КОМПОЗИЦИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ И СПОСОБ ПОКРЫТИЯ ПРОВОДОВ Российский патент 2015 года по МПК C09D129/14 C09D7/00 H01B3/44 

Настоящая заявка заявляет приоритет документа DE 102009026343.8.

Приоритетный документ включен путем ссылки в полном объеме.

Все документы, упомянутые в данной заявке, включаются путем ссылки в полном объеме.

Настоящее изобретение касается специальной композиции растворителя, композиции для покрытия проводов, включающей поливинилформаль в качестве связующего вещества и композицию растворителя, и способа ее получения и применения.

Уровень техники

Композиции для покрытия проводов, которые применяются в настоящее время, обычно представляют собой растворы стандартных связующих веществ, таких как поливинилформали, полиэстеры, полиэстеримиды и полиуретановые смолы, например, в крезольных растворителях, в случае надобности - в комбинации с углеводородными разбавителями промышленного производства.

Композиции для покрытия проводов на основе поливинилформалей известны давно. Связующее вещество состоит из поливинилового спирта, подвергнутого реакции с альдегидами для образования поливинилформаля. Полимер сохраняет остаточные группы сложных эфиров от гидролиза поливинилацетата до поливинилового спирта, а также свободные группы ОН, которые не прореагировали с альдегидами. Через эти группы ОН при помощи других смол происходит сшивание с целью образования термоотверждающейся пленки на медном проводе.

В документе GB 578882 описывается эмаль для проводов, состоящая из поливинилформалевой смолы в комбинации с меламиновой смолой.

Комбинация поливинилформалевой смолы с фенольной смолой описывается в документах GB 810359 и GB 862165.

Сшивание поливинилформалевой смолы с блокированными изоцианатами является предметом документа GB 938119.

Комбинация всех из перечисленных сшивателей описывается в документах GB 975455 и GB 1112186.

Общим для всех поливинилформалевых эмалей для проводов является низкое содержание твердого вещества в эмалях для проводов, составляющее от 20% до 30%. Композиция растворителя часто представляет собой крезол с растворителем лигроином обычно в соотношении 1:1. Крезольные растворители обычно представляют собой техническую смесь различных крезольных и ксиленольных изомеров, которые также могут включать фенол. К применяемым разбавителям относятся ксилол, растворитель лигроин, толуол, этилбензол, кумол, тяжелый бензол, разные сорта Solvesso и Shellsol, а также Deasol. При содержании твердых веществ 20-22% эти эмали для проводов часто имеют вязкость в пределах 3000-6000 мПа·с. Повышение содержания твердых веществ вызывает резкое увеличение вязкости и означает, что эмали уже не могут наноситься в качестве покрытия. Кроме того, крезол является токсичным и, следовательно, имеет недостатки с экологической и функциональной точек зрения.

Дополнительным недостатком известных композиций для покрытия проводов на основе поливинилформалевых смол является то, что они имеют низкое содержание твердого вещества и высокую вязкость, а также содержат большое количество крезола в качестве растворителя.

Бескрезольные эмали для проводов фактически известны и описываются, например, в документах DE 4133161 и US 7,521,498. Но в этих источниках не сказано об эмалях для проводов на основе поливинилформаля. В литературе в качестве альтернативных растворителей часто описываются диметилгликоль, этилгликоль, изопропилгликоль, бутилгликоль, метилдигликоль, этилдигликоль и бутилдигликоль. Также предусматриваются гликолевые эфиры алкоксикислот, например метилгликольацетат, этилгликольацетат, бутилгликольацетат и метоксипропилацетат. Другими примерами являются циклические карбонаты, такие как полипропиленкарбонат, циклические сложные эфиры, гамма-бутиролактон и диметилформамид, N,N-диметилацетамид и N-метилпирролидон. Дополнительно могут применяться ароматические растворители, бензиловый спирт, в случае надобности - в комбинации с вышеупомянутыми растворителями.

В документе DE 2740215 A1 описываются эмали для проводов на основе поливинилформалевой смолы, которые обязательно включают конкретные гликолевые эфиры в качестве растворяющего компонента.

На данный момент еще не были раскрыты оптимальные растворители для композиций эмалей для проводов на основе поливинилформаля.

Проблема

Разрешение проблемы согласно настоящему изобретению состоит в разработке эмали для проводов на основе поливинилформаля, которая не имеет описанных недостатков и может быть составлена без крезола и без какого бы то ни было последующего неблагоприятного воздействия на рабочие характеристики.

