JP6175507B2 - オレイン酸及び中鎖長トリグリセリドベースの低粘度高引火点誘電性流体 - Google Patents
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Description
本発明は、誘電性流体に関する。一態様において、本発明は、C8及び/又はC10脂肪酸のトリグリセリドを含む誘電性流体に関し、別の態様において、本発明は、C18:1脂肪酸及び多価不飽和脂肪酸とともにC8及びC10脂肪酸のトリグリセリドを含む、誘電性流体に関する。
植物油(VO)ベースの誘電性流体、例えば変圧器液は、環境への配慮、及び変圧器の動作安全性を向上させる高引火点により、鉱油(MO)ベースの誘電性流体に代わり発電産業において次第に使用されるようになっている。しかしながら、VOベースの誘電性流体は、MOベースの誘電性流体よりも顕著に高い粘度を有し、これによって、VOベースの誘電性流体を用いる伝熱動作は弱くなる。したがって、市場ニーズとして、トリグリセリドに低融点かつ少量の多価不飽和脂肪酸と組み合わせて高い引火点という利点を維持しつつ、変圧器の伝熱効率を向上させるように、粘度が低下したVOベースの誘電性流体が存在する。表1は、天然源から利用可能な種々の油による要求の満たされていない特性を比較している。具体的には、トウモロコシ油、綿実油、アマニ油、カノーラ油、サフラワー油、ヒマワリ油及び大豆油は、15%を超える高い含量の多価不飽和脂肪トリグリセリドを有するが、ひまし油、クランベ油、レスケレラ油(lesquerella)及びオリーブ油は、33cPを超える高い粘度であり、また、ヤシ油及びパーム油は高い融点である。
1.ポリα‐オレフィン、合成ポリオールエステル及びポリグリセリン脂肪酸エステルなどの低粘度流体とブレンドすることによって、VOベースの誘電性流体の粘度を低下させること。ただし、これらのアプローチによって、引火点を低下することができるか、又は非天然ベースの供給源に置換することができる。
2.VOベースの誘電性流体を、脂肪酸アルキルエステルなどの希釈剤と混合することであるが、これは、カノーラ油の粘度を33センチポアズ(cP)未満まで低下させるように、10重量%(wt%)を超える希釈剤を必要とする。ただし、これによっても、引火点が低下する。
3.VOベースの誘電性流体において不飽和を増加させることによって、流体の粘度が低下するだけでなく、流体の酸化安定性も低下する(米国特許第6,117,827号を参照)。
4.VOベースの誘電体において飽和C12‐C16トリグリセリドの量を増加させることであるが、これによって、流体の融点も上昇する。
A.組成物の重量を基準として30〜70重量%のC18:1脂肪酸と、
B.組成物の重量を基準として10〜55重量%の、C8脂肪酸とC10脂肪酸の混合物であって、この混合物の重量を基準として50〜70重量%のC8脂肪酸を含む、混合物と、
C.組成物の重量を基準として13重量%以下の多価不飽和脂肪酸と、
D.それぞれ少なくとも12個の炭素原子を含有する、組成物の重量を基準として7重量%以下の飽和脂肪酸と、を含む組成物である。
トリグリセリドは、グリセロールと、C18:1、C8、C10、多価不飽和及び飽和C12:0以上の脂肪酸のいずれかの組合せとを含み得る。脂肪酸は、いずれかの順序によりグリセロール分子に結合することができ、例えば、いずれかの脂肪酸は、グリセロール分子のいずれかのヒドロキシル基と反応して、エステル結合を形成することができる。本発明の組成物は、誘電性流体として有用であり、(i)40℃において33cP以下(≦)及び10℃において120cP以下の粘度、(ii)260℃以上(≧)、好ましくは270℃以上の引火点、並びに(iii)−8℃以下の融点を示す。
別段明記されていないか、文脈から暗示されていないか、又は当該技術分野において慣例でない限り、すべての部及びパーセントは、重量を基準とし、すべての試験方法は、本開示の出願日時点で最新のものである。米国特許実務の目的上、いかなる参照特許、特許出願又は刊行物の内容も、特に、定義(本開示において具体的に規定されているいずれかの定義と矛盾しない範囲で)の開示、及び当該技術分野の一般知識に関して、参照によりこれらの全体において援用される(又は、その米国版は、そのように参照により援用される。)。
1.90.00℃において平衡、
2.ランプ2.00℃/分〜−90.00℃、
3.サイクル1の終了、
4.ランプ2.00℃/分〜90.00℃、
5.サイクル2の終了、
6.ランプ2.00℃/分〜−90.00℃、
7.サイクル3の終了、及び、
8.方法の終了。
サイクル1及びサイクル3の平均ピーク温度は、組成物の融点として記録される。融点は、流動点と適切に十分相関する。
