ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ СОСТАВ Российский патент 1997 года по МПК H01B3/42 

Изобретение относится к электроизоляционным составам пониженной токсичности на основе олигоэфироизоциануратов 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 из 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 эмальагрегата.

Наиболее близким к предлагаемому является элеткроизоляционный состав, предназначенный для нанесения на электрический проводник, представляющий собой полиэфиримид продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4¹-диаминодифенилметана, тримеллитового ангидрида, и спиртовых компонентов, например, трис-(2-гидроксиэтил)изоцианурат) или глицерин и этиленгликоль, в том числе олигоэфироизоциануратимид с содержанием имидных групп 8-16% и числом омыления 225-258 мг KOH/г и функциональную добавку - моноэфир диэтиленгликоля или триэтиленгликоля [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 разбросом значений температуры продавливания (от 246 до 349^oC). 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 растворитель испаряется и сжигается в эмаль-печи, а часть его выбрасывается в атмосферу.

Известный состав наносят на проволоку по технологии эмалирвоания лаком, при котором проволока проходит через узел нанесения 7-8 раз.

Поставленная задача заключалась в разработке состава высокой концентрации (до 93%), который может быть применен при относительно низких температурах нанесения на проводник без потерь в комплексе потребительских свойств эмалированного провода.

Решение этой задачи позволяет снизить количество используемых дефицитных растворителей, обладающих токсичностью, что улучшает условия производства эмалированного провода с точки зрения экологии, решает вопросы охраны окружающей среды.

Согласно изобретению электроизоляционный состав содержит олигоэфироизоциануратимид продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4¹-диаминодифенолметана, тримеллитового ангидрида и спиртовых компонентов: этиленгликоля, диэтиленгликоля, трис-(2-гидроксиэтил)изоцианурата и глицерина, взятых в молярном соотношении (0,8-0,9):(0,1-0,):(0,2-0,4)-(1,2-1,7): 0,4: 0,1, и функциональную добавку - этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас. ч.

Олигоэфироизоциануратимид 92-93
Этиленгликоль 7-8
Указанный олигоэфироизоциануратимид имеет следующие характеристики: содержание имидных групп 8-16 мас. число омыления 295-345 Мг KOH/г, количество гидроксильных групп 7-8%
Для понижения температуры нанесения состава на проводник он может дополнительно содержать 25-40 мас.ч. простого эфира этиленгликоля и диэтиленгликоля или их смесь при массовом соотношении состава по п. 1 к указанному эфиру 3:(1-2), что соответствует содержанию его 25-40 мас.ч. в составе.

Состав по п. 1 формулы изобретения получают синтезом реагентов, взятых в расчетном количестве для получения состава с заданными характеристиками (число омыления, содержание гидроксильных групп) при избыточном содержании этиленгликоля, с тем, чтобы в полученном продукте содержание свободного этиленгликоля составляло 7-8 мас. ч.

В случае получения продукта с содержанием этиленгликоля более 8 мас.ч. проводится его отгонка, в случае недостаточного содержания (менее 7 мас.ч.) вводится дополнительное количество этиленгликоля при контроле содержания свободного этиленгликоля.

Для получения состава по п. 2 формулы изобретения в состав дополнительно вводят при температуре 160-190^oC 25-40 мас.ч. простого эфира этиленгликоля и диэтиленгликоля или их смесь, выдерживают определенное время по определенному температурному режиму, зависящему от типа эфира.

