基于非油酸甘油三酯、低粘度、高閃點的介電流體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及介電流體。在一個方面中，本發(fā)明涉及包含C14:l和/或C16:l脂肪 酸甘油三酯的介電流體，而在另一個方面中，本發(fā)明涉及包含C14 :1和/或C16 :1脂肪酸 甘油三酯與一或多種多不飽和或飽和甘油三酯和/或C18 :1脂肪酸甘油三酯組合的介電流 體。
【背景技術】
[0002] 基于植物油（VO)的介電流體（例如變壓器流體）由于其環(huán)保和高閃點以提高變 壓器操作的安全性而已越來越多地用于發(fā)電行業(yè)，取代基于礦物油（MO)的介電流體。然 而，基于VO的介電流體與基于MO的介電流體相比具有顯著較高的粘度，這導致使用基于VO 的介電流體的熱傳遞操作較差。因此，對與低熔點并且少量多不飽和脂肪酸的甘油三酯組 合的粘度減小以提高變壓器中熱傳遞效率，同時保留高閃點優(yōu)勢的基于VO的介電流體存 在市場需要。
[0003] 一些解決此問題的常規(guī)途徑和其相關缺點包括
[0004] 1.通過將基于VO的介電流體與如聚α -烯烴、合成多元醇酯和聚甘油脂肪酸酯的 較低粘度流體摻合來降低基于VO的介電流體的粘度。然而，這些途徑可能導致閃點降低或 被基于非天然的來源取代；
[0005] 2.將基于VO的介電流體與如脂肪酸烷基酯的稀釋劑混合，但這需要超過10重量 百分比（wt%)的稀釋劑以將菜籽油的粘度減小到小于33厘泊（cP)。然而，這同樣導致閃 點降低；
[0006] 3.增加基于VO的介電流體中的不飽和量降低流體粘度，但其同樣降低流體的氧 化穩(wěn)定性（參見USP 6, 117, 827);以及
[0007] 4.增加基于VO的介電質(zhì)中飽和C12-C16甘油三酯的量，但這同樣增加流體的熔 點。
[0008] 繼續(xù)關注具有所需特性平衡的介電流體，確切地說，具有低粘度（在40°C下 彡33cP，在10°C下彡120cP)、高閃點（彡260°C，優(yōu)選地彡270°C )以及低熔點（_15°C或更 低）的組合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一個實施例中，本發(fā)明是甘油三酯組合物，按所述組合物的重量計的重量百分 比包含：
[0010] A.大于0到100%的C14 :1或C16 :1脂肪酸中的至少一種；和以下各物中的至少 一種：
[0011] B.不超過（彡）10%的C18:l脂肪酸；
[0012] C.不超過（彡）12%的一或多種多不飽和脂肪酸；以及
[0013] D.不超過（〇 7%的一或多種飽和脂肪酸。
[0014] 甘油三酯可以包含甘油與以下脂肪酸的任何組合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、 C16 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸。脂肪酸可以按任何次序連接到甘油分子， 例如，任何脂肪酸可以與甘油分子的任何羥基反應形成酯鍵。在一個實施例中，組合物包含 C18 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸中的至少兩種。在一個實施例中，組合物包 含C18 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸中的全部三種。
[0015] 本發(fā)明的組合物適用作介電流體并且展現(xiàn)（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，優(yōu)選地彡270°C的閃點和（iii)_15°C 或更低的熔點。
[0016] 在一個實施例中，本發(fā)明是包含介電流體的電力裝置，其中所述介電流體是甘油 三酯組合物，按所述組合物的重量計的重量百分比包含：
[0017] A.大于0到100%的C14 :1或C16 :1脂肪酸中的至少一種；和以下各物中的至少 一種：
