DE2248716C3

DE2248716C3 - Verwendung von Gemischen von Isopropyldichlordiphenylen als dielektrische Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2248716C3
Application number: DE2248716A
Authority: DE
Inventors: Pierre Saint Didier Au Mont D'or Jay (Frankreich)
Original assignee: Rhone-Progil Sa Paris
Current assignee: Rhone-Progil Sa Paris
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-10-04
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2248716A1; IT966325B; DE2248716B2; GB1420438A; FR2164057A5

Description

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Die Windung betrifft die Verwendung bestimmter Alkyldichlorphenyle als dielektrische Flüssigkeiten zur Imprägnierung von Kondensatoren aus Papier, PoIyolefinfilmen oder beiden Materialien.

Seit mehreren Jahren kennt man Kondensatoren, die aus Polyolefin-Filmen bestehen, und zwar insbesondere aus Polypropylen-Filmen. Diese Vorrichtungen bringen Probleme hinsichtlich der Auswahl der Imprägnierungs-Flüssigkeit mit sich, da die Polyolefin-Träger nur schwierig benetzbar siiul Daher sind die klassischen Imprägnierungsmitlei wie Trichlordiphcnyl nicht besonders zufriedenstellend, da sie zu wenig in das Innere der Kunststoff-Filme eindringen. Zur Verbesserung dieser Verhältnisse ist daher in der USA Patentschrift 3 483 452 bereits vorgeschlagen, aiaktisches Polypropylen in dem Trichlordiphenyl aufzulösen. In einer früheren Patentanmeldung, nämlich der deutschen Patentanmeldung P 22 02 684.2 vom 20. I. werden spezifische Mischungen von Chloricrungsproduktcn des Diphenyls beschrieben, die gute Imprägnierungsmittel für Kondensatoren aus Polyolefin-Filmen darstellen. Es ist jedoch notwendig gewesen, auf diesem Gebiet weiter fortzuschreiten und dielektrische Flüssigkeiten aufzufinden, die für diesen Vorrichtungstyp besonders geeignet sind.

In der deutschen Patentanmeldung P 19 45 118.4 ist bereits vorgeschlagen worden, Imprägnierungsmittel für Kondensatoren aus metallisiertem Papier zu verwenden, die aus alkylicrten chlorierten Di- oder Terphenylen be lohen, weiche I bis 3 Chloratome und bis 3 Alkylreste mit C₁ bis C₁₂ im Molekül besitzen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, Imprägnierflüssigkeiten zur Verfugung zu stellen, die Polyolefinfilme besonders gut benetzen, und eine erhöhte Hindringfähigkeit besitzen, die beispielsweise der von Trichlordipi.enyl überlegen ist. Durch die lirfindung wird ferner bezweckt. Imprügnierflüs» -citcn zur Verfugung zu stellen, deren Bestandteile j . . au,-kristallisieren und einen sehr niederen Frstarrungspunkt aufweisen und die daher vorteilhaft zum Imprägnieren von elektrischen Vorrichtungen \erwe.-.dct werden können, die bei niei.'.irrer Temperatur arbeiten

sollen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Verwendung von Gemischen von Isopropyl-dichlorphenylen und gegebenenfalls Dichlordiphenylen, m welchen die mittlere Anzahl der Isopropyl-Reste je Mol Diphenylverbindungen zwischen 0,3 und 1.5 liegt und weiche mindestens ungefähr 50 Gewichtsprozent 2,4'-Diphenylvcrbindung. die gegebenenfalls mit einem Isopropyl-Rest substituiert ist und gegebenenfalls auch eine geringe Menge eines Silikonöls, das in dem Gemisch löslich ist, enthalten, als dielektrische Flüssigkeiten zur Imprägnierung von Kondensatoren aus Papier, Polyolefin-Filmen oder gemischten Systemen aus Papier und Polyolefin-l-ilmcn gelöst.

