Электроизоляционный состав пониженной токсичности

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве эмалированных проводов. Цель изобретения - улучшение технологичности электроизоляционного состава и повышение эксплуатационной надежности изоляции на его основе путем увеличения стойкости к тепловому удару и продавливанию при повышенной температуре. Электроизоляционный состав, содержащий олигоэфироизодиакуратимид, фенилгликоль и полибутилтитанат, позволяет изготавливать провода с диаметром жилы 1,0 мм, показателем теплового удара 1d (0,54, 155°С) и показателем термопластичности 365 - 369°С. 3 табл.,1 ил.

Изобретение относится к электроизоляционным составам пониженной токсичности на основе олигоэфироизоциануратимидов для изолирования электрических проводников.

Известны электроизоляционные составы на основе олигоэфироизоциануратимидов, например, электроизоляционные лаки, состоящие из олигоэфироизоциануратимида, смеси растворителей крезольного типа (трикрезола, дикрезола, ксиленола) и ксилола (или сольвента).

Указанные лаки являются высокотоксичными веществами, так как входящие в их состав растворители крезольного типа по токсичности относятся к первому классу опасности. Технологические свойства этих лаков, - массовая доля нелетучих веществ (концентрация), вязкость, - должны варьироваться в зависимости от диаметра эмалируемой проволоки и, соответственно, от типа используемого эмальагрегата.

Лаки, применяемые для эмалирования проволоки диаметром 0,400 мм и выше на вертикальных эмальагрегатах, изготавливаются с массовой долей нелетучих, равной 27 - 33% и условной вязкостью по ВЗ-246 с диаметром сопла 4,0 мм (20^оС) - 60-170 с. Для эмалирования проволоки тонких и тончайших сечений на горизонтальных эмальагрегатах используют лак с массовой долей нелетучих 23-27% и вязкостью 20-40 с по ВЗ-246 (20^оС).

Таким образом, для производства эмалированных проводов в диапазоне всех размеров, - то тончайших до крупных, - необходимо выпускать, используя одну и ту же основу, лаки с различной концентрацией.

Наиболее близким к предлагаемому является электроизоляционный состав, содержащий олигоэфироизоциануратимид на основе диметилтерефталата, 4,4' -диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида, включающий 8-16 мас.% имидных групп и растворители-моноалкиловые эфиры диэтиленгликоля или фенилгликоль.

В сравнении с составами, содержащими растворители крезольного типа, он обладает пониженной токсичностью, но не отличается от них по технологическим свойствам, сохраняя ту же зависимость вязкости от концентрации. Поэтому для его использования в производстве эмалированных проводов во всем диапазоне размеров так же, как и для крезолсодержащих, требуется изготовление составов с различной концентрацией.

Возможность использования в известном составе растворителей типа моноалкиловых эфиров диэтиленгликоля или фенилгликоля достигается за счет введения в состав полиэфиримида, - в частности, олигоэфироизоциануратимида, - вместо дифункциональных гликолей, например этиленгликоля, моноэфиров диэтиленгликоля или триэтиленгликоля. Монофункциональность - наличие одной гидроксильной группы - и более высокая в сравнении с этиленгликолем молекулярная масса используемых моноэфиров позволяют получать олигоэфироизоциануратимид с меньшим числом омыления и более рыхлой структуры, что и обеспечивает его повышенную растворимость в бескрезольных растворителях, в частности в моноэфирах гликолей. Число омыления олигоэфироизоциануратимида составляет 225-258 мгКОН/г.

Для обеспечения необходимых технологических свойств известного состава - вязкости, пригодной для нанесения на проволоку в процессе эмалирования, а также хорошей растекаемости состава по поверхности проволоки, в него входят дополнительно к основному растворителю, - моноэфиру гликоля, - небольшое количество крезола, N-метил-2-пирролиодн, разбавитель - сольвент.

Если N-метил-2-пирролидон относится по токсичности к тому же, 4-ому классу опасности, что и моноэфиры гликолей, то крезол к 1-ому, сольвент - к 3-ему.

Эмалированные провода, полученные на основе известного состава, - обладают недостаточной стойкостью к действию теплового удара и значительным разбросом значений температуры продавливания изоляции (показатель термопластичность) от 246 до 349^оС. При этом более высокое значение температуры продавливания (349^оС) характерно для эмалированного провода с меньшей стойкостью к действию теплового удара. Эмалированный провод с лучшей стойкостью к тепловому удару продавливается при температуре 246^оС.

Целью изобретения является улучшение технологичности электроизоляционного состава пониженной токсичности и повышение эксплуатационной надежности изоляции на его основе путем увеличения стойкости к тепловому удару и продавливанию при повышенной температуре.

Поставленная цель достигается тем, что электроизоляционный состав пониженной токсичности, содержащий олигоэфироизоциануратимид на основе диметилтерефталата, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида в качестве олигоэфироизоциануратимида содержит олигоэфироизоциануратимид с числом омыления 285-320 мгКОН/г и содержанием гидроксиильных групп 5-6 мас.% (1), и дополнительно - полибутилтитанат при следующем соотношении компонентов, мас.%: олигоэфироизоциануратимид 1 30-38,8, фенилгликоль 60,0 - 39,1, полибутилтитанат 0,9 - 1,2.

