CN101029203A - 一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，包括：(1)羟基组分制备、(2)封闭物组分的制备、(3)聚氨酯漆包线漆的配制，用该方法制备的漆包线漆所涂制的漆包线能够在不高于340℃的条件下直焊，并实现漆包线拉伸或弯折零针孔。

Description

一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法

技术领域

本发明涉及一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法。

背景技术

漆包线漆是一类专门用于涂制漆包线的电工绝缘涂料。聚氨酯漆包线漆及其所涂制的聚氨酯漆包线因其特有的化学结构而具有以下特点：

第一、直焊性好，聚氨酯漆包线焊接时，不必事先除去漆膜层，且焊锡温度低(约375℃)、速度快(约3秒)；

第二、染色性好，聚氨酯漆包线漆能与多种染料相混溶，制成各种彩色漆包线，适用于多焊点的场合；

第三、高频性能好，漆膜在高频下的介质损耗角正切比较小，经改性可用于制备变频电机用的耐电晕漆包线漆；

第四、可低温高速涂线，烘烤温度比聚酯类漆包线低100℃左右，同时涂线速度还要快2～4倍，大大地提高了生产效率。

基于聚氨酯漆包线漆存在着上述独特的优点，尤其是它的低温直焊性，使聚氨酯漆包线被广泛应用于焊点较多的彩电、仪表、计算机精密线圈、家用电器等弱电电气产品领域。近年来聚氨酯漆包线漆市场需求量迅速增加，据不完全统计年增长率为10％左右，且在很多的应用场合越来越多的代替聚酯漆包线漆。聚氨酯漆包线漆在漆包线漆总量中所占的份额逐年增加，由上世纪90年代初的10％上升到现在的40％左右，因此据氨酯漆包线漆的市场前景十分看好。

聚氨酯漆包线漆市场需求量的增加和使用场合的增多，尤其是各类电气产品频繁的更新换代，要求聚氨酯漆包线漆不仅在性能上更加稳定可靠，同时更需要开发低温直焊、高耐热、耐高频等特种聚氨酯漆包线漆来满足新出现的特殊场合的使用要求。聚氨酯漆包线的直焊性能为漆包线的焊接提供了极大的方便，然而现有的国产聚氨酯漆包线漆一般焊锡温度为370℃左右，在基材和焊接周围元器件耐热性较低的场合，很可能会导致基材和线圈骨架变形、周围元器件受损而产生废品。国内外关于聚氨酯漆包线漆的低温直焊性能方面的研究报道很少。USP3988251、USP4110297、USP4115342报道了一种低温焊锡的聚氨酯漆包线漆，采用25-27％聚氨酯聚酯树脂(内含4-10％的羟基)和23-25％的封闭型异氰酸酯组分，在加上溶剂和催化剂制备而成。所涂制的漆包线焊锡温度为285℃至315℃，软化击穿温度为230℃。国内CN1597815A报道了一种盐水针孔性能良好可低温直焊的H级聚氨酯漆包线漆，主要采用三(2-羟乙基)异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷及2-甲基丙二醇改性制备。所涂制的漆包线焊锡温度达到375℃(1.5-2.5秒)，盐水拉伸3％针孔为0-2孔，软化击穿温度大于240℃。该专利侧重报道了聚氨酯漆包线漆耐热级别的提高，而对于焊锡温度的降低和拉伸3％针孔性能方面并没有大的改善。目前国内还没有关于低温焊锡(低于370℃)聚氨酯漆包线漆的专利报道。

发明内容

本发明目的是：提供一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，用该方法制备的漆包线漆所涂制的漆包线能够在不高于340℃的条件下直焊，并实现漆包线拉伸或弯折零针孔。

