DE102011006437A1 - Polyester- oder Polyesterimidharze, welche mit dem cyclischen Imid einer aromatischen Tricarbonsäure terminiert sind, sowie diese enthaltende Drahtlack-Zusammensetzungen - Google Patents

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Abstract

Polyester- oder Polyesterimidharz, erhältlich durch Umsetzung von a) mindestens einem aliphatischen oder aromatischen Polyol, b) mindestens einer aliphatischen oder aromatischen Polycarbonsäure oder eines esterbildenden Derivats derselben, c) gegebenenfalls einer mindestens difunktionellen, Imidgruppen enthaltenden Verbindung, die mit Polyolen und/oder Polycarbonsäuren unter Ausbildung von Estergruppen reagiert, d) dem cyclischen Imid aus einer aromatischen Tricarbonsäure und einem primären aromatischen Monoamin, wobei die Imidgruppen enthaltende Verbindung auch während der Umsetzung der Komponenten a), b), c) und d) in situ gebildet werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Polyester- oder Polyesterimidharze, welche mit dem cyclischen Imid einer aromatischen Tricarbonsäure terminiert sind, sowie neuartige Drahtlack-Zusammensetzungen enthaltend diese Polyester- oder Polyesterimidharze, und deren Verwendung.
  • Die Herstellung von Transformatoren, Elektromotoren, Generatoren und elektrischen Messgeräten stellt immer höhere Anforderungen an lackisolierte Kupfer- und Aluminiumdrähte. Bei der Verarbeitung werden die Lackdrähte zunehmend stärker gedehnt, gequetscht und gewunden. Auch im laufenden Betrieb sind die Lackdrähte Vibrationen, Stauchungen und Temperaturbelastungen unterworfen. Der auf den Draht aufgetragene Drahtlack muss daher viele Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Er sollte eine hohe chemische und thermische Beständigkeit, eine gute Haftung auf Drähten und eine besonders gute mechanische Festigkeit aufweisen. Beim Einsatz in umrichtergesteuerten elektrischen Motoren muss er unempfindlich gegenüber der auftretenden Teilentladung sein, um Kurzschlüsse zu verhindern. Zur Erfüllung der immer höheren Materialanforderungen bedarf es daher einer stetigen Verbesserung der Materialeigenschaften der eingesetzten Drahtlacke.
  • Die sich heutzutage auf dem Markt befindenden Drahtlacke sind im Wesentlichen Lösungen der gängigen Bindemittel in organischen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen. Weit verbreitet sind Bindemittel wie Polyester-, Tris-2-hydroxyethylisocyanurat(THEIC)-modifizierte Polyesterharze, Polyesterimidharze, THEIC-modifizierte Polyesterimidharze und Polyurethanharze.
  • Die Verwendung von Polyesterharz- und THEIC-modifizierten Polyesterharz-Lösungen als Drahtlacke ist beispielsweise aus US 3,342,780 , US 3,249,578 , EP 0 144 281 A1 und WO 93/12188 A1 bekannt. Neben Polyesterharzen oder THEIC-modifizierten Polyesterharzen und organischen Lösungsmitteln enthalten Drahtlacke oft Vernetzungsmittel, Vernetzungskatalysatoren und andere Additive und Hilfsstoffe.
  • Polyesterimidharze und THEIC-modifizierte Polyesterimidharz-Lösungen als Drahtlacke sind beispielsweise aus DE-A 1 445 263 , DE-A 1 495 100 sowie WO 91/07469 A1 bekannt. Neben Polyesterimidharzen oder THEIC-modifizierten Polyesterimidharzen und organischen Lösungsmitteln enthalten diese Drahtlacke häufig dieselben Vernetzungsmittel, Vernetzungskatalysatoren und weiteren Additive und Hilfsstoffe wie die Drahtlacke auf Polyester-Basis.