Другое разрешение проблемы согласно настоящему изобретению состоит в обеспечении новых композиций растворителей, имеющих особенно благоприятные свойства, в частности очень низкую токсичность и отличную способность к растворению материалов покрытия, т.е. эмалей для проводов на основе поливинилформаля.

Решение

Эта проблема разрешается благодаря определенной композиции растворителя, а также композициям эмалей для проводов на основе поливинилформаля, включающим определенную композицию растворителя, причем композиция растворителя включает этанол.

Определения

В контексте настоящего изобретения все данные о количестве, если не указывается иного, следует рассматривать как указанные по массе.

В контексте настоящего изобретения термин "комнатная температура" означает температуру 23°С. Температура, если не указывается иного, выражается в градусах Цельсия (°С).

Если не указывается иного, указанные реакции и этапы процесса выполняются при стандартном/атмосферном давлении, т.е. при 1013 мбар.

Выражение (мет)акрил в контексте настоящего изобретения следует рассматривать как касающееся не только метакрила, но и акрила и их смесей.

В контексте настоящего изобретения здесь и далее содержание твердого вещества означает сумму составляющих композиции эмали для проводов, которые составляют твердый материал в полученных в результате продуктах после отверждения.

Растворителями, имеющими высокую точку кипения/высококипящими растворителями в контексте настоящего изобретения являются растворители, точка кипения которых составляет как минимум 160°С (при давлении 1013 мбар).

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение касается

- композиции растворителя, включающей этанол, ароматический углеводород или смесь углеводородов, высококипящий растворитель,

- применения композиции растворителя для растворения материалов покрытия, т.е. эмалей для проводов, пропиточных лаков,

- композиций эмалей для проводов на основе поливинилформаля, включающих композицию растворителя,

- способов получения композиций эмалей для проводов и

- применения композиций эмалей для проводов для производства обмоточных проводов.

Композиция растворителя согласно изобретению состоит из следующих составляющих:

- 5-40, предпочтительно 10-30, более предпочтительно 12-25 массовых частей этанола,

- 10-55, предпочтительно 15-45, более предпочтительно 18-40 массовых частей ароматического углеводорода или смеси углеводородов,

- 0-50, предпочтительно 5-40, более предпочтительно 8-35 массовых частей высококипящего растворителя.

В одном варианте настоящего изобретения композиция растворителя состоит из трех указанных составляющих (этанола, ароматического углеводорода или смеси углеводородов и высококипящего растворителя) и дополнительно 0-3 массовых частей других растворителей, например крезольных растворителей, которые могут представлять собой техническую смесь разных крезольных и ксиленольных изомеров, которые также могут включать фенол.

В другом варианте настоящего изобретения композиция растворителя состоит из трех указанных составляющих (этанола, ароматического углеводорода или смеси углеводородов и высококипящего растворителя) и дополнительно из 0-5 массовых частей других растворителей, например крезольных растворителей, которые могут представлять собой техническую смесь разных крезольных и ксиленольных изомеров, которые также могут включать фенол.

Более конкретно приемлемыми ароматическими углеводородами являются толуол и технические, содержащие ароматические компоненты углеводородные погоны, включая ксилол, растворитель лигроин, толуол, этилбензол, кумол, тяжелый бензол, разные сорта Solvesso и Shellsol и Deasol.

Очень предпочтительным согласно изобретению является толуол.

К общепризнанным растворителям с высокой точкой кипения относятся высококипящие спирты, включая диацетоновый спирт и бензиловый спирт. Также возможно применение высококипящих сложных эфиров, включая диметилфталат, диметиладипат, диметилсукцинат и диметилглутарат. Гликолевые сложные эфиры, включая бутилгликольацетат и этилдигликольацетат, также зарекомендовали себя как высококипящие соединения и могут применяться в композиции растворителя согласно изобретению.

В одном предпочтительном варианте применяемыми растворителями с высокой точкой кипения являются высококипящие сложные эфиры, включая диметилфталат, диметиладипат, диметилсукцинат и диметилглутарат.

Также возможно применение смесей указанных высококипящих сложных эфиров.

Очень предпочтительным согласно изобретению является диметилфталат.

Особенно предпочтительной согласно изобретению является композиция растворителя из этанола, толуола и диметилфталата.

