DE1464949C3 - Elektrischer Kondensator - Google Patents

Elektrischer Kondensator

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DE1464949C3 DE1464949A DE1464949A DE1464949C3 DE 1464949 C3 DE1464949 C3 DE 1464949C3 DE 1464949 A DE1464949 A DE 1464949A DE 1464949 A DE1464949 A DE 1464949A DE 1464949 C3 DE1464949 C3 DE 1464949C3
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Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit zwei Belägen, die durch ein Dielektrikum aus einem Phthalatpolyester -eines Bis-(oxyphenyl)-alkans voneinander getrennt sind, wobei die Alkangruppe 1 bis 5 Kohlenstoffatome und der Phthalsäurerest 50 bis 100 Molprozent Isophthalsäurereste und 50 bis 0 Molprozent Terephthalsäurereste enthält.
Aus der französischen Patentschrift 1 266 935 ist es bereits bekannt, in einem elektrischen Kondensator als Dielektrikum einenPhthalatpolyester eines Bis-(oxyphenyl)-alkans zu verwenden, in dem die Alkangruppe bis zu 5 Kohlenstoffatome und der Phthalsäurerest 90 bis 10% Isophthalsäurereste und 10 bis 90% Terephthalsäurereste enthält. Ein derartiges Dielektrikum zeichnet sich durch eine günstige Dielektrizitätskonstante und durch einen günstigen Leistungsfaktor aus.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der günstige Leistungsfaktor des Dielektrikums auch noch bei hohen Temperaturen vorliegt. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß als Polyester ein Co-Veresterungsprodukt eines linearen Phthalatpolyesters mit 4,4-bis-(4-oxyphenyl)-pentanonsäure in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent, bezogen auf den Gesamtmolprozentsatz des Bis-(oxyphenyl)-alkans und der Säure, eingesetzt wird.
Ein Kondensator mit dem erfindungsgemäß modifizierten Dielektrikum zeichnet sich auch bei hohen Temperaturen noch durch einen günstigen Leistungsfaktor aus.
Die Erfindung wird nun näher an Hand der Zeichnungen erläutert, in denen die F i g. 1 und 2 unterschiedliche Ausführungsformen von Kondensatorwickeln zeigen. .
F i g. 1 zeigt einen Kondensatorwickel aus einem Paar zusammengerollter als Beläge dienender Folien 1 und 2 aus einem geeigneten Metall, z. B. aus Aluminium. Jede Folie ist mit einem dielektrischen Film 3 bzw. 4 überzogen, der durch eine Dicke von 0,025 mm und die unten beschriebene Zusammensetzung gekennzeichnet ist. Die nicht leitenden Filme 3 und 4 sind von den gegenüberliegenden Rändern der entsprechenden Folien 1 und 2 abgesetzt, so daß freie, unbedeckte . Metallränder la und la erhalten bleiben.
Anschlußklemmen 5 und 6 sind durch eine metallische Verbindung? mit den gegenüberliegenden Folienkanten elektrisch verbunden. Falls erwünscht, kann der Kondensatorwickel mit den verschiedensten nicht ' leitenden Stoffen getränkt werden, z. B. mit Erdöl, Polyisobutylen oder anderen für Kondensatoren bekannten Mitteln.
Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform eines Kondensatorwickels besteht aus einem Paar zusammengewickelter als Beläge dienender Folien 8 und 9, welche gegeneinander durch getrennte Folien 10 und 11 aus einem nicht leitenden Material isoliert sind, dessen Zusammensetzung nachstehend beschrieben wird. Der elektrische Kontakt mit den als Beläge dienenden Folien wird durch Anschlußklemmen 13,14 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wobei die Anschlußklemmen an die entsprechenden Folien angelegt sind und aus den gegenüberliegenden Enden des Kondensatorwickels herausragen.
Falls erwünscht, können die Kondensatorwickel der F i g. 1 und 2 in ein (nicht gezeigtes )Gehäuse, welches eine geeignete dielektrische Flüssigkeit oder einen der obengenannten Tränkstoffe enthält, eingebracht werden.
