CS233997B1

CS233997B1 - Method of preparation of electrical insulating varnish

Info

Publication number: CS233997B1
Application number: CS908883A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Kriz; Petr Prikryl
Original assignee: Jaroslav Kriz; Petr Prikryl
Priority date: 1983-12-06
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1985-03-14

Abstract

Vynálezem je řešeni problému přípravy elektroizolačního impregnačního laku o trvalé tepelné odolnosti 165 °C a současně tvrditelného při 100 °C. Způsob přípravy laku spočívá v polykondenzaci kyseliny isoftalové a/nebo tereftalové nebo jejího dimethylesteru s glycerinem, pentaerythritolem, tris-(2-hydroxyethyl)isokyanurátem a nenasycenými alifatickými karboxylovými kyselinami, modifikací získané prysfí kyřice fenolformaldehydovým novolakem a I smíšení produktu s aromatickými uhlovodíky, alifatickými alkoholy a částečně eterifikovaným, melaminiormaldehydovým polykondenzátem. Vynález může být využit ve výrobě elektroizolačních laků, případně jiných vypalovacích laků, určenou pro povrchovou ochranu.The invention is a solution to the problem of preparing an electrical insulating impregnating varnish with a permanent heat resistance of 165 °C and at the same time hardenable at 100 °C. The method of preparing the varnish consists in polycondensation of isophthalic acid and/or terephthalic acid or its dimethyl ester with glycerin, pentaerythritol, tris-(2-hydroxyethyl)isocyanurate and unsaturated aliphatic carboxylic acids, modification of the obtained resin with phenol formaldehyde novolak and mixing the product with aromatic hydrocarbons, aliphatic alcohols and partially etherified, melamine formaldehyde polycondensate. The invention can be used in the production of electrical insulating varnishes, or other baking varnishes, intended for surface protection.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy elektroizolačního laku a řeší problém přípravy impregnačního laku e zvýšené tepelné odolnosti a současně o snížené vypalovací teplotě.The invention relates to a process for the preparation of an electroinsulating varnish and to the problem of the preparation of an impregnating varnish having an increased heat resistance and at the same time a reduced baking temperature.

Je známo, že elektreizolační laky pro impregnace a povrchové lakování o vyšší tepelné odolnosti lze připravit na bázi pelykondensátu kyseliny isoftalové, tris-(2-hydr©xyethyl)-is©kyanurátu,alifatických polyolů a mastných kyselin v kombinaci s fenelfermaldehydovým rezslem a organickými rozpouštědly.Tyto produkty však ke avérau. vyt vržení vyžadují dlouhodobé zahřívání na teplotu nejméně 125*0, neumožňují tedy vypalování v pecích, vytápěných parou. Jejich aplikace proto vede k vysokým spotřebám elektrického proudu. Je dále známe, že lze připravit laky obdobného použití na bázi polykondenzátu ftalanhydridu, alifatických pelyolů, nenasycených mastných kyselin neb© vysýchavých, případně dehydratovatelných olejů v kombinaci s fenolformaldehydovýml novolaky, melaminformaldehydovými pólykondenzáty a organickými rozpouštědly, schopné vypalování při 100®C. Tyt© laky však poskytují izolační vrstvy o trvalé tepelné odolnosti nejvýše 130*0, nehodí se tedy pro výrobu progresivních elektrických strojů a zařízení, pracujících v tepelné třídě P.It is known that electroinsulating varnishes for impregnation and surface coating with higher heat resistance can be prepared on the basis of isophthalic acid pelycondensate, tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate, aliphatic polyols and fatty acids in combination with phenelfermaldehyde resins and organic solvents .These products, however, to avérau. heating requires long-term heating to a temperature of at least 125 ° C, and therefore does not allow firing in steam-heated furnaces. Their application therefore leads to high electricity consumption. It is further known that similar use lacquers may be prepared based on phthalic anhydride polycondensate, aliphatic pelyols, unsaturated fatty acids or drying or dehydratable oils in combination with phenol formaldehyde novolaks, melamine formaldehyde polycondensates and organic solvents capable of firing at 100 ° C. However, the lacquers provide insulating layers with a permanent thermal resistance of not more than 130 * 0, and are therefore not suitable for the production of advanced electrical machines and equipment operating in thermal class P.