[0018] B.不超過（彡）10%的C18:l脂肪酸；
[0019] C.不超過（彡）12%的一或多種多不飽和脂肪酸；以及
[0020] D.不超過（彡）7%的一或多種飽和脂肪酸。
[0021] 甘油三酯可以包含甘油與以下脂肪酸的任何組合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、 C16 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸。脂肪酸可以按任何次序連接到甘油分子， 例如，任何脂肪酸可以與甘油分子的任何羥基反應形成酯鍵。在一個實施例中，組合物包含 C18 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸中的至少兩種。在一個實施例中，組合物包 含C18 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸中的全部三種。
【具體實施方式】
[0022] 定義
[0023] 除非相反地陳述，從上下文暗示或本領域慣用的，否則所有份數(shù)和百分比都以重 量計，并且所有測試方法都是到本發(fā)明的申請日為止的現(xiàn)行方法。出于美國專利實踐的目 的，任何所參考專利、專利申請案或公開案的內(nèi)容都以全文引用的方式并入（或其等效美 國版本如此以引用的方式并入），尤其在所屬領域中的定義（在并未與本發(fā)明特定提供的 任何定義不一致的程度上）和常識的披露方面。
[0024] 除非另外指明，否則本發(fā)明中的數(shù)字范圍為大致的，并且因此可以包括在所述范 圍外的值。數(shù)字范圍包括來自并包括下限值和上限值、以一個單位遞增的全部值，其限制條 件為任何較低值和任何較高值之間存在至少兩個單位的間隔。舉例來說，如果組成特性、物 理特性或其它特性（如溫度）是從100到1，〇〇〇,那么明確列舉全部個別值（如100、101、 102等）和子范圍（如100到144、155到170、197到200等）。對于含有小于一的值或含 有大于一的分數(shù)（例如L 1、L5等）的范圍，一個單位按需要被視為0·0001、0·001、0·01 或0. 1。對于含有小于10的個位數(shù)（例如1到5)的范圍，一個單位通常被視為0. 1。這些 僅是特別預定的實例，并且所列舉的最低值和最高值之間數(shù)值的全部可能組合將被視為明 確陳述在本發(fā)明中。在本發(fā)明內(nèi)尤其提供粘度、溫度和組合物中個別組分的相對量的數(shù)字 范圍。
[0025] "包含"、"包括"、"具有"和類似術語意指組合物、方法等不限于所披露的組分、步驟 等，而是實際上可以包括其它未披露的組分、步驟等。相比之下，術語"基本上由……組成" 從任何組合物、方法等的范疇排除對組合物、方法等的性能、可操作性等等并非基本的那些 組分、步驟等之外的任何其它組分、步驟等。術語"由……組成"從組合物、方法等排除并未 專門披露的任何組分、步驟等。除非另外說明，否則術語"或"是指單獨以及呈任何組合的 所披露的成員。
[0026] "介電流體"和類似術語意指在正常情況下不傳導或以極低水平傳導電流的流體 (通常為液體）。植物油本質(zhì)上具有良好介電特性（US 2006/0030499)。對于許多植物油來 說，介電常數(shù)小于4. 5。
[0027] "粘度"和類似術語意指通過剪切應力或拉伸應力變形的流體的阻力。出于本說明 書的目的，如通過ASTM D-445所測量，使用布洛克菲爾德粘度計（Brookfield viscometer) 在40°C和10°C下測量粘度。
[0028] "閃點"和類似術語意指揮發(fā)性液體可以蒸發(fā)而在空氣中形成可燃性混合物但不 會繼續(xù)燃燒（相比燃點）的最低溫度。出于本說明書的目的，通過ASTM D-3278的方法測 量閃點。
