Электроизоляционный лак для эмалирования проводов
Изобретение относится к области электротехники, в частности к получению электроизоляционных лакокрасочных материалов для покрытия эмаль-проводов. Техническим результатом изобретения является получение лака с удовлетворительной растекаемостью, стабильными реологическими и физико-механическими свойствами. Для чего в качестве высокотемпературных поверхностно-активных веществ используют - п-трет-бутилфеноло-формальдегидные смолы. Вначале проводят синтез полимера конденсационного типа (полиэфирного, полиэфиризоциануратного, полиэфиримидного, полиэфиризоциануратимидного), а затем растворяют его в подходящем растворителе или системе растворителей. - n-трет-бутилфеноло-формальдегидные смолы (температура каплепадения 60-85°С) вводят в готовый лак в виде 50%-ных растворов в трикрезоле при температуре 40-60°С в количестве 0,5-1% и перемешивают 3-4 ч. Описан качественный и количественный состав изобретенного электроизоляционного лака. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к полимерной химии, в частности к получению электроизоляционных лакокрасочных материалов для покрытия эмаль-проводов.
В качестве лаков для покрытия эмаль-проводов с температурными индексами 130, 155 и 180°С в основном используют полиэфирные, полиэфиризоциануратные, полиэфиримидные и полиэфиризоциануратимидные составы. Как правило, полиэфирные составы получают на основе смеси многоатомных спиртов и диметилтерефталата; полиэфиризоциануратные - на основе смеси многоатомных спиртов, трис-гидроксиэтилизоцианурата и диметилтерефталата; полиэфиримидные - на основе смеси многоатомных спиртов, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида; полиэфиризоциануратимидные - на основе смеси многоатомных спиртов, трис-гидроксиэтилизоцианурата, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида.
Основными недостатками этих лаков являются:
- в ряде случаев из-за нарушения лиофобно-лиофильного баланса в растворе полимера при нанесении его на поверхность провода наблюдается неудовлетворительная растекаемость, что отрицательно влияет на внешний вид лаковой пленки и снижает ряд физико-механических характеристик эмаль-провода;
- для повышения растекаемости в лаки в значительных концентрациях дополнительно вводят различные добавки, обладающие поверхностно-активными свойствами - полибутилтитанат (АС СССР №1683075. БИ №37. 1991), N-(2,3-диметилоксипропил)-5,5-диметилгиндантоин (пат. РФ №2025804. БИ №24. 1994), полиорганосилоксаны (пат. РФ №2071613. БИ №1. 1997) и другие вещества;
- в случае неэффективности указанных выше добавок с целью регенерации лаков необходимо проводить их дополнительную переэтерификацию (АС. СССР. №943858. БИ №26. 1982).
Недостатками указанных подходов к решению проблемы повышения качества лаков является низкая эффективность этих добавок в качестве поверхностно-активных веществ, поэтому в отдельных случаях их необходимо вводить в довольно больших концентрациях, что отрицательно сказывается на физико-механических характеристиках эмалевой изоляции. Кроме того, низкомолекулярные добавки, например алкилфенолы, удаляются из раствора в процессе сушки эмалевого покрытия, что требует строгой регламентации условий эмалирования (температура, время сушки, число проходов) во избежание потери этой добавки до начала отверждения лаковой пленки. С другой стороны, введение таких добавок, как полибутилтитанат или полиорганосилоксан, приводит к их термодеструкции в процессе отверждения, особенно на высокоскоростных эмальагрегатах. Продукты деструкции TiO2 и SiO2 оседают на катализаторе дожигания газов, что приводит к снижению эффективности его действия и необходимости последующей очистки. При использовании полибутилтитаната и малобутанолизированной меламино-формальдегидной смолы в качестве высокотемпературных поверхностно-активных веществ наблюдается снижение их эффективной концентрации в процессе отверждения лаковой пленки, поскольку наряду с поверхностно-активным действием эти соединения обеспечивают сшивку полимера. Это приводит к снижению поверхностно-активнных свойств добавок при повышенных температурах, что приводит к необходимости введения этих добавок в значительных концентрациях. Дополнительная переэтерификация лаков с целью восстановления их свойств весьма трудоемка и не всегда реализуема. Низкая эффективность добавок в качестве поверхностно-активных веществ в ряде случаев обусловливает существенное повышение вязкости лаков и образование микрогелей в процессе их хранения.
Цель изобретения - получение лака с удовлетворительной растекаемостью, стабильными реологическими и физико-механическими свойствами.
