个碳原子,条件是碳原子的最长连续链长不超过24个碳。
在各实施方案中,NCAMF将具有最长连续链长不超过24个碳的碳原子链。
在各实施方案中,通过尺寸排阻色谱法(SEC,也称为凝胶渗透色谱法或GPC)、液相色谱法、气相色谱法、质谱法、核磁共振(NMR)或它们的组合进行测量,饱和烃化合物可为分子量为140g/mol至550g/mol或160g/mol至480g/mol的支链无环化合物。
矿物油通常含有环状结构,即芳族或环烷属烃(也称为环烷烃)。在一个实施方案中,异链烷烃包含不含或基本上不含环状结构的饱和烃化合物。所谓“基本上不含”意指矿物油中存在小于1mol%、或小于0.75mol%、或小于0.5mol%或甚至小于0.25mol%的环状结构。在一些实施方案中,矿物油完全不含环状结构。
还发现,在所公开的方法中,当某些酯油和醚油用作介电油质热传递流体时,也提供特别改善的热传递。
适合用作介电油质热传递流体的酯包括一元羧酸与一元醇的酯;二醇与一元羧酸产生的二酯和二元羧酸与一元醇生的二酯;一元羧酸的多元醇酯以及一元醇与多元羧酸的聚酯;以及它们的混合物。酯可大致分为两类:合成酯和天然酯。
适合作为介电油质热传递流体的合成酯可包括一元羧酸(例如新戊酸、2-乙基己酸)和二元羧酸(例如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸和烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚体、丙二酸、烷基丙二酸和烯基丙二酸)与多种一元醇(例如丁醇、戊醇、新戊醇、己醇、辛醇、异辛醇、壬醇、癸醇、异癸醇、十二烷醇、十四烷醇、十六烷醇、2-乙基己醇、乙二醇、二乙二醇丁醚醋酸酯和丙二醇)中的任一种的酯。这些酯的具体示例包括己二酸二丁酯、二(2-乙基己基)癸二酸酯、富马酸二正己酯、癸二酸二辛酯、壬二酸二异辛酯、壬二酸二异癸基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二癸酯、癸二酸双二十烷酯、亚油酸二聚体的2-乙基己基二酯,和由1摩尔癸二酸与2摩尔四甘醇和2摩尔2-乙基己酸反应形成的复合酯。其它合成酯包括由C5-C12一元羧酸和多元醇和多元醇醚如新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、二季戊四醇和三季戊四醇制备的酯。酯还可以是一元羧酸和一元醇的单酯。
天然(或生物衍生的)酯是指衍生自可再生生物资源、有机体或实体的物质,其不同于衍生自石油或等效原材料的物质。适合作为介电油质热传递流体的天然酯包括脂肪酸甘油三酯、水解的或部分水解的甘油三酯、或酯交换的甘油三酯,例如脂肪酸甲酯(或称为FAME)。合适的甘油三酯包括但不限于棕榈油、大豆油、葵花油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油和相关物质。甘油三酯的其它来源包括但不限于藻类、动物脂和浮游动物。
其它合适的油质流体包括烷基化芳族油(例如烷基化萘)、低粘度环烷烃矿物油和(聚)醚油。亚烷基氧聚合物和共聚体及其衍生物以及其中端部羟基基团已通过例如酯化或醚化改性的那些物质构成可使用的其它类已知的合成润滑油。(聚)醚基础油的示例包括二乙二醇二丁醚。
固体纳米颗粒
稳定的胶态分散体包括至少一种固体纳米颗粒或固体纳米颗粒的混合物。
固体纳米颗粒可以包括金属纳米颗粒和非金属纳米颗粒两者。
就金属纳米颗粒而言,固体金属纳米颗粒的金属可包括碱土金属,例如镁、钙、锶和钡。
固体金属纳米颗粒的金属可包括过渡金属,例如钪、钇、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、锝、铼、铁、钌、锇、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌和镉。
固体金属纳米颗粒的金属可包括镧系或锕系的金属,例如镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、饵、铥、镱、镥、钍、镤和铀。
固体金属纳米颗粒的金属可包括后过渡金属,例如铝、镓、铟、铊、锡、铅、铋、钋。
固体金属纳米颗粒的金属可包括准金属,例如硼、硅、锗和锑。
在某些实施方案中,金属可包括铝。在各实施方案中,金属可包括铁。金属也可包括钌。金属可包括钴。金属可包括铑。金属可包括镍。金属可包括钯。金属可包括铂。金属可包括银。金属可包括金。金属可包括铈。金属可包括钐。金属可包括钨。
固体金属纳米颗粒可以其纯形式存在,或者以氧化物、碳化物、氮化物或任何这些物质的混合物或物质的组合存在。
例如,固体金属纳米颗粒可为氧化铁(例如,Fe2O3、Fe3O4)、氧化钴(例如,CoO)、氧化锌(例如,ZnO)、氧化铈(例如,CeO2)和氧化钛(例如,TiO2)。氧化硼(例如,B2O3)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。氧化铝(例如,Al2O3)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。氧化镁(例如,MgO)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。氧化钨(例如,W2O3、WO2、WO3、W2O5)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。
金属碳化固体金属纳米颗粒的示例可包括碳化铁(例如,Fe3CH4)、碳化钴(例如,CoC、Co2C、Co3C)、碳化锌(例如,ZnC)、碳化铈(例如,Cec2)和碳化钛(例如,TiC)。碳化硼(例如,B4C)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。碳化铝(例如,Al4C3)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。碳化钨(例如,WC)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。
金属氮化固体金属纳米颗粒的示例可包括氮化铁(例如,Fe2N、Fe3N4、Fe4N、Fe7N3、Fe16N2)、氮化钴(例如,Co2N、Co3N、Co4N)、氮化锌(例如,Zn3N2)、氮化铈(例如,CeN)和氮化钛(例如,TiN)。氮化硼(例如,BN)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。氮化铝(例如,AlN)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。氮化钨(例如,WN、W2N、WN2)是可采用的另一种固体金属纳米颗粒。
固体纳米颗粒还可包括固体非金属纳米颗粒。此类固体非金属纳米颗粒可以氧化物、碳化物、氮化物或任何这些物质的混合物或物质的组合的形式存在。例如,固体非金属纳米颗粒可以为氧化石墨烯。
固体纳米颗粒可具有小于1000nm的D50粒度。在一些实施方案中,固体纳米颗粒可具有小于700nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有小于500nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有小于250nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有小于100nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有小于75nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有小于50nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有0.01nm至1000nm的D50粒度。固体纳米颗粒还可具有0.1nm至100nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有1nm至75nm的D50粒度。固体纳米颗粒可具有10nm至50nm的D50粒度。D50粒度可根据ASTM E2490-09(2015)通过动态光散射进行测量。
固体纳米颗粒可具有1至5000的平均长宽比。如本文所用,“平均长宽比”是指纳米颗粒混合物中颗粒的长度与混合物中颗粒的宽度的平均比率。术语“平均”旨在表示可存在的任何和所有长宽比,但上述聚集体的平均长宽比在所公开的范围内。用于确定平均长宽比的长度和宽度的测量方法并非关键,只要相同的测量方法用于两种测量即可。固体纳米颗粒也可具有1至2500的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至1000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至500的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至250的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至100的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至50的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至25的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1至10的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有10至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有25至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有50至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有100至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有250至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有500至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有1000至5000的平均长宽比。固体纳米颗粒也可具有2500至5000的平均长宽比。