Aus Gründen der F.infachheit sollen nachstehend die erfindungsgemäß verwendeten Gemische als »Isopropyl-dichlordiphenyle« bezeichnet werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeiten können lediglich aus den Isomeren \on Monoisopropyl-diehlor-2.4'-diphenyl bestehen und gegebenenfalls nicht alkyliertes Chlordiphcnyl enthalten. Häufiger bestehen sie aber aus einem Gemisch von mehreren Dichlordiphenylen. und enthalten über die 2,4-lsomere hinaus auch noch die dichlorierten 2,2- und 4.4'-Isomeren, welche ganz oder teilweise durch mindestens ein Isopropyl-Rest substituiert sein können. Die Flüssigkeiten können gegebenenfalls auch geringe Mengen von Mono- und/oder Trichlordiphenyl-Alkylen enthalten. Fs ist beachtenswert, daß die erfmdungsgemäU verwendeten Flüssigkeiten von Derivatendes Diphenyls mit mehr als 3 Chloratomen, insbesondere ucn Penta- und Hexachlordiphenylen frei sind, die bekanntlich den Nachteil besitzen, daß sie nicht biologisch abbaubar sind

line geeignete Methode zur Herstellung der crlindungsgemäß verwendeten I !flüsigkeiten besteht darin, ein Chlorierungsprodukt des Diphenyls. in welchem der Chlorgehalt einem Verhältnis von ungefähr 2 Chloratomen je Mol Diphenyl entspricht, und in welchem das 2.4'-dichlorierle Uomerc in einer Menge von mindestens 50 Gewichtsprozent vorhanden ist, mit Propylen zu behandeln. Die Verwendung eines Dichlordiphenyls, das ausschließlich aus diesem Isomeren besteht, als Alisgangsprodukt für die crfindungsgeniäli verwendeten Flüssigkeiten, ist nicht ausgeschlossen. Fs wird aber bevorzugt, eine Fraktion von dichloricrtcm Diphenyl zu verwenden, die 65 bis 85 Gewichtsprozent des 2,4'-lsoniercii enthält. Diese verschiedenen Arten von Produkten bilden einen Teil der dielektrischen Flüssigkeiten die von der deutschen Patentschrift I 290 614 beschrieben sind.

In den genannten Druckschriften werden auch Herstellungsverfahren für diese Dichlordiplienyle be-

schrieben. Die Umsetzung zwischen dem Proplyen und den unten beschriebenen chlorierten Diphentlcii /ur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeiten erfolgt im allgemeinen bei 150 bis 200 C, bei Normaldruck und in Anwesenheit von Lewis-Säuren als Katalysatoren. Die Einführung des Propylens wird weitergeführt, bis der gewünschte Grad an Uopropyl-Reste erzielt wird. Wie bereits zum Ausdruck gebracht wurde, kann dieser Grad /wischen 0,3 und 1.5 Mol des Diphenylderivals Hegen. Dieser Wert liegt aber vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,4. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden bei einem Wert in der Nähe von I erhalten.

Das Benerzungsverniögen der erfindungsgemäß verwendeten dielektrischen Flüssigkeiten /u den festen dielektrischen Materialien, insbesondere zu den PoIyolefin-Fihnen ist ausgezeichnet. Dieses Benetzungsvermögen kann durch Messung des Beruhrungswinkels eines KIQssigkeitstropfcns mit einem Polyolefin-Film, auf welchen die Flüssigkeit aufgebracht wird, gemessen werden. Dieser Winkel wird von der Oberfläche des Films und von der Tangente am Bogen des Tropfens am Berührungspunkt der Flüssigkeil mit dem Film gebildet. Es wird festgestellt, daß bei dem erfindungsgemäß \erwendcten Isopropyl-dichlorphenyl dieser Winkel 36 beträgt, während er bei dem klassischen Trichlordiphenyl 48 beträgt.

Die erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeiten zeichnen sich weiterhin dadurch aus, daß sie nicht kristallisieren und daß sie einen sehr niedrigen Erstarrungspunkt in der Gegend von 30 C besitzen. Es ist daher möglich, sie /ur Imprägnierung von Kondensatoren zu verwenden, die bei sehr tiefen Temperaturen arbeiten. Dies stellt einen Vorteil gegenüber einer großen Anzahl von bekannten Imprägnierungsmitteln dar, die eine weniger niedrige Temperatur besitzen. So ist beispielsweise bei dem Trichlor-diphenyl der Erstarrungspuukt bei 19 C.