Das dielektrische Material, welches die Kondensatorelektroden trennt, besteht aus einem Phthalatpolyester eines Bis-(oxyphenyl)-alkans, wobei die Alkangruppe 1 bis 5 Kohlenstoffatome und der Phthalsäurerest des Polyesters 50 bis 100 Molprozent Isophthal und 50 bis 0 Molprozent Terephthalsäurereste enthält sowie der Polyester ein Coveresterungsprodukt eines linearen Phthalatpolyesters mit 4,4-bis-(4-oxyphenyl)-pentanonsäure in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent, bezogen auf den Gesamtmolprozentsatz des Bis-(oxyphenyl)-alkans und der Säure, ist.
Nachstehend ist die Strukturformel eines PoIyesters angegeben, in der die sich wiederholende Einheit in Klammern gesetzt ist und das Bis-(oxyphenyl)-alkan-2,2-bis-(4-oxyphenyl)-propan und die Phthalsäure Isophthalsäure ist.
CH3
CH3
-o—c-U—c.—o
Beispiele für die Bis-(oxyphenyl)-alkane werden nachstehend kurz als Bisphenole bezeichnet. Diese können zur Herstellung der Polyester verwendet werden und haben die Formel
OH
OH
3 4
in der η eine der ganzen Zahlen O, 1 oder 2 ist und R1 phthalsäure, enthalten kann, wobei ein Lösungsmittel
ein niedriger Alkylrest, z. B. mit 1 bis 8 Kohlenstoff- verwendet wird, welches aus einer neutralen organischen
atomen, vorzugsweise mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 210 bis 2800C,
und R eine zweiwertige gesättigte aliphätische Gruppe, vorzugsweise 240 bis 26O0C, besteht. Besonders vör-
z. B. ein Alkylen-oder Alkylidenrest mit 1 bis 5 Koh- 5 teilhafte Lösungsmittel für eine derartige Reaktion
lenstoffatomen. ' sind Diphenyl, Diphenyläther, Naphthalin und deren
Derartige Bisphenole können als Bis-(oxyphenyl)- halogenierte oder hydrierte Derivate. Da die halogealkane mit 0 bis 2 niedrigen Alkylsubstituenten am nierten Abkömmlinge dem Diphenyl oder Diphenyl-Phenylkern beschrieben werden. Kennzeichnende Bei- äther wenig überlegen sind, bevorzugt man deren Verspiele für R1 sind Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, ίο Wendung als Lösungsmittel.
Isopropyl-, sekundäres und tertiäres Butyl-und die iso- Damit die besten Eigenschaften im Polymerisat
meren Hexyl-, Heptyl- und Octylreste. Kennzeichnende erzielt werden, ist es sehr erwünscht, daß der Polyester
Beispiele für die durch R dargestellten Reste sind Me- ein überwiegend neutraler Polyester ist, d. h. möglichst
thylen, Äthylen, Äthyliden, Propylen, Propyliden, keine nicht veresterten Hydroxyl-oder Carboxylgrup-
Isopropyliden, 1,4-Butylen, 1,3-Butylen, 2,3-Butylen, 15 pen enthält, insbesondere keine Carboxylgruppen. Um
2-Methylpropyliden, 2,2-Butyliden, die Pentylene, z. B. einen überwiegend neutralen Polyester zu erhalten,
1,2-, 1,3-, 2,4-PentyIen usw., die Pentylidene, z. B. 1,1-, müssen die Anteile der Reaktionsteilnehmer so ge-
2,2-, 3,3-Pentyliden usw., die Isopentylidene, z. B. Di- wählt werden, daß 1 bis 1,05 Hydroxylgruppen je
äthylmethylen, Methylpropylmethylen usw. Da Bis- Carboxylgruppe der Isophthal- oder Terephthalsäure
phenole, in denen beide Oxyphenylreste am gleichen ao im Bisphenol enthalten sind. Ein Überschuß an Hy-
KohlenstoffatomderAlkangruppe sitzen, am leichtesten droxylgruppen innerhalb dieser Grenzen beeinträch-
herstellbar sind und leicht erhältlich sind, wird R als tigt die Eigenschaften des Polymerisats nicht, da sie als
Alkylidenrest bevorzugt. Die Hydroxylgruppe kann niedere Alkylmonocarbonsäureester des Ausgangs-
jede Stellung zu R einnehmen, entweder die Ortho-, stoffes anwesend sind.