Для достижения этого согласно изобретению является использование в качестве высокотемпературных поверхностно-активных веществ п-трет-бутилфеноло-формальдегидных смол. Вначале проводят синтез полимера конденсационного типа (полиэфирного, полиэфиризоциануратного, полиэфиримидного, полиэфиризоциануратимидного), а затем растворяют его в подходящем растворителе или системе растворителей. п-трет-Бутилфеноло-формальдегидные смолы (температура каплепадения 60-85°С) вводят в готовый лак в виде 50%-ных растворов в трикрезоле при температуре 40-60°С в количестве 0,5-1% и перемешивают 3-4 ч.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Получение 50%-ных растворов п-трет-бутилфеноло-формальдегидных смол в трикрезоле.
В реактор загружают (50±2) в.ч. трикрезола и нагревают до 80-85°С. При этой температуре в трикрезол постепенно вводят (50±2) в.ч. соответствующей смолы и перемешивают в течение 3-4 ч. После получения прозрачного раствора продукт охлаждают до 25-30°С и фильтруют. Полученный раствор используют как добавку к эмаль-лакам.
Пример 2. Получение полиэфирной смолы.
В реактор загружают 0,162 моль глицерина, 0,224 моль этиленгликоля, 17, 4 в.ч. трикрезола и 0,626 в.ч. тетрабутоксититана. Реакционную массу нагревают до 150-160°С и вводят порциями 0,284 моль диметилтерефталата. Реакционную массу при перемешивании нагревают до 220°С. Через 5 ч определяют температуру каплепадения, которая должна быть 73-78°С. Пробы отбирают каждый час. По достижении требуемого показателя массу охлаждают до 160°С и используют для дальнейшей переработки в лак.
Пример 3. Получение полиэфиримидной смолы.
В реактор загружают 0,115 моль глицерина, 0,428 моль этиленгликоля, 4,08 в.ч. ксилола, нагревают до 150-160°С и порциями вводят 0,295 моль диметилтерефталата и 0,666 в.ч. тетрабутоксититана. Реакционную массу нагревают со скоростью 5°С/ч. Вязкость раствора контролируют по вискозиметру ВПЖ (10%-ный раствор в N-метилпирролидоне, диаметр 0,86-1,16 мм), которая должна быть 1,55-1,65. По получении требуемой вязкости массу охлаждают до 160°С. В реактор тремя равными порциями прибавляют 0,0422 моль 4,4'-диаминодифенилметана, 0,0843 моль тримеллитового ангидрида и 0,046 в.ч. ацетата цинка. После прибавления первой порции реагентов температуру массы поднимают до 160°С (до образования желтой пасты), а затем до 190°С со скоростью 5°С/ч и отбирают пробы на прозрачность на стекле. После получения прозрачной пробы реакционную массу охлаждают до 160°С, вводят вторую порцию реагентов и повторяют процесс. Аналогично проводят синтез после загрузки третьей порции реагентов. После получения прозрачной пробы реакционную массу нагревают до 215°С и определяют период полимеризации на плитке (при 250°С, 1 г продукта), которая должна составлять 240-390 с. После достижения требуемого периода полимеризации реакционную массу охлаждают до 160°С и используют для переработки в лак.
Пример 4. Получение полиэфиризоциануратной смолы.
В реактор загружают 5,46 в.ч. трикрезола, 0,0230 моль глицерина, 0,111 моль этиленгликоля и нагревают реакционную массу до 90-100°С. Небольшими порциями загружают 0,0364 моль трис-гидроксиэтилизоцианурата. После растворения продукта в реактор вводят 0,117 моль диметилтерефталата, 0,286 в.ч. тетрабутоксититана и 0,84 в.ч. ксилола. Реакционную массу нагревают до 155°С со скоростью 50°С/ч, а затем до 215°С со скоростью 5°С/ч. По достижении 215°С определяют температуру каплепадения по Убеллоде, которая должна быть 70-75°С. По достижении указанной температуры каплепадения реакционную массу охлаждают до 150°С и используют для переработки в лак.
Пример 5. Получение полиэфиризоциануратимидной смолы.
