Электроизоляционный полиуретановый состав для нанесения на электрический проводник

 

Использование: изобретение относится к электроизоляционным лакам для изолирования электрических проводов. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: олигоэфиримид на основе диметилтерефталата, триметилолпропана, этиленгликоля, 4,4¹-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида 18,0 - 19,0; блокированный триизоцианат 15,0 - 16,5; катализатор 3,0 - 3,5 и органический растворитель 61,0 - 64,0. Изобретение обеспечивает получение высокопрочной, эластичной, стойкой к повышенным температурным воздействиям изоляции, в сочетании с ее способностью облуживаться. 3 табл.

Изобретение относится к электроизоляционным составам на основе гидроксилсодержащих олигоэфиров, модифицирован- ных имидами, и "блокированных" полиизоцианатов в органических растворителях с добавлением катализатора сшивки, которые могут быть использованы для изолирования электрических проводников, способных обслуживаться без предварительной зачистки изоляции.

Известен электроизоляционный состав, содержащий полиэфирные или полиэфиримидные смолы с концевыми гидроксильными группами, изоцианатный компонент, свободные изоцианатные группы которого полностью блокированы, катализатор и в качестве органического растворителя используются ароматические и/или алифатические углеводороды [1] Провода, эмалированные таким составом, эластичны, обслуживаются без удаления изоляции, но обладают недостаточно высокой нагревостойкостью и стойкостью к тепловому удару.

Наиболее близким к предлагаемому является электроизоляционный состав, состоящий из гидроксилсодержащего полиэфира, полиизоцианата, блокированного фенолом, катализатора нафтената цинка или октоата цинка и органического растворителя [2] В этом составе в качестве гидроксилсодержащего полиэфира использован полиэфир на основе этиленпропи- лентерефталата с температурой каплепадения 85-95^оС, в качестве полиизоцианата триизоцианат на основе триметилолпропана и толуилендиизоцианата, блокированный фенолом, в качестве катализатора сшивки растворы органических солей олова и цинка, например, нафтенат цинка или октоат цинка и в качестве растворителя смесь крезолов, ксилолов и сольвента при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Гидроксиполиэтилен- пропилентерефталат с температурой капле- падения 85-95^оС 100 Блокированный поли- изоцианат 130-150 Катализатор 16-20 Органический раст- воритель 300-1500 Гидроксиполиэтиленпропилентерефта- лат основу состава [2] получают взаимодействием полиэтилентерефталата (830 мас.ч), глицерина (170 мас.ч.) и окиси свинца (50 мас.ч.) при температуре до 270^оС до получения гидроксилсодержащего полиэфира с температурой каплепадения в интервале 85-95^оС.

Состав [2] обладает хорошей технологичностью при эмалировании, обеспечивает получение изоляции, превосходящей по нагревостойкости и стойкости к продавлению и тепловому удару изоляцию на основе состава [1] и может быть использован для эмалирования проволоки тончайших диаметров (от 0,020 мм) на высокоскоростных эмальагрегатах.

Однако состав [2] не удовлетворяет возросшим потребительским свойствам, предъявляемым к проводам с полиуретановой изоляцией, в части повышения ее устойчивости к тепловым воздействия при сохранении способности обслуживаться без предварительной зачистки изоляции.

Кроме того, способ получения полиэфирного компонента требует использования высоких (до 270^оС) температур синтеза, которые граничат с температурой разложения используемых теплоносителей с образованием взрывоопасных веществ.

Целью изобретения является разработка состава, получаемого при температуре 240±5^оС, пригодного для использования в широком диапазоне эмалирования (от 0,02 до 1,00 мм) электрических проводников, обеспечивающего получение высокопрочной, эластичной, стойкой к повышенным температурным воздействиям изоляции, в сочетании с ее способностью обслуживаться.

