具有浸漬物的纖維素材料及其應(yīng)用
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有浸漬物的纖維素材料及其應(yīng)用
[0001] 本發(fā)明涉及一種設(shè)有提高其導(dǎo)電率的浸漬物([mpiignieiung)的纖維素材料。此 外，本發(fā)明涉及該纖維素材料的應(yīng)用。
[0002] 從US 4,521，450中已知能夠?qū)⒂衫w維素纖維制成的可浸漬固體材料浸入諸如含 水氧化劑中，所述含水氧化劑例如為由氯化鐵（III)溶液、硫酸鈰（IV)、六氰合鐵（III)化 鉀（Kaliumhexacyanoferrat(III))或者磷酸鉬制成的弱酸性溶液。隨后，使用液態(tài)或蒸汽 狀的吡咯化合物在室溫下對(duì)濕的纖維素材料進(jìn)行處理，直至使吡咯根據(jù)氧化劑的濃度聚合 為止。將如此浸漬后的纖維素材料在室溫下干燥24小時(shí)。氧化劑一方面確保吡咯化合物 的聚合，另一方面確保導(dǎo)電率的提高。由此，可通過(guò)吡咯的濃度和氧化劑的類(lèi)型來(lái)影響這些 經(jīng)浸漬的纖維素材料的比電阻P。在制造浸漬的纖維素材料的過(guò)程中，必須通過(guò)合適的工 作條件和對(duì)應(yīng)的廢料處理來(lái)考慮吡咯的毒性作用。
[0003] 一般來(lái)說(shuō)，例如從DE10 2007 018 540A1中已知導(dǎo)電聚合物的應(yīng)用，以將透明的 導(dǎo)電層例如應(yīng)用于KFZ玻璃的加熱。這些導(dǎo)電聚合物的實(shí)例為聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚 對(duì)苯、聚對(duì)苯乙炔以及所述聚合物的衍生物。這些聚合物的一個(gè)特殊的實(shí)例為PED0T，其也 以商品名Baytron由BayerAG銷(xiāo)售。PED0T還以其系統(tǒng)名稱(chēng)被稱(chēng)為聚（3, 4-亞乙基-二氧 噻吩）。
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種具有使其導(dǎo)電率提高的浸漬物的纖維素材 料，其允許以簡(jiǎn)單的方式來(lái)制造。此外，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供針對(duì)該纖維素材 料的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)開(kāi)頭所述的纖維素材料由此來(lái)解決，即所述浸漬 物由聚乙烯亞胺組成?？梢允褂盟幸阎问降牟牧献鳛槔w維素材料。優(yōu)選將纖維素材料 制造成紙、紙板或?qū)訅杭埌?。這些纖維素材料可以是工程構(gòu)件的半成品，其有利地在浸漬的 變體中得到應(yīng)用。
[0005] 應(yīng)用帶負(fù)電和帶正電的離聚物有利地使得能夠以特別簡(jiǎn)單的方式制造纖維素材 料。離聚物可以容易地在水中溶解，由此被饋送到同樣基于水的纖維素材料的制造過(guò)程中。 通過(guò)纖維素材料制造之后的離聚物的交聯(lián)，可降低纖維素材料的比電阻。這種情況下，離聚 物聚合并且在纖維素材料中由負(fù)責(zé)降低比電阻的聚乙烯亞胺形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。有利地，可使 用相對(duì)無(wú)毒的物質(zhì)實(shí)施制造過(guò)程，從而與使用吡咯相比，須對(duì)過(guò)程安全提出的要求要低得 多。此外，不會(huì)產(chǎn)生有毒廢料，對(duì)其進(jìn)行的處理將意味著額外的開(kāi)銷(xiāo)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)有利的實(shí)施方式，還使用氧化鈦顆粒浸漬纖維素材料。氧化鈦、 特別是二氧化鈦顆粒的添加有利地改善了絕緣材料的抗老化性。