DE3127905A1

DE3127905A1 - Impraegniermittel und ihre verwendung

Info

Publication number: DE3127905A1
Application number: DE19813127905
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Chem. Dr. Havenith; Alfons 4000 Düsseldorf Klein; Rudolf 5090 Leverkusen Kron; Karlfried Dipl.-Chem. Dr. 5000 Köln Wedemeyer
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1981-07-15
Filing date: 1981-07-15
Publication date: 1983-02-03

Description

Imprägniermittel und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen mit vorteilhaften dielektrischen Eigenschaften, die als Imprägniermittel in elektrischen Vorrichtungen verwendet werden können.
Aus der DE-OS 27 18 905 sind Kondensatoren bekannt, die 80 bis 99 Gew.-% monoalkylierte und 20 bis 1 Gew.-% dialkylierte Diphenylmethane enthalten. Die Diphenylmethane entsprechend der DE-OS 27 18 905 können nur durch Ethyl-, Propyl- und Butylreste substituiert sein. Methylsubstituierte Diphenylmethane werden in ihrer Anwendung als Imprägniermittel als nicht akzeptabel angesehen (DE-OS 27 18 905, Seite 8, Zeilen 20 bis 22). Bevorzugt enthalten die in der Offenlegungsschrift beschriebenen dielektrischen Flüssigkeiten Anteile an einem Antioxidationsmittel und an einem Wasserstoffakzeptor.
Es wurden neue Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften auf Basis von alkylierten Diphenylmethanen gefunden, die methylsubstituierte Diphenylmethane der Formel in der R Wasserstoff oder Methyl bedeutet, enthalten.
Die Methyl- und die Dimethyldiphenylmethan können auch im Gemisch miteinander vorliegen.
Die erfindungsgemäßen alkylierten Diphenylmethane können sowohl in Form der reinen Isomeren als auch in einem Gemisch der Isomeren vorliegen. Aus wirtschaftlichen Gründen und durch die Herstellung der alkylierten Diphenylmethane bedingt, wird im allgemeinen ein Isomerengemisch der alkylierten Diphenylmethane bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Methyl-diphenylmethane können als o-, m- oder p-Isomere vorliegen, die erfindungsgemäßen Dimethyl-diphenylmethane als p-/p-, m-/m-, o-/o-, p-/o-, p-/m- und o-/m-Isomere.
Die erfindungsgemäßen alkylierten Diphenylmethane sind an sich bekannt und können nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die erfindungsgemäßen Methyl-diphenylmethane durch Umsetzung von Benzylchlorid mit Toluol, gegebenenfalls in Gegen- wart von Friedel-Crafts-Katalysatoren, herzustellen. Hierbei entsteht ein Isomerengemisch. Die reinen Isomeren können beispielsweise durch Reaktion von o-Methyl-, m-Methyl- oder p-Methyl-benzylchlorid mit Benzol, gegebenenfalls in Gegenwart von Friedel-Crafts-Katalysatoren, hergestellt werden (DOS 29- 35 318, DAS 10 85 877).
Setzt man unter den gleichen Bedingungen o-Methyl-, m-Methyl- oder p-Methyl-benzylchlorid oder deren Mischungen mit Toluol um, so erhält man die Dimethyldiphenylmethane.
Eine weitere Möglichkeit, Dimethyl-diphenylmethan herzustellen, besteht in der Umsetzung von Toluol mit Formaldehyd in Gegenwart saurer Katalysatoren (Chem.
Zentralblatt 1909 1, 534).
Besonders bevorzugt sind solche erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeiten, die durch Umsetzung von Benzylchlorid mit Toluol in Gegenwart von Aluminiumchlorid entstehen. Durch teilweise Umalkylierung bilden sich hierbei Gemische von Methyl- und Dimethyldiphenylmethanen.
Hierbei sind Gemische bevorzugt, die 40 bis 100 Gew.-Teile Methyldiphenylmethan und 60 bis 0 Gew.-Teile Dimethyl-diphenylmethan enthalten.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können zusätzlich stabilisierende Zusätze enthalten, insbesondere Säureakzeptoren und Oxidationsinhibitoren.
Als Säureakzeptoren werden Epoxidverbindungen bevorzugt.
Beispielsweise seien die folgenden Epoxidverbindungen gannt: 1,2-Epoxy-3-phenoxy-propan, Bis-(3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexylmethyl)-adipat, 1-Epoxy-ethyl-3,4-epoxy-cyclohexan, 3,4-Epoxy-cyclohexan, 3,4-Epoxy-cyclohexylmethyl-3 , 4-epoxy-cyclohexancarboxylat, 3,4-Epoxy-6-mthylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexancarboxylat und 2,2-Bis-(4-hydroxy-phenyl)-propan-diglycidylether.
Im allgemeinen setzt man 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 1 Gew.-%, der Epoxidverbindungen, bezogen auf die Gesamtmenge des flüssigen Dielektrikums, ein.
Als Oxidationsinhibitoren werden im allgemeinen aromatische carbocyclische Verbindungen mit zwei Hydroxygruppen bevorzugt. Beispielsweise seien die folgenden Oxidationsinhibitoren genannt: Di-tert.-amyl-hydrochinon, 2,2-Bis-(4-hydroxy-phenyl)-propan und 4,4'-Butyliden-bis-(6-tert.-butyl-m-kresol). Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen enthalten bevorzugt als Oxidationsinhibitor Di-tert.-amyl-hydrochinon.
Bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften können beispielsweise 90 -110 Gew.-Teile,besonders bevorzugt 95 bis 100 Gew.-Teile, der erfindungsgemäßen Flüssigkeit, 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile, bevorzugt 0,1. bis 1,0 Gew.-Teile, des Säureakzeptors und 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile, insbesondere bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-Teile, des Oxidationsinhibitors enthalten.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können im allgemeinen durch Zusammengeben der Komponenten hergestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen als Dielektrikum, besonders als Imprägniermittel für elektrische Vorrichtungen. Als elektrische Vorrichtungen seien besonders Kondensatoren und Transformatoren genannt, insbesondere seien Kondensatoren mit einem Aufbau, bestehend aus mehrlagigem Papier und Aluminiumfolie, aus metallisiertem Papier, aus einer gegebenenfalls metallisierten Kunststoffolie, beispielsweise aus Polypropylen, Polycarbonat oder Polyterephthalsäureester, oder einem Mischdielektrium, beispielsweise aus Papier, Kunststoff- und Aliminiumfolie oder aus metallisiertem Papier und Kunststoffolie genannt. Bevorzugt können die erfindungsgemäßen Imprägniermittel für Kondensatoren, die als festes Dielektrikum Kunststoffolie enthalten, verwendet werden (all-film-Kondensatoren).
Gegenüber den aus der DE-OS 27 18 905 bekannten Diphenylmethanen weisen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften deutliche Vorteile auf.
So haben die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen beispielsweise ein günstigeres Tieftemperatur-Viskositätsverhalten.
Daher können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen überraschenderweise besonders vorteilhaft bei der Imprägnierung von Kondensatoren eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften können leicht biologisch abgebaut werden und belasten daher die Umwelt nicht.
Die als Zusatzdielektrikum verwendete dielektrische Flüssigkeit sollte in Kondensatoren, die als festes Dielektrikum Kunststoffolie, meist eine oder mehrere Lagen Polypropylenfolie, enthalten, eine rasche und vollständige Imprägnierung der Wickel gewährleisten.
Während des Imprägniervorganges, der gewöhnlich bei niedriger Temperatur unter Vakuum durchgeführt wird, müssen alle Hohlräume und Spalten der dielektrischen Wickel mit der dielektrischen Flüssigkeit ausgefüllt werden. Gemäß der US-PS 3 363 156 ist dabei die Verwendung eines flüssigen Imprägniermittels mit relativ hoher Viskosität problematische und unerwünscht. Eine niedrige Viskosität des Imprägniermittels ist wünschenswert und erleichtert im allgemeinen das Eindringen über die Ränder des dielektrischen Wickels, die Ausbreitung in den zwischen den Belägen und dem festen Kunststoffdielektrikum bestehenden Spalten sowie eine vorteilhafte Durchdringung der Kunststoffolie.
Da die Viskosität mit fallender Temperatur zunimmt, werden die Eigenschaften der elektrischen Vorrichtungen, die mit einer Flüssigkeit hoher Viskosität imprägniert sind, bei tiefen Temperaturen verschlechtert. Dabei können sich im flüssigen Dielektrikum bei tieferen Temperaturen kristalline oder amorphe Abscheidungen bilden und eine Inhomogenität des flüssigen Dielektrikums bewirken. Schließlich kann das flüssige Dielektrikum bei tiefen Temperaturen durch Volumenabnahme schrumpfen und die Entstehung von Hohlräumen verursachen. Die Folge ist ein Temperaturanstieg und eine Verringerung der Durchschlagfestigkeit der dielektrischen Vorrichtung, die schließlich einen vorzeitigen, unerwünschten Ausfall herbeiführt.
Beispiel 1 Zu 730 g Toluol und 1Q g AlCl3 tropft man bei 700C unter Rühren innerhalb von 2 Stunden 210 g Benzylchlorid, rührt das Reaktionsgemisch weitere 2 Stunden bei 700C nach, kühlt ab und wäscht mit verdünnter Natronlauge. Aus der organischen Schicht erhält man durch fraktionierte Destillation bei Kp16: 140 - 1590C 195 g einer Fraktion mit folgender Zusammensetzung: Unbekannte Verbindungen 0,6 % 1,9 % 37,6 % 59,2 % Unbekannte Verbindungen 0,7 % Beispiel 2 Zu 730 g Toluol und 1,3 g FeCl3 6 H2O tropft man bei 1000C unter Rühren innerhalb von 2 Stunden 126,5 g Benzylchlorid, rührt das Reaktionsgemisch 1/2 Stunde bei 1000C nach, kühlt ab und wäscht mit verdünnter Natronlauge. Aus der organischen Schicht erhält man durch fraktionierte Destillation bei Kp15: 140 - 1450C 130 g einer Flüssigkeit, die 99,8 % eines Isomerengemisches von Methyl-diphenylmethanen enthält.
Die überraschenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen dielektrischen Flüssigkeiten werden mit einem aus der DE-OS 27 18 905 bekannten Diphenylmethan verglichen.
Die dielektrischen Flüssigkeiten A bis F im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben folgende Zusammensetzung: Flüssigkeit A: Zusammensetzung wie in Beispiel 2 beschrieben Flüssigkeit B: 100 % Dimethyl-diphenylmethane Flüssigkeit C: 85 % Methyl-diphenylmethane 15 % Dimethyl-diphenylmethane Flüssigkeit D: 60 % Methyl-diphenylmethane 40 % Dimethyl-diphenylmethane Flüssigkeit E: Zusammensetzung wie in Beispiel 1 beschrieben Flüssigkeit F: entspricht einem aus DE-OS 27 18 905 bekannten Diphenylmethan mit folgender Zusammensetzung: 88 Gew.-% Monoisopropyl-diphenylmethan 12 Gew.-* Diisopropyl-diphenylmethan Tabelle