本发明的技术方案是：一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，包括下列步骤：

(1)羟基组分制备：羟基组分由一元酸、芳香二元酸、邻苯二甲酸酐、己二酸、多元醇、二元醇先进行熔融共缩聚生成聚酯多元醇树脂，然后再加入一定数量的1号混合溶剂混合均匀而成。组分中各反应物的质量比为：一元酸∶芳香二元酸∶邻苯二甲酸酐∶己二酸∶多元醇∶二元醇∶1号混合溶剂等于1∶(0.1～0.9)∶(0.5～1.9)∶(0.2～0.9)∶(0.8～2.5)∶(0.1～0.9)∶(5～8)。一元酸为硬脂酸、软脂酸、豆蔻酸、月桂酸的一种或几种。芳香二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸的一种或几种。多元醇为甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇的一种或几种。二元醇为新戊二醇、2-甲基丙二醇、乙二醇、一缩二乙二醇的一种或几种。1号混合溶剂为甲酚、芳烃溶剂油、二甲苯的混合物，其质量比为(2.5～4.0)∶(0.5～1.5)∶(0.5～1.5)。催化剂为有机钛-锑复合物，其用量为反应物质量的0.2％～1.5％。羟基组分的制备工艺为：100℃至180℃反应1-3小时，180℃至200℃反应1-3小时，维持200℃反应1-3小时，200℃和0.01-0.09MPa负压抽除二甲苯10分钟至40分钟，加入甲酚在180℃至200℃之间反应1-2小时，加入混合溶剂即制得羟基组分。所制备的聚酯多元醇树脂的技术指标为：酸值1-3mgKOH/g，羟值130-300mgKOH/g，数均分子量3000-6000(凝胶渗透色谱法测定，溶剂四氢呋喃)，分子量分布指数为(1.9～2.3)。

(2)封闭物组分制备：封闭物由芳香二异氰酸酯、三元醇、酚类封闭剂和2号混合溶剂反应而成。组分中各反应物的质量比为：4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯∶三元醇∶酚类封闭剂∶2号混合溶剂等于(2～6)∶(0.2～0.6)∶(2～5)∶(3～5)。三元醇为甘油、三羟甲基丙烷、三(2-羟乙基异氰脲酸酯)的一种或几种。酚类封闭剂是二甲酚、甲酚中的一种或几种。2号混合溶剂为甲酚、二甲基甲酰胺、二甲苯的混合物，其质量比为(0.5～1.0)∶(3～5)∶(3～5)。封闭物制备工艺为：先将4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、三元醇、2号混合溶剂在60℃-80℃反应2～4小时，然后加入酚类封闭剂，在125℃-140℃，反应4～6小时，降温至50℃即制得封闭物。所制备的封闭物技术指标为外观透明粘性液体，残留异氰酸根含量小于0.1％至0.5％，保质期一年以上。

(3)漆液配制：聚氨酯漆包线漆的制备工艺为：将羟基组分、封闭物组分和3号混合溶剂按照质量比为(1～1.9)∶(1～1.9)∶(1～3)进行混合，再加入漆液总量0.2％至1％的环烷酸锌，在30℃～80℃，搅拌2至3小时，过滤除去悬浮杂质后制得聚氨酯漆包线漆。3号混合溶剂为甲酚、苯酚、芳烃溶剂油、二甲基甲酰胺的混合物，其质量比为(1～1.5)∶(1～1.5)∶(2～3)∶(0.8～1.2)。所制备的聚氨酯漆包线漆的技术指标为：固含量25％至40％(180℃测)，粘度17秒至60秒(25℃测)，外观为淡至黄色的透明粘性液体。

本发明的优点是：

1.在羟基组分配方设计中引入一定量的脂肪一元酸，包括硬脂酸、软脂酸、豆蔻酸、月桂酸的一种或几种，可以在聚酯多元醇分子链上连接上柔性侧基，降低漆膜的直焊温度，提高漆膜附着力，改善漆膜的拉伸及弯折盐水针孔性能。

2、设计特定的羟基组分配方和生产工艺可以获得酸值1-3mgKOH/g，羟值130-300mgKOH/g，数均分子量3000-6000的聚酯多元醇树脂。其中适量邻苯二甲酸酐部分代替芳香二元酸能起到降低直焊温度和提高软化击穿温度的双重作用；适量三元醇可以使漆膜获得满意的交联程度，提高漆膜的机械性能和耐电压性能。

3、在羟基组分的生产工艺中，采用有机钛-锑复合物为催化剂，可以使羟基组分中聚酯多元醇的合成时间缩短为5-8小时，约为现有工业生产周期的一半，降低了能耗和工耗。

4、在羟基组分生产工艺后阶段加入一定量的甲酚在180℃至200℃之间反应1-2小时，目的是获得分子量分布指数稳定在(1.9～2.3)范围的聚酯多元醇，可提高漆包线漆的质量稳定性和涂制漆包线裕度范围。