通常,固体纳米颗粒将被选择成具有比前述NCAMF的热导率大的热导率。在一些实施方案中,稳定的胶态分散体可包括具有大于5W/m-K的最小热导率的固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包括具有10W/m-K或以上热导率的固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包括具有30W/m-K或以上热导率的固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包括具有250W/m-K或以上热导率的固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包括具有500W/m-K或以上热导率的固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包括具有1000W/m-K或以上热导率的固体纳米颗粒。如本文所用,热导率可通过ASTM D7896-19进行测量。
该稳定的胶态分散体可包含基于胶态分散体的重量,浓度为0.5重量%至40重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为0.75重量%至35重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为1重量%至30重量%的至少一种固体纳米颗粒。在各实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为1.25重量%至25重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为0.5重量%至10重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为0.75重量%至8重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为0.1重量%至6重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为10重量%至40重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,该稳定的胶态分散体可包含浓度为15重量%至35重量%的至少一种固体纳米颗粒。在一些实施方案中,稳定的胶态分散体可包含浓度为20重量%至30重量%的至少一种固体纳米颗粒。
然而,当定量使用固体纳米颗粒时,应注意不超过稳定的胶态分散体的介电常数限制。这通常不会成为问题,除非使用了电导率更高的固体纳米颗粒,例如纯金属形式的固体纳米颗粒,并通常为高含量,例如10重量%或以上。在需要注意的情况下,可配制稳定的胶态分散体并测试分散体的介电常数。
表面活性剂
稳定的胶态分散体包含至少一种表面活性剂。表面活性剂在本领域中是已知的。本领域普通技术人员将很快认识到,表面活性剂包含亲油部分和极性部分两者,亲油部分赋予表面活性剂在油质流体中的溶解性,极性部分允许表面活性剂裂解成颗粒。
本技术中的表面活性剂实际上将包括烃基主链和极性部分两者,烃基主链赋予在非导电、非水的且非与水混溶的流体中的溶解性,极性部分可与至少一种固体纳米颗粒缔合并使粒子保持分散在流体中。
该表面活性剂可包括例如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂和分散剂。
在一个实施方案中,表面活性剂可以为阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂的非限制性示例公开于McCutcheon的Detergents and Emulsifiers(1998年由AlluredPublishing Corporation出版的北美版);和McCutcheon的Functional Materials(1992年北美版)中。这两篇文献全文以引用方式并入本文。阴离子表面活性剂可以为含水表面活性剂组合物领域中已知或先前使用的任何阴离子表面活性剂。合适的阴离子表面活性剂包括但不限于水杨酸盐、烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基磺酸盐、烷芳基磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、烷基酰胺磺酸盐、烷基芳基聚醚硫酸盐、烷基酰氨基醚硫酸盐、烷基单甘油酯醚硫酸盐、烷基单甘油酯硫酸盐、烷基单甘油酯磺酸盐、烷基琥珀酸盐、烷基磺基琥珀酸盐、烷基磺基琥珀酰胺酸盐、烷基醚磺基琥珀酸盐、烷基酰胺磺基琥珀酸盐;烷基磺基醋酸盐、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基酰氨醚羧酸盐、N-烷基氨基酸、N-酰基氨基酸、烷基肽、N-酰基牛磺酸盐、烷基羟乙基磺酸盐和羧酸盐,其中酰基基团衍生自脂肪酸;及其碱金属、碱土金属、铵、胺和三乙醇胺盐。
在一个方面,上述盐的阳离子部分选自钠盐、钾盐、钙盐、镁盐、铵盐、单三乙醇胺盐和二三乙醇胺盐,和单异丙胺盐、二异丙胺盐和三异丙胺盐。上述阴离子表面活性剂的烷基和酰基基团可含有6至约24个碳原子。上述阴离子表面活性剂的烷基和酰基基团可含有8至22个碳原子。在一些实施方案中,上述阴离子表面活性剂的烷基和酰基可含有12至18个碳原子。烷基和酰基基团可以为饱和的或不饱和的。表面活性剂中的芳基基团可选自苯基或苄基。在一个方面,上述示出的含醚表面活性剂的每表面活性剂分子可含有1至10个亚乙基氧和/或环氧丙烷单元,在另一个方面,每表面活性剂分子含有1至3个环氧乙烷单元。
合适的阴离子表面活性剂的其它示例包括但不限于用1摩尔、2摩尔、3摩尔、4摩尔或5摩尔亚乙基氧进行乙氧基化的月桂醇聚醚硫酸盐、十三醇聚醚硫酸盐、肉豆蔻醇聚醚硫酸盐、C12-C13烷醇聚醚硫酸盐、C12-C14烷醇聚醚硫酸盐和C12-C15烷醇聚醚硫酸盐中的钠盐、钾盐、锂盐、钙盐、镁盐和铵盐;和钠、钾、锂、镁、铵和十二烷基硫酸三乙醇胺、椰油醇硫酸酯、硫酸十三酯、硫酸十四酯、硫酸十六酯、鲸蜡硬脂醇硫酸酯、十八烷酯硫酸、油醇硫酸酯和牛脂醇硫酸酯、月桂基磺基琥珀酸二钠、月桂醇聚醚磺基琥珀酸酯二钠、椰油酰氧乙基磺酸钠、C12-C14烯烃磺酸钠、月桂醇聚醚-6羧酸钠、椰油酰基甲基牛磺酸钠、椰油酰甘氨酸钠、肉豆蔻酰基氨酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基苯磺酸钙和/或烷基苯磺酸镁、椰油酰基氨酸钠、椰油酰基谷氨酸钠、肉豆蔻酰谷氨酸钾、单月桂基三乙醇胺磷酸盐和脂肪酸皂,包括含有约8至约22个碳原子的饱和的和不饱和脂肪酸的钠盐、钾盐、铵盐和三乙醇胺盐。
阳离子表面活性剂可以为含水表面活性剂组合物领域中已知或先前使用的任何阳离子表面活性剂。可用的阳离子表面活性剂可以为例如在McCutcheon的Detergents andEmulsifiers(1998年北美版,同上)和Kirk-Othmer的Encyclopedia of ChemicalTechnology第4版23卷478页至541页中描述的那些活性剂中的一种或多种,这两个文献的内容以引用方式并入本文,此类表面活性剂达到可溶于NCAMF的程度。合适种类的阳离子表面活性剂包括但不限于烷基胺、烷基咪唑啉、乙氧基化胺、季化合物和季铵化酯。另外,烷基胺氧化物可在低pH下用作阳离子表面活性剂。
烷基胺表面活性剂可以为取代或未取代的脂肪C12-C22烷基伯胺、烷基仲胺和烷基叔胺的盐,有时称为“酰氨基胺”的物质。烷基胺及其盐的非限制性示例包括二甲基椰油胺、二甲基棕榈胺、二辛胺、二甲基十八胺、二甲基大豆胺、大豆胺、十四烷基胺、十三烷基胺、乙基硬脂胺、N-牛油丙二胺、乙氧基化硬脂胺、二羟基乙基硬脂胺、二十烷基二十二烷基胺、二甲基月桂胺、硬脂胺氢氯化物、大豆胺氯化物、硬脂胺甲酸盐、N-牛油丙二胺二氯化物和氨基封端的二甲硅油。
酰氨基胺及其盐的非限制性示例包括硬脂酰氨基丙基二甲基胺、硬脂酰氨基丙基二甲胺柠檬酸盐、棕榈酰氨基丙基二乙基胺和椰油酰氨基丙基二甲胺乳酸盐。
烷基咪唑啉表面活性剂的非限制性示例包括烷基羟乙基咪唑啉,例如硬脂基羟乙基咪唑啉、椰油基羟乙基咪唑啉、乙基羟甲基油基
Figure BDA0004113324260000111
唑啉等。
乙氧基化胺的非限制性示例包括PEG-椰油基聚胺、PEG-15牛脂胺、季铵-52等。
