基于非油酸甘油三酯、低粘度、高闪点的介电流体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及介电流体。在一个方面中，本发明涉及包含C14:l和/或C16:l脂肪 酸甘油三酯的介电流体，而在另一个方面中，本发明涉及包含C14 :1和/或C16 :1脂肪酸 甘油三酯与一或多种多不饱和或饱和甘油三酯和/或C18 :1脂肪酸甘油三酯组合的介电流 体。
【背景技术】
[0002] 基于植物油（VO)的介电流体（例如变压器流体）由于其环保和高闪点以提高变 压器操作的安全性而已越来越多地用于发电行业，取代基于矿物油（MO)的介电流体。然 而，基于VO的介电流体与基于MO的介电流体相比具有显著较高的粘度，这导致使用基于VO 的介电流体的热传递操作较差。因此，对与低熔点并且少量多不饱和脂肪酸的甘油三酯组 合的粘度减小以提高变压器中热传递效率，同时保留高闪点优势的基于VO的介电流体存 在市场需要。
[0003] 一些解决此问题的常规途径和其相关缺点包括
[0004] 1.通过将基于VO的介电流体与如聚α -烯烃、合成多元醇酯和聚甘油脂肪酸酯的 较低粘度流体掺合来降低基于VO的介电流体的粘度。然而，这些途径可能导致闪点降低或 被基于非天然的来源取代；
[0005] 2.将基于VO的介电流体与如脂肪酸烷基酯的稀释剂混合，但这需要超过10重量 百分比（wt%)的稀释剂以将菜籽油的粘度减小到小于33厘泊（cP)。然而，这同样导致闪 点降低；
[0006] 3.增加基于VO的介电流体中的不饱和量降低流体粘度，但其同样降低流体的氧 化稳定性（参见USP 6, 117, 827);以及
[0007] 4.增加基于VO的介电质中饱和C12-C16甘油三酯的量，但这同样增加流体的熔 点。
[0008] 继续关注具有所需特性平衡的介电流体，确切地说，具有低粘度（在40°C下 彡33cP，在10°C下彡120cP)、高闪点（彡260°C，优选地彡270°C )以及低熔点（_15°C或更 低）的组合。
【发明内容】
[0009] 在一个实施例中，本发明是甘油三酯组合物，按所述组合物的重量计的重量百分 比包含：
[0010] A.大于0到100%的C14 :1或C16 :1脂肪酸中的至少一种；和以下各物中的至少 一种：
[0011] B.不超过（彡）10%的C18:l脂肪酸；
[0012] C.不超过（彡）12%的一或多种多不饱和脂肪酸；以及
[0013] D.不超过（〇 7%的一或多种饱和脂肪酸。
[0014] 甘油三酯可以包含甘油与以下脂肪酸的任何组合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、 C16 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸。脂肪酸可以按任何次序连接到甘油分子， 例如，任何脂肪酸可以与甘油分子的任何羟基反应形成酯键。在一个实施例中，组合物包含 C18 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸中的至少两种。在一个实施例中，组合物包 含C18 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸中的全部三种。
[0015] 本发明的组合物适用作介电流体并且展现（i)在40°C下小于或等于（<)33cP和 在KTC下彡120cP的粘度，（ii)大于或等于彡260°C，优选地彡270°C的闪点和（iii)_15°C 或更低的熔点。
[0016] 在一个实施例中，本发明是包含介电流体的电力装置，其中所述介电流体是甘油 三酯组合物，按所述组合物的重量计的重量百分比包含：
[0017] A.大于0到100%的C14 :1或C16 :1脂肪酸中的至少一种；和以下各物中的至少 一种：
[0018] B.不超过（彡）10%的C18:l脂肪酸；
[0019] C.不超过（彡）12%的一或多种多不饱和脂肪酸；以及
[0020] D.不超过（彡）7%的一或多种饱和脂肪酸。
[0021] 甘油三酯可以包含甘油与以下脂肪酸的任何组合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、 C16 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸。脂肪酸可以按任何次序连接到甘油分子， 例如，任何脂肪酸可以与甘油分子的任何羟基反应形成酯键。在一个实施例中，组合物包含 C18 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸中的至少两种。在一个实施例中，组合物包 含C18 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸中的全部三种。
【具体实施方式】
[0022] 定义
[0023] 除非相反地陈述，从上下文暗示或本领域惯用的，否则所有份数和百分比都以重 量计，并且所有测试方法都是到本发明的申请日为止的现行方法。出于美国专利实践的目 的，任何所参考专利、专利申请案或公开案的内容都以全文引用的方式并入（或其等效美 国版本如此以引用的方式并入），尤其在所属领域中的定义（在并未与本发明特定提供的 任何定义不一致的程度上）和常识的披露方面。
[0024] 除非另外指明，否则本发明中的数字范围为大致的，并且因此可以包括在所述范 围外的值。数字范围包括来自并包括下限值和上限值、以一个单位递增的全部值，其限制条 件为任何较低值和任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。举例来说，如果组成特性、物 理特性或其它特性（如温度）是从100到1，〇〇〇,那么明确列举全部个别值（如100、101、 102等）和子范围（如100到144、155到170、197到200等）。对于含有小于一的值或含 有大于一的分数（例如L 1、L5等）的范围，一个单位按需要被视为0·0001、0·001、0·01 或0. 1。对于含有小于10的个位数（例如1到5)的范围，一个单位通常被视为0. 1。这些 仅是特别预定的实例，并且所列举的最低值和最高值之间数值的全部可能组合将被视为明 确陈述在本发明中。在本发明内尤其提供粘度、温度和组合物中个别组分的相对量的数字 范围。
