稀土掺杂碱硼硅酸盐玻璃的制备及其光学性能研究：新型绝缘液体的开发与应用

推荐：研究人员针对天然酯类作为变压器绝缘液体时氧化稳定性差的问题，通过化学修饰（酯交换和环氧化）对高不饱和脂肪酸的印楝油和高饱和脂肪酸的棕榈仁油进行改性。结果表明，环氧化显著提高了印楝酯的粘度（76%）和击穿电压（BDV），而棕榈仁酯的粘度仅轻微增加（8%），但BDV降低16.5%。印楝环氧酯（NEE）展现出更优的防火安全性和绝缘性能，为高压绝缘液体提供了新选择。

　　

在电力传输系统中，变压器是核心设备，其绝缘系统主要由矿物油(MO)和纸构成。然而，MO存在生物降解性差和防火安全性低的问题，促使人们寻找环保替代品。天然酯类植物油因其可再生、生物可降解和更高的击穿电压(BDV)被视为潜在候选，但其氧化稳定性差和低温流动性不足限制了应用。特别是天然酯中脂肪酸(FA)的双键不饱和性易受氧攻击，导致氧化劣化。如何通过化学修饰改善这些缺陷，成为研究焦点。

来自AgroTech公司的研究人员以高不饱和脂肪酸的印楝油（NME）和高饱和脂肪酸的棕榈仁油（PKME）为模型，通过酯交换和环氧化两步反应改性，系统评估了粘度、密度、倾点、比热容和BDV等理化性质的变化。研究发表在《Next Materials》，为开发高性能绝缘液体提供了新思路。

关键技术包括：傅里叶变换红外光谱(FTIR)监测化学结构变化，旋转黏度计测定温度依赖性粘度，热重法分析热稳定性，以及直流击穿电压测试评估绝缘性能。所有油样均经过纯化、酯化和环氧化处理，并对比未改性样品。

化学结构修饰分析
FTIR和碘值(IV)测定证实，环氧化成功消除了双键（3004 cm^-1峰消失），并在842 cm^-1出现环氧特征峰。印楝酯的IV从62.12降至8.87 g I₂/100g，反应需6小时；而棕榈仁酯仅需4小时（IV从14.20降至8.12 g I₂/100g），表明高饱和酯反应更快。

流变学特性
酯交换使两种油的粘度降低85%（印楝酯58.0→8.5 mPa·s），密度降低约5%。环氧化则逆转趋势：印楝酯粘度增加76%（15.0 mPa·s），棕榈仁酯仅增8%（7.0 mPa·s）。倾点(PP)变化相反——印楝酯从6.0°C升至10.0°C，棕榈仁酯从25.2°C降至-6.0°C，归因于脂肪酸链长度差异。

介电击穿特性
酯交换后印楝酯BDV提升14.9%（28.62→34.29 kV），棕榈仁酯降低16.5%（32.85→28.21 kV）。环氧化使两者BDV小幅下降，但环氧印楝酯（30.34 kV）仍优于矿物油（17.13 kV）和商业天然酯（如MIDEL eN 1204的32 kV）。

结论与意义
研究表明，环氧化可显著提高高不饱和酯的氧化稳定性，但代价是粘度增加。印楝环氧酯(NEE)兼具高BDV（30.34 kV）和优异防火性能（闪点227°C），虽倾点较高（12.5°C），但通过添加降凝剂(PPD)可改善。相比之下，棕榈仁环氧酯(PKEE)低温性能更优（PP -4.7°C），但BDV和防火性稍逊。两种环氧酯的粘度均低于商业天然酯（如FR3的34 cSt），密度和酸值也符合ASTM 6871标准。

该研究为天然酯改性提供了新策略，尤其环氧印楝酯在高压绝缘领域展现出应用潜力。未来可通过混合两种环氧酯或优化催化剂（如非均相催化剂）进一步平衡性能，推动绿色绝缘液体的实际应用。