本申请案要求2014年6月26日申请的美国临时申请案第62/017,309号的权益。
技术领域：
本发明的各种实施例涉及饱和二聚酸二酯和其作为介电流体的用途。
背景技术：
：电介质为用于多种应用的非导电流体。介电流体的绝缘与冷却特性在如变压器、电容器、开关装置、传输组件、配电组件、开关、调节器、断路器、自动开关、流体填充传输线以及其他电装置的电组件中得到应用。在变压器中，介电流体向内部变压器组件提供冷却液和绝缘特性。介电流体冷却变压器并且还在内部带电部分之间提供部分电绝缘。介电流体要求较长工作寿命(10至20年)以及在高温下持续延长时间的稳定性。一度用作变压器中介电流体的多氯联苯化合物(也称作PCB)因其毒性特性与负面环境影响而被淘汰。已取代PCB的无毒变压器油包括硅酮类或氟化烃油、矿物油、脂肪酸酯、植物类油以及植物籽油。这些无毒油可能具有关于粘度、闪点、燃点、倾点、水饱和点、介电强度和/或其他特性的缺点，限制其作为介电流体的实用性。技术实现要素：一个实施例为一种介电流体，其包含饱和二聚酸二酯。具体实施方式本发明的各种实施例涉及饱和二聚酸二酯和其在介电流体中的用途。此类介电流体可任选地含有额外组分，如抗氧化剂、氧化抑制剂、腐蚀抑制剂、金属去活化剂、倾点抑制剂或其组合。另外，各种实施例涉及包含含有一种或多种饱和二聚酸二酯的介电流体的电组件。饱和二聚酸二酯如上所述，本文所述介电流体包含一种或多种饱和二聚酸二酯。如本文所使用，术语“二聚酸”表示通过二聚不饱和脂肪酸制备的二羧酸。所得二聚酸若非已饱和，则可经氢化以形成饱和分子。如此项技术中已知，术语“饱和”表示分子既不具有碳-碳双键也不具有碳-碳三键。用于制造二聚酸的合适脂肪酸起始材料包括(但不限于)如油酸的不饱和C18脂肪酸。在不同实施例中，起始脂肪酸材料可为如发现于松油中的脂肪酸的复杂混合物。脂肪酸起始材料的二聚可利用此项技术中已知方法实现。例如，在一个实施例中，可通过在酸处理的粘土催化剂存在的情况下将不饱和脂肪酸(例如松油脂肪酸)加热至高于200℃的温度来实现二聚。在这些条件下，部分脂肪酸二聚合，更小数量三聚合，且部分异构化成单体。所得混合物称作粗制二聚体。粗制二聚体随后可经蒸馏以使不饱和二聚体自单体分离，且不饱和二聚体可进一步经蒸馏以分离出任何三聚体成分。经蒸馏的不饱和二聚体随后可经氢化以产生适用于本文的饱和二聚酸。当使用脂肪酸的复杂混合物作为起始不饱和脂肪酸材料时，所得二聚脂肪酸可为不同二聚酸的混合物。所述二聚脂肪酸的混合物可包括(氢化后)例如具有以下一种或多种结构的二聚酸：非环状二聚体：环状二聚体：多环二聚体：在不同实施例中，可采用可商购的饱和(例如氢化)二聚酸。合适的可商购饱和二聚酸实例包括(但不限于)可购自密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO)的CAS编号68783-41-5，具有约570g/mol平均数量平均分子量(“Mn”)的氢化二聚酸。适用于本文的二聚酸二酯可通过饱和二聚酸(如上文所述的那些)的已知酯化技术使用一种或多种醇制备。在不同实施例中，可使用如酸和/或碱的催化剂进行酯化反应。替代地，在无催化剂存在的情况下可在高温下进行酯化。另外，可在环境压力或减压下在存在溶剂或不存在溶剂的情况下进行酯化反应。替代地，可使用溶剂(例如苯或甲苯)作为载剂用于共沸酯化。使用于酯化反应中的合适的醇可为伯醇、仲醇、叔醇或其混合物。合适醇的实例包括(但不限于)乙醇、1-丙醇、1-丁醇、1-戊醇、2-乙基己醇、异丙醇、甲基异丙基甲醇以及其中两者或更多者的混合物。所得饱和二聚酸二酯可为饱和二聚酸的二烷基二酯。在不同实施例中，饱和二聚酸二酯可选自由以下各者组成的群组：二聚酸的二-2-乙基己基二酯、二聚酸的二己基二酯、二聚酸的二丁基二酯、二聚酸的二戊基二酯以及其中两者或更多者的组合。