ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ СОСТАВ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОДНИК Российский патент 1997 года по МПК H01B3/42 

Изобретение относится к электроизоляционным составам пониженной токсичности на основе олигоэфироизоциануратимидов и может быть использовано 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) [1]
Указанные лаки являются высокотоксичными веществами, так как входящие в их состав растворители крезольного типа по токсичности относятся к второму 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 эмаль-агрегата.

Наиболее близким к предлагаемому является электроизоляционный состав, предназначенный для нанесения на электрический проводник, представляющий собой полиэфиримид продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4¹-диаминодифенилметана, тримеллитового ангидрида и спиртовых компонентов, в том числе олигоэфироизоциануратимид с содержанием имидных групп 8 16% растворимый, например, в моноалкиловых эфирах диэтиленгликоля и фенилгликоля, содержащий алкиловые эфиры ортотитановой кислоты [2]
Для обеспечения необходимых технологических свойств известного состава - вязкости, пригодной для нанесения на проводник в процессе эмалирования, хорошей растекаемости по поверхности провода, в него вводят дополнительно к основному растворителю небольшое количество крезола, 1 метил-2-пирролидона, а также разбавитель сольвент.

Если 1-метил-2-пирролидон относится по токсичности к тому же 4-му классу опасности, что и моноалкиловые эфиры гликолей, то крезол к 2-му, сольвент - к 3-му, что повышает токсичность состава.

Эмалированный провод, полученный на основе этого состава обладает недостаточной стойкостью к действию теплового удара и разбросом значений температуры продавливания (от 246 до 349^o). При этом более высокое значение температуры продавливания (349^oC) характерно для эмалированного провода с меньшей стойкостью к действию теплового удара. Эмалированный провод с лучшей стойкостью к тепловому удару продавливается при температуре 246^oC.

В составе содержится 50 70% растворителя, и известный состав наносят на проволоку по технологии эмалирования лаком, при которой проволока проходит через узел нанесения 7 8 раз (в зависимости от диаметра проволоки), а растворимость испаряется и сжигается в эмаль-печи, а часть его выбрасывается в атмосферу.

Поставленная задача заключалась в разработке состава высокой концентрации, с пониженной токсичностью при его производстве, пригодного для нанесения на проволоку как по технологии эмалирования лаком, так и из расплава (при пониженных температурах нанесения до 80^oC) без потерь в комплексе потребительских свойств эмалированного провода.

Решение этой задачи позволяет снизить количество используемых дефицитных, обладающих токсичностью растворителей, что улучшает условия производства как самого состава, так и эмалированного провода на его основе с точки зрения экологии, решает вопросы охраны окружающей среды, повышает производительность эмаль-агрегатов.

Согласно изобретению, электроизоляционный состав, содержащий олигоэфироизоциануратимид с содержанием имидных групп 8 16 мас. продукт взаимодействия тримеллитового ангидрида, 4,4¹-диаминодефенилметана, свободных терефталевой и изофталевой кислот, этиленгликоля и трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата, взятых в молярном соотношении (0,2 - 0,4):(0,1 0,2):(0,73 0,84):(0,05 0,07): (1,1 1,7): 0,1:0,4, при молярном соотношении указанных кислот (10 17):1, с кислотным числом 1 5 мг KOH/г, количеством гидроксильных групп 6 7% при следующем соотношении компонентов, мас.ч. олигоэфироизоциануратимид 42,0 70,0; полибутилтитанат 1,26 - 2,1; органический растворитель 27,9 56,74.

Состав может содержать моноэтиловый эфир диэтиленгликоля, или смесь моноэтилового эфира диэтиленгликоля и фенилгликоля при массовом соотношении (1 4): 1, или смесь моноэтилового эфира диэтиленгликоля и пропиленкарбоната при массовом соотношении (9 11):1.

Олигоэфироизоциануратимид, основу состава, по п.1 формулы изобретения получают синтезом реагентов, взятом в расчетных количествах для получения олигоэфироизоциануратимида с заданными характеристиками (кислотное число, содержание гидроксильных групп), при этом основным выделяющимся побочным продуктом синтеза является вода, которая образуется как за счет реакций, протекающих с участием терефталевой и изофталевой кислот, так и тримеллитового ангидрида. Для прототипа основным побочным продуктом синтеза является метиловый спирт, образующийся за счет реакций с участием диметилтерефталата в количестве примерно в 1,8 раза большем, чем масса воды, которая выделяется в реакциях с участием терефталевой и изофталевой кислоты. Указанная разница в выделяющихся побочных продуктах (при синтезе олигоэфироизоциануратимида) и их количество определяют следующие преимущества предлагаемого состава при его производстве: улучшение условий труда и экологии, снижение пожароопасности, повышение производительности оборудования. Состав по п. 2 формулы изобретения получают, используя следующую технологию. Предварительно расчетное количество моноэтилового эфира диэтиленгликоля делят на три части: первая составляет 22% от количества, указанного в рецептуре, третья часть равна пятикратному количеству полибутилтитаната, вторая часть вычисляется как разница между общим количеством моноэтилового эфира диэтиленгликоля, указанным в рецептуре, и суммой первой и третьей части.

