DE102008004926A1

DE102008004926A1 - Hochtemperaturbeständiger Elektroisolierlack

Info

Publication number: DE102008004926A1
Application number: DE102008004926A
Authority: DE
Inventors: Sascha TÖDTER-KÖNIG; Simon Dr. Rost
Original assignee: Elantas GmbH
Current assignee: Elantas GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-23
Also published as: WO2009090261A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft verzinnbare Drahtlacke, bestehend aus mindestens einem blockierten Polyisocyanataddukt, mindestens einem Polyester-Hydroxypolyol, enthaltend Imid- und/oder Amidgruppen, organischen Lösungsmitteln und gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, wobei die resultierenden Imidverbindungen einen theoretischen Imidgehalt von 8 bis 40 Gew.-% aufweisen, die Herstellung dieser Drahtlacke und deren Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft einen verzinnbaren Elektroisolierlack, insbesondere Drahtlack, zur Erzeugung von hochtemperaturbeständigen, verzinnbaren Überzügen auf Drähten auf Grundlage von Polyurethanen, die durch höherfunktionelle Isocyanate, Imide und Amidimide modifiziert sind.
Polyurethane als Elektroisolierbeschichtungsmittel auf der Basis von hydroxylgruppenhaltigen Polyestern und blockierten Isocyanaten sind in großer Zahl bekannt und beispielsweise beschrieben in der DE 1 957 157 und DE 100 51 392 . Derartige Elektroisolierbeschichtungsmittel zeichnen sich bei ihrer Verwendung als Drahtbeschichtungsmittel insbesondere durch ihre guten isolierenden Eigenschaften aus. Ferner haben sie den Vorteil, dass sie verzinnbar sind. Verzinnbare isolierte Drähte geben beim Eintauchen in ein auf erhöhte Temperaturen erhitztes Lötbad unter Zerstörung der Isolierschicht das blanke Metall des Leiters frei, das somit für elektrisch leitende Verbindungen unmittelbar zugänglich ist. Wichtig ist hierbei, dass die Zeit zur Entfernung der isolierenden Lackschicht möglichst kurz ist. Der Forderung nach großer Thermolabilität unter den Lötbedingungen steht eine hohe Thermostabilität, die von beschichteten Drähten für den Einsatz in elektrischen Bauteilen gefordert wird, gegenüber. Während die Verzinnbarkeit auf die Anwesenheit von Urethangruppen im Lackfilm zurückzuführen ist, wird die Wärmebeständigkeit maßgeblich durch die Wahl des Polyesters beeinflusst.
Auch die für Drahtlacke auf Polyurethan-Basis eingesetzten Kombinationen aus einem oder mehreren hydroxylgruppenhaltigen Polyestern mit im allgemeinen einer OH-Zahl von 200 bis 900 mg KOH/g, bevorzugt 250 bis 750 mg KOH/g und einem oder mehreren blockierten Isocyanataddukten sind bereits bekannt und z. B. in der DE 28 40 352 und der DE 25 45 912 beschrieben.
Für die Herstellung der hydroxylgruppenhaltigen Polyester können die gleichen Aufbaukomponenten (Polyol und Polycarbonsäure) und die gleichen Reaktionsbedingungen wie bei der Herstellung der Polyester- bzw.
Polyesterimidharze angewandt werden. Das heißt, die Herstellung erfolgt in bekannter Weise durch Veresterung von mehrwertigen Carbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen in Gegenwart geeigneter Katalysatoren. Anstelle der freien Säuren können auch deren esterbildende Derivate eingesetzt werden.
In der DE 28 40 352 sind Polyesterimidpolyole beschrieben, die als imidbildende Komponenten Trimellithsäureanhydrid (TMA) und 4,4-Diaminodiphenylmethan in einem Verhältnis von 2:1 enthalten, so dass eine lineare Dimidodicarbonsäure entsteht. Als weitere Säuren bzw. deren Derivate werden Dimethylterephthalat und Isophthalsäure eingesetzt, als Alkohole kommen Glyzerin, Ethylenglykol und Propylenglykol zum Einsatz. Die in DE 28 40 352 beschrieben Polyesterimidpolyole enthalten einen theoretischen Imidanteil von ca. 6 Gew.-% und sind über das Glyzerin verzweigt.
Der technische Fortschritt in der Elektrotechnik führt zu immer leistungsfähigeren und kleineren Bauteilen. Das Design moderner Maschinen verlangt stärker werdend nach kleineren Motoren, Spulen, Transformatoren, usw. Diese müssen bei höheren Temperaturen arbeiten als ihr größeres Äquivalent. Dieser Trend wirkt sich besonders stark auf den Bereich der Fein- und Feinstdrähte aus. Gerade in diesem Bereich ist eine zügige Verzinnbarkeit der Produkte, um die Enden der beschichteten Drähte schnell und auf einfache Weise elektrisch leitend mit anderen Komponenten zu verbinden, eine weitere Anforderung.