В одном варианте настоящего изобретения применяемым этанолом может быть биэтанол, который дополнительно улучшает баланс СО₂ и, таким образом, обеспечивает преимущество композиции растворителя согласно изобретению с экологической точки зрения.

С точки зрения экологичности, функциональности и безопасности композиция растворителя согласно изобретению намного превосходит крезолсодержащие растворители, поскольку в отличие от крезола она не токсична (согласно классификации вредных веществ).

Композиция растворителя согласно изобретению способна растворять самые разнообразные связующие вещества и сшиватели.

Неожиданно было обнаружено, что она является особенно подходящей для материалов покрытий, в частности эмалей для проводов, более конкретно - композиций эмалей для проводов на основе поливинилформаля.

Композиции растворителей согласно изобретению, соответственно, предпочтительно применяются для материалов покрытий, более предпочтительно - для эмалей для проводов, наиболее предпочтительно - для композиций эмалей для проводов на основе поливинилформаля.

Композиции эмалей для проводов согласно изобретению известны сами по себе и отличаются от композиций известного уровня техники только тем, что они включают композиции растворителей согласно изобретению.

Связующими веществами, которые могут применяться в контексте настоящего изобретения, являются все связующие вещества, которые обычно применяются в данной области.

Согласно изобретению предпочтение отдается составлению композиций эмалей для проводов на основе поливинилформалевой смолы.

Имеющиеся на рынке поливинилформалевые смолы отличаются по молекулярной массе, числу ОН и содержанию группы сложного эфира; согласно изобретению возможно применение всех поливинилформалевых смол и их смесей, которые присутствуют на рынке.

Помимо чистых связующих веществ в контексте настоящего изобретения также применяются сшиватели.

Применяемыми в контексте настоящего изобретения сшивателями являются следующие соединения: блокированные полиизоцианаты, фенольные смолы, меламиновые смолы, мочевинные смолы и т.п., выбранные из группы, к которой относятся блокированные полиизоцианаты, фенольные смолы, меламиновые смолы, мочевинные смолы и их смеси.

Особенно предпочтительным из применяемых сшивателей является комбинация крезол-блокированного полиизоцианата, фенольной смолы и меламиновой смолы.

Особенно предпочтительный полиизоцианат согласно изобретению является триметилолпропан-разветвленным и включает 4,4-метилендифенилдиизоцианат.

Согласно изобретению также возможно применение фенольных смол на основе алкилированных резолов, применение которых для отверждения ОН-полиэстеров известно специалистам в данной области.

Кроме того, согласно изобретению возможно применение меламиновых смол. Эти смолы также известны из существующего уровня техники как применяемые для сшивания ОН-полиэстера.

Помимо связующих веществ, сшивателей и растворителей, эмали для проводов согласно изобретению также могут включать и другие составляющие, выбранные из числа красителей, средства и агенты регулирования текучести, катализаторы и их смеси.

Композиции эмалей для проводов, обладающие особенно благоприятными свойствами, имеют следующий состав:

- 5-40%, предпочтительно 10-30%, более предпочтительно 12-25% по массе этанола,

- 10-55%, предпочтительно 15-45%, более предпочтительно 18-40% по массе ароматического углеводорода или смеси углеводородов,

- 0-50%, предпочтительно 5-40%, более предпочтительно 8-35% по массе высококипящего растворителя,

- 10-40%, предпочтительно 15-35%, более предпочтительно 20-30% по массе связующего вещества и сшивателя,

процентные показатели в каждом из случаев основываются на общей массе композиции эмали для проводов, которая представляет 100% по массе и сводится к 100% по массе.

В одном варианте настоящего изобретения композиция эмали для проводов состоит из четырех указанных составляющих (этанола, ароматического углеводорода или смеси углеводородов, высококипящего растворителя и связующего вещества + сшивателя) и дополнительно из 0-3 массовых частей других растворителей, например крезольных растворителей, которые могут представлять собой техническую смесь разных крезольных и ксиленольных изомеров, которые также могут включать фенол. Здесь также в каждом из случаев показатели основываются на общей массе композиции эмали для проводов, которая представляет 100% по массе и сводится к 100% по массе.

