ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЛАК Российский патент 1996 года по МПК H01B3/42 

Изобретение относится к электроизоляционным лакам на основе олигоэфироимидов, в частности олигоэфироизоциануратимидов, и может быть использовано при изолировании электрических проводников.

Известен олигоэфироизоциануратимид, используемый в качестве основы лака для нанесения на электрический проводник, полученный из этиленгликоля, трис(2-гидроксиэтил) изоцианурата, диметилтерефталата и 4,4'-диаминодифенилметана при соотношении в молях: (1,6-3,3) (0,5-0,8) 1 (1,6-2,4) (0,8-1,22) [1]
Эмалированный провод на основе данного олигоэфироизоциануратимида обладает высокой нагревостойкостью (удовлетворяет требованиям к эмалированным проводам с ТИ 180), однако не обеспечивает повышенных требований к температуре продавливания изоляции (не менее 300^oС). Температура продавливания изоляции на основе известного олигоэфироизоциануратимида составляет 265-290^oС.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому является электроизоляционный состав [2] содержащий олигоэфироимид, ароматический растворитель и алкиловый эфир орто-титановой кислоты тетрабутоксититан при следующем соотношении компонентов, мас. олигоэфироимид 15,0-35,0; ароматический растворитель 64,4-84,7; алкиловый эфир орто-титановой кислоты (тетрабутоксититан) 0,3-0,6.

Олигоэфироимид в данном составе получают из этиленгликоля, глицерина, диметилтерефталата, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана при соотношении в молях: (1,50-1,55):(0,40-0,45):1:(0,80-1,10):(0,40-0,55).

В качестве ароматического растворителя используют смесь крезола и сольвента.

Провод, эмалированный этим составом, удовлетворяет требованиям к эмалированным проводам с ТИ 155. при этом его температура продавливания изоляции колеблется в пределах 240-265^oС.

В связи с тем, что одним из компонентов рецептуры известного состава является диметилтерефталат, в процессе синтеза олигоэфироимида выделяется метиловый спирт в количестве 33% от массы диметилтерефталата, что делает процесс производства данного состава экологически неблагоприятным и пожароопасным.

Кроме того, технология получения олигоэфироимида предполагает проведение процесса в четыре стадии, в связи с чем общая продолжительность технологического процесса его синтеза составляет 56-60 часов. Поставленная задача заключалась в создании лака,обеспечивающего высокую температуру продавливания изоляции эмалированного провода (не ниже 320^oС) с температурным индексом не ниже 180.

Согласно изобретению электроизоляционный лак, содержащий олигоэфироимид, ароматический растворитель и алкиловый эфир орто-титановой кислоты, в качестве олигоэфироимида содержит олигоэфироизоциануратимид на основе этиленгликоля, трис(2-гидроксиэтил) изоцианурата, терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана, взятых в мольном соотношении - (3,2-4,5) (1,4-2,0)1:(2,0-3,0):(1,0-1,5), с кислотным числом 1-5 мгКОН/г, количеством гидроксильных групп 8,5-10% при следующем соотношении компонентов, мас.ч. олигоэфироизоциануратимид 27,0-40,0; ароматический растворитель 59,20-72,46; алкиловый эфир ортотитановой кислоты 0,54-0,80.

В качестве ароматического растворителя лак содержит смесь трикрезола (или дикрезола) и сольвента при массовом соотношении (3-4):1, в качестве алкилового эфира орто-титановой кислоты тетрабуктосититан или полибутилтитанат.

В качестве основы лак содержит олигоэфироизоциануратимид, полученный конденсацией этиленгликоля, трис(2-гидроксилэтил) изоцианурата, терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана, при соотношении в молях: (3,2-4,5):(1,4-2,0):1:(2,0-3,0):(1.0-1,5).

Олигоэфироизоциануратимид получают синтезом указанных реагентов в две стадии. На первой стадии проводят реакцию между расчетным количеством этиленгликоля, трис(2- гидроксиэтил)изоцианурата и половиной расчетного количества терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана в среде трикрезола (дикрезола) при 145-190^oС со скоростью подъема температуры 5-7^oС в час м выдерживают при температуре 190^oС в течение 1-1,5 ч до достижения прозрачности реакционной массы и получения расчетного количества выделяющихся побочных продуктов реакции (не менее 95% от теоретического количества). На второй стадии при 135-140^oС вводят вторую половину расчетного количества терефталевой кислоты и тримеллитового ангидрида, а затем при 140-145^oС вводят вторую половину расчетного количества 4,4'-диаминодифенилметана и проводят конденсацию при 145-215^oС со скоростью подъема температуры 10^oС в час, выдерживают при 210-215^oС до получения олигоэфироизоциануратимида с заданными характеристиками (кислотное число, содержание гидроксильных групп).