Die Forderung nach verbesserter Thermostabilität verzinnbarer (lötbarer) Lackdrähte steht prinzipiell im Widerspruch zu einer kurzen Verzinnzeit, die für eine schnelle Verarbeitung der Drähte verlangt wird. Stand der Technik sind Polyurethanlackdrähte der Klasse 180. Sie besitzen Erweichungstemperaturen um 260°C, tan-delta-Werte bis 180°C bei Verzinnzeit von 1 sec bei 360°C.
Aufgabe dieser Erfindung war die Entwicklung eines Beschichtungsmittels für hitzeresistente Substrate, insbesondere für Drähte, welches eine hohe Temperaturbeständigkeit, ausgedrückt durch die Erweichungstemperatur (> 270°C) und die Glasübergangstemperatur (tan-delta > 200°C), sowie eine sehr niedrige Verzinnzeit (< 4sec bei 400°C) in sich vereint (Werte gemäß IEC 60851-4).
Überraschenderweise konnte die Aufgabe durch mit höherfunktionellen Isocyanaten, mit Imiden und Amidimiden modifizierte Elektroisolierlackbindemittel gelöst werden. Trotz der sehr guten Temperaturbeständigkeit waren die mit dem hier beschriebenen Elektroisolierlack beschichteten Drähte bei 400°C sehr schnell verzinnbar.
Gegenstand der Erfindung sind Elektroisolierlacke, insbesondere Drahtlacke, bestehend aus:

A) mindestens einem blockiertem Polyisocyanataddukt,
B) mindestens einem Polyester-Hydroxypolyol enthaltend Imid- und/oder Amidgruppen,
C) organischen Lösungsmitteln,
D) gegebenenfalls weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen,

Bevorzugter Gegenstand der vorliegende Erfindung sind Elektroisolierlacke, insbesondere Drahtlacke, bestehend aus:

A) mindestens einem blockiertem Polyisocyanataddukt, wobei dessen Anteil 5–30 Gew.-% beträgt, bevorzugt 10–20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes,
B) mindestens einem Polyester-Hydroxypolyol enthaltend Imid- und/oder Amidgruppen, wobei dessen Anteil 1–20 Gew.-% beträgt, bevorzugt 3–10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes,
C) organischen Lösungsmitteln, wobei deren Anteil 50–90 Gew.-% beträgt, bevorzugt 70–85 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes,
D) weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, wobei deren Anteil 0–3 Gew.-% beträgt, bevorzugt 0,001–1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanataddukt und Polyester-Hydroxypolyol, und wobei

Der theoretische Imidgehalt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne Berücksichtigung der bei der Bildungsreaktion entstehenden Abspaltprodukte (H₂O, CO₂) berechnet, um eine bessere Vergleichbarkeit zu erhalten. Für diese Bestimmung im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Imidgruppe als OCNCO-Radikal mit einer Molmasse von 70,027 g/Mol verwendet.
Zur Herstellung des erfindungsgemäß einzusetzenden blockierten Polyisocyanataddukts A) eignen sich aromatische, aliphatische und cycloaliphatische Polyisocyanate a), bevorzugt Polyisocyanate eines einheitlichen oder im Mittel durchschnittlichen Molekulargewichts von 140–600 mit einer NCO-Funktionalität von zwei bis vier. Solche Polyisocyanate sind zum Beispiel Propylendiisocyanat, Ethylethylendiisocyanat, 3,3,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, 1,3-Cyclopenthyldiisocyanat, 1,4,-Cyclohexyldiisocyanat, 1,2-Cyclohexyldiisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 2,4- und 2,6-Diisocyanatotoluol (TDI) sowie Gemische dieser Isomere und deren Di- und Trimere, 4,4- 2,4- und 2,2-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI) sowie Gemische dieser Isomere oder Gemische dieser Isomere mit ihren höheren Homologen, wie sie in bekannter Weise durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten erhalten werden, 1,5-Naphthylendiisocyanat, 1,4-Butandiisocyanat, 2-Methylpentan-1,5-diisocyanat, 1,5-Hexandiisocyanat, 1,6-Hexandiisocyanat (HDI), 1,3- und 1,4-Cyclohexandiisocyanat sowie Gemische dieser Isomere, 2,4- und 2,6-Diisocyanato-1-methylcyclohexan sowie Gemische dieser Isomere, 3,5,5-Trimethyl-3-isocyanatomethylcyclohexanisocyanat (IPDI) und Dicyclohexylmethan-2,4- und -4,4-diisocyanat und Gemische dieser Isocyanate, 4,4'-Diisocyanatodiphenylether und 2,3-Bis-(8-Isocyanatooctyl)-4-octyl-5- hexylcyclohexen, 1-Isocyanatomethyl-5-isocyanato-1,3,3-trimethylcyclohexan, 4,4'-Biphenylendiisocyanat, 1,4-Naphtylendiisocyanat. Bevorzugt werden als Ausgangsisocyanate aromatische Polyisocyanate mit einer NCO-Funktionalität von 2–3. Ganz besonders bevorzugt werden 4,4- 2,4- und 2,2-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI) sowie Gemische dieser Isomere oder Gemische dieser Isomere mit ihren höheren Homologen, wie sie in bekannter Weise durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten erhalten werden.
