KR101111442B1 - 전기 절연유용 기제 - Google Patents

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가부시키가이샤 니혼 에이이 파워시스템즈
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Abstract

탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제, 또는 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산과 탄소 수 1～5의 지방족 1가 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제. 본 발명에 따르면, 점도, 유동성, 화학적 안정성 등이 뛰어나고, 전기 절연유의 전기 특성을 충분히 발휘할 수 있는 전기 절연유용 기제를 제공할 수 있다.
전기 절연유, 기제, 대두유, 에스테르화, 에스테르 교환

Description

전기 절연유용 기제{BASE FOR ELECTRIC INSULATING OIL}
본 발명은 전기 절연유용 기제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 에너지 및 환경 문제에 대응할 수 있는 안전성이 뛰어난 지방산을 원료로 한 전기 절연유용 기제에 관한 것이다.
변압기, 케이블, 차단기, 콘덴서 등의 절연, 냉각 등의 목적으로 사용되는 전기 절연유로서 예로부터 대두유, 채종유, 피마자유 등의 식물유가 사용되어 왔다.
그 후, 중질 원유를 진공 증류에 의해 소정의 유분(留分)으로 나누고, 황산, 알칼리, 수세, 백토 처리 등에 의해 정제된 광유계 절연유나 디페닐, 실리콘, 프탈산 에스테르 등의 합성 화합물계 절연유가 사용되게 되었다.
그러나, 광유계 절연유는 인화성이 높기 때문에 안전성 등의 점에서 문제가 있을 뿐만 아니라, 에너지 문제나 환경 문제로부터 향후 그 사용이 어려워질 가능성이 있다.
한편, 합성 화합물계 절연유도 인화성이 높고 고가라는 등의 문제를 가지고 있으며, 특히 프탈산 에스테르는 내분비 교란 작용의 가능성이 지적되고 있다.
아울러 PCB가 사용된 시기도 있었으나, 안전성, 독성, 환경 오염 등에 커다 란 문제를 가지고 있기 때문에 전기 기기에 대한 사용은 금지되었다.
이러한 경위로, 안전성이 뛰어난 대두유, 채종유, 피마자유 등의 천연 식물유를 전기 절연유로서 활용하는 것이 다시 기대되고 있다. 그러나, 예컨대 대형 변압기와 같이 전기 절연유의 대류로 내부를 냉각하는 방식의 기기에 식물유를 적용하는 경우에는 식물유의 점도가 높은 것 및 유동점이 높은 것이 결점이 된다. 따라서, 이들 식물유를 전기 절연유로 사용하는 경우, 종래에는 광유계나 합성 화합물계의 절연유와 혼합하였었다.
그러나, 광물계나 합성 화합물계의 절연유를 혼합하는 것으로는, 이들 절연유에 유래하는 상기 문제점을 근본적으로 해결할 수 없다.
따라서, 최근 채종유, 옥수수유, 홍화유 등의 식물유의 저급 알코올 에스테르화물을 전기 절연유에 사용하는 것이 제안된 바 있다(일본 특허 공개 평 9-259638호 공보, 일본 특허 공개 평 11-306864호 공보, 일본 특허 공개 2000-90740호 공보).
그러나, 이들 절연유도 저점도화, 저유동점화라는 점에서 불충분할 뿐만 아니라, 산소나 열에 대한 안정성도 불충분하여 절연유로서 실용상 문제 없이 사용할 수 있는 것이라고는 할 수 없으며, 더 많은 개량이 필요해지고 있다.
아울러, 상기 각 문헌에서 식물유로서 사용되는 채종유, 옥수수유, 홍화유는 세계적인 생산량 및 생산지 등을 고려한 경우, 재생 가능 자원인 원료 식물유로서 반드시 적당하다고는 할 수 없으며, 이 점에서도 폭넓은 식물유를 절연유로서 사용할 것이 요구되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 점도, 유동성, 화학적 안정성 등이 뛰어나고, 전기 절연유로서의 전기 특성을 충분히 발휘할 수 있는 지방산을 원료로 하는 전기 절연유용 기제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 거듭한 결과, 탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물, 또는 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산과 탄소 수 1～5의 지방족 1가 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물이 점도, 유동성, 화학적 안정성 등이 뛰어나 전기 절연유로서의 전기 특성을 충분히 발휘할 수 있음과 동시에, 이들 에스테르화물이 종래의 광물계나 화학 합성계 전기 절연유를 대신할 수 있고, 에너지 및 환경 문제에도 적응할 수 있는 안전성이 뛰어난 것이라는 사실을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
즉 본 발명은,
1. 탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제,
2. 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산과 탄소 수 1～5의 지방족 1가 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제,
3. 1 또는 2에서, 유동점 강하제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제를 제공한다.
