-
Elektrische Isolierstoffe Die Herstellung von Umsetzungsprodukten
aus Celltilose oder Celluloseverbindungen, die mindestetis eine unbesetzte OH-Gruppe
auf zwei Glucoseeinlieiten enthalten, wie Äthern, Estern und Ätlier-Estern und Isocyanaten,
ist in der Literatur lwschriehen.
-
Es wurde nun gefunden, daß elektrische Isolierstoffe, die aus diesen
Stoffen hergestellt sind, insbesondere bei Einsatz in Form von Folien, z. B. als
Hauptdielektrikuni in Kondensatoren und anderen elektrischen Geräten, erhebliche
Vorteile gegenüber Isolierstoffen aus anderen Rohmaterialien aufweisen.
-
Bei der Umsetzung des Cellulosemoleküls mit Isocyanaten ist eine vielseitige
Abwandlung der hergestellten Dielektrika und Isolierstoffe möglich.
-
Während einige Umsetzungsprodukte aus Cellulose oder Gelluloseverbindungen
mit mindestens einer unbesetzten OH-Gruppe auf zwei Glucoseeinheiten, wie Celluloseäther,
Ester oder Äther-Ester mit Isocyanaten, besonders gute feuchtigkeitsunempfindliche,
weitgehend wasserfreie Isolierstoffe mit einer niederen D. K. herzustellen gestatten,
die auch bei Arbeitstemperaturen über 1r5° eingesetzt werden können, geben andere
Produkte Dielektrika mit einer D. K., die größer als 4,0 ist.
-
Man kann bei der Auswahl der Cellulosekomponenten von einer Vielzahl
von Grundstoffen, z. B. Äthyl-, Methyl-, Cyanäthyl-, Nitro-, Acetylcellulose bzw.
allen möglichen Cellulose-Äther-Estern ausgehen. Ferner kann die Umsetzung des Glucosemoleküls
in der Cellulose, ihren Estern und Äthern mit verschieden großem Veresterungs- und
Verätherungsgrad mit mindestens einer unbesetzten OH-Gruppe, gerechnet auf zwei
Glucosecinheiten, mit den Isocyanaten so gelenkt werden, daß eine, zwei oder alle
drei der reaktionsfähigen OH-Gruppen in Reaktion kommen. Die Hauptvariationsmöglichkeit
liegt aber darin, daß man mit dieser Reaktion die elektrophoren Eigenschaften der
bekannten
Gruppen, z. B. -CN, -NO., -COOH und der Halogene, in
Verbindung mit aromatischen und aliphatischen Isocyanaten mit kleinen oder großen
iNlolekülen nach den jeweiligen Erfordernissen, die an die daraus zu fertigenden
Isolierstoffe, z. B. für Kondensatoren und andere elektrische Geräte, in elektrischer
und physikalischer Hinsicht gestellt werden, auswerten kann. Man kann dabei eines
oder mehrere gleichwertige oder auch verschiedenartige Radikale in das Glucosemolekül
einführen.
-
Man kann so z. B. die Dielektrizitätskonstante bei ßoo Hz zwischen
3,o und 7,0, den Verlustwinkel zwischen O,oo3undo,03, den Gleichstromwiderstand
von i X I012 bis 5 X io1s Ohm x cm variieren.
-
Die Stoffe können wasserabweisend sein oder aus der Atmosphäre oder
aus Wasser bis z. B. 6 % Feuchtigkeit aufnehmen. Im Temperaturband erzielt man je
nach Aufbau Stoffe, die bis 13o° und darüber noch keinen Anstieg des Verlustwinkels
zeigen.
-
Durch Umsetzung von Cellulosediacetat mit hydrophobierenden Isocyanatkomponenten,
z. B. einem aromatischen Isocyanat, wie Chlorphenylisocyanat oder einem aliphatischen
Ätherisocyanat, lassen sich Isolierstoffe herstellen, die das Celltilosetriacetat
in den elektrischen Daten übertreffen.
-
Gemäß der Erfindung können daher Folien, Filme und Überzüge hergestellt
werden, die einen von der relativen Luftfeuchtigkeit weitgehend unabhängigen Verlustfaktor
und einen nahezu gleichbleibenden hohen spezifischen Widerstand aufweisen. Umsetzungsprodukte
von Äthylcellulose mit 4, 4 -Dichlor-2-isocyanatdiphenyläther zeigen z. B. bei einer
relativen Luftfeuchtigkeit von 8o % einen spezifischen elektrischen Widerstand
von i X ioh Ohm x cm und einen Verlustfaktor von o,oo5, gemessen bei 5o Hz,
die von der Feuchtigkeit der umgebenden Luft weitgehend unabhängig sind.