5、在封闭物制备中，设计特定的配方和一步法生产工艺可以获得贮存稳定性达一年以上的封闭物半成品，进而提高了漆包线漆成品的贮存稳定性，稳定了产品的质量。

6、在聚氨酯漆包线漆的配漆工艺中采用二甲基甲酰胺部分代替二甲苯能起到溶剂和稀释剂的双重作用，可以在很宽的范围内调节漆液的粘度和固含量以满足不同涂线工艺(毛毡和模具法)和不同涂线设备(卧式和立式)的要求，漆包线的线径范围可拓宽为0.015mm～2.0mm，同时又可减少毒害性酚的用量，利于环保。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

具体实施方式

实施例一：

(1)羟基组分的制备：

将硬脂酸10千克、对苯二甲酸2千克、邻苯二甲酸酐10千克、己二酸3千克、甘油12千克、新戊二醇3千克、有机钛-锑复合催化剂0.3千克及5千克二甲苯依次加到反应釜中。启动加热装置，在100℃～180℃之间均匀升温反应2小时；180℃至200℃均匀升温反应2小时；维持200℃反应2小时；200℃和0.03-0.09MPa负压抽除二甲苯10分钟；最后加入10千克甲酚在180℃至200℃之间反应1小时，依次加入甲酚19千克、芳烃溶剂油13千克、二甲苯12千克搅拌均匀，冷却至室温制得羟基组分。测定羟基组分中聚酯多元醇树脂的技术指标为：酸值2.2mgKOH/g，羟值220mgKOH/g，数均分子量4500，分子量分布指数为2.1。

(2)封闭物组分的制备：

在反应釜中加入4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯10千克、三羟甲基丙烷1.1千克、二甲酚11千克、甲酚0.8千克、二甲基甲酰胺4.5千克、二甲苯4.5千克。在70℃反应4小时，然后升温至135℃，反应5小时，降温至50℃即制得封闭物。封闭物技术指标为外观透明粘性液体，残留异氰酸根含量小于0.2％，贮存一年后没有出现浑浊现象。

(3)聚氨酯漆包线漆的配制及漆包线性能：

将羟基组分30千克、封闭物组分29千克、甲酚4.5千克、苯酚4.5千克、芳烃溶剂油9千克、二甲基甲酰胺3千克，环烷酸锌0.4千克，40℃，搅拌3小时，过滤除去悬浮杂质后制得聚氨酯漆包线漆。

所制备的聚氨酯漆包线漆的技术指标为：固含量29％(180℃测)，粘度25秒(25℃测)，外观为淡至黄色的透明粘性液体。

涂制线径0.23mm的漆包线，漆包线外径为0.255mm，漆包线表面光洁；在340℃焊锡时间小于1秒，焊锡表面无残渣；拉伸3％或5％或及弯折条件下的盐水针孔均为零孔；热冲为175℃，30min，1D，不裂；室温下平均击穿电压5000伏。

实施例二：

(1)羟基组分的制备：

将软脂酸9千克、对苯二甲酸2千克、邻苯二甲酸酐11千克、己二酸2.5千克、三羟甲基丙烷13千克、二乙二醇2.5千克、有机钛-锑复合催化剂0.3千克及5千克二甲苯依次加到反应釜中。启动加热装置，在100℃～180℃之间均匀升温反应2小时；180℃至200℃均匀升温反应2小时；维持200℃反应2小时；200℃和0.03-0.09MPa负压抽除二甲苯10分钟；最后加入10千克甲酚在180℃至200℃之间反应1小时，依次加入甲酚19千克、芳烃溶剂油13千克、二甲苯12千克搅拌均匀，冷却至室温制得羟基组分。测定羟基组分中聚酯多元醇树脂的技术指标为：酸值1.9mgKOH/g，羟值230mgKOH/g，数均分子量5500，分子量分布指数为2.2。

(2)封闭物组分的制备：

在反应釜中加入4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯10千克、甘油0.3千克、三(羟乙基)异氰脲酸酯1.1千克、二甲酚11千克、甲酚0.8千克、二甲基甲酰胺4.5千克、二甲苯4.5千克。在70℃反应4小时，然后升温至135℃，反应5小时，降温至50℃即制得封闭物。封闭物技术指标为外观透明粘性液体，残留异氰酸根含量小于0.3％，贮存一年后没有出现浑浊现象。

(3)聚氨酯漆包线漆的配制及漆包线性能：

将羟基组分31千克、封闭物组分32千克、甲酚4.5千克、苯酚4.5千克、芳烃溶剂油9千克、二甲基甲酰胺3千克，环烷酸锌0.4千克，40℃，搅拌3小时，过滤除去悬浮杂质后制得聚氨酯漆包线漆。