본 발명에 따른 제1 전기 절연유용 기제는 탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 전기 절연유용 기제란 변압기, 케이블, 차단기, 콘덴서 등의 절연, 냉각 등의 목적으로 사용되는 전기 절연유의 주성분이 되는 재료를 의미한다.
전기 절연유에는 절연 파괴 전압이 높을 것, 부피 저항율이 높을 것, 유전 탄젠트가 작을 것, 유전율이 적당한 값을 가질 것, 점도가 낮고 냉각 특성이 뛰어날 것, 산소, 열에 대한 안정성이 뛰어나고 화학적으로 안정될 것, 금속에 대한 부식성이 없을 것, 열에 의한 팽창 계수가 작고 휘발분이 적을 것, 유동점이 낮고 액체 상태의 온도 범위가 충분히 넓을 것, 불순물을 포함하지 않을 것 등이 요구된다. 또한 누설시의 안전성도 고려하여 인화점이 높을 것, 생분해성이 양호할 것, 생물이나 환경에 대한 나쁜 영향이 적을 것 등도 요구된다.
상기 제1 전기 절연유용 기제에서의 탄소 수 8～20의 고급 지방산으로는, 예컨대 카프릴산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 팔미톨레산, 스테아르산, 올레산, 리놀산, 리놀렌산, 엘라이드산, 아라킨산, 아라키돈산 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 경우, 탄소 수가 8 미만이면 얻어진 에스테르화물의 전기 특성이 악화될 가능성이 높다. 한편, 탄소 수가 21 이상이면 얻어진 에스테르화물의 점도가 높아지므로 전기 절연유의 냉각 특성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 탄소 수 8～20의 고급 지방산은 에너지 및 환경 부하를 줄여준다는 점에서 재생 가능 자원인 야자유, 팜 핵유, 대두유, 팜유 등의 식물유 유래의 것이 바람직하다. 또한 고급 지방산은 포화 지방산이어도 좋고 불포화 지방산이어도 좋으나, 화학적으로 안정적이므로 포화 고급 지방산이 적합하다.
탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올로는, 예컨대 2-에틸부틸알코올, 2-에틸펜틸알코올, 2-에틸헥실알코올, 2-에틸옥틸알코올, 2-에틸라우릴알코올, 2-부틸부틸알코올, 2-부틸옥틸알코올, 2-헥실헥실알코올, 2-헥실옥틸알코올, 3-에틸헥실알코올, 3-에틸옥틸알코올, 3-에틸라우릴알코올, 이소데실알코올, 이소트리데실알코올 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
여기서, 탄소 수가 15 이상인 분기 지방족 1가 알코올이나 2가 이상인 다가 알코올의 경우, 이들을 이용하여 얻어지는 에스테르화물의 점도가 높아지기 때문에 전기 절연유의 냉각 특성이 악화될 우려가 있다. 또한 벤질기, 페닐기 등의 방향족기를 갖는 알코올은 인체에 유해할 가능성이 높아 안전성이라는 점에서 바람직하지 못하다. 또한, 탄소 수 6～14의 직쇄 1가 알코올은 이를 사용하여 얻어지는 에스테르화물의 유동점 저하 능력이 떨어진다.
탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물은 이들의 고급 지방산과 알코올의 에스테르화물이면 특별히 한정되지 않으며, 카프릴산 이소트리데실, 카프르산 이소트리데실, 라우르산 2-에틸헥실, 라우르산 이소트리데실, 미리스트산 2-에틸헥실, 미리스트산 이소트리데실, 스테아르 산 2-에틸헥실, 스테아르산 이소트리데실, 올레산 2-에틸헥실, 올레산 이소트리데실, 리놀산 2-에틸헥실, 리놀산 이소트리데실, 리놀렌산 이소트리데실, 리놀렌산 2-에틸헥실 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하며, 이들을 사용함으로써 전기 절연유로서의 전기 특성이 우수해진다.
특히, 산화나 열에 대한 화학 안정성을 향상시키는 것을 고려하면, 이중 결합을 갖지 않는 포화 고급 지방산 유래의 에스테르화물을 사용하는 것이 보다 바람직하며, 상기한 에스테르화물 중에서도 특히, 카프릴산 이소트리데실, 카프르산 이소트리데실, 라우르산 2-에틸헥실, 라우르산 이소트리데실, 미리스트산 2-에틸헥실, 미리스트산 이소트리데실을 적합하게 사용할 수 있다.
상기 에스테르화물은 공지의 다양한 에스테르화법을 이용하여 제조할 수 있으며, 예컨대 (1) 탄소 수 8～20의 고급 지방산과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올을 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응하여 에스테르화시키는 방법, (2) 탄소 수 8～20의 고급 지방산 에스테르화물과 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올을 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응하여 에스테르 교환시키는 방법, (3) 먼저 팜유, 대두유, 야자유 및 팜 핵유 등의 식물유와 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올을 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응하여 에스테르 교환시키고, 증류 등에 의해 분류하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 이러한 경우, 고급 지방산(에스테르)으로 식용으로 사용된 식물유의 폐유, 폐산, 폐지방산 에스테르를 재이용할 수도 있다.
본 발명에 따른 제2 전기 절연유 기제는 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산과 탄소 수 1～5의 지방족 1가 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
이들 팜유 및 대두유는 세계적인 생산량 및 생산지로 보아 채종유, 옥수수유, 홍화유 등보다 재생 가능 자원으로서 뛰어난 원료 식물유이다.
여기서, 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산이란 이들 식물유를 구성하고 있는 지방산의 혼합 조성물을 의미하며, 구체적으로는, 팜유의 경우, 라우르산이 극소량, 미리스트산이 1～3 질량%, 팔미트산이 40～50 질량%, 스테아르산이 2～5질량%, 올레산이 35～45 질량%, 리놀산이 5～15 질량% 및 기타 성분이다. 대두유의 경우, 팔미트산이 7～12 질량%, 스테아르산이 2～5.5 질량%, 올레산이 20～50 질량%, 리놀산이 35～60 질량%, 리놀렌산이 2～13 질량% 및 기타 성분이다.
또한, 팜유는 팔미트산의 함유량이 많기 때문에 증류 등에 의해 팔미트산을 제거하고, 탄소 수 18 중심의 팜유 유래 혼합 지방산 조성을 형성하여도 좋다. 이러한 경우, 그 조성은 팔미트산 1 질량% 이하, 스테아르산 5～15 질량%, 올레산 65～85 질량%, 리놀산 7～20 질량%, 기타 성분이 된다.
상기 탄소 수 1～5의 1가 지방족 알코올로는 예컨대 메탄올, 에탄올, n-프로필알코올, i-프로필알코올, n-부틸알코올, i-부틸알코올, tert-부틸알코올, n-펜틸알코올, i-펜틸알코올, tert-펜틸알코올 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등을 들 수 있다.
또한 상기 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올로는 제1 전기 절연유용 기제로 예시한 것을 사용할 수 있다.
이들 중에서도 탄소 수 1～5의 1가 지방족 알코올이 팜유 유래 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 유래 혼합 지방산 에스테르화물의 점도를 저하시켜 전기 절연유의 냉각 특성을 개선하고, 또한 전기 특성도 만족하므로 적합하게 사용된다.
또한, 탄소 수 6 이상의 직쇄 지방족 알코올, 탄소 수 15 이상의 분기 지방족 1가 알코올, 2가 알코올 및 다가 알코올을 사용하면, 얻어지는 에스테르화물의 점도를 상승시키고 전기 절연유의 냉각 특성을 악화시킬 가능성이 높다.