Фенилгликоль - растворитель технический, представляет собой смесь (80-85) мас.% монофенилового эфира этиленгликоля и (15-20) мас.% монофенилового эфира диэтиленгликоля, температура кипения 246-298^оС, плотность (20^оС) - 1109 кг/м³, коэффициент преломления (20^оС) 1,533-1,536, содержание воды не более 0,2%.

Изобретение поясняется чертежом на котором представлены зависимости условной вязкости предлагаемого и известных состав от температуры.

Ниже приведены примеры синтеза олигоэфироизоциануратимида 1, основы предлагаемого состава и получения электроизоляционного состава.

П р и м е р 1. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, тубусом для подачи инертного газа, соединенную прямым холодильником с приемником выделяющихся побочных продуктов, загружают компоненты рецептуры примера 1, представленной в табл.1, в следующей последовательности: этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, диметилтерефталат, трис(2-гидроксиэтил) изоцианурат, 4,4'-диаминодифенилметан и ксилол (2/3 от количества, указанного в рецептуре). Реакционную массу нагревают до расплавления (-100^оС), пускают мешалку, перемешивают содержимое колбы 10-15 мин и вводят предварительно приготовленный раствор тетрабутоксититана в ксилоле (1/3 от количества, указанного в рецептуре). Температуру поднимают до 135-140^оС, и медленно вводят тримеллитовый ангидрид (15-20 мин), после чего начинают подъем температуры со скоростью 5-6^оС в ч. Указанная скорость подъема температуры сохраняется до конца процесса. При температуре 150^оС начинается выделение воды, ксилола и метанола. Отгон побочных продуктов ведут через дистилляционную колонку, при этом температура дистиллята на верху колонки не должна превышать 105^оС. Указанную температуру верха колонки поддерживают до достижения в колбе температуры 190^оС, после чего колонку отключают и ведут удаление побочных продуктов прямой отгонкой из реакционной колбы.

При температуре 190^оС вводят тунговое масло и продолжают нагревание в токе инертного газа до температуры 225 - 230^оС. Реакционную массу затем выдерживают при этой температуре до получения олигоэфироизоциануратимида с вязкостью по Убеллоде (капилляр III), равной 75 с. Конечный продукт имеет число омыления 297 мгКОН/г и содержит 5,4% гидроксильных групп.

П р и м е р 2. Олигоэфироизоциануратимид получают в соответствии с рецептурой примера 2, представленной в табл.1, по технологии, описанной в примере 1.

Процесс заканчивают по достижении вязкости по Убеллоде, равной 78с.

Конечный олигоэфироизоциануратимид имеет число омыления 320 кгКОН/г и содержит 6,0% гидроксильных групп.

П р и м е р 3. Олигоэфироизоциануратимид получают в соответствии с рецептурой примера 3, представленной в табл.1, по технологии, описанной в примере 1.

Процесс заканчивают по достижении вязкости по Убеллоде, равной 73.

Конечный олигоэфироизоциануратимид содержит 5,0% гидроксильных групп.

П р и м е р 4. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником, тубусом для введения компонентов, загружают смолу примера 1, в соответствии с рецептурой, представленной в табл.2.

Включают обогрев, нагревая содержимое колбы до расплавления, пускают мешалку, поднимают температуру до 160^оС, после чего вводят в соответствии с рецептурой фенилгликоль для предварительного растворения, перемешивают в течение 1 ч при этой температуре, после чего обогрев отключают, вводят согласно рецептуре фенилгликоль для полного растворения, температуру снижают до 105-110^оС, выдерживают при этой температуре 4-5 ч. затем температуру снижают до 90-100^оС и постепенно из капельной воронки вводят предварительно приготовленный раствор полибутилтитаната в фенилгликоле (Раствор готовят непосредственно перед введением при нагревании до 60-70^оС). Содержимое колбы перемешивают при температуре 90-100^оС. Содержимое колбы перемешивают при температуре 90-100^оС 2-3 ч.

В готовом составе определяют: массовую долю нелетучих веществ, вязкость, после чего охлаждают до 40-50^оС и фильтруют. При необходимости разбавления в состав вводят дополнительное количестве фенилгликоля, выдерживают при температуре 90-100^оС 1,5-2 ч, охлаждают до 40-50^оС и фильтруют.

Вязкость составов на основе олигоэфиризоциануратимида примера 1 при его содержании 30, 35, 40% приведена в табл.2 - примеры 4.1, 4.2, 4.3.

П р и м е р 5. Состав примера 5 получают, используя олигоэфиризоциануратимид примера 2, по рецептуре, представленной в табл.2, и технологии, описанной в примере 4.

Характеристики состава приведены в табл.2.

П р и м е р 6. Состав примера 6 получают, используя олигоэфиризоциануратимид примера В, по рецептуре, представленной в табл.2, и технологии, описанной в примере 4.

