DE1083370B

DE1083370B - Elektrische Leiter mit Polyesterharz-Isolierungen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1083370B
Application number: DEH35394A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Elemer Moczar; Dr Wilhelm Rating; Dr Roland Schaber
Original assignee: Kurt Herbert & Co Vorm Otto Lo; Dr Kurt Herberts and Co GmbH
Current assignee: Kurt Herbert & Co Vorm Otto Lo; Axalta Coating Systems Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1959-01-19
Filing date: 1959-01-19
Publication date: 1960-06-15
Also published as: FR1246477A; GB914886A

Description

Elektrische Leiter mit Polyesterharz-Isolierungen und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Leiter mit Polyesterharz-Isolierungen auf der Grundlage von Polyestern, die aus Terephthalsäure oder Gemischen der Terephthalsäure mit anderen mehrwertigen Carbonsäuren sowie zweiwertigen und höherwertigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen hergestellt sind, wobei das Verhältnis der zweiwertigen zu den höherwertigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen etwa 1 : 0,3 bis etwa t : 3 beträgt und im Reaktionsgemisch auf eine Carboxylgruppe etwa 1,2 bis 3 Hydroxylgruppen entfallen, und Verfahren zu deren Herstellung.
Es ist bereits bekannt, elektrische Leiter mit Polyesterharz-Isolierungen der obenerwähnten Zusammensetzung herzustellen. Beispielsweise sind elektrische Leiter beschrieben worden, deren Polyesterharz-Isolierung aus dem Reaktionsprodukt folgender Ausgangsstoffe besteht : 1. einer Menge von etwa 25 bis 56 (vorzugsweise 26 bis 50) Äquivalentprozent von a) Terephthalsäure oder b) Isophthalsäure oder c) einer Mischung dieser beiden Säuren oder d) eines Derivates dieser Säuren mit einem an der Carbonylgruppe oder den Carbonylgruppen sitzenden Radikal, das leicht durch die Alkoxygruppe eines Alkohols ersetzbar ist, 2. einer Menge von etwa 15 bis 46 (vorzugsweise 25 bis 40) Äquivalentprozent von Athylenglykol und 3. einer Menge von etwa 13 bis 44 (vorzugsweise 20 bis 32) Äquivalentprozent eines gesättigten, aliphatischen mehrwertigen Alkohols mit wenigstens drei Hydroxylgruppen.
Weiterhin ist bekanntgeworden, daß man Polyesterlacke der obenerwähnten Zusammensetzung zweckmäßig derart aufbaut, daß die Polyester vor dem Auflösen einer Extraktion, vorzugsweise mit aromatischen Kohlenwasserstoffen, unterworfen werden und daß ihre Lösungen in mehr als 50°/0 Phenole, beispielsweise Kresol oder Xylenol, enthaltenden Lösungsmitteln 1 bis 15 Gewichtsprozent metallorganische Verbindungen von Elementen der III. oder IV. Gruppe des Periodischen Systems, vorzugsweise Butyltitanat, als Härter enthalten.
Die vorbekannten Lacke besitzen eine hervorragende Alterungsbeständigkeit, jedoch ist die Härte der Isolierungsschichten in vielen Fällen nicht besonders gut.
Die Aufgabenstellung der Erfindung geht dahin, Polyesterharz-Isolierungen der vorerwähnten Art aufzubauen, die harte und besonders schmorfeste Isolierschichten ergeben.
Es wurde gefunden, daß man elektrische Leiter mit harten und besonders schmorfesten Isolierschichten erhält, wenn gemäß der Erfindung ein Polyester verwendet wird, der nach dem obenerwähnten Aufbauprinzip hergestellt ist, wobei jedoch ein Teil des zweiwertigen Alkohols durch ein Bis-phenol ersetzt worden ist.
Die Carbonsäuren sollen im wesentlichen aus Terephthalsäure bestehen. Jedoch kann ein Teil der Tere- phthalsäure durch Phthalsäure, Isophthalsäure und aliphatische Säuren ersetzt werden.
Als zweiwertige Alkohole können neben den Bisphenolen Glykole, wie Äthylenglykol oder Propylenglykol, verwendet werden. AIs drei-oder höherwertige Alkohole kommen Glycerin, Pentaerythrit oder andere höherwertige Alkohole in Betracht. Als Bis-phenole können z. B. 4,4'-Dioxydiphenyl oder dessen Substitutionsprodukte verwendet werden. Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Benzolkerne der Bis-phenole durch mindestens ein aliphatisches Kohlenstoffatom getrennt sind, wie dies z. B. beim 4,4'-Dioxy-diphenylolpropan oder 4,4'-Dioxydiphenyläther der Fall ist. Die Trennung kann auch durch ein Heteroatom, z. B. ein Sauerstoff-oder Schwefelatom, erfolgen, wie dies beim 4,4'-Dioxydiphenylsulfon und beim 4,4'-Dioxydiphenyläther der Fall ist.
Die Mengen der Ausgangskomponenten werden derart gewählt, daß das Verhältnis der bifunktionellen OH-Gruppen-haltigen Verbindungen (Bis-phenole und Diole) zu den Triolen oder Tetraolen etwa 1 : 0,3 bis etwa 1 : 3 beträgt, und zum anderen so, daß auf eine Carboxylgruppe etwa 1,2 bis 3 Hydroxylgruppen entfallen.
Die Veresterung muß bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden und vorzugsweise bei Temperaturen über 250°C vervollständigt werden. Dabei kann man auch so vorgehen, daß man die Bis-phenole zunächst mit der Terephthalsäuremenge verestert beziehungsweise, soweit niedere Ester der Terephthalsäure als Ausgangskomponente verwendet werden, umestert, dabei die Umesterung bei Temperaturen von etwa 190 bis 210°C anfängt und bei über 250°C beendet, dann die restliche Menge der Diole und Triole zugibt und die Veