DE102010041635A1 - Impregnated cellulosic material, use of this cellulosic material and process for its preparation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Cellulosematerial, bestehend aus Cellulosefasern (12), die mit einer Imprägnierung versehen sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Imprägnierung (13) der Cellulosefasern aus elektrisch leitfähigen Polymeren, wie insbesondere PEDOT:PSS vorgesehen wird. Die Imprägnierung bildet eine Art Netzwerk (14), welches aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit dieses Netzwerkes den spezifischen Widerstand des Cellulosematerials verringern kann. Hierdurch kann das Cellulosematerial hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften vorteilhaft an entsprechende Einsatzfälle angepasst werden. Eine Verwendung des Cellulosematerials ist daher auch die elektrische Isolierung von Transformatoren, wobei das Cellulosematerial hierbei mit Transformatorenöl getränkt wird und eine Anpassung des spezifischen Widerstandes des Cellulosematerials an den spezifischen Widerstand des Öls zu einer verbesserten Durchschlagfestigkeit der Transformatorisolation führt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Cellulosematerials, welches einen geeigneten Imprägnierungsschritt für das Cellulosematerial aufweist.The invention relates to a cellulose material consisting of cellulose fibers (12) which are impregnated. According to the invention, an impregnation (13) of the cellulose fibers made of electrically conductive polymers, such as in particular PEDOT: PSS, is provided. The impregnation forms a type of network (14) which, due to the electrical conductivity of this network, can reduce the specific resistance of the cellulose material. As a result, the cellulose material can be advantageously adapted to corresponding applications in terms of its electrical properties. One use of the cellulose material is therefore also the electrical insulation of transformers, the cellulose material being soaked with transformer oil and an adaptation of the specific resistance of the cellulose material to the specific resistance of the oil leads to an improved dielectric strength of the transformer insulation. In addition, the invention relates to a method for producing the cellulose material described above, which has a suitable impregnation step for the cellulose material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Cellulosematerial, welches mit einer die elektrische Leitfähigkeit des Cellulosematerials erhöhenden Imprägnierung versehen ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung dieses Cellulosematerials. Zuletzt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung dieses Cellulosematerials.The invention relates to a cellulosic material which is provided with an impregnation which increases the electrical conductivity of the cellulosic material. Moreover, the invention relates to a use of this cellulosic material. Finally, the invention also relates to a process for producing this cellulosic material.

Aus der US 4,521,450 ist es bekannt, dass ein imprägnierfähiges Vollmaterial aus Cellulosefasern in ein wässriges Oxidationsmittel, wie z. B. einer schwach säurehaltigen Lösung aus Eisen(III)-chloridlösung, Cer(IV)-sulfat, Kaliumhexacyanoferrat(III) oder Molybdatophosphorsäure getaucht werden kann. Anschließend wird das feuchte Cellulosematerial entweder mit flüssigem oder dampfförmigem Pyrrol-Verbindungen bei Raumtemperatur so lange behandelt, bis das Pyrrol in Abhängigkeit von der Konzentration des Oxidationsmittels polymerisiert wird. Das so imprägnierte Cellulosematerial wird bei Raumtemperatur 24 Stunden getrocknet. Das Oxidationsmittel sorgt einerseits für die Polymerisation der Pyrrol-Verbindungen, außerdem für eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Der spezifische Widerstand ρ solcher imprägnierter Cellulosematerialien kann damit über die Konzentration an Pyrrolen und die Art des Oxidationsmittels beeinflusst werden. Bei der Herstellung des imprägnierten Cellulosematerials muss die toxische Wirkung des Pyrrols durch geeignete Arbeitsbedingungen und eine entsprechende Abfallbeseitigung berücksichtigt werden.From the US 4,521,450 It is known that a impregnable solid material made of cellulose fibers in an aqueous oxidizing agent, such as. As a weakly acidic solution of iron (III) chloride solution, cerium (IV) sulfate, potassium hexacyanoferrate (III) or molybdatophosphoric acid can be immersed. Subsequently, the wet cellulosic material is treated with either liquid or vapor pyrrole compounds at room temperature until the pyrrole is polymerized depending on the concentration of the oxidizing agent. The thus impregnated cellulosic material is dried at room temperature for 24 hours. The oxidizing agent ensures on the one hand for the polymerization of the pyrrole compounds, in addition to an increase in electrical conductivity. The specific resistance ρ of such impregnated cellulosic materials can thus be influenced by the concentration of pyrroles and the type of oxidizing agent. In the preparation of the impregnated cellulose material, the toxic effect of pyrrole must be taken into account by appropriate working conditions and appropriate waste disposal.

Allgemein ist die Verwendung von elektrisch leitfähigen Polymeren beispielsweise aus der DE 10 2007 018 540 A1 bekannt, um transparente, elektrisch leitfähige Schichten beispielsweise für die Beheizung von KFZ-Glas zu verwenden. Beispiele für solche elektrisch leitfähigen Polymere sind Polypyrrole, Polyanilin, Polythiophene, Polyparaphenylene, Polyparaphenylen-Vinylene und Derivate der genannten Polymere. Ein spezielles Beispiel für solche Polymere ist PEDOT, das auch unter dem Handelnamen Baytron von der Bayer AG vertrieben wird. PEDOT wird mit seinem systematischen Namen auch als Poly-(3,4-ethylen-dioxythiophen) bezeichnet.In general, the use of electrically conductive polymers, for example, from DE 10 2007 018 540 A1 known to use transparent, electrically conductive layers, for example for the heating of automotive glass. Examples of such electrically conductive polymers are polypyrroles, polyaniline, polythiophenes, polyparaphenylenes, polyparaphenylene-vinylenes and derivatives of said polymers. A specific example of such polymers is PEDOT, which is also sold under the trade name Baytron by Bayer AG. PEDOT is also referred to by its systematic name as poly (3,4-ethylene dioxythiophene).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Cellulosematerial mit einer die elektrische Leitfähigkeit dieses Cellulosematerials erhöhenden Imprägnierung bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung erlaubt. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem für dieses Cellulosematerial eine Verwendung anzugeben.The object of the invention is to provide a cellulose material with an electrical conductivity of this cellulose material enhancing impregnation or a method for its production, which allows a simplified production. The object of the invention is also to specify a use for this cellulosic material.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das eingangs genannte Cellulosematerial dadurch gelöst, dass die Imprägnierung aus einem Polymer besteht, welches aus einem negativen Ionomer, insbesondere PSS, und einem positiv geladenen Ionomer vernetzt ist. Als Cellulosematerial können Materialien aller bekannten Formen verwendet werden. Cellulosematerialien werden vorzugsweise als Papier, Pappe oder Pressspan hergestellt. Diese Cellulosematerialien können Halbzeuge für technische Bauteile sein, welche vorteilhaft in der imprägnierten Variante Verwendung finden. Als positiv geladene Ionomere können vorzugsweise PEDOT oder PANI Verwendung finden. Als PEDOT bezeichnet man das bereits erwähnte Poly-(3,4-ethylen-dioxydthiophen). PANI ist Polyanilin und PSS ist Polystyrensulfonat.This object is achieved by the above-mentioned cellulose material in that the impregnation consists of a polymer which is crosslinked from a negative ionomer, in particular PSS, and a positively charged ionomer. As the cellulosic material, materials of all known forms can be used. Cellulosic materials are preferably produced as paper, paperboard or pressboard. These cellulosic materials may be semi-finished products for technical components, which are advantageously used in the impregnated variant. As positively charged ionomers preferably PEDOT or PANI can be used. PEDOT refers to the already mentioned poly (3,4-ethylene-dioxydthiophene). PANI is polyaniline and PSS is polystyrene sulfonate.

