可用作介電流體組合物的共混的油組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及介電流體組合物，其適合用作電變壓器絕緣和冷卻流體。
【背景技術(shù)】
[0002] 電氣工業(yè)使用介電流體，以冷卻電氣設(shè)備，諸如變壓器、電力電纜、斷路器和電容 器。通常，這些介電流體與液體填充的變壓器中的固體絕緣體組合使用。示例包括礦物油、 高分子量烴（HMWH)、有機(jī)硅液和合成烴油（聚 α-烯烴）。此類流體必須是電絕緣的、耐受 降解并能夠充當(dāng)熱傳遞介質(zhì)，使得電氣裝置中產(chǎn)生的大量熱能夠消散到周圍環(huán)境中，從而 增加固體絕緣體的壽命。
[0003] 然而，由于擔(dān)心安全、環(huán)境并且考慮到所要求的具體限制，礦物油填充的變壓器通 常不用于建筑物內(nèi)部。
[0004] 已經(jīng)開發(fā)出證明介電流體具有適用于各種設(shè)備資格的標(biāo)準(zhǔn)。美國材料試驗(yàn)學(xué)會已 開發(fā)出ASTM標(biāo)準(zhǔn)D3487-88和D522292,其設(shè)定了對礦物絕緣油和高著火點(diǎn)的烴絕緣油的規(guī) 格限制。ASTM D6871-03設(shè)定了用于電氣裝置的天然酯流體的規(guī)格限制，國際電工技術(shù)委員 會標(biāo)準(zhǔn)IEC 61099設(shè)定了對合成酯流體的規(guī)格限制，并且IEC 60296第4版設(shè)定了對未抑 制礦物油的規(guī)格限制。
[0005] 常常將添加劑加入介電流體中以增強(qiáng)流體的性能，從而增加配電和電力變壓器的 壽命。一種常用操作是將氧化抑制添加劑加入未抑制油中。另一種常用操作是將抗析氣添 加劑加入具有正析氣傾向的流體中。用于變壓器的介電流體例如可在使用過程中產(chǎn)生氣 體，如果用于密閉容器內(nèi)部，則所述氣體可產(chǎn)生壓力問題。另外，冷卻流體的性能還可受到 流體中氣泡存在的影響。美國專利公布2010/0279904 Al描述了一種電絕緣油，其包含重 質(zhì)重整產(chǎn)品作為抗析氣劑。
[0006] 使用常規(guī)的介電流體并不是沒有問題的。近年來，管理機(jī)構(gòu)已越來越關(guān)注可能污 染地面土壤和其它區(qū)域的石油泄漏。許多常規(guī)流體在適當(dāng)時間范圍內(nèi)不可生物降解。一些 具有使得它們欠佳的電性能。能夠生物降解的介電流體將適用于居住區(qū)或生態(tài)敏感區(qū)域內(nèi) 所用的電氣裝置如變壓器。
[0007] 出于安全和環(huán)境原因，天然和合成酯可用作介電流體以替換礦物油。公布的加拿 大專利申請CA 2, 492, 565公開了介電冷卻劑，所述介電冷卻劑至少具有約-40°C的傾點(diǎn)， 并且包含多于一種特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的多元醇酯的混合物，其中所述烷基基團(tuán)具有C 5-C22的鏈 長。美國專利8,187, 508B2描述了電絕緣油的基料試劑，其主要包含甘油和具有6-14個碳 原子的直鏈或支鏈的脂肪酸的酯化產(chǎn)物。
[0008] 已知天然酯的氧化穩(wěn)定性可通過（1)通過完全或部分氫化減少雙鍵數(shù)（不飽和基 團(tuán)）和/或通過（2)減少油中的多不飽和基團(tuán)來改善。然而，雖然任一種方法均可增強(qiáng)天 然油的氧化穩(wěn)定性，但此類措施可增加油的傾點(diǎn)，并且該結(jié)果對于用于暴露于低環(huán)境溫度 的變壓器中的油而言是不可取的。
[0009] 一直需要可生物降解的電冷卻流體，其具有良好的氧化穩(wěn)定性，在低溫下保持流 動的并在高溫下穩(wěn)定，或在極端溫度下以其他方式保持其期望的特性。另外，還可能期望由 可再生資源的材料獲得變壓器介電冷卻流體。
[0010] 還需要控制可生物降解的電冷卻流體的特性的方法，所述方法將確保其在一定溫 度范圍內(nèi)保持流動和穩(wěn)定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 在一個方面，本發(fā)明為可用作介電流體的組合物，所述組合物包含可再生資源的 合成飽和多元醇醋或基本上由其組成，所述多元醇醋具有小于約3000ppm的未反應(yīng)或部分 反應(yīng)的多元醇，其中所述多元醇酯為得自包含以下物質(zhì)的反應(yīng)混合物的完全酯化的反應(yīng)產(chǎn) 物：（i)具有至少3個羥基基團(tuán)的多羥基組分和（ii)飽和羧基衍生物的混合物，其中至少 約95摩爾％的羧基衍生物包含6至12個碳原子，其中：所述組合物具有由ASTM D-92測定 的至少300°C的著火點(diǎn)，以及由ASTM 445測定的在40°C下小于約30厘沲的粘度。
