CN116694308A - 一种环保浸没式电子冷却液及其制备方法 - Google Patents

一种环保浸没式电子冷却液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环保浸没式电子冷却液，含有长链氢氟烯烃5,5,6,6,7,7,‑七氟‑4,4‑双(三氟甲基)‑1‑庚烯，还含有I型六氟丙烯三聚体、全氟环烯烃1,3,3,4,4,5,5‑七氟‑2‑(全氟丙‑2‑基)环戊‑1‑烯和3,3,4,4,5,5‑六氟‑1,2‑双(全氟丙‑2‑基)环戊‑1‑烯中的一种或两种以上；该电子冷却液的制备方法为：向长链氢氟烯烃中加入I型六氟丙烯三聚体和全氟环烯烃中的一种、两种或三种搅拌。本发明的电子冷却液在含氟化合物中引入C＝C双键结构或/和环状结构，降低其介电常数及GWP100值，改善其对使用的电子元件的电信号稳定性，减少对环境的破坏；该制备方法简单，易于实现。

Description

一种环保浸没式电子冷却液及其制备方法
技术领域
本发明属于电子冷却技术领域，具体涉及一种环保浸没式电子冷却液及其制备方法。
背景技术
目前常用的浸没式电子冷却液根据分子结构种类及特性可分为氢氟烃、氢氟醚、全氟烷烃、全氟胺、全氟聚醚等。
一种性能优良的浸没式电子冷却液应该满足几项主要的技术指标：即较高的导热性能、较高的击穿电压、较高的体积电阻率、较低的介电常数和较低的全球变暖潜值GWP100(Global Warming Potential的英文缩写，GWP100是在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量；二氧化碳被作为参照气体，是因为其对全球变暖的影响最大)等，以确保其拥有良好的导热性、绝缘性、信号保真性及环境友好性。目前大多数市场上使用的电子冷却液均具有良好的导热性及绝缘性，但其全球变暖潜值GWP100一般较高，导致其在大气中停留时间较长、大气寿命较长，对环境破坏较大。部分电子冷却液的介电常数也较高，从而影响到浸没在其中的电子元件的信号的完整性及稳定性，较高的介电常数会导致工作中的电子元件的电信号受到外界环境的干扰而失真。
较高的GWP100值则会延长其使用后在大气中的降解时间，增加了对环境的破坏。随着全球变暖和温室效应的不断增强，近年来研究者们重点将新型浸没式电子冷却液的研究集中在对介电常数和GWP100值两项指标的改善上。具体目标就是在满足电子冷却液其他性质的条件下，尽量降低其介电常数和GWP100值。通常而言，氢氟烃的介电常数和全球变暖潜值GWP100值均较高，例如，美国科慕公司用作双相浸没式冷却液的HFC-4310mee的主要组份是一种饱和的含氟烷烃，其介电常数在1kHz下为6.1，GWP100值为1600。美国3M公司的Novec7500和Novec7700为目前常用的两种单相浸没式电子冷却液，其主要组份为氢氟醚，其介电常数分别为5.8和6.7，GWP100值分别为90和420。氢氟醚的GWP100值虽然比含氟烷烃低，但其介电常数仍然较高。由于氟原子半径小和负电荷集中，导致氟具有较低的电子和原子极化率。因此，从化学原理上讲，在冷却液分子中引入氟原子可降低化合物分子的极化率，从而降低化合物的介电常数。化合物分子中氟元素的质量分数越高，其介电常数越小，分子体积极化率越小，其介电常数也就越小。美国3M公司研发的FC-72双相浸没式电子冷却液的主要组份是全氟己烷，其介电常数为1.75，热力学和化学性质都相当稳定，不易燃，几乎无毒；但其GWP100值高于5000，不符合绿色环保的标准。3M公司的另一款单相浸没式冷却液产品FC-3283是目前广泛应用于互联网大型数据中心的浸没式电子冷却液，其主要组份为一种全氟胺，性能优良，其介电常数在1kHZ下为1.90，但其GWP100值也高于5000，对环境破坏较大。比利时索尔维公司的Galden HT PFPE系列冷却液属于全氟聚醚类物质。以HT170为例，其沸点为170℃，可用于单相浸没式冷却系统，其介电常数为1.94，但GWP100值也高于5000，属于强温室效应物质，不符合绿色环保的标准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种环保浸没式电子冷却液。该电子冷却液通过在含氟化合物中引入C＝C双键结构或/和环状结构的组分，既保证电子冷却液原有的导热性、绝缘性等指标，同时又降低其介电常数及GWP100值，从而改善其对所使用的电子元件的电信号的稳定性，并降低在大气中停留的时间、减少对环境的破坏，解决了现有电子冷却液无法同时满足低介电常数和低GWP100值的难题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种环保浸没式电子冷却液，其特征在于，该电子冷却液中含有长链氢氟烯烃5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯，还含有I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、全氟环烯烃1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯中的一种、两种或三种；所述电子冷却液的介电常数小于3.15、全球变暖潜值小于350。
上述的一种环保浸没式电子冷却液，其特征在于，所述电子冷却液中5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯的加入摩尔百分含量为20％～30％，I型六氟丙烯三聚体的加入摩尔百分含量为20％～80％，1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯、3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯的加入摩尔百分含量均为15％～50％，且各组分的摩尔百分含量总和为100％。本发明通过控制电子冷却液中各组分的摩尔百分含量，既利用长链氢氟烯烃和两种全氟环烯烃的极低的GWP100值，确保配制的电子冷却液具有使用后在大气中停留时间短、对环境友好的优点，又不会使得配制的电子冷却液的介电常数过高，在使用时导致浸没于其中的电子元件的电信号失真的问题，兼顾了低介电常数和低GWP100值两方面的性能要求。