Die Verwendung negativ geladener und positiv geladener Ionomere ermöglicht vorteilhaft eine besonders einfache Herstellung des Cellulosematerials. Die Ionomere können einfach in Wasser gelöst werden und somit dem Prozess der Herstellung des Cellulosematerials, der ebenfalls wasserbasiert ist, zugeführt werden. Durch Vernetzung der Ionomere im Anschluss an die Herstellung des Cellulosematerials kann der spezifische Widerstand des Cellulosematerials gesenkt werden. Dabei polymerisieren die Ionomere und bilden in dem Cellulosematerial ein elektrisch leitfähiges Netzwerk, welches für die Verminderung des spezifischen Widerstandes verantwortlich ist. Vorteilhaft kann der Prozess der Herstellung mit vergleichsweise ungiftigen Substanzen, beispielsweise PEDOT, PANI und PSS, durchgeführt werden, so dass im Vergleich zur Verwendung von Pyrrolen wesentlich geringere Anforderungen an die Prozesssicherheit gestellt werden müssen. Außerdem fallen keine giftigen Abfälle an, deren Entsorgung einen zusätzlichen Aufwand bedeuten würde.The use of negatively charged and positively charged ionomers advantageously makes it particularly easy to produce the cellulosic material. The ionomers can be easily dissolved in water and thus fed to the process of making the cellulosic material, which is also water-based. By crosslinking the ionomers following preparation of the cellulosic material, the resistivity of the cellulosic material can be lowered. The ionomers polymerize and form in the cellulosic material an electrically conductive network, which is responsible for the reduction of the specific resistance. Advantageously, the process of production with relatively non-toxic substances, such as PEDOT, PANI and PSS, are performed, so that in comparison to the use of pyrroles much lower demands on the process reliability must be made. In addition, no toxic waste, whose disposal would mean an additional expense.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der spezifische Widerstand ρp des imprägnierten Cellulosematerials bei 1012 Ωcm liegt. Dies hat beispielsweise bei der Verwendung des Cellulosematerials in Öl den Vorteil, dass der spezifische Widerstand des Cellulosematerials größenordnungsmäßig mit dem des Öls vergleichbar ist, weswegen sich dielektrische Stress im Betrieb gleichmäßig auf das Transformatoröl und das Isolationsmaterial verteilt. Daher ist erfindungsgemäß eine Lösung der Aufgabe dadurch gegeben, dass das Cellulosematerial mit einer die elektrische Leitfähigkeit des Cellulosematerials erhöhenden Imprägnierung, die aus Polymer besteht, welches aus einem negativ geladenen Ionomer und einem positiv geladenen Ionomer vernetzt ist, als Isolationsmaterial für einen Transformator verwendet wird.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the specific resistance ρ p of the impregnated cellulosic material is 10 12 Ωcm. This has the advantage, for example, when using the cellulosic material in oil, that the specific resistance of the cellulosic material is comparable to that of the oil on the order of magnitude, so that during operation dielectric stress spreads evenly over the transformer oil and the insulating material. Therefore, according to the invention, a solution to the problem is provided in that the cellulosic material having an electrical conductivity of the cellulosic material enhancing impregnation, which consists of polymer, which is crosslinked from a negatively charged ionomer and a positively charged ionomer, is used as insulation material for a transformer.

Das Cellulosematerial ist vorzugsweise flächig ausgebildet und über die gesamte Dicke mit einer zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden Konzentration des zur Imprägnierung vorgesehenen Polymers versehen. Hierdurch kann erreicht werden, dass der spezifische Widerstand insbesondere bei der Verwendung des Cellulosematerials als elektrische Isolierung in Öl über den gesamten Querschnitt der Isolierung einen gleichmäßigen Spannungsabfall erzeugt (zu den in der elektrischen Isolierung in Transformatoren vorliegenden Verhältnissen im Folgenden noch mehr).The cellulosic material is preferably flat and provided over the entire thickness with an at least substantially constant concentration of the polymer intended for impregnation. This can be achieved that the specific resistance in particular the use of the cellulosic material as an electrical insulation in oil over the entire cross-section of the insulation produces a uniform voltage drop (in addition to the ratios present in the electrical insulation in transformers).

Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines imprägnierten Cellulosematerials gelöst, bei dem eine Imprägnierung mit organischen Stoffen in folgenden Schritten erfolgt. Zunächst wird ein wässriger Elektrolyt aus einem positiv geladenen Ionomer und einem negativ geladenen Ionomer, insbesondere PSS, hergestellt. Diesem Elektrolyt werden Cellulosefasern beigemischt. Hierdurch entsteht eine Pulpe, der Ausgangsstoff für eine Herstellung von Papier, welches aus der Pulpe geschöpft wird. Alternativ können die Cellulosefasern auch mit dem Elektrolyt getränkt werden. Dieses setzt voraus, dass bereits ein Cellulosefasern enthaltendes Rohmaterial vorhanden ist, welches vorzugsweise trocken vorliegt oder in entwässertem Zustand vorliegt, so dass der Elektrolyt diesem Zwischenprodukt zugeführt werden kann. Im nächsten Schritt wird das Wasser des Elektrolyten zumindest so weit entfernt, dass das Cellulosematerial entsteht. Hiermit ist gemeint, dass das Cellulosematerial bereits einen handhabbaren Verband bildet, der einer weiteren Bearbeitung zugrunde gelegt werden kann. Dies erfolgt durch Entwässerung beispielsweise, wie aus der Papierherstellung bekannt, durch Abtropfen der Pulpe auf einem Sieb. Zum Schluss werden die Ionomere vernetzt. Hierzu ist vorzugsweise eine Wärmebehandlung oberhalb der Vernetzungstemperatur der betreffenden Ionomere erforderlich. Es bildet sich hierdurch das oben bereits erwähnte Netzwerk von Polymeren, welches elektrisch leitfähig ist, und daher den spezifischen Widerstand des Cellulosematerials herabsetzt.Furthermore, the object is achieved by a method for producing an impregnated cellulosic material, in which an impregnation with organic substances takes place in the following steps. First, an aqueous electrolyte is prepared from a positively charged ionomer and a negatively charged ionomer, particularly PSS. Cellulose fibers are added to this electrolyte. This results in a pulp, the starting material for a production of paper, which is drawn from the pulp. Alternatively, the cellulose fibers can also be soaked with the electrolyte. This presupposes that a raw material containing cellulose fibers is already present, which is preferably dry or in dehydrated state, so that the electrolyte can be supplied to this intermediate product. In the next step, the water of the electrolyte is at least so far removed that the cellulosic material is formed. By this is meant that the cellulosic material already forms a handleable dressing, which can be used as a basis for further processing. This is done by dewatering, for example, as known from papermaking, by draining the pulp on a sieve. Finally, the ionomers are crosslinked. For this purpose, preferably a heat treatment above the crosslinking temperature of the respective ionomers is required. This forms the already mentioned above network of polymers, which is electrically conductive, and therefore reduces the resistivity of the cellulosic material.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als positiv geladene Ionomere PEDOT und/oder PANI verwendet werden. Die Vorteile im Zusammenhang mit der Auswahl dieser Ionomere sind vorstehend bereits erläutert worden.According to an advantageous embodiment of the method is provided that are used as positively charged ionomers PEDOT and / or PANI. The advantages associated with the selection of these ionomers have already been explained above.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass das Entfernen des Wassers vor dem Vernetzen der Ionomere durch ein Walzen des Cellulosematerials unterstützt wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei einer kontinuierlichen Herstellung des Cellulosematerials, da durch Walzen des Cellulosematerials eine lange Bahn hergestellt werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn nach dem Vernetzen der Ionomere ein vollständiges Trocknen des Cellulosematerials erfolgt. Durch das vollständige Trocknen lässt sich der geforderte Wert für den spezifischen Widerstand erreichen, wobei vorteilhaft eine vergleichsweise genaue Einstellung des spezifischen Widerstandes über die Konzentration des Imprägnierstoffes möglich ist.Furthermore, it can be advantageously provided that the removal of the water before the crosslinking of the ionomers is supported by a rolling of the cellulosic material. This is particularly advantageous in a continuous production of the cellulosic material, since a long web can be produced by rolling the cellulosic material. It is furthermore advantageous if, after crosslinking of the ionomers, complete drying of the cellulosic material takes place. By the complete drying, the required value for the resistivity can be achieved, whereby advantageously a comparatively precise adjustment of the specific resistance over the concentration of the impregnating substance is possible.

Vorteilhaft ist es auch, wenn das Entfernen des Wassers und/oder das Vernetzen der Ionomere durch ein Andrücken von beheizten Walzen an das Cellulosematerial erfolgt. Durch den Kontakt zu den beheizten Walzen lässt sich die Wärme vorteilhaft besonders effektiv in das Cellulosematerial eintragen. Hierbei kann die notwendige Vernetzungstemperatur eingestellt werden. Durch Erhitzung des Cellulosematerials kommt es gleichzeitig zum Verdampfen des Restwassers und damit zu einem Trocknungsprozess. Dieser kann durch die beheizten Walzen zumindest eingeleitet werden, wobei ein abschließendes Trocknen auch beispielsweise in einer Wärmekammer erfolgen kann.It is also advantageous if the removal of the water and / or the crosslinking of the ionomers is effected by pressing heated rollers against the cellulosic material. Due to the contact with the heated rollers, the heat can advantageously be entered into the cellulosic material particularly effectively. In this case, the necessary crosslinking temperature can be set. By heating the cellulosic material it comes at the same time to evaporate the residual water and thus to a drying process. This can be at least initiated by the heated rollers, with a final drying can also be done for example in a heat chamber.

Um Cellulosematerialien größerer Dicke herstellen zu können, kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass das Cellulosematerial durch Schichten mehrerer vorher imprägnierter Lagen hergestellt wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die einzelnen Lagen aus Cellulosematerial so dünn sind, dass eine Imprägnierung zumindest weitgehend über die gesamte Dicke der Lage ermöglicht wird. Dies ist auch dann möglich, wenn die hergestellten Lagen in der oben beschriebenen Weise durch das Elektrolyt getränkt werden und nicht die einzelnen Cellulosefasern imprägniert werden. Um anschließend zu einem Cellulosematerial einer größeren Dicke zu kommen, wird dieses nach der Behandlung mit dem Elektrolyt zu einem mehrlagigen Cellulosematerial geschichtet. Dabei kann eine Vernetzung und/oder Trocknung bereits vor dem Schichten der Lagen begonnen werden. Vorteilhaft ist es aber, einen Abschluss der Vernetzung erst nach dem Schichten der Lagen vorzunehmen, da dann auch eine Vernetzung der Polymere unterschiedlicher Lagen untereinander erfolgen kann, so dass das bereits beschriebene Netz von Polymeren übergreifend über alle Lagen entsteht. Hierdurch lässt sich der spezifische Widerstand auch eines mehrlagigen Cellulosematerials vorteilhaft mit vergleichsweise wenig Polymermaterial in vergleichsweise starkem Maße erhöhen.To be able to produce cellulosic materials of greater thickness, it can be advantageously provided that the cellulosic material is produced by layers of several previously impregnated layers. This makes it possible to ensure that the individual layers of cellulose material are so thin that impregnation is made possible at least substantially over the entire thickness of the layer. This is also possible if the layers produced are soaked in the manner described above by the electrolyte and not the individual cellulose fibers are impregnated. In order subsequently to come to a cellulose material of a greater thickness, this is layered after the treatment with the electrolyte to a multilayer cellulose material. In this case, crosslinking and / or drying can already be started before the layers are layered. It is advantageous, however, to complete the cross-linking only after the layers have been layered, since then a cross-linking of the polymers of different layers can take place with one another, so that the network of polymers already described is formed across all layers. As a result, the resistivity of a multilayer cellulosic material can advantageously be increased to a relatively high degree with comparatively little polymer material.

