AT217558B

AT217558B - Imprägnierzusammensetzung für elektrotechnische Zwecke

Info

Publication number: AT217558B
Application number: AT929059A
Authority: AT
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1958-12-23
Filing date: 1959-12-22
Publication date: 1961-10-10

Description

Imprägnierzusammensetzung für elektrotechnische Zwecke
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen, die zur Imprägnierung elektrischer Wicklungen und Isoliermaterialien in elektrischen Vorrichtungen, wie z. B. Spulen, Transformatoren oder Motoren, geeignet sind.

Es ist wesentlich, dass die zur Imprägnierung verwendeten Zusammensetzungen die Vorrichtung, wie insbesondere die elektrische Isolierung und die darunterliegenden Leiter, nicht angreifen oder sonstwie nachteilig beeinflussen. Beispielsweise soll die Imprägnierung die Metallteile der Vorrichtung und die Metalle der Leiter nicht korrodieren bzw. nicht mit ihnen chemisch reagieren. Ist ein Bestandteil der Imprägnierzusammensetzung einlösungsmittel, so soll dieses kein Lösen oder Quellen der Isolierung hervorrufen.

Die Imprägnierzusammensetzung gemäss der Erfindung besteht aus einer Lösung eines Alkydharzes und eines härtbaren, stickstoffhaltigenHarss, wie z. B. eines Harnstoff-Formaldehyd"oder Benzoguan- aminharzes, und kennzeichnet sich dadurch, dass das Alkydharz ein mit einem nicht trocknenden Öl modifiziertes Terephthalsäure- oder Isophthalsäurealkydharz ist.

Der Ausdruck "mit nicht trocknendem Öl modifiziertes Terephthalsäure- oder Isophthalsäurealkydharz" bezieht sich auf ein Alkydharz, in welchem die mehrwertige Säure Terephthalsäure oder Isophthalsäure oder vorwiegend eine solche Säure oder ein Gemisch hievon ist und welches ausserdem eine langkettige Fettsäure, wie sie in einem nicht trocknenden Öl zugegen ist, vorzugsweise eine solche mit einer Jodzahl von weniger als 60, enthält. Die Öllänge des in vorliegender Erfindung verwendeten, modifiziertenAlkydharzes kann in einem weiten Bereich schwanken und kann durch Bezugnahme auf die Löslichkeit des ölmodifizierten Alkydharzes in bestimmten kohlenwasserstoffartigen Lösungsmitteln definiert werden.

Sie soll derart sein, dass das Alkydharz in 3 Xylol (Siedebereich 137, 5-1449C) löslich, jedoch in Lack- benzin (Siedebereich 149-200'3C) unlöslich ist. Die zur Erzielung dieses Löslichkeitsgrades erforderliche Öllänge ändert sich je nach den andern Komponenten des Harzes, sie kann jedoch rasch durch einfache Löslichkeitstests bestimmt werden. Die Öllänge soll vorzugsweise nicht höher als 60% sein, da andernfalls ein Teil des Fettsäuregehaltes bei hohen Temperaturen aus dem Harz verloren gehen kann, was eine unerwünschte Instabilität des Imprägniermittels in Windungen, welche bei hohen Temperaturen arbeiten, zur Folge hätte.

Für diese Zusammensetzungen eignen sich Lösungsmittel, wie z. B. Xylol, Toluol, Schwerbenzin und andere aromatische Lösungsmittel, welche den Isolierlack der Spulenwindungen nicht angreifen.

Brauchbar sind solche Lösungsmittel mit einem Kauri-Butanolwert zwischen 65 und 105.

Bei der Herstellung des Alkydharzes kann die Fettsäure als solche oder in Form des Öls zugesetzt werden. Geeignete Öle sind Kokosnussöl, hydriertes Rizinusöl und Palmöl, geeignete Säuren sind Laurinsäure, Ölsäure und Palmitinsäure. In den Alkydharzen gemäss vorliegender Erfindung werden nicht trocknende Öle verwendet, um eine allmähliche Reaktion durch Oxydation hintanzuhalten, die in den imprägnierten Windungen bei der Verwendung von mit trocknendem Öl modifizierten Alkydharzen eintreten wUr-
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sind jene, bei welchen im Alkydharz Kokosnussöl-Fettsäuren verwendet werden. Die hitzebeständigsten Zusammensetzungen werden mit löslichen Harzen mit einer Öllänge von weniger als 400/0 erhalten.

Für die Herstellung des Alkydharzes geeignete mehrwertige Alkohole sind z. B. Äthylenglykol, Pro-

pylenglykol, Butylenglykol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Trimethyloläthan und Pentaerythritol und Gemische solcher Alkohole. Besonders geeignete Gemische bestehen aus einem oder mehreren Glykolen mit Glyzerin oder Pentaerythritol.

Auf Grund der relativen Unlöslichkeit von Terephthalsäure oder Isophthalsäure werden die Alkydharze vorzugsweise durch Esteraustausch aus einem niederen Alkylester, wie z. B. den Methyl-, Äthyl-, Butyloder Propylestern dieser Säuren oder eines Gemisches hievon, hergestellt. Ein geeignetes Esteraustausch- verfahrenistinderbrit. PatentschriftNr. 629, 490beschrieben.

