CN114574276B - 一种电绝缘介质组合物及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工领域，具体涉及一种电绝缘介质组合物及其制备方法与应用。该电绝缘介质组合物包括醇类化合物、酰胺类化合物、唑类化合物、酯类化合物和去离子水；所述醇类化合物选自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种；所述酰胺类化合物选自碳酸酰胺和/或柠檬酸酰胺；所述唑类化合物选自甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、巯基苯骈噻唑中的一种或多种；所述酯类化合物选自3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯丙酸异辛酯和/或3,5‑二叔丁基‑4‑羟基苯丙酸甲酯，上述酰胺类、唑类及酯类化合物占所述电绝缘介质组合物总质量的0.1％～5％。本发明的电绝缘介质组合物具有优异的绝缘性能及金属防腐蚀性能，可以用于动力电池及氢燃料电池温控***。

Description

一种电绝缘介质组合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种电绝缘介质组合物；具体地说，涉及一种直接阻断电流通过的导热介质。

背景技术

热管理涉及到工业及汽车行业等多个领域，尤其是带电设备的温控***用组合物对介质的绝缘性提出了更高的要求，并且要求在设备运转过程中介质具有优异的绝缘性。如动力电池用冷却介质、海上风电用冷却介质及氢燃料发动机等温控液冷***均对温控介质电导率提出更为苛刻的要求。比如，氢燃料电池发动机温控***的导热介质要求具有优异的绝缘性，其电导率小于5uS/cm；若直接使用发动机冷却液作为冷却介质则会导致冷却液偶发管路破裂发生短路而在电流的作用下产生氢气和氧气，甚至导致氢燃料电池冷却液无法启动及正常工作的问题。

中国专利CN109148915公开了一种燃料电池冷却液，其主要成分为乙二醇、三乙醇胺、烷基二乙醇酰胺、磷酸三酯、***类化合物、消泡剂和去离子水。其虽可防止金属腐蚀并具有低电导率，但本发明经进一步研究发现，其仍存在磷酸三脂水解导致电导率上升而不能保持长久低电导率的问题，此外在其体系下，乙二醇易氧化变为黄色，影响产品外观并也将导致电导率变高。

综上所述，随着电动汽车液冷技术的应用及氢燃料电池发动机的迅猛发展，有必要提出绝缘介质组合物新技术和新方案，以便解决电动汽车液冷因电短路而发生的安全事故和支撑氢燃料电池发动机对温控介质低电导率的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有优异的电绝缘性能和金属防腐蚀性能的电绝缘介质组合物及其制备方法与应用。

为了实现该目的，本发明的技术方案如下：

一种电绝缘介质组合物，包括醇类化合物、酰胺类化合物、唑类化合物、酯类化合物和去离子水；

所述酰胺类化合物为碳酸酰胺和/或柠檬酸酰胺；所述酯类化合物为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯和/或3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸甲酯。

本发明特别发现，由醇类化合物、特定酰胺类化合物、唑类化合物、特定酯类化合物和去离子水组成的电绝缘物介质组合物具有优异的电绝缘性能和防腐蚀性能，且产品外观无色透明，性质稳定，不易氧化。优选，酰胺类化合物为柠檬酸酰胺，以使本发明的电绝缘介质组合物耐碱性更持久。

本发明中，所述唑类化合物选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、巯基苯骈噻唑中的一种或多种；优选为甲基苯并三氮唑。

本发明中，所述醇类化合物选自乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种。

本发明针对醇类化合物和唑类化合物进行筛选，在大量的实验研究和测试实验的基础上，本发明确定了醇类化合物和唑类化合物的最佳选择，使之能够与特定的上述酰胺类化合物产生协同效果。