При этом по достижении температуры 195-197^oС реакционная масса становится прозрачной, по достижении температуры 200^oС процесс проводят в токе инертного газа.

Основным выделяющимся побочным продуктом реакции является вода как на первой так и на второй стадии процесса, которая образуется как за счет реакции, протекающей с участием терефталевой кислоты, так и тримеллитового ангидрида.

При получении известного состава основным побочным продуктом синтеза является метиловый спирт, образующийся за счет реакций диметилтерефталата в количестве примерно в 1,8 раза больше, чем масса воды, которая выделяется в реакциях с участием терефталевой кислоты. Указанная разница в побочных продуктах определяет преимущества предлагаемого лака при его производстве, снижении токсичности и пожароопасности.

Продолжительность синтеза олигоэфироизоциануратимида 24-25 ч.

Электроизоляционный лак получают, используя следующую технологию.

Предварительно расчетное количество трикрезола (или дикрезола) делят на три части: первая составляет 22% от количества олигоэфироизоцианурата, указанного в рецептуре, третья часть равна пятикратному количеству полибутилтитаната), вторая часть вычисляется как разница между общим количеством трикрезола, указанным в рецептуре, и суммой первой и третьей части.

В олигоэфироизоциануратимид при 190^oС вводят первую часть трикрезола, затем выдерживают при 180^oС, при 140^oС вводят вторую часть трикрезола и выдерживают при этой температуре. При 100^oС вводят сольвент и выдерживают по определенному режиму. При 65^oС вводят алкиловый эфир орто-титановой кислоты ( в виде раствора в трикрезоле). При расчете количества полибутилтитаната следует иметь в виду,что он выпускается как в виде 100%-ного продукта, так и в виде 50%-ного раствора.

Изобретение иллюстрируется примерами: в примерах 1-3 описан синтез олигоэфироизоциануратимида, основы предлагаемого лака, а в примерах 4-8 - получения электроизоляционного лака.

Пример 1. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, тубусом для подачи инертного газа, соединенную прямым холодильником с приемником выделяющихся побочных продуктов, загружают компоненты рецептуры в количествах, представленных в табл.1, в следующей последовательности: этиленгликоль, крезол, трис(2-гидроксиэтил)изоцианурат. Нагревают содержимое колбы в течение 1 ч до расплавления (100^oС), пускают мешалку, нагревают до 115^oС в течение 0,5 ч, вводят 50% от расчетного количества терефталевой кислоты, тетрабутоксититан и уксуснокислый цинк. Температуру поднимают до 140^oС, вводят тримеллитовый ангидрид (50% от расчетного количества), перемешивают реакционную массу 15-20 мин, поднимая температуру до 145^oС, после чего при этой температуре вводят 4,4'-диаминодифенилметан (50% от расчетного количества). Затем со скоростью 5-7^oС в час поднимают температуру до 190^oС и выдерживают при этой температуре до прозрачности реакционной массы (проба на стекле).

При 150^oС начинается выделение воды, отгон которой ведут через дистилляционную колонку, при этом температура дистиллята наверху колонки не должна превышать 100^oС. Указанную температуру колонки поддерживают в течение всего процесса на стадии отгонки воды.

После достижения прозрачности содержимое колбы охлаждают до 145^oС и с интервалами в 15-20 мин вводят последовательно вторую порцию (50% от расчетного количества) терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана. Начинают подъем температуры со скоростью 10^oС в час.

При 150^oС начинается выделение воды. По достижении 195-197 С масса становится прозрачной (проба на стекле). При температуре 200^oС отбирают первую пробу на определение времени желатинизации, меняют колонку на насадку Вюрца и ведут удаление побочных продуктов реакции прямой отгонкой из реакционной колбы в токе инертного газа. Поднимают температуру до 210-215^oС и выдерживают реакционную массу при этой температуре до получения олигоэфироизоциануратимида с временем желатинизации 265^oC при температуре 250±2^oС, навеска 1 г.

Конечный продукт имеет кислотное число 1,1 мгКОН/г и содержит 8,5% гидроксильных групп.

