一种高稳定天然酯绝缘油及其制备方法和应用与流程

本发明涉及绝缘材料，尤其是一种高稳定绝缘油及其制备方法和应用。

背景技术：

1、绝缘油是变压器的重要绝缘介质，在变压器运行过程中起到散热、绝缘、灭弧等作用。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的绝缘油受热膨胀上升，通过绝缘油的上下对流可使热量经传导散出，保证变压器正常运行。

2、目前主流的变压器油有传统矿物绝缘油、天然酯绝缘油、合成酯绝缘油等，其中天然酯绝缘油由于具有环保、低成本以及绝缘性能稳定等优点，具有良好的应用前景。然而，天然酯绝缘油的运动粘度较大，流动速度与矿物油相比较为缓慢，散热性能有待增强。因此，为使天然酯绝缘油具有更好性能表现，在天然酯绝缘油中添加纳米材料(通常是纳米颗粒)的一种改进技术，旨在提高绝缘油的导热性、电绝缘性和其他性能。这一技术的发展是为了满足电力设备，尤其是变压器等高压电器的要求，以提高其散热性能和绝缘性能。

3、但是，在变压器基油中加入纳米填料一直存在稳定性关键性难题，纳米颗粒由于具有极高表面活性，在长时间工况运行后，会出现沉降和团聚现象，导致性能下降。尤其是天然酯绝缘油成分复杂，在高温下工作较长时间后，容易发生副反应，进一步影响纳米填料的分散稳定性，进而影响绝缘油的性能和变压器的运行。因此，需要提供一种具有长期稳定性的使用寿命长的高稳定天然酯绝缘油。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，克服现有的无机纳米填料改性的天然酯绝缘油的稳定性有待进一步提升的缺陷，提供一种具有长期稳定性的使用寿命长的高稳定天然酯绝缘油。本发明使用氨基硅烷偶联剂和磷脂类化合物对无机纳米填料进行改性，可以显著提高无机纳米填料在天然酯油中的分散稳定性，延长天然酯油在变压器中的使用寿命。

2、本发明的另一目的在于，提供所述高稳定天然酯绝缘油的制备方法。

3、本发明的另一目的在于，提供所述高稳定天然酯绝缘油在变压器中的应用。

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种高稳定天然酯绝缘油，包括如下重量份的组分：0.01-0.15份改性无机纳米填料，100份天然酯油；

6、其中，所述改性无机纳米填料包括如下重量份的反应原料：0.5-3份氨基硅烷偶联剂，1-3份磷脂类有机化合物，1份无机纳米填料。

7、本发明通过使用氨基硅烷偶联剂和磷脂类化合物对无机纳米填料进行改性，可以显著提高无机纳米填料在天然酯油中的分散稳定性，延长天然酯油在变压器中的使用寿命。无机纳米填料表面的羟基与氨基硅烷偶联剂中的烷氧基水解缩合，得到氨基修饰的无机纳米填料，然后磷脂类化合物中的磷酸基团与氨基相互作用形成磷酸酰基，实现有机链段对无机纳米填料的包覆提高与天然酯油的相容性；同时，磷酸酰基具有较高的活性，在温度作用下容易发生电子的跃迁和转移，在静电作用下，有机链段容易与天然酯油相互作用，形成较大的胶束粒子，不易发生沉积，显著提高了天然酯油的稳定性，提高了其在变压器中的使用寿命。

8、优选地，所述磷脂类有机化合物包括但不限于磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine，pc)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，pe)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol，pi)、磷酸甘油酯(phosphoglyceride，pg)和磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，ps)中的至少一种。

9、可选地，所述氨基硅烷偶联剂包括但不限于3-氨丙基三甲氧基硅烷(aptes)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes-oet3)、3-氨丙基三异丙氧基硅烷(aptes-oipr3)和3-氨丙基三乙酰氧基硅烷(aptes-ac3)中的至少一种。

10、可选地，所述无机纳米填料包括金属氧化物和/或金属氮化物。所述金属氧化物包括但不限于co3o4、al2o3、fe3o4、sio2中的至少一种。所述金属氮化物包括但不限于tin。