В реактор загружают 0,130 моль этиленгликоля, нагревают до 100°С и двумя порциями загружают 0,0678 моль трис-гидроксиэтилизоцианурата (вторую порцию загружают после полного растворения первой). При выключенной мешалке прибавляют 0,04 в.ч. свинцового глета 1,4 в.ч. ксилола. После растворения загружают двумя порциями 0,0567 моль диметилтерефталата (вторую часть загружают после полного растворения первой). Нагревают реакционную массу до 140°С со скоростью 25°/ч, затем до 175°С со скоростью 1,5°С/ч. По достижении 175°С отбирают пробу на прозрачность на стекле. При получении прозрачной пробы массу охлаждают до 160°С и постепенно загружают 0,0505 моль 4,4'-диаминодифенилметана. Реакционную массу выдерживают 30 мин и загружают двумя порциями 0,0963 моль тримеллитового ангидрида. После загрузки первой порции реакционную массу нагревают до 190°С со скоростью 15°С/ч. По достижении указанной температуры отбирают пробу на прозрачность на стекле. При положительном результате охлаждают реакционную массу до 170°С, вводят вторую порцию тримеллитового ангидрида, нагревают до 200°С со скоростью 10°С/ч, до 220°С со скоростью 6°С/ч. Отбирают пробу для определения температуры каплепадения по Убеллоде, которая должна быть 78-83°С. При получении требуемой температуры каплепадения реакционную массу охлаждают до 150°С и используют для переработки в лак.
Пример 6. Полиэфирный лак.
Полиэфирный лак изготавливают на основе полиэфирной смолы, синтез которой описан в примере 2. Смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят полибутилтитанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфирная смола | 41,7 |
| - трикрезол | 42,3 |
| - сольвент | 15,3 |
| - полибутилтитанат | 0,8 |
Пример 7. Полиэфирный лак, модифицированный п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолой (вязкость по ВЗ-246, диаметр 4 мм, 133 с).
Полиэфирный лак изготавливают на основе полиэфирной смолы, синтез которой описан в примере 2, и раствора п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфирную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом, вводят полибутилтитанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфирная смола | 41,7 |
| - трикрезол | 42,2 |
| - сольвент | 15,2 |
| - полибутилтитанат | 0,4 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 0,5 |
Пример 8. Полиэфирный лак, модифицированный п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолой (вязкость по ВЗ-246, диаметр 4 мм, 82 с).
Полиэфирный лак изготавливают на основе полиэфирной смолы, синтез которой описан в примере 2, и раствора п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфирную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом, вводят полибутилтитанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфирная смола | 40,3 |
| - трикрезол | 40,8 |
| - сольвент | 18,0 |
| - полибутилтитанат | 0,4 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 0,5 |
Пример 9. Полиэфиризоциануратный лак.
Лак изготавливают на основе полиэфиризоциануратной смолы, синтез которой описан в примере 3. Полиэфиризоциануратную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом, вводят полибутилтитанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфиризоциануратная смола | 36,7 |
| - трикрезол | 48,4 |
| - сольвент | 13,6 |
| - полибутилтитанат | 1,3 |
Пример 10. Полиэфиризоциануратный лак, модифицированный п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолой
Полиэфиризоциануратный лак изготавливают на основе полиэфиризоциануратной смолы, синтез которой описан в примере 3, и раствора п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфиризоциануратную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом, вводят тетрабутоксититан в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфиризоциануратная смола | 36,6 |
| - трикрезол | 48,2 |
| - сольвент | 13,6 |
| - полибутилтитанат | 0,5 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 1,2 |
Пример 11. Полиэфиримидный лак
Полиэфиримидный лак изготавливают на основе полиэфиримидной смолы, синтез которой описан в примере 4. Полиэфиримидную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят полибутититанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент. Лак готовят в соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфириимидная смола | 34,3 |
| - трикрезол | 50,4 |
| - сольвент | 14,4 |
| - тетрабутоксититан | 0,52 |
| - меламино-формальдегидная смола | 0,34 |
Пример 12. Полиэфиримидный лак, модифицированный п-трет-бутлфеноло-формальдегидной смолой (вязкость ВЗ-246, диаметр 4 мм, 145 с)
Полиэфиримидный лак изготавливают на основе полиэфиримидной смолы, синтез которой описан в примере 4, и раствора п-трет-бутилфенольно-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфиримидную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят полибутититанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфириимидная смола | 34,3 |
| - трикрезол | 50,4 |
| - сольвент | 14,4 |