Характеристики состава приведены в табл.2.

Вязкость предлагаемого и известного составов определяют по ГОСТ 8420-74, используя вискозиметр ВЗ-246 с диаметром сопла 4,0 мм при температуре состава 20, 30, 40, 50, 60^оС.

Сравнение зависимости условной вязкости от температуры для предлагаемого и известного составов показывает, что преимущество предлагаемого состава заключается в возможности использовать характерную зависимость вязкости от температуры, - снижение вязкости примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10^оС, что иллюстрируется чертежом.

На чертеже приведены зависимости вязкости от температуры, предлагаемого состава (кривые 1,2) и известного состава (кривая 3), имеющие аналогичный характер. Однако для известного состава вязкость, необходимая при эмалировании проволоки тонких и тончайших сечений, равная 20-40с по ВЗ-246, достигается при 50-65^оС, в то время как для предлагаемого - при 40-50^оС.

При этом не представляется возможным по ряду причин нагревать известный состав, содержащий растворитель с высокой летучестью паров, например сольвент, ксилол и др., до температуры выше 40^оС.

Во-первых, высокая летучесть паров таких растворителей как ксилол, сольвент (13,5-20 по эфиру) приводит к повышению концентрации состава, в результате чего его вязкость быстро нарастает. Во-вторых рецептуры, содержащие ксилол, сольвент имеют температуру вспышки от 31 до 40^оС. Поэтому повышение концентрации паров растворителей создает возможность взрыва и пожара.

В силу указанных причин температура состава в узле нанесения эмальагрегата обычно не превышает 40^оС.

Предлагаемый состав содержащий фенилгликоль, имеет пониженную летучесть паров (1000 по эфиру) и высокую температуру вспышки (107^оС).

Это позволяет работать в течение длительного времени при более высокой температуре в узле нанесения эмальагрегата - до 60^оС без изменения соотношения компонентов состава, а указанная температура обеспечивает понижение вязкости до необходимой для эмалирования проводов тонких и тончайших сечений.

Таким образом, характер зависимости вязкости от температуры в совокупности с пониженной летучестью и высокой температурой вспышки определяют повышенные технологические свойства предлагаемого состава - его универсальность в возможности производства эмалированных проводов различных диаметров - от тончайших до крупных сечений. Практически это означает возможность использования состава с исходными неизменными массовой долей нелетучих веществ и вязкостью в эмалировании проволоки различных сечений за счет варьирования температуры состава в узле нанесения эмальагрегата.

Составы примеров 4-6 испытывают для эмалирования медной проволоки диаметром 1,000 и 0,315 мм. Проволоку диаметром 1,000 мм эмалируют на вертикальном эмальагрегате, используя составы примеров 4.2, 5.3. Для эмалирования проволоки диаметром 0,315 мм применяют состав примера 6, испытания проводят на горизонтальном эмальагрегате. Результате испытаний полученных эмалированных проводов и условия нанесения состава на проволоку приведены в табл. 3.

Одновременно проводят эмалирование проволоки диаметром 1,000 мм и 0,315 мм известным составом.

Как следует из данных табл.3, используя состав по изобретению, можно эмалировать проволоку диаметром 1,000 и 0,315 мм, регулируя при этом только температуру состава в узле нанесения. Для эмалирования этих размеров проволоки известным составом необходимо готовить составы различной концентрации для получения требуемой технологической вязкости.

Эмалированные провода, полученные на основе предлагаемого состава, обладают повышенными термическими свойствами: высокой стойкостью к действию теплового удара, повышенной температурой продавливания изоляции, что характеризуется высокой температурой которую он выдерживают при определении показателя "термопластичность.

Изоляционное покрытие обладает хорошей адгезией к меди. Так, электроизоляционное покрытие, полученное на медной фольге толщиной 0,1 мм при многократном перегибе на 180^о не отслаивается от фольги до разрыва самой фольги, а эмалированный провод выдерживает навив на свой диаметр с предварительным растяжением на 25%. Хорошая адгезия обеспечивает также высокую механическую прочность определяемую истиранием в одном направлении.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ СОСТАВ ПОНИЖЕННОЙ ТОКСИЧНОСТИ, содержащий олигоэфироизоциануратимид на основе диметилтерефталата, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида, включающий 8 - 16 мас.% имидных групп, и фенилгликоль, отличающийся тем, что, с целью улучшения технологичности и повышения эксплуатационной надежности изоляции на его основе путем увеличения стойкости к тепловому удару и продавливанию при повышенной температуре, он в качестве олигоэфироизоциануратимида содержит олигоэфироизоциануратимид с числом омыления 285 - 320 мг КОН/г и содержанием гидроксильных групп 5 - 6 мас. % (I) и дополнительно полибутилтитанат при следующем соотношении компонентов, мас.%: Олигоэфироизоциануратимид I 30,0 - 38,8 Фенилгликоль 60,0 - 69,1 Полибутилтитанат 0,9 - 1,2

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3