Das Alkydharz soll eine Säurezahl von weniger als 10 mg KOH/g haben, um die Metallteile, insbesondere das Kupfer, nicht anzugreifen.
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Säure mit dem mehrwertigen Alkohol reagiert haben.

Geeignete stickstoffhaltige Harze, wie z. B. Harnstoff-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze und Benzoguanaminharze, können inAnteilen von 5 bis 20 Gel.-%, bezogen auf das gesamte Harz, angewendet werden. Der vorzugsweise Anteil liegt zwischen 8 und 13%, ist jedoch das Harz weniger funktionell, wie z. B. Hamstoff-Formaldehyd, soergebenAnteilebiszu20% âuBerstbefriedigendeRe- sultate. Es können auch Gemische stickstoffhaltiger Harze angewendet werden.

Ein vorzugsweise stickstoffhaltiges Harz ist Melamin-Formaldehyd, da dieses Harz die Bildung einer Gelstruktur beim Härten der lmprägnierzusammensetzung sogar in tiefliegenden Windungen, wo ein merklicherAnteil des Lösungsmittels der Zusammensetzung eingeschlossen bleibt, unterstützt.

Wird die Zusammensetzung zur Imprägnierung von Isoliermaterialien vor ihrem Einbau in die Vorrichtung verwendet, so können etwas stärkere Lösungsmittel als die vorerwähnten angewendet werden, wie z. B. Methyläthylketon. Methylisobutylketon und os-Methylcyclohexanon.

- Durch die folgenden Beispiele, in welchen die Teile Gewichtsteile sind, wird vorliegende Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1 : Ein laurinsäuremodifizierter Terephthalat-Polyester wurde nach folgendem zweistufigen Verfahren hergestellt.

Zuerst wurde ein Monoglycerid durch Erhitzen eines Gemisches, bestehend aus 606 Teilen Laurinsäure, 225 Teilen Glyzerin und 45 Teilen Lackbenzin, auf 2200C, bis die Säurezahl des Monoglycerids.

4 mg KOH/g betrug, hergestellt. Dem Monoglycerid wurden 1358 Teile Dimethylterephthalat, 225 Teile Glyzerin, 124 Teile Äthylenglykol, 0, 25 Teile Zinkacetat und 85 Teile Lackbenzin zugesetzt. Das Gemisch wurde über einen Temperaturbereich von 150 bis 2400C erhitzt, wobei das Lackbenzin rückgeführt und der Methylalkohol entfernt wurde. Nach dem Erhalt von etwa 85% der theoretischen Ausbeute an Methanol und einer Viskositätskontrolle von 50% Feststoffen in Xylol von 66 sec B. S./A. 20 cup bei 250C wurde die Reaktion abgebrochen. Die resultierende Harzlösung wurde mit Xylol auf einen Feststoffgehalt von 5calo verdünnt. Die molaren Anteile der verwendeten Bestandteile waren 5,0 Mol Glyzerin : 2, 0 Mol
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Harzes betrug 2,7 mg KOH/g.

Eine Probe dieser Harzlösung gelierte beim Erhitzen auf 130-1500C.

Die Harzlösung wurde mit Lösungen von Harnstoff-Formaldehydharz und Melamin-Formaldehydharz (50% Feststoffe) in folgenden Anteilen vermischt :
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<tb>
<tb> Alkydharz <SEP> Harnstoff-MelaminFormaldehydharz <SEP> Formaldehydharz
<tb> 4, <SEP> 0-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 8, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 0-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 13, <SEP> 3-1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 19, <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 8, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 0 <SEP> 0,5 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 4,0 <SEP> 1,0 <SEP>
<tb>

Mit jeder dieser Mischungen wurden unter Anwendung der Vakuumtechnik Drahtspulen imprägniert und hierauf 4 - 16 Stunden lang, je nach den Abmessungen der Spulen, in einem Ofen auf 150 - 1800C erhitzt.

Es konnte festgestellt werden, dass die imprägnierten Spulen zufriedenstellend mit Imprägnier-

mitteln gefulltwaren und ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich dielektrischer Festigkeit, Bindefestigkeit und Biegsamkeit nach Altern in Luft bei 1800C bis zu 50000 Stunden aufwiesen und dass sie noch nach 12000 Stunden langem Altern in Luft bei 200 C zufriedenstellend waren. Bei Anwendung der bekannten Luftstromtechnik kann das Erwärmen im Ofen bei einer Temperatur von 2000C durchgeführt und somit eine Verkürzung der gesamten Härtezeit erzielt werden. Es konnte keine nachteilige Auswirkung auf die Alterungsmerkmale festgestellt werden.