Podstata způsobu přípravy elektroirolačního laku na bázi polykondenzátu aromatické dikyseliny,tris-(2-hydr©xyethyl)isokyanurátu, alifatických polyolů a. ηΓίΤatiekých kyselin, který odstraňuje uvedené nedostatky, je, že 1,0 mol kyseliny isoftalové a/neb© kyseliny tereftalové nebo jejího dimethýlesteru se zahřívá s 0,180 až 0,250 mol tris-(2-hydroxyethyl)isekyanurátu, 0,100 až 0,200 mel pentaerythrit®lu, 0,800 až 1,200 mol glycerinu, 0,700 až 0,900 mol alifatických monekarboxylových kyselin, obsahujících průměrně 1,0 až 2,5 dvojných vazeb na molekulu,při 140 až 240®C do dosažení obsahu 0,160 až 0,360 mekv. COOH skupin/g, produkt se za míchání a teplotě 100 až 240®C zhoraogenizu je s 100 až 150 g fenolformaldehydovéh© novolaku © tepúte měknutí 60 až 90®G ve formě pevné pryskyřice nebo jejího/ 50 až 70tiprocentníh© roztoku v butanolu a pak se přidá 300 až 350 g aromatických uhlovodíků o 6 až 10 uhlíkových atomech,The essence of the process for the preparation of an electro-irradiating lacquer based on a polycondensate of an aromatic diacid, tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate, aliphatic polyols and .alpha.-acids which removes said drawbacks is that 1.0 mol of isophthalic acid and / or terephthalic acid; its dimethyl ester is heated with 0.180 to 0.250 moles of tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate, 0.100 to 0.200 moles of pentaerythritol, 0.800 to 1.200 moles of glycerin, 0.700 to 0.900 moles of aliphatic monecarboxylic acids containing an average of 1.0 to 2.5 doubles binding per molecule, at 140 to 240 ° C to a content of 0.160 to 0.360 meq. COOH groups / g, with stirring at a temperature of 100 to 240 ° C from above, with 100 to 150 g of phenol-formaldehyde silicone, soften 60 to 90 ° C as a solid resin or its 50 to 70% solution in butanol and then 300 to 350 g of aromatic hydrocarbons having 6 to 10 carbon atoms are added,

200 až 250 g alifatických alkoholů o 3 až 5 uhlíkových atomech, 125 až 150 g melaminformaldehydovéh® polykondenzátu o 5,2 až200 to 250 g of aliphatic alcohols having 3 to 5 carbon atoms, 125 to 150 g of melamine-formaldehyde® polycondensate having 5.2 to

5,7 mekv./g hydroxymethylových skupin a 6,5 až 6,9 mekv./g butoxymethylových nebo isobutoxymethylových skupin neb© ekvivalentní množství jeho roztoku v butanolu, případně do 0,3 g organických sloučenin zinku.5.7 meq / g of hydroxymethyl groups and 6.5 to 6.9 meq / g of butoxymethyl or isobutoxymethyl groups or an equivalent amount of its solution in butanol, optionally up to 0.3 g of organic zinc compounds.

233 997233 997

-1.Lak připravený podle vynálezu se hodí především pro impregnace vinutí sklem opředených,polyimidovou fólií ovinutých či lakovaných vodičů,transformátorů,motorů a jiných elektrických strojů, pracujících v tepelné třídě P, tj. s trvalým tepelným zatížením až 165*0» Na rozdíl od všech známých typů rczpouštědlových impregnačních laků je přitom i v silnějších vrstvách impregnace .schopen dokonalého protvrzení při 100*0 za dobu 10 až 20 hodin podle tlouatky impregnace a odvodu těkavých produktů.The lacquer prepared according to the invention is particularly suitable for impregnating windings of glass-braided windings, polyimide film wrapped or lacquered conductors, transformers, motors and other electrical machines operating in thermal class P, ie with a permanent thermal load up to 165 * 0. from all known types of solvent-impregnating lacquers, even in thicker layers of impregnation, perfect curing at 100 * 0 for 10 to 20 hours according to the impregnation thickness and the removal of volatile products is possible.