在不同实施例中，一种或多种饱和二聚酸二酯可构成以介电流体总重量计的至少10重量％(“wt％)、至少25wt％、至少50wt％、至少75wt％、至少95wt％或至少99wt％的介电流体。添加剂如上所述，介电流体除二聚酸二酯外还可含有一种或多种添加剂。此类添加剂包括(但不限于)抗氧化剂、氧化抑制剂、腐蚀抑制剂、金属去活化剂、倾点抑制剂、或其中两者或更多者的组合。在一个或多个实施例中，介电流体包含一种或多种抗氧化剂。抗氧化剂可改进介电流体的氧化稳定性。在一个实施例中，抗氧化剂为酚抗氧化剂或胺抗氧化剂。合适酚抗氧化剂的非限制性实例包括IRGANOXTML64、IRGANOXTML94；VANOXTMMBPC(2,2'-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚))、IRGANOXTML109(双(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)、二-叔丁基-对甲酚、2,6-二-叔丁基-甲基苯酚、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚以及其任何组合。胺抗氧化剂的非限制性实例包括N,N'二辛基二苯胺、二-β-萘基-对苯二胺、IRGANOXTML57(辛基化/丁基化二苯胺)、NAUGALUBETM438L(壬基化二苯胺)、丁基辛基二苯胺、IRGANOXTML74(二烷基二苯胺)、二异丙苯基二苯胺、N,N'-二-异丙基-对苯二胺、N,N'-双-(1,4-二甲基苯基)-对苯二胺以及其任何组合。合适抗氧化剂的其他非限制性实例包括丁基化羟基甲苯(BHT)、丁基化羟基苯甲醚(BHA)、单-叔丁基氢醌(TBHQ)以及其任何组合。合适抗氧化剂的又其他非限制性实例包括2,2-二(4-羟苯基)丙烷、苯酚噻嗪、苯酚噻嗪羧酸酯、聚合三甲基二氢喹啉、苯基-α-萘胺、N,N'二辛基二苯胺、N,N'-二异丙基-对苯二胺、二丁基甲酚、丁基化羟基苯甲醚、蒽醌、喹啉、邻苯二酚、二-β-萘基-对苯二胺、没食子酸丙酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯甲基)苯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯酯)、癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶酯)、四[亚甲基(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)]甲烷、硫代二亚乙基双(3,5-二-叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯、4,4'-硫代双(6-叔丁基-间甲酚)、2,2'-硫代双(6-叔丁基-4-甲苯酚)、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、苯胺、4-(1-甲基-1-苯乙基)-N-4[4-(1-甲基-1-苯乙基)苯基]-、taxilic酸、柠檬酸以及前文的任何组合。当采用抗氧化剂时，介电流体可含有以介电流体总重量计自0.1至1.0wt％或1.5wt％的抗氧化剂。如上所述，介电流体可包括一种或多种金属去活化剂。金属去活化剂可改进介电流体的氧化稳定性。合适金属去活化剂的非限制性实例包括铜去活化剂和铝去活化剂。铜在油的氧化中具有催化作用。抗氧化剂与游离氧反应进而阻止后者侵袭油。如苯并三唑衍生物的铜去活化剂降低铜在介电流体中的催化活性。在一个实施例中，介电流体含有少于1wt％的铜去活化剂。IRGAMETTM30为可商购自汽巴精化(CIBASPECIALTYCHEMICALS)的金属去活化剂且为三唑衍生物，N,N-双(2-乙基己基)-1H-1,2,4-三唑-1甲胺。