  • An Tränk-, Verguss- und Überzugsmassen für elektrische Bauteile werden hohe Anforderungen bezüglich deren thermischer Stabilität und Wärmeformbeständigkeit gestellt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Polyester- und Polyesterimid-Drahtlacke bereitzustellen, die ein verbessertes Eigenschaftsprofil im Vergleich zu bisher verwendeten Polyester- und Polyesterimid-Drahtlacken aufweisen. Die mit den Polyester- und Polyesterimid-Drahtlacken beschichteten Kupferdrähte sollen gegenüber den mit herkömmlichen Drahtlacken lackierten Kupferdrähten verbesserte thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte thermische Stabilität aufweisen.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Polyester- oder Polyesterimidharz, erhältlich durch Umsetzung von
    • a) mindestens einem aliphatischen oder aromatischen Polyol,
    • b) mindestens einer aliphatischen oder aromatischen Polycarbonsäure oder eines esterbildenden Derivats derselben,
    • c) gegebenenfalls einer mindestens difunktionellen, Imidgruppen enthaltenden Verbindung, die mit Polyolen und/oder Polycarbonsäuren unter Ausbildung von Estergruppen reagiert,
    • d) dem cyclischen Imid aus einer aromatischen Tricarbonsäure und einem primären aromatischen Monoamin,
    wobei die Imidgruppen enthaltende Verbindung c) auch während der Umsetzung der Komponenten a), b), c) und d) in situ gebildet werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe weiterhin durch eine Drahtlack-Zusammensetzung enthaltend
    • (A) 10 bis 80 Gew.-% mindestens eines erfindungsgemäßen Polyester- oder Polyesterimidharzes
    • (B) 20 bis 90 Gew.-% eines Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemischs,
    • (C) 0 bis 20 Gew.-% eines Phenol-Formaldehyd- oder Kresol-Formaldehydharzes,
    • (D) 0 bis 5 Gew.-% eines Katalysator, sowie
    • (E) 0 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer üblicher Additive und Hilfsstoffe,
    wobei die Summe der Komponenten (A) bis (E) 100 Gew.-% ergibt.
  • Es wurde gefunden, dass die mit dem cyclischen Imid aus einer aromatischen Tricarbonsäure und einem primären aromatischen Monoamin (Komponente d) modifizierten Polyester- oder Polyesterimidharze Drahtlack-Zusammensetzungen ergeben, die gegenüber Drahtlack-Zusammensetzungen auf Basis von entsprechenden nicht modifizierten Polyester- oder Polyesterimidharzen eine verbesserte Haftung auf Kupferdrähten aufweisen. Außerdem weisen mit dem erfindungsgemäßen Drahtlack lackierte Kupferdrähte im Vergleich zu mit herkömmlichem Drahtlack lackierten Kupferdrähten verbesserte thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften auf.
  • Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung eingesetzte Bindemittel (A) ist ein Polyesterharz oder Polyesterimidharz.
  • Die erfindungsgemäß mit einem cyclischen Imid einer aromatischen Tricarbonsäure mit einem primären aromatischen Monoamin (Komponente d)) modifizierten Polyesterharze und Polyesterimidharze leiten sich von an sich bekannten Polyester- und Polyesterimidharzen ab, wie sie beispielsweise in US 3,342,780 , US 3,249,578 , US 4,081,427 , US 4,476,279 , EP-A 0 144 281 und WO 91/07469 beschrieben sind.
  • Für die Herstellung der Polyesterharze geeignete Polyole a) sind aliphatische oder aromatische Polyole, sowie deren Gemische. Geeignete Diole sind beispielsweise Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propandiol, 1,2-, 1,3- und 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, Neopentylglykol, Diethylenglykol und Triethylenglykol. Geeignete Triole sind beispielsweise Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan und THEIC. Bevorzugte Polyole sind Ethylenglykol, Glycerin und THEIC, sowie deren Gemische. Besonders bevorzugt sind Ethylenglykol und THEIC sowie deren Gemische.
  • Für die Herstellung der Polyesterharze geeignete Polycarbonsäuren b) sind aliphatische oder aromatische Polycarbonsäuren sowie deren esterbildende Derivate, also deren Anhydride, Carbonsäurehalogenide und Alkylester, sowie deren Gemische. Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Trimesinsäure, Naphthalindicarbonsäuren, deren Anhydride, soweit sie existieren, deren Carbonsäurehalogenide, sowie deren C1-C8-Alkylester wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Amyl-, Hexyl- und Octylester. Geeignet sind sowohl die Monoalkylester, die Dialkylester als auch deren Gemische. Geeignete Tricarbonsäuren sind beispielsweise Zitronensäure und Trimellitsäure, deren Anhydride, Carbonsäurechloride und Alkylester. Geeignete Tetracarbonsäuren sind beispielweise Pyromellitsäure und Naphthalintetracarbonsäure, deren Anhydride, Carbonsäurechloride und Alkylester. Bevorzugte Polycarbonsäuren sind aromatische Dicarbonsäuren wie Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure, deren Anhydride, soweit sie existieren, deren Carbonsäurehalogenide, sowie deren C1-C8-Alkylester wie Methyl-, Ethyl-, Propyl- Butyl-, Amyl-, Hexyl- und Octylester. Besonders bevorzugt sind Dialkylterephthalate wie Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat und Dipropylterephthalat.
  • Für die Herstellung der Polyesterharze geeignete Veresterungskatalysatoren sind beispielsweise Metallsalze wie Bleiacetat, Zinkacetat, organische Titanate wie Tetramethyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetrapropyltitanat, Tetrabutyltitanat, Tetraamyltitanat, Tetrahexyltitanat, oder organische Säuren wie p-Toluolsulfonsäure. Bevorzugt sind organische Titanate wie Tetramethyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetrapropyltitanat, Tetrabutyltitanat, Tetraamyltitanat und Tetrahexyltitanat. Besonders bevorzugt ist Tetrabutyltitanat.
