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6.1. Dielektrische Flüssigkeiten

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In ölgefüllten Kondensatoren, z.B. aus Mikrowellenherden, wird als Dielektrikum Diarylethan oder Dielektrol III verwendet. Das Dielektrikum Diarylethan leitet sich vom Kohlenwasserstoff Ethan (H3C-CH3) ab der 2 Arylgruppen enthält. Als Aryl-Gruppen bezeichnet man aromatische (Kohlenwasserstoff)-Reste, d.h. die einen aromatischen Kohlenwasserstoff wie z.B Benzol oder Toluol mit fehlendem H-Atom enthalten.
Dielektrol III ist ein Produkt der Firma General Electric und ist ebenfalls ein Diarylethan bzw. genauer gesagt Phenyl-xylyl-ethan (PXE).

Da mich als Chemiker die Zusammensetzung der Dielektrika interessiert habe ich ein bischen recherchiert und ein paar Informationen zusammengestellt.

Dielektrol I (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Di-(2-ethylhexyl)-phthalat < 90 117-81-7
1-Tetradecen < 10 1120-36-1
Dielektrol II (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Di-(2-ethylhexyl)-phthalat < 70 117-81-7
Trichlorbenzol (TCB) < 30 120-82-1
Dielektrol III (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Phenyl-xylyl-ethan (PXE) >95 6196-95-8
Dielektrol IV (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Benzyl-toluol 75 27776-01-8
Dibenzyl-toluol 25 26898-17-9
Dielektrol V (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Di-(2-ethylhexyl)-phthalat (DEHP) 60 117-81-7
Phenyl-xylyl-ethan (PXE) 40 6196-95-8
Dielektrol VI (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Polypropylenglycol (PPG) >99 25791-96-2
Dielektrol VII (MSDS)
Komponente % CAS Nummer
Benzyl-toluol 58 27776-01-8
1,1-Diphenylethan 37 612-00-0
1,2-Diphenylethan <2 103-29-7
Diphenylmethan <2 101-81-5

In der folgenden Tabelle habe ich noch einige Informationen wie Strukturformel, Summenformel und Molekulargewicht zusammengestellt.

Name Struktur Formel MW
Di-(2-ethylhexyl)-phthalat C24H38O4 390,56
1-Tetradecen C14H28 196,37
1,2,4-Trichlorbenzol C6H3Cl3 181,41
Phenyl-xylyl-ethan C16H18 210,31
Benzyl-toluol C14H14 182,26
Dibenzyl-toluol C21H20 272,38
1,1-Diphenylethan C14H14 182,26
1,2-Diphenylethan C14H14 182,26
Diphenylmethan C13H12 168,23
1-Phenyldodecan C18H30 246,43

In Transformatoren werden überwiegend naphthenische Mineralöle eingesetzt. Für Spezialanwendungen nimmt man auch Siliconöle oder auch pflanzliche Öle wie Rizinusöl (Castor Oil).

Früher hat man auch PCBs (polychlorierte Biphenyle) eingesetzt. Sie sind biologisch schwer abbaubar und sind auch wegen ihrer Toxizität inzwischen verboten. In älteren Kondensatoren (vor 1983) können sie aber noch enthalten sein. Aus diesem Grund möchte ich kurz auf die Chemie der PCBs eingehen.
Die polychlorierten Biphenyle leiten sich vom Biphenyl ab dessen H-Atome teilweise durch Chloratome ersetzt werden.


Biphenyl

Je nach Anzahl und Position der Chloratome sind theoretisch 209 Kongomere (Isomere) möglich. PCBs wurden von verschiedenen Herstellern unter den Handelsnamen Aroclor, Askarel, Clophen, Kanechlor, Phenochlor oder Pyranol vermarktet. Die technischen Gemische sind zähflüssige Flüssigkeiten oder Harze mit einem Chlorgehalt zwischen 30 und 60%.
Neben der Verwendung in Transformatoren und Kondensatoren wurden sie auch als Weichmacher in Kunststoffen, Fugendichtungsmassen und Kabelummantelungen sowie als Flammschutzmittel in Farben, Lacken, Klebstoffen und Hydraulikölen eingesetzt.

In der Umweltanalytik werden von den verschiedenen Isomeren 6 als Leitsubstanzen gemessen.