| - тетрабутоксититан | 0,52 |
| - меламино-формальдегидная смола | 0,34 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 0,25 |
Пример 13. Полиэфиримидный лак, модифицированный п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолой (вязкость по ВЗ-246, диаметр 4 мм, 52 с)
Полиэфиримидный лак изготавливают на основе полиэфиримидной смолы, синтез которой описан в примере 4, и раствора п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфиримидную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят полибутититанат в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфириимидная смола | 34,3 |
| - трикрезол | 50,4 |
| - сольвент | 14,4 |
| - тетрабутоксититан | 0,52 |
| - меламино-формальдегидная смола | 0,34 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 0,25 |
Пример 14. Полиэфиризоциануратимидный лак
Полиэфиризоциануратимидный лак изготавливают на основе полиэфиризоциануратимидной смолы, синтез которой описан в примере 5. Полиэфиризоциануратимидную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят тетрабутоксититан в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфиризоциануратиимидная смола | 37,1 |
| - трикрезол | 52,5 |
| - сольвент | 9,7 |
| - тетрабутоксититан | 0,7 |
Пример 15. Полиэфиризоциануратимидный лак, модифицированный п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолой
Полиэфиризоциануратимидный лак изготавливают на основе полиэфиризоциануратимидной смолы, синтез которой описан в примере 5, и раствора п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы, технология изготовления которой описана в примере 1. Полиэфиризоциануратимидную смолу растворяют в трикрезоле при 150-160°С, разбавляют сольвентом и вводят тетрабутоксититан в виде раствора в смеси растворителей трикрезол - сольвент и раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы. Лак готовят соответствии с рецептурой (в.ч.):
| - полиэфиризоциануратиимидная смола | 36,9 |
| - трикрезол | 52,2 |
| - сольвент | 9,6 |
| - тетрабутоксититан | 0,7 |
| - 50%-ный раствор п-трет-бутилфеноло-формальдегидной смолы | 0,6 |
Свойства эмаль-проводов на основе лаков, описанных в примерах 6-15, представлена в табл.1.
| Таблица 1. Технические характеристики эмаль-проводов на основе лаков, описанных в примерах 6-15 | |||||||||||
| № | Наименование показателя | Пример № | |||||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | ||
| 1 | Внешний вид лаковой пленки | Неуд. | Уд. | Уд. | Неуд. | Уд. | Неуд. | Уд. | Уд | Неуд. | Уд. |
| 2 | Пробивное напряжение, кВ | 10,4 | 10,8 | 10,6 | 10,1 | 10,4 | 9,8 | 10,5 | 9,9 | 10,1 | 10,8 |
| 3 | Тепловой удар, °С, 4d | 200 | 230 | 220 | 180 | 210 | 160 | 220 | 230 | 210 | 230 |
| 3 | Относительное удлинение, % | 31 | 32 | 31 | 31 | 31 | 31 | 32 | 31 | 31 | 32 |
| 4 | Эластичность в исходном состоянии | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d | 1d |
| 5 | Термопластичность | 210 | 240 | 210 | 210 | 250 | 230 | 320 | 320 | 240 | 340 |
| 6 | Истирание | - | - | 80 | 55 | 75 | 68 | 72 | 65 | 64 | 72 |
| Эмалирование проводилось на медном проводе диаметром 1,0 мм, скорость эмалирования 15 м/мин, температура печи 350°C |
1. Электроизоляционный лак для эмалирования проводов, содержащий полимер конденсационного типа: полиэфирный, полиэфиризоциануратный, полиэфиримидный, полиэфиризоциануратимидный; трикрезол, сольвент, полибутилтитанат, или тетрабутоксититан, или меламиноформальдегидную смолу, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят n-трет-бутилфенолоформальдегидную смолу и изготавливают при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Полимер конденсационного типа: | |
| полиэфирный, полиэфиризоциануратный, | |
| полиэфиримидный, полиэфиризоциануратимидный | 36,5-41,9 |
| Трикрезол | 42,0-53,0 |
| Сольвент | 9,5-16,0 |
| Полибутилтитанат или тетрабутоксититан | 0-1,0 |
| n-трет-бутилфеноло-формальдегидная смола | 0,25-0,75 |
2. Электроизоляционный лак для эмалирования проводов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера конденсационного типа он содержит полиэфир, изготовленный на основе смеси многоатомных спиртов и диметилтерефталата.
3. Электроизоляционный лак для эмалирования проводов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера конденсационного типа он содержит полиэфиризоцианурат, изготовленный на основе смеси многоатомных спиртов, трис-гидроксиэтилизоцианурата и диметилтерефталата.
4. Электроизоляционный лак для эмалирования проводов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера конденсационного типа он содержит полиэфиримид, изготовленный на основе смеси многоатомных спиртов, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида.
5. Электроизоляционный лак для эмалирования проводов по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимера конденсационного типа он содержит полиэфиризоциануратимид, изготовленный на основе многоатомных спиртов, трис-гидроксиэтил-изоцианурата, 4,4'-диаминодифенилметана и тримеллитового ангидрида.