В олигоэфироизоциануратимид при температуре 190^oC вводят первую часть моноэтилового эфира диэтиленгликоля и выдерживают при этой температуре, затем при 140^oC вводят вторую часть указанного растворителя и выдерживают по определенному режиму. При температуре 100^oC вводят раствор полибутилтитаната в третьей части моноэтилового эфира диэтиленгликоля.

Состав по пп. 3 и 4 получают, используя вышеуказанную процедуру с разделением моноэтилового эфира диэтиленгликоля на три части. В отличие от технологии получения состава по п.2 формулы изобретения, фенилгликоль (п. 3 формулы изобретения) и пропиленкарбонат (п. 4 формулы изобретения) вводят вместе со второй частью моноэтилового эфира диэтиленгликоля.

Изобретение иллюстрируется примерами: в примерах 1, 2 и 3 описан синтез олигоэфироизоциануратимида, основы предлагаемого состава по п. 1 формулы изобретения, в примерах 4, 5 и 6 получение электроизоляционного состава по п. 2 формулы изобретения, в примерах 7 и 8 получение электроизоляционного состава по п. 3 и 4. соответственно, формулы изобретения.

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, диэтиленгликоль, глицерин, трис(2-гидроксиэтил)изоцианурат. Реакционную массу нагревают до расплавления (100^oC), пускают мешалку, нагревают содержимое колбы до 120^oC и вводят уксуснокислый цинк и тетрабутоксититан. Содержимое колбы перемешивают 10 15 мин и при этой же температуре вводят терефталевую кислоту (45% от количества, указанного в рецептуре) и изофталевую кислоту. Температуру поднимают до 140^oC, вводят тримеллитовый ангидрид, перемешивают реакционную массу 10 15 мин, после чего при этой же температуре вводят 4,4¹-диаминодифенилметан, затем начинают подъем температуры со скоростью 9 10^oC в час. Указанная скорость нагрева сохраняется до конца процесса.

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

При достижении в реакционной массе температуры 190 195^oC ее выдерживают при этой температуре до достижения прозрачности (проба на стекле). После этого содержимое колбы охлаждают до температуры 165^oC и вводят вторую порцию терефталевой кислоты (55% от количества указанного в рецептуре). Начинают подъем температуры. При 190^oC начинается выделение воды, при температуре 205 210^oC реакционная масса становится прозрачной (проба на стекле), после чего колонку меняют на насадку Вюрца и ведут удаление побочных продуктов реакции прямой отгонкой из реакционной колбы в токе инертного газа. Поднимают температуру до 220 225^oC и выдерживают реакционную массу при этой температуре до получения олигоэфироизоциануратимида с временем желатинизации 290c при температуре (250 + 2)^oC, навеска 1 г.

Конечный продукт имеет кислотное число 1,35 мг KOH/г и содержит 6,96% 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 и желатинизации 265c.

Конечный олигоэфироизоциануратимид имеет кислотное число 2,34 мг КОН/г и содержит 6,40% 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 276c.

Конечный олигоэфироизоциануратимид имеет кислотное число 4,61 м KOH/г и содержит 6,12% гидроксильных групп.

Примеры 4 6. Получают олигоэфироизоциануратимид согласно примеру 1. Загружают его в трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, в количестве в соответствии с рецептурой, приведенной в табл. 2.

Нагревают содержимое колбы до расплавления, пускают мешалку, поднимают температуру до 190^oC, вводят через обратный холодильник первую часть моноэтилового эфира диэтиленгликоля и выдерживают при этой температуре 2 ч, охлаждают до 140^oC, вводят вторую часть моноэтилового эфира диэтиленгликоля, выдерживают при этой температуре 4 ч, охлаждают до 100^oC, медленно, через капельную воронку вводят свежеприготовленный раствор полибутилтитаната в третьей части моноэтилового эфира диэтиленгликоля, перемешивают при температуре 95 100^oC 2 ч.

Состав охлаждают до 70 80^oC и фильтруют.

Характеристика состава динамическая вязкость приведена в табл. 2 пример 4 при температуре 20, 30^oC, пример 5 при температуре 40, 50, 60, 70^oC, пример 6 при температуре 60, 70, 75^oC.

Пример 7. Получают олигоэфироизоциануратимид согласно примеру 2.

Получают состав согласно рецептуре, представленной в табл. 2 по технологии примеров 4 -6, однако, вторую часть моноэтилового эфира диэтиленгликоля вводят в смеси с фенилгликолем.