Meta- oder Parastellung. Bisphenole mit den OH- »5 Die Reaktion wird bei einer Temperatur durchge-■Gruppen in der Metastellung sind indessen außer- führt, die ausreicht, um das Polymerisat am Ausfallen ordentlich schwer darzustellen. Bisphenole mitOH- aus der Lösung zu hindern. Temperaturen von 210° C Gruppen in der o-Stellung lassen sich wiederum schwie- bis zur Rückflußtemperatur der Reaktionsmischung riger herstellen als solche mit OH-Gruppen in der Para- sind vorteilhaft. Am besten arbeitet man mit der Rückstellung. Aus diesem Grunde wird die Anwendung von 30 flußtemperatur. Die Erhitzung wird so lange fortge-Bisphenolen mit OH-Gruppen in der Para-Stellung setzt, bis keine niedere Alkylmonocarbonsäure, die zu R vorgeschlagen und bevorzugt, d. h. also z. B. ursprünglich mit dem Bisphenol verestert wurde, mehr die Anwendung von Bis-(p-oxyphenyl)-alkanen. Be- aus der Reaktionsmischung ausgeschieden wird, sonders geeignet sind die Bisphenole, Bis-(oxyphenyl)- Die Reaktion wird vorzugsweise in einer neutralen methan, l,l-Bis-(oxyphenyl)-äthan, die l,2-Bis-(oxy- 35 Atmosphäre, z. B. in Stickstoff, vorgenommen, · um phenyl)-äthan, die l,l-Bis-(oxyphenyl)-propan, die eine Oxydation des Harzes bei den erhöhten Tempera-2,2-Bis-(oxyphenyl)-butan, die l,2-Bis-(oxyphenyl)- türen auszuschließen. Nachdem im wesentlichen die butan, die l,4-Bis-(oxyphenyl)-butan, die 2,3-Bis-(oxy- gesamte niedere Alkylmonocarbonsäure ausgeschieden phenyl)-butan, die 2,2-Bis-(oxyphenyl)-butan, die 3,3- wurde, wird die Reaktion noch so lange fortgesetzt, bis Bis-(oxyphenyl)-pentan usw. einschließlich der Ver- 40 die gewünschte Viskosität der Harzmasse erreicht ist, bindungen, in denen der Phenylrest 1-2 Alkylsubsti- wodurch angezeigt wird, daß der gewünschte Grad der tuenten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen besitzt, z. B. Polymerisatfon erhalten ist. Gewöhnlich sind bis zu 2,2-Bis-(dimethyl-4-oxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(2,6-di- 90 % der niederen Alkylmonocarbonsäure in etwa 1 bis äthyl-4-oxyphenyl)-propan, 2,2-Bis-(2,4-dioctyl-6-oxy- 4 Stunden, in Abhängigkeit von dem Umfang der Einphenyl)-propan, l-(2-Methyl-4-oxyphenyl)-l-(4-äthyl- 45 bringung, ausgeschieden, und die Reaktion wird dann 6-methyl-2-oxyphenyl)-äthan, l,2-Bis-(2-propyl-6-he- noch weitere 20 Stunden fortgesetzt, so daß ein sehr xyl-4-oxyphenyl)-äthan, 2,3-Bis-(2-t-butyl-4-oxy- hochmolekulares Polymerisat gewonnen wird. Gephenyl)-pentan, l,4-Bis-(4-isoamyl-2-oxyphenyl)-butan wohnlich gilt: je höher das Molekulargewicht des usw. Wegen der geringen Kosten und der Einfachheit Polymerisats, desto befriedigender sind die Dielektrika der Beschaffung wird 2,2-(4-Oxyphenyl)-propan be- 5° der Kondensatoren. So können also nach Wunsch auch vorzugt. längere Erwärmungszeiten aufgewendet werden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung, der Im allgemeinen ist es sehr vorteilhaft, eine so große
Polyester besteht in der Anwendung des Bisphenols Menge des Lösungsmittels zuzusetzen, daß die nach
entweder in Form eines vorgeformten niederen Alkyl- Beendigung der Reaktion entstandene Polyesterlösung
monocarbonsäureester^, in dem die, OH-Gruppen des 55 60% Polyester im Lösungsmittel enthält. Man kann