[0025] "包含"、"包括"、"具有"和类似术语意指组合物、方法等不限于所披露的组分、步骤 等，而是实际上可以包括其它未披露的组分、步骤等。相比之下，术语"基本上由……组成" 从任何组合物、方法等的范畴排除对组合物、方法等的性能、可操作性等等并非基本的那些 组分、步骤等之外的任何其它组分、步骤等。术语"由……组成"从组合物、方法等排除并未 专门披露的任何组分、步骤等。除非另外说明，否则术语"或"是指单独以及呈任何组合的 所披露的成员。
[0026] "介电流体"和类似术语意指在正常情况下不传导或以极低水平传导电流的流体 (通常为液体）。植物油本质上具有良好介电特性（US 2006/0030499)。对于许多植物油来 说，介电常数小于4. 5。
[0027] "粘度"和类似术语意指通过剪切应力或拉伸应力变形的流体的阻力。出于本说明 书的目的，如通过ASTM D-445所测量，使用布洛克菲尔德粘度计（Brookfield viscometer) 在40°C和10°C下测量粘度。
[0028] "闪点"和类似术语意指挥发性液体可以蒸发而在空气中形成可燃性混合物但不 会继续燃烧（相比燃点）的最低温度。出于本说明书的目的，通过ASTM D-3278的方法测 量闪点。
[0029] "燃点"和类似术语意指挥发性液体可以蒸发而在空气中形成可燃性混合物并 且将在点燃后继续燃烧的最低温度。一种已接受的用于测量液体燃点的方法是ASTM D-92-12。液体的燃点通常大于闪点25-30°C。
[0030] "倾点"和类似术语意指液体变为半固体并且丧失其流动特征的最低温度，或换句 话说，液体将流动的最低温度。出于本说明书的目的，通过ASTM D-97测量倾点。
[0031] "熔点"和类似术语意指物质从固态变为液态的温度。出于本说明书的目的，使用 差示扫描式热量计（DSC)和以下方案测量熔点：
[0032] L 在 90. 00°C 下平衡，
[0033] 2.等温10分钟，
[0034] 3.斜率 2. 00°C / 分钟到-90. 00 °C，
[0035] 4.循环1结束，
[0036] 5.斜率 2. 00°C / 分钟到 90. 00 °C，
[0037] 6.循环2结束，
[0038] 7.斜率 2. 00°C / 分钟到-90. 00 °C，
[0039] 8.循环3结束，以及
[0040] 9.方法结束。
[0041] 循环2的峰值温度报导为组合物的熔点。熔点与倾点相当充分地相关。
[0042] "甘油三酯"和类似术语意指由甘油和三个脂肪酸衍生的酯。本说明书中用于描述 甘油三酯的记法与下文用于描述脂肪酸的相同。甘油三酯可以包含甘油与以下脂肪酸的任 何组合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、C16 :1脂肪酸、多不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸。脂 肪酸可以按任何次序连接到甘油分子，例如，任何脂肪酸可以与甘油分子的任何羟基反应 形成酯键。C18 :1脂肪酸甘油三酯仅意指甘油三酯的脂肪酸组分衍生自或基于C18 :1脂肪 酸。也就是说，C18 :1甘油三酯是甘油和各具有18个碳原子、每一脂肪酸具有一个双键的 三个脂肪酸的酯。类似地，C14 :1甘油三酯是甘油和各具有14个碳原子、每一脂肪酸具有 一个双键的三个脂肪酸的酯。同样，C16 :1甘油三酯是甘油和各具有16个碳原子、每一脂 肪酸具有一个双键的三个脂肪酸的酯。C18 :1脂肪酸与C14 :1和/或C16 :1组合的甘油三 酯意指：（a)C18 :1甘油三酯与C14 :1甘油三酯或C16 :1甘油三酯或两者混合或（b)甘油三 酯的至少一个脂肪酸组分衍生自或基于C18 :1脂肪酸，而另两个衍生自或基于C14 :1脂肪 酸和/或C16 :1脂肪酸。
[0043] "脂肪酸"和类似术语意指具有饱和或不饱和的长脂肪族尾部的羧酸。不饱和脂肪 酸在碳原子之间具有一或多个双键。饱和脂肪酸不含有任何双键。本说明书用于描述脂肪 酸的记法包括表示碳原子的大写字母"C"，后面是描述脂肪酸中碳原子数目的数字，接着是 冒号和表示脂肪酸中双键数目的另一数字。举例来说，C16 :1表示具有16个碳原子和一个 双键的脂肪酸，例如棕榈油酸。这一记法中冒号后的数字既不指明脂肪酸中双键的位置也 不指明键结到双键碳原子的氢原子是否彼此为顺式。这一记法的其它实例包括C18 :0(硬 脂酸）、C18 :1(油酸）、C18 :2(亚油酸）、C18 :3(α-亚麻酸）和C20 :4(花生四烯酸）。
[0044] 组合物
[0045] 本发明的甘油三酯组合物的第一脂肪酸组分是C14 :1或C16 :1中的至少一种。 C14 :1甘油三酯是甘油和各具有14个碳原子、每一脂肪酸具有一个双键的三个脂肪酸的 酯。C14:l脂肪酸的代表是肉豆蔻脑酸、抹香鲸酸和粗租酸（tsuzuic acid)。C14:l甘油 三酯可以包含甘油与三个C14 :1脂肪酸的任何组合，并且C14 :1脂肪酸可以按任何次序连 接到甘油分子，例如，任何C14 :1脂肪酸可以与甘油分子的任何羟基反应形成酯键。通常， C14:l脂肪酸是肉豆蔻脑酸。
[0046] C16 :1甘油三酯是甘油和各具有16个碳原子、每一脂肪酸具有一个双键的三个脂 肪酸的酯。C16 :1脂肪酸的代表是棕榈油酸。如同C14 :1甘油三酯，C16 :1甘油三酯可以 包