另外，本发明还提供了一种制备如上述的环保浸没式电子冷却液的方法，其特征在于，该方法具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯与I型六氟丙烯三聚体、1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯中的一种、两种或三种进行常温搅拌混匀，得到无色透明的电子冷却液。
上述的方法，其特征在于，所述常温搅拌的转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为20min～30min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的电子冷却液以长链氢氟烯烃5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯为必须组分，该物质具有较高的沸点，可达119.5℃，较低的运动粘度，较高的导热系数，可达0.068W/(m.K)，较低的介电常数，为5.85(90℃、1kHz)，以及较低的GWP100值，经计算约为20，有效保证了电子冷却液的导热性能，并降低了电子冷却液的介电常数和全球变暖潜值GWP100值。
2、本发明的电子冷却液选择I型六氟丙烯三聚体、全氟环烯烃1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯中的一种、两种或三种与长链氢氟烯烃5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯进行配比，其中，I型六氟丙烯三聚体具有较低的介电常数2.04(1kHz下)、绝缘性能优良，GWP100值也较低约为420、流动性良好，有利于保证电子冷却液的绝缘性能，并降低电子冷却液的介电常数和GWP100值，而两种全氟环烯烃的电绝缘性性能高，介电常数较低约为1.86(1kHz下)，对浸没在其中的电子元件的电信号的传递性能好，而且分子中均含有不饱和键，在大气环境中可快速降解，故其GWP100值很低分别为53和62，这些性质均有利于提高电子冷却液的信号保真性能，并降低其GWP100值。
3、本发明的电子冷却液通过对组分的种类及含量进行配比设计，在含氟化合物中引入C＝C双键结构或/和环状结构，这两种结构既能保证电子冷却液原有的导热性、绝缘性等指标，同时又能降低其介电常数及GWP100值，从而改善其对所使用的电子元件的电信号的稳定性，并降低其在大气中停留的时间、减少对环境的破坏。
4、本发明获得的电子冷却液的介电常数小于3.15，保证浸没在其中的电子元件在使用过程中的电信号不会失真，且全球变暖潜值GWP100值小于350，在满足现有浸没式电子冷却液技术指标的前提下，温室效应低、大气寿命短，绿色环保。
5、本发明的电子冷却液适用于数据中心机柜、5G基站、功率控制半导体、配电开关设备、电路板、封装和未封装的半导体器件等设备的冷却降温。
6、本发明的电子冷却液制备方法简单，容易实现，适宜工业化生产。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯20％，I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯80％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯和I型六氟丙烯三聚体两种组分加入调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为20min，待两种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
实施例2
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯20％，1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯80％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯和1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯两种组分加入调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为20min，待两种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
实施例3
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯20％，3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯80％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯两种组分加入调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为20min，待两种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
实施例4
