CN102627883A - 一种耐电晕漆包线漆的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐电晕漆包线漆的生产方法，先合成低聚合度聚酯，缩聚产物的酸值降至140~70mg/g为反应终点，在低聚合度聚酯中加入经表面活化处理的纳米尺度的粉体粒子，反应直至缩聚产物的酸值降至60~15mg/g为反应终点，冷却，加入溶剂兑稀，成为成品，本发明设备简单，操作过程易于控制，可使粉体粒子在漆液中保持高度分散，并且保持长久不聚集和沉淀的耐电晕漆包线漆的生产方法。

Description

一种耐电晕漆包线漆的生产方法

技术领域

本发明涉及一种耐电晕漆包线漆的生产方法。

背景技术

电机的变频调速技术使交流变频调速电机具有节能、易调速、易维护保养等突出的优点，在各行各业得到了广泛的应用。变频用调速装置产生的脉冲波具有高耸的尖峰(电压峰值)，波峰具有陡峭的上升电压并有极高的频率。由于高次谐波的高频及高压的双重作用极易产生电晕放电，高频的矩形波施加在电机绕组上，使绕组内部发生局部放电和空间电荷积聚现象，加之介质局部发热，采用普通漆包线的变频电机容易发生匝间击穿，因而必须采用适宜变频电机用的耐电晕漆包线。耐电晕漆包线漆的组成与普通漆包线漆的区别在于漆的组分中含有一定量微细粉体材料，例如二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、氧化铁等无机氧化物的微细粉体材料。这类粉体材料在漆膜中可以分散脉冲高压，避免局部电离引起漆膜击穿，起到耐电晕的效果。耐电晕漆的基体树脂多为耐热性较高，例如聚酯亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺等类树脂。耐电晕漆由基体树脂、粉体材料、溶剂和助剂组成。目前耐电晕漆包线漆的生产工艺，特别是微细粉体材料的分散与加入大致可分为两种，一种是称为共混法，是将微细粉体材料分散于聚合反应已经完成的树脂溶液中。即在高分子基体树脂溶液中直接添加纳米粒子，再通过搅拌、研磨等机械方法或超声分散等方式将纳米粒子均匀分散于基体树脂中，共混法生产耐电晕漆突出的优点是生产过程比较简便，经聚合反应生产出漆基树脂后再与纳米粉体材料混合分散，与涂料工业的色漆生产过程类似。但是要将粉体材料高度分散于聚合物溶液中并能较长时间保持稳定状态，对工艺配方、分散设备和工艺控制的要求很高，难度很大，最为关键的是已完成反应的高分子量的聚合物分子难以与分散的粉体材料的表面形成稳定的膜，由于粉体粒子的临近原子间的范德华引力作用，使纳米粒子相互靠近，从而使总表面积和表面自由能降低，纳米粒子有从高分散体又变成团聚体的倾向。实际应用中常有产品的储存稳定性差，沉淀分层及产品的性能分散度比较大的现象。

制备耐电晕漆的另一类方法是称为原位聚合法，原位聚合法是在单体聚合反应的开始过程中加入纳米粒子，通过进一步的聚合反应制得纳米复合材料。该法使纳米粒子比较均匀地分散于聚合物基体中，既保持了纳米微粒的原始结构与状态，又能够使纳米粒子表面的各种基团充分地与聚合物单体分子发生物理或化学作用，通过纳米粒子与聚合物基体间不同的界面作用对基体聚合物的性能产生不同的影响。例如CN200810030790.2所述，是先将纳米尺度的微细粉体材料分散于N-甲基吡咯烷酮、二甲苯等溶剂中，形成悬浮液，再将上述悬浮液与生产树脂的单体以溶液聚合的方式生产耐电晕漆包线漆。这种方法也有被称为共聚法，原位聚合法的局限性在于聚合过程中要一直保持悬浮液中微细粉体粒子高度分散，也是对聚合设备和工艺操作要求比较苛刻。特别是在耐电晕漆制备过程中，釜内流体从低粘度逐步转化为高粘度体系，在通用的聚合搅拌反应釜中，纳米粒子从分散体又变成团聚体的倾向很强，尤其是在粘度很低的条件下，保持纳米粒子分散状态的稳定在工艺上难度很大。如果纳米粒子不能保持稳定的分散状态，也常有产品在储存期间发生沉淀分层及产品的性能分散度比较大的现象。