Als Reaktionspartner der Isocyanate a) zur Adduktbildung eignen sich mehrwertige Alkohole b), vorzugsweise Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propylenglykol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopenthylglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Bisphenole, und/oder Triole, vorzugsweise Glycerin, Trimethylolethan, Trimetylolpropan oder Tris-2-Hydroxyethylisocyanurat. Bevorzugt eingesetzt werden Triole, insbesondere Trimetylolpropan und Glycerin. Ganz besonders bevorzugt wird ein Addukt aus 1 mol Trimethylolpropan und 3 mol 4,4- 2,4- und 2,2-Diisocyanatodiphenylmethan (MDI) sowie Gemische dieser Isomere oder Gemische dieser Isomere mit ihren höheren Homologen, wie sie in bekannter Weise durch Phosgenierung von Anilin/Formaldehyd-Kondensaten erhalten werden.
Als Blockierungsmittel c) für das Polyisocyanataddukt eignen sich aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Alkohole, z. B. Butanol, Isobutanol, 2-Ethylenhexanol, Cyclohexanol, Cyclopentanol, Benzylalkohol, Phenole, Kresole. Weiterhin sind zu nennen Beta-Hydroxylalkylether, z. B. Methyl-, Ethyl-, Butylglykol, Amine, z. B. Di-n-Butylamin, Di-n-Hexylamin, Oxime, z. B. Methylethylketoxim, Diethylketoxim, Hydroxylamine und Lactame, z. B. Epsilon-Caprolactam sowie andere Verbindungen, die ein Wasserstoffatom enthalten, das durch seine Reaktivität eine Umsetzung des Blockierungsmittel mit Isocyanat ermöglicht. Als bevorzugte Blockierungsmittel werden Phenole eingesetzt.
Gemäß der bevorzugten Herstellform wird das Blockierungsmittel oder Blockierungsmittelgemisch c) vorgelegt. Das Polyisocyanat oder die Polyisocyanate a) werden zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird bei einer Temperatur von 10–180°C, bevorzugt 40°C–160°C gerührt bis keine freien Isocyanatgruppen mehr vorhanden sind. Nun werden die bevorzugten Triole und Diole b) zugegeben. Nach Erreichen der Kondensationsviskosität wird mit den üblichen Drahtlacklösemitteln verdünnt. Unter den üblichen Drahtlacklösemitteln werden die weiter unten als organische Lösungsmittel C) definierten verwendet.
Zur Herstellung des erfindungsgemäß einzusetzenden Hydroxypolyols B) eignen sich mehrwertige Alkohole d), vorzugsweise Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propylenglykol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopenthylglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol und/oder Triole, vorzugsweise Glyzerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan oder Tris-2-Hydroxyethylisocyanurat. Besonders bevorzugt werden Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propylenglykol und Tris-2-Hydroxyethylisocyanurat sowie Gemische aus diesen Alkoholen.
Des weiteren können für B) aromatische und aliphatische Carbonsäuren sowie ihre veresterten Derivate e) eingesetzt werden: Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Acelainsäure, Sebacinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Sorbinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimesinsäure, Naphthalindicarbonsäuren. Die veresterten Derivate sind vorzugsweise Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Amyl-, Hexyl- und Octylester. Einsetzbar sind sowohl die Halbester, die Diacylester als auch die Mischungen dieser Verbindungen ebenso wie die entsprechenden Säurehalogenide. Ebenso einsetzbar sind Anhydride wie Z. B. Pyromellithsäuredianhydrid und Trimellithsäureanhydrid, Naphthalintetracarbonsäuredianhydride oder Dianhydride von Tetracarbonsäuren mit zwei Benzolkernen im Molekül, bei denen die Carboxylgruppen in 3,3'4- und 4'-Stellung stehen. Bevorzugt werden Terephthalsäure und Trimellithsäureanhydrid.
Zur Imid- und Amidmodifizierung der erfindungsgemäß einzusetzenden Polyesterpolyole B) eignen sich aromatische, aliphatische und cycloaliphatische Diamine f) wie Ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Benzidin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfon, -sulfoxid, -ether, -tioether, Phenylendiamine, Toluylendiamin, Dioxylylendiamin, Diamine mit drei Benzolkernen im Molekül, z. B. Bis(4-aminophenoxy)-1,4-benzol, 4,4',-dicyclohexylmethandiamin, Monoethanolamin und Monopropanolamine, weiterhin Aminocarbonsäuren wie Glycin, Aminopropansäure, Aminocapronsäuren oder Aminobenzoesäuren. Bevorzugt werden aromatische Diamine wie Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfon, -sulfoxid, -ether, -tioether, Phenylendiamine. Auch Polyisocyanate können zur Amid- und Imidisierung verwendet werden. Hier werden die gleichen Ausgangsisocyanate verwendet, wie für A) beschrieben.