  • Die Herstellung der Polyesterimidharze erfolgt in bekannter Weise durch Veresterung von Polycarbonsäuren mit Polyolen in Gegenwart von imidgruppenhaltigen Verbindungen, Veresterungskatalysatoren und gegebenenfalls Hydroxycarbonsäuren. Anstelle der imidgruppenhaltigen Verbindungen können auch Verbindungen eingesetzt werden, aus denen während der Veresterung imidgruppenhaltige Verbindungen hervorgehen.
  • Für die Herstellung der Polyesterimidharze eignen sich prinzipiell dieselben Polycarbonsäuren, Polyole und Veresterungskatalysatoren, die sich auch für die Herstellung der oben beschriebenen Polyesterharze eignen. Polyesterimidharze sind Polyesterharze im weiteren Sinne, doch enthalten sie kettenständig gebundene imidgruppenhaltige Bausteine. Diese werden bei Veresterung der Polyole mit den Polycarbonsäuren mit umgesetzt oder während der Veresterung gebildet und in die Polyesterkette mit eingebaut. Bevorzugte Polycarbonsäuren sind aromatische Dicarbonsäuren, deren Anhydride, soweit sie existieren, deren Carbonsäurehalogenide, sowie deren niedere Alkylester, insbesondere deren C1-C4-Alkylester. Besonders bevorzugt sind Dialkylterephthalate wie Dimethylterephthalat, Diethylterephthalat und Dipropylterephthalat. Bevorzugte Polyole sind Ethylenglykol, Glycerin und THEIC sowie deren Gemische. Besonders bevorzugt sind Ethylenglykol und THEIC sowie deren Gemische.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Komponente b) THEIC. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Komponente b) THEIC und Ethylenglykol.
  • Die imidgruppenhaltigen Verbindungen c), welche bei der Veresterung mit umgesetzt oder während der Veresterung gebildet werden, können beispielsweise durch Reaktion von cyclischen Carbonsäureanhydriden, die mindestens eine weitere funktionelle Gruppe besitzen, mit primären Aminen, die mindestens eine weitere funktionelle Gruppe besitzen, vor der Veresterungsreaktion hergestellt werden.
  • Geeignete cyclische Carbonsäureanhydride mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe sind beispielsweise Pyromellitsäuredianhydrid, Trimellitsäureanhydrid und Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid. Bevorzugt ist Trimellitsäureanhydrid.
  • Geeignete primäre Amine mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe sind vorzugsweise diprimäre Diamine wie Ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Benzidin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylketon, -sulfon, -sulfoxyd, -ether und -thioether, Phenylendiamin, Toluylendiamin, Xylylendiamin, Aminoalkohole wie Monoethanolamin, Monopropanolamine, sowie Aminocarbonsäuren wie Glycin, Aminopropionsäure, Aminocapronsäure und Aminobenzoesäure. Bevorzugt sind diprimäre Diamine wie Ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, Nonamethylendiamin, Benzidin und Diaminodiphenylmethan. Besonders bevorzugt ist Diaminodiphenylmethan (Methylendianilin).
  • Bevorzugte imidgruppenhaltige Verbindungen sind Umsetzungsprodukte von Trimellitsäureanhydrid und diprimären Diaminen.
  • Diprimäre Diamine können mit Tricarbonsäureanhydriden im Molverhältnis 1:2 umgesetzt werden. Beispielsweise können imidgruppenhaltige Verbindungen c) durch Reaktion von 2 mol Trimellitsäureanhydrid mit 1 mol der genannten diprimären Diamine erhalten werden.
  • Als aminogruppenhaltige Verbindungen mit einer weiteren funktionellen Gruppe sind Aminoalkohole geeignet, z. B. Monoethanolamin und Monopropanolamine, weiterhin Aminocarbonsäuren wie Glycin, Aminopropansäure, Aminocapronsäuren oder Aminobenzoesäuren. Diese können beispielsweise mit Tricarbonsäureanhydriden im Molverhältnis 1:1 oder mit Tetracarbonsäuredianhydriden im Molverhältnis 2:1 umgesetzt werden.
  • Beispielsweise können Imidgruppen auch durch Umsetzung mit Verbindungen, die durch Reaktion von 1 mol Pyromellitsäuredianhydrid und 2 mol der genannten Aminoalkohole oder Aminocarbonsäuren erhältlich sind, in die Polymerkette eingeführt werden.
  • Beispielsweise können Imidgruppen auch durch Umsetzung mit Verbindungen, die durch Reaktion von 1 mol Trimellitsäureanhydrid mit 1 mol der genannten Aminocarbonsäuren erhältlich sind, in die Polymerkette eingeführt werden.