Das erfindungsgemäße Cellulosematerial wurde gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Laborbedingungen hergestellt, wobei der Verfahrensablauf im Folgenden näher erläutert werden soll. Verwendet wurde ein kommerziell erhältlicher Pressspan (im Folgenden Cellulose Lieferzustand genannt). Dieser wurde zunächst in 90 × 50 mm große Stücke mit einer Dicke von 3,1 mm zerschnitten. Diese wurden in destilliertem Wasser bei Temperaturen zwischen 95 und 99°C unter Rühren mittels einem Magnetrührer erhitzt, bis sich einzelne Lagen im Randbereich des Pressspans zu lösen begannen. In diesem Stadium war der Pressspan vollständig mit Wasser vollgesaugt. Der nasse Pressspan wurde aus dem Wasser genommen und in seine einzelnen Lagen getrennt. Die separierten Lagen wurden erneut in destilliertem Wasser bei 95–99°C unter Rühren erhitzt, bis sich weitere einzelne Blätter lösten. Die einzelnen Lagen und Blätter wurden dem Wasser erneut entnommen und bis zur dünnsten trennbaren Schicht vereinzelt. Die sehr dünnen, mechanisch nicht mehr trennbaren Schichten wurden unter Rühren in destilliertem Wasser (Temperatur s. o.) so lange erhitzt, bis einzelne Cellulosefaser vorlagen.The cellulosic material according to the invention was prepared according to an embodiment under laboratory conditions, the process being explained in more detail below. A commercially available pressboard was used (hereinafter referred to as "cellulose state of delivery"). This was first cut into 90 x 50 mm pieces with a thickness of 3.1 mm. These were heated in distilled water at temperatures between 95 and 99 ° C with stirring by means of a magnetic stirrer until individual layers began to dissolve in the edge region of the press chip. At this stage, the pressboard was completely soaked with water. The wet pressboard was out taken from the water and separated into its individual layers. The separated layers were reheated in distilled water at 95-99 ° C with stirring until more single leaves dissolved. The individual layers and leaves were removed again from the water and separated to the thinnest separable layer. The very thin, mechanically no longer separable layers were heated with stirring in distilled water (temperature see above) until individual cellulose fiber was present.

In einem nächsten Schritt erfolgte die Filtration der so erhaltenen Pulpe zu dünnen Gewebelagen. Die einzelnen Cellulosefäden wurden abfiltriert, und zwar mit Hilfe eines Büchnertrichters unter Anlegen eines Unterdrucks. Als Filterpapier wurde ein Schwarzbandfilter der Fa. Schleicher & Schöll Nr. 589 oder 595 verwendet. Die so erhaltenen Gewebelagen enthielten noch 270 bis 300% Wasser bezogen auf das ursprüngliche Gewicht des eingesetzten Pressspans. Die Gewebelagen ließen sich leicht vom Schwarzbandfilter trennen.In a next step, the filtration of the resulting pulp was carried out to thin fabric layers. The individual cellulose threads were filtered off, with the aid of a Buchner funnel under application of a negative pressure. The filter paper used was a black belt filter from Schleicher & Scholl No. 589 or 595. The fabric layers thus obtained still contained from 270 to 300% of water, based on the original weight of the pressboard used. The fabric layers were easily separated from the black band filter.

In einem nächsten Schritt wurden die einzelnen Gewebelagen in einer wässrigen Lösung mit einem Gew.-% PEDOT:PSS Lösung unter Rühren mit einem Magnetrührer bei Raumtemperaturen in einzelne Cellulosefäden aufgelöst. Diese wurden während des Rührvorgangs mit PEDOT:PSS imprägniert. Nach einer Stunde Rühren wurden die imprägnierten Cellulosefäden nach dem bereits beschriebenen Prinzip unter Unterdruck auf einem Schwarzbandfilter abfiltriert. Die entstandene Gewebelage ließ sich leicht von dem Schwarzbandfilter ablösen. Die abfiltrierte PEDOT:PSS-Lösung wurde in einer Saugflasche aufgefangen, wobei nach einer Wiederherstellung der geforderten Konzentration an PEDOT:PSS diese Lösung einer Wiederverwertung zugeführt werden konnte.In a next step, the individual fabric layers were dissolved in individual cellulose threads in an aqueous solution containing one percent by weight PEDOT: PSS solution while stirring with a magnetic stirrer at room temperature. These were impregnated with PEDOT: PSS during the stirring process. After one hour of stirring, the impregnated cellulose threads were filtered off under the principle already described under reduced pressure on a black belt filter. The resulting fabric layer was easily detached from the black belt filter. The filtered PEDOT: PSS solution was collected in a feeding bottle, and after a recovery of the required concentration of PEDOT: PSS this solution could be recycled.

In einem nächsten Schritt sollten die imprägnierten Gewebelagen durch Walzen geglättet werden. Hierzu wurden die einzelnen Gewebslagen übereinandergelegt und mit einem flachen Gegenstand leicht aneinandergedrückt. Anschließend wurde der Stapel aus imprägnierten Gewebelagen mehrmals mit steigendem Druck durch eine Walze komprimiert. Dabei wurden die einzelnen Gewebelagen zu einem imprägnierten Faserfilz verdichtet, wobei überschüssige Flüssigkeit herausgedrückt wurde. Der Gewebestapel wurde so lange verdichtet, bis die Dicke des erhaltenen Faserfilzes ca. 4–4,5 mm betrug.In a next step, the impregnated fabric layers should be smoothed by rollers. For this purpose, the individual fabric layers were superimposed and pressed together slightly with a flat object. Subsequently, the stack of impregnated fabric layers was compressed several times with increasing pressure by a roller. The individual fabric layers were compacted to an impregnated fiber felt, with excess liquid was pushed out. The fabric stack was compacted until the thickness of the fiber felt obtained was about 4-4.5 mm.

In einem nächsten Schritt sollten die Polymere vernetzt werden und eine Trocknung des Cellulosematerials erfolgen. Hierzu wurde das verbliebene Wasser durch Verdampfen in einem Trockenschrank zwischen Stahlplatten unter Druck entfernt. Die Temperatur zum Trocknen wurde so gewählt, dass zunächst eine Vernetzung des Polymers untereinander stattfand. Dazu wurde der imprägnierte Faserfilz zwischen Stahlplatten gelegt. Die Stahlplatten wurden mit einem Druck von 2,4 KPa zusammengedrückt. Die Auflageflächen, mit denen der imprägnierte Faserfilz in Berührung kam, waren mit Teflon beschichtet, um ein Anbacken der noch nicht polymerisierten Ausgangsstoffe an die Metallplatten zu verhindern. Die Vernetzung des Polymers wurde bei 82°C durchgeführt und dauerte zwischen 30 und 90 Minuten. Sobald die Vernetzung abgeschlossen war, wurden zum Endtrocknen Auflageflächen aus Metall verwendet. Die Endtrocknung erfolgt bei 104°C und einem Druck von 4,22 KPa und wurde so lange ausgeführt, bis sich das Gewicht und die Dicke des Cellulosematerials nicht mehr veränderte.In a next step, the polymers should be crosslinked and carried out a drying of the cellulosic material. For this purpose, the remaining water was removed by evaporation in a drying oven between steel plates under pressure. The temperature for drying was chosen so that initially a cross-linking of the polymer took place with each other. For this purpose, the impregnated fiber felt was placed between steel plates. The steel plates were compressed at a pressure of 2.4 KPa. The contact surfaces with which the impregnated fiber felt came into contact were coated with Teflon in order to prevent caking of the unpolymerized starting materials to the metal plates. The crosslinking of the polymer was carried out at 82 ° C and took between 30 and 90 minutes. Once crosslinking was complete, metal bearing surfaces were used for final drying. The final drying was carried out at 104 ° C and a pressure of 4.22 KPa and was carried out until the weight and the thickness of the cellulose material did not change.