본 발명에 따른 제2 전기 절연유용 기제의 에스테르화물도 공지의 다양한 에스테르화법에 의해 제조할 수 있으며, 예컨대 (1) 팜유 및 / 또는 대두유와 탄소 수 1～5의 1가 지방족 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올을 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응하여 에스테르 교환시키는 방법, (2) 팜유 또는 대두유의 가수 분해에 의해 얻어지는 팜유 혼합 지방산 및 / 또는 대두유 혼합 지방산과 탄소 수 1～5의 1가 지방족 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올을 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응하여 에스테르화시키는 방법 등을 이용할 수 있다.
또한 팜유의 경우에는, 팜유와 1가 지방족 알코올을 에스테르 교환시킨 후, 증류 등에 의해 팔미트산 에스테르 부분을 분리하여 탄소 수 18을 주 성분으로 하는 혼합 지방산 에스테르로 하여도 좋다.
또한 식용으로 사용된 팜유 및 / 또는 대두유의 폐유, 폐 혼합 지방산, 폐 혼합 지방산 에스테르를 재이용하여, 이들을 탄소 수 1～5의 1가 지방족 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올과 산 또는 알칼리의 존재 하에서 반응시키고, 에스테르화 또는 에스테르 교환시켜 에스테르화물을 얻을 수도 있다.
이러한 경우, LION CORPORATION 제조 파스텔 M182(팔미트산 메틸을 분별 제거한 팜유 유래 혼합 지방산 메틸에스테르), TOEI CHEMICALS CO., LTD. 제조 TOENOL 3120(대두유 유래 혼합 지방산 메틸에스테르), TOEI CHEMICALS CO., LTD. 제조 TOENOL 4120(대두유 유래 혼합 지방산 n-부틸에스테르) 등을 적합하게 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 제1 및 제2 전기 절연유에서 각 에스테르화물은 전기 특성을 개선하기 위하여 알코올 제거, 글리세린 분리, 무기 성분 제거, 중화, 수세, 증류, 백토 처리, 탈기 처리 등의 정제를 행하는 것이 바람직하다. 특히 에스테르화물의 산가와 함수율이 높은 경우 전기 특성이 악화되는 경향이 있으므로, 적어도 산가 감소를 목적으로 한 활성 백토 / 활성 알루미나 등에 의한 흡착 처리 및 수분 감소를 목적으로 한 탈기 처리를 행하는 것이 바람직하다.
활성 백토 / 활성 알루미나 흡착 처리는 유리 지방산이나 산 촉매 등을 제거하기 위하여 행하는 것으로서, 예컨대 에스테르화물에 활성 백토 및 / 또는 활성 알루미나를 첨가하고, 유리 지방산 등을 흡착시킨 후, 여과에 의해 활성 백토 및 / 또는 활성 알루미나를 제거하는 방법에 의해 행해진다.
구체적으로는, Mg, Al, Si 등을 주 성분으로 하는 무기 합성 흡착제인 교워드 시리즈(교워드 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 1000, 2000 등 KYOWA CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. 제조)나 도미타 AD 시리즈(도미타 AD 100, 500, 600, 700 등 TOMITA PHARMACEUTICAL CO., LTD. 제조)를 에스테르화물 100 질량부에 대하여 0.01～5 질량부 부가하고, 20～160℃에서 10분～10시간 동안 대기 하, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스 분위기 하 또는 감압 조건 하에서 흡착 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 조작에 의해 에스테르화물의 산가를 0.0001～0.OlmgKOH/g 이하, 바람직하게 0.0001～0.005mgKOH/g 이하로 줄일 수 있고, 그 결과 에스테르화물의 전기 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
탈기 처리는 에스테르화물 내의 수분, 공기를 제거하기 위하여 행하는 것으로서, 구체적으로는 질소 치환 후 20～160℃, 10분간～10시간 동안, 진공도 O.1kPa～80kPa에 의해 감압 증류 제거한다. 이 때, 톨루엔, 케로신, 이소프로필알코올, 에탄올, 피리딘 등 물과 공비하는 화합물을 에스테르화물 내의 수분에 대하여 O.1～3몰 첨가하여 공비를 행하여도 좋다. 이들 조작에 의해 에스테르화물 내의 수분은 0.1～100ppm 이하, 바람직하게는 O.1～50ppm 이하로 감소된다.