В примерах 1, 2 и 3 описан синтез олигоэфироизоциануратимида и электроизоляционного состава по п. 1 формулы изобретения, в примерах 4, 5 и 6 получение электроизоляционного состава по п. 2 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 и в количествах, представленных в табл. 1, в следующей последовательности: этиленгликоль, диэтиленгликоль, глицерин, диметилтерефталат трис(2-гидроксиэтил)изоцианурат, 4,4¹-диаминодифенилметан и ксилол (2/3 от количества указанного в рецептуре). Реакционную массу нагревают до расплавления (100^oC), 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^oC, и медленно вводят тримеллитовый ангидрид (15-20 мин), после чего начинают подъем температуры со скоростью 5-6^oC в час. Указанная скорость подъема температуры сохраняется до конца процесса. При температуре 150^oC начинается выделение воды, ксилола метанола. Отгон побочных продуктов ведут через дистилляционную колонку, при этом температура дистиллята на верху колонки не должна превышать 105^oC. Указанную температуру верха колонки поддерживают до достижения в колбе температуры 175 ^oC, после чего колонку меняют на насадку и ведут удаление побочных продуктов реакции прямой отгонкой из реакционной колбы в токе инертного газа. Поднимают температуру до 190-195^oC и выдерживают реакционную массу при этой температуре до получения олигоэфироизоциануратимида с временем желатинизации 285с при температуре (250±2)^oC, навеска 1г.

2 Определяют массовую долю этиленгликоля (2 г. 1ч. 200^oC), которая составляет 7,5 мас.ч. что находится в необходимых пределах (7-8 мас.ч.) в связи с чем полученный продукт является конечным и не требует дополнительной обработки.

Температуру понижают до 175-180^oC и фильтруют продукт через металлическую сетку.

Конечный состав имеет число омыления 344,9 мг KOH/г и содержит 7,6% гидроксильных групп (см. табл.2).

Динамическая вязкость состава, определенная при температуре 130, 140, 150, 160,165^oC, также представлена в табл. 2.

Пример 2. Олигоэфироизоциануратимид и состав на его основе получают в соответствии с рецептурой примера 2, представленной в табл. 2, по технологии описанной в примере 1. Процесс синтеза олигоэфироизоициануратимида заканчивают по достижении времени желатинизации 266с.

Определяют массовую долю этиленгликоля, которая составляет 9% после чего продолжают отгонку этиленгликоля при температуре 190-195^oC в токе инертного газа до получения массовой доли этиленгликоля 7 мас.ч.

Температуру понижают до 175-180^oC и фильтруют продукт через металлическую сетку.

Характеристики полученного состава представлены в табл. 2.

Пример 3. Олигоэфироизоциануратимид и состав на его основе получают в соответствии с рецептурой примера 3, представленной в табл. 1, по технологии, описанной в примере 1. Процесс синтеза олигоэфироизоциануратимида заканчивают по достижении времени желатинизации 290с.

Определяют массовую долю этиленгликоля, которая составляет 6 мас. ч. Меняют прямой холодильник на обратный и при температуре 190-195^oC, работающей мешалке вводят через обратный холодильник 8,6 г этиленгликоля (из расчета доведения его содержания до 8 мас.ч.), перемешивают 2 ч при 190^oC.

Температуру понижают до 175-180^oC и фильтруют через металлическую сетку.

Характеристики полученного состава представлены в табл. 2.

Пример 4. Получают состав согласно примеру 1.

Загружают его в трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром, обратным холодильником, нагревают содержимое колбы до расплавления, пускают мешалку, поднимают температуру до 190^oC, вводят через обратный холодильник, моноэтиловый эфир диэтиленгликоля (согласно рецептуре, приведенной в табл. 2) и выдерживают 2 ч при этой температуре.

Затем понижают температуру до 145-150^oC и выдерживают при этой температуре 4 ч.

Состав охлаждают до температуры 70-80^oC и фильтруют через металлическую сетку.

Характеристики состава при температуре 60-80^oC приведена в табл. 2.

Пример 5.

Получают состав согласно примеру 1. В него вводят фенилгликоль согласно рецептуре, представленной в табл. 2.

В отличие от примера 4 температура введения и выдержки в течение 2 ч - 160^oC.

Характеристики состава при температуре 60-80^oC представлены в табл. 2.