Überraschenderweise sind die erfindungsgemäßen Polyesterimidpolyole trotz des hohen Imidgehaltes in hohen Konzentrationen in den üblichen Drahtlacklösungsmitteln löslich und die daraus hergestellten Polyurethane dabei noch schnell verzinnbar.
Zur Herstellung der Polyester- und modifizierten Polyesterharze werden die bekannten Umesterungskatalysatoren verwendet. Beispielsweise kommen Schwermetallsalze, organische Titanate und Zirkonate, Cerverbindungen sowie organische Säuren wie p-Toluolsulfonsäure in Betracht.
Für die Herstellung der Polyester werden geeignete Katalysatoren in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Einsatzgemisch, vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-% eingesetzt. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um übliche Veresterungskatalysatoren, z. B. Schwermetallverbindungen, organische Titanate und Zirkonate, Cerverbindungen sowie organische Säuren.
Beispiele für Schwermetallverbindungen sind Oxide, Carboxylate und Alkoholate der Metalle Blei, Zink, Zinn, Bismuth und Antimon wie zum Beispiel Bleiacetat und Zinkacetat, -octanoat. Zu den einsetzbaren Titanaten gehören beispielsweise Tetraisopropyltitanat, Tetrapropyltitanat, Tetrabutyltitanat, Tetraamyltitanat, Tetrahexyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetramethyltitanat, Diisopropyldibutyltitanat oder Tetraphenyltitanat, Tetracresyltitanat, Tetrahexyltitanat oder auch Triethanolamintitanat. Beispiele für einsetzbare organische Säuren sind p-Toluolsulfonsäure. Bevorzugte Katalysatoren sind Zinn- und Zinkcarboxylate sowie Zinn- und Zinkoxide und Titanate.
Gemäß einer bevorzugten Herstellform für Komponente B) werden die bevorzugten mehrwertigen Alkohole d), die bevorzugten Carbonsäuren sowie ihre veresterten Derivate und Anhydride e) und der bevorzugte Veresterungskatalysator vorlegt und bei einer Temperatur von 100–200°C, bevorzugt 140–180°C, kondensiert. Dann werden einmalig oder portionsweise die imidbildende Komponenten, bevorzugtes Diamin f) mit bevorzugten Anhydrid e) im Verhältnis von 1:3 bis 3:1, bevorzugt 1:0,8 bis 0,8:1, zugegeben. Die Temperatur wird schrittweise auf 180 bis 250°C, bevorzugt 190°C bis 230°C erhöht und gehalten, bis die Kondensationsviskosität erreicht wurde. Mit den üblichen Drahtlacklösungsmitteln wird auf den gewünschten Festkörpergehalt verdünnt.
In einer weiteren Ausführungsform zur Herstellung für Komponente B) werden die Imid- und Amidbildenden Komponenten f), bevorzugtes Diamin oder Polyisocyanat und der bevorzugte Veresterungskatalysator mit den üblichen Drahtlacklösungsmitteln vorgelegt und bei 50°C bis 200°C, vorzugsweise auf 80°C bis 160°C, reagieren lassen. Anschließend wird zur Vervollständigung der Reaktion auf 150°C bis 220°C, vorzugsweise auf 160°C bis 200°C geheizt und für 1 h bis 8 h gehalten. Dann werden die bevorzugten mehrwertigen Alkohole d) und wahlweise die bevorzugten Diamine f) und optional die bevorzugten Veresterungskatalysatoren zugegeben und bei einer Temperatur von 160°C bis 240°C, vorzugsweise 180°C bis 220°C kondensiert. Nach Kondensationsende wird mit den üblichen Drahtlacklösungsmitteln auf den gewünschten Festkörpergehalt verdünnt.
Als organische Lösungsmittel C) für die hergestellten Bindemittel werden die üblichen Lösungsmittel verwendet, wie sie gewöhnlich für Elektroisoliersysteme verwendet werden. Dies sind Phenole, Kresole, Xylenole sowie deren technische Isomerengemische, Glykolether, Dimethylglykol, Ethylglykol, Isopropylglykol, Butylglykol, Methyldiglykol, Ethyldiglykol, Butyldiglykol, Phenylglykol, Glykoletherester, wie beispielsweise Methylglykolacetat, Ethylglykolacetat, Butylglykolaceat und Methoxypropylacetat, cyclische Carbonate, z. B. Propylencarbonat, cyclische Ester, Gamma-Butyrolacton sowie Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid und N-Methylpyrolidon. Weiterhin können auch aromatische und aliphatische Alkohole und Ester und Phthalate wie Dimethylphthalat und Bezoesäuremethylester, Benzylalkohol, n-Butanol, iso-Butanol, ggf. in Kombination mit den genannten Lösemitteln eingesetzt werden. Außerdem Ketone wie Cyclohexanon, Isophoron.
