KR20140082672A - 향상된 열 관리를 위한 합성 에스테르 기재 유전 유체 조성물 - Google Patents

Abstract

전기 장치용 유전 유체 조성물에는, 바람직한 특성, 예컨대 -30℃ 미만의 유동점 및 250℃ 초과의 연소점을 갖는 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트가 포함된다. 이것은, 메틸-12-히드록시 메틸 스테아레이트가 C3-C20 알콜과의 반응에 의해 그런 다음 유리 산 클로라이드, 지방산, 카르복실산 무수물, 및 그의 조합물로부터 선택된 선형 또는 분지형 C4-C20 카르복실산과의 반응에 의해 트랜스에스테르화되어 히드록시 메틸 에스테르를 형성시키는 방법에 의해 제조될 수 있다. 제2 단계는 히드록실 기를 말단 캡핑시키는 작용을 하며, 이에 의해 개선된 열산화적 안정성 및 저온 유동성 뿐 아니라 증가된 연소점을 나타내는 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트 화합물이 제조된다.

Description

향상된 열 관리를 위한 합성 에스테르 기재 유전 유체 조성물{SYNTHETIC ESTER-BASED DIELECTRIC FLUID COMPOSITIONS FOR ENHANCED THERMAL MANAGEMENT}

관련된 출원의 상호 참조

본원은, 명칭 "향상된 열 관리를 위한 합성 에스테르 기재 유전 유체 조성물"의 2011년 9월 30일 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/541,272를 우선권 주장하는 정규 출원이며, 상기 미국 가 특허 출원의 교시내용은 이하에서 전부 재현된 바와 같이 본원에 참고로 포함된다.

본 발명은 구체적으로 변압기 열 관리에 사용되는 유전 유체 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 변압기 및 기타 장치에 대해 전기 절연 및/또는 방열 둘 모두를 제공하는 개선된 조성물에 관한 것이다.

변압기의 열 관리는 변압기 작동의 안전성에 중요한 것으로 공지되어 있다. 통상적인 변압기가 비교적 고온에서 효율적으로 작동한다 하더라도, 과도한 열은 변압기 수명에 유해하다. 이것은 변압기가, 작동 중인(energized) 부품 또는 전도체가 다른 부품, 전도체 또는 내부 회로와 접촉, 또는 아크 섬락(arc over)되는 것을 방지하는데 사용되는 전기 절연물을 포함하고 있기 때문이다. 일반적으로, 절연물에 가해진 온도가 높으면 높을수록, 변압기 수명은 더욱 짧아진다. 절연기능이 고장나면, 때때로 화재를 일으키는 내부 결합 또는 단락이 일어날 수 있다.

과도한 온도 상승 및 조기 변압기 고장을 방지하기 위해서, 변압기에는 일반적으로 정상적인 변압기 작동 중에 발생된 비교적 많은 양의 열을 방산시키는 액체 냉각제가 충전된다. 상기 냉각제는 또한 유전 매체로서 변압기 성분을 전기적으로 절연시키는 기능을 한다. 유전 액체는, 다수의 응용예에서 20년이 넘는 변압기 사용 수명 동안 냉각 및 절연이 가능해야 한다. 유전 유체는 변압기를 대류에 의해 냉각시키기 때문에, 다양한 온도에서 유전 유체의 점도는 그의 효율성을 결정하는 데 있어서 중요한 인자 중 하나이다.

특히 광물성 오일은 일정 정도의 열 및 산화 안정성을 제공할 수 있기 때문에, 다양한 유전 제제에서 시도되었다. 그러나, 불운하게도, 광물성 오일은 환경친화적이지 않은 것으로 여겨지고, 허용불가능하게 낮은 연소점(fire point)을 나타낼 수 있으며, 이는 어떤 경우에서는 유전 유체가 소정 응용예, 예컨대 변압기에서 사용되는 동안에 노출되기 쉬운 최대 온도에 바람직하지 않게 근접한 150℃ 정도로 낮다. 광물성 오일의 낮은 연소점 때문에, 연구자들은 대안적인 유전체를 찾으려 하였다.

이러한 대안을 찾기 위한 연구에서, 식물성 오일이, 환경친화적이고 바람직하게 높은 연소점(150℃보다 훨씬 높음) 및 바람직한 유전 특성의 요망된 특성을 나타낼 수 있는 유전 매체로 일찍이 확인되었다. 이러한 식물성 오일은 또한 단시간 내에 생분해될 수 있다. 최종적으로, 식물성 오일은 고체 절연체에 향상된 적합성을 제공할 수 있다.

대안을 모색하는 연구자들은 다수의 가능한 유체를 확인하였다. 예를 들어, 미국 특허 6,340,658 B1(캐논(Cannon) 등)에는 환경친화적이고 높은 인화점(flash point) 및 높은 연소점을 갖는 식물성 오일 기재의 전기 절연 유체가 기재되어 있다. 베이스 오일은, 오일의 최대 가능한 산화 및 열 안정성을 나타내도록 수소화된다. 식물성 오일은 일부 예로 대두, 해바라기, 카놀라 및 옥수수 오일로부터 선택된다.

미국 특허 공보 2008/0283803 A1에는 하나 이상의 정제되고 표백되고 탈납(winterized)되고 탈취된 식물성 오일 및 하나 이상의 산화방지제를 포함하는 유전 조성물이 기재되어 있다. 상기 유전 유체에는 하나 이상의 합성 에스테르가 추가로 포함되는데, 여기서 합성 에스테르는 생물 기반(bio-based) 물질이다. 상기 특허에서는 용어 "합성 에스테르"가 (1) 생물 기반 또는 석유 유래 폴리올과 (2) 생물 기반 또는 석유 유래일 수 있는 선형 또는 분지형 유기 산의 반응에 의해 생성된 에스테르를 지칭하는 것으로 정의되어 있다. 용어 "폴리올"은, 둘 이상의 히드록실 기를 갖는 알콜을 지칭한다. 생물 기반 합성 에스테르의 적합한 예에는, 폴리올을 식물성 오일, 예컨대 코코넛 오일로부터 유래한 C8-C10의 탄소 사슬 길이를 갖는 유기 산과 반응시켜서 제조된 것들이 포함된다. 합성 에스테르에는 또한 C7-C9 기를 갖는 합성 펜타에리트리톨 에스테르가 포함된다. 유기 산과 반응하여 합성 에스테르를 제조하는 데 적합한 다른 폴리올에는, 네오펜틸 글리콜, 디펜타에리트리톨, 및 e-에틸헥실, n-옥틸, 이소옥틸, 이소노닐, 이소데실 및 트리데실 알콜이 포함된다.

다양한 연구자들에 의한 이러한 및 기타 노력에도 불구하고, 요망된 특성의 조합 뿐 아니라 경제적 실행가능성 및 생분해 능력을 갖는 유전 유체를 개발하는 것이 여전히 요구되고 있다.

한 측면에서, 본 발명은, 400 달톤 내지 10,000 달톤의 수 평균 분자량(M_n), 20 킬로볼트/1 mm 갭 (kV/mm) 초과의 유전 파괴 강도(dielectric breakdown strength), 0.2% 미만의 25℃에서의 손실 계수, 250℃ 초과의 연소점, 35 센티스토크스(cSt) 미만의 40℃에서의 동적 점도, -30℃ 미만의 유동점(pour point), 및 0.03 샘플 그램 당 수산화칼륨 밀리그램(mg KOH/g) 미만의 산도, 및 그의 조합 특성으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 갖는 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트를 포함하는, 전기 장치용 유전 유체 조성물이다.

또 다른 측면에서, 본 발명은, (a) 히드록시 메틸 에스테르를 형성시키기에 적합한 조건에서 메틸-12-히드록시 메틸 스테아레이트와 선형 또는 분지형 C3 내지 C20 알콜과 반응시키고, (b) 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트를 형성시키기에 적합한 조건에서 히드록시 메틸 에스테르와, 선형 및 분지형 C4 내지 C20 유리 산 클로라이드, 지방산, 카르복실산 무수물, 및 그의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 카르복실산과 반응시키는 것을 포함하는, 유전 유체 조성물의 제조 방법이다.

본 발명은, 전기 장치에서 열 관리에 유용하고 다양한 바람직한 특성을 갖는 유전 유체 조성물을 제공한다. 구체적이고 비제한적인 실시양태에서, 이러한 특성에는 20 킬로볼트/mm 갭 초과의 유전 파괴 강도, 0.2% 미만의 25℃에서의 손실 계수, 250℃ 초과의 연소점, 35 센티스토크스(cSt) 미만의 40℃에서의 동적 점도, -30℃ 미만의 유동점(pour point), 및 0.03 샘플 그램 당 수산화칼륨 밀리그램(mg KOH/g) 미만의 산도가 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 유전 유체 조성물은 400 달톤 내지 10,000 달톤 범위 내 수 평균 분자량(M_n)을 갖는데, 이것은 목표 응용예에서 유용한 점도를 갖게 하는데 도움을 준다. 이러한 특성을 시험하는데 사용된 미국 시험 및 물질 협회(The American Society for Testing and Materials (ASTM)) 표준이 하기 표 1에 기재되어 있다.

ASTM 표준 및 시험된 특성

특성 및 단위	ASTM 표준
유전 파괴 강도, kV/mm 갭	ASTM D1816
25℃에서의 손실 계수, %	ASTM D924
연소점, ℃	ASTM D92
40℃에서의 동적 점도, cSt	ASTM D445
유동점, ℃	ASTM D97
산도, mg KOH/g	ASTM D974

상기 유전 유체 조성물은, 상업적으로 입수가능한 제품, 메틸-12-히드록시 메틸 스테아레이트(이것은 이하에서 "HMS"로 약칭됨), 또는 사전-공정 단계에서 일반적으로 공지되고 광범위하게 이용가능한 식물성 오일, 대두 오일로부터 출발하여 제조될 수 있다. 대두 오일에는 상당량의 불포화 산, 예컨대 구체적으로 올레산, 리놀레산 및 리놀렌산이 포함되는데, 이들 산 전부는 18개의 탄소 원자를 함유한다. 대두 오일에는 또한 비교적 더욱 적은 양의 포화 지방산, 예컨대 또 다른 18개 탄소 사슬 화합물인 스테아르산, 및 16개 탄소 사슬 화합물인 팔미트산이 함유된다. 불포화산이 도 1에 도시되어 있다.

이러한 포화 및 불포화 물질은 히드로포르밀화(대안적으로 옥소 공정 또는 옥소 합성으로 공지되어 있음) 및 수소화 순서를 통해 히드록실 함유 지방산으로 전환될 수 있다. 예를 들어, 불포화 지방산인 올레산은, 도 2에 도시된 본 발명 전의(pre-inventive) 히드로포르밀화 및 수소화 순서를 통하여 전환되어, 본 발명에서 출발 물질로 사용된 HMS를 형성시킬 수 있다.

그러나, 본질적으로 히드로포르밀화 반응에서 선택성이 없기 때문에, C-9 및 C-10 탄소는 동등하게 히드로포르밀화되고, 그에 따라 두 개 알콜의 혼합물이 후속적인 수소화로부터 얻어질 것임이 주지될 것이다. 이것은, 메틸 리놀레이트가 히드로포르밀화되고 수소화되는 경우에 궁극적으로 4개의 화합물이 생성되는 동시에, 메틸 리놀레네이트가 각각 히드로포르밀화되고 수소화되는 경우에 6개의 화합물이 생성됨을 의미한다. HMS 화합물의 이러한 혼합물은 본 발명의 방법에 대한 출발 물질로 그대로 사용될 수 있거나, 상기 혼합물에 포함되는 일관능성 올레산 및 이관능성 리놀레산 지방 에스테르는 용이하게 분리되고 출발 HMS로 개별적으로 사용될 수 있다.

일단 HMS가 얻어지거나 제조되기만 하면, 이것은 본 발명의 방법의 제1 단계에서 사용되도록 준비된다. 이 단계는 HMS의 트랜스에스테르화와 관련되는데, 여기서 HMS는 히드록시 메틸 에스테르를 형성시키기에 적합한 조건에서 선형 또는 분지형 C3 내지 C20 알콜과 반응한다. 바람직한 실시양태에서, 이 알콜 또는 분지형 알콜은 C6 내지 C12 알콜, 및 보다 바람직하게는 C8 내지 C10 알콜일 수 있다. 이러한 반응을 위한 바람직한 조건에는, 화학양론적 과량, 보다 바람직하게는 HMS와 화학양론적일 양의 3 내지 6배, 및 가장 바람직하게는 4 내지 6배의 알콜이 포함된다. 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨 염기, 예컨대 메톡시화나트륨(NaOCH₃), 알킬 주석 옥시드, 예컨대 트리-n-부틸주석 옥시드 또는 디부틸주석 디라우레이트; 티타네이트 에스테르; 및 산, 예컨대 염산 또는 황산; 100℃ 내지 200℃, 보다 바람직하게는 120℃ 내지 190℃, 및 가장 바람직하게는 140℃ 내지 180℃ 범위 내 온도; 대기압; 및 생성물을 분리하고 정제하는 와이프드 필름 증발기(wiped film evaporator: WFE)로부터 선택된 효과적인 트랜스에스테르화 촉매를 사용하는 것이 또한 바람직하다. 단지 예시적인 목적을 위한 잠재적인 공정 변수에 대한 추가 이해는, 이 명세서에 포함된 실시예로부터 얻어질 수 있다.

일단 히드록실 메틸 에스테르가 제조되기만 하면 - 예를 들어, HMS와 2-에틸 헥산올의 반응에 의해 2-에틸 헥실-9/10-히드록실메틸 스테아레이트인 트랜스에스테르화 생성물이 생성되거나, HMS와 2-에틸 헥산올의 반응에 의해 2-에틸 헥실-9/10-히드록시 메틸 스테아레이트인 트랜스에스테르화 생성물이 생성되는데, 상기 트랜스에스테르화 생성물은 그 후 제2 공정 단계에서 선형 또는 분지형 C4 내지 20, 바람직하게는 C6 내지 C12 및 보다 바람직하게는 C8 내지 C10, 카르복실산인 에스테르화제 또는 캡핑제와 반응시켜서 에스테르화된다. 이 산은 유리 산 클로라이드, 지방산 클로라이드, 카르복실산 무수물, 및 그의 조합물로부터 선택된다. 이 제2 단계의 목적은 관능화, 즉 유리 히드록실 기를 말단 캡핑시켜서 더욱 높은 연소점을 부여하는 동시에 분지를 증가시키기 위한 것이다.

이 제2 단계가 적합한 조건에서 실시되는 경우에, HMS 기재의 캡핑된 옥시알칸산 에스테르가 얻어진다. 예를 들어, 히드록시 메틸 에스테르가 2-에틸헥실 스테아레이트이고 제2 단계 에스테르화(즉, 캡핑)가 산 클로라이드, 예컨대 데카노일 클로라이드 산을 사용하여 실시되는 경우에는, 2-에틸헥실-9/10-메틸-옥시데카노일 스테아레이트가 얻어진다. 히드록시 메틸 에스테르가 2-에틸옥틸 스테아레이트이고 제2 단계 에스테르화가 옥타노일 클로라이드 산을 사용하여 실시되는 경우에는, 2-에틸옥틸-9/10-옥시옥타노일 스테아레이트가 얻어진다. 히드록시 메틸 에스테르가 2-에틸옥틸 스테아레이트이고 제2 단계 에스테르화가 이소부티르산 무수물을 사용하여 실시되는 경우에는, 2-에틸옥틸-9/10-옥시이소부티레이트 스테아레이트가 얻어진다. 당업자는 선택된 이합체(즉, 히드록시 메틸 에스테르) 및 캡핑제에 따라 다르게 많은 다른 본 발명의 실시양태가 존재하며, 본원에서의 실시예는 단지 예시적인 목적으로 제공된 것이고 어떤 의미에서든지 본 발명의 전체 범위를 나타내는 것으로 의도되지 않음을 이해할 것이다.

이 제2 단계 반응에 대한 바람직한 조건에는, 약간 화학양론적 과량 (바람직하게는 1 몰% 내지 10 몰%, 보다 바람직하게는 0.5 몰% 내지 5 몰%, 및 가장 바람직하게는 0.1 몰% 내지 0.2 몰%)의 캡핑제가 포함된다. 예를 들어, 나트륨 또는 칼륨 염기, 예컨대 메톡시화나트륨(NaOCH₃); 알킬주석 옥시드, 예컨대 트리-n-부틸주석 옥시드 또는 디부틸주석 디라우레이트; 티타네이트 에스테르; 및 산, 예컨대 염산 또는 황산; 100℃ 내지 200℃, 보다 바람직하게는 120℃ 내지 190℃, 및 가장 바람직하게는 140℃ 내지 180℃ 범위 내 온도; 대기압; 및 임의의 적합한 증류 수단, 예컨대 증발 WFE의 사용으로부터 선택된 효과적인 에스테르화 촉매를 사용하는 것이 또한 바람직하다. 상업적인 규모에서는, 유리 카르복실산, 예컨대 데칸산이 지방산 클로라이드 또는 무수물보다 보다 경제적일 수 있음이 주지된다. 단지 예시적인 목적을 위한 잠재적인 공정 변수에 대한 추가 이해는, 본 명세서에 포함된 실시예로부터 얻어질 수 있다.

후속하는 도 3 및 도 4는 불포화산, 예컨대 올레산의 히드로포르밀화 및 수소화를 사용하여 공정이 시작되는 본 발명의 두 개의 가능한 생성물을 예시하기 위해 제공된 것이다. 단지 예시적인 목적을 위해, 도 3에는 2-에틸헥실-10-메틸-옥시데카노일 스테아레이트가 도시되어 있다. 도 4에는 2-에틸헥실-9-메틸-옥시데카노일 스테아레이트가 도시되어 있다. 본 발명의 방법이 설명된 바와 같이 그리고 설명된 물질을 사용하여 실시되는 경우에는 둘 모두의 화합물이 전형적으로 포함될 것이다. 그러한 밀접하게 관련된 파생 생성물의 조합물의 존재는, 많은 경우에서 연소점 온도에서의 상당한 증가 및 유동점 온도에서의 감소에 기여할 수 있다. 예를 들어, 메틸 리놀레네이트의 히드로포르밀화의 결과로 사전조합될 수 있는 도 3 및 도 4에 도시된 화합물을 조합시키면(이에 의해 두 개의 알콜이 생성됨) 바람직한 조합물 유전 유체 조성물의 간편한 제조가 가능해진다.

2단계 반응 순서의 생성물로 본 발명에 따라 제조된 유전 유체 조성물에서 이러한 물질을 조합시키면, -30℃ 미만의 유동점과 함께 305℃의 연소점이 특성으로 나타날 수 있다.

본원에서 설명된 바와 같이 제조되는 경우에, 본원에서 이상에서 설명된 방법으로 제조될 수 있는 신규 조성물은 매우 바람직한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 신규 조성물은 400 달톤 내지 10,000 달톤, 바람직하게는 500 달톤 내지 5,000 달톤의 M_n; 20 kV/1 mm 갭 초과, 바람직하게는 25 kV/mm 갭 초과의 유전 파괴; 0.2% 미만, 0.1% 미만의 25℃에서의 손실 계수; 250℃ 초과, 바람직하게는 300℃ 초과의 연소점(대안적으로 "인화점"으로 지칭됨); 35 cSt 미만, 바람직하게는 30 cSt 미만의 40℃에서의 동적 점도; -30℃ 미만, 바람직하게는 -40℃ 미만의 유동점; 및/또는 0.03 mg KOH/g 미만, 바람직하게는 0.025 mg KOH/g 미만의 산도를 지닐 수 있다.