Die erfindungs-gemäß verwendeten Isopropyl-diehlordiphenylc beschädigen die Vorrichtungen, in welche sie eingegeben werden, in einem erheblich geringeren Maß als die bekannten chlorierten Imprägnirungsmittel. Ihr Chlorgehalt je Volumeneinheit ist nämlich im Vergleich zu den anderen dielektrischen chlorierten Diphenylen ziemlich gering, und liegt unterhalb 0,30 g/cm³, während bei den Trichlordiphcnylen der entsprechende Wert 0.58 g/cm³ beträgt. Im I alle einer Zersetzung unter dem Einfluß des elektrischen Felds wird daher eine erheblich geringere Sal/sauremenge freigesetzt als bei den bekannten dielektrischen Flüssigkeiten. Daher wird auch der Schaden, der durch das Chlorwasserstoffgas in den Kondensatoren verursacht wird, erheblich gemindert.

Schließlich sind die dielektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäB verwendeten Flüssigkeiten sehr zufriedenstellend und häufig den bekannten Imprägnierungsmitteln überlegen. Die Dielektrizitätskonstante bei 20 C liegt in der Gegend von 6,1 bis 6,3. Der Verlustwinkel (tg Λ), gemessen bei 100 C und unter 50 Hz liegt unter 0.002. Die dielektrische Beständigkeit liegt oberhalb 200 KV/cm.

Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann man zu den erfindiingsgemäß verwendeten Isopropyl-dichlordiphcnylcn eine geringere Menge eines Silikonöls geben, um die Oberflächenspannung der Flüssigkeit zu vermindern und das Benetzen der Träger zu begünstigen. Dies ist besonders dann interessant, wenn es sich um Kunststoff-Filme h.indelt.

Als Silikonöl kann man jedes bekannte Produkt auswählen, dessen Konsistenz flüssig bis stark viskos ist und welches aus einem Organo-Siliziumpolymeren besteht oder dieses enthält und das schließlich in der betreffenden Flüssigkeit löslich ist.

Die verwendeten Mengen sind nicht besonders kritisch, sollten aber genügend niedrig sein, damit da* Hilfsmittel kein Verdünnungsmittel für die Anfangsmischung darstellt. Im allgemeinen wird eine Menge

ίο des Silikonöls zwischen 20 und 2000 ppm, bezogen auf die Flüssigkeit, verwendet. Der oben definierte Berührungswinkel wird durch Zugabe von 1000 ppm eines Öls von Polymethyl-phenylsiloxan zu einem Isopropyl-dichiordiphenyl auf 21 erniedrigt.

Obgleich die Schädigungen der Kondensatoren durch die erfindungsgemäß verwendeten Imprägniermittel relativ schwach sind, ist es naturgemäß möglich, übliche Additive zuzusetzen und insbesondere solche Additive, die als Reiniger verwendet werden und die da/u imstande sind, sich mit den Zersetzungsprodukten der chlorierten Dielektrika zu verbinden.

Es können alle bekannten Reinigertypen verwendet werden, insbesondere Amine, Morpholinderivate, organische Antimonverbindungen und organische

Zinnverbindungen. Im allgemeinen werden unter den bekannten Reinigern die Reiniger der Epoxydklasse, insbesondere das Oxid von Phenoxy-propylen, das Oxid von Styrol, das Oxid von Diphenyl-äthyleu. Epoxyäthylen-I, Epoxy-3,4-cyelohexan, usw. bevor-

zugt. Diese Additive können den erfindungsgemälJ verwendeten Mitteln in den üblichen Mengen ohne Nachteile zugesetzt, d h. im allgemeinen in Mengen zwischen etwa 0,1 und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Flüssigkeit, zugegeben werden.

Schließlich ist es auch nicht ausgeschlossen, organische Verdünnungsmittel zuzusetzen, die nicht polar sind und die seibst dielektrische Eigenschaften haben oder nicht haben. Beispiele hierfür sind alkylaromatische Kohlenwasserstoffe wie Dodecylbenzol oder aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe wie Polybutene mit niedrigem Molekulargewicht. Diese Verdünnung ist insbesondere dann anwendbar, wenn man die Viskosität des Ausgangsprodukts vermindern will.