В другом варианте настоящего изобретения композиция эмали для проводов состоит из четырех указанных составляющих (этанола, ароматического углеводорода или смеси углеводородов, высококипящего растворителя и связующего вещество + сшивателя) и дополнительно из 0-5 массовых частей других растворителей, например крезольных растворителей, которые могут представлять собой техническую смесь разных крезольных и ксиленольных изомеров, которые также могут включать фенол. Здесь также в каждом из случаев показатели основываются на общей массе композиции эмали для проводов, которая представляет 100% по массе и сводится к 100% по массе.

Неожиданно было обнаружено, что композиции растворителей согласно изобретению являются оптимальными растворителями для вышеописанных композиций эмалей для проводов, причем наиболее подходящей является особенно предпочтительная композиция растворителя из этанола, толуола и диметилфталата.

Способ получения композиций эмалей для проводов согласно изобретению характеризуется следующими этапами:

a) включение композиции растворителя,

b) растворение в ней поливинилформалевой смолы при повышенной температуре,

c) охлаждение раствора и добавление остальных компонентов и

d) гомогенизация эмали для проводов и необязательная фильтрация.

После этого может осуществляться дополнительное разбавление композиции эмали для проводов до необходимой для нанесения вязкости, для которого предпочтительным является применение композиции растворителя согласно изобретению.

Гомогенизацию на этапе d) предпочтительно осуществляют путем перемешивания, хотя также возможны и другие способы гомогенизации, например, при помощи ультразвука.

Фильтрацию на этапе d) в одном варианте настоящего изобретения осуществляют через фильтр 5-10 мкм.

Поливинилформалевые эмали для проводов согласно изобретению наносят при помощи традиционных машин для нанесения эмалей на провода и отверждают. Толщина эмалевой пленки, необходимая в каждом конкретном случае, может достигаться путем как минимум 1 и до 10 отдельных нанесений, причем каждый отдельный нанесенный слой эмали отверждают до беспузырькового состояния перед следующим нанесением эмали. Типичные машины для нанесения эмали работают со скоростью сматывания от 5 до 180 м/мин в зависимости от толщины провода, подлежащего покрытию. Типичный диапазон температур печи составляет от 300 до 550°С.

Разные варианты осуществления настоящего изобретения, такие как представленные в разных зависимых пунктах формулы изобретения, могут, например, комбинироваться любым приемлемым способом.

Далее изобретение поясняется на неограничительных примерах.

Пример 1 - PU-сшиватель:

29,5 г m,р-крезола и 27,8 г 4,4-метилендифенилдиизоцианата приводили в реакцию при 110°С в трехгорлой колбе, оснащенной мешалкой, дефлегматором и впускной трубкой для азота. Через 30 минут добавляли 5,5 г триметилолпропана и 0,01 г дилаурата дибутилолова и партию поддерживали при 130°С в течение 2 часов. Партию разбавляли 18,0 г m,р-крезола и 20 г Solvesso 100. Сшиватель имел содержание твердого вещества 40,3% с вязкостью 6280 мПа·с.

Пример 2 - Поливинилформалевая эмаль для проводов 1:

В трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой, дефлегматором и впускной трубкой для азота, помещали 29,0 г толуола, 20,0 г этанола и 19,5 г диметилфталата и этот изначально загруженный материал нагревали до 75°С. При 75°С добавляли 13,5 г поливинилформалевой смолы (Vinylec^®). Через 2 часа партию охлаждали до 60°С. К партии подмешивали 3,9 г PU-сшивателя с Примера 1, 8,6 г резола промышленного производства (80% концентрация в бутаноле) (Phenodur^® PR612) и 0,5 г меламиновой смолы промышленного производства (Priam^® RMF 7960). Вязкость доводили до 2800 мПа·с при помощи 5,0 г толуола. Определение содержания твердого вещества давало показатель 21,0%.

Пример 3 - Поливинилформалевая эмаль для проводов 2:

В трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой, дефлегматором и впускной трубкой для азота, помещали 34,9 г толуола, 23,0 г этанола и 10,3 г диметилфталата и этот изначально загруженный материал нагревали до 75°С. При 75°С добавляли 13,5 г поливинилформалевой смолы (Vinylec^®). Через 2 часа партию охлаждали до 60°С. К партии подмешивали 3,9 г PU-сшивателя с Примера 1, 8,6 г резола промышленного производства (80% концентрация в бутаноле) (Phenodur^® PR612) и 0,5 г меламиновой смолы промышленного производства (Priam^® RMF 7960). Вязкость доводили до 2450 мПа·с при помощи 5,0 г толуола. Определение содержания твердого вещества давало показатель 20,7%.