본 발명의 유전 유체 조성물의 추가 이점은, 이들 조성물이 변압기에서와 같은 응용예에서 순수하게, 즉 100 중량%의 유전 유체에서 사용될 수 있거나, 이들이 그러한 응용예에 대해서 다양한 다른 유전 유체와 1 중량% 내지 100 중량% 범위 내 수준에서 상용성일 수 있다는 것이다. 구체적인 실시양태에서, 본 발명의 조성물에 30 중량% 내지 90 중량%의 그러한 조합 유체가 포함되는 것이 바람직할 수 있고, 보다 바람직한 실시양태에서 그러한 조합 유체는 40 중량% 내지 90 중량%, 및 가장 바람직하게는 50 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명의 유전 유체 조성물과 조합될 수 있는 추가 유전 유체에는, 비제한적인 예에서, 천연 트리글리세리드, 예컨대 해바라기 오일, 카놀라 오일, 대두 오일, 야자 오일, 평지씨 오일, 목화씨 오일, 옥수수 오일, 코코넛 오일, 및 조류 오일; 유전자 변형된 천연 오일, 예컨대 고올레산 해바라기 오일 및 고올레산 카놀라 오일; 합성 에스테르, 예컨대 펜타에리트리톨 에스테르; 광물성 오일, 예컨대 유니볼트(UniVolt)^TM 전기 절연 오일(엑손모빌(ExxonMobil)로부터 입수가능함); 500 달톤 내지 1200 달톤 범위 내 M_n 값을 갖는 폴리 알파 올레핀, 예컨대 폴리에틸렌-옥텐, -헥산, -부틸렌, -프로필렌 및/또는 -데칼렌 분지된, 랜덤 코-폴리올리고머; 및 그의 조합물이 포함될 수 있다. 추가 유전 및/또는 비-유전 유체의 혼입에 의해 특성이 상당하게 변화될 수 있고, 따라서 그 효과는 목표 응용예에 따라서 고려되어야 함이 당업자에게는 자명할 것이다.

본 발명의 유전 유체 조성물의 이점 중에는, 이들 조성물이 생분해가능하고, 재생가능한 공급원으로부터 얻어지며, 환경친화적인 것으로 일반적으로 분류된다는 것이 있다. 또한, 그의 상대적으로 높은 연소점 때문에, 이들 조성물은 많은 그의 유전체 경쟁물보다 일반적으로 덜 가연성이다. 이들 조성물은 또한 절연 시스템의 수명을 연장시키는 작용을 할 수 있는 우수한 열 및 가수분해적 안정성 특성을 나타낸다.

실시예

실시예 1: HMS/ME-810(옥탄산 및 데칸산의 대략 50: 50 중량% 배합물)

1일: 800.06 g의 HMS를 3000 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 딘 스탁 트랩(Dean Stark Trap), 써모워치(thermowatch) 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 반응물을 교반시키고, 843.51 g의 ME-810을 첨가하고, 반응물을 160℃로 가열하였다. 반응 과정을 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 모니터하고, 32 mL의 오버헤드 물질을 딘 스탁 트랩에서 수거하고, 반응물을 냉각시키고, 미정제 혼합물을 연속 흐름을 사용하여 그리고 하기 조건을 사용하여 WFE에 의해 정제하였다:

히드록시 메틸 에스테르의 분리 조건

재킷 (℃)	콜드 핑거(℃)	교반 속도 (rpm)	압력 (mtorr)	유속 (mL/min)
130	20	520	160	5.5

바닥 물질을 수거하고 오버헤드 물질을 폐기시켰다. 바닥 물질을 다시 WFE로 통과시켜서 미반응 ME-810 산 및 미반응 HMS의 제거를 완료하였다. 용액은 투명하고 금빛 황색이었다.

히드록시 메틸 에스테르의 추가 정제 조건

재킷 (℃)	콜드 핑거(℃)	교반 속도 (rpm)	압력 (mtorr)	유속 (mL/min)
110	-5.2	548	200	5.0

실시예 2: HMS/2-에틸-1-헥산올/데카노일 클로라이드

1일: 245.8 g의 2-에틸-1-헥산올을 1000 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 딘 스탁 트랩, 써모워치 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 교반기를 작동시켰다. ½ 정육면체 모양(cube)의 나트륨(Na) 금속(약 0.179 g, 평탄화됨, 작은 조각으로 절단됨)을 상기 플라스크에 첨가하였다. 열을 60℃까지 가하였다. 나트륨은 45분 후에 용해되었다. 204.92 g의 HMS를 플라스크에 첨가하였다. 플라스크 주위로 절연체를 감싸고, 반응물을 160℃로 가열하였다. 120℃에서, 메탄올이 딘 스탁 트랩에서 수거되기 시작하였다. 6시간 후에, 기체 크로마토그래피(GC)로 반응이 완료되었음을 확인하였다. 반응물이 냉각되면, 50 mL의 톨루엔, 50 mL의 탈이온(DI)수(H₂O)를 첨가하고, 30 mL의 1N HCl로 중화시켰다. 반응물을 물로 세척하여 염화나트륨을 제거하고, 유기 층을 무수 MgSO₄ 상에서 건조시켰다. 톨루엔 및 미반응 2-에틸-1-헥산올을 진공에서 제거하였다. GC로부터 여전히 과량의 2-에틸-1-헥산올이 존재함을 확인하여서, 샘플을 하기 조건을 사용하여 WFE를 통과시켰다. 2-에틸-1-헥산올을 함유하는 오버헤드 컷(cut)을 폐기시켰다.