因此，纳米尺度的粉体粒子在聚合物溶液中的分散工艺是制备耐电晕漆的技术关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备简单，操作过程易于控制，可使粉体粒子在漆液中保持高度分散，并且保持长久不聚集和沉淀的耐电晕漆包线漆的生产方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

第一步：合成低聚合度聚酯：原料包括二元酸、二元醇，以及三元酸和/或三元醇，二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐或己二酸中的一种或几种的组合，二元醇为乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、新戊二醇、己二醇或丙二醇中的一种或几种的组合，三元酸为偏苯三甲酸酐，三元醇为甘油，原料的配比：二元酸、二元醇的摩尔比为1︰0.9~1.2，二元酸与三元醇和/或三元酸1︰0~0.1，催化剂选自醋酸盐或有机锡，催化剂用量按原料总重量的0.01~0.08%；将原料和催化剂混合，在二氧化碳气氛，0.1~0.4MPa，160~240℃条件下缩聚反应2~8小时，然后将压力减至常压，保持温度在210~250℃，直至缩聚产物的酸值降至140~70mg/g为反应终点，降温至100℃以下，得到低聚合度聚酯；

第二步：按粉体材料与低聚合度聚酯的重量比为1︰4~10的比例，在第一步合成的低聚合度聚酯中加入经表面活化处理的纳米尺度的粉体粒子，在高速搅拌机内混合，成为浆状物，再研磨分散；

第三步：在搅拌条件下，将第二步反应物加热到150~170℃后，以每小时10~40℃的速度逐步上升到230~250℃，逐步将气压减至负压0.09MPa以下，再以每小时8～12℃速度升温至260~270℃，保温直至缩聚产物的酸值降至60~15mg/g为反应终点，冷却至130℃，加入溶剂兑稀，冷却，过滤，成为成品。

本发明中，粉体粒子可以是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、碳酸钙或氧化铁粉末。

表面活化处理是在粉体粒子中加入粉体粒子重量0.2~1.8%的硅烷或钛酸酯偶联剂，经高速搅拌处理得到。

醋酸盐催化剂可以选自醋酸锌和/或醋酸锰，有机锡类催化剂可选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、单丁基三异辛酸锡中的一种或多种。

本发明所述酸值是指采用中和滴定法，中和每克样品所消耗的KOH的毫克数。

本发明耐电晕漆包线漆既可单独使用，也可与市售的聚酯亚胺漆包线漆混合使用。在与聚酯亚胺漆包线漆混合使用时，聚酯亚胺漆包线漆加入的重量小于或等于成品重量的3倍。

本发明方法与原位聚合法和共混法的不同在于，将纳米尺度的粉体粒子既不是分散在溶剂中与树脂单体聚合，也不是分散于聚合反应已经完成的树脂溶液中，而是将纳米尺度的粉体粒子分散于适宜粘度的液态低聚合度聚酯中，既便于团状粒子的研磨分散，又能克服分散状的粒子再团聚的倾向，经聚合反应后，低聚合度聚酯分子与粉体粒子表面形成较稳定的结合力。能有效保证产品在储存过程中粉体粒子稳定分散于树脂溶液中，避免沉淀分层的现象。制备耐电晕漆包线漆过程简单可靠，可以使用通用的聚合反应釜生产，生产成本较低，耐电晕性能好。

具体实施方式

实施例1：

取间苯二甲酸19.92kg，乙二醇7.1kg，甘油1.1kg，投入到具有分馏脱水柱的50升反应釜中，充入二氧化碳气体，在压力为0.2MPa（表压）条件下，开动搅拌器，升温至180℃，经约四小时等速升至220℃，卸去压力，使系统在常压下，以每小时8~12℃速度升温，升温至240℃，保温并取样测定酸值，当酸值降到120mg/g，开始降温，温度降到100℃，打开反应釜底阀，得到低聚合度聚酯。产物外观为无色或微黄的粘稠状流体。其粘度约为10帕秒。