Die organischen Lösemittel können teilweise durch Verschnittmittel ersetzt werden. Vorzugsweise werden entweder reines Lösemittel bzw. reines Lösemittelgemisch oder Lösemittel mit bis zu 40 Gew.-%, bezogen auf deren Gesamtgewicht, Verschnittmittel verwendet. Beispiele für geeignete Verschnittmittel sind Xylol, Solventnaphtha, Toluol, Ethylbenzol, Cumol, Schwerbenzol, verschiedene Solvesso und Shellsol-Typen sowie Deasol.
Neben den beschriebenen Komponenten enthalten die Elektroisolierlacke gegebenenfalls noch übliche Hilfs- und Zusatzstoffe D) im Bereich von 0 bis 3 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanataddukt und Polyester-Hydroxypolyol. Als Hilfsmittel für die Elektroisolierlacke können beispielsweise verlaufsverbessernde Phenol- oder Melaminharze oder andere übliche Verlaufsmittel, z. B. auf Basis von Polyacrylaten und Polysiloxanen zum Einsatz kommen.
Außerdem können die Elektroisolierlacke Vernetzungskatalysatoren enthalten; bevorzugt enthalten sie diese in Mengen von 0,5 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanataddukt und Polyester-Hydroxypolyol. Im Falle der Drahtüberzugsmittel auf Polyurethanbasis haben sich Organometallverbindungen z. B. der Metalle Kalium, Magnesium, Aluminium, Zinn, Blei, Zink, Eisen, Titan, Bismuth, Antimon und Zirkon sowie tertiäre Amine als Vernetzungskatalysatoren bewährt, die üblicherweise in Mengen von 0,5 bis 2,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanataddukt und Polyester-Hydroxypolyol eingesetzt werden.
Die hyxdroxylhaltigen Polyester B) und das blockierte Isocyanataddukt A) werden in einer erfindungsgemäßen Variante zusammen in einer Menge von 18 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektroisolierlacks, eingesetzt. Die Menge an blockierten Isocyanataddukten liegt dabei zwischen 150 und 500 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile hydroxylgruppenhaltiger Polyester, abhängig von dem OH-Äquivalent des (modifizierten) Polyesters und von dem Gehalt an blockierten NCO-Gruppen des Isocyanataddukte. Das Verhältnis von Hydroxylgruppen zu Isocyanatgruppen kann dabei von 3:1 bis 1:3, bevorzugt 2:1 bis 1:2 betragen. Es ist von Vorteil, wenn ein leichter Überschuß an Hydroxylgruppen vorliegt, bevorzugt ein zahlenmäßiger Überschuß von bis zu 10%, insbesondere bis zu 5%, bezogen auf die Isocyanatgruppen.
Die erfindungsgemäßen Elektroisolierlacke sind verzinnbar. Bevorzugt sind die Elektroisolierlacke Drahtlacke.
Die Elektroisolierlacke können mittels üblicher Drahtlackiermaschinen aufgebracht und gehärtet werden. Dabei wird die jeweils erforderliche Lackfilmstärke durch mindestens 1 bis zu 10 Einzelaufträge aufgebaut, wobei jeder einzelne Lackauftrag vor dem erneuten Lackauftrag blasenfrei ausgehärtet wird. Übliche Lackiermaschinen arbeiten mit Abzugsgeschwindigkeiten von 5 m/min bis zu mehreren hundert m/min, je nach Dicke des zu beschichtenden Drahtes. Typische Ofentemperaturen liegen zwischen 300 und 550°C. Bevorzugte Lackierbedingungen:

Temperatur: ca. 400°C

Auftragssystem: Filz

Drahtdurchmesser: 0,15 mm

Zahl der Durchzüge: 10

Zunahmegrad: 2 L
Die lackierten Drähte werden nach IEC 60851 geprüft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert:
Beispiele
Beispiel 1: Herstellung eines blockierten Polyisocyanataddukts A
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff 283 g Kresol m-p (meta-para-Isomerengemisch) und 267 g Suprasec^© X 1004 (Huntsman) eingewogen. Der Ansatz wird auf 30°C erhitzt, wobei eine exotherme Reaktion einsetzt. Anschließend wird der Ansatz mit 5–10°K/h auf eine Reaktionstemperatur von 160°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird der Ansatz gehalten, bis der NCO-Gehalt < 1% beträgt. Dann werden 51 g Trimethylolpropan (TMP) zugegeben. Der Reaktionsansatz wird so lange kondensiert bis das ganze TMP wegreagiert ist. Danach erfolgt Zugabe von 190 g Kresol m-p und 208 g Solventnaphtha^© und es wird 4 h gerührt. Das erhaltene Polyisocyanataddukt hat eine Viskosität von ca. 2000 mPas (23°C) und einen Festkörpergehalt von 43% (1 g/1 h/180°C).