탈기 처리 후, 에스테르화물이 다시 수분을 흡수하지 않도록 질소 분위기 하에서 또는 건조 공기 하에서 보존하는 것이 바람직하다. 또한 몰레큘러 시브스(molecular seives) 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조) 등의 탈수제를 에스테르화물 100 질량부에 대하여 0.1～30 질량부 첨가하여 보존하는 것도 좋다. 몰레큘러 시브스 4A 등의 탈수제의 작용에 의해 장기간 함수량 0.1～50ppm 이하의 상태를 유지할 수 있다.
상기 에스테르화물은 이 자체 단독으로도 전기 절연유로서 사용할 수 있는 데, 여기에 산화 방지제, 유동점 강하제, 유동 대전 방지제 등의 첨가제를 배합하여 사용할 수도 있다.
특히, 에스테르화물의 유동점을 저하시키기 위하여 유동점 강하제를 사용하는 것이 바람직하다. 유동점 강하제로는, 예컨대 알킬메타크릴레이트계 폴리머 및 / 또는 알킬아크릴레이트계 폴리머 등을 들 수 있으며, 특히 중량 평균 분자량이 5000～500000 정도이고, 탄소 수 1～20인 직쇄 및 / 또는 분기 쇄 알킬기의 폴리알킬메타크릴레이트 및 / 또는 알킬아크릴레이트계 폴리머를 적합하게 사용할 수 있다.
이들 알킬메타크릴레이트계 폴리머 및 / 또는 알킬아크릴레이트계 폴리머의 사용량은 에스테르화물 100 질량부에 대하여 0.01～5 질량부, 바람직하게는 0.01～3질량부이다. 사용량이 0.01 질량부 미만이면 저온 유동성을 효과적으로 발휘할 수 없을 가능성이 높다. 한편, 5 질량부를 초과하면 에스테르화물이 고점도화될 가능성이 높다.
구체적으로는, 폴리헵틸아크릴레이트, 폴리헵틸메타크릴레이트, 폴리노닐아크릴레이트, 폴리노닐메타크릴레이트, 폴리운데실아크릴레이트, 폴리운데실메타크릴레이트, 폴리트리데실아크릴레이트, 폴리트리데실메타크릴레이트, 폴리펜타데실아크릴레이트, 폴리펜타데실메타크릴레이트, 폴리헵타데실아크릴레이트, 폴리헵타데실메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리프로필아크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트 등을 들 수 있다. 에스테르화물의 유동점 저하 효과 및 취급성이 뛰어나므로 아크루브 100 시리즈(132, 133, 136, 137, 138, 146, 160, SANYO CHEMICAL INDUSTRIES LTD. 제조)가 적합하게 사용된다.
본 발명의 전기 절연유용 기제에서는 에스테르화물을 구성하는 소정의 아크릴 대신 해당 알코올의 알킬렌옥사이드 부가체를 사용할 수도 있다. 이러한 알코올의 알킬렌옥사이드 부가체의 에스테르화물을 사용함으로써 유동점을 훨씬 저하시킬 수 있다. 또한 본 발명에서는 상기 에스테르화물과 알킬렌옥사이드가 부가된 지방산 에스테르 유도체를 혼합하여 전기 절연유용 기제로 할 수도 있다.
알킬렌옥사이드로는, 예컨대 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 및 / 또는 이들의 혼합물을 알코올에 대하여 1～5몰, 바람직하게는 1～3몰 부가시킨 알코올의 알킬렌옥사이드 부가체를 들 수 있다.