其他合适金属去活化剂的非限制性实例包括2',3-双[[3-[3,5-二-叔丁基-4-羟苯基]丙酰基]]丙酰基肼、苯并-三唑脂肪胺盐、1-(二-异辛基氨基甲基)-1,2,4-三唑、1-(2-甲氧基丙-2-基)甲苯基三唑、1-(1-环己氧基丙基)甲苯基三唑、1-(1-环己氧基庚基)甲苯基三唑、1-(1-环己氧基丁基)甲苯基三唑、1-[双(2-乙基己基)氨基甲基-4-甲基苯并三唑、硼酸三乙酯、硼酸三丙酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丁酯、硼酸三戊酯、硼酸三己酯、硼酸三环己酯、硼酸三辛酯、硼酸三异辛酯以及N,N-双(2-乙基己基)-芳-甲基-1H-苯并三唑-1-甲胺。当采用金属去活化剂时，介电流体可包括以介电流体总重量计0.1wt％至少于0.7wt％、或少于1.0wt％的金属去活化剂。如上所述，介电流体可包含一种或多种倾点抑制剂。合适倾点抑制剂的非限制性实例包括甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚烷酯、来自脂肪酸的脂肪酸烷基酯、聚乙酸乙烯酯低聚物、丙烯酸低聚物、VISCOPLEXTM10-310、VISCOPLEXTM10-930以及VISCOPLEXTM10-950。在一个实施例中，倾点抑制剂为聚甲基丙烯酸酯(PMA)。在一个实施例中，可通过冬化介电流体使倾点进一步减小。“冬化”为移除在低温下介电流体中出现的沉降物的方法。沉降伴有油粘度的减小。可通过连续减小温度至5℃、0℃以及-12℃维持几个小时，且用硅藻土过滤固体来进行冬化。特性本发明的二聚酸二酯可具有使其适于用作介电流体的特定物理特性。如根据ASTMD92所测量，本发明的二聚酸二酯的闪点可为至少250℃、至少275℃、或至少300℃。在不同实施例中，如根据ASTMD92所测量，二聚酸二酯的闪点可处于自250℃至350℃、自300℃至325℃、或自306℃至312℃的范围内。此外，如根据ASTMD92所测量，本发明介电流体的闪点总体上可为至少250℃、至少275℃、或至少300℃。另外，如根据ASTMD92所测量，介电流体的闪点总体上可处于自250℃至350℃、自300℃至325℃、或自306℃至312℃的范围内。如根据ASTMD92所测量，本发明的二聚酸二酯的燃点温度可为至少300℃、至少320℃、或至少340℃。在不同实施例中，二聚酸二酯的燃点可处于自300℃至400℃、自320℃至380℃、或自337℃至350℃的范围内。此外，如根据ASTMD92所测量，本发明介电流体的燃点温度总体上可为至少300℃、至少320℃、或至少340℃。另外，介电流体的燃点总体上可处于自300℃至400℃、自320℃至380℃、或自337℃至350℃的范围内。如根据ASTMD97所测量，本发明二聚酸二酯的倾点可低于-10℃、低于-15℃、低于-20℃、低于-30℃、或低于-40℃。在不同实施例中，二聚酸二酯在-40℃下可倾倒。此外，如根据ASTMD97所测量，本发明介电流体的倾点总体上可低于-10℃、低于-15℃、低于-20℃、低于-30℃、或低于-40℃。在不同实施例中，介电流体总体上在-40℃下可倾倒。如根据ASTMD1533所测量，本发明介电流体可具有低于200ppm，或自0ppm、或10ppm至100ppm、或低于200ppm的初始水含量。本发明介电流体可无、缺乏或另外不含多氯联苯(“PCB”)。换句话说，存在于介电流体中的PCB(如果存在)的量不可通过ASTMD4059发觉。在一个实施例中，如根据ASTMD445(博勒飞(Brookfield))所测量，本发明介电流体可具有在40℃下低于约50cSt以及在100℃下低于15cSt的粘度。