[0012] 在另一方面，本發(fā)明為可用作介電流體的組合物，所述組合物包含可再生資源的 合成多元醇酯，所述多元醇酯具有小于約3000ppm的未反應(yīng)多元醇，并且還包含合成氧化 劑，其中所述多元醇酯為得自包含以下物質(zhì)的反應(yīng)混合物的完全酯化的反應(yīng)產(chǎn)物：（i)具 有至少4個羥基基團(tuán)的甘油低聚物組分；（ii)飽和直鏈羧基衍生物的混合物，其中至少約 95摩爾％的所述羧基衍生物包含6至12個碳原子；以及（iii)任選地酯化催化劑；其中： 所述組合物具有由ASTM D924測定的約4. 5的介電常數(shù)（Dk)，由ASTM D-92測定的至少 300°C的著火點(diǎn)，以及由ASTM 445測定的在40°C下小于約30厘沲的粘度。
[0013] 在另一方面，本發(fā)明為可用作介電流體的組合物，所述組合物為包含以下物質(zhì)的 共混物：（1)約1重量％至約99重量％的可再生資源的合成飽和多元醇酯，其中所述多元 醇酯為得自包含以下物質(zhì)的反應(yīng)混合物的完全酯化的反應(yīng)產(chǎn)物：（i)具有至少3個羥基基 團(tuán)的多羥基組分和（ii)飽和直鏈羧基衍生物的混合物，其中至少約95摩爾％的羧基衍生 物包含6至12個碳原子；以及（2)約1重量％至約99重量％的得自天然源的三?；视?天然油，其基本上由長鏈脂肪酸酯組成；其中，與所述共混物的組分（1)的析氣傾向相比， 在不添加芳族抗析氣添加劑的情況下，所述共混物具有減小的析氣傾向。
[0014] 在另一方面，本發(fā)明為可用作介電流體的組合物，所述組合物為包含以下物質(zhì)的 共混物：（1)約1重量％至約99重量％的可再生資源的合成多元醇酯，其中所述多元醇酯 為得自包含以下物質(zhì)的反應(yīng)混合物的完全酯化的反應(yīng)產(chǎn)物：（i)具有至少3個羥基基團(tuán)的 多羥基組分和（ii)飽和直鏈羧基衍生物的混合物，其中至少約95摩爾％的羧基衍生物包 含6至12個碳原子；（2)約1重量％至約99重量％的得自天然源的三?；视吞烊挥?，其 基本上由長鏈脂肪酸酯組成，所述長鏈脂肪酸酯包含大于約75摩爾％油基酯；以及（3)任 選的添加劑，所述添加劑選自：傾點(diǎn)下降劑、金屬減活劑、抗發(fā)泡劑、以及靜電充電趨勢抑制 劑，其中：（a)所述共混物為未抑制的；(b)所述共混物具有由ASTM D-92測定的至少300°C 的著火點(diǎn)，（c)與組分（1)的析氣傾向相比，在不添加芳族抗析氣添加劑的情況下，所述共 混物具有減小的析氣傾向；并且（d)所述共混物具有由ASTM D-97測定的小于約-20°C的 傾點(diǎn)。
[0015] 在另一方面，本發(fā)明為電氣裝置，所述電氣裝置包含本發(fā)明的介電流體。
【附圖說明】
[0016] 圖1為油穩(wěn)定性指數(shù)（OSI)相對于共混組合物中高油酸大豆油的百分比關(guān)系的 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 在一個實(shí)施例中，本發(fā)明是可用作介電流體的組合物，其包含合成的可再生資源 的多元醇酯。所述合成酯可單獨(dú)使用或作為與其它天然油如三?；视陀秃?或礦物油的 共混物使用。
[0018] 本發(fā)明的可再生資源的合成多元醇酯流體是合成的，因?yàn)槠渫ㄟ^在可控工藝條件 下的酯化/酯交換（酯基轉(zhuǎn)移）反應(yīng)或方法來獲得。酯交換反應(yīng)可通過任何已知的常規(guī)或 非常規(guī)方法來進(jìn)行，包括使用催化劑，所述催化劑可以為酸性、堿性或酶催化劑。在一個實(shí) 施例中，不需要添加催化劑，因?yàn)樵谀承l件下，反應(yīng)可以為自催化的。
[0019] 例如，充分確定醇的酯化可通過在合適的條件下使醇與羧酸或其衍生物接觸以 形成羧酸酯來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，當(dāng)由羧酸起始時，所述方法可使用酸催化劑來催 化一例如，強(qiáng)無機(jī)酸諸如鹽酸、磷酸、硫酸或在化學(xué)領(lǐng)域中為人熟知并且是常規(guī)的其它此 類強(qiáng)質(zhì)子酸，如對甲苯磺酸。Lewi s酸可適用于能夠提供本發(fā)明的合成油的醋化方法。Lewi s 酸諸如鋁、鈦和錫化合物（諸如氯化錫（II)二水合物以及二丁基氧化錫）是此類方法所已 知并且是常規(guī)的。
[0020] 在其它實(shí)施例中，醇的酯化可使用過量羧酸以確保完全酯化來實(shí)現(xiàn)，并且不添加 催化劑。過量脂肪酸可在反應(yīng)之后，在減壓下完全除去。如果不除去，則存在于產(chǎn)物中的殘 余酸可影響特性，諸如氧化穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性、功率因數(shù)以及其它特性，因此應(yīng)當(dāng)改善產(chǎn) 物的質(zhì)量。精煉油可有效改善油質(zhì)量。這在羧酸是短鏈脂肪酸或中鏈脂肪酸時尤為重要。
[0021] 除了羧酸之外，本發(fā)明的酯還可使用羧酸衍生物諸如羧酸鹵化物，例如羧酰氯和 羧酰溴來獲得。羧酸酐或羧酸酯也可以是可用于制備本發(fā)明的合成酯的羧酸衍生物。在另 一個實(shí)施例中，天然油和/或酯可以為本發(fā)明合成酯的羧基基團(tuán)的合適的來源（本文中也 稱為"酰基"基團(tuán)），并可用于被稱為酯交換的常規(guī)方法中，其中起始酯的酰