  • Anstelle der imidgruppenhaltigen Verbindungen, deren Herstellung vor der Veresterungsreaktion erfolgt, können bei der Herstellung der Polyesterimidharze auch die aufgeführten cyclischen Carbonsäureanhydride mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe und primären Amine mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe direkt in der Veresterungsreaktion eingesetzt werden. In einer Ausführungsform werden die cyclischen Carbonsäureanhydride mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe und die primären Amine mit mindestens einer weiteren funktionellen Gruppe direkt in der Veresterungsreaktion eingesetzt.
  • Das Polyesterharz oder Polyesterimidharz wird erfindungsgemäß modifiziert, indem als Komponente d) das cyclischen Imid aus einer aromatischen Tricarbonsäure und einem primären aromatischen Monoamin umgesetzt wird, wodurch am Polymerkettenende aromatisch substituierte Imidgruppen eingeführt werden.
  • Das cyclische Imid der aromatischen Tricarbonsäure kann durch Umsetzung des Anhydrids der aromatischen Tricarbonsäure oder auch durch Umsetzung der aromatischen Tricarbonsäure selbst mit einem aromatischen Monoamin erhalten werden.
  • Bevorzugtes aromatisches Tricarbonsäureanhydrid ist Trimellitsäureanhydrid. Geeignete primäre aromatische Amine sind Anilin, Naphthylamin, 2-Aminopyridin, 3-Aminopyridin und 4-Aminopyridin. Bevorzugt ist Anilin.
  • Besonders bevorzugt ist das cyclische Imid aus Trimellitsäure- bzw. Trimellitsäureanhydrid und Anilin (N-Phenyltrimellitsäureimid).
  • Im Allgemeinen wird die Komponente d) in Mengen von 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf die Menge der Komponenten a) bis d) eingesetzt.
  • Die erfindungsgemäß modifizierten Polyester- oder Polyesterimidharze werden in der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung üblicherweise in Mengen von 10 bis 80 Gew.-%, bevorzugt 25 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt von 30 bis 55 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten (A) bis (E), eingesetzt.
  • Als Lösungsmittel (B) werden in dem erfindungsgemäßen Drahtlack die üblichen Drahtlacklösungsmittel und deren Gemische verwendet. Diesen werden als Verschnittmittel üblicherweise aromatische Kohlenwasserstoffe sowie Gemische aromatischer Kohlenwasserstoffe zugesetzt. Geeignete Drahtlacklösungsmittel sind beispielsweise aromatische Alkohole wie Phenol, Kresol und Xylenol, Glykolether wie Butylglykol, Methyldiglykol, Ethyldiglykol, Butyldiglykol und Phenylglykol, Ester wie Benzoesäuremethylester, Bemsteinsäuredimethylester, Glutarsäuredimethylester, Adipinsäuredimethylester, Amide wie Dimethylformamid und N,N-Dimethylacetamid, cyclische Ketone wie Cyclohexanon und Isophoron, cyclische Carbonate wie Propylencarbonat, Lactone wie γ-Butyrolacton und Lactame wie N-Methylpyrrolidon. Geeignete Verschnittmittel sind beispielsweise aromatische Kohlenwasserstoffe wie Xylol, Toluol, Ethylbenzol und Cumol, sowie Gemische aromatischer Kohlenwasserstoffe wie Solvent-Naphtha und Schwerbenzol. Bevorzugt verwendet werden Gemische von aromatischen Alkoholen wie Phenol, Kresol und Xylenol mit aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Xylol, Toluol, Ethylbenzol und Cumol oder Gemischen aromatischer Kohlenwasserstoffe wie Solvent-Naphtha und Schwerbenzol, ggf. mit Lactamen wie N-Methylpyrrolidon. Besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus Kresol, Xylenol und Solvent-Naphtha.
  • Die Lösungsmittel werden in der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung üblicherweise in Mengen von 20 bis 90 Gew.-%, bevorzugt von 30 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 55 bis 65 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten (A) bis (E), eingesetzt.
  • Als Komponente (C) können bis zu 20 Gew.-% eines Phenol-Formaldehyd- oder Kresol-Formaldehydharzes mit eingesetzt werden. Wird ein Phenol-Formaldehyd- oder Kresol-Formaledhydharz mit umgesetzt, dann in Mengen von im Allgemeinen 1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 7 Gew.-% bezogen auf die Menge der Komponenten (A) bis (E).
  • Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Drahtlacks geeignete Katalysatoren (D) sind beispielsweise Metallsalze wie Bleiacetat, Zinkacetat, organische Titanate wie Tetramethyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetrapropyltitanat, Tetrabutyltitanat, Tetraamyltitanat, Tetrahexyltitanat, oder organische Säuren wie p-Toluolsulfonsäure. Bevorzugt sind organische Titanate wie Tetramethyltitanat, Tetraethyltitanat, Tetrapropyltitanat, Tetrabutyltitanat, Tetraamyltitanat und Tetrahexyltitanat. Besonders bevorzugt ist Tetrabutyltitanat.