구체적으로는, 에스테르화물에 예컨대 알루미늄이나 마그네슘 등의 금속 산화물을 주체로 한 촉매 등을 이용하여 알킬렌옥사이드를 삽입 반응시키거나 지방산 또는 지방산 에스테르화물에 알코올의 알킬렌옥사이드 부가체를 에스테르화 / 교환 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2 전기 절연유용 기제는 상용성이 뛰어나므로, 기타 전기 절연유와 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 사용 가능한 기타 전기 절연유로는, 예컨대 알킬벤젠, 알킬인단, 폴리부텐, 폴리-α-올레핀, 프탈산 에스테르, 다아릴알칸, 알킬나프탈렌, 알킬비페닐, 트리아릴알칸, 터페닐, 아릴나프탈렌, 1,1-디페닐에틸렌, 1,3-디페닐부텐-1,1,4-디페닐-4-메틸-펜텐-1, 실리콘유, 광유, 식물유 등을 들 수 있다.
이들 기타 전기 절연유 중에서도, 에너지 및 환경에 대한 부하의 감소 및 안 전성을 고려한 경우 식물유 또는 실리콘유를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 저점도화 및 저유동점화를 고려한 경우 광유를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 절연유용 기제와 기타 전기 절연유의 혼합 비율은 본 발명의 전기 절연유용 기제(에스테르화물)가 상용성이 뛰어나므로, 임의의 비율로 혼합하는 것이 가능한데, 저점도화를 도모하면서 환경 부하 등을 저감하는 것을 고려하면, 본 발명의 에스테르화물 100 질량부에 대하여 기타 전기 절연유가 300 질량부 이하인 것이 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 이하의 실시예 및 비교예에서 산가, 수분, 동점도, 유동점 및 인화점은 하기의 방법에 의해 측정한 값이다. 또한 산화 안정성 시험은 하기 (6)에 기재된 방법에 의해 행하였다.
(1) 산가 : JIS K1557 전위차 측정법에 준거한 방법에 의해 구하였다.
(2) 수분 : JIS KOO68 칼 피셔법에 준거한 방법에 의해 구하였다.
(3) 동점도 : JIS K2283에 준거한 방법에 의해 구하였다.
(4) 유동점 : JIS K2269에 준거한 방법에 의해 구하였다.
(5) 인화점 : JIS K2265 클리블랜드 개방식에 준거한 방법에 의해 구하였다.
(6) 산화 안정성 : JIS C2101 전기 절연유 시험법의 산화 안정성 시험에 준거한 방법에 의해 행하였다.
[실시예 1]
라우르산과 2-에틸헥산올을 p-톨루엔 설폰산을 촉매로 하여 에스테르 교환한 후, 미반응 2-에틸헥산올을 회수하고, 중화, 뜨거운 물에 의한 세정, 탈수 처리를 더 실시하여 라우르산 2-에틸헥실에스테르를 얻었다.
이 라우르산 2-에틸헥실에스테르 100 질량부에 대하여 무기 합성 흡착제(교워드 500SH, KYOWA CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. 제조)를 2.5 질량부 첨가하고, 진공도 2.7kPa의 감압 하 110℃에서 2시간 동안 흡착 처리를 실시한 후, 여과에 의해 흡착제를 제거하였다.
얻어진 전기 절연유용 기제(A)는 산가 0.002mgKOH/g, 수분 44ppm, 동점도 4.9mm2/s, 유동점 -45℃이었다. 전기 절연유용 기제 A를 수분을 흡수하지 않도록 몰레큐브 시브스 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조)를 넣고 질소 분위기 하에서 보존하였더니, 수분이 6ppm까지 저하되었고, 이 상태를 1개월간 유지할 수 있었다.
[실시예 2]
팜유와 메탄올을 수산화 나트륨 존재 하에서 에스테르 교환 반응한 후 글리세린을 제거하고, 팜유 유래 혼합 지방산 메틸에스테르를 얻었다. 얻어진 에스테르화물을 더 다단 증류함으로써 팔미트산 메틸에스테르를 제거하고, C18(스테아르산/올레산/리놀산) 유분 중심의 팜유 유래 혼합 지방산 메틸에스테르(상품명 : 파스텔 M182, LION CORPORATION 제조, 산가 0.18mgKOH/g, 수분 120ppm, 동점도 4.6mm2/s, 유동점 7.5℃)를 얻었다.
이 파스텔 M182와 2-에틸헥산올을 에스테르 교환하고, 팜유 유래 혼합 지방 산 2-에틸헥실에스테르(산가 0.016mgKOH/g, 수분 100ppm, 동점도 8.Omm2/s, 유동점 -20℃)를 얻었다.