根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)特別有 利的實(shí)施方式，將聚乙烯亞胺施加至氧化鈦顆粒。由此，有利地實(shí)現(xiàn)了所述顆粒在纖維素材 料的由纖維素纖維構(gòu)成的結(jié)合中的可靠的固定。此外，還有利地使纖維素材料的導(dǎo)電率進(jìn) 一步升高。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一項(xiàng)有利的實(shí)施方式，經(jīng)浸漬的纖維素材料的比電阻PpS 1012Qm。這例如在將該纖維素材料應(yīng)用于變壓器的油中時(shí)具有如下優(yōu)點(diǎn)：纖維素材料的 比電阻在數(shù)量級(jí)方面與油相當(dāng)，因此運(yùn)行中的介電應(yīng)力均勻地分布在變壓器油和絕緣材料 上。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用具有含聚乙烯亞胺的、使該纖維素材料的導(dǎo)電率提高的浸 漬物的纖維素材料作為變壓器的絕緣材料，給出上述技術(shù)問(wèn)題的解決方案。
[0008] 當(dāng)然，該絕緣材料不僅可以用于變壓器，而且還可以用于其它電氣部件。在此，能 夠使高壓技術(shù)的任意設(shè)備部件在直流應(yīng)力下可靠地電絕緣。這種情況下，本發(fā)明的絕緣材 料可以用作設(shè)備部件的外殼（Verschalung)或者還用作涂層。涂布可以如下進(jìn)行：將纖維 素材料例如以網(wǎng)狀的形式(mattenfdrmig)裝在部件上，隨后用聚乙烯亞胺浸漬。然后，通過(guò) 加熱浸漬后的纖維素網(wǎng)幅（Cellulosebahn)，實(shí)現(xiàn)所使用的離聚物至聚乙烯亞胺的聚合。
[0009] 纖維素材料優(yōu)選被成形為平的，并且在整個(gè)厚度上設(shè)有至少基本上恒定的濃度的 指定用于浸漬的聚合物。由此，可以實(shí)現(xiàn)比電阻特別是在將纖維素材料用作油中的電絕緣 時(shí)在絕緣的整個(gè)橫截面上產(chǎn)生均勻的電壓降（更多的關(guān)于在變壓器中的電絕緣中呈現(xiàn)的 關(guān)系參見(jiàn)下文）。本發(fā)明的纖維素材料可以通過(guò)以下方法來(lái)制造，在該方法中，在如下步驟 中使用有機(jī)物來(lái)進(jìn)行浸漬。首先，由帶正電的離聚物和帶負(fù)電的離聚物制造含水電解質(zhì)。將 該電解質(zhì)與纖維素材料混合。由此形成紙漿，即用于制造紙的原料，而紙由所述紙漿獲得。 可替代地，也可以用電解質(zhì)浸潤(rùn)纖維素纖維。其前提是，已經(jīng)存在包含纖維素纖維的原材 料，其優(yōu)選呈干燥狀態(tài)或者以脫水狀態(tài)存在，從而可以向該中間產(chǎn)品饋送電解質(zhì)。在接下來(lái) 的步驟中，去除電解質(zhì)中的水至少至形成纖維素材料的程度。這是指纖維素材料已經(jīng)形成 可控制的結(jié)合，其可以成為進(jìn)一步處理的基礎(chǔ)。這例如通過(guò)脫水來(lái)進(jìn)行，如從紙制造中已知 的那樣，即通過(guò)在篩子上對(duì)紙漿進(jìn)行滴干（Abtropfen)來(lái)進(jìn)行。最后，使離聚物交聯(lián)成聚乙 烯亞胺。為此，優(yōu)選需要相關(guān)離聚物的交聯(lián)溫度以上的熱處理。由此形成上面已經(jīng)提到的 導(dǎo)電的聚合物的網(wǎng)絡(luò)，并且纖維素材料的比電阻因此而降低。為了能夠制造厚度更大的纖 維素材料，可有利地設(shè)置，通過(guò)多個(gè)預(yù)先浸漬的層（Lagen)的層疊（Schicht)制造纖維素材 料。由此可以確保纖維素材料中的各個(gè)層如此之薄，使得能夠至少盡可能地在所述層的整 個(gè)厚度上進(jìn)行浸漬。這在以上述方式由電解質(zhì)浸潤(rùn)所制造的層，而不浸漬單個(gè)纖維素纖維 時(shí)也是可以的。隨后，為了得到厚度更大的纖維素材料，將其在利用電解質(zhì)進(jìn)行處理之后堆 疊成多層的纖維素材料。