在可用作阳离子表面活性剂的季铵化合物中,一些对应于通式:(R20R21R22R23N+)E-,其中R20、R21、R22和R23独立地选自具有1至约22个碳原子的脂族基团,或在烷基链中具有1至约22个碳原子的芳族、烷氧基、聚氧化烯、烷基酰氨基、羟烷基、芳基或烷芳基基团;并且E为成盐阴离子,例如选自卤素(例如氯离子、溴离子)、乙酸根、柠檬酸根、乳酸根、乙醇酸根、磷酸根、硝酸根、硫酸根和烷基硫酸根的离子。除了碳原子和氢原子之外,脂族基团还可含有醚键、酯键和其它基团,例如氨基基团。较长链的脂族基团,例如具有约12个碳或以上的基团,可以为饱和或不饱和的。在一个方面,芳基基团选自苯基和苄基。
示例性季铵表面活性剂包括但不限于十六烷基三甲基氯化铵、氯化十六烷吡啶、氯化双十六烷基二甲基铵、双十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、双二十烷基二甲基氯化铵、双二十二烷基基二甲基氯化铵、双十六烷基二甲基醋酸铵、四甲基草酸铵、苯扎氯铵、苄索氯铵和二(椰油烷基)二甲基氯化铵、双(氢化牛油烷基)二甲基季铵、二氢化牛油基二甲基氯化铵、二氢化牛油基二甲基乙酸铵、二牛油二甲基硫酸甲酯铵盐、二牛油基二丙基磷酸胺和二牛脂基二甲基硝酸铵。
在低pH下,氧化胺可质子化,并且其表现类似于N-烷基胺。示例包括但不限于二甲基十二烷基氧化胺、油基二(2-羟乙基)氧化胺、二甲基十四烷基氧化胺、二(2-羟乙基)-十四烷基氧化胺、二甲基十六烷基氧化胺、山嵛胺氧化物、椰油胺氧化物、癸基十四胺氧化物、二(羟乙基)C12-C15烷氧丙基胺氧化物、二(羟乙基)椰油胺氧化物、二(羟乙基)月桂基胺氧化物、二(羟乙基)硬脂胺氧化物、二(羟乙基)牛脂基胺氧化物、氢化棕榈仁油胺氧化物、氢化牛脂基伯胺、羟乙基羟丙基C12-C15烷氧基丙胺氧化物、月桂基胺氧化物、肉豆蔻胺氧化物、十六烷基胺氧化物、油酰胺基丙胺氧化物、油胺氧化物、棕榈胺氧化物、PEG-3月桂基胺氧化物、二甲基月桂基胺氧化物、氮川三(亚甲基)三膦酸N-氧化物钾、大豆油酰胺基丙胺氧化物、椰油酰胺丙基胺氧化物、硬脂胺氧化物、牛脂基胺氧化物,以及它们的混合物。
如本文所用,术语“两性表面活性剂”还旨在包括两性离子表面活性剂,其作为两性表面活性剂的子集为本领域的配制人员所熟知。两性表面活性剂的非限制性示例公开于McCutcheon的Detergents and Emulsifiers(北美版,同上)和McCutcheon的FunctionalMaterials(北美版,同上);这两篇文献全文以引用方式并入本文。合适的示例包括但不限于氨基酸(例如,N-烷基氨基酸和N-酰基氨基酸)、甜菜碱、磺基甜菜碱和烷基两性羧酸盐。
适用于本发明实践的基于氨基酸的表面活性剂包括由下式表示的表面活性剂:
Figure BDA0004113324260000131
其中R25表示具有10至22个碳原子的饱和或不饱和烃基基团或具有9至22个碳原子的饱和或不饱和烃基基团的酰基基团,Y表示氢或甲基,Z选自氢、--CH3、--CH(CH3)2、--CH2CH(CH3)2、--CH(CH3)CH2CH3、--CH2C6H5、--CH2C6H4OH、--CH2OH、--CH(OH)CH3、--(CH2)4NH2、--(CH2)3NHC(NH)NH2、--CH2C(O)O-M+、--(CH2)2C(O)O-M+。M为成盐阳离子。在一个方面,R25表示选自直链或支链C10-C22烷基基团、直链或支链C10-C22烯基基团、由R26C(O)--表示的酰基基团的自由基,其中R26选自直链或支链C9-C22烷基基团、直链或支链C9-C22烯基基团。在一个方面,M+为选自钠阳离子、钾阳离子和铵阳离子的阳离子,以及单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺(TEA)的铵盐。
该氨基酸表面活性剂可衍生自α-氨基酸如丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸和缬氨酸的烷基化和酰化。代表性的N-酰基氨基酸表面活性剂为但不限于N-酰化谷氨酸,例如如椰油酰谷氨酸钠、月桂酰谷氨酸钠、肉豆蔻酰谷氨酸钠、棕榈酰谷氨酸钠、硬脂酰谷氨酸钠、椰油酰谷氨酸二钠、硬脂酰谷氨酸二钠、椰油酰谷氨酸钾、月桂酰谷氨酸钾和肉豆蔻酰谷氨酸钾的单羧酸盐和二羧酸盐(例如,钠、钾、铵和TEA);N-酰化丙氨酸如椰油酰氨基丙酸钠和月桂酰丙氨酸TEA盐的羧酸盐(例如钠、钾、铵和TEA);N-酰化甘氨酸如椰油酰甘氨酸钠和椰油酰甘氨酸钾的羧酸盐(例如钠、钾、铵和TEA);N-酰化肌氨酸如月桂酰肌氨酸钠、椰油酰肌氨酸钠、肉豆蔻酰肌氨酸钠、油酸肌氨酸钠和月桂酰肌氨酸铵的羧酸盐(例如钠、钾、铵和TEA);以及上述表面活性剂的混合物。
可用于本发明的甜菜碱和磺基甜菜碱选自烷基甜菜碱、烷基氨基甜菜碱和烷基酰氨基甜菜碱,以及由下式表示的相应硫代甜菜碱(磺基甜菜碱):
Figure BDA0004113324260000141
其中R27是C7-C22烷基基团或烯基基团,每个R28独立地为C1-C4烷基基团,R29是C1-C5亚烷基基团或羟基取代的C1-C5亚烷基基团,n为2至6的整数,A为羧酸根或磺酸根基团,并且M为成盐阳离子。在一个方面,R27为C11-C18烷基基团或C11-C18烯基基团。在一个方面,R28为甲基。在一个方面,R29为亚甲基、亚乙基或羟基亚丙基。在一个方面,n为3。在另一个方面,M选自钠阳离子、钾阳离子、镁阳离子、铵阳离子以及单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的铵盐。可使用上述甜菜碱和磺基甜菜碱的混合物。
合适的甜菜碱的示例包括但不限于月桂基甜菜碱、肉豆蔻基甜菜碱、椰油基甜菜碱、油基甜菜碱、椰油十六烷基二甲基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺丙基甜菜碱(CAPB)和椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱、以及它们的混合物。
烷基两性羧酸盐如烷基两性乙酸盐和烷基两性基丙酸盐(单取代和二取代的羧酸盐)可由下式表示:
Figure BDA0004113324260000151
其中R27为C7-C22烷基基团或烯基基团,R30为--CH2C(O)O-M+、--CH2CH2C(O)O-M+或--CH2CH(OH)CH2SO3 -M+,R31为氢或--CH2C(O)O-M+,并且M为选自钠、钾、镁、铵以及单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺的铵盐的阳离子。
示例性的烷基两性羧酸盐包括但不限于椰油酰两性基乙酸钠、月桂酰两性基乙酸钠、辛酰两性基乙酸钠、椰油酰两性基二乙酸二钠、月桂基两性咪唑啉、癸酰两性二乙酸二钠、辛酰基两性二乙酸二钠、椰油酰两性基二丙酸二钠、月桂酰两性基二丙酸二钠、辛基两性基二丙酸二钠和辛酰两性基二丙酸二钠。
非离子表面活性剂的非限制性示例公开于McCutcheon的Detergents andEmulsifiers(1998年北美版,同上);以及McCutcheon的Functional Materials(北美版,同上);这两篇文献全文以引用方式并入本文。在授予Barrat等人的美国专利4,285,841和授予Leikhim等人的美国专利4,284,532中描述了非离子表面活性剂的另外的示例,这两篇文献均全文以引用方式并入本文。非离子表面活性剂通常具有疏水部分,例如长链烷基基团或烷基化芳基基团,和含有经过各种程度(例如1至约50)的乙氧基化和/或丙氧基化的乙氧基和/或丙氧基部分的亲水部分。可使用的一些类别的非离子表面活性剂的示例包括但不限于乙氧基化烷基酚、乙氧基化和丙氧基化脂肪醇、甲基葡萄糖的聚氧乙烯醚、山梨醇的聚乙二醇醚、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、脂肪酸的乙氧基化酯、环氧乙烷与长链胺或酰胺的缩合产物、环氧乙烷与醇的缩合产物、以及它们的混合物。
合适的非离子表面活性剂包括例如烷基多糖、醇乙氧基化物、嵌段共聚物、蓖麻油乙氧基化物、鲸蜡/油醇乙氧基化物、鲸蜡硬脂醇乙氧基化物、癸醇乙氧基化物、二壬基酚乙氧基化物、十二烷基酚乙氧基化物、封端的乙氧基化物、醚胺衍生物、乙氧基化烷醇酰胺、乙二醇酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪醇烷氧基化物、月桂醇乙氧基化物、单支链醇乙氧基化物、壬基酚乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、油胺乙氧基化物、无规共聚烷氧基化物、脱水山梨糖醇酯乙氧基化物、硬脂酸乙氧基化物、硬脂胺乙氧基化物、牛油脂肪酸乙氧基化物、牛脂胺乙氧基化物、十三烷醇乙氧基化物、炔属二醇、聚氧乙烯山梨糖醇、以及它们的混合物。合适的非离子表面活性剂的各种具体示例包括但不限于甲基葡糖醇聚醚-10、PEG-20甲基葡糖二硬脂酸酯、PEG-20甲基葡糖倍半硬脂酸酯、十六烷基聚氧乙烯醚-8、十六烷基聚氧乙烯醚-12、十二烷基苯酚聚醚-12、月桂基聚氧乙烯醚-15、PEG-20蓖麻油、聚山梨醇酯-20、硬脂基聚氧乙烯醚-20、聚氧乙烯-10鲸蜡醚、聚氧乙烯-10硬脂醚、聚氧乙烯-20鲸蜡醚、聚氧乙烯-10油醚、聚氧乙烯-20油醚、乙氧基化壬基苯酚、乙氧基化辛基苯酚、乙氧基化十二烷基苯酚或乙氧基化脂肪(C6-C22)醇,包括3至20个环氧乙烷部分、聚氧乙烯-20异十六烷基醚、聚氧乙烯-23月桂酸甘油酯、聚氧乙烯-20硬脂酸甘油酯、PPG-10甲基葡糖醚、PPG-20甲基葡糖醚、聚氧乙烯-20脱水山梨糖醇单酯、聚氧乙烯-80蓖麻油、聚氧乙烯-15十三烷基醚、聚氧乙烯-6十三烷基醚、月桂醇聚醚-2、月桂醇聚醚-3、月桂醇聚醚-4、PEG-3蓖麻油、PEG600二油酸盐、PEG 400二油酸盐、各种泊洛沙姆如泊洛沙姆188、聚山梨醇酯21、聚山梨醇酯40、聚山梨醇酯60、聚山梨醇酯61、聚山梨醇酯65、聚山梨醇酯80、聚山梨醇酯81、聚山梨醇酯85、山梨坦辛酸酯、失水山梨醇椰油酸酯、山梨坦二异硬脂酸酯、山梨坦二油酸酯、山梨坦二硬脂酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、山梨坦异硬脂酸酯、山梨醇酐月桂酸酯、山梨醇酐油酸酯、山梨坦棕榈酸酯、山梨坦倍半异硬脂酸酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、山梨坦倍半硬脂酸酯、山梨醇硬脂酸酯、山梨坦三异硬脂酸酯、山梨醇酐三油酸酯、山梨醇酐三硬脂酸酯、山梨坦十一烯酸酯、或它们的混合物。