Beispiel 2: Herstellung eines blockierten Polyisocyanataddukts B
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff 30 g Kresol m-p, 42 g Phenol, und 211 g Xylenol DG (technisches Xylenol) eingewogen und auf 80°C erhitzt. Dann werden 266 g 4,4-MDI zugegeben. Eine exotherme Reaktion setzt ein. Anschließend wird der Ansatz mit 5–10°K/h auf eine Reaktionstemperatur von 160°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird der Ansatz gehalten, bis der NCO-Gehalt < 1% beträgt und bei 160°C kondensiert. Danach werden 51 g Trimethylolpropan zugegeben. Nach dem wegreagieren des TMP erfolgt Zugabe von 190 g Kresol m-p und 208 g Solventnaphtha^© und es wird 4 h gerührt. Das erhaltene Polyisocyanataddukt hat eine Viskosität von ca. 2000 mPas (23°C) und einen Festkörpergehalt von 43% (1 g/1 h/180°C).
Beispiel 3: Herstellung eines blockierten Polyisocyanataddukts C
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff 1417 g Kresol m-p, 1061 g 4,4-MDI (4,4-Diisocyanatodiphenylmethan) und 323 g Suprasec 2085^© (polyfunktionales Isocyanat der Huntsman) eingewogen. Der Ansatz wird auf 40°C erhitzt, wobei eine exotherme Reaktion einsetzt. Anschließend wird der Ansatz mit 5–10°K/h auf eine Reaktionstemperatur von 160°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wird der Ansatz gehalten, bis der NCO–Gehalt < 1% beträgt. Danach werden 203 g Trimethylolpropan zugegeben. Der Reaktionsansatz wird so lange kondensiert bis das ganze TMP wegreagiert ist. Dann erfolgt Zugabe von 953 g Kresol m-p und 1040 g Solventnaphtha^© und es wird 4 h gerührt. Das erhaltene Polyisocyanataddukt hat eine Viskosität von 1380 mPas (23°C) und einen Festkörpergehalt von 42,4% (1 g/1 h/180°C).
Beispiel 4: Herstellung eines Hydroxypolyols A
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff folgende Komponenten eingewogen: 179 g Ethylenglykol, 0,6 g Zinkoctoat. Dann werden in vier Portionen 277 g Trimellithsäureanhydrid und 93 g 4,4-Diaminodiphenylmethan zugegeben und auf 190°C erhitzt. Der Ansatz wird bei 220°C polykondensiert bis eine Säurezahl von < 10 mg/KOH/g erreicht ist. Dann wird der Ansatz mit 113 g Kresol, 340 g Phenol und 90,91 g Solventnaphtha^© verdünnt. Das so hergestellte Hydroxypolyesterimid A hat eine Viskosität von 4700 mPas (23°C) und einen Festkörper von 44% (1 g/1 h/180°C) und einen Imidanteil von ca. 12 Gew.-%.
Beispiel 5: Herstellung eines Hydroxypolyols B
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff folgende Rohstoffe eingewogen: 1162 g Kresol, 90 g Solventnaphtha^©, 536 g Desmodur VL^© der Bayer AG, 768 g Trimellithsäureanhydrid, 1 g Dibutylzinnoxid. Dann wird vorsichtig bis auf 180°C erhitzt. Die Schaumbildung bedingt durch die Abspaltung von Kohlendioxid bestimmt dabei die Aufheizrate. Bei einer Temperatur von 180°C wird der Ansatz 5 h polykondensiert bis keine Abspaltung von Kohlendioxid mehr nachweisbar ist. Dann erfolgt bei einer Temperatur von 180°C die Zugabe von 250 g Ethylenglykol und 0,5 g Dibutylzinnoxid. Es wird mit 10K°/h auf 200°C erhitzt. Nach Erreichen des Klarpunktes bei 200°C wird 4 h gehalten. Der Ansatz wird mit 200 g Kresol und 432 g Solventnaphtha^© aufgenommen. Das so hergestellte Hydroxypolyesterimid B hat eine Viskosität von 3850 mPas (23°C) und einen Festkörper von 44,5% (1 g/1 h/180°C) und einen Imidanteil von ca. 18 Gew.-%.
Beispiel 6: Herstellung eines Hydroxypolyols C
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff folgende Rohstoffe eingewogen: 1500 g Kresol, 50 g Solventnaphtha^©, 536 g Desmodur VL^© der Bayer AG, 768 g Trimellithsäureanhydrid und 1 g Dibutylzinnoxid. Dann wird vorsichtig bis auf 180°C erhitzt. Die Schaumbildung bedingt durch die Abspaltung von Kohlendioxid bestimmt dabei die Aufheizrate. Bei einer Temperatur von 180°C wird der Ansatz 5 h polykondensiert bis keine Abspaltung von Kohlendioxid mehr nachweisbar ist. Dann erfolgt bei einer Temperatur von 150°C die Zugabe von 150 g Ethylenglykol, 2 g Butyltitanat und 396 g 4,4-Diaminodiphenylmethan. Es wird mit 10K°/h auf 200°C erhitzt. Bei einer Temperatur von 200°C wird 4 h gehalten. Der Ansatz wird mit 414 g Solventnaphtha^© aufgenommen. Das so hergestellte Hydroxypolyesterimid C hat nach weiterem verdünnen mit 100 g Kresol und 300 g Solventnaphtha^© eine Viskosität von 11200 mPas (23°C) und einen Festkörper von 43,1% (1 g/1 h/180°C) und einen Imidanteil von ca. 15 Gew.-%.