그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 산가, 수분 감소를 행하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제 B는 산가 0.001mgKOH/g, 수분 9ppm, 동점도 8.Omm2/s, 유동점 -20℃이었다. 전기 절연유용 기제 B를 수분을 흡수하지 않도록 몰레큐브 시브스 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조)를 넣고 질소 분위기 하에서 보존하였더니, 수분 9ppm의 상태를 1개월간 유지할 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 2에서 얻어진 전기 절연유용 기제 B 100 질량부에 대하여 유동점 강하제(아크루브 138, SANYO CHEMICAL INDUSTRIES LTD. 제조) 1.5 질량부를 첨가하여 전기 절연유용 기제 C를 조제하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제(C)는 동점도 8.3mm2/s, 유동점 -35℃이었다.
[실시예 4]
대두유 유래 혼합 지방산 메틸에스테르(TOENOL3120, TOEI CHEMICALS CO., LTD. 제조, 산가 0.15mgKOH/g, 수분 339ppm, 동점도 4.6mm2/s, 유동점 -5℃) 100 질량부에 대하여 유동점 강하제(아크루브 132, SANYO CHEMICAL INDUSTRIES LTD. 제조) 1.0 질량부를 첨가하였다. 그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 산가, 수분 감소를 행하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제 D는 산가 O.0029mgKOH/g, 수분 27ppm, 동점도 5.Omm2/s, 유동점 -25℃이었다.
[실시예 5]
실시예 2에서 얻어진 파스텔 M182와 이소트리데실알코올(Exxal 13, EXXON CHEMICAL COMPANY 제조)을 에스테르 교환하고, 팜유 유래 혼합 지방산 이소트리데실에스테르(산가 0.04mgKOH/g, 수분 100ppm, 동점도 14.Omm2/s, 유동점 -20℃)를 얻었다. 그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 산가, 수분 감소를 행하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제 E는 산가 0.002mgKOH/g, 수분 40ppm, 동점도 14.Omm2/s, 유동점 -20℃이었다. 전기 절연유용 기제 E를 수분을 흡수하지 않도록 몰레큐브 시브스 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조)를 넣고 질소 분위기 하에서 보존하였더니, 수분이 6ppm까지 저하되었고, 이 상태를 1개월간 유지할 수 있었다.
[실시예 6]
라우르산 메틸에스테르(상품명 : 파스텔 Ml2, 제조 회사:LION CORPORATION)와 이소트리데실알코올(상품명:Exxal 13, 제조 회사:EXXON CHEMICAL COMPANY)을 에스테르 교환하고, 라우르산 이소트리데실에스테르(산가 0.02mgKOH/g, 수분 100ppm, 동점도 9.4mm2/s, 유동점 -40℃)를 얻었다. 그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 산가, 수분 감소를 행하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제 F는 산가 O.003mgKOH/g, 수분 72ppm, 동점도 9.4mm2/s, 유동점 -40℃이었다. 전기 절연유용 기제 F를 수분을 흡수하지 않도록 몰레큐브 시브스 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조)를 넣고 질소 분위기 하에서 보존하였더니, 수분이 7ppm까지 저하되었고, 이 상태를 1개월간 유지할 수 있었다.
[실시예 7]
카프릴산 메틸에스테르(파스텔 M8, LION CORPORATION 제조)와 이소트리데실알코올 (Exxal 13, EXXON CHEMICAL COMPANY 제조)을 에스테르 교환하여 카프릴산 이소트리데실에스테르(산가 0.03mgKOH/g, 수분 100ppm, 동점도 5.9mm2/s, 유동점 -50℃ 이하)을 얻었다. 그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 산가, 수분 감소를 행하였다. 얻어진 전기 절연유용 기제 G는 산가 0.005mgKOH/g, 수분 57ppm, 동점도 5.9mm2/s, 유동점 -50℃ 이하이었다. 전기 절연유용 기제 G를 수분을 흡수하지 않도록 몰레큐브 시브스 4A(JUNSEI CHEMICAL CO., LTD. 제조)를 넣고 질소 분위기 하에서 보존하였더니, 수분이 4ppm까지 저하되었고, 이 상태를 1개월간 유지할 수 있었다.