本发明介电流体可具有前文特性的任意组合。器件本发明提供一种器件。所述器件包括电组件且本发明介电流体与所述电组件操作连通。本发明介电流体包括一种或多种上文所述的二聚酸二酯和任选地一种或多种添加剂，如抗氧化剂。合适电组件的非限制性实例包括变压器、电容器、开关装置、传输组件、配电组件、开关、调节器、断路器、自动开关、或类似组件、流体填充传输线、和/或其组合。当在器件中使用时，介电流体可与电组件操作连通。如本文所使用，“操作连通”为使得介电流体能够使电组件冷却和/或绝缘的配置和/或空间关系。通过以下配置，操作连通进而包括介电流体与电组件之间的直接和/或间接接触：介电流体在电组件之内、之上、周围、邻接于电组件、接触电组件、(完全或部分)包围电组件、穿过电组件、和/或接近电组件；以及电组件(完全或部分)浸没于介电流体中。在一个实施例中，电组件包括纤维素类绝缘材料。合适纤维素类绝缘材料的非限制性实例包括牛皮纸和/或压制板。在一个实施例中，电组件为变压器。包含一种或多种二聚酸二酯的本发明介电流体可与变压器操作连通。在变压器中，本发明介电流体提供：(1)使由变压器运作产生的热能消散的液态冷却液；和/或(2)内部带电部分之间的绝缘体，其防止电组件与变压器接触或在变压器上电弧放电。介电流体可以有效量存在以使电组件绝缘。在一个实施例中，变压器可为配电变压器。配电变压器包括在壳体或箱体内的初级线圈与次级线圈或绕组以及箱体内与绕组操作连通的介电流体。通过介电流体，绕组彼此绝缘，且缠绕于磁性合适材料(如铁或钢)的共同芯体周围。芯体和/或绕组也可具有叠层、绝缘涂层或绝缘纸质材料以进一步绝缘以及吸收热量。芯体或绕组可浸没在介电流体中，使得流体自由循环。介电流体覆盖且包围芯体与绕组。介电流体可完全填充壳体内绝缘体与其他地方的所有较小空隙。变压器壳体提供环绕箱体的气密和液密密封，防止空气和/或污染物(其可积累并最终导致变压器失效)进入。配电变压器具有典型地处于36kV或更小范围内的系统电压。在一个实施例中，电组件为电力变压器。电力变压器典型地具有处于36kV或更大范围内的系统电压。为了改进来自芯体与线圈组的热传递速率，变压器可包括附加结构以提供增强的冷却，如所提供的箱体上的散热片，其用于增加可用于提供冷却的表面积；或所提供的连接至箱体的散热器或管道，其使得上升至箱体顶部的热流体可随着其经由管道循环且在箱体底部返回而冷却。这些管道、散热片或散热器提供除箱体壁独自提供以外的额外冷却表面。还可提供风扇以迫使气流鼓风穿过热变压器壳体，或穿过散热器或管道以更好地将热量自热介电流体和热箱体转移至周围空气。另外，一些变压器包括强制油冷却系统，其包括泵以使介电流体自箱体底部通过管道或散热器循环至箱体顶部(或自箱体循环至独立和远端冷却器件，随后返回至变压器)。其他实施例也为可能的且不限于用于变压器。在一个实施例中，本发明提供包括将本发明介电流体置放成与电组件操作连通的方法。介电流体为含有一种或多种二聚酸二酯和任选地一种或多种添加剂(如抗氧化剂)的本发明的介电流体。所述方法进一步包括用本发明介电流体使电组件冷却或绝缘。电组件可包括以下中的任一者：变压器、电容器、开关装置、电源线、配电组件(如油填充配电电缆)、开关、调节器、断路器、自动开关、流体填充传输线、和/或其组合。测试方法闪点根据ASTMD92测定闪点。燃点根据ASTMD92测定燃点。-40℃下的流动性八打兰(dram)透明玻璃瓶(飞世尔科技公司(FisherScientific)，25×95mm8打兰瓶部件03-339-22H)填充有约一半流体。随后使含流体瓶在-40℃冰箱(Cincinnatisub-zero型号WU-24-2-2-SC/AC)内适应24小时。24小时后，将样本自冰箱移出。自冰箱移出5至10分钟后在视觉上表征其流动性。流动性表征由以下构成：将瓶翻转至其侧边且描述材料是否流动/倾倒以及其外观。