  • Der Katalysator wird in der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung üblicherweise in Mengen von 0 bis 5 Gew.-%, bevorzugt von 0,2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten (A) bis (E), eingesetzt.
  • Der erfindungsgemäße Drahtlack kann eines oder mehrere übliche Additive und Hilfsstoffe (E) enthalten. Als Additive und Hilfsstoffe für Drahtlacke können beispielsweise übliche Verlaufsmittel auf Basis von Polyacrylaten und Polysiloxanen verwendet werden.
  • Die Additive und Hilfsstoffe werden bei der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung üblicherweise in Mengen von 0 bis 2 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 1,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten (A) bis (E), eingesetzt.
  • Die Drahtlacke werden nach den üblichen Verfahren hergestellt.
  • Die erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzungen können zur Beschichtung von Kupfer und Aluminiumdrähten verwendet werden. Insbesondere können sie zur Beschichtung von Kupferdrähten verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Drahtlacke werden durch übliche Drahtlackiermaschinen auf den Kupferdraht aufgebracht und ausgehärtet. Dabei wird die jeweils erforderliche Lackfilmstärke durch mindestens 1 bis zu 15 Einzelaufträgen aufgebaut, wobei jeder einzelne Lackauftrag vor dem erneuten Lackauftrag blasenfrei ausgehärtet wird. Übliche Drahtlackiermaschinen arbeiten mit Abzugsgeschwindigkeiten von 5 bis zu 180 m/min, je nach Dicke des zu beschichtenden Drahtes. Typische Ofentemperaturen liegen zwischen 300°C und 700°C. Die lackierten Drähte werden nach IEC 60851 geprüft
  • Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.
  • Beispiele
  • Beispiel 1 Herstellung der Monoimid-Verbindung
  • Ein 5 l-Kolben wird mit folgenden Inhaltsstoffen beschickt:
    186,0 g Anilin
    384,0 g Trimellitsäureanhydrid
    1150,0 g Kresol
    1150,0 g Solvent naphtha
  • Das Reaktionsgemisch wird unter Rühren und gleichzeitigem Entfernen von Wasser unter Verwendung eines Kondensators innerhalb von 2,5 Stunden auf die Reaktionstemperatur von 160 bis 180°C langsam aufgeheizt. 36 g Reaktionswasser werden entfernt. Das Reaktionsgemisch wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Der hellgelbe Niederschlag der Monoimid-Verbindung wird abfiltriert und 6 Stunden bei 120 bis 150°C getrocknet. Die erhaltene Monoimid-Verbindung weist einen Schmelzpunkt von ungefähr 260°C und eine Säurezahl von ungefähr 210 mg KOH/g, entsprechend dem theoretischen Wert von 210,11 mg KOH/g auf.
  • Beispiel 2 Herstellung eines Kresol-Formaldehydharzes
  • Die Herstellung des Kresol-Formaldehydharzes erfolgt nach US 4,206,098, Beispiel 2, Teil IV.
  • Ein 3 l-Kolben wird mit folgenden Inhaltsstoffen beschickt:
    1376,0 g meta/para-Kresol
    605,0 g Formaldehyd (40%)
    23,4 g Triethanolamin
  • Die Reaktionsmischung wird unter ständigem Rühren 1,5 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt und dann auf 55°C abgekühlt. In einem Scheidetrichtet wird die organische Phase von der wässrigen Phase abgetrennt. Die organische Phase wird in einen Kolben überführt, mit 21,7 g Salicylsäure versetzt und bei einem Druck von 26 mm Hg auf 40°C bis 80°C erwärmt, bis eine Viskosität von 36 Poise erreicht ist. Dann werden 1695 g Kresol zugesetzt, wobei eine Lösung erhalten wird, deren Gehalt an schwerflüchtigen Bestandteilen 30 Gew.-% beträgt.
  • Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)
  • Zu Vergleichszwecken wird ein Polyester-Drahtlack nach US 3,313,781 , Beispiel 1, hergestellt.
  • Ein Gemisch enthaltend 193,2 g Ethylenglykol, 140,0 g Kresol, 917,0 g Dimethylterephthalat, 193,2 g Glycerin und 3,57 g Cernaphthanat (6%) wird auf 220°C erhitzt, wobei ein Polyesterharz mit einer OH-Zahl von 180 bis 220 mg KOH/g erhalten wird. Das Polyesterharz wird auf 150 bis 180°C abgekühlt und mit 420,0 g Kresol und 650,0 g Xylenol verdünnt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur werden noch 650 g Solvent naphtha, 15,75 g Butyltitanat und 2,60 g p-Toluolsulfonsäure zugegeben. Es wird noch 1 Stunde lang geführt. Das Endprodukt wird dann filtriert und Viskosität und Feststoffgehalt bestimmt.