烷基糖苷非离子表面活性剂也可被使用,并且通常通过使单糖或可水解为单糖的化合物与醇如脂肪醇在酸性介质中反应来制备。例如,美国专利5,527,892和5,770,543描述了烷基糖苷和/或其制备方法。合适的示例可以商品名GlucoponTM220、225、425、600和625、
Figure BDA0004113324260000161
Figure BDA0004113324260000162
商购获得,所有这些均购自(CognisCorporation(Ambler,Pa))。
在另一方面,非离子表面活性剂包括但不限于烷氧基化甲基葡糖苷,例如甲基葡糖醇聚醚-10、甲基葡糖醇聚醚-20、PPG-10甲基葡萄糖醚和PPG-20甲基葡萄糖醚,其分别以商品名
Figure BDA0004113324260000171
E10、
Figure BDA0004113324260000172
E20、
Figure BDA0004113324260000173
P10和
Figure BDA0004113324260000174
P20购自LubrizolAdvanced Materials,Inc.;并且疏水改性的烷氧基化甲基葡糖苷也是合适的,例如PEG120甲基葡萄糖二油酸酯、PEG-120甲基葡萄糖三油酸酯和PEG-20甲基葡萄糖倍半硬脂酸酯,其分别以商品名
Figure BDA0004113324260000175
DOE-120、GlucamateTMLT和GlucamateTMSSE-20购自Lubrizol Advanced Materials,Inc.。其它示例性疏水改性的烷氧基化甲基葡糖苷公开于美国专利6,573,375和6,727,357中,其公开内容据此全文以引用方式并入本文。
其它可用的非离子表面活性剂包括水溶性硅氧烷,例如PEG-10聚二甲基硅氧烷、PEG-12聚二甲基硅氧烷、PEG-14聚二甲基硅氧烷、PEG-17聚二甲基硅氧烷、PPG-12聚二甲基硅氧烷、PPG-17聚二甲基硅氧烷及其衍生/官能形式,例如双-PEG/PPG-20/20聚二甲基硅氧烷、双-PEG/PPG-16/16PEG/PPG-16/16聚二甲基硅氧烷、PEG/PPG-14/4聚二甲基硅氧烷、PEG/PPG-20/20聚二甲基硅氧烷、PEG/PPG-20/23聚二甲基硅氧烷和全氟壬基乙基羧癸基PEG-10聚二甲基硅氧烷。
所谓分散剂意指聚合物分散添加剂,其通常为含有极性部分的烃基聚合物,该极性部分作为添加剂含酸或酸酐部分的一部分或与之缔合。这些分散剂可被描述为聚烯烃取代的羧酸、酯、酰胺或酰亚胺。
典型的分散剂包括N-取代的长链烯基琥珀酰亚胺,其具有多种化学结构,典型地包括:
Figure BDA0004113324260000176
其中每个R1独立地为烷基基团,通常为基于聚异丁烯前体的分子量(Mn)为500至5000的聚异丁烯基基团,并且R2为亚烷基基团,通常为亚乙基(C2H4)基团。此类分子通常通过烯基酰化剂与多胺的反应衍生而来,并且除了以上所示的简单酰亚胺结构之外,两个部分之间可能有多种共价键,包括多种酰胺和季铵盐。在上述结构中,胺部分显示为亚烷基多胺,但也可使用其它脂族和芳族单胺和多胺。另外,R1基团在酰亚胺结构上可能有各种共价键模式,包括各种环键。酰化剂的羰基基团与胺的氮原子的比率可以为1:0.5至1:3,并且在其它情况下为1:1至1:2.75或1:1.5至1:2.5。美国专利4,234,435和3,172,892以及欧洲专利0355895中更全面地描述了琥珀酰亚胺分散剂。
例如,此类分散剂可通过C3-C6聚亚烷基(例如,聚丙烯、聚异丁烯、聚戊烯、聚庚烯,最常见的为聚异丁烯)或其衍生物(例如,氯化衍生物)与单不饱和或α,β不饱和二元羧酸或其酸酐(例如马来酸酐或琥珀酸酐)反应以产生酰化的C3-C6聚亚烷基化合物来产生。酰化的聚亚烷基化合物可在无进一步官能化的情况下使用,或者其可与胺如伯胺或多胺如聚乙烯胺反应以产生分散剂。酰化聚亚烷基化合物的示例包括聚异丁烯琥珀酸酐(也称为PIBSA)。
聚异丁烯分散剂可以/能够通过氯辅助法、热烯反应(通常涉及高亚乙烯基聚合物)或自由基接枝法获得。酰化方法和工艺参数可产生被一至两个酰基基团取代的聚异丁烯,该基团优选地为琥珀酸或官能等同物。
另一类分散剂包括高分子量酯。这些物质类似于上述琥珀酰亚胺,不同的是其可被视为通过烃基酰化剂和脂族多元醇(诸如甘油、季戊四醇或山梨糖醇)的反应来制备。美国专利3,381,022更详细地描述了这种物质。
另一类无灰分散剂为美国专利5,330,667中所述类型的酰化聚亚烷基多胺。
另一类无灰分散剂为羟基取代的长链脂肪酸如12-羟基硬脂酸和酯的聚酯、酰胺及其胺和铵盐。聚酯可以为含有至少一个羟基基团的长链羧酸和化合物的反应产物,该化合物具有能够与所述酸缩合的氧或氮原子并进一步具有叔氨基基团。该反应产物可通过以任何顺序加入脂肪羧酸和具有能够与所述酸缩合的氧或氮原子的化合物来形成。如本文所用,关于聚酯所使用的术语“长链羧酸”意指具有8至22个或10至22个碳原子的碳链的酸,也称为脂肪羧酸。
在一些实施方案中,用于制备聚酯的羟基羧酸可以为12-羟基硬脂酸、蓖麻酸、12-羟基十二烷酸、5-羟基十二烷酸、5-羟基癸酸、4-羟基癸酸、10-羟基十一酸、以及它们的组合。
聚酯分散剂可进一步与含能够季铵化的叔胺基团的氮化合物或氧化合物进行反应。该具有能够与所述酸缩合的氧或氮原子并且还具有叔胺基团的化合物包括N,N-二乙基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺、N,N-二丁基乙二胺、N,N-二甲基-1,3-二氨基丙烷、N,N-二乙基-1,3-二氨基丙烷、N,N-二甲基氨基乙醇、N,N-二乙基氨基乙醇、或它们的组合。
本发明的聚酯分散剂的数均分子量(Mn)可以为500至3000、或700至2500。
另一类无灰分散剂为曼尼希碱。这些分散剂是通过较高分子量烷基取代的酚、亚烷基多胺和醛(例如甲醛)的缩合形成的物质。美国专利3,634,515中更详细地描述了这些物质。
其它分散剂包括聚合物分散添加剂,其可以为含有极性官能度以赋予聚合物分散特性的烃基聚合物。
分散剂也可通过与多种试剂中的任一种反应来进行后处理。多种试剂中有脲、硫脲、二巯基噻二唑、二硫化碳、醛、酮、羧酸、烃取代的琥珀酸酐、腈、环氧化物、硼化合物和磷化合物。美国专利4,654,403中详细列出了此类处理的参考文献。
分散剂还可通过与季铵化剂的反应进行季铵化,该季铵化剂为例如二烷基硫酸酯、苄基卤化物、烃基取代的碳酸酯;烃基环氧化物与酸或其混合物的组合。
该分散体中表面活性剂的含量将取决于几个变量,包括表面活性剂的类型、NCAMF的类型以及固体纳米颗粒的类型和量。然而,在大多数实施方案中,基于重量,表面活性剂的含量可以为至少一种纳米颗粒浓度的约0.1倍至约2倍。在一些情况下,基于重量,表面活性剂的含量可以为至少一种纳米颗粒浓缩物的约0.08倍至约1.5倍。基于重量,表面活性剂的含量还可以为至少一种纳米颗粒浓缩物的约0.1倍至约1倍、或约0.2倍至约0.75倍。
稳定的胶态分散体
该稳定的胶态分散体的确切配方取决于将采用分散体的系统,以及该系统期望的所需特性。例如,分散体用于冷却汽车中的电池组相对于冷却计算机服务器群,分散体的热导率、粘度、闪点和介电性将不同。
可通过首先选择至少一种非导电、非水的且非与水混溶的流体来配制该稳定的胶态分散体,该流体具有用于所选应用的所需介电性、闪点和粘度。可选择至少一种固体纳米颗粒,其具有用于所选应用的所需的热性能和传导性,并将其添加到非导电、非水的且非与水混溶的流体中。
一旦已经选择了至少一种非导电、非水的且非与水混溶的流体和至少一种固体纳米颗粒,就可以选择至少一种表面活性剂添加到分散体中。然后,可根据分散体制备领域中已知的标准技术制备稳定的胶态分散体。例如,该稳定的胶态分散体可通过将表面活性剂和纳米颗粒简单混合到非导电、非水的且非与水混溶的流体中进行制备。
然而,本发明人惊讶地发现,通过两步法制备该分散体产生更稳定的分散体。该两步法包括首先在搅拌下使纳米颗粒分散在醇如异丙醇中。合适的醇可包括例如任何C1-C10醇或其混合物,但优选地为C1-C5醇或其混合物,并且更优选地为C1-C3醇或其混合物。合适的醇可以为丙醇或异丙醇。不受理论的约束,据信醇具有较高pH值则可向混合物提供一定程度的静电稳定性,从而使纳米颗粒在醇中分散。
制备表面活性剂和非导电、非水的且非与水混溶的流体的混合物。然后,将纳米颗粒在醇中的分散体与所制备的表面活性剂与非导电、非水的且非与水混溶的流体的混合物进行混合。搅拌该组合物,使得表面活性剂从醇中提取纳米颗粒并使其进入非导电、非水的且非与水混溶的流体中。