Характеристика состава при температуре 40, 50, 60^oC приведена в табл. 2.

Пример 8. Получают олигоэфироизоциануратимид согласно примеру 3.

Получают состав согласно рецептуре представленной в табл. 2 по технологии примеров 4 -6, однако, вторую часть моноэтилового эфира диэтиленгликоля вводят в смеси с пропиленкарбонатом.

Характеристика состава при температуре 60, 70, 75^oC приведена в табл. 2.

Динамическую вязкость предлагаемого состава определяют, используя ротационный вискозиметр марки Реотест-2 в соответствии с инструкцией к прибору в диапазоне температур 20 75^oC. Ориентируясь на полученные значения вязкости состава (примеры 4 8) в диапазоне температур ее измерения, выбирают температуру нанесения состава на проводник в процессе эмалирования. Температура нанесения для состава примеров 4 8 приведена в табл. 3 и колеблется в диапазоне от 20 до 75^oC.

Проволоку диаметром 0,400 мм и 0,063 мм эмалируют на горизонтальных эмаль-агрегатах, используя составы примеров 4, 6, 7 и 8.

Проволоку диаметром 1,000 мм эмалируют составом примера 5 на вертикальном эмаль-агрегате.

Одновременно проводят эмалирование проволоки диаметром 0,400 мм известным составом. Составы примеров 4, 5 и 7 наносят на проволоку с применением узла нанесения лака (эмалирование в 9 -12 проходов проволоки). При этом рабочие вязкости составов (примера 4 при эмалировании проволоки диаметром 0,063 мм, примера 7 при эмалировании проволоки диаметром 0,400 мм) достигаются за счет определенной повышенной температуры состава в узле нанесения.

Составы по примерам 6 и 8 наносят на проволоку с применением узла нанесения расплава (эмалирования в 5 проходов проволоки) и с использованием скоростей эмалирования, близких к скоростям эмалирования лаками. Уменьшение числа походов проволоки без снижения скорости эмалирования позволяет повысить производительность эмаль-агрегата при производстве эмалированных проводов.

Как следует из данных табл. 3, предлагаемый состав благодаря своим технологическим свойствам является универсальным как в части его использования для эмалирования проволоки в широком диапазоне ее размеров (от 0,063 мм до 1,000 мм), так и в части применяемой технологии эмалирования (лаком и из расплава). При этом эмалированные провода на основе предлагаемого состава обладают хорошими термическими и другими потребительскими свойствами.

Указанные потребительские свойства состава и эмалированных проводов на его основе наряду с решением вопросов улучшения условий труда при производстве и переработке состава, экономии растворителей являются его преимуществами.

Использование: изобретение относится к электроизоляционным составам для изолирования электрических проводников как с применением технологии эмалирования лаком, так и нанесения расплава при пониженной температуре нанесения без потерь в комплексе потребительских свойств эмалированного провода. Состав содержит 42 - 70 мас.ч. олигоэфироизоциануратимида на основе тримеллитового ангидрида, 4,4¹-диаминодифенилметана и свободных терефталевой и изофталевой кислот при соотношении в моль (10 - 17):1 с кислотным числом 1 - 5 мг KOH/г, количеством гидроксильных групп 6 - 7%; 1,26 - 2,1 мас.ч. полибутилтитаната и 27,9 - 56,74 мас.ч. растворителя - моноэтилового эфира диэтиленгликоля в качестве олигоэфироизоциануратимида состав содержит продукт взаимодействия тримеллитового ангидрида, 4,4¹-диаминодифенилметана, свободных терефталевой и изофталевой кислот, этиленгликоля, диэтиленгликоля и трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата. В качестве растворителя состав может содержать смесь моноэтилового эфира диэтиленгликоля и фенилгликоля при массовом соотношении (1 - 4):1 или смесь моноэтилового эфира диэтиленгликоля и пропиленкарбоната при массовом соотношении (9 - 11,5):1. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Электроизоляционный состав для нанесения на электрический проводник, содержащий олигоэфироизоциануратимид с содержанием имидных групп 8 16 мас. полибутилтитанат и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве олигоэфироизоциануратимида он содержит продукт взаимодействия тримеллитового ангидрида, 4,4'-диаминодифенилметана свободных терефталевой и изофталевой кислот, этиленгликоля, диэтиленгликоля и трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата, взятых в мольном соотношении 0,2 0,4 0,1 0,2 0,73 0,84 0,05 0,07 1,1 1,7 0,1 0,4, при мольном соотношении указанных кислот (10 17) 1, с кислотным числом 1 5 мг • КОН/г, количеством гидроксильных групп 6 7% при следующем соотношении компонентов состава, мас.ч.

Олигоэфироизоциануратимид 42 70
Полибутилтитатанат 1,26 2,1
Органический растворитель 27,9 56,74
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя он содержит моноэтиловый эфир диэтиленгликоля.