    Viskosität (nach DIN 53211/Cup 4 mm, bei 23°C): 100 sec.
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h, 180°C): 35,0%
  • Beispiel 4
  • Der Polyester-Drahtlack wird wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, jedoch werden zusätzlich 39,2 g der nach Beispiel 1 hergestellten Monoimid-Verbindung mit Dimethylterephthalat und den weiteren Inhaltsstoffen vermischt. Das Monoimidmodifizierte Polyesterharz wird also aus den folgenden Inhaltsstoffen hergestellt:
    Inhaltsstoff Gewicht [g]
    Ethylenglykol 193,20
    Kresol 140,0
    Dimethylterephthalat 882,0
    Monoimid-Verbindung aus Beispiel 1 39,2
    Glycerin 193,2
    Cernaphthanat (6%) 3,57
    Kresol 420,0
    Xylenol 650,0
    Solvent naphtha 650,0
    Butyltitanat 15,75
    p-Toluolsulfonsäure 2,6
    Viskosität des erhaltenen Drahtlacks (nach DIN 53211/Cup 4 mm, bei 23°C): 108 sec.
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h., 180°C): 34,5%
  • Mit den Beispielen 3 und 4 hergestellten Polyester-Drahtlacke werden Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 1,0 mm mit einer standardmäßigen Drahtlackiermaschine unter folgenden Lackierbedingungen lackiert:
    Ofen: MAG VE6
    Temperatur: 450°C
    Auftragssystem: Düsen
    Zahl der Durchzüge: 8
    Abzugsgeschwindigkeit: 15 m/min.
    Durchmesser-Zunahme: 65 bis 75 μm
  • Die lackierten Drähte wurden nach IEC 60851 geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1
    Eigenschaften Beispiel Beispiel 4
    Oberfläche glatt Glatt
    Haftung beim Wickeln, 1 × d + Vordehnung 10% 20%
    Durchschlagspannung bei Raumtemperatur 7,0 kV 7,5 kV
    Wärmeschock, 30 min 180°C, 6 × d 200°C, 6 × d
    Wärmedruck, 2 min. 310°C 320°C
    tan delta 100°C 108°C
  • Wie den Daten aus Tabelle 1 zu entnehmen ist, zeigen die Drahtlack-Zusammensetzungen auf Basis der erfindungsgemäßen Monoimid-modifizierten Polyester gemäß Beispiel 4 eine sehr gute Haftung beim Wickeln und eine ausgezeichnete Oberflächenqualität.
  • Weiterhin zeigt der mit der erfindungsgemäßen Drahtlack-Zusammensetzung gemäß Beispiel 4 beschichtete Draht einen signifikanten Anstieg der Wärmeschockbeständigkeit und des Wärmedrucks, verglichen mit einem Draht, der mit einer Drahtlack-Zusammensetzung auf Basis eines herkömmlichen Polyesters beschichtet ist. Der tan delta-Steilanstieg des erfindungsgemäß beschichteten Drahtes ist höher als der des Vergleichsbeispiels. Die Werte der erfindungsgemäß beschichteten Drähte entsprechen der Spezifikation gemäß IEC 60851 für Polyester der Klasse 130.
  • Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)
  • Zu Vergleichszwecken wird ein Drahtlack auf Basis eines THEIC-modifizierten Polyesters gemäß US 5,854,334 , Beispiel 4, hergestellt.
  • Ein Gemisch enthaltend 55,24 g Ethylenglykol, 30,08 g Kresol, 206,2 g Dimethylterephthalat, 122,03 g THEIC und 0,32 g Butyltitanat wird auf 210°C erhitzt, um ein Polyesterharz mit einer OH-Zahl von 140 bis 260 mg KOH/g herzustellen. Das THEIC-modifizierte Polyesterharz wird bei 150°C bis 180°C mit 306,07 g Kresol und 111,26 g Xylenol verdünnt. Nach Abkühlen lassen auf Raumtemperatur werden noch 107,03 g Solvent naphtha, 20,0 g Butyltitanat und 41,77 g des gemäß Beispiel 2 hergestellten Kresol/Formaldehydharzes zugegeben. Es wird noch 1 Stunde lang gerührt. Das Endprodukt wird dann filtriert und Viskosität und Feststoffgehalte werden bestimmt.
