具有浸渍物的纤维素材料及其应用

具有浸渍物的纤维素材料及其应用
【专利说明】具有浸渍物的纤维素材料及其应用
[0001] 本发明涉及一种设有提高其导电率的浸渍物([mpiignieiung)的纤维素材料。此 外，本发明涉及该纤维素材料的应用。
[0002] 从US 4,521，450中已知能够将由纤维素纤维制成的可浸渍固体材料浸入诸如含 水氧化剂中，所述含水氧化剂例如为由氯化铁（III)溶液、硫酸铈（IV)、六氰合铁（III)化 钾（Kaliumhexacyanoferrat(III))或者磷酸钼制成的弱酸性溶液。随后，使用液态或蒸汽 状的吡咯化合物在室温下对湿的纤维素材料进行处理，直至使吡咯根据氧化剂的浓度聚合 为止。将如此浸渍后的纤维素材料在室温下干燥24小时。氧化剂一方面确保吡咯化合物 的聚合，另一方面确保导电率的提高。由此，可通过吡咯的浓度和氧化剂的类型来影响这些 经浸渍的纤维素材料的比电阻P。在制造浸渍的纤维素材料的过程中，必须通过合适的工 作条件和对应的废料处理来考虑吡咯的毒性作用。
[0003] 一般来说，例如从DE10 2007 018 540A1中已知导电聚合物的应用，以将透明的 导电层例如应用于KFZ玻璃的加热。这些导电聚合物的实例为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚 对苯、聚对苯乙炔以及所述聚合物的衍生物。这些聚合物的一个特殊的实例为PED0T，其也 以商品名Baytron由BayerAG销售。PED0T还以其系统名称被称为聚（3, 4-亚乙基-二氧 噻吩）。
[0004] 本发明要解决的技术问题是，提供一种具有使其导电率提高的浸渍物的纤维素材 料，其允许以简单的方式来制造。此外，本发明要解决的技术问题是，提供针对该纤维素材 料的应用。根据本发明，上述技术问题通过开头所述的纤维素材料由此来解决，即所述浸渍 物由聚乙烯亚胺组成。可以使用所有已知形式的材料作为纤维素材料。优选将纤维素材料 制造成纸、纸板或层压纸板。这些纤维素材料可以是工程构件的半成品，其有利地在浸渍的 变体中得到应用。
[0005] 应用带负电和带正电的离聚物有利地使得能够以特别简单的方式制造纤维素材 料。离聚物可以容易地在水中溶解，由此被馈送到同样基于水的纤维素材料的制造过程中。 通过纤维素材料制造之后的离聚物的交联，可降低纤维素材料的比电阻。这种情况下，离聚 物聚合并且在纤维素材料中由负责降低比电阻的聚乙烯亚胺形成导电网络。有利地，可使 用相对无毒的物质实施制造过程，从而与使用吡咯相比，须对过程安全提出的要求要低得 多。此外，不会产生有毒废料，对其进行的处理将意味着额外的开销。
[0006] 根据本发明的一项有利的实施方式，还使用氧化钛颗粒浸渍纤维素材料。氧化钛、 特别是二氧化钛颗粒的添加有利地改善了绝缘材料的抗老化性。根据本发明的一项特别有 利的实施方式，将聚乙烯亚胺施加至氧化钛颗粒。由此，有利地实现了所述颗粒在纤维素材 料的由纤维素纤维构成的结合中的可靠的固定。此外，还有利地使纤维素材料的导电率进 一步升高。
[0007] 根据本发明的一项有利的实施方式，经浸渍的纤维素材料的比电阻PpS 1012Qm。这例如在将该纤维素材料应用于变压器的油中时具有如下优点：纤维素材料的 比电阻在数量级方面与油相当，因此运行中的介电应力均匀地分布在变压器油和绝缘材料 上。因此，根据本发明，通过使用具有含聚乙烯亚胺的、使该纤维素材料的导电率提高的浸 渍物的纤维素材料作为变压器的绝缘材料，给出上述技术问题的解决方案。
[0008] 当然，该绝缘材料不仅可以用于变压器，而且还可以用于其它电气部件。在此，能 够使高压技术的任意设备部件在直流应力下可靠地电绝缘。这种情况下，本发明的绝缘材 料可以用作设备部件的外壳（Verschalung)或者还用作涂层。涂布可以如下进行：将纤维 素材料例如以网状的形式(mattenfdrmig)装在部件上，随后用聚乙烯亚胺浸渍。然后，通过 加热浸渍后的纤维素网幅（Cellulosebahn)，实现所使用的离聚物至聚乙烯亚胺的聚合。