Durch die unter Laborbedingungen hergestellten Cellulosematerialien ließen sich folgende Vorteile erzielen. Durch Imprägnierung des Cellulosematerials mit PEDOT:PSS oder mit PANI:PSS konnten die elektrischen Eigenschaften kontrolliert eingestellt werden, so dass der spezifische Widerstand des Cellulosematerials verändert werden konnte. Der apparative Aufbau konnte wegen der toxischen Unbedenklichkeit der verwendeten Polymere im Vergleich zur Verwendung von Pyrrolverbindungen verhältnismäßig gering gehalten werden.The cellulosic materials produced under laboratory conditions gave the following advantages. By impregnating the cellulose material with PEDOT: PSS or with PANI: PSS, the electrical properties could be controlled so that the specific resistance of the cellulosic material could be changed. The apparatus construction could be kept relatively low compared to the use of pyrrole compounds because of the toxic safety of the polymers used.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschieden zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals in the individual figures and will only be explained several times to the extent that differences arise between the individual figures. Show it:

1 Cellulosefasern, die mit einem Netzwerk von Polymeren umgeben sind, gemäß eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Cellulosematerials in dreidimensionaler Ansicht, 1 Cellulose fibers surrounded by a network of polymers according to an embodiment of the cellulosic material according to the invention in three-dimensional view,

2 schematisch den Schnitt durch ein mehrlagiges Cellulosematerial gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Cellulosematerials, 2 3 shows a schematic section through a multilayer cellulose material according to another embodiment of the cellulose material according to the invention,

3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Cellulosematerials im Schnitt, wie dieses als Isolation bei einem Transformator zum Einsatz kommt, wobei die anliegenden Spannungen am Isolationsmaterial schematisch dargestellt sind, 3 an embodiment of the cellulosic material according to the invention in section, as this is used as insulation in a transformer, wherein the applied voltages are shown schematically on the insulating material,

4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, dargestellt schematisch durch eine Fertigungsanlage als Seitenansicht und 4 an embodiment of the method according to the invention, shown schematically by a manufacturing plant as a side view and

5 grafisch die erreichten spezifischen Widerstände unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Cellulosematerials. 5 graphically the resistances achieved different embodiments of the cellulosic material according to the invention.

Gemäß 1 ist ein Cellulosematerial durch zwei Cellulosefasern 12 repräsentiert, auf denen Polymere 13 ein ausschnitthaft dargestelltes Netzwerk 14 ausbilden. Dieses Netzwerk 14 wird erhalten, indem eine Polymerisierung des Polymers erst nach Imprägnierung der Cellulosefasern 12 und Herstellung des Cellulosematerials durchgeführt wird. Das Netzwerk 14 durchdringt das Cellulosematerial, so dass eine elektrisch leitende Verbindung des elektrisch leitenden Polymers gewährleistet ist. Daher verringert das Netzwerk 14 des Polymers 13 den spezifischen Widerstand des Cellulosematerials in der oben beschriebenen Weise. According to 1 is a cellulosic material through two cellulose fibers 12 represents on which polymers 13 a fragmented network 14 form. This network 14 is obtained by polymerizing the polymer only after impregnation of the cellulose fibers 12 and preparation of the cellulosic material. The network 14 Penetrates the cellulosic material, so that an electrically conductive connection of the electrically conductive polymer is ensured. Therefore, the network decreases 14 of the polymer 13 the resistivity of the cellulosic material in the manner described above.

In 2 ist zu erkennen, dass ein Cellulosematerial auch aus mehreren Lagen 13 aufgebaut sein kann. In diesem Fall handelt es sich um Lagen, deren Imprägnierung erst nach ihrer Herstellung erfolgt ist. Daher ist zu erkennen, dass sich das Netzwerk 14 aus den Polymeren jeweils nur in der Nähe der Oberfläche der Lagen 13 befindet, weil das Elektrolyt, mit dem die Lagen 13 getränkt wurden, nur in die Oberfläche der einzelnen Lagen eingedrungen war. Allerdings ist eine Polymerisierung des Polymers erst erfolgt, als die Lagen 13 bereits zum Cellulosematerial zusammengefügt waren, so dass die sich ausbildenden Netzwerke über die Lagen hinweg sich erstrecken und so einerseits zu einem besseren Zusammenhalt des Cellulosematerials und andererseits zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandes des Cellulosematerials beitragen.In 2 It can be seen that a cellulosic material also consists of several layers 13 can be constructed. In this case, these are layers whose impregnation has taken place only after their production. Therefore, it can be seen that the network 14 from the polymers in each case only near the surface of the layers 13 is because the electrolyte with which the layers 13 were soaked, only had penetrated into the surface of the individual layers. However, polymerization of the polymer did not occur until the layers 13 already joined to the cellulosic material, so that the forming networks extend over the layers and so on the one hand to a better cohesion of the cellulosic material and on the other hand contribute to a reduction of the resistivity of the cellulosic material.

Ein elektrisches Isolationsmaterial 18 gemäß 3 besteht aus mehreren Lagen aus Papier 19 als Cellulosematerial, zwischen denen Ölschichten 20 liegen. Auch die Papiere 19 sind mit Öl getränkt, was in 3 nicht näher dargestellt ist. Dafür ist in 3 innerhalb der Papiere die Imprägnierung mit BNNT 11 zu erkennen. Die gemäß 3 dargestellte Isolierung umgibt beispielsweise in einem Transformator die dort zum Einsatz kommenden Wicklungen, die nach außen und zueinander elektrisch isoliert werden müssen.An electrical insulation material 18 according to 3 consists of several layers of paper 19 as cellulosic material, between which are oil layers 20 lie. Also the papers 19 are soaked in oil, which is in 3 not shown in detail. This is in 3 within the papers the impregnation with BNNT 11 to recognize. The according to 3 insulation shown surrounds, for example, in a transformer there coming to use windings, which must be electrically insulated to the outside and each other.