Bisphenols verestert wurden, z. B. das Diacetat des auch größere oder kleinere Mengen des Lösungsmittels Bispehnols, oder bei dem der Ester durch Verwendung verwenden. Es hat sich aber herausgestellt, daß der des Anhydrids einer niedrigen Alkylmonocarbonsäure angegebene Anteil vorteilhaft ist, da die entstandene
in Anwesenheit eines neutralen Lösungsmittels in situ Lösung bei der Reaktionstemperatur nicht so viskos
gebildet wird, wobei das Lösungsmittel vorzugsweise 60 ist, daß auf Grund einer geringen Wärmeübertragung
das gleiche ist, wie es zur Bildung des Polyesters ver- eine Zersetzung eintreten kann. Außerdem braucht
wendet wird. Der Polyester wird in Form eines Copoly- bei einer solchen Konzentration des Polyesters der
esterprodukts mit 4,4-bis-(oxyphenyl)-pentanonsäure Diphenyläther oder das Diphenyl der Harzmasse nicht
in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent, bezogen auf entzogen zu werden, wenn diese für das nachstehend
den Gesamtmolprozentsatz des Bis-(oxyphenyl)-alkans 65 beschriebene Überzugsverfahren benutzt wird. Wird
und der Säure mit Isophthalsäure zur Reaktion ge- Diphenyl als Lösungsmittel in einer Menge von 40%
bracht, die bis zu 10 Molprozent Terephthalsäure, aus- des Gesamtgewichts von Diphenyl und Harzmasse für
gehend vom Gesamtgewicht von Isophthal- und Tere- die Reaktion verwendet, dann wird eine Probe, die mit
Kresol auf 10% feste Harzbestandteile gelöst ist, ein ausreichend hohes Molekulargewicht besitzen, wenn diese Lösung eine Viskosität von wenigstens 200 Centistoke bei 25°C ,vorzugsweise von 550 bis 650, besitzt. Eine stärkere Konzentration des Diphenyls in der Lösung setzt anscheinend die Viskosität herab. Das Polyesterharz mit einer Viskosität von 550 bis 650 Centistoke besitzt eine Strukturviskosität von 0,4 bis 0,65.
Wenn die gewünschte Viskosität erreicht ist, dann läßt man die Reaktionsmischung auf Zimmertemperatur abkühlen, bei der die Lösung noch immer homogen ist, d. h., es wurde kein Polymerisat ausgefällt, beispielsweise in dem Bereich von 14O0C bis zum Siedepunkt des Lösungsmittels, welches zugesetzt wird, damit die endgültige Masse 15 bis 20% feste Harzbestandteile enthält. Geeignete Lösungsmittel sind o-, m- oder p-Kresol. Mischungen dieser Kresole, z.B. die im Handel erhältliche Mischung, welche als rohe Kresolsäure verkauft wird, polare Lösungsmittel, z. B. Dimethylacetamid, Benzonitril, N-Methylpyrrolydon usw.
Die Harzlösungen können als Überzüge in jeder geeigneten "Weise auf die gewünschten Flächen aufgetragen Werden, z. B. durch Tauchen, Aufsprühen, unter Anwendung von Walzen oder dergleichen. Nachfolgend wird das verwendete Lösungsmittel durch Trocknen an der Luft oder Erwärmen im Ofen entfernt. Um die freien Folienkanten an den Kondensatorbelägen der F i g. 1 zu erhalten, werden diese Bereiche während des Überziehens in entsprechender Weise abgedeckt. Auch Filme lassen sich mit Hilfe der bekannten Verfahren, z. B. Strangpressen, Aufgießen, Aufwalzen z. dgl. herstellen. Das Polymerisat kann unmittelbar in Lösung oder Aufschwemmung auf die als Beläge dienenden Folien oder mit Hilfe der bekannten "Wirbelschichtverfahren aufgetragen werden. Der Stoff kann entweder als solcher oder mit Weichmachern, z. B. Diphenyl, zur Erleichterung der Bearbeitung weiter verarbeitet werden.