Beispiel 7: Herstellung eines Hydroxypolyols D
In einer Reaktionsapparatur mit einem Kondensatabscheider werden unter Rühren und Einleitung von Stickstoff folgende Rohstoffe eingewogen: 2500 g Kresol, 100 g Solventnaphtha^©, 1536 g Trimellithsäureanhydrid, 2 g Dibutylzinnoxid. Der Ansatz wird auf 150°C erhitzt, ab 150°C wird aus einem Tropftrichter 1072 g Desmodur VL^© dosiert wobei, die Schaumbildung die Dosiergeschwindigkeit bestimmt. Nach der Zugabe des Polyisocyanat wird mit 10°K/h auf 180°C erhitzt und der Ansatz 5 h polykondensiert bis keine Abspaltung von Kohlendioxid mehr nachweisbar ist. Bei einer Temperatur von 180°C erfolgt die Zugabe von 720 g 1,2-Propylenglykol und 6 g Dibutylzinnoxid. Es wird mit 10K°/h auf 200°C erhitzt. Bei einer Temperatur von 200°C wird 4 h gehalten. Der Ansatz wird mit 700 g Kresol/Solventnaphtha 2:1 angelöst. Das so hergestellte Hydroxypolyesterimid hat eine Viskosität von 8160 mPas (23°C) und einen Festkörper von 45,57% (1 g/1 h/180°C) und einen Imidanteil von ca. 17 Gew.-%. 1500 g der Harzlösung werden mit 295 g 4,4-Diaminodiphenylmethan und mit 2 g Dibutylzinnoxid versetzt. Der Reaktionsansatz wird langsam auf 215°C erhitzt und 4 h gehalten. Nach dem Abkühlen auf 200°C wird der Ansatz mit 433 g Kresol und 216 g Solventnaphtha^© aufgenommen. Das so hergestellte Hydroxypolyesterimid D hat eine Viskosität von 16600 mPas (23°C) und einen Festkörper von 41,89% (1 g/1 h/180°C) und einen Imidanteil von ca. 12 Gew.-%.
Beispiel 8: Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektroisolierlacks
In einem Mischer werden folgende PUR-Lackrohstoffe eingewogen: 5300 g Polyisocyanataddukt B, 1900 g Desmodur CT stabil (40%ige Lösung), 3132 g Kresol, 1375 g Solventnaphtha^©, 1350 g Xylol, 25 g Dibutylzinndilaurat. Der Lackansatz wird 4 h intensiv gerührt. 4400 g der Lacklösung werden mit 602 g Hydroxypolyol C, dass zuvor mit 150 g Kresol verdünnt wurde intensiv gemischt. Mit Xylol und Solventnaphtha^© wird der PUR-Drahtlack auf einen Festkörper von 24,8% (1 g/1 h/180°C) eingestellt. Ein mit diesem Lack beschichteter Draht ist bei 400°C innerhalb von 3 sec. verzinnbar, der tan-delta Knickpunkt liegt bei 221°C, die Erweichungstemperatur beträgt 275°C.
Beispiel 9: Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektroisolierlacks
In einem Mischer werden folgende PUR-Lackrohstoffe eingewogen: 3531 g Polyisocyanataddukt A, 1311 g Desmodur CT stabil (40%ige Lösung), 2058 g Kresol, 884 g Solventnaphtha^©, 884 g Xylol, 27 g Vulcacit 576^© und 87 g eines silikonhaltigen Verlaufsadditivs. Der Lackansatz wird 4 h intensiv gerührt. 4394 g der Lacklösung werden mit 604 g Hydroxypolyol C, dass zuvor mit 150 g Kresol verdünnt wurde, gemischt und mit 150 g Xylol und 150 g Solventnaphtha^© auf einen Festkörper von 23,85% (1 g/1 h/180°C) eingestellt. Ein mit diesem Lack beschichteter Draht ist bei 400°C innerhalb von 2 sec. verzinnbar, der tan-delta Knickpunkt liegt bei 211°C, die Erweichungstemperatur beträgt 280°C.