且当所述醇类化合物和唑类化合物为上述选择时，其与特定的上述酰胺类化合物、酯类化合物整体配伍，利于提升防腐蚀性能和电绝缘性能。

本发明中，优选，所述醇类化合物、所述酰胺类化合物和所述唑类化合物的质量比为2000：(1-3)：(3-6)；

和/或，所述酰胺类化合物、所述唑类化合物及所述酯类化合物的质量之和占所述电绝缘介质组合物总质量的0.1％～5％。

本发明中，所述去离子水的电阻率为18兆欧以上。

为了更进一步提高电绝缘介质组合物的电绝缘性能及防金属腐蚀性能，本发明针对上述电绝缘介质组合物中各组分的用量进行了探究，确定了适宜的配比，具体如下：

所述电绝缘介质组合物包括如下重量份的组分：

优选，所述电绝缘介质组合物包括如下重量份的组分：

更优选，所述电绝缘介质组合物包括如下重量份的组分：

作为优选的具体方案，本发明的电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

或，

或，

或，

或，

或，

本发明中，所述电绝缘介质组合物的电导率为0.1uS/cm～50uS/cm，优选为5uS/cm～35uS/cm。

本发明还提供了上述电绝缘介质组合物的制备方法，包括如下步骤：

1)将所述酰胺类化合物、所述酯类化合物及所述唑类化合物与所述醇类化合物在60℃-90℃下混合，得到第一溶液；

2)经过超精滤装置去除杂质后，经过离子交换树脂(进一步降低离子等有害杂质)，直至形成电导率为0.1uS/cm～50uS/cm的第二溶液；

3)将所述第二溶液与所述去离子水常温进行混合。

优选，所述离子交换树脂为美国陶氏罗门哈斯UP6150核子级抛光混合树脂或

MB-106UP离子交换树脂，待第一溶液降温到20℃-40℃，再经过所述离子交换树脂，以实现理想的离子去除效果。

优选，在步骤2)中将第一溶液通过超精滤装置(0.5um)进行过滤，以去除杂质等物质。

本发明还提供了一种上述电绝缘介质组合物或制备方法制得电绝缘介质组合物在电动汽车动力电池温控***或氢燃料电池温控***中的应用。

本发明的有益效果：

本发明的电绝缘介质组合物具有优异的电绝缘性能和金属防护性能，且产品外观无色透明，性质稳定，不易氧化。可直接阻断电流，解决电动汽车动力电池等温控***短路造成的析氢析氧难题，甚至可以应用到氢燃料电池温控***解决氢燃料电池的电流短路难题。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

本发明具体实施方式部分所述超精滤采用0.5um的超精滤装置进行，所用的去离子水的电阻率为18兆欧，所用的离子交换树脂为美国陶氏罗门哈斯UP6150核子级抛光混合树脂。

实施例1

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将2份碳酸酰胺和1份柠檬酸酰胺加入到2000份的乙二醇中加热到80℃进行搅拌50min，溶解后加入5份甲基苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入1份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，待降温到35℃，经过离子交换树脂，直至电导率5.2uS/cm。

4)将电导率为5.2uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例2

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将3份碳酸酰胺加入到2000份的乙二醇中加热到80℃进行搅拌40min，溶解后加入5份甲基苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入0.8份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，待降温到40℃，经过离子交换树脂，直至电导率3.2uS/cm。

4)将电导率为3.2uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例3

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将1份碳酸酰胺和1份柠檬酸酰胺加入到1000份的乙二醇和1000份丙二醇混合液中加热到80℃进行搅拌35min，溶解后加入4份甲基苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入1份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸甲酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，待降温到35℃，经过离子交换树脂，直至电导率12.1uS/cm。

4)将电导率为12.1uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例4

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将1份柠檬酸酰胺加入到2000份的乙二醇溶液中加热到80℃进行搅拌30min，溶解后加入6份甲基苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入2份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，待降温到40℃，经过离子交换树脂，直至电导率1.5uS/cm。

4)将电导率为1.5uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例5

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将2份柠檬酸酰胺加入到2000份的乙二醇溶液中加热到80℃进行搅拌60min，溶解后加入4份甲基苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入2份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸甲酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，待降温到40℃，经过离子交换树脂，直至电导率15.2uS/cm。

4)将电导率为15.2uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例6

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将3份柠檬酸酰胺加入到2000份的乙二醇溶液中加热到80℃进行搅拌50min，溶解后加入2份甲基苯并三氮唑和1份苯并三氮唑保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入3份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸甲酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，降温至40℃，经过离子交换树脂，直至电导率10.1uS/cm。

4)将电导率为10.1uS/cm的液体与2000份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

实施例7

本实施例提供一种电绝缘介质组合物，包括如下重量份的组分：

所述电绝缘介质的制备方法如下：

1)将0.5份碳酸酰胺加入到800份的乙二醇溶液中加热到80℃进行搅拌45min，溶解后加入0.4份甲基苯并三氮唑，保持温度80℃搅拌直至溶解，随后加入0.01份3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯溶解，得到第一溶液。