Пример 2. Олигоэфироизоциануратимид получают в соответствии с рецептурой, представленной в табл.1, по технологии, описанной в примере 1, процесс синтеза заканчивают по достижении времени желатинизации 290^oC.

Конечный олигоэфироизоциануратимид имеет кислотное число 2,6 мг КОН/г и содержит 9,4% гидроксильных групп.

Пример 3. Олигоэфироизоциануратимид получают в соответствии с рецептурой, представленной в табл. 1, по технологии, описанной в примере 1.

Процесс заканчивают по достижении времени желатинизации 300 с.

Конечный олигоэфироизоциануратимид имеет кислотное число 4,8 мг КОН/г и содержит 10,0% гидроксильных групп.

Примеры 4-8. Получают олигоэфироизоциануратимид согласно примерам 1-3.

Определяют в нем массовую долю крезола (2 г, 1,5 ч, 200^oС), который учитывают при расчете количества крезола в рецептуре лака.

Загружают олигоэфироизоциануратимид в трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и образным холодильником, в количестве в соответствии с рецептурой, приведенной в табл. 2.

Нагревают содержимое колбы до расплавления, пускают мешалку, поднимают температуру до 190^oС, вводят через обратный холодильник первую порцию крезола, затем выдерживают при 180^oС 3 ч, охлаждают до 140^oС, вводят вторую часть крезола и выдерживают при этой температуре 5 ч, охлаждают до 100^oС, вводят сольвент, выдерживают 4 ч, содержимое колбы охлаждают до 65^oС и медленно через капельную воронку вводят раствор алкилового эфира офто-титановой кислоты в третьей части крезола. Перемешивают при 60-65^oС 2 ч, фильтруют.

Характеристика лака (условная вязкость) приведена в табл. 2.

В табл. 3 приведены результаты испытаний лака примеров 4-8, а также известного лака эмалированием.

Проволоку диаметром 0,400 мм эмалируют на горизонтальном эмальагрегате, используя лак примера 4.

Проволоку диаметром 0,800 и 1,000 мм эмалируют на вертикальном эмальагрегате. используя лаки примеров 5-8, а также известный лак.

Как следует из данных табл. 3 предлагаемый лак обеспечивает получение эмалированных проводов с температурой продавливания 350-380^oС, а также термическими свойствами, соответствующими требованиям к эмалированным проводам с ТИ 180 и выше, что характеризуется повышенной стойкостью к действию теплового удара (10 при температуре 200^oС для провода диаметром 0,400-1,000 мм), что значительно превосходит характеристики известного лака (240^oС и 30 соответственно).

Использование: в качестве электроизоляционных лаков для изолирования электрических проводников, обеспечивающих высокую температуру продавливания изоляции (не ниже 320^o) с температурным индексом не ниже 180. Сущность изобретения: электроизоляционный лак содержит 27-40 мас.ч. олигоэфироизоциануратимида на основе этиленгликоля, трис (2- гидроксиэтил) изоцианурата, терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4'-диаминодифенилметана, взятых в мольном соотношении (3,2-4,5) : (1,4-2,0) : 1 : (2,0-3,0): :(1,0-1,5), с кислотным числом 1-5 мг КОН/г и количеством гидроксильных групп 8,5-10,0%; 59,20-72,46 мас.ч. ароматического растворителя; 0,54-0,80 мас.ч. алкилового эфира орто-титановой кислоты. В качестве ароматического растворителя лак содержит смесь трикрезола (или дикрезола) и сольвента при массовом соотношении (3-4) : 1. 1 з.п.ф-лы. 3 табл.

1. Электроизоляционный лак для нанесения на электрический проводник, содержащий олигоэфироимид, ароматический растворитель, алкиловый эфир орто-титановой кислоты, отличающийся тем, что в качестве олигоэфироимида он содержит олигоэфироизоцианутатимид на основе этиленгликоля, трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата, терефталевой кислоты, тримеллитового ангидрида и 4,4¹ диаминодифенилметана, взятых в мольном соотношении (3,2 4,5) (1,4 2,0) 1 (2,0 3,0) (1,0 1,5) с кислотным числом 1 5 мгКОН/г и количеством гидроксильных групп 8,5 10,0% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Олигоэфироизоциануратимид 27,0 40,00
Ароматический растворитель 59,20 72,46
Алкиловый эфир орто-титановой кислоты 0,54 0,80
2. Лак по п.1, отличающийся тем, что в качестве ароматического растворителя он содержит смесь трикрезола (или дикрезола) и сольвента при массовом соотношении (3 4) 1.