[0029] "燃點"和類似術語意指揮發(fā)性液體可以蒸發(fā)而在空氣中形成可燃性混合物并 且將在點燃后繼續(xù)燃燒的最低溫度。一種已接受的用于測量液體燃點的方法是ASTM D-92-12。液體的燃點通常大于閃點25-30°C。
[0030] "傾點"和類似術語意指液體變?yōu)榘牍腆w并且喪失其流動特征的最低溫度，或換句 話說，液體將流動的最低溫度。出于本說明書的目的，通過ASTM D-97測量傾點。
[0031] "熔點"和類似術語意指物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度。出于本說明書的目的，使用 差示掃描式熱量計（DSC)和以下方案測量熔點：
[0032] L 在 90. 00°C 下平衡，
[0033] 2.等溫10分鐘，
[0034] 3.斜率 2. 00°C / 分鐘到-90. 00 °C，
[0035] 4.循環(huán)1結束，
[0036] 5.斜率 2. 00°C / 分鐘到 90. 00 °C，
[0037] 6.循環(huán)2結束，
[0038] 7.斜率 2. 00°C / 分鐘到-90. 00 °C，
[0039] 8.循環(huán)3結束，以及
[0040] 9.方法結束。
[0041] 循環(huán)2的峰值溫度報導為組合物的熔點。熔點與傾點相當充分地相關。
[0042] "甘油三酯"和類似術語意指由甘油和三個脂肪酸衍生的酯。本說明書中用于描述 甘油三酯的記法與下文用于描述脂肪酸的相同。甘油三酯可以包含甘油與以下脂肪酸的任 何組合：C18 :1脂肪酸、C14 :1脂肪酸、C16 :1脂肪酸、多不飽和脂肪酸以及飽和脂肪酸。脂 肪酸可以按任何次序連接到甘油分子，例如，任何脂肪酸可以與甘油分子的任何羥基反應 形成酯鍵。C18 :1脂肪酸甘油三酯僅意指甘油三酯的脂肪酸組分衍生自或基于C18 :1脂肪 酸。也就是說，C18 :1甘油三酯是甘油和各具有18個碳原子、每一脂肪酸具有一個雙鍵的 三個脂肪酸的酯。類似地，C14 :1甘油三酯是甘油和各具有14個碳原子、每一脂肪酸具有 一個雙鍵的三個脂肪酸的酯。同樣，C16 :1甘油三酯是甘油和各具有16個碳原子、每一脂 肪酸具有一個雙鍵的三個脂肪酸的酯。C18 :1脂肪酸與C14 :1和/或C16 :1組合的甘油三 酯意指：（a)C18 :1甘油三酯與C14 :1甘油三酯或C16 :1甘油三酯或兩者混合或（b)甘油三 酯的至少一個脂肪酸組分衍生自或基于C18 :1脂肪酸，而另兩個衍生自或基于C14 :1脂肪 酸和/或C16 :1脂肪酸。
[0043] "脂肪酸"和類似術語意指具有飽和或不飽和的長脂肪族尾部的羧酸。不飽和脂肪 酸在碳原子之間具有一或多個雙鍵。飽和脂肪酸不含有任何雙鍵。本說明書用于描述脂肪 酸的記法包括表示碳原子的大寫字母"C"，后面是描述脂肪酸中碳原子數(shù)目的數(shù)字，接著是 冒號和表示脂肪酸中雙鍵數(shù)目的另一數(shù)字。舉例來說，C16 :1表示具有16個碳原子和一個 雙鍵的脂肪酸，例如棕櫚油酸。這一記法中冒號后的數(shù)字既不指明脂肪酸中雙鍵的位置也 不指明鍵結到雙鍵碳原子的氫原子是否彼此為順式。這一記法的其它實例包括C18 :0(硬 脂酸）、C18 :1(油酸）、C18 :2(亞油酸）、C18 :3(α-亞麻酸）和C20 :4(花生四烯酸）。
[0044] 組合物
[0045] 本發(fā)明的甘油三酯組合物的第一脂肪酸組分是C14 :1或C16 :1中的至少一種。 C14 :1甘油三酯是甘油和各具有14個碳原子、每一脂肪酸具有一個雙鍵的三個脂肪酸的 酯。C14:l脂肪酸的代表是肉豆蔻腦酸、抹香鯨酸和粗租酸（tsuzuic acid)。C14:l甘油 三酯可以包含甘油與三個C14 :1脂肪酸的任何組合，并且C14 :1脂肪酸可以按任何次序連 接到甘油分子，例如，任何C14 :1脂肪酸可以與甘油分子的任何羥基反應形成酯鍵。通常， C14:l脂肪酸是肉豆蔻腦酸。
[0046] C16 :1甘油三酯是甘油和各具有16個碳原子、每一脂肪酸具有一個雙鍵的三個脂 肪酸的酯。C16 :1脂肪酸的代表是棕櫚油酸。如同C14 :1甘油三酯，C16 :1甘油三酯可以 包