kinematische Viskosität A B C D E F

(mm2 sec-1)

200C 4,3 4,4 4,2 4,3 4,3 6,2

O°C 8,0 8,5 8,1 8,3 7,9 12,7

- 100C - 13,6 11,4 12,7 12,1 21,2

- 250C 25,2 33,9 25,9 28,8 29,9 66,2

Claims

Patentansprüche 1) Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften auf Basis von alkylierten Diphenylmethanen, enthaltend methylsubstituierte Diphenylmethane der Formel in der R Wasserstoff oder Methyl bedeutet.
2) Zusammensetzungen nach Anspruch 1, enthaltend einen Oxidationsinhibitor.
3) Zusammensetzungen nach Anspruch 1, enthaltend ein Hydrochinonderivat.
4) Zusammensetzungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, enthaltend einen Säureakzeptor.
5) Zusammensetzungen nach den Ansprechen 1 bis 4, enthaltend 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile des Oxidationsinhibitors und 0,05 bis 2,0 Gew.-Teile des Säureakzeptors.
6) Zusammensetzungen nach den Ansprüchen 1 bis 5, enthaltend als Epoxid 2,2-Bis-(4-hydroxy-phenyl)-propan-diglycidylether und als Hydrochinonderivat Di-tert.-amyl-hydrochinon.
7) Verwendung der Zusammensetzungen mit dielektrischen Eigenschaften nach Anspruch 1 als Dielektrikum in elektrischen Vorrichtungen.