Lak se dále vyznačuje vynikající odolností proti tepelným šokům až do 270*0, kterým je schopen odolat bez vážnějšího poškození izolace 'až de 1 hodiny. Ve všech ostatních vlastnostech, jakými jsou adheae na měděný a hliníkový povrch,filmetvornost, izolační odper, pevnost vůči elektrickému průrazu, dielektrické ztráty, navlhavost a odolnost vůči rozpouštědlům a minerálním olejům, so plně vyrovná všem dosud známým rozpouštědlovým impregnačním lakům tepelně třídy P. Jeho schopnost vytvrzení při teplotách kolem 100*0 umožňuje přitom jeho použití i v případech,kdy nejsou k dispozici speciální elektrické pece neb© kdy jo z důvodů energetické hospodárnosti žádoucí jejich vyřazení. V případě použití výkonných elektrických pecí přináší použití laku podle vynálezu energetickou úsporu zkrácením potřebné doby vytvrzování až o 50%·Furthermore, the lacquer is characterized by excellent thermal shock resistance up to 270%, which it is able to withstand without serious damage to insulation for up to 1 hour. In all other properties, such as adhesion to copper and aluminum surfaces, film-forming, insulating abrasion, electrical breakdown strength, dielectric losses, wettability and resistance to solvents and mineral oils, it fully complies with all known P-class heat-impregnating solvents. the ability to cure at temperatures of about 100 * 0 allows it to be used even in cases where special electric furnaces are not available or when it is desirable to discard them for reasons of energy efficiency. In the case of the use of powerful electric furnaces, the use of the lacquer according to the invention brings energy savings by reducing the curing time required by up to 50%.

Příklad 1· 144,4 g kyseliny isoftalové, 192,6 g mastných kyselin sojového oleje, 85,4 g glycerinu, 18,8 g pentaerythritclu a 47,8 g tris-(2-hydroxyt^hyl)isokyanurátu se společně vyhřívá za míchání a odvodu reakční vody’rychlostí 0,5*0 /min* do teploty 230*0 a udržuje se na této teplotě do dosažení čísla kyselosti 10 mg KOH/g. Pak se přidá 110,0 g fenolformaldehydového novolaku o ItffaiČ měknutí 70*0 a po 20 min« se směs ©chladí na 150*0, přidá se 286,8 g xylenu a 205,6 g butanolu a po ochlazení na 70*0 se získaná směs zhomogenizuje s 236,6 g 55%ního butanoloveho roztoku částečně eterifikováného raelaminformaldehydovéh© polykondon- sátu, známého jako OhS Molform Ε55» Získá se 1300 g impregnačního laku o obsahu 48,6 netěkavých složek, který při 100*0 geluje za 3,75 h a po 16 h poskytne dokonale protvrzený gel o penetrační pevnosti spodní vrstvy 10*R. Na AI a Cu povrchu poskytuje tento lak po vytvrzení při 100*0 hladký,lesklý film o tvrdosti 55% a pevnosti proti elektrickému průrazu 151,7 kV/mm, která po 24 h uložení ve vodě klesne na 137,5 kV/mm. Tento film vyhovuje všem zkouškám tepelné odolnosti pr© tepelnou třídu P a kromě toho vydrží 4 dny při 250®c, aniž by jeho úbytky dosáhlyExample 1 144.4 g of isophthalic acid, 192.6 g of soybean oil fatty acids, 85.4 g of glycerin, 18.8 g of pentaerythritol and 47.8 g of tris (2-hydroxymethyl) isocyanurate are heated together with stirring and draining the reaction water at a rate of 0.5 * 0 / min * to a temperature of 230 * 0 and maintaining it at this temperature until an acid number of 10 mg KOH / g is reached. 110.0 g of phenolformaldehyde novolak having a softness of 70 * 0 are then added and after 20 minutes the mixture is cooled to 150 * 0, 286.8 g of xylene and 205.6 g of butanol are added and, after cooling to 70 * 0, the mixture obtained is homogenized with 236.6 g of a 55% butanolic solution of partially etherified raelamine formaldehyde polycondonate, known as OhS Molform Ε55. 1300 g of an impregnating lacquer containing 48.6 non-volatile components are obtained, which gels at 3 * at 100 * 0; 75 h after 16 h provides a perfectly cured gel with a penetration strength of the 10 * R backsheet. On the Al and Cu surfaces, after curing at 100 * 0, this varnish provides a smooth, glossy film having a hardness of 55% and an electrical breakdown strength of 151.7 kV / mm, which drops to 137.5 kV / mm after 24 hours of storage in water. This film complies with all heat resistance tests for the thermal class P and, moreover, lasts 4 days at 250 ° C without dropping