Die erfindungsgemäß verwendeten Isopropyl-dichlordiphenyle können zum Imprägnieren von Kondensatoren verwendet werden, die als Isoiiermiiiiel das klassische dielektrische Papier oder Polyolefin-Iilme oder gemischte Systeme aus Polyolefin und Papier enthalten. Die Behandlung der Vorrichtung mit den crfindungsgemäß verwendeten Flüssigkeiten erfolgt nach den bekannten Methoden. So kann man beispielsweise bei Kondensatoren aus Polyolefin-Filmen nach dem üblichen Trockenzyklus eine Imprägnierung gefolgt von einem Erhitzen auf eine Temperatur in der Gegend von 85 bis 95 C vornehmen. Die Eigenschaften dieser Vorrichtungen, beispielsweise die Kapazität, der Isolationswiderstand und die Alterungsbeständigkeit entsprechen vollständig den Gebrauchsanforderungcn.

Die Erfindung wird in dem Beispiel erläutert.

Beispiel

Man stellt ein Isopropyl-dichlordiphcnyl her, das im Mittel ein Isopropyl-Rest je Mol enthält, indem man Propylen in eine Dichlordiphcnyl-Eraktion einleitet, welche 70 Gewichtsprozent Dichlor-2,4'-diphenyl, 20",, 2,2'-lsomeres und 6,5';', 4,4'-lsomeres enthält und wobei der Rest aus Mono- und Trichlor-

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diphenylen besteht. Die Reaktion wird bei 160 C in

Gegenwart einer Lewis-Säure bei Atmosphärendruck durcngciumi. ■*... ·- durchgerührt. Stunden bei Normladruck bei

Das erhaltene Produkt hat die folgenden ["igen- ''"

schäften: 5

Dichte bei 20 C 1,18

Viskosität bei KK) C 3,1 centistokes

Erstarrungspunkt -30 C

Dielektrizitätskonstante bei 20 C .6,23 _{io hcnd lulfge}f_unrt:

Mit dieser flüssigkeit wird eine Reihe von 6 Kon- _t„ ,·, unmittelbar nach der Imprägnierung:

densatoren imprägniert, die Aluminiumplatten ent- _f

halten, die duvch eine Isolierzusammenstellung abge- 6,1 ' ' '

trennt sind, welche zwei Polypropylen-Filme einer

Dicke von 15 μ enthält, die auf ein Blatt eines Kraft- 15 tg Λ. nach einer Alterung von 500 Stunden Kondensatorpapiers mit einer Dicke von 10 μ gelegt und 2200 Voll: worden sind. Die Imprägnierung wird bei 70 C unter 3.5- 10

bei 90 C

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Gemischen von Isopropyldichlordiphenylen und gegebenenfalls Dichlurdiphenylen, in welchen die mittlere Anzahl der lsopropyl-Reste je Mol Diphenylverbindungen /wischen 0,3 und 1,5 liegt und welche mindestens ungefähr 50 Gewichtsprozent 2,4'-Diphenylverbindung, die gegebenenfalls mit einem Isopropyl-Rest substituiert ist und gegebenenfalls auch eine geringe Menge eines Silikonöls, das in dem Gemisch löslich ist, enthalten, als dielektrische Flüssigkeiten zur Imprägnierung von Kondensatoren aus Papier, Polyolefin-Filmen oder gemischten Systemen aus Papier und Polyolefin-Filmen.

2. Verwendung von Gemischen nach Anspruch I, die durch Behandlung eines Chlorierungsprodukts von Diphenyl, worin der Chlorgehalt einem Verhältnis von 2 Atomen Chlor je Mol Diphenyl entspricht und worin die isomere 2,4'-DichIordiphenylverbindung in einer Menge von mindestens 50 Gewichtsprozent enthalten ist, mit Propylen bis zu einer mittleren Anzahl von Isopropyl-Resten zwischen 0,3 und 1,5 je Mol Diphenylverbindung erhalten worden sind.

3. Verwendung von Gemischen nach Anspruch I oder 2, in denen die mittlere Anzahl der Isopropyl-Reste zwischen 0,6 und 1,4 liegt.

4. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 3, in denen die mittlere Anzahl der Isopropyl-Rcste in der Nähe von ! liegt.

5. Verwendung von Gemischen nach einem der Ansprüche I bis 4, in denen Silikonöl in einer Menge, die zwischen 20 und 2000 ppm, bezogen auf die Flüssigkeiten, liegt, zugesetzt ist.