所制备的聚氨酯漆包线漆的技术指标为：固含量32％(180℃测)，粘度30秒(25℃测)，外观为淡至黄色的透明粘性液体。

涂制线径0.50mm的漆包线，漆包线外径为0.555mm，漆包线表面光洁；在340℃焊锡时间小于1.5秒，焊锡表面无残渣；拉伸3％或5％或及弯折条件下的盐水针孔均为零孔；热冲为175℃，30min，1D，不裂；室温下平均击穿电压11000伏。

Claims (4)

1.一种可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，包括下列步骤：

(1)羟基组分制备：羟基组分由一元酸、芳香二元酸、邻苯二甲酸酐、己二酸、多元醇、二元醇先进行熔融共缩聚生成聚酯多元醇树脂，然后再加入一定数量的1号混合溶剂混合均匀而成；

组分中各反应物的质量比为：一元酸∶芳香二元酸∶邻苯二甲酸酐∶己二酸∶多元醇∶二元醇∶1号混合溶剂等于1∶(0.1～0.9)∶(0.5～1.9)∶(0.2～0.9)∶(0.8～2.5)∶(0.1～0.9)∶(5～8)；

一元酸为硬脂酸、软脂酸、豆蔻酸、月桂酸的一种或几种；

芳香二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸的一种或几种；

多元醇为甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇的一种或几种；

二元醇为新戊二醇、2-甲基丙二醇、乙二醇、一缩二乙二醇的一种或几种；

1号混合溶剂为甲酚、芳烃溶剂油、二甲苯的混合物，其质量比为(2.5～4.0)∶(0.5～1.5)∶(0.5～1.5)；

催化剂为有机钛-锑复合物，其用量为反应物质量的0.2％～1.5％；

羟基组分的制备工艺为：100℃至180℃反应1-3小时，180℃至200℃反应1-3小时，维持200℃反应1-3小时，200℃和0.01-0.09MPa负压抽除二甲苯10分钟至40分钟，加入甲酚在180℃至200℃之间反应1-2小时，加入混合溶剂即制得羟基组分；

(2)封闭物组分制备：封闭物由芳香二异氰酸酯、三元醇、酚类封闭剂和2号混合溶剂反应而成；

组分中各反应物的质量比为：4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯∶三元醇∶酚类封闭剂∶2号混合溶剂等于(2～6)∶(0.2～0.6)∶(2～5)∶(3～5)；

三元醇为甘油、三羟甲基丙烷、三(2-羟乙基异氰脲酸酯)的一种或几种；

酚类封闭剂是二甲酚、甲酚中的一种或几种；

2号混合溶剂为甲酚、二甲基甲酰胺、二甲苯的混合物，其质量比为(0.5～1.0)∶(3～5)∶(3～5)；

封闭物制备工艺为：先将4、4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、三元醇、2号混合溶剂在60℃-80℃反应2～4小时，然后加入酚类封闭剂，在125℃～140℃，反应4～6小时，降温至50℃即制得封闭物；

(3)漆液配制：聚氨酯漆包线漆的制备工艺为：将羟基组分、封闭物组分和3号混合溶剂按照质量比为(1～1.9)∶(1～1.9)∶(1～3)进行混合，再加入漆液总量0.2％至1％的环烷酸锌，在30℃～80℃，搅拌2至3小时，过滤除去悬浮杂质后制得聚氨酯漆包线漆；

3号混合溶剂为甲酚、苯酚、芳烃溶剂油、二甲基甲酰胺的混合物，其质量比为(1～1.5)∶(1～1.5)∶(2～3)∶(0.8～1.2)。

2.根据权利要求1所述的可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所制备的聚酯多元醇树脂的技术指标为：酸值1-3mgKOH/g，羟值130-300mgKOH/g，数均分子量3000-6000(凝胶渗透色谱法测定，溶剂四氢呋喃)，分子量分布指数为(1.9～2.3)。

3.根据权利要求1所述的可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所制备的封闭物技术指标为外观透明粘性液体，残留异氰酸根含量小于0.1％至0.5％，保质期一年以上。

4.根据权利要求1所述的可低温直焊无针孔的聚氨酯漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所制备的聚氨酯漆包线漆的技术指标为：固含量25％至40％(180℃测)，粘度17秒至60秒(25℃测)，外观为淡至黄色的透明粘性液体。