Es wurde gefunden, dass ein Ersatz des stickstoffhaltigen Harzes durch Phenolharze in den vorerwähnten Mischungen eine Verminderung der thermischen Stabilität des Imprägniermittels zur Folge hat. Wurden ähnliche Zusammensetzungen unter Verwendung von o-Phthalsäure als zweibasige Säure hergestellt, so wurde die thermische Stabilität des Imprägniermittels noch weiterreduziert und ein vollkommen unbefriedigendes Produkt erhalten.

Mischungen von Alkydharz und stickstoffhaltigem Harz in Gew. -Teilen von weniger als 4 : 1 und mehr als 19 : 1 erwiesen sich als unbefriedigend, wobei die Mischungen mit Anteilen von weniger als 4 : 1 insbesondere zu brüchig waren. Bei Mischungen mit einem höheren Anteil an stickstoffhaltigem Harz ist als letzteres Harnstoff-Formaldehyd vorzuziehen, wogegen in den übrigen Bereichen MelaminFormaldehyd als vorzugsweises stickstoffhaltiges Harz anzusehen ist, da mit diesem beim Erhitzen eine verbesserte Gelstruktur erzielt wird. Mischungen von Alkydharz und Melamin-Formaldehydharz, in welchen das stickstoffhaltige Harz in einem Anteil von 8 bis 13Gew.-%, bezogenauf die gesamten Harzfeststoffe, zugegen ist, sind vorzuziehen, da in diesem Bereich zugleich mit der Biegsamkeit eine sehr gute Bindefestigkeit erhalten wird.

Beispiel 2 : Nach der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde das Alkydharz aus 3, 5 Mol Glyzerin,'2, 72 Mol Dimethylterephthalat und 3, 0 Mol Kokosnussöl-Fettsäure hergestellt, wobei die Öllänge des Harzes 52%, die Säurezahl 8,86 mg KOH/g und die Viskosität einer 50% igen Losung in Xyloi, gemessen in einem B. S./A. 20 cup bei 25 C, 90 sec betrug.

Das Harz wurde sodann mit Xylol auf einen Feststoffgehalt von 50% verdünnt und hatte nach Vermischen mit einem stickstoffhaltigen Harz die gleichen, in Beispiel 1 angegebenen Eigenschaften.

Beispiel 3 : Nach der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde ein Alkydharz aus 1, 18 Mol Trimethylolpropan, 5, 25 Mol Propylenglykol, 6, 7 Mol Dimethyllsophthalat und 3, 0 Mol Laurinsäure hergestellt. Die Öllänge betrug 30%, die Säurezahl 0,86 mg KOH/g und die Viskosität einer 50% igen Losung in Xylol, gemessen in einem B. S./A. 20 cup bei 25 C, 66 sec.

Nach Vermischen mit einem In Beispiel 1 beschriebenen stickstoffhaltigen Harz wurden gleichwertige Ergebnisse erzielt.

Beispiel 4 : Nach der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde ein Alkydharz aus 6,0 Mol Glyzerin, 5, 5 Mol Dimethylterephthalat und 3, 0 Mol Laurinsäure hergestellt. Die Öllänge betrug 35%, die Säurezahl 3, 9 mg KOH/g und die Viskosität einer 50% igen Losung in Xylol, gemessen in einem B. S./A. 20 cup bei 25 C, 68 sec.

Nach Vermischen mit stickstoffhaltigem Harz wurde ein Produkt mit gleichartigen, wie in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften, erhalten.

Beispiel 5 : Nach der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde ein Alkydharz aus 5, 0 Mol
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0orange betrug 37%, die Säurezahl 2,32 mg KOH/g und die Viskosität einer 50%oigen Lösung inXylol, gemessen in einem B. S./A. 20 cup bei 25 C, 79 sec.

Nach Vermischen mit stickstoffhaltigem Harz wurde ein Produkt mit gleichartigen, wie in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften erhalten.

Beispiel 6 : Nach der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde ein Alkydharz aus 4,0 Mol Glyzerin, 2,0 Mol Glykol, 7,0 Mol Dimethlyterephthalat und 1,0 Mol hydriertem Rizinusöl hergestellt. Die öllänge betrug 390/0, die Säure zahl 1. 01 mg KOH/g und die Viskosität einer 50% igen Losung in Xylol, gemessen in B. S./A. 20 cup bei 25 C, 54 sec.

NachVermischen mit stickstoffhaltigem Harz wurde ein Produkt mit gleichartigen, wie in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften erhalten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Imprägnierzusammensetzung für elektrotechnische Zwecke, bestehend aus einer Lösung eines Alkydharzes und eines härtbaren, stickstoffhaltigen Harzes, wie z. B. eines Harnstoff-Formaldshyd-oder Benzoguanaminharzes, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkydharz ein mit einem nichttrocknenden Öl <Desc/Clms Page number 4> modifiziertes Terephthalsäure- oder Isophthalsäurealkydharz ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öllänge des mit einem nicht trocknenden Öl modifizierten Alkydharzes geringer als 60% ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Modifizierung desAlkydharzes verwendete, nicht trocknende Öl in Form von Kokosnussöl-Fettsäuren vorliegt.