Это достигается тем, что электроизоляционный состав, содержащий олигоэфиримид, триизоцианат, блокированный фенолом, нафтенат или октоат цинка и смесь органических растворителей, состоящих из креозолов, ксиленола, ксилола и сольвента, в качестве гидроксилсодержащего олигоэфиримида содержит олигоэфиримид на основе диметилтерефталата, триметилолпропана, этиленгликоля, 4,4¹-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида при их соотношении в молях, соответственно 0,96:(0,23-0,63):(9,8-13,9):(0,55-1,0):(1,1-1,96) с кислотным числом 1-4 КОН/г, количеством гидроксильных групп 5-7% температурой каплепадения 120-130^оС при следующем соотношении компонентов, мас. Олигоэфиримид 18,0-19,0 Блокированный триизоцианат 15,0-16,5 Катализатор 3,0-3,5 Органический раст- воритель 61,0-64,0 При изготовлении предложенного состава в качестве полиизоцианата использован триизоцианат на основе триметилолпропана и толуилендиизоцианата, блокированный фенолом.

В качестве растворителя состав содержит соединения, относящиеся к группе фенолов крезолы и ксиленолы, а также соединения, содержащие ароматические углеводороды: ксилолы и сольвент.

В качестве катализатора в составе использованы растворы (40-50%-ной концентрации в ксилоле), органических солей цинка, а именно, нафтенат цинка или октоат цинка, которые являются катализаторами сшивки между гидроксильными группами олигоэфиримида и изоцианатными группами полиизоцианата при получении полиуретановой изоляции в процессе эмалирования предложенным составом.

Катализатором реакции на стадии синтеза олигоэфиримида служит окись свинца.

Олигоэфиримид, основу состава, синтезируют при взаимодействии реагентов, взятых в расчетных количествах для получения олигоэфиримида с заданными характеристиками (кислотное число, содержание гидроксильных групп и температура каплепадения).

При этом основными выделяющимися побочными продуктами при синтезе олигоэфира являются: метиловый спирт как результат взаимодействия диметилтереф- талата с этиленгликолем и триметилолпропаном; вода за счет реакции, протекающей с участием 4,4¹-диаминодифе- нилметана и тримеллитового ангидрида и избыток этиленгликоля на стадии конденсации до получения олигоэфиримида с температурой каплепадения 125±5^оС. Предельная температура синтеза при этом не превышает 240±5^оС.

Для прототипа основными побочными продуктами также являются метиловый спирт и вода, образующиеся в результате реакции переэтерификации полиэтилентерефталата глицерином при соотношении указанных компонентов 83 ∓ 2:17 ∓ 2 в присутствии катализатора окиси свинца при температуре значительно выше, чем при проведении синтеза олигоэфиримида, а именно до 270^оС, до получения гидроксилсодержащего полиэфира с температурой каплепадения 90 ∓ 5^оС.

Продукт с более низкой температурой каплепадения (ниже 85^оС) образует нестабильные во времени растворы, а при использовании гидроксиполиэтиленпропи- лентерефталата с более высокой температурой каплепадения (> 95^оС), эмалированные таким составом провода теряют способность обслуживаться без удаления изоляции.

Указанная разница в условиях проведения синтеза и в параметрах конечного продукта определяет следующие преимущества предлагаемого состава при его производстве и эксплуатации: Улучшение условий труда и экологии за счет снижения примерно в 4,5 раза количества выделяющего токсичного метилового спирта при получении олигоэфира по п. 1 формулы изобретения из-за разницы в соотношении между компонентом, содержащим диметилтерефталат и полиолом, снижение пожароопасности за счет уменьшения температуры синтеза, а следовательно и за счет снижения скорости разложения обогревающей жидкости до критических значений: повышение на 30-35^оС температуры каплепадения, приводящее к улучшению тепловых характеристик состава за счет внедрения в его структуру термостойких ароматических имидных циклов наряду с алифатическими фрагментами этиленгликоля и триметилолпропана, позволяющими сохранить у проводов, эмалированных этим составом, основное свойство полиуретанов способность облуживаться.