-330% hmotnostních. ,, 233 S37-330% by weight. ,, 233 S37

Příklad. 2. 142,8 g dimethyltereftalátu, 163,0 g mastných kyselin slunečnicového oleje, 72,3 g glycerinu, 15,9 g pentaerythritolu, 40,4 tris-(2-hydroxyethyl)isokyanurátu a l,5g octanu zinečnatého se společně vyhřívá od. 170 do 200°C rychlostí 0,25 °0/min·» a pak do 240°C rychlostí 0,5°C· Při 240°C se teplota udržuje do dosažení čísla kyselosti 9 mg KOH/g. Směs se ochladí na 200®C, přidá se 93»1 g fenolformaldehydového novolaku o iep&ťe měknutí 60®C. Po homogenizaci a ochlazení na 140°C se přidá 242,7 g směsi aromatických uhlovodíků, známé pod obchodním označením Amsol, a 174,0 g isobutanolu. Po dalším ochlazení na 70°G se získaný roztok homogenizuje s roztokem melaminformaldehydového kondenzátu, známého jako Melform E50. Získá se 1050,0 g impregnačního laku o obsahu 49»5% hmotnostních netěkavých podílů, který při 100®C geluje za 3,25 h a po 14 h při téže teplotě poskytne protvrzený gel © penetrační pevnosti spodní vrtsvy 8°R. Na skle a povrchu Gu a AI poskytuje po vytvrzění hladký, lesklý film o tvrdosti 57% a pevnosti proti elektrickému průrazu 164»2 kV/mm, která p© 24 h ve vodě poklesne na 141,2 kV/ mm. Film má izolační odpor 3.10^¹ ohm.cm a jeho ztrátový faktor nepřesahuje 0,1 při 16O°C. Film vyhovuje požadavkům tepelné třídy F a kromě toho jeho hmotnostní úbytky činí 27,5% za 4 dny při 250°C*Example. 2. 142.8 g of dimethyl terephthalate, 163.0 g of sunflower oil fatty acids, 72.3 g of glycerin, 15.9 g of pentaerythritol, 40.4 of tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate a1, 5g of zinc acetate are heated together from 2 to 5%. 170 to 200 ° C at a rate of 0.25 ° 0 / min · »and then up to 240 ° C at a rate of 0.5 ° C. The mixture is cooled to 200 ° C, 93.1 g of phenolformaldehyde novolak is added, with a softening temperature of 60 ° C. After homogenization and cooling to 140 ° C, 242.7 g of a mixture of aromatic hydrocarbons known under the trade name Amsol and 174.0 g of isobutanol are added. After further cooling to 70 ° C, the solution obtained is homogenized with a solution of a melamine formaldehyde condensate known as Melform E50. 1050.0 g of an impregnating lacquer having a content of 49.5% by weight of non-volatile fractions are obtained which, at 100 DEG C., gels for 3.25 h and after 14 h at the same temperature, gives a cured gel of penetration strength of the sublayer of 8 ° R. On glass and surface, Gu and Al provide, after curing, a smooth, glossy film having a hardness of 57% and an electrical breakdown strength of 164.2 kV / mm, which drops to 141.2 kV / mm in water over 24 h. The film has an insulating resistance of 3.10 ohm.cm ^ ¹ and loss factor does not exceed 0.1 at 16O ° C. The film complies with the requirements of thermal class F and, in addition, its weight loss is 27.5% in 4 days at 250 ° C *

Claims

Process for preparing an electro-insulating varnish based on polycondensate of an aromatic diacid, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate, aliphatic polyols and aliphatic acids, characterized in that 1.0 mol of isophthalic acid and / or terephthalic acid or its dimethyl ester is heated with 0.180 to 0.250 mol tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate 0.100 to 0.200 mol pentaerythri- λ mannitol, 0.800 to 1.200 mol of glycerol, from 0.700 to 0.900 moles alifatickýoh raonokarboxylových acids containing an average of 1.0 ¹ to 2.5 double bonds per molecule, at 140-240 ° C to 0.160 to 0.360 meq. COOH groups / g, the product is homogenized with 100-150 g of phenol-formaldehyde novolak having a softening temperature of 60-90 ° C as a solid resin or a 50-70% solution in butanol at 100 ° C to 240 ° C with stirring. 300 to 350 g of 6 to 10 carbon aromatic hydrocarbons, 200 to 250 g of 3 to 5 carbon aliphatic alcohols, 125 to 150 g of melamine formaldehyde polycondensate of 5.2 to 5.7 meq / g hydroxymethyl groups are added, and 6.5 to 6.9 meq / g of butoxymethyl or isobutoxymethyl groups or an equivalent amount of its solution in butanol, or up to 0.3 g of organic zinc compounds ·