Beispiel 10: Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektroisolierlacks
In einem Mischer werden folgende PUR-Lackrohstoffe eingewogen: 3025 g Polyisocyanataddukt C, 925 g Desmodur CT stabil (40%ige Lösung), 1690 g Kresol, 706 g Solventnaphtha^©, 706 g Xylol, 20 g Dibutylzinndilaurat und 67 g eines silikonhaltigen Verlaufsadditivs. Der Lackansatz wird 4 h intensiv gerührt. 3570 g der Polyisocyanataddukt C Lacklösung werden mit 513 g Hydroxypolyol C, dass zuvor mit 160 g Kresol verdünnt wurde, gemischt und mit 64 g Xylol und 64 g Solventnaphtha^© auf einen Festkörper von 24,5% (1 g/1 h/180°C) eingestellt. Ein mit diesem Lack beschichteter Draht ist bei 400°C innerhalb von 3 sec. verzinnbar, der tan-delta Knickpunkt liegt bei 215°C, die Erweichungstemperatur beträgt 285°C.
Beispiel 11: Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektroisolierlacks
In einem Mischer werden folgende PUR-Lackrohstoffe eingewogen: 3025 g Polyisocyanataddukt C, 925 g Desmodur CT stabil (40%ige Lösung), 1690 g Kresol, 706 g Solventnaphtha^©, 706 g Xylol, 1054,0 g Dimethylphthalat, 26 g Vulcacit 576^©, 2 g Dibutylzinndilaurat und 67 g eines silikonhaltigen Verlaufsadditivs. Der Lackansatz wird 4 h intensiv gerührt. 3570 g Polyisocyanataddukt C Lacklösung werden 533 g Hydroxypolyol D, dass zuvor mit 160 g Kresol verdünnt wurde, gemischt und mit 64 g Xylol und 64 g Solventnaphtha^© auf einen Festkörper von 24,5% (1 g/1 h/180°C) eingestellt. Ein mit diesem Lack beschichteter Draht ist bei 400°C innerhalb von 1 sec. verzinnbar, der tan-delta Knickpunkt liegt bei 220°C, die Erweichungstemperatur beträgt 280°C.
Beispiel 12: Herstellung eines Elektroisolierlacks als Vergleichsbeispiel
In einem Mischer werden folgende PUR-Lackrohstoffe eingewogen: 3531 g Polyisocyanataddukt A, 1311 g Desmodur CT stabil (40%ige Lösung), 2058 g Kresol, 884 g Solventnaphtha^©, 884 g Xylol, 27 g Vulcacit 576^© und 87 g eines silikonhaltigen Verlaufsadditivs. Der Lackansatz wird 4 h intensiv gerührt. 4394 g der Polyisocyanataddukt A Lacklösung werden mit 604 g Hydroxypolyol A, dass zuvor mit 150 g Kresol verdünnt wurde, gemischt und mit 150 g Xylol und 150 g Solventnaphtha^© auf einen Festkörper von 23,94% (1 g/1 h/180°C) eingestellt. Ein mit diesem Lack beschichteter Draht ist bei 400°C innerhalb von 1 sec. verzinnbar, der tan-delta Knickpunkt liegt bei 185°C, die Erweichungstemperatur beträgt 255°C.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1957157 [0002]
- DE 10051392 [0002]
- DE 2840352 [0003, 0006, 0006]
- DE 2545912 [0003]

Claims

Elektroisolierlack, bestehend aus A) mindestens einem blockiertem Polyisocyanataddukt, wobei dessen Anteil 5–30 Gew.-% beträgt, bevorzugt 10–20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes, B) mindestens einem Polyester-Hydroxypolyol enthaltend Imid- und/oder Amidgruppen, wobei dessen Anteil 1–20 Gew.-% beträgt, bevorzugt 3–10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes, C) organischen Lösungsmitteln, wobei deren Anteil 50–90 Gew.-% beträgt, bevorzugt 70–85 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Elektroisolierlackes, D) weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen, wobei deren Anteil 0–3 Gew.-% beträgt, bevorzugt 0,001–1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Polyisocyanataddukt und Polyester-Hydroxypolyol, und wobei die resultierenden Imidverbindungen einen theoretischen Imidgehalt von 8 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-% aufweisen.
Elektroisolierlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Lackieren und Einbrennen eine Erweichungstemperatur von mindestens 270°C, bevorzugt von 275°C, insbesondere von mindestens 280°C aufweist.
Elektroisolierlack nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Lackieren und Einbrennen einen tan-delta von mindestens 200°C aufweist.
Elektroisolierlack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Lackieren und Einbrennen eine Verzinnzeit von maximal 4 Sekunden bei 400°C aufweist.
Verfahren zur Herstellung der Elektroisolierlacke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bestandteile A), B), C) und D) miteinander mischt.
Verwendung der Elektroisolierlacke nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei der Beschichtung von Motoren, Spulen, Transformatoren, Fein- und Feinstdrähten und für hitzeresistente Substrate, insbesondere für Drähte.
Verwendung der Elektroisolierlacke nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Lackiermaschinen bei Bedingungen von – Abzugsgeschwindigkeiten von 5 m/min bis zu mehreren hundert m/min, – Ofentemperaturen zwischen 300 und 550°C – 1 bis 20 Durchzügen.