Die elektrische Isolation eines Transformators muss im Betriebsfall bei Anliegen einer Wechselspannung elektrische Durchbrüche verhindern. In diesem Fall ist das Isolationsverhalten der Isolierung von der Permittivität der Komponenten der Isolierung abhängig. Für Öl liegt die Permittivitätszahl εo ungefähr bei 2, für das Papier εp bei 4. Bei einer Beanspruchung der Isolation mit einer Wechselspannung ergibt sich daher für die Belastung der einzelnen Isolationskomponenten, dass die am Öl anliegende Spannung Uo ungefähr doppelt so hoch ist, wie die am Papier anliegende Spannung Up. Wird der erfindungsgemäße Nanokomposit verwendet, bei dem das Papier 19 in der in 3 dargestellten Weise mit BNNT imprägniert ist, so beeinflussen die BNNT die Spannungsverteilung in der erfindungsgemäßen Isolation nicht, da die Permittivitätszahl εBNNT ebenfalls ungefähr bei 4 liegt und daher die Permittivität εcomp des imprägnierten Papiers auch bei ungefähr 4 liegt. Damit ist auch bei der erfindungsgemäßen Isolation die am Öl angreifende Spannung Uo ungefähr doppelt so groß wie die am Nanokomposit (Papier) anliegende Spannung Ucomp.The electrical insulation of a transformer must prevent electrical breakdowns in the event of an AC voltage being applied. In this case, the isolation behavior of the insulation depends on the permittivity of the components of the insulation. For oil, the permittivity ε o is approximately 2, for the paper ε p at 4. When the insulation is subjected to an alternating voltage, the load on the individual insulation components results in the voltage U o applied to the oil being approximately twice as high , like the voltage applied to the paper U p . If the nanocomposite according to the invention is used, in which the paper 19 in the in 3 is impregnated with BNNT, the BNNTs do not influence the stress distribution in the insulation according to the invention since the permittivity ε BNNT is also approximately 4 and therefore the permittivity ε comp of the impregnated paper is also approximately 4. Thus, even with the insulation according to the invention, the voltage U o applied to the oil is approximately twice as great as the voltage U comp applied to the nanocomposite (paper).

Treten Störfälle am Transformator auf, so kann auch die Durchschlagfestigkeit der Isolation bei Anliegen von Gleichspannungen von Bedeutung sein. Die Verteilung der anliegenden Spannung auf die einzelnen Isolationsbestandteile ist dann allerdings nicht mehr von der Permittivität abhängig, sondern vom spezifischen Widerstand der einzelnen Komponenten. Der spezifische Widerstand ρo von Öl liegt bei 1012 Ωcm. Demgegenüber ist ρp von Papier um drei Größenordnungen höher und liegt bei 1015 Ωcm. Dies bewirkt, dass bei Anliegen einer Gleichspannung die Spannung am Öl Uo das Tausendfache der Spannung am Papier Up beträgt. Dieses Ungleichgewicht birgt die Gefahr, dass es bei einer Beaufschlagung der Isolation mit einer Gleichspannung zu Durchschlägen im Öl kommt und die elektrische Isolation versagt.If faults occur in the transformer, the dielectric strength of the insulation when DC voltages are present can also be significant. The distribution of the applied voltage to the individual insulation components is then no longer dependent on the permittivity, but on the resistivity of the individual components. The specific resistance ρ o of oil is 10 12 Ωcm. In contrast, ρ p of paper is three orders of magnitude higher and is 10 15 Ωcm. This causes the voltage at the oil U o is a thousand times the voltage on the paper U p when DC voltage is applied. This imbalance involves the risk of breakdowns in the insulation when the insulation is subjected to DC voltage and electrical insulation fails.

Die erfindungsgemäß in das Papier 19 eingebrachten BNNT 11 werden z. B. durch eine geeignete Beschichtung aus PEDOT:PSS und evtl. durch eine zusätzliche Dotierung mit Dotierstoffen mit ihrem spezifischen Widerstand (zwischen 0,1 und 1000 Ωcm) so eingestellt, dass der spezifische Widerstand des Papiers ρp herabgesetzt wird. Hierdurch lässt sich für den erfindungsgemäßen Komposit eine spezifische Leitfähigkeit ρcomp einstellen, der an den spezifischen Widerstand ρo angenähert ist und im Idealfall diesem ungefähr entspricht. Bei einem spezifischen Widerstand ρcomp von ungefähr 1012 Ωcm liegt die am Öl anliegende Spannung Uo im Bereich der am Komposit anliegenden Spannung Ucomp, so dass sich ein ausgeglichenes Spannungsprofil in der Isolation einstellt. Hierdurch wird vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit der Isolation verbessert, da sich die Belastung des Öls spürbar verringert.The invention in the paper 19 introduced BNNT 11 be z. B. by a suitable coating of PEDOT: PSS and possibly by an additional doping with dopants with their specific resistance (between 0.1 and 1000 Ωcm) adjusted so that the specific resistance of the paper ρ p is reduced. This makes it possible to set a specific conductivity ρ comp for the composite according to the invention, which is approximated to the specific resistance ρ o and ideally corresponds approximately to this. With a specific resistance ρ comp of approximately 10 12 Ωcm, the voltage U o applied to the oil is in the region of the voltage U comp applied to the composite, so that a balanced voltage profile is established in the insulation. This advantageously improves the dielectric strength of the insulation, since the load on the oil is appreciably reduced.

In 4 ist eine Fertigungsanlage für ein Cellulosematerial in Form einer Papierbahn 22 gezeigt, welche sich zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet. Diese Anlage weist einen ersten Behälter 23 für einen Elektrolyt 24 auf, wobei in dem Elektrolyt Ionomere von PEDOT und PSS enthalten sind. Außerdem werden aus einem Vorratsbehälter 25 Cellulosefasern 12 in den Elektrolyten 24 eingerieselt. Auf diese Weise wird in an sich bekannter Art und daher nicht näher dargestellt eine Pulpe in dem Elektrolyt 24 hergestellt, welche auf einem siebförmigen Laufband 26 abgeschieden wird. Dieses Laufband führt in einen zweiten Behälter 27, wo der Elektrolyt 24 abtropfen kann, wodurch aus den Cellulosefasern eine bereits teilweise entwässerte Matte entsteht. Der Elektrolyt wird über eine Pumpe 28 einer Wiederaufbereitungsanlage 29 zugeführt, wo die erforderliche Konzentration an PEDOT und PSS wieder eingestellt wird. Der aufbereitete Elektrolyt kann über einen Zufluss 30 dem ersten Behälter 23 zugeführt werden.In 4 is a production plant for a cellulose material in the form of a paper web 22 which is suitable for carrying out an embodiment of the method according to the invention. This system has a first container 23 for an electrolyte 24 in which in the electrolyte ionomers of PEDOT and PSS are included. In addition, from a reservoir 25 cellulose fibers 12 in the electrolyte 24 is trickled. In this way, a pulp in the electrolyte is in a conventional manner and therefore not shown in detail 24 made on a sieve-shaped treadmill 26 is deposited. This treadmill leads into a second container 27 where the electrolyte 24 can drain, resulting in the cellulose fibers an already partially drained mat is created. The electrolyte is pumped 28 a reprocessing plant 29 fed, where the required concentration of PEDOT and PSS is reset. The treated electrolyte can flow through an inflow 30 the first container 23 be supplied.