在该两步法中,搅拌可通过任何已知的搅拌方法进行,例如简单混合或振荡。已发现,简单的混合对于将纳米颗粒分散在醇中的初始步骤效果良好,并且在帮助将纳米颗粒从醇中提取到表面活性剂中的是,超声处理效果良好。
介电常数(也称为相对介电常数)是用于浸入式冷却系统的热传递流体的重要特征。为了避免电流泄漏的问题,稳定的胶态分散体可具有如根据ASTM D924测量的10.0或以下的介电常数。如根据ASTM D924测量的,该稳定的胶态分散体的介电常数也可为7.5或以下。如根据ASTM D924测量的,该稳定的胶态分散体的介电常数也可为5或以下。如根据ASTMD924测量的,该稳定的胶态分散体的介电常数也可为4.0或以下。
该稳定的胶态分散体还可具有如根据ASTM D445_100在100℃下测量的至少0.7cSt、或至少0.9cSt、或至少1.1cSt、或0.7cSt至7.0cSt、或0.9cSt至6.5cSt、或甚至1.1cSt至6.0cSt的运动粘度。对于给定的化学族和泵功率,较高粘度的流体在去除热量方面效果不明显,原因在于其具有较高的流动阻力。
浸入式热传递流体需要在非常低的温度下自由流动。在一个实施方案中,该稳定的胶态分散体可具有如根据ASTM D5985测量的至少–50℃、或至少–40℃、或至少–30℃的倾点。在一个实施方案中,该稳定的胶态分散体可具有如根据ASTM D2983测量的在–30℃下不超过900cP、或在–30℃下不超过500cP、或在–30℃下不超过100cP的绝对粘度。
该稳定的胶态分散体可具有如根据ASTM D56测量的至少50℃、或至少60℃、或至少75℃、或至少100℃的闪点。
已发现,表面活性剂和NCAMF的某些组合产生特别稳定的混悬剂。例如,异链烷烃溶剂中使用表面活性剂与多胺琥珀酰亚胺头基的组合,或在酯溶剂中使用磺基琥珀酸盐头基,例如,或在醚溶剂中使用羟基硬脂酸头基。
在一个实施方案中,提供了一种稳定的胶态分散体,其具有(a)如根据ASTM D445_100测量的在100℃下运动粘度为0.7cSt至7.0cSt的液体烃、液体烃基二酯或多酯、或它们的混合物,(b)氧化铝纳米颗粒,和(c)至少一种具有极性头基的表面活性剂,该头基包括至少一种脂族胺、多胺、或它们的组合。表面活性剂可具有包括Mn为250至5000道尔顿的聚烯烃的主链。更具体地,表面活性剂的聚烯烃主链可包括乙烯的聚合物和共聚物。该聚烯烃主链还可以包括高级α-烯烃。该主链还可包括异丁烯或具有4个或更多个碳原子的共轭二烯。该聚烯烃主链也可为任何前述物质的组合。
冷却方法
所公开的技术提供了一种冷却电气元件的方法,该方法通过将电气元件浸入包含稳定的胶态分散体的浴槽中,并操作电气元件进行冷却。
电气元件包括利用电力并产生热能的任何电子器件,而热能必须被耗散以防止电子器件过热。示例包括飞机电子器件、计算机电子器件如微处理器、不间断电源(UPS)、电力电子器件(例如IGBT、SCR、半导体闸流管、电容器、二极管、晶体管、整流器等)等。另外的示例包括变换器、DC-DC转换器、充电器、相变变换器、电动机、电动机控制器、传输装置、KERS(动能回收系统)和DC-AC转换器。
虽然已提供了电气元件的若干示例,但热传递流体可用在任何组件中或用于任何电气元件,以提供具有低温性能的更佳热传递流体,而无需显著增加混合物的导电性和潜在易燃性。
该方法对于传递来自蓄电池系统的热量特别有用,该蓄电池系统例如为电动交通工具(例如电动车、电动卡车或甚至电气化公共交通工具如火车或有轨电车)中的那些蓄电池系统。电气化运输中的电气元件的主要部件通常是电池模块,其可以包括相对于彼此堆叠的一个或多个电池单元,以构造电池模块。由于充电和放电操作期间,每个电池单元可产生热量,或者由于相对极端的(即,热的)环境条件,热量可在电气化车辆的熄火状况期间传递到电池单元中。因此,电池模块将包括用于在环境和/或操作条件的全部范围内对电池模块进行热管理的热传递系统。实际上,电池模块的操作可发生在使用和消耗其中的电力期间,例如在电池模块的操作期间,或在电池模块的充电期间。就充电而言,热传递流体的使用可使电池模块在小于15分钟的时间段内充电恢复至总电池容量的至少75%。
类似地,电气化运输中的电气元件可包括需要通过热传递流体进行冷却的燃料电池、太阳能电池、太阳能电池板、光伏电池等。此类电气化运输工具还可包括例如在混合动力车辆中的传统的内燃机。
电气化运输工具还可包括作为电气元件的电动机。电动机可在沿着车辆驱动线的任何位置使用,以操作例如传动装置、轮轴和差动齿轮。此类电动机可通过采用热传递流体的热传递系统进行冷却。
该方法可包括提供包含需要冷却的电气元件的热传递系统。热传递系统将尤其包括浴槽,在浴槽中,电气元件可以使电气元件与稳定的胶态分散体实现直接流体连通的方式放置。该浴槽将与含有稳定的胶态分散体的热传递流体贮存器和热交换器进行流体连通。
该电气元件可以在操作热传递系统的同时进行操作。热传递系统可例如通过使稳定的胶态分散体循环通过热传递系统来进行操作。
例如,热传递系统可包括用以将冷却的稳定的胶态分散体从热传递流体贮存器泵送到浴槽中,并将加热的稳定的胶态分散体通过热交换器从浴槽中泵送出来并送回到热传递流体贮存器中的装置。这样,当操作电气元件时,热传递系统也可以被操作以向电气元件提供冷却的稳定的胶态分散体,以吸收由电气元件产生的热量,并移除已被电气元件加热的稳定的胶态分散体,以将其传送到热交换器进行冷却以及再循环回到热传递流体贮存器中。
如本文所公开的热管理系统可以允许电池快速充电的速率去除热量。高速充电的目标功率包括120kW至600kW。在电力系统充电或运行期间产生的热量最少为10kw。
本文所公开的组合物的各种实施方案可任选地包含一种或多种另外的性能添加剂。这些另外的性能添加剂可包括一种或多种阻燃剂、消烟剂、抗氧化剂、抗燃剂、金属钝化剂、流动添加剂、抗蚀剂、泡沫抑制剂、破乳剂、降凝剂、密封溶胀剂、以及它们的任意组合或混合物。通常,全配方热传递流体可包含这些性能添加剂中的一种或多种,并且通常包含一组多种性能添加剂。在一个实施方案中,一种或多种另外的添加剂可以0.01的重量百分比至最多3的重量百分比,或0.05的重量百分比至最多1.5的重量百分比,或0.1的重量百分比至最多1.0的重量百分比存在于稳定的胶态分散体中。
如本文所用,术语“烃基基团”以其普通含义使用,这是本领域技术人员众所周知的。具体地,它是指具有直接与分子的其余部分连接的碳原子并且主要具有烃特性的基团。烃基基团的示例包括:
烃取代基,即脂族(例如烷基或烯基)、脂环族(例如环烷基、环烯基)取代基以及芳族、脂族和脂环族取代的芳族取代基,以及环状取代基,其中环通过分子的另一部分完成(例如,两个取代基一起形成环);
取代的烃取代基,即含有非烃基团的取代基,在本发明的上下文中,这些非烃基团不改变取代基的主要烃性质(例如卤素(特别是氯和氟)、羟基、烷氧基、巯基、烷基巯基、硝基、亚硝基和硫氧基);
杂取代基,即在本发明的上下文中,虽然具有主要烃的特性,但为在由组成的环或链中包含碳以外的原子的取代基,其包括如吡啶基、呋喃基、噻吩基和咪唑基等的取代基。杂原子包括硫、氧和氮。通常,对于烃基基团中的每十个碳原子,将存在不超过两个或不超过一个非烃取代基;另选地,烃基基团中可不存在非烃取代基。
已知上述物质中的一些物质可在最终配制物中相互作用,使得最终配制物的组分可不同于最初添加的那些。例如,金属离子(例如洗涤剂的金属离子)可迁移至其他分子的其他酸性或阴离子位点。由此形成的产物,包括在其预期用途中采用本发明的组合物时形成的产物,可能不容易描述。然而,所有此类调节和反应产物都包括在本发明的范围内。本发明包括通过混合上述组分制备的组合物。
本发明可在电气元件操作期间用于进行冷却,参考以下示例可更好地予以理解。
实施例
在具有固体纳米颗粒稳定混悬剂的非导电、非水的且非与水混溶的流体中制备一系列热传递流体。流体的范围为简单的异链烷烃类到有机酯和醚化合物。稳定的混悬剂可通过两种通用途径,即单步法或多步法进行制备。下面详细描述了这两种方法。
用于制备稳定的混悬剂的单步法:
将表面活性剂加入到油质流体中,并对所得溶液进行超声处理,直至所有表面活性剂完全溶解。在该步骤之后,将纳米粉末加入到溶液中,并将纳米流体混悬剂在900W下进行超声处理30分钟。
用于制备稳定的混悬剂的多步法:
将纳米颗粒(20重量%)分散在pH>8的异丙醇(80重量%)中。将表面活性剂加入到油质流体中,并对所得油溶液进行超声处理,直至所有表面活性剂完全溶解。将在异丙醇中的纳米流体混悬剂加入到油溶液中,并将纳米流体混悬剂在900W下进行超声处理15分钟。经过超声处理后,将纳米流体混悬剂在70℃下放置8小时以蒸发所有异丙醇。异丙醇蒸发后,将最终的纳米流体在900W下进行超声处理15分钟。
用于制备稳定的混悬剂的研磨工艺:使用高剪切搅拌器分散石蜡/异链烷烃载体流体、分散剂和粉末MgO的混合物。然后,在再循环过程中使用具有较大的1mm陶瓷介质的水平介质研磨机分散该混合物,直至最大颗粒直径达到10微米至15微米的尺寸。在用1mm介质研磨之后,在再循环过程中使用具有亚毫米陶瓷介质的水平介质研磨机分散该混合物,直至稳定的分散体的颗粒达到0.5微米以下。研磨后,用含氧烃流体对该物质进行部分稀释。
用于所测试的流体组合物中的表面活性剂/分散剂的示例汇总于表1中。
表1:表面活性剂
Figure BDA0004113324260000251
利用上述表面活性剂,使用大量固体颗粒制备一系列混悬剂。混悬剂的组成总结如下(表2)。
表2:非水性混悬剂
Figure BDA0004113324260000252
Figure BDA0004113324260000261