PCB 28
Name 2,4,4'-Trichlorbiphenyl
CAS Nummer 7012-37-5
Struktur
Formel C12H7Cl3
MW 257,54
PCB 52
Name 2,2',5,5'-Tetrachlorbiphenyl
CAS Nummer 35693-99-3
Struktur
Formel C12H6Cl4
MW 291,99
PCB 101
Name 2,2',4,5,5'-Pentachlorbiphenyl
CAS Nummer 37680-73-2
Struktur
Formel C12H5Cl5
MW 326,43
PCB 138
Name 2,2',3,4,4',5'-Hexachlorbiphenyl
CAS Nummer 35065-28-2
Struktur
Formel C12H4Cl6
MW 360,88
PCB 153
Name 2,2',4,4',5,5'- Hexachlorbiphenyl
CAS Nummer 35065-27-1
Struktur
Formel C12H4Cl6
MW 360,88
PCB 180
Name 2,2',3,4,4',5,5'-Heptachlorbiphenyl
CAS Nummer 35065-29-3
Struktur
Formel C12H3Cl7
MW 395,32

Bei einem Brand können aus den PCBs hochgiftige Dibenzodioxine und Dibenzofurane entstehen. Z.B das 2,3,7,8-Tetrachlor-dibenzo-p-dioxin, auch bekannt als Seveso Dioxin.

TCDD
Name 2,3,7,8-Tetrachlo-dibenzo-p-dioxin
CAS Nummer 1746-01-6
Struktur
Formel C12H4Cl4O2
MW 321,97
TCDF
Name 2,3,7,8-Tetrachlo-dibenzofuran
CAS Nummer 51207-312-9
Struktur
Formel C12H4Cl4O
MW 305,97

Lange Zeit hat man geglaubt solche Substanzen werden nur durch den Menschen in die Umwelt freigesetzt. Es gibt aber auch natürliche Dioxine wie das Spongiadioxin A das vom Meeresschwamm Dysidia dendyi gebildet wird.

Spongiadioxin A
Name 1-Hydroxy-3,4,6,8-tetrabromdibenzo[1,4]dioxin
CAS Nummer ?
Struktur
Formel C12H4Br4O3
MW 515,77

Wenn man die guten elektrischen Eigenschaften und die Unbrennbarkeit der PCBs haben möchte kommen neben Siliconölen nur noch perfluorierte Verbindungen in Frage. Z.B. die Novec Engineered Fluids der Firma 3M.

NovecTM HFE-7000
Komponente % CAS Nummer
Methyl-perfluorpropylether 99,5 375-03-1
NovecTM HFE-7100
Komponente % CAS Nummer
Methyl-nonafluorisobutylether 20 - 80 163702-08-7
Methyl-nonafluorbutylether 20 - 80 163702-07-6
NovecTM HFE-7200
Komponente % CAS Nummer
Ethyl-nonafluorisobutylether 20 - 80 163702-06-5
Ethyl-nonafluorbutylether 20 - 80 163702-05-4
NovecTM HFE-7500
Komponente % CAS Nummer
3-Ethoxy-dodecafluor-2-trifluormethyl-hexan 99 297730-93-9

Diese Flüssigkeiten haben zum Teil einen niedrigen Siedepunkt (34 - 130 C) und werden daher auch zur Kühlung und Reinigung von Halbleitern oder Leiterplatten verwendet. In der folgenden Tabelle habe ich noch einige Informationen wie Strukturformel, Summenformel und Molekulargewicht zusammengestellt.

Name Struktur Formel MW
Methyl-perfluorpropylether C4H3F7O 200,05
Methyl-nonafluorisobutylether C5H3F9O 250,06
Methyl-nonafluorbutylether C5H3F9O 250,06
Ethyl-nonafluorisobutylether C6H5F9O 264,09
Ethyl-nonafluorbutylether C6H5F9O 264,09
3-Ethoxy-dodecafluor-2-trifluormethyl-hexan C9H5F15O 414,11

Neben den Perfluorethern gibt es noch eine Vielzahl perfluorierter Kohlenwasserstoffe. In der folgenden Tabelle habe ich ein paar Beispiele herausgesucht.

Name Struktur Formel CAS Nummer MW
Carbogal
Perfluor-1,3-dimethylcyclohexan
C8F16 335-27-3 400,06
Perfluor-decalin C10F18 306-94-5 462,08

Das Perfluor-decalin eignet sich gut zum Transport von Sauerstoff und wird in synthetischen Blut als Ersatz für das Hämoglobin verwendet.

Aber auch perfluorierte Verbindungen können im Brandfall giftige Substanzen bilden. Z.B. Perfluorisobuten (PFIB), das so giftig ist das es unter den chemischen Kampfstoffen geführt wird.

PFIB
Name 1,1,3,3,3-Pentafluor-2-trifluormethyl-1-propen
CAS Nummer 382-21-8
Struktur
Formel C4F8
MW 200,03


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