Aus dem gewonnenen Cellulosematerial wird im weiteren Verlauf des Verfahrens die Papierbahn 22 hergestellt. Zunächst erfolgt eine weitere Entwässerung über ein Walzenpaar 31, wobei auch der bei diesem Entwässerungsschritt frei werdende Elektrolyt in dem Behälter 27 aufgefangen wird. Anschließend passiert die Papierbahn 22 ein nächstes Walzenpaar 32, wobei durch die S-förmige Führung der Papierbahn um das Walzenpaar ein vergleichsweise großer Umschlingungswinkel erreicht wird. Das Walzenpaar wird nämlich über die angedeuteten Heizeinrichtungen 33a beheizt, so dass ein Wärmeübergang auf die Papierbahn möglich ist. Hierzu können auch zusätzliche Heizeinrichtungen 33b unterstützend zum Einsatz kommen. Über die Heizeinrichtungen 33a, 33b wird die Papierbahn auf Polymerisationstemperatur gebracht, so dass die Ionomere zu PEDOT:PSS polymerisieren und sich das bereits vorstehend beschriebene Netzwerk bildet. Bei dieser Behandlung erfolgt auch eine weitere Entwässerung.From the cellulose material obtained in the further course of the process, the paper web 22 produced. First, a further drainage via a pair of rollers 31 wherein also in this dehydration step released electrolyte in the container 27 is caught. Then the paper web happens 22 a next pair of rollers 32 , wherein a comparatively large wrap angle is achieved by the S-shaped guidance of the paper web around the pair of rollers. The pair of rollers is namely on the indicated heaters 33a heated, so that a heat transfer to the paper web is possible. This can also include additional heating 33b supportive use. About the heaters 33a . 33b The paper web is brought to polymerization temperature, so that the ionomers polymerize to PEDOT: PSS and forms the network already described above. This treatment also involves further drainage.

Nach einem Polymerisieren der Ionomere kann über eine weitere Zuführvorrichtung 34 nochmals Elektrolyt auf die Papierbahn aufgebracht werden, wobei die inzwischen weitgehend entwässerte Papierbahn saugfähig genug ist, damit die Cellulosefasern mit dem Elektrolyt getränkt werden können. Anschließend durchläuft die Papierbahn 22 ein weiteres Walzenpaar 35 und wird hierdurch wieder entwässert. Eine weitere Entwässerung sowie Polymerisierung der zusätzlich eingebrachten Ionomere wird über ein Walzenpaar 36 erreicht, wobei dieses in der zum Walzenpaar 32 beschriebenen Weise über Heizeinrichtungen 33a, 33b beheizbar ist.After polymerizing the ionomers can via another feed device 34 again electrolyte are applied to the paper web, the now largely dewatered paper web is absorbent enough so that the cellulose fibers can be soaked with the electrolyte. Subsequently, the paper web passes through 22 another pair of rollers 35 and is thereby drained again. Further dehydration and polymerization of the additionally introduced ionomers is via a pair of rollers 36 achieved, this in the pair of rollers 32 described manner via heaters 33a . 33b is heated.

Sobald die Papierbahn 22 das Walzenpaar 36 verlässt, ist die Papierbahn weitgehend entwässert. Allerdings enthält diese noch einen Restgehalt an Wasser und wird deswegen einer Trocknungseinrichtung 37 zugeführt und kann in dieser Trocknungseinrichtung nach Bedarf getrocknet werden.Once the paper web 22 the roller pair 36 leaves, the paper web is largely drained. However, this still contains a residual content of water and is therefore a drying device 37 supplied and can be dried in this drying device as needed.

Hierzu ist zu bemerken, dass der spezifische Widerstand ρ der hergestellten Papierbahn 22 nicht nur vom Gehalt an PEDOT:PSS sondern auch vom Restwassergehalt abhängig ist. Soll die Papierbahn beispielsweise als elektrische Isolation in einem Transformator verwendet werden, muss diese mit Öl getränkt werden und darf deswegen möglichst kein Wasser mehr enthalten. Dies ist durch die anschließende Trocknung in der Trockeneinrichtung 37 sicherzustellen. Die Trocknungseinrichtung 37 kann beispielsweise als Ofen ausgeführt sein.It should be noted that the specific resistance ρ of the produced paper web 22 not only depends on the content of PEDOT: PSS but also on the residual water content. If the paper web is to be used, for example, as electrical insulation in a transformer, it must be impregnated with oil and therefore may no longer contain any water. This is due to the subsequent drying in the drying device 37 sure. The drying device 37 may for example be designed as an oven.

Von dem erfindungsgemäßen Cellulosematerial sind mehrere Proben hergestellt worden, die hinsichtlich ihres spezifischen Widerstandes ρ untersucht wurden. Diese Untersuchungen sind in 5 dargestellt. Der spezifische Widerstand der Proben ρ ist in Ω·cm aufgetragen. Zunächst wurde das Cellulosematerial im Lieferzustand untersucht, um einen Referenzwert zu erhalten. Unter den oben genannten Laborbedingungen wurde weiterhin eine nicht imprägnierte Probe hergestellt und auch diese untersucht. Weiterhin wurden Proben hergestellt, bei denen ein Elektrolyt mit PEDOT und PSS verwendet wurde. Diesem Elektrolyt wurde jeweils mit einer Konzentration von 1 Gew.-% eine Stammlösung von PEDOT und PSS zugeführt, die im einen Fall durch einen elektrischen Leitwert von 1 × 10–5 S/cm und im anderen Fall durch 1 S/cm gekennzeichnet war.From the cellulosic material according to the invention several samples have been prepared, which were examined for their specific resistance ρ. These investigations are in 5 shown. The specific resistance of the samples ρ is plotted in Ω · cm. First, the as-received cellulosic material was examined to obtain a reference value. Under the above laboratory conditions, a non-impregnated sample was further prepared and tested as well. Furthermore, samples were prepared using an electrolyte with PEDOT and PSS. To this electrolyte, in each case at a concentration of 1% by weight, a stock solution of PEDOT and PSS was fed, which in one case was characterized by an electrical conductivity of 1 × 10 -5 S / cm and in the other case by 1 S / cm.

Der spezifische Widerstand der untersuchten Proben wurde jeweils an der Umgebungsluft (ambient air), nach einer Trocknung bei 104°C für 6:30 Stunden und nach einer Trocknung bei 104°C für 96 Stunden gemessen. Die Säulen in 5 sind in der oben genannten Reihenfolge für jede Probe dargestellt, was sich auch der Legende am rechten Ende der Darstellung gemäß 5 entnehmen lässt.The resistivity of the tested samples was respectively measured in the ambient air, after drying at 104 ° C for 6:30 hours, and after drying at 104 ° C for 96 hours. The columns in 5 are shown in the above order for each sample, which is also reflected in the legend at the right end of the illustration 5 can be removed.

