一种浸没式冷却液组合物及其制备方法与流程

本发明涉及冷却介质，尤其涉及一种浸没式冷却液组合物及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着技术和数字化经济的快速发展，高密度、高算力、高能耗的大数据中心呈爆发式增长，大量数据吞吐和运算使得大数据中心面临着前所未有的高能耗和热管理系统挑战，在此背景下，应用新型液冷技术和液冷服务器等设备的液冷数据中心应运而生。与风冷相比，液冷能在有限的空间下部署更多的高密度存储、更好地支持高功耗芯片的散热、确保芯片低温运行、安全静音、有效降低数据中心的pue（电能利用效率）值、有利于it扩容、无需使用高成本部件（如，离心机、冷冻泵、涡旋压缩机、精密空调等）而大大降低运维成本。

2、液冷技术的核心关键点在于液冷介质的选型和热管理系统的设计应用。数据中心根据冷却介质是否存在相态转变浸没式液冷可分为浸没式单相液冷和浸没式相变液冷。无论是单相还是相变式浸没式液冷，其核心制冷要素是将带电状态下的完整服务器或其组件浸没在冷却液中，因此充当换热介质的冷却液必须是低粘度、导热能力强，还应具备低气味、低挥发、无毒性、生物可降解、环境友好，运维便利等特征。

3、目前国际市场上在浸没液冷领域应用的冷却液主要分为氟碳类、合成碳氢、合成酯三大类。其他如矿物油（三次加氢精制矿物油、改性环烷基变压器油）、改性有机硅化合物类也有应用。常见冷却剂基础油类型有聚α烯烃（poly alpha olefins，pao）、天然气合成油（gas to liquid base oil，gtl）、合成酯（poly ester，poe）。迄今为止市场上对冷却液的应用基本上停留在直接使用氟化液或合成油单体层面上，个别有添加一定比例的抗氧剂、消泡剂以提升冷却液的抗氧化和抗泡沫性能，鲜有采用一种或几种分子结构的合成基础油，复配不同功能的添加剂（如，抗氧剂、钝化剂、防锈剂、摩擦改进剂、密封抑制剂、破乳剂等）的合成油成品商业化应用，以解决冷却液的高温抗氧化、泡沫、空气释放性、密封和油漆相容性、电子元器件兼容性等难题。单一的基础油作为全浸没式冷却液，其氧化安定性、表面张力、材料兼容性等存在缺陷，市场上已知的冷却液运动粘度普遍偏高，大多在8.0~15mm2 /s（40℃）之间，已经无法满足全生命周期的高温、超高算力的快速增长需求。

4、天然矿物油从石油中蒸馏而来,并可能经过深度加氢处理,成本较低,在室外变压器冷却场景中应用悠久。但在使用过程中,难以避免烃类分子的分解氧化,会造成酸性增强和污染物产生,影响冷却液特性甚至导致被冷却元器件的腐蚀。

5、以合成酯为基础油的冷却液与矿物油、合成碳氢和氟化液相比具有明显的优势，如优异的生物可降解性能（最高生物可降解率可达80%以上）、低介电常数、高介电强度（击穿电压）、运动粘度低（最低可至2.0mm2/s，40℃）、高比热容、热稳定性好以及合成原材料容易获取，大大降低了数据中心的部署成本。合成酯的生成工艺更加精细，杂质含量、抗氧化性、材料兼容性与矿物油相比有较大改善，总体性能更好，但对合成工艺、添加剂配伍性和生产条件有更高的要求。因此市场急需一种能够解决大型数据中心电子设备热管理需求，且具有良好性价比的超低粘度生物可降解环保型冷却液组合物满足快速增长的商业化需求。

6、公开号为cn112538394a的专利公开了一种空压机冷却液组合物及其制备方法，将多元醇酯基础油、聚α-烯烃（pao）基础油、胺类抗氧剂、酚类抗氧剂、氨基甲酸酯、铁缓蚀剂、铜缓蚀剂、消泡剂和破乳剂混合，制备得到空压机冷却液。该冷却液虽然氧化安定性好、低温流动性好，但是其运动粘度偏高以及生物可降解性能差。