Obwohl der Isolator der F i g. 2 als allein verwendetes Dielektrikum gezeigt wird, kann die aus der Kunstharzmasse hergestellte Folie in Verbindung mit anderen Stoffen, z. B. Papier oder anderen Dielektrika verwendet werden, so daß sich eine komplexe, zusammengesetzte Anordnung aus Dielektrika ergibt, insbesondere wenn das außerdem als Abstandshalter verwendete Material porös ist und verwendet wird, damit eine bessere Verteilung der Tränkstoffe in den Kondensatoren ermöglicht wird. Der beschriebene Isolierfilm kann leitende Schichten besitzen, welche mit Hilfe der bekannten Metallisierungsverfahren niedergeschlagen wurden, so daß Beläge auf den Oberflächen entstehen werden, entweder in Form von selbsttragenden Filmen oder von Überzügen auf einer metallischen Unterlage. Falls erwünscht, kann der nichtleitende Abstandshalter zwischen den Kondensatorbelägen in Form von Papier oder anderen porösen isolierenden Blättern, z. B. Glasgespinst, Asbest oder Textilgeweben, vorhanden sein, die getränkt oder überzogen oder beides sind. Zu diesem Zweck wird die beschriebene nichtleitende
ίο Masse verwendet.
Ausführungsbeispiel
Eine Mischung aus 500 Gewichtsteilen Essigsäureanhydrid, 450 Teilen 2,2-bis-(4-oxyphenyl)-propan und 5,7 Teilen 4,4-bis-(4-oxyphenyl)-pentanonsäure wurde auf die Rückflußtemperatur der Reaktionsmischung 90 Minuten lang in einem Reaktionsgefäß unter einer Stickstoffatmosphäre erwärmt. Nach Ablauf dieser Zeit wurden die Essigsäure und der Überschuß an Essigsäureanhydrid von der Reaktionsmischung abdestilliert. Es wurde so lange destilliert, bis die Reaktionstemperatur 2400C betrug. Danach ließ man die Mischung auf. die Temperatur der Umgebung abkühlen.
Zu diesem Zeitpunkt waren beide phenolischen Ausgangsstoffe in die entsprechenden Diacetate umgewandelt. Dieser Mischung wurden 331 Teile Isophthalsäure und 181 Teile Diphenyl zugesetzt. Die Reaktionsmischung wurde 230 Minuten lang bis auf die Rück- flußtemperatur der Reaktionsmischung erwärmt. Während der gesamten Reaktion wurden Rückflußbedingungen und Stickstoffatmosphäre beibehalten. Anfänglich betrug die Rückflußtemperatur 290° C. Nach Ablauf von 355 Minuten betrug diese 300° C, und zu diesem Zeitpunkt wurden 125 Teile Diphenyl zugesetzt. Dieser weitere Zusatz bewirkte, daß die Rückflußtemperatur auf 275° C abfiel. Nach weiteren 115 Minuten wurden nochmals 170 Teile Diphenyl zugesetzt. Nachfolgend wurde die Reaktionsmischung bei einer Rückflußtemperatur von 16O0C weitere 105 Minuten erwärmt. Die gesamte Reaktionsdauer betrug 805 Minuten. . Die Diphenylmenge betrug 40% des Gesamtgewichtes von Diphenyl und Harzmasse. Essigsäure wurde von der Reaktionsmischung abdestilliert, solange sie sich im Verlauf der Reaktion bildete. Nach dem Abkühlen der Reaktionsmischung auf die Temperatur der Umgebung wurde die feste Masse in kleine Brocken aufgebrochen. Das Diphenyl wurde danach durch Aceton von der Harzmasse extrahiert. Die getrocknete Harzmasse ließ sich unter Anwendung von Wärme und Druck zu dielektrischen Folien verarbeiten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Elektrischer Kondensator mit zwei Belägen, die durch ein Dielektrikum aus einem Phthalatpolyester eines Bis-(oxyphenyl)-alkans voneinander getrennt sind, wobei die Alkangruppe 1 bis 5 Kohlenstoffatome und der Phthalsäurerest 50 bis 100 Molprozent Isophthalsäurereste und 50 bis 0 Molprozent Terephthalsäurereste enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester ein Co-Veresterungsprodukt eines linearen Phthalatpolyesters mit 4,4-bis-(4-oxyphenyl)-pentanonsäure in einer Menge von 1 bis 10 Molprozent, bezogen auf den Gesamtmolprozentsatz des Bis-(oxyphenyl)-alkans und der Säure, ist.
DE1464949A 1963-07-12 1964-07-02 Elektrischer Kondensator Expired DE1464949C3 (de)

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