本発明によるトリグリセリド組成物の第1の脂肪酸成分は、C18:1であり、すなわち、これは、18個の炭素原子を含有し、1つの二重結合を有する。代表的なC18:1脂肪酸には、オレイン酸及びバクセン酸が含まれ、オレイン酸が好ましい。C18:1トリグリセリドは、グリセロールと、3つのC18:1脂肪酸、例えば、3つのオレイン酸、又は3つのバクセン酸、又は2つのオレイン酸とバクセン酸、又は1つのオレイン酸と2つのバクセン酸のいずれかの組合せとを含み得る。3つのC18:1脂肪酸は、いずれかの順序によりグリセロール分子に結合することができ、例えば、いずれかのC18:1脂肪酸は、グリセロール分子のいずれかのヒドロキシル基と反応して、エステル結合を形成することができる。通常、トリグリセリドのC18:1脂肪酸はオレイン酸である。C18:1トリグリセリドは、組成物の30〜70重量%、典型的には40〜65重量%、より典型的には50〜60重量%を含む。
A.30〜70%のC18:1脂肪酸と、
B.10〜55%の、C8脂肪酸とC10脂肪酸の混合物であって、この混合物の重量を基準として50〜70重量%のC8脂肪酸を含む、混合物と、
C.13%以下の多価不飽和脂肪酸と、
D.それぞれ少なくとも12個の炭素原子を含有する、7%以下の飽和脂肪酸と、から本質的になる、トリグリセリドの組成物である。
本実施形態は、1以上の添加剤、例えば、酸化防止剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、顔料などを含有し得るが、具体的には、無視することができる量、例えば、組成物の重量を基準として10重量%未満で特定されるか又は含まれるもの以外のいかなる脂肪酸も除外される。これらの「他の」脂肪酸は、存在する場合、通常、天然源の油、例えば、トウモロコシ油、大豆油などから、所望の脂肪酸、例えばC18:1が抽出された後に残存する、副産物又は汚染物質である。他の場合において、「他の」脂肪酸は、原料油中に自然に存在し得る。
A.30〜70%のC18:1脂肪酸と、
B.10〜55%の、C8脂肪酸とC10脂肪酸の混合物であって、この混合物の重量を基準として50〜70重量%のC8脂肪酸を含む、混合物と、
C.13%以下の多価不飽和脂肪酸と、から本質的になる、トリグリセリドの組成物である。
本実施形態は、1以上の添加剤、例えば、酸化防止剤、金属不活性化剤、流動点降下剤、顔料などを含有し得るが、具体的には、無視することができる量、例えば、組成物の重量を基準として10重量%未満で特定されるか又は含まれるもの以外のいかなる脂肪酸も除外される。これらの「他の」脂肪酸は、存在する場合、通常、天然源の油、例えば、トウモロコシ油、大豆油などから、所望の脂肪酸、例えばC18:1脂肪酸が抽出された後に残存する、副産物又は汚染物質である。他の場合において、「他の」脂肪酸は、原料油中に自然に存在し得る。
1.トリグリセリド分子を構成する脂肪酸(FAME)のメチルエステルの動粘度。
2.FAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数。
ηTAG=トリグリセリドの粘度cP
ηFAME1=末端1位のトリグリセリド中に存在するFAMEの粘度cP
ηFAME2=中心2位のトリグリセリド中に存在するFAMEの粘度cP
ηFAME3=末端3位のトリグリセリド中に存在するFAMEの粘度cP
nCF1=末端1位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数
nCF2=中心2位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数
nCF3=末端3位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数
トリグリセリド混合物の粘度は、次式のように推定することができる。
wi=トリグリセリド混合物のトリグリセリド「i」の重量分率。
ηi=混合物のトリグリセリドiの粘度cP。
1.トリグリセリド分子を構成するFAMEの融点。
2.FAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数。
3.末端脂肪酸鎖間の類似性を説明する記述子(TerminalEqual)。
MPFAME1=末端1位のトリグリセリド中に存在するFAMEの融点K
MPFAME2=中心2位のトリグリセリド中に存在するFAMEの融点K
MPFAME3=末端3位のトリグリセリド中に存在するFAMEの融点K
nCF1=末端1位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数
nCF2=中心2位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数
nCF3=末端3位におけるFAMEの脂肪酸鎖の炭素原子数。
TerminalEqual=2つの末端脂肪酸断片が同じ場合は1であるか、又は、2つの末端脂肪酸断片が異なる場合は0である。
トリグリセリド混合物の重量平均融点は、次式のように推定することができる。
wi=トリグリセリド混合物のトリグリセリド「i」の重量分率。
MPi=トリグリセリド混合物のトリグリセリド「i」の融点K。