[비교예 1～4]
옥수수유(비교예 1), 광유(비교예 2), 라우르산 메틸에스테르(파스텔 M12, LION CORPORATION 제조)(비교예 3), 채종유 n-옥틸알코올에스테르(비교예 4)를 그대로 전기 절연유용 기제로 하였다.
[비교예 5～9]
미리스트산 메틸에스테르(파스텔 M14, LION CORPORATION 제조, 응고점 18.5℃)(비교예 5), 팔미트산 메틸에스테르(파스텔 M16, LION CORPORATION 제조, 응고 점 31℃)(비교예 6), 팔미트산 부틸에스테르(파스텔 B-16, LION CORPORATION 제조, 응고점 20℃)(비교예 7), 스테아르산 메틸에스테르(파스텔 M180, LION CORPORATION 제조, 응고점 40℃)(비교예 8), 스테아르산 부틸에스테르(파스텔 B-18, LION CORPORATION 제조, 응고점 23℃)(비교예 9)는 융점이 높고 상온에서는 고체이므로 전기 절연유용 기제로는 부적합하였다.
상기 각 실시예 및 비교예 1～4에 대하여 원료유 및 그 구성 지방산, 원료 알코올, 동점도, 유동점, 인화점, 산가 및 수분을 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure 112009047177111-pct00004
또한 상기 실시예 1～7 및 비교예 1～4에서 얻어진 전기 절연유용 기제에 대하여 절연 파괴 전압, 유전율, 부피 저항율 및 유전 탄젠트를 측정하여 전기 절연유로서의 전기 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한, 절연 파괴 전압, 유전율, 부피 저항율 및 유전 탄젠트는 JIS C2101 전기 절연유 시험에 준거한 방법에 의해 구하였다.
Figure 112006013672111-pct00002
표 1 및 표 2에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 1～7의 전기 절연유용 기제 A～G는 비교예 1～4의 그것과 비교하여 낮은 유동점, 낮은 점도를 나타냄과 동시에 높은 인화점을 가져 안전성이 우수할 뿐만 아니라, 각종 전기 특성도 실용상 충분한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
[실시예 8～12, 비교예 10, 11]
표 3에 나타낸 각 전기 절연유용 기제에 대하여 초기 산가 및 JIS C2101 전기 절연유 시험법의 산화 안정성 시험 후(120℃, 75시간 후)의 모든 산가(mgKOH/g)를 측정하였다. 결과를 아울러 표 3에 나타내었다.
Figure 112006013672111-pct00003
*1:파스텔 M182 100 질량부에 대하여 아크루브 132 1.0 질량부를 배합하였음.
*2:채종유의 지방산 조성은 비교예 4와 동일함.
표 3에 나타나 있는 바와 같이, 실시예 8, 10, 11의 전기 절연유용 기제 A, F, G는 이중 결합을 갖지 않는 포화 지방산 에스테르를 전기 절연유용 기제로 하고 있으며, 광유와 동일한 정도의 산화 안정성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한 실시예 9, 12의 전기 절연유용 기제는 팜유 유래 지방산 에스테르이며, 비교예 10의 채종유 유래 지방산 에스테르보다 산화 안정성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 광유계나 화학 합성계 전기 절연유를 대체 가능하여 에너지, 환경에 대한 부하를 줄일 수 있고, 아울러 안전성이 뛰어난 전기 절연유용 기 제를 제공할 수 있다.
이러한 전기 절연유용 기제는 저점도 및 저유동점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 산소, 열에 대한 화학적 안정성이 뛰어나고 내열화성이 뛰어난 것이다.

Claims (3)

  1. 카프릴산, 카프르산, 라우르산 및 미리스트산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 고급 지방산과, 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제.
  2. 팜유 유래 혼합 지방산 및 대두유 유래 혼합 지방산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상과, 탄소 수 1～5의 지방족 1가 알코올 또는 탄소 수 6～14의 분기 지방족 1가 알코올의 에스테르화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유동점 강하제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 절연유용 기제.
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