Пример 6. Получают состав согласно рецептуре примера 1. В него вводят дополнительно смесь моноэтилового эфира диэтиленгликоля и фенилгликоля согласно рецептуре представленной в табл. 2.

В отличие от примера 4 температура введения смеси эфиров гликолей и выдержки в течение 2 ч 175^oC.

Характеристики состава при температуре 60-80^oC представлены в табл. 2.

Динамическую вязкость предлагаемого состава определяют, используя ротационный вискозиметр марки Реотест-2 в соответствии с инструкций к прибору в диапазоне температур 60-170^oC.

Ориентируясь на полученные значения вязкости состава (примеры 1-6) в диапазоне температур ее измерения, выбирают температуру нанесения состава при его нанесении на проводник в процессе эмалирования. Температура нанесения для состава примеров 1-6 приведена в табл. 3, и колеблются в диапазоне от 70^oC до 170^oC.

Проволоку диаметром 0,400 мм эмалируют на горизонтальном эмаль-агрегате, используя составы примеров 1-6. Для эмалирования проволоки диаметром 1,00 мм применяют состав примера 3, испытания проводят на вертикальном эмаль-агрегате.

Одновременно проводят эмалирование проволоки диаметром 0,400 мм известным составом [2]
Эмалирование проводят по технологии нанесения из расплава с применением специального узла нанесения и уменьшенного числа проходов проволоки (5 вместо 8, используемых при эмалировании лаками), с использованием скоростей эмалирования, близких к применяемым при переработке лаков. Уменьшение числа проходов проволоки без существенного снижения скорости эмалирования позволяет повысить производительность эмаль-агрегата при производстве эмалированных проводов, что является в совокупности с решением вопросов охраны окружающей среды и экономией растворителей основными преимуществами технологии эмалирования из расплава перед технологией эмалирования лаками.

Как следует из данных табл. 3, эмалирование провода, полученные на основе предлагаемого состава, обладают хорошими термическими свойствами: стойкостью к действию теплового удара и повышенной температурой продавливания изоляции, обеспечивая комплекс потребительских свойств на уровне эмалированного провода, полученного на основе лака.

Использование: изобретение относится к электроизоляционным составам для изолирования электрических проводников методом нанесения расплава. Предлагаемый состав позволяет снизить температуру нанесения на проводник без потерь в комплексе потребительских свойств эмалированного провода. Состав содержит 92-93 мас. ч. олигоэфироизоциануратимида с числом омыления 295-345 мг KOH/г и количеством гидроксильных групп 7-8,5% и 7-8 мас.ч. этиленгликоля. В качестве олигоэфироизоциануратимида состав содержит продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4¹-диаминодифенилметана, тримеллитового ангидрида и этиленгликоля, диэтиленгликоля, трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата и глицерина. Состав может дополнительно содержать 25-40 мас.ч. простого эфира этиленгликоля и диэтиленгликоля или их смесь. 1 с и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Электроизоляционный состав для нанесения на электрический проводник, содержащий олигоэфироизоциануратимид, продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4'-диаминодифенилметана, тримеллитового ангидрида и спиртовых компонентов с содержанием имидных групп 8 16 мас. и функциональную добавку, отличающийся тем, что в качестве олигоэфироизоциануратимида он содержит продукт взаимодействия диметилтерефталата, 4,4^'-диаминодифенилметана, тримеллитового ангидрида и этиленгликоля, диэтиленгликоля, трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата, глицерина, взятых в мольном соотношении 0,8 0,9 0,1 0,2 0,2 0,4 1,2 1,7 0,4 0,1, с числом омыления 295 345 Мк КОН/г и количеством гидроксильных групп 7 8,5% а в качестве функциональной добавки этиленгликоль, при следующем соотношении компонентов, мас.

Олигоэфироизоциануратимид 92 93
Этиленгликоль 7 8
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 25 - 40 мас.ч. простого эфира этиленгликоля и диэтиленгликоля или их смесь.