    Viskosität des erhaltenen Drahtlacks (23°C): 530 mPas
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h., 180°C): 39,0%
  • Beispiel 6
  • Ein THEIC-modifizierter Polyester-Drahtlack wird wie in Beispiel 5 beschrieben hergestellt, jedoch werden zusätzlich 12,0 g der Monoimid-Verbindung aus Beispiel 1 mit Dimethylterephthalat und den weiteren Inhaltsstoffen vermischt. Somit wird der Drahtlack auf Basis des Monoimid-modifizierten, THEIC-modifizierten Polyesterharzes aus folgenden Inhaltsstoffen hergestellt:
    Inhaltsstoff Gewicht [g]
    Ethylenglykol 55,24
    Kresol 30,08
    Dimethylterephthalat 198,50
    Monoimid-Verbindung aus Beispiel 1 12,00
    THEIC 122,03
    Butyltitanat 0,32
    Kresol 306,07
    Xylenol 111,26
    Solvent naphtha 107,03
    Butyltitanat 20,00
    Kresol-Formaldehydharz 41,77
    Kresol-Viskosität des erhaltenen Drahtlacks (23°C): 560 mPas
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h, 180°C): 38,4%
  • Mit den Drahtlack-Zusammensetzungen gemäß Beispielen 5 und 6 wird wie in Beispiel 4 beschrieben 1,0 mm Kupferdraht lackiert, jedoch beträgt die Abzugsgeschwindigkeit 19 m/min.
  • Die lackierten Drähte werden nach IS 13778/IEC 60851 geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 2
    Eigenschaften Beispiel 5 Beispiel 6
    Oberfläche glatt glatt
    Haftung beim Wickeln, 1 × d + Vordehnung 10% 25%
    Durchschlagspannung bei Raumtemperatur 7,0 kV 6,4 kV
    Wärmeschock, 2,24 mm D, 30 min 155°C, 1 × d 220°C, 1 × d
    Wärmedruck, 2 min. 350°C 370°C
    tan delta 135°C 143°C
  • Wie den Daten aus Tabelle 2 zu entnehmen ist, weist der Drahtlack gemäß Beispiel 6 eine deutlich verbesserte Haftung beim Wickeln gegenüber dem Vergleichsbeispiel auf. Außerdem zeigt der beschichtete Draht gemäß Beispiel 6 eine deutlich erhöhte Wärmeschockbeständigkeit von 220°C. Der Wärmedruck und der tan delta-Steilanstieg sind verglichen mit herkömmlichen THEIC-modifizierten Polyestern erhöht. Das Niveau der Werte der Drähte entspricht den Spezifikationen gemäß IS 13778/IEC 60851 für mit THEIC-modifizierten Polyester lackierte Drähte der Klasse 155.
  • Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel)
  • Zu Vergleichszwecken wird ein Drahtlack auf Basis eines THEIC-modifizierten Polyesternimids nach US 4,267,231 , Vergleichsbeispiel 2A, hergestellt.
  • In einem Eintopf-Verfahren werden 93,0 g Ethylenglykol, 301,2 g THEIC, 220,5 g Terephthalsäure, 221,6 g Trimellitsäureanhydrid, 114,2 g Methylendianilin, 210,5 g Diethylenglykolmonobutylether und 0,34 g Tetraisopropyltitanat auf 225°C erhitzt, um ein Polyesterimidharz herzustellen. Dabei werden 89,3 g Destillat erhalten. Bei 180°C wird der Ansatz mit 632,0 g Diethylenglykolmonomethylether und 211,0 g Solvesso 100 verdünnt. Nach Abkühlen des Gemischs werden 19,4 g Tetraisopropyltitanat als Katalysator hinzugegeben und noch 1 Stunde gerührt. Das Endprodukt wird filtriert, und es werden Viskosität und Feststoffgehalt bestimmt.
    Viskosität des erhaltenen Drahtlacks (23°C): 203 mPas
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h, 180°C): 42,60%
  • Beispiel 8
  • Ein Drahtlack auf Basis von THEIC-modifiziertem Polyesterimid wird wie in Beispiel 7 beschrieben hergestellt, jedoch werden zusätzlich 29,4 g der Monoimid-Verbindung aus Beispiel 1 zusammen mit Terephthalsäure und den anderen Inhaltsstoffen vermischt. Somit wird der Drahtlack auf Basis des Monoimid-modifizierten, THEIC-modifizierten Polyesterimidharzes aus folgenden Inhaltsstoffen hergestellt:
    Inhaltsstoff Gewicht [g]
    Ethylenglykol 93,0
    THEIC 301,2
    Terephthalsäure 207,5
    Monoimid-Verbindung aus Beispiel 1 29,4
    Trimellitsäureanhydrid 221,6
    Methylendianilin 114,2
    Tetraisopropyltitanat 0,34
    Diethylenglykolmonobutylether 210,5
    Diethylenglykolmonomethylether 632,0
    Solvesso 100 211,0
    Tetraisopropyltitanat 19,4
    Viskosität des Drahtlacks (23°C): 208 mPas
    Feststoffgehalt (1 g, 1 h, 180°C): 42,5%
  • Mit den gemäß Beispielen 7 und 8 hergestellten Drahtlacken wird wie in Beispiel 4 1,0 mm Kupferdraht lackiert. Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt 15 m/min.
