[发明专利]在宽温度范围内具有优异性能的电容器油

说明书

技术领域

本发明涉及在宽温度范围内具有优异性能的电容器油。

背景技术

主要要求电容器油具有的性能的实例包括高击穿电压、高氢气吸收性、低粘度和低熔点。近年来，具有高击穿电压的电绝缘油正用于世界各地。不同于过去几年，伴随着经济的发展，已需要具有如此优异的低温特性的电绝缘油，其可用于之前从未使用过这种油的极低温地域。已知在使用电绝缘油期间，如果在电绝缘油中产生固形物，从固化部分(solidified portion)可发生放电。因此，在这种环境下某些成分可由其作为固体析出的电绝缘油是无法使用的。同时，电绝缘油可使用的温度取决于其使用的环境温度，油不仅需要具有极低温的性能，还需要具有在20℃至30℃附近的性能。

在很长一段时间，苄基甲苯(benzyltoluene)和二苄基甲苯(dibenzyltoluene)的混合物已用作具有高击穿电压的电绝缘油。虽然每分子苄基甲苯的芳族碳比率高，氢气吸收性高且耐电压特性优异，但是根据一些文献，苄基甲苯的3种位置异构体即邻位异构体、间位异构体和对位异构体的熔点分别为+6.6℃、-27.8℃和+4.6℃，因此不能认为低。

为了解决这个问题，日本专利申请特开第60-87231号公报(专利文献1)已提出将由甲苯和苄基氯用氯化铁催化剂反应产生的苄基甲苯与作为副产物的二苄基甲苯混合。ARKEMA以“JARYLEC C-101”的名称已使电绝缘油组合物商品化，其技术内容与专利文献1的提案相同。专利文献1公开了三芳基甲烷的低聚物混合物，然而其实质上为苄基甲苯和二苄基甲苯的混合物。专利文献1在第3页记载“单苄基甲苯具有过冷后在-20℃下结晶的缺陷”，因此，通过混合二苄基甲苯以抑制结晶来产生组合物。

然而，因为以下三个原因，添加化合物如二苄基甲苯不是良好的措施。即，即使通过添加二苄基甲苯可期待凝固点下降，但由于二苄基甲苯的分子量高，添加的质量与凝固点下降不相当。凝固点下降的发生与添加材料的mol浓度成比例，但在将约20质量％的量的二苄基甲苯添加于上述产品JARYLECC-101中的情况下，当由mol浓度计算时结晶温度仅降低6℃至8℃。

其次，二苄基甲苯仅仅增加绝缘油的粘度，因此降低溶液分子的移动性从而显著地抑制油的析出。因此，如果小心地冷却油，可发现油析出为晶体。

第三个理由为二苄基甲苯具有高生物积累性。近年来，斯德哥尔摩条约(Stockholm Convention)等已开始实施对具有高毒性的物质的国际限制。虽然未对二苄基甲苯自身实施这种限制，但因为其生物积累性高，已在日本被定为型I监视化学物质。允许以使用目的受限制的必要使用形式来使用这种物质，但从现在起，加强对高毒性物质的管理是不可避免的，因此需要具有低毒性的替代物质。

日本专利申请特开第62-180907号公报(专利文献2)公开了一种由苄基甲苯组成的电绝缘油，并记载了有关苄基甲苯中各异构体的比率与绝缘油的性能之间的关系。异构体混合物的熔点为-43℃以上，因此绝缘油的低温特性不充分。

日本专利申请特开第63-64217号公报(专利文献3)公开了一种包含苄基甲苯和二甲苯基甲烷的电绝缘油，且从说明书中可认识到油的性能根据待共混的物质的种类及其共混比而显著变化。即，电绝缘油很少产生根据待共混的物质的理论无法预期的性能。

另一方面，1-苯基-1-甲苄基乙烷(1-phenyl-1-xylylethane)或1-苯基-1-乙基苯基乙烷(1-phenyl-1-ethylphenylethane)的制造容易，并具有优异的性能如相对高的击穿电压和小介电损耗，因此被广泛使用。例如，已提出将包括1-苯基-1-(2,4二甲基苯基)乙烷(1-phenyl-1-(2,4-dimethylphenyl)ethane)或1-苯基-1-(2,5二甲基苯基)乙烷(1-phenyl-1-(2,5-dimethylphenyl)ethane)的组合物作为击穿电压和介电损耗优异且氧化稳定性也特别优异的电绝缘油组合物(日本专利申请特开第57-50708号公报：专利文献4)。

然而，包括1-苯基-1-甲苄基乙烷或1-苯基-1-乙基苯基乙烷的电绝缘油组合物具有-47.5℃以下的倾点和非常低的熔点，但对于电容器特别是在0℃以下的低温范围内，具有绝缘性能不充分的问题，因为其40℃运动粘度为约5.0mm²/s，这是高的。