Vergleicht man zunächst die nicht imprägnierte Probe mit dem Cellulosematerial im Lieferzustand, so fällt auf, dass der spezifische Widerstand der nicht imprägnierten Probe höher ausfällt. Dies ist damit zu erklären, dass bei der Herstellung der nicht imprägnierten Probe unter Laborbedingungen reinstes Wasser verwendet wurde, wovon beim Cellulosematerial im Lieferzustand nicht auszugehen ist. Vergleicht man die imprägnierten Proben mit der nicht imprägnierten Probe, so wird deutlich, dass das polymerisierte Polymer PEDOT:PSS in den getrockneten Proben sowie auch in der feuchten Probe zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandes führt. Zu bemerken ist, dass die Konzentration an PEDOT:PSS in den Proben noch vergleichsweise gering ist. Zu erwarten ist, dass eine Steigerung der Konzentration von PEDOT:PSS in den Proben auch zu einer weiteren Verringerung des spezifischen Widerstandes führt. Insbesondere kann durch Steigerung des Gehalts an PEDOT:PSS das Cellulosematerial im trockenen Zustand auf einen elektrischen spezifischen Widerstand von 1012 Ω·cm eingestellt werden. Dies ist aus den oben genannten Gründen besonders vorteilhaft für die Verwendung des Cellulosematerials als Isolation von Transformatoren, wenn das Cellulosematerial mit Öl getränkt wird. Der spezifische Widerstand von Transformatorenöl liegt nämlich ebenfalls im Bereich von 1012 Ω·cm.If one first compares the non-impregnated sample with the cellulosic material in the delivery state, it is noticeable that the specific resistance of the non-impregnated sample is higher. This can be explained by the fact that pure water was used in the production of the non-impregnated sample under laboratory conditions, which can not be assumed for the cellulosic material as delivered. If one compares the impregnated samples with the unimpregnated sample, it becomes clear that the polymerized polymer PEDOT: PSS leads to a reduction of the specific resistance in the dried samples as well as in the moist sample. It should be noted that the concentration of PEDOT: PSS in the samples is still comparatively low. It is expected that an increase in the concentration of PEDOT: PSS in the samples will also lead to a further reduction in resistivity. In particular, by increasing the content of PEDOT: PSS, the cellulosic material in the dry state can be adjusted to an electrical resistivity of 10 12 Ω · cm. This is particularly advantageous for the above-mentioned reasons for the use of the cellulosic material as insulation of transformers when the cellulosic material is impregnated with oil. Namely, the specific resistance of transformer oil is also in the range of 10 12 Ω · cm.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4521450 [0002] US 4521450 [0002]
  • DE 102007018540 A1 [0003] DE 102007018540 A1 [0003]

Claims (11)

Cellulosematerial (19, 22), welches mit einer die elektrische Leitfähigkeit des Cellulosematerials (19, 22) erhöhenden Imprägnierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung aus einem Polymer (13) besteht, welches aus einem negativ geladenen Ionomer, insbesondere PSS, und einem positiv geladenen Ionomer vernetzt ist.Cellulosic material ( 19 . 22 ), which with a the electrical conductivity of the cellulosic material ( 19 . 22 ) impregnation is provided, characterized in that the impregnation of a polymer ( 13 ), which is crosslinked from a negatively charged ionomer, in particular PSS, and a positively charged ionomer. Cellulosematerial (19, 22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das positiv geladene Ionomer PEDOT oder PANI ist.Cellulosic material ( 19 . 22 ) according to claim 1, characterized in that the positively charged ionomer is PEDOT or PANI. Cellulosematerial (19, 22) nach einem der vorangehenden dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand ρp des imprägnierten Cellulosematerials (19, 22) bei 1012 Ωcm liegt.Cellulosic material ( 19 . 22 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the specific resistance ρ p of the impregnated cellulosic material ( 19 . 22 ) is 10 12 Ωcm. Cellulosematerial (19, 22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses flächig ausgebildet ist und über die gesamte Dicke eine zumindest im Wesentlichen gleichbleibende Konzentration des zur Imprägnierung vorgesehenen Polymers (13) aufweist.Cellulosic material ( 19 . 22 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is of planar design and over the entire thickness of an at least substantially constant concentration of the intended polymer for impregnation ( 13 ) having. Verwendung eines Cellulosematerials (19, 22) mit einer die elektrische Leitfähigkeit des Cellulosematerials (19, 22) erhöhenden Imprägnierung, die aus Polymer (13) besteht, welches aus einem negativ geladenen Ionomer, insbesondere PSS, und einem positiv geladenen Ionomer vernetzt ist, als Isolationsmaterial (18) für einen Transformator.Use of a cellulosic material ( 19 . 22 ) with a the electrical conductivity of the cellulosic material ( 19 . 22 ) increasing impregnation consisting of polymer ( 13 ), which is crosslinked from a negatively charged ionomer, in particular PSS, and a positively charged ionomer, as insulating material ( 18 ) for a transformer. Verfahren zum Herstellen eines imprägnierten Cellulosematerials (19, 22), bei dem eine Imprägnierung mit organischen Stoffen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass • ein wässriger Elektrolyt (24) aus einem positiv geladenen Ionomer und einem negativ geladenen Ionomer, insbesondere PSS, hergestellt wird • Cellulosefasern (12) dem Elektrolyt (24) beigemischt werden oder mit dem Elektrolyt (24) getränkt werden, • das Wasser des Elektrolyten (24) zumindest so weit entfernt wird, dass das Cellulosematerial (19, 22) entsteht und • die Ionomere vernetzt werden.Process for producing an impregnated cellulosic material ( 19 . 22 ), in which an impregnation with organic substances takes place, characterized in that • an aqueous electrolyte ( 24 ) is made from a positively charged ionomer and a negatively charged ionomer, in particular PSS, cellulose fibers ( 12 ) the electrolyte ( 24 ) or with the electrolyte ( 24 ), • the water of the electrolyte ( 24 ) is removed at least so far that the cellulosic material ( 19 . 22 ) and • the ionomers are crosslinked. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als positiv geladenes Ionomer PEDOT oder PANI verwendet wird.A method according to claim 6, characterized in that as a positively charged ionomer PEDOT or PANI is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Wassers vor dem Vernetzen der Ionomere durch ein Walzen des Cellulosematerials (19, 22) unterstützt wird.Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the removal of the water prior to crosslinking of the ionomers by rolling the cellulosic material ( 19 . 22 ) is supported. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vernetzen der Ionomere ein vollständiges Trocknen des Cellulosematerials (19, 22) erfolgt.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that after the crosslinking of the ionomers, a complete drying of the cellulosic material ( 19 . 22 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Wassers und/oder das Vernetzen der Ionomere durch ein Andrücken von beheizten Walzen (29, 31, 32, 36) unterstützt wird.Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the removal of the water and / or the crosslinking of the ionomers by pressing heated rollers ( 29 . 31 . 32 . 36 ) is supported. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 0, dadurch gekennzeichnet, dass das Cellulosematerial durch Schichten mehrerer vorher imprägnierten Lagen (15) hergestellt wird.Method according to one of claims 6 to 0, characterized in that the cellulosic material by layers of several previously impregnated layers ( 15 ) will be produced.
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