すべての場合において、推定(若しくは予測)重量平均融点は、DSC測定によって測定されたものと同じか、又はこれよりもわずか10℃高いにすぎない。
平均融点モデルに対する更なる補正は、同型(ε)の程度を含めることによって行った。同型の程度は、融点低下を生じ得る、トリグリセリド混合物中に存在する構造非類似性を説明するものである。εの算出手順は、Wesdorp, L. H. Liquid−multiple solid−phase equilibria in fats. Ph.D. Thesis, University Delft, The Netherlands, 1990に記載されている。シス型不飽和脂肪酸断片について、重なり容積(overlapping volume)を、直鎖飽和断片におけるシス型不飽和断片の突出長さによって決定した。
異なるトリグリセリド対間のεを算出し、最低のε、min(ε)をモデル記述子として用いた。min(ε)は、トリグリセリド混合物中に存在する最大の非類似性の指標である。融点予測のためのイプシロンモデルは、次式のように示される。
Flash point=トリグリセリドの引火点K
ΔHvap=純粋なトリグリセリド又はトリグリセリド混合物の気化熱kJ/mol。
純粋なトリグリセリドの気化熱を予測する代表的な方法のうちの1つは、Chenらの文献、Fragment−Based Approach for Estimating Thermophysical Properties of Fats and Vegetable Oils for Modeling Biodiesel Production Processes”, Ind. Eng. Chem. Res. Vol.49, Pg. 876−886 (2010)に示されている。
トリグリセリド混合物の気化熱は、次に示す関係式を用いて決定することができる。
ΔHvap mix=トリグリセリド混合物の気化熱kJ/mol
Ni=トリグリセリド混合物のトリグリセリドiのモル分率。
ΔHvap,i=トリグリセリド「i」のi=気化熱kJ/mol
表2に報告されている組成物は、トリグリセリド及びトリグリセリド混合物の特性、粘度、引火点及び融点を予測するために構築されたモデルに基づいている。すべての実施例は、所望のバランスの、40℃における33cP以下及び10℃における120cP以下の粘度、260℃以上の引火点、並びに−8℃以下の融点を示す。予測融点範囲は、混合物の融点の上限及び下限を提供する。これは、組成物の個々の成分の最高及び最低予測融点に基づく。混合物の融点は、上述の方法によって決定される。トリグリセリド混合物は高度に相互作用しており、このため、重量平均は、組成物の融点の近似値である。実施例のデータは、予測融点が、DSCによって試験的に決定されたものに近いことを示している。同様に、実施例のデータは、40℃における予測粘度が、試験的に決定されたものに近いことを示している。さらに、測定された融点は、試験的に決定された流動点と適切に十分相関している。そして、引火点の予測値と測定値は、十分一致していた。
表3は、種々のNeobee油の組成について報告している。表4において、比較試料(CS)1〜CS 8は、高オレイン酸カノーラ油(HOCO)に添加された種々の量の希釈剤を含む、トリグリセリド組成物である。HOCOの組成は次のとおりである。
1.C18モノ不飽和脂肪酸を含有するトリグリセリド=74%
2.C18ジ不飽和脂肪酸を含有するトリグリセリド=14.5%
3.C18トリ不飽和脂肪酸を含有するトリグリセリド=4.5%
4.C18飽和脂肪酸を含有するトリグリセリド=4%
5.C16飽和脂肪酸を含有するトリグリセリド=3%
Claims (4)
- トリグリセリドの組成物であって、
A.前記組成物の重量を基準として30〜70重量%のC18:1脂肪酸と、
B.前記組成物の重量を基準として10〜55重量%の、C8脂肪酸とC10脂肪酸の混合物であって、前記混合物の重量を基準として50〜70重量%のC8脂肪酸を含む、前記混合物と、
C.前記組成物の重量を基準として13重量%以下の多価不飽和脂肪酸と、
D.それぞれ少なくとも12個の炭素原子を含有する、前記組成物の重量を基準として7重量%以下の飽和脂肪酸と、を含む、
前記組成物。 - 前記飽和脂肪酸が、0重量%よりも大きく5重量%以下の量で含まれる、請求項1に記載の組成物。
- トリグリセリドの組成物であって、
A.前記組成物の重量を基準として30〜70重量%のC18:1脂肪酸と、
B.前記組成物の重量を基準として10〜55重量%の、C8脂肪酸とC10脂肪酸の混合物であって、前記混合物の重量を基準として50〜70重量%のC8脂肪酸を含む、前記混合物と、
C.前記組成物の重量を基準として13重量%以下の多価不飽和脂肪酸と、
D.それぞれ少なくとも12個の炭素原子を含有する、前記組成物の重量を基準として7重量%以下の飽和脂肪酸と、から本質的になる、
前記組成物。 - 誘電性流体としての請求項1に記載の組成物を含む、電気機器。
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