技术实现思路

1、本发明提供的浸没式冷却液组合物能克服以上不足，该组合物以低粘度单酯和/或双酯合成基础油和低粘度新戊基多元醇酯合成基础油为基础油，产品具有更优异的润滑性能和低温流动性和生物可降解性能；该组合物为超低运动粘度（2.0-6.0 mm2/s）的流体介质，有利于提高冷却液的传热能力。通过复配不同功能的添加剂，利用各个添加剂之间的协同作用，提高了组合物的氧化安定性，进一步提高了冷却液的使用寿命，热性能和电性能优异（包括高介电强度、低介电损耗等），安全性高（闪点高），低挥发性能，良好的兼容性。该组合物制备方法简单成本低，受国际原材料波动成本和供应影响小，可满足新一代大算力数据中心、大模型、边缘计算、动力电池和分布式储能等浸没式冷却管理系统的技术要求。

2、为达到上述目的，本发明提供一种浸没式冷却液组合物，按重量份计，包括：

3、单酯和/或双酯合成基础油     51~99份，

4、新戊基多元醇酯合成基础油    1~49份，

5、抗氧剂                      0.5~2份，

6、金属减活剂                  0.05~0.3份，

7、摩擦改进剂                  0.5~2份，

8、防锈剂                      0.2~1份，

9、缚酸剂                      0.01~0.05份，

10、抗泡剂                      0.01~0.1份，

11、破乳剂                      0.01~0.1份。

12、优选地，所述单酯和/或双酯合成基础油为c7~14脂肪醇与c5~18一元脂肪酸或c6~10二元脂肪酸所得酯化产物单酯或双酯中的任一种或多种。

13、优选地，40℃时，所述单酯和/或双酯合成基础油的运动粘度为2.0~6.0 mm2/s。

14、优选地，所述新戊基多元醇酯合成基础油为新戊基多元醇与c5~c10的正构或异构一元脂肪酸的酯化产物中的任一种或多种；所述新戊基多元醇为新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇中的任一种或多种。

15、优选地，40℃时，所述新戊基多元醇酯合成基础油的运动粘度为6.0~10.0 mm2/s。

16、优选地，所述抗氧剂为烷基化二苯胺、烷基苯酚类化合物、亚甲基双（二正丁基二硫代氨基甲酸酯）中的任一种或多种，如，2，6-二叔丁基对甲酚（bht）、2，2 '-亚甲基双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚）、4，4'-亚甲基双（2，6-二叔丁基酚）、2， 2 '-亚甲基双(4-甲基-6-壬基苯酚)、2，6-双（2 '-羟基-3 '-叔丁基-5 '-甲基苄基）、4，4 '-二异辛基二苯胺、甲萘胺、n-（1，3-二甲基）丁基-n'-苯基对苯二胺、4，4 '-双（α，α-二甲基苄基）、辛基化-苯基-α-萘胺、烷基化-苯基-α-萘胺（apana）、亚甲基双（二正丁基二硫代氨基甲酸酯）等。

17、优选地，所述金属减活剂为噻二唑、噻二唑衍生物中的任一种或多种，如，2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基硫代-1，3，4-噻二唑、2-巯基-5-烃基二硫代-1，3，4-噻二唑、2，5-双（烃基硫代）-1，3，4-噻二唑和2，5-双（烃基二硫代）-1，3，4-噻二唑等。

18、优选地，所述摩擦改进剂为羧酸、脂肪酸、羧酸衍生物、脂肪酸衍生物中的任一种或多种，如，脂肪亚磷酸酯、脂肪酸酰胺、脂肪环氧化物、含硼酸的脂肪环氧化物、脂肪胺、甘油酯、含硼酸的甘油酯烷氧基化脂肪胺、含硼酸的烷氧基化脂肪胺、脂肪酸的金属盐、硫化烯烃、脂肪咪唑啉、二硫代氨基甲酸钼、钼酸酯等。