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯30％，I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯20％，1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯50％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯、I型六氟丙烯三聚体和1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯三种组分加入调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为30min，待三种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
实施例5
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯30％，I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯20％，3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯50％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯、I型六氟丙烯三聚体和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯三种组分加入调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为30min，待三种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
实施例6
本实施例的环保浸没式电子冷却液由以下摩尔百分含量的组分组成：5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯30％，I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯40％，1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯15％，3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯15％。
本实施例的环保浸没式电子冷却液的制备具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯、I型六氟丙烯三聚体、1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯四种组分加入到调和釜中，开启搅拌设置进行常温搅拌，转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为30min，待四种组分完全混合均匀后停止搅拌，得到无色透明液体即电子冷却液。
从本发明实施例1～实施例6制备的电子冷却液中取样，按照国家标准GB/T5654-2007《液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》进行介电常数测定。根据基团贡献法估计其全球变暖潜值GWP100值，并与目前常用的美国3M公司的FC-3283单相浸没式冷却液进行对比，结果如下表1所示。
表1本发明实施例1～6制备的电子冷却液的介电常数与GWP100值比较
从表1可知，本发明电子冷却液的介电常数均小于3.15，全球变暖潜值均小于350，相较于现有产品，本发明电子冷却液的介电常数稍高，但仍然可以满足一般的浸没式电子冷却液对介电常数的基本要求，但全球变暖潜值GWP100值远远低于现有产品，说明本发明的电子冷却液通过在含氟化合物中引入C＝C双键结构或/和环状结构，使得电子冷却液具有较低的介电常数及GWP100值，既保证了浸没在其中的电子元件电信号的完整性，又具有较低的全球变暖潜值，显著降低了其在大气中的停留时间，减少了其使用后的温室气体效应，是一种绿色环保的电子冷却液。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种环保浸没式电子冷却液，其特征在于，该电子冷却液中含有长链氢氟烯烃5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯，还含有I型六氟丙烯三聚体即(E)-1,1,1,4,5,5,5,6,6,7,7,7-十二氟-2,4-双(三氟甲基)-3-庚烯、全氟环烯烃1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯中的一种、两种或三种；所述电子冷却液的介电常数小于3.15、全球变暖潜值小于350。
2.根据权利要求1所述的一种环保浸没式电子冷却液，其特征在于，所述电子冷却液中5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯的加入摩尔百分含量为20％～30％，I型六氟丙烯三聚体的加入摩尔百分含量为20％～80％，1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯、3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯的加入摩尔百分含量均为15％～50％，且各组分的摩尔百分含量总和为100％。
3.一种制备如权利要求1或2所述的环保浸没式电子冷却液的方法，其特征在于，该方法具体过程为：将5,5,6,6,7,7,-七氟-4,4-双(三氟甲基)-1-庚烯与I型六氟丙烯三聚体、1,3,3,4,4,5,5-七氟-2-(全氟丙-2-基)环戊-1-烯和3,3,4,4,5,5-六氟-1,2-双(全氟丙-2-基)环戊-1-烯中的一种、两种或三种进行常温搅拌混匀，得到无色透明的电子冷却液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述常温搅拌的转速为200rmp/min～300rmp/min，时间为20min～30min。
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