1.固体颗粒的悬浮:1=单步法;2=两步法
2.片厚度小于2nm的单层石墨烯片
3.氧化铝线长长度为300nm,直径为5nm
4.用20重量%DHE和20重量%十二烷稀释EX17
测试
通过测量热导率(根据针对油的ASTM D7896)评价流体吸热和散热的能力。热性能和粘度测量结果汇总如下(表3)。根据ASTM D445_25测量25℃下的运动粘度。
表3:热测量
Figure BDA0004113324260000262
Figure BDA0004113324260000271
以上提及的每篇文献以引用方式并入本文,包括要求其优先权的任何先前申请,无论是否上文具体列出。任何文献的提及不是承认该文鲜有资格成为现有技术或构成任何司法管辖区技术人员的一般知识。除非在实施例中或另外明确指出,否则本说明书中指定物质量、反应条件、分子量、碳原子数目等的所有数值量应理解为由词语“约”修饰。应当理解,本文所述的量、范围和比例的上限和下限可独立地组合。类似地,本发明每种要素的范围和量可与任何其他要素的范围或量一起使用。
如本文所用,与“包含”、“含有”或“特征在于”同义的过渡术语“包括”是包括性或开放式的,而并不排除另外的、未列举的要素或方法步骤。然而,在本文对“包含”的每一次使用中,意在使该术语还涵盖作为替代实施方案的短语“基本上由……组成”和“由……组成”,其中,“由……组成”排除未指出的任何要素或步骤,并且“基本上由……组成”允许包括不实质上影响所考虑的组合物或方法的必要或基本和新颖特性的另外的未叙述的要素或步骤。
虽然为了说明本发明的目的已示出了某些代表性实施方案和细节,但对于本领域的技术人员来说,显然,在不脱离本发明范围的情况下仍可进行各种变化和修改。就这一点而言,本发明的范围仅由以下权利要求书限定。
一种稳定的胶态分散体,包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:(a)非导电、非水的且非与水混溶的流体、(b)至少一种固体纳米颗粒,其中该固体包含以下至少一种、基本上由以下至少一种组成或由以下至少一种组成:金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物以及它们的混合物,和(c)表面活性剂。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的I类基础油、基本上由API的I类基础油组成或由API的I类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的II类基础油、基本上由API的II类基础油组成或由API的II类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的II+类基础油、基本上由API的II+类基础油组成或由API的II+类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的III类基础油、基本上由API的II类基础油组成或由API的II类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的III+类基础油、基本上由API的II+类基础油组成或由API的II+类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的IV类基础油、基本上由API的II类基础油组成或由API的II类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含API的V类基础油、基本上由API的V类基础油组成或由API的V类基础油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含异链烷烃、基本上由异链烷烃组成或由异链烷烃组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含聚烯烃、基本上由聚烯烃组成或由聚烯烃组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含聚α-烯烃、基本上由聚α-烯烃组成或由聚α-烯烃组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含矿物油、基本上由矿物油组成或由矿物油组成。
根据前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含酯油、基本上由酯油组成或由酯油组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含0.5重量%至40重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含0.75重量%至35重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含1重量%至30重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含1.25重量%至25重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含0.5重量%至10重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含0.75重量%至8重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含0.1重量%至6重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含10重量%至40重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含15重量%至35重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含20重量%至30重量%的(b)至少一种固体纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的1000nm或以下的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的0.01nm至1000nm的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的0.01nm至1000nm的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的0.01nm至1000nm的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有如根据ASTM E2490-09(2015)测量的0.01nm至1000nm的D50粒度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含碱土金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含过渡金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含锕系金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含镧系金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含后过渡金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含准金属纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含固体氧化物纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氧化铝、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氧化镁、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氧化石墨烯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氧化锌、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含二氧化钛、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含固体碳化物纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含固体氮化物纳米颗粒、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氮化铝、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含氮化硅、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至2500的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至1000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至500的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