将上一步的物料放至高速混合机中，加入经硅烷处理的纳米二氧化硅粉体粒子5kg，搅拌20分钟，成为浆状物，再将此混合物取出放入研磨机研磨分散，得到低聚合度聚酯浆料。

将上一步制得到低聚合度聚酯浆料置于第一步所述的反应釜继续进行缩聚反应，其操作条件为在搅拌条件下，在常压下将反应物加热到160℃后，以每小时20~30℃的速度逐步上升到240℃，同时视脱水的速度，逐步将压力减至负压0.09MPa，再以每小时8~12℃速度升温，升温至265℃，保温，直至缩聚产物的酸值降至15mg/g为反应终点。降温至130℃并将物料放入兑稀釜，加入甲酚20kg，加入二甲苯24kg，搅拌并降温至常温出料，再过滤，装桶得到产品。

产品外观为不透明粘稠浆料，经静置半年，未发现粉体粒子聚集、结块或沉降分层迹象，从储存产品的容器各处取样测量密度，样品的密度不均匀程度小于2%，说明粉体材料分散状态稳定。

采用通用漆包线涂漆机使用该产品涂覆铜线制成漆包线，在100ns，20kHz，3kV，155℃条件下，耐变频寿命超过50小时。

取上述产品与市售的聚酯亚胺漆包线漆按重量比1︰1在常温下搅拌混合，配制成耐电晕漆包线漆，采用通用漆包线涂漆机涂覆铜线，其制得的漆包线在100ns，20kHz，3kV，155℃条件下，耐变频寿命也超过50小时。

实施例2：

采用纳米二氧化钛粉体粒子，与1wt%的钛酸酯偶联剂在高速混合机中混合，活化处理后，替换实施例1中硅烷处理处理的纳米二氧化硅粉体粒子，其他工艺条件与实施例1相同。制得的产品外观为不透明白色粘稠浆料，经静置半年，未发现粉体粒子聚集、结块或沉降分层迹象，从储存产品的容器各处取样测量密度，样品的密度不均匀程度小于2%，说明粉体材料分散状态稳定；采用通用漆包线涂漆机涂覆铜线制成漆包线，在100ns，20kHz，3kV，155℃条件下，耐变频寿命超过50小时。

Claims (6)

1.一种耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：合成低聚合度聚酯：原料包括二元酸、二元醇，以及三元酸和/或三元醇，二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐或己二酸中的一种或几种的组合，二元醇为乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、新戊二醇、己二醇或丙二醇中的一种或几种的组合，三元酸为偏苯三甲酸酐，三元醇为甘油，原料的配比：二元酸、二元醇的摩尔比为1︰0.9~1.2，二元酸与三元醇和/或三元酸1︰0~0.1，催化剂选自醋酸盐或有机锡，催化剂用量按原料总重量的0.01~0.08%；将原料和催化剂混合，在二氧化碳气氛，0.1~0.4MPa，160~240℃条件下缩聚反应2~8小时，然后将压力减至常压，保持温度在210~250℃，直至缩聚产物的酸值降至140~70mg/g为反应终点，降温至100℃以下，得到低聚合度聚酯；

第二步：按粉体材料与低聚合度聚酯的重量比为1︰4~10的比例，在第一步合成的低聚合度聚酯中加入经表面活化处理的纳米尺度的粉体粒子，在高速搅拌机内混合，成为浆状物，再研磨分散；

第三步：在搅拌条件下，将第二步反应物加热到150~170℃后，以每小时10~40℃的速度逐步上升到230~250℃，逐步将气压减至负压0.09MPa以下，再以每小时8～12℃速度升温至260~270℃，保温直至缩聚产物的酸值降至60~15mg/g为反应终点，冷却至130℃，加入溶剂兑稀，冷却，过滤，成为成品。

2.根据权利要求1所述制备耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，所述粉体粒子是二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锌、碳酸钙或氧化铁粉末。

3.根据权利要求1所述制备耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，所述表面活化处理的方法是在粉体粒子中加入粉体粒子重量0.2~1.8%的硅烷或钛酸酯偶联剂，经       高速搅拌处理得到。

4.根据权利要求1所述制备耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，所述醋酸盐催化剂选自醋酸锌和/或醋酸锰。

5.根据权利要求1所述制备耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，所述有机锡催化剂选自二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、单丁基三异辛酸锡中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述制备耐电晕漆包线漆的生产方法，其特征在于，所述成品用聚酯亚胺漆包线漆稀释，聚酯亚胺漆包线漆加入的重量小于或等于成品重量的3倍。