在此，在層的堆疊之前就已經(jīng)可以開(kāi)始進(jìn)行交聯(lián)和/或干燥。但是 有利的是，在堆疊所述層次之后才結(jié)束交聯(lián)，因?yàn)槿缓蟛煌瑢拥碾x聚物可相互交聯(lián)，從而在 所有層上跨越地形成已描述的聚合物網(wǎng)絡(luò)。由此，還能夠有利地使用相對(duì)少的聚合物材料 在相對(duì)大的程度上提高多層纖維素材料的比電阻。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明的纖維素材料 可以在實(shí)驗(yàn)室條件下制造，其中的方法流程將在下文詳述?？梢允褂檬惺鄣膶訅杭埌澹ㄏ?面稱(chēng)為纖維素交貨狀態(tài)）。首先，將其分割成厚3.lmm、90X50mm大小的塊。將這些塊于溫 度在95至99°C之間的蒸餾水中在借助磁性攪拌器進(jìn)行攪拌的情況下加熱，直至各個(gè)層在 層壓紙板的邊緣區(qū)域中開(kāi)始溶解。于是在該階段，層壓紙板完全吸滿(mǎn)了水。將濕的層壓紙 板從水中取出，并使其各個(gè)層分離。將分離的層重新在95至99°C下的蒸餾水中攪拌加熱， 直至其它單頁(yè)溶解。將各個(gè)層和頁(yè)又一次從水中取出，直至分離出最薄的可分離的層。最 后將非常薄的、機(jī)械上不可再分離的層通過(guò)攪拌在蒸餾水中（溫度相同）加熱，直到呈現(xiàn)單 個(gè)纖維素纖維為止。
[0010] 在接下來(lái)的步驟中，將如此獲得的紙衆(zhòng)過(guò)濾成薄的織物層（Gewebelagen)。也就是 說(shuō)，借助布氏漏斗通過(guò)置于真空下濾出各個(gè)纖維素纖維?？梢允褂肍a.Schleicher&ScWHl 的第589或595號(hào)黑色帶式過(guò)濾器作為濾紙。這樣獲得的織物層還含有以所使用的層壓紙 板的原始重量計(jì)的多倍的水。所述織物層能夠容易地由黑色帶式過(guò)濾器分離。
[0011] 在接下來(lái)的步驟中，各個(gè)織物層在水溶液中通過(guò)在室溫下利用磁性攪拌器進(jìn)行攪 拌而溶解成單個(gè)的纖維素纖維。在攪拌過(guò)程中使用聚乙烯亞胺的離聚物浸漬這些纖維素纖 維。在攪拌一小時(shí)后，按照已經(jīng)描述的原理于真空下在黑色帶式過(guò)濾器上濾出經(jīng)浸漬的纖 維素纖維。所形成的織物層又能夠容易地從黑色帶式過(guò)濾器揭下。
[0012] 在接下來(lái)的步驟中，要通過(guò)乳制使經(jīng)浸漬的織物層平滑。為此，將各個(gè)織物層疊 置，并使用平的物體將其輕輕壓合到一起。隨后，通過(guò)輥?zhàn)右灾饾u增大的壓力反復(fù)擠壓經(jīng)浸 漬的織物層的堆疊。在此，各個(gè)織物層被壓制成浸漬的纖維氈，其中，多余的液體被壓出。
[0013] 在接下來(lái)的步驟中，要使離聚物交聯(lián)，并且對(duì)纖維素材料進(jìn)行干燥。為此，在干燥 箱中處于鋼板之間的壓力下通過(guò)蒸發(fā)除去剩余的水。選擇進(jìn)行干燥的溫度，以便于首先進(jìn) 行聚乙烯亞胺的交聯(lián)。為此，將經(jīng)浸漬的纖維氈放置在鋼板之間。所述鋼板例如被2. 4KPa 的壓力壓在一起?？梢允褂锰胤⊥扛才c經(jīng)浸漬的纖維氈接觸的支承面，以防止尚未聚合 的原料粘在金屬板上。一旦交聯(lián)結(jié)束，則使用由金屬制成的支承面來(lái)進(jìn)行最終干燥。進(jìn)行 最終干燥，直至纖維素材料的重量和厚度不再變化。
[0014] 通過(guò)使用聚乙烯亞胺浸漬纖維素材料，能夠可控地調(diào)節(jié)電性能，從而能夠改變纖 維素材料的比電阻。由于不用擔(dān)心所使用的聚合物有毒，因此與使用吡咯化合物相比，能夠 保持相對(duì)小的裝置結(jié)構(gòu)。
[0015] 下面根據(jù)附圖描述本發(fā)明的其它特征。在各個(gè)圖中，分別對(duì)相同或?qū)?yīng)的附圖元 素設(shè)置相同的附圖標(biāo)記，而僅反復(fù)說(shuō)明如何得到各個(gè)圖之間的不同。附圖示出了 ：
[0016] 圖1以三維視圖示出了根據(jù)本發(fā)明