至250的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至100的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至50的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至25的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1至10的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有10至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有25至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有50至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有100至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有250至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有500至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有1000至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒具有2500至5000的平均长宽比。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中(b)至少一种固体纳米颗粒包含平均长宽比介于1和5000之间的氧化铝线材、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含为所述至少一种纳米颗粒0.1倍至2倍的表面活性剂,基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含为所述至少一种纳米颗粒0.08倍至1.5倍的表面活性剂,基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含为所述至少一种纳米颗粒0.1倍至1倍的表面活性剂,基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,包含为所述至少一种纳米颗粒0.2倍至0.75倍的表面活性剂,基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含阴离子表面活性剂、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基醚硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含水杨酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷芳基磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含α-烯烃磺酸酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基酰胺磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基芳基聚醚硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基酰氨基醚硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基单甘油酯醚硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基单甘油酯硫酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基单甘油酯磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基琥珀酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含琥珀酸烷基酯磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基磺基琥珀酰胺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基醚磺基琥珀酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基酰胺磺基琥珀酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基磺基醋酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基磷酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基醚磷酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基醚羧酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基酰氨醚羧酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含N-烷基氨基酸、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含N-酰基氨基酸、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基肽、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含N-酰基牛磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基羟乙基磺酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羧酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含阳离子表面活性剂、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基咪唑啉、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含乙氧基化胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含季化合物、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含季铵化酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基氧化胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含非离子表面活性剂、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含乙氧基化烷基苯氧基、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含乙氧基化脂肪醇、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含丙氧基化脂肪醇、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含甲基葡萄糖的聚氧乙烯醚、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含山梨醇的聚乙二醇醚、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、基本上由其组成或由其组成嵌段共聚物。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含脂肪酸的乙氧基酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含环氧乙烷与长链胺或酰胺的缩合产物、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含环氧乙烷与醇的缩合产物、基本上由其组成或由其组成嵌段共聚物。