  • Die lackierten Drähte werden gemäß IS 13778/IEC 60851 geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
    Eigenschaften Beispiel 7 Beispiel 8
    Oberfläche glatt glatt
    Haftung beim Wickeln, 1 × d + Vordehnung 10% 15%
    Durchschlagspannung bei Raumtemperatur 9,2 kV 9,8 kV
    Wärmeschock, 2,24 mm D, 30 min 200°C, 1 × d 210°C, 1 × d
    Wärmedruck, 2 min. 340°C 390°C
    tan delta 149°C 160°C
  • Wie die Daten aus Tabelle 3 zeigen, zeigt der erfindungsgemäß mit dem Drahtlack gemäß Beispiel 8 beschichtete Draht einen signifikanten Anstieg der Durchschlagsspannung bei Raumtemperatur, des Wärmedrucks und des tan delta-Steilanstiegs, verglichen mit einem Drahtlack auf Basis eines herkömmlichen THEIC-modifizierten Polyesterimids beschichteten Drahts. Das Niveau der Werte der Drähte entspricht der Spezifikation gemäß IEC 60851 für mit THEIC modifiziertem Polyesterimid beschichten Draht der Klasse 180.
  • Wie die Ergebnisse der Tabellen 1 bis 3 zeigen, führt die Mitverwendung von 3 Gew.-% der Monoimid-Verbindung gemäß Beispiel 1 zu einer erheblichen Verbesserung der Haftung, Wärmeschock, Wärmedruck und des tan delta-Steilanstiegs bei lackierten Drähten der Klassen 130, 155 und 180. Unter Mitverwendung von 1 bis 3 Gew.-% der Monoimid-Verbindung können also signifikant verbesserte thermische Werte bei lackierten Drähten der Klassen 130, 155 und 180 erreicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • IEC 60851 [0066]
    • IEC 60851 [0067]

Claims (13)

  1. Polyester- oder Polyesterimidharz, erhältlich durch Umsetzung von a) mindestens einem aliphatischen oder aromatischen Polyol, b) mindestens einer aliphatischen oder aromatischen Polycarbonsäure oder eines esterbildenden Derivats derselben, c) gegebenenfalls einer mindestens difunktionellen, Imidgruppen enthaltenden Verbindung, die mit Polyolen und/oder Polycarbonsäuren unter Ausbildung von Estergruppen reagiert, d) dem cyclischen Imid aus einer aromatischen Tricarbonsäure und einem primären aromatischen Monoamin, wobei die Imidgruppen enthaltende Verbindung auch während der Umsetzung der Komponenten a), b), c) und d) in situ gebildet werden kann.
  2. Polyester- oder Polyesterimidharz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat enthält.
  3. Polyester- oder Polyesterimidharz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente a) Ethylenglykol enthält.
  4. Polyester- oder Polyesterimidharz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente b) Terephthalsäure oder ein Dialkylterephthalat enthält.
  5. Polyester- oder Polyesterimidharz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Komponente c) das Umsetzungsprodukt von Trimellitsäureanhydrid mit einem aromatischen oder aliphatischen Diamin ist.
  6. Polyester- oder Polyesterimidharz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Diamin Diaminodiphenylmethan ist.
  7. Polyester- oder Polyesterimidharz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente d) das cyclische Imid aus Trimellitsäure und Anilin ist.
  8. Polyester- oder Polyesterimidharz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, die Komponente d) in einer Menge von 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Summe der Komponenten a) bis d), umgesetzt wird.
  9. Verwendung eines Polyester- oder Polyesterimidharzes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Drahtlack-Zusammensetzungen.
  10. Drahtlack-Zusammensetzung enthaltend (A) 10 bis 80 Gew.-% mindestens eines Polyester- oder Polyesterimidharzes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, (B) 20 bis 90 Gew.-% eines Lösungsmittels- oder Lösungsmittelgemisches, (C) 0 bis 20 Gew.-% eines Phenol-Formaldehyd- oder Kresol-Formaldehydharzes, (D) 0 bis 5 Gew.-% eines Katalysators, sowie (E) 0 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer üblicher Additive und Hilfsstoffe, wobei die Summe der Komponenten (A) bis (E) 100 Gew.-% ergibt.
  11. Drahtlack-Zusammensetzung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 10 Gew.-% der Komponente (C) enthält.
  12. Verwendung der Drahtlack-Zusammensetzung gemäß Anspruch 10 oder 11 zur Beschichtung von elektrischen und elektronischen Bauteilen und Geräten.
  13. Verwendung nach Anspruch 12 zur Beschichtung von Kupferdrähten.
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