11、所述无机纳米填料进一步优选具有多孔结构的无机纳米筛。纳米筛具有更高的比表面积，表面活性高，可以吸附更多的磷脂类有机化合物，进一步提升天然酯油的分散稳定性。

12、优选地，所述无机纳米填料的dv50＝50-800nm，dv50为所述无机纳米填料的体积累计达到50％时所对应的粒径。粒径在该范围内，有利于制备得到分散稳定性更好的天然酯油。

13、可选地，所述天然酯油包括但不限于fr3大豆绝缘油、棕榈油(pfae)、菜籽绝缘油中的至少一种。

14、优选地，所述改性无机纳米填料按照包括如下步骤的方法制备得到：

15、s1.按照所述重量份，将无机纳米填料、氨基硅烷偶联剂溶解到第一有机溶剂中混合均匀，在45-90℃下密闭反应0.5-6h，得到氨基修饰的无机纳米填料；

16、s2.将磷脂类化合物与步骤s1得到的氨基修饰的无机纳米填料混合均匀后，在25-60℃下反应6-12h，提纯后即可得到所述改性无机纳米填料。

17、所述高稳定天然酯绝缘油的制备方法，包括如下步骤：

18、s1.制备改性无机纳米填料

19、s11.按照所述重量份，将无机纳米填料、氨基硅烷偶联剂溶解到第一有机溶剂中混合均匀，在45-90℃下密闭反应0.5-6h，得到氨基修饰的无机纳米填料；

20、s12.将磷脂类化合物与步骤s1得到的氨基修饰的无机纳米填料溶解到第二有机溶剂中，混合均匀后，在惰性氛围、25-60℃下反应6-12h，提纯后即可得到所述改性无机纳米填料；

21、s2.制备高稳定天然酯绝缘油

22、按照所述重量份，将改性无机纳米填料、天然酯油混合均匀，即得到所述高稳定天然酯绝缘油。

23、无机纳米填料表面的羟基与氨基硅烷偶联剂中的烷氧基水解缩合，得到氨基修饰的无机纳米填料，然后磷脂类化合物中的磷酸基团与氨基相互作用形成磷酸酰基，实现有机链段对无机纳米填料的包覆改性。改性的无机纳米填料可以在天然酯油中均匀、稳定的分散。

24、优选地，步骤s1中，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂可以相同也可以不同，独立地包括甲醇、乙醇、乙醇、丙酮、乙二醇、二甲基亚砜、氨水中的至少一种。

25、优选地，所述第一有机溶剂为乙醇；所述第二有机溶剂为氨水和甲醇按照(9-9.5)：1的体积比得到的混合有机溶剂。

26、优选地，所述步骤s11中，无机纳米填料、氨基硅烷偶联剂溶解到第一有机溶剂中混合均匀得到的混合物记为第一悬浊液，第一悬浊液中固含量为(10-35)wt％。

27、优选地，步骤s11中反应完全后，还需要离心以分离出固体产物氨基修饰的无机纳米填料，然后用水或第一有机溶剂洗涤以去除未反应的反应原料和副产物，洗涤后，干燥后即可得到所述氨基修饰的无机纳米填料。

28、优选地，所述步骤s12中，磷脂类化合物、氨基修饰的无机纳米填料与第二有机溶剂得到的混合物记为第二悬浊液，第二悬浊液中固含量为(5-35)wt％。为了进一步提高混合均匀性，步骤s12中，可以先将反应原料(磷脂类化合物、氨基修饰的无机纳米填料)分别溶解到第二有机溶剂中，在分别溶解有上述两种反应原料的有机溶剂混合到一起得到第二悬浊液。

29、优选地，步骤s12中反应完全后，还需要离心以分离出固体产物，然后用水或第二有机溶剂洗涤以去除未反应的反应原料和副产物，洗涤后，干燥后即可得到所述改性无机纳米填料。

30、本领域常规的混合方式均可用于本发明中，包括但不限于搅拌、震荡、超声等。本发明中，为了提高混合效率，优先选用超声的方式进行混合。

31、可选地，所述惰性氛围为由氮气、氩气、氦气中的至少一种气体形成的氛围。

32、本发明还保护上述高稳定天然酯绝缘油在变压器中的应用。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、本发明通过使用氨基硅烷偶联剂和磷脂类化合物对无机纳米填料进行改性，可以显著提高无机纳米填料在天然酯油中的分散稳定性，延长天然酯油在变压器中的使用寿命。