Пример 4 - Поливинилформалевая эмаль для проводов 3:

В трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой, дефлегматором и впускной трубкой для азота, помещали 20,5 г толуола, 13,7 г этанола и 34,3 г диметилфталата и этот изначально загруженный материал нагревали до 75°С. При 75°С добавляли 13,5 г поливинилформалевой смолы (Vinylec^®). Через 2 часа партию охлаждали до 60°С. К партии подмешивали 3,9 г PU-сшивателя с Примера 1, 8,6 г резола промышленного производства (80% концентрация в бутаноле) (Phenodur^® PR612) и 0,5 г меламиновой смолы промышленного производства (Priam^® RMF 7960). Вязкость доводили до 3480 мПа·с при помощи 5,0 г толуола. Определение содержания твердого вещества давало показатель 21,2%.

Пример 5 - Сравнительный пример: крезольная поливинилформалевая эмаль для проводов:

В трехгорлую колбу, оснащенную мешалкой, дефлегматором и впускной трубкой для азота, помещали 30 г m,р-крезола и этот изначально загруженный материал нагревали до 75°С. При 75°С добавляли 13,5 г поливинилформалевой смолы (Vinylec^®). Через 2 часа партию охлаждали до 60°С. К партии подмешивали 3,9 г PU-сшивателя с Примера 1, 8,6 г резола промышленного производства (концентрация 80%) (Phenodur^® PR612) и 0,5 г меламиновой смолы промышленного производства (Priam^® RMF 7960). Вязкость доводили до 6500 мПа·с при помощи 44,0 г Solvesso 100. Содержание твердого вещества составляло 20,8%.

Пример 6 - Результаты покрытия эмалью:

Поливинилформалевую эмаль для проводов 1 наносили на стандартной для данной отрасли вертикальной машине для нанесения эмали при следующих условиях:

Диаметр провода: 4,124 мм

Увеличение диаметра: 0,097 мм

Количество приемов: 10

Испытание осуществляли в соответствии с IEС 851.

Удлинение при разрыве: 37%

Разрушающее напряжение: 14300 В

Удлинение крайних волокон: 39% + 3xd

Температурный удар (30% + 1xd): удовлетворительный при 200°С / 30 мин.

Пустоты: нет

Поливинилформалевые эмали 2 и 3, а также крезольная эмаль, давали идентичные результаты для эмалевого покрытия.

Изобретение относится к композиции для покрытия и составу растворителя. Композиция растворителя эмали для проводов на основе поливинилформаля, состоящая из этанола, толуола и диметилфталата, и ее применение для растворения эмалей для проводов и пропиточных лаков. А также композиция эмали для проводов на основе поливинилформаля, включающая указанный состав растворителя, способ ее получения и применения для производства обмоточных проводов. Изобретение обеспечивает состав эмали для проводов на основе поливинилформаля, не содержащий крезол, без ухудшения рабочих характеристик эмали, а также растворитель, обладающий низкой токсичностью и высокой способностью к растворению материалов покрытия. 5 н.п. ф-лы, 6 пр.

1. Композиция эмали для проводов на основе поливинилформаля со следующим составом:
- 5-40% по массе этанола,
- 10-55% по массе толуола,
- 5-50% по массе диметилфталата,
- 10-40% по массе связующего вещества на основе поливинилформалевой смолы и сшивателя,
причем процентные показатели в каждом из случаев основываются на общей массе композиции эмали для проводов, которая представляет 100% по массе и сводится к 100% по массе.

2. Применение композиции эмали для проводов по п.1 для производства обмоточных проводов.

3. Способ получения композиции эмали для проводов по п.1, характеризующийся следующими этапами:
a) включение композиции растворителя,
b) растворение в ней поливинилформалевой смолы при повышенной температуре,
c) охлаждение раствора и добавление остальных компонентов и
d) гомогенизация эмали для проводов и необязательная фильтрация.

4. Композиция растворителя для эмали для проводов на основе поливинилформаля, состоящая из:
- 5-40 массовых частей этанола,
- 10-55 массовых частей толуола,
- 5-50 массовых частей диметилфталата.

5. Применение композиции растворителя по п.4 для растворения материалов покрытия, т.е. эмалей для проводов, пропиточных лаков.