Изобретение иллюстрируется примерами: в примерах 1, 2, 3 описан синтез олигоэфиримида, основы предлагаемого состава; в примерах 4, 5, 6 получение электроизоляционного состава; в примерах 7 и 8 получение эмалированного провода на основе предлагаемого состава.

П р и м е р 1. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, тубусом для подачи инертного газа, соединенную через дефлегматор с прямым холодильником и приемником выделяющихся побочных продуктов, загружают компоненты рецептуры в количествах, представленных в табл. 1, в следующей последовательности: этиленгликоль и триметилолпропан загружают при комнатной температуре; включают мешалку и обогрев и поднимают в течение 30-40 мин температуру массы до 95-100^оС, при достижении которой, вводят порциями диметилтерефталат, а по окончании его загрузки окись свинца и ксилол, продолжая нагрев со скоростью 7-8^оС до 140-145^оС, т.е. до температуры начала реакции переэтерификации диметилтерефталата этиленгликолем, сопровождающуюся выделением метилового спирта. При этом температура дистиллята наверху дефлегматора не должна превышать 100^оС.

Включают подачу азота. Продолжают подъем температуры. Образование олигоэфира происходит в интервале температуры в колбе от 145 до 195^оС, при этом скорость нагрева массы поддерживается на уровне 11-12^оС/ч.

Контроль процесса переэтерификации осуществляется по количеству отгона, который состоит из метанола и ксилола. При проведении реакции ежечасно взвешивают количество отгона и фиксируют температуру массы в колбе.

Реакцию переэтерификации заканчивают, когда общее количество отгона (метанол + ксилол) будет составлять не менее 90% от теоретического значения. Теоретическое количество метанола должно составлять порядка 33% от веса диметилтерефталата. При достижении расчетного количества дистиллята отключают обогрев и температуру массы снижают до 160^оС за 35-45 мин. При достижении в реакционной массе температуры 160^оС отключают подачу инертного газа и при работающей мешалке постепенно вводят необходимое количество 4,4¹-диаминодифенилметана. Температура в массе при этом может самопроизвольно понизиться на 15-20^оС. Поддерживая температуру массы на уровне 140-145^оС загружают порциями все расчетное количество тримеллитового ангидрида. По окончании загрузки тримеллитового ангидрида возобновляют подачу азота и вводят ксилол.

На первой стадии взаимодействия 4,4¹-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида образуется диимиддикарбоновая кислота, представляющая собой пастообразную массу желтого цвета, которую продолжают нагревать со скоростью 10-11^оС/ч до температуры 195^оС. При достижении температуры в массе 160-165^оС выделяется вода. С температуры 195^оС начинается отгон избыточного этиленгликоля.

Дальнейший нагрев массы осуществляют со скоростью не более 8^оС/ч до температуры 240±5^оС. При достижении температуры 220-225^оС берут пробу смолы на прозрачность (проба на стекле).

С момента достижения прозрачности пробы смолы на стекле берут породу для определения температуры каплепадения и контролируют ее каждый час, так же, как и температуру массы и количество дистиллята.

Доведение смолы до готовности, т.е. когда значение температуры каплепадения достигнет значения 120^оС осуществляют стационарной выдержкой смолы при температуре 240±5^оС в течение 2,5-3 ч. При этом дефлегматор заменяют на насадку.

Конечный продукт имеет кислотное число 1,4 мг КОН/г, содержание гидроксильных групп 6,4% П р и м е р 2. Олигоэфиримид получают в соответствии с рецептурой, приведенной в табл. 1, по технологии, описанной в примере 1. Процесс синтеза заканчивают по достижении температуры каплепадения 125^оС. Конечный олигоэфиримид имеет значение кислотного числа 2,2 мг КОН/г и содержит 6,0% гидроксильных групп.