-
Als vorteilhaft für die Herstellung von speziellen Isolierstoffolien
haben sich z. B. folgende Isocyanatkomponenten erwiesen: ß-Naphthylisocyanat, 8-Chlornaphthylisocyanat,
Cyclohexylisocyanat, Trichlorphenylisocyanat, Chlorphenylisocyanat, Phenylasocyanat
und z. B. Ätherisocyanate der allgemeinen Formel C" H2n 1 . O . (CH2)3 - NCO, für
.=2-I8, z. B. C18 H21 * O - (CH.). - NCO. Die Umsetzungsprodukte der Cellulose oder
ihrer Abkömmlinge mit den Aromaten sind zum Teil, z. B. mit Trichlorl)henylisocyanat,
sehr hart, spröde und sehr schwer brennbar; dagegen erhält man z. B. mit Ätherisocyanaten
(z. B. C15 H31 * O - (CH2)3 - NCO) eine mit steigender Kettenlänge zunehmende Weichlieit
der Celluloseurethanderivate. Bei Anlagerung von Seitenketten mit über C18 erhält
man Stoffe mit mehr wachsartigem Charakter, wenn man den Anteil von Seitenketten
im Cellulosemolekül z. B. auf 6o bis 7o Gewichtsprozent steigert. Durch gleichzeitige
Anlagerung von aromatischen, z. B. Triclilorphenylisocyanat, und aliphatischen z.
B. (Ciö H21- O . (CH2) 3. NCO) Seitenketten ergeben sich Stoffe mit verschiedenen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Durch die langen aliphatischen Seitenketten
erhält man einen inneren Weichmachereffekt, so daß die Verwendung von elektrisch
unerwünschten äußeren Weichmachern in Fortfall kommen kann. Die Herstellung der
Carbaminsäureester der Cellulose kann nach bekannter Methode erfolgen.
-
Beispiel 1 ioo Gewichtsteile wasserfreie Acetylcellulose mit z. 13.
2, 2-Acetylgruppen je Glucoseeinheit werden in wasserfreiem Pyridin oder einem Gemisch
von Butylacetat und ß-Chloräthvlessigester mit 45 g ß-Naphtylisocyanat (Kp 145°/15
mm) bei 70° in Pyridin oder i20° bei pyridinfreien Lösemitteln unter Rückfluß in
einem gut wirkenden Kneter so lange umgesetzt, bis im Reaktionsgut analytisch keine
freien -NCO-Gruppen mehr nachweisbar sind. Man reinigt das Cellulosecarbonat durch
Umfällung in Methylalkohol und Waschen der faserigen Masse mit destilliertem Wasser.
Man kann die Reaktionsmasse nach der Verdünnung finit Aceton-auch gleich zu Filmen
vergießen.
-
Der sich ergebende Isolierstoff zeigt sich in den elektrischen Daten
dem technischen Cellulosetriacetat überlegen.
-
Die Umsetzung mit z. 13. c>-Chlorphenylisocyanat verläuft analog.
-
Beispiel e ioo Gewichtsteile Äthylcellulose mit etwa 1,8-Ät'hylresten
im Glucosegrundmolekül werden in einem gut wirkenden Misch- und Knetapparat mit
50o Gewichtsteilen Chlorbenzol und ioo Gewichtsteilen Cyanpentylisocyanat unter
Rückfluß bei i20 bis 13O° so lange umgesetzt, bis im Reaktionsgut analytisch keine
freien -NCO-Gruppen mehr nachweisbar sind. Das durch Umfällung (z. B. mit Benzin)
gereinigte Umsetzungsprodukt zeigt eine Dielektrizitätskonstante von 6,6 bei einem
Verlustwinkel von 0,02, gemessen bei 5o Hz. Der spezifische Gleichstromwiderstand
liegt größenordnungsmäßig bei i X i013 Ohm x cm. Beispie13 Hydratisierte Cellulose
wird im Soxleth mit Dioxan, Aceton und/oder Pyridin durch kombinierte Extraktion
und Pressung entwässert und die extraktionsmittelfeuchte Cellulose mit Phenylisocyanat
bei i io bis 135° mit oder ohne starke mechanische Bearbeitung so lange zur Reaktion
gebracht, bis das Celluloseumsetzungsprodukt in einem organischen Lösungsmittel,
z. B. Aceton, löslich wird und der durch Umfällung mit i\lethylalkohol gereinigte
Phenylcarbaminsäurecelltiloseester den gewünschten Stickstoffgehalt von z. B. 7
bis 8°/0 zeigt.
-
Der spezifische elektrische Widerstand der erhaltenen Phenylurethancellulose
zeigt bei 8o % rel* Luftfeuchtigkeit einen Wert von 1 . 1014. Beispiel 4 ioo Gewichtsteile
Beiizylcellulose mit etwa 1,7-Benzylresten im Glucosemolekiil werden mit 4o Gewichtsteilen
Isocyanatessigsätireäthylester in 300
Gewichtsteilen Chlorbenzol
bis zur vollständigen Absättigung der Cellulose-OH-Gruppen bei 12o° umgesetzt. Die
Essigesterseitenkette wird durch Zusatz von 12,5 Gewichtsteilen NaOH in ioo
Gewichtsteilen goprozentigem Methylalkohol bei 40° im Kneter verseift und anschließend
durch Zusatz von i 1"5 Gewichtsteilen Salzsäure das Natriumsalz zur freien Carbonsäure
umgesetzt.
-
Auf analogem Wege können Cellulosederivate mit freien Hydroxylgruppen
in der Celluloseseitenkette hergestellt «erden.