19、优选地，所述防锈剂为烷基萘磺酸的金属盐。

20、优选地，所述缚酸剂为烷基多胺聚合物中的任一种或多种，如，二亚甲基氨基单乙醇胺、二三胺（二亚甲基三胺）或二亚甲基二胺等。

21、优选地，所述抗泡剂为硅氧烷、有机硅酸酯、聚烷基丙烯酸酯或表面活性剂中的任一种或多种。

22、优选地，所述破乳剂为聚氧亚烷基二醇、聚氧亚烷基醚、聚氧亚烷基酰胺、聚氧亚烷基脂肪酸酯、胺与环氧乙烷的浓缩物中的任一种或多种。

23、本发明还提供一种浸没式冷却液组合物的制备方法，包括：

24、将单酯和/或双酯合成基础油、新戊基多元醇酯合成基础油、抗氧剂、金属减活剂、摩擦改进剂、防锈剂、缚酸剂、抗泡剂和破乳剂按组分配比分别注入调和釜中，开启搅拌，搅拌速度控制在30~50 r/min，搅拌温度为50~55℃，均匀搅拌1~2 h，冷却至35~40℃后加入抗泡剂和破乳剂继续搅拌0.5~1 h；过滤后出料、罐装，得到浸没式冷却液组合物。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

26、相比于矿物油、合成烃和氟化液等冷却介质，合成酯类油可通过选取特定的醇、酸组合，灵活设计酯的分子结构，满足不同液冷工作环境需求。本发明使用c7~c14脂肪醇与c5~c18一元脂肪酸或c6~c10二元脂肪酸合成的单酯或双酯，以及新戊基多元醇与c5~c10的正构或异构一元脂肪酸的酯化产物作为主要的组分，由于合成酯组分均一性较好，单个分子的空间结构较为接近，更重要的是酯类油分子中的极性功能基团-酯基，其在摩擦界面的强吸附作用和酯分子中脂肪酸部分的长碳链对摩擦界面的覆盖，二者共同作用下在摩擦界面上形成了抗剪切性能极佳的边界油膜，使摩擦面得到充分保护；采用混合脂肪酸与具有支链结构的新戊基多元醇所得到的复杂结构和不对称的混合酯，往往具有更低的倾点。因此合成酯类冷却液具有优异的润滑性能及低温流动性。

27、生物降解的常见机制是通过水解或酶不稳定基的杂原子键裂解，使得化合物分子链发生断裂。合成酯类化合物的主链大都是由脂肪族结构单元，通过易水解的酯键连接而成，主链柔顺性高，易被自然界中的多种微生物或植物体内酶分解。因此合成酯类基础油产品分子中独特的酯键结构，使冷却液在生物可降解性能方面的表现，显著优于矿物油、合成烃、硅油和氟化液，本发明使用具有优良生物可降解性的合成酯作为原料，符合当前低碳绿色环保的总体趋势。

28、冷却液粘度决定了其在进行流动传热时的效率和难度，相对较低的液体粘度也是传热 液体所需的，本发明提供的冷却液组合物使用低运动粘度单酯和/或双酯合成基础油和低运动粘度新戊基多元醇酯合成基础油作为原料，制备出具有超低运动粘度的流体介质，有利于提高冷却液的传热能力。

29、本发明制备的冷却液组合物中还加入了一些特定功能的辅助添加剂，由4，4 '-二异辛基二苯胺和烷基化-苯基-α-萘胺（apana）合成的芳胺类高温抗氧剂vanlube 9317，芳胺类抗氧剂兼具自由基清除和过氧化物分解功能，制备出了旋转氧弹高达380分钟的冷却液，较之未添加抗氧剂的基础油37分钟的数据有大大提升，而硼酸类摩擦改进剂的应用可提高和改善了组合物的高温氧化安全性、安全性、稳定性和兼容性等，pue消耗值最低可达1.1以内，使其在各种复杂的工况条件下实现全生命周期热管理，使用寿命可长达10年，且适用于服务器组件、油漆、涂料、硅胶和金属等。

30、本发明制备的冷却液组合物具有高闪点、良好的抗燃性能、良好的电性能、高击穿电压和低介电损耗的优点，在电子设备运行过程中，不会出现自燃、漏电和导电导致的设备损坏和人员伤亡的情况。

31、本发明制备的冷却液组合物不仅较传统氟化液成本更低，而且能大大降低噪音、节省数据中心和服务器存储空间。