과량의 2-에틸-1-헥산올의 제거 조건

재킷 (℃)	콜드 핑거(℃)	교반 속도 (rpm)	압력 (mtorr)	유속 (mL/min)
150	0	497	10	1.5

209.75 g의 생성물을 1000 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 써모워치 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 교반기를 작동시켰다. 50 mL 톨루엔을 첨가하였다. 첨가 깔대기를 사용하여, 104.54 g, 1.2 몰 과량의 데카노일 클로라이드를 첨가하였다. 1시간 후에, 데카노일 클로라이드를 첨가하고, 반응물을 열을 가하지 않고 밤새 연속하여 교반시켰다. 다음 날, GC로부터 반응이 완료되었음을 확인하였다.

100 mL의 메탄올을 샘플에 첨가하여 미반응 산 클로라이드를 전환시켰다. 반응물을 물로 세척하여 과량의 HCl을 제거하였다. 수성 층을 폐기시켰다. 유기 층을 MgSO₄, 무수 분말을 사용하여 건조시키고, 톨루엔 및 메탄올을 진공에서 제거하였다. 샘플을 이전과 동일한 조건을 사용하여 WFE로 통과시켜서 임의의 과량의 용매를 제거하였다. 오버헤드 물질을 제거하였다. 산 가는 0.054 mg KOH/g인 것으로 측정되었다.

실시예 3: HMS/2-에틸헥산산

1일: 101.05 g의 HMS를 500 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 딘 스탁 트랩, 써모워치 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 교반기를 작동시켰다. 상기 플라스크 주위로 절연체를 감쌌다. 132.9 g의 2-에틸 헥산산을 첨가하였다. 열을 170℃까지 가하였다. 반응 과정을 GPC로 모니터하여 생성물의 분자량을 측정하였다. 완료 후에, 미반응 2-에틸 헥산산을 하기 조건을 사용하여 WFE에 의해 제거하였다. 생성물은 투명한 금빛 황색이었다. 오버헤드 물질을 폐기하였다.

미반응된 2-에틸 헥산산의 제거 조건

재킷 (℃)	콜드 핑거(℃)	교반 속도 (rpm)	압력 (mtorr)	유속 (mL/min)
160	25	424	210	4.3

실시예 4: HMS/2-에틸-1-헥산올/옥타노일 클로라이드

1일: 353.67 g의 2-에틸-1-헥산올을 2000 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 딘 스탁 트랩, 써모워치 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 교반기를 작동시켰다. Na 금속(약 0.52 g, 평탄화됨, 작은 조각으로 절단됨)을 상기 플라스크에 첨가하고 반응물을 60℃로 가열하였다. 나트륨이 45분 후에 용해되었다. 300 g의 HMS 썬플라워(sunflower) 단량체를 상기 플라스크에 첨가하였다. 상기 플라스크 주위로 절연체를 감쌌다. 열을 160℃까지 가하였다. 120℃에서, 메탄올 오버헤드 물질이 수거되기 시작하였다. 4시간 후에, GC에 의해 반응이 완료되었음을 확인하였다. 가열을 중단하였다. 16.5 mL의 오버헤드 물질을 수거하였다. 반응물이 냉각되면, 100 mL의 톨루엔 및 100 mL의 탈이온수를 첨가하고, 30 mL의 1N HCl로 중화시켰다. 3회의 물 세척을 실시하고, 분별 깔대기를 사용하여 분리하였다. 수성 층을 폐기시켰다. MgSO₄, 무수 분말을, MgSO₄가 플라스크 중에서 더 이상 덩어리지지 않을 때까지, 삼각 플라스크에 첨가하였다. 그 후, 용액은 투명하였다. 톨루엔 및 과량의 2-에틸-1-헥산올을 제거하기 위해서, 샘플을, 펌프가 부착된(secured) 회전 증발기(로타뱁(rotavap))을 사용하여 증발시켰다. 먼저 수조 온도를 40℃에서 설정하여 톨루엔을 제거한 다음, 수조 온도를 90℃까지 상승시켜 2-에틸-1-헥산올을 제거하였다. GC에 의해 과량의 2-에틸-1-헥산올이 여전히 존재함을 확인하였으므로, 샘플을 하기 조건을 사용하여 WFE를 통과시켰다:

과량의 2-에틸-1-헥산올의 제거 조건

재킷 (℃)	콜드 핑거(℃)	교반 속도 (rpm)	압력 (mtorr)	유속 (mL/min)
140	0	611	80	2.0

291 g의 생성물을 2000 mL 3목 둥근 바닥 플라스크 내로 칭량하여 넣었다. 응축기, 써모워치 온도 조절기를 구비한 온도계, 오버헤드 기계 교반기, 마개, 및 N₂ 입구를 추가하였다. 교반기를 작동시켰다. 150 mL 톨루엔을 첨가하였다. 첨가 깔대기를 사용하여, 119.2 g, 1.2몰 과량의 옥타노일 클로라이드를 첨가하였다. 1시간 후에, 옥타노일 클로라이드의 첨가를 완료하였고, 열을 가하지 않고 밤새 반응물을 연속하여 교반시켰다. 다음 날, GC에 의해 반응이 완료되었음을 확인하였다.

200 mL의 메탄올을 샘플에 첨가하였다. 샘플을 회전증발기 상에 위치시켜서 톨루엔 및 메탄올을 제거하였다. 샘플을 이전과 동일한 조건을 사용하여 WFE로 통과시켜서 임의의 과량의 용매를 제거하였다. 오버헤드 물질을 폐기시켰다. 샘플을 밤새 동결기 내로 넣고, 아침에 이것이 동결되지 않았음을 확인하였다. 산 가는 0.046 mg KOH/1g인 것으로 측정되었다.

Claims (9)

1. (a) 400 달톤 내지 10,000 달톤의 수 평균 분자량;
   (b) 20 킬로볼트/1 mm 갭 초과의 유전 파괴(dielectric breakdown);
   (c) 0.2% 미만의 25℃에서의 손실 계수(dissipation factor);
   (d) 250℃ 초과의 연소점(fire point);
   (e) 35 센티스토크스 미만의 40℃에서의 동적 점도;
   (f) -30℃ 미만의 유동점(pour point);
   (g) 0.03 mg KOH/g 미만의 산도; 및
   (h) 그의 조합
   으로부터 선택된 하나 이상의 특성을 갖는 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트를 포함하는, 전기 장치용 유전 유체 조성물.
2. 제1항에 있어서, 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트가 1 중량% 내지 100 중량% 범위의 양으로 존재하는, 유전 유체 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트가 30 중량% 내지 90 중량% 범위의 양으로 존재하는, 유전 유체 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 천연 트리글리세리드; 유전자 변형된 천연 오일; 또 다른 합성 에스테르; 광물성 오일; 폴리 알파 올레핀; 조류 오일; 또는 그의 조합물을 추가로 포함하는, 유전 유체 조성물.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 수 평균 분자량이 400 달톤 내지 5,000 달톤인, 유전 유체 조성물.
6. (a) 히드록시 메틸 에스테르를 형성시키기에 적합한 조건에서 메틸-12-히드록시 메틸 스테아레이트와 선형 또는 분지형 C3 내지 C20 알콜을 반응시키고, (b) 관능화 메틸-12-카르복시 메틸 스테아레이트를 형성시키기에 적합한 조건에서 히드록시 메틸 에스테르를, 선형 및 분지형 C4 내지 C20 유리 산 클로라이드, 지방산, 카르복실산 무수물, 및 그의 조합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 카르복실산과 반응시키는 것을 포함하는, 유전 유체 조성물의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 알콜이 C8 내지 C10 알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제조 방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 카르복실산이 선형 및 분지형 C8 내지 C10 지방산 및 카르복실산 무수물로부터 선택되는, 제조 방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 카르복실산이 선형 및 분지형 C8 내지 C10 유리 산 클로라이드로부터 선택되는, 제조 방법.

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