材料以下实例中使用以下材料。饱和二聚酸为可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇(Sigma-Aldrich,St.Louis,MO,USA)，CAS编号68783-41-5，具有约570g/mol的平均Mn的氢化二聚酸。具有CAS编号61788-89-4的不饱和二聚酸可购自美国纽约州雪莉(Shirley,NY,USA)的BOCSciences。正丁醇可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。2-乙基己醇可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。1-己醇可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。1-戊醇可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。硫酸可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。甲苯可购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛-奥德里奇。MIDELTM7131为合成酯(即季戊四醇的四酯)且可购自英国曼彻斯特(Manchester,UnitedKingdom)的M&IMaterials。实例实例1-二聚酸二酯的制备根据以下步骤制备四种饱和二聚酸二酯根据以下程序制备四种饱和二聚酸二酯(S1至S4)和两种不饱和二聚酸二酯(CS2与CS3)。将醇(1mol)、甲苯(100mL)、二聚酸(0.45mol)以及H2SO4(浓度1mol％)装载入烧瓶。使用2-乙基己醇作为醇制备样品S1，使用1-己醇作为醇制备样品S2，使用1-丁醇作为醇制备样品S3，且使用1-戊醇作为醇制备样品S4。使用饱和二聚酸制备样品S1至S4。使用1-丁醇作为醇制备比较样品CS2，且使用2-乙基己醇作为醇制备比较样品CS3。使用不饱和二聚酸制备CS2与CS3。使用迪恩-斯塔克装置(Dean-Starksetup)在水的共沸蒸馏下回流所得混合物。允许反应进行直至没有水分离(约5小时)。蒸发多余甲苯和醇以产生二聚酸二酯。随后，通过与碱性氧化铝在室温下搅拌五小时来中和所得二聚酸二酯。过滤出碱性氧化铝以得到相对应的中和二聚酸二酯。实例2-介电流体的燃点、闪点以及倾点根据上文所述的测试方法分析样品S1至S4以及比较样品CS1至CS3的燃点、闪点以及倾点。CS1为MIDELTM7131。表1-S1至S4以及CS1至CS3的特性样品闪点(℃)燃点(℃)-40℃下的流动性S1308348视觉判定-40℃下为液体形式且可倾倒S2310346视觉判定-40℃下为液体形式且可倾倒S3306337视觉判定-40℃下为液体形式且可倾倒S4312350视觉判定-40℃下为液体形式且可倾倒CS1264302视觉判定-40℃下为液体形式且可倾倒CS2N/A*103样品在-40℃下不可倾倒；植物起酥油的稠度CS3266277样品在-40℃下不可倾倒；植物起酥油的稠度*首先使用250℃的起始温度测试本样品，但此温度过高，因为当温度显示227℃时材料立刻点燃，所以测试中止。在100℃下起始的后续测试产生无闪点结果，但确实显示103℃下的燃点。从表1的结果可以看出，与CS1至CS3相比，样品S1至S4中的每一个展示较高闪点和燃点。另外，如在CS1的常规合成酯的情况下，所有S1至S4样品在-40℃下均可倾倒，而不饱和二聚酸二酯CS2和CS3在此温度下不可倾倒。当前第1页1 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