П р и м е р 3. Олигоэфиримид получают в соответствии с рецептурой, представленной в табл. 1, по технологии, описанной в примере 1. Процесс заканчивают по достижении температуры каплепадения 130^оС. Конечный олигоэфиримид имеет кислотное число 3,6 мг КОН/г и содержит 4,9% гидроксильных групп.

П р и м е р 4. Получают олигоэфиримид согласно примеру 1. Загружают его рецептурное количество, приведенное в табл. 2, в трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником. Нагревают содержимое колбы до расплавления, пускают мешалку и поднимают температуру до 190^оС, при достижении которой через обратный холодильник вводят трикрезол и ксиленол и выдерживают массу 1-1,5 ч, затем охлаждают раствор до 140^оС и при этой температуре вводят сольвент и ксилол, перемешивают в течение 20-30 мин и раствор охлаждают до температуры 100^оС, при которой в колбу загружают измельченный полиизоцианат. Массу перемешивают в течение 1 ч до полного растворения полиизоцианата. Охлаждают раствор до 50^оС и вводят в него небольшими порциями катализатор (нафтенат или октоат цинка). После перемешивания в течение 1 ч из колбы берут пробу лака для контроля вязкости и содержания нелетучих веществ (1 г, 1 ч, 180^оС).

По результатам анализа лака при необходимости выполняют доводку вязкости лака, используя для этого смесь сольвента и трикрезола в соотношении 1:1,5.

Перемешивают лаковый раствор в течение 30 мин и делают повторный анализ лака.

При достижении требуемых параметров вязкости и сухого остатка проводят фильтрацию лака. Характеристики лака приведены в табл. 2.

П р и м е р ы 5-6. Электроизоляционный состав получают по технологии согласно примеру 4 с изменением соотношения между олигоэфиром и полиизоцианатом в сторону увеличения последнего и с изменением соотношения между крезолом и ксиленолом в сторону уменьшения ксиленола.

Характеристики электроизоляционных составов приведены в табл. 2.

Состав по примеру 6 испытан при эмалировании проволоки диаметром 0,05 мм на высокоскоростном эмальагрегате типа НОРЕ-МФ.

Состав по примеру 4-5 испытан при эмалировании проволоки диаметром 0,152 и 1,00 мм.

В табл. 3 приведены основные свойства проводов, эмалированных предложенными составами, в сравнении со свойствами проводов, эмалированных составом-прототипом.

Как следует из данных табл. 3, предлагаемый состав благодаря своим технологическим свойствам может использоваться при эмалировании проволоки в широком диапазоне размеров от микронных до 1,000 мм, а изоляция на его основе превосходит по нагревостойкости, стойкости к продавливанию и тепловому удару изоляцию проводов на основе состава прототипа, сохраняя при этом основное свойство полиуретановой эмали облуживаться без предварительной зачистки изоляции.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ СОСТАВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОДНИК, содержащий гидроксилсодержащий полиэфир, триизоцианат на основе триметилолпропана и толуилендиизоцианата, блокированный фенолом (I), катализатор - октоат цинка или нафтенат цинка и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве гидроксилсодержащего полиэфира он содержит олигоэфиримид с концевыми гидроксильными группами на основе диметилтерафталата, триметилолпропана, этиленгликоля, 4,4ʹ-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида при соотношении , моль: 0,960 : (0,23 - 0,63) : (9,8 - 13,9) : (0,55 - 1,0) : (1,1 - 1,96) с кислотным числом 1 - 4 мг · КОН/г, количеством гидроксильных групп 5 - 7% и температурой каплепадения 120 - 130^oС (II) при следущем соотношении компонентов, мас.%: Олигоэфиримид (II) - 18,0 - 19,0 Триизоцианат (I) - 15,0 - 16,5
Октоат цинка или нефтенат цинка - 3,0 - 3,5
Органический растворитель - 61,0 - 64,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4