2)将第一溶液经过超精滤过滤，去除杂质等物质。

3)将经过超精滤过滤除去杂质的第一溶液，降温至40℃，经过离子交换树脂，直至电导率2.3uS/cm。

4)将电导率为2.3uS/cm的液体与20份的去离子水常温进行混合并搅拌，得到电绝缘介质组合物。

对比例1

本对比例提供一种热传导介质，其组成按重量份计包括乙二醇2000份，去离子水2000份，其电导率为0.5uS/cm。

对比例2

本对比例提供一种热传导介质，其组成按重量份计包括丙二醇2000份，去离子水2000份，其电导率为0.5uS/cm。

对比例3

本对比例提供一种热传导介质，其组成按重量份计包括乙二醇1000份、丙二醇1000份，去离子水2000份，其电导率为0.5uS/cm。

对比例4

本对比例提供一种热传导介质，其制备方法与实施例2相同，区别仅在于：以辛酸二乙醇酰胺替代碳酸酰胺，获得的组合物外观浑浊。

对比例5

本对比例提供一种热传导介质，其制备方法与实施例2相同，区别仅在于：以磷酸三乙酯替代3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯。

对比例6

本对比例提供一种热传导介质，其制备方法与实施例2相同，区别仅在于：碳酸酰胺的重量份为5份，甲基苯并三氮唑的重量份为2份。

试验例1

本试验例针对实施例1～7制得的电绝缘介质组合物和对比例1～6制得的热传导介质进行性能测试。具体地，将各实施例、对比例配置的溶液浸没SH/T 0085-1991规定中的铝、钢、紫铜金属试片，将温度升高到90℃，保持168h，测试样品的电导率，观察样品外观，并按照SH/T0085-1991的方法处理金属试片，具体测试结果如表1所示。

表1实施例1～7和对比例1～6的热传导介质性能测试结果

综上，本发明的电绝缘物介质组合物具有优异的绝缘性能和金属防护性能。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种电绝缘介质组合物，其特征在于，包括醇类化合物、酰胺类化合物、唑类化合物、酯类化合物和去离子水；

所述酰胺类化合物为碳酸酰胺和/或柠檬酸酰胺；所述酯类化合物为3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯和/或3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸甲酯；

所述唑类化合物为甲基苯并三氮唑、苯并三氮唑、巯基苯骈噻唑中的一种或多种；

所述醇类化合物为乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种；

所述电绝缘介质组合物包括如下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的电绝缘介质组合物，其特征在于，所述唑类化合物为甲基苯并三氮唑。

3.根据权利要求1所述的电绝缘介质组合物，其特征在于，所述醇类化合物、所述酰胺类化合物和所述唑类化合物的质量比为2000：(1-3)：(3-6)；

和/或，所述酰胺类化合物、所述唑类化合物及所述酯类化合物的质量之和占所述电绝缘介质组合物总质量的0.1％～5％。

4.根据权利要求1所述的电绝缘介质组合物，其特征在于，所述去离子水的电阻率为18兆欧以上。

5.根据权利要求1所述的电绝缘介质组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：

或，

或，

或，

或，

6.根据权利要求1-5任一项所述的电绝缘介质组合物，其特征在于，所述电绝缘介质组合物的电导率为0.1uS/cm～50uS/cm。

7.权利要求1-6任一项所述的电绝缘介质组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将所述酰胺类化合物、所述酯类化合物及所述唑类化合物与所述醇类化合物在60℃-90℃下混合，得到第一溶液；

2)经过超精滤装置去除杂质后，经过离子交换树脂，直至形成电导率为0.1uS/cm～50uS/cm的第二溶液；

3)将所述第二溶液与所述去离子水常温进行混合。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

所述离子交换树脂为美国陶氏罗门哈斯UP6150或

MB-106UP，待第一溶液降温到20℃-40℃，再经过所述离子交换树脂。

9.权利要求1-6任一项所述的电绝缘介质组合物或权利要求7或8所述的制备方法制备得到的电绝缘介质组合物在电动汽车动力电池温控***或氢燃料电池温控***中的应用。