[0009] 纤维素材料优选被成形为平的，并且在整个厚度上设有至少基本上恒定的浓度的 指定用于浸渍的聚合物。由此，可以实现比电阻特别是在将纤维素材料用作油中的电绝缘 时在绝缘的整个横截面上产生均匀的电压降（更多的关于在变压器中的电绝缘中呈现的 关系参见下文）。本发明的纤维素材料可以通过以下方法来制造，在该方法中，在如下步骤 中使用有机物来进行浸渍。首先，由带正电的离聚物和带负电的离聚物制造含水电解质。将 该电解质与纤维素材料混合。由此形成纸浆，即用于制造纸的原料，而纸由所述纸浆获得。 可替代地，也可以用电解质浸润纤维素纤维。其前提是，已经存在包含纤维素纤维的原材 料，其优选呈干燥状态或者以脱水状态存在，从而可以向该中间产品馈送电解质。在接下来 的步骤中，去除电解质中的水至少至形成纤维素材料的程度。这是指纤维素材料已经形成 可控制的结合，其可以成为进一步处理的基础。这例如通过脱水来进行，如从纸制造中已知 的那样，即通过在筛子上对纸浆进行滴干（Abtropfen)来进行。最后，使离聚物交联成聚乙 烯亚胺。为此，优选需要相关离聚物的交联温度以上的热处理。由此形成上面已经提到的 导电的聚合物的网络，并且纤维素材料的比电阻因此而降低。为了能够制造厚度更大的纤 维素材料，可有利地设置，通过多个预先浸渍的层（Lagen)的层叠（Schicht)制造纤维素材 料。由此可以确保纤维素材料中的各个层如此之薄，使得能够至少尽可能地在所述层的整 个厚度上进行浸渍。这在以上述方式由电解质浸润所制造的层，而不浸渍单个纤维素纤维 时也是可以的。随后，为了得到厚度更大的纤维素材料，将其在利用电解质进行处理之后堆 叠成多层的纤维素材料。在此，在层的堆叠之前就已经可以开始进行交联和/或干燥。但是 有利的是，在堆叠所述层次之后才结束交联，因为然后不同层的离聚物可相互交联，从而在 所有层上跨越地形成已描述的聚合物网络。由此，还能够有利地使用相对少的聚合物材料 在相对大的程度上提高多层纤维素材料的比电阻。根据一个实施例，本发明的纤维素材料 可以在实验室条件下制造，其中的方法流程将在下文详述。可以使用市售的层压纸板（下 面称为纤维素交货状态）。首先，将其分割成厚3.lmm、90X50mm大小的块。将这些块于温 度在95至99°C之间的蒸馏水中在借助磁性搅拌器进行搅拌的情况下加热，直至各个层在 层压纸板的边缘区域中开始溶解。于是在该阶段，层压纸板完全吸满了水。将湿的层压纸 板从水中取出，并使其各个层分离。将分离的层重新在95至99°C下的蒸馏水中搅拌加热， 直至其它单页溶解。将各个层和页又一次从水中取出，直至分离出最薄的可分离的层。最 后将非常薄的、机械上不可再分离的层通过搅拌在蒸馏水中（温度相同）加热，直到呈现单 个纤维素纤维为止。
[0010] 在接下来的步骤中，将如此获得的纸衆过滤成薄的织物层（Gewebelagen)。也就是 说，借助布氏漏斗通过置于真空下滤出各个纤维素纤维。可以使用Fa.Schleicher&ScWHl 的第589或595号黑色带式过滤器作为滤纸。这样获得的织物层还含有以所使用的层压纸 板的原始重量计的多倍的水。所述织物层能够容易地由黑色带式过滤器分离。
[0011] 在接下来的步骤中，各个织物层在水溶液中通过在室温下利用磁性搅拌器进行搅 拌而溶解成单个的纤维素纤维。在搅拌过程中使用聚乙烯亚胺的离聚物浸渍这些纤维素纤 维。在搅拌一小时后，按照已经描述的原理于真空下在黑色带式过滤器上滤出经浸渍的纤 维素纤维。所形成的织物层又能够容易地从黑色带式过滤器揭下。
[0012] 在接下来的步骤中，要通过乳制使经浸渍的织物层平滑。为此，将各个织物层叠 置，并使用平的物体将其轻轻压合到一起。随后，通过辊子以逐渐增大的压力反复挤压经浸 渍的织物层的堆叠。在此，各个织物层被压制成浸渍的纤维毡，其中，多余的液体被压出。
[0013] 在接下来的步骤中，要使离聚物交联，并且对纤维素材料进行干燥。为此，在干燥 箱中处于钢板之间的压力下通过蒸发除去剩余的水。选择进行干燥的温度，以便于首先进 行聚乙烯亚胺的交联。为此，将经浸渍的纤维毡放置在钢板之间。所述钢板例如被2. 4KPa 的压力压在一起。可以使用特氟隆涂覆与经浸渍的纤维毡接触的支承面，以防止尚未聚合 的原料粘在金属板上。一旦交联结束，则使用由金属制成的支承面来进行最终干燥。进行 最终干燥，直至纤维素材料的重量和厚度不再变化。
[0014] 通过使用聚乙烯亚胺浸渍纤维素材料，能够可控地调节电性能，从而能够改变纤 维素材料的比电阻。由于不用担心所使用的聚合物有毒，因此与使用吡咯化合物相比，能够 保持相对小的装置结构。
[0015] 下面根据附图描述本发明的其它特征。在各个图中，分别对相同或对应的附图元 素设置相同的附图标记，而仅反复说明如何得到各个图之间的不同。附图示出了 ：
[0016] 图1以三维视图示出了根据本发明