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含两性表面活性剂、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含氨基酸、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含甜菜碱、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含磺基甜菜碱、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含烷基氨基羧酸盐、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚合物分散剂、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚烯烃取代的羧酸、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚烯烃取代的羧酸酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚烯烃取代的羧基酰胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚烯烃取代的羧酰亚胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含N-取代长链烯基琥珀酰亚胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含通过烃基酰化剂和脂族多元醇的反应制备的高分子量酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含酰化聚亚烷基多胺、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羟基取代长链脂肪酸的聚酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羟基取代长链脂肪酸酯的聚酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羟基取代长链脂肪酰胺的聚酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羟基取代长链脂肪胺的聚酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含羟基取代长链脂肪酸铵盐的聚酯、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含曼尼希碱、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂通过与季铵化剂反应进行季铵化,该季铵化剂包括二烷基硫酸酯、苄基卤化物、烃基取代的碳酸酯;烃基环氧化物与酸的组合以及它们的混合物。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂含有脂族胺极性头基。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂含有多胺极性头基。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂包含聚异丁烯琥珀或酸酐酸、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中非导电、非水的且非与水混溶的流体包含液态烃、液态烃基二酯或聚-酯,或它们的混合物,基本上由其组成或由其组成,其具有如根据ASTM D445_100在100℃下测量的0.7cSt至7.0cSt的运动粘度。
根据任何前述句子所述的稳定的胶态分散体,其中该表面活性剂含有分子量(Mn)为250道尔顿至5000道尔顿的聚烯烃。
根据任何前述句子所述的分散体,其中该聚烯烃包含乙烯、高级α-烯烃、异丁烯、具有4个或以上碳原子的共轭二烯或其任意组合的聚合物和共聚物、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述句子所述的分散体,其中该分散体以两步法制备,该两步法包括以下步骤,基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:(1)在搅拌下使该固体纳米颗粒分散在醇中;(2)将该表面活性剂与该非导电、非水的且非与水混溶的流体进行混合;以及(3)在搅拌下使(1)中的分散体与(2)中的混合物进行混合。
一种热传递系统,包括以下、基本上由以下组成或由以下组成:(a)根据任何前述句子中所要求保护的稳定的胶态分散体,和(b)循环系统,用于循环与电气元件紧密接触的稳定的胶态分散体。
一种电气元件的散热方法,包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:(a)提供与该电气元件紧密接触的热传递系统;(b)使如任何前述句子中要求保护的稳定的胶态分散体循环通过所述热传递系统;以及(c)操作该电气元件和该热传递系统。
一种制备含有非导电、非水的且非与水混溶的流体中的固体纳米颗粒的分散体的方法,包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:(1)在搅拌下使该固体纳米颗粒分散在醇中;(2)将表面活性剂与该非导电、非水的且非与水混溶的流体进行混合;以及(3)在搅拌下使(1)中的分散体与(2)中的混合物进行混合。
根据前一段落所述的方法,其中所述醇包括C1-C10醇或其混合物、基本上由其组成或由其组成。根据前一段落所述的方法,其中所述醇包括C1-C5醇或其混合物、基本上由其组成或由其组成。根据前一段落所述的方法,其中所述醇包括C1-C3醇或其混合物、基本上由其组成或由其组成。根据前一段落所述的方法,其中所述醇包括丙醇、基本上由其组成或由其组成。根据前一段落所述的方法,其中所述醇包括异丙醇、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述段落所述的方法,其中步骤1)中的搅拌包括混合、基本上由其组成或由其组成。根据任何前述段落所述的方法,其中步骤1)中的搅拌包括振荡、基本上由其组成或由其组成。根据任何前述段落所述的方法,其中步骤1)中的搅拌包括超声处理、基本上由其组成或由其组成。
根据任何前述段落所述的方法,其中步骤3)中的搅拌包括混合、基本上由其组成或由其组成。根据任何前述段落所述的方法,其中步骤3)中的搅拌包括振荡、基本上由其组成或由其组成。根据任何前述段落其中的方法,其中步骤3)中的搅拌包括超声处理、基本上由其组成或由其组成。

Claims (14)

1.一种稳定的胶态分散体,包含:
(a)非导电、非水的且非与水混溶的流体;
(b)至少一种固体纳米颗粒,其中所述固体包含金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物以及它们的混合物中的至少一者;和
(c)表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,包含0.5重量%至40重量%的(b)所述至少一种固体纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,其中,(b)所述至少一种固体纳米颗粒具有1000nm或以下的D50粒度。
4.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,包含为所述至少一种纳米颗粒0.1倍至2倍的表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,其中,(b)所述至少一种固体纳米颗粒包含氧化铝。
6.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,其中,(b)所述至少一种固体纳米颗粒包含氧化镁。
7.根据权利要求5所述的稳定的胶态分散体,其中,所述表面活性剂含有脂族胺极性头基、多胺极性头基或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,其中,所述非导电、非水的且非与水混溶的流体包含液态烃、液态烃基二酯或聚-酯、或它们的混合物,其具有如根据ASTM D445_100在100℃下测量的0.7cSt至7.0cSt的运动粘度。
9.根据权利要求8所述的稳定的胶态分散体,其中,所述表面活性剂包含分子量Mn为250道尔顿至5000道尔顿的聚烯烃。
10.根据权利要求8所述的分散体,其中,所述聚烯烃包含乙烯、高级α-烯烃、异丁烯、具有4个或更多个碳原子的共轭二烯或其任意组合的聚合物和共聚物。
11.根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,其中,所述分散体以两步法制备,所述两步法包括以下步骤,基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:(1)在搅拌下使所述固体纳米颗粒分散在醇中;(2)将所述表面活性剂与所述非导电、非水的且非与水混溶的流体进行混合;以及(3)在搅拌下使(1)所述分散体与(2)所述混合物进行混合。
12.一种热传递系统,包括:
(a)根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体,和
(b)循环系统,用于循环与电气元件紧密接触的所述稳定的胶态分散体。
13.一种电气元件的散热方法,包括:
(a)提供与所述电气元件紧密接触的热传递系统;
(b)使根据权利要求1所述的稳定的胶态分散体循环通过所述热传递系统;以及
(c)操作所述电气元件和所述热传递系统。
14.一种制备非导电、非水的且非与水混溶的流体中的固体纳米颗粒的分散体的方法,包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成:(1)在搅拌下使所述固体纳米颗粒分散在醇中;(2)将所述表面活性剂与所述非导电、非水的且非与水混溶的流体进行混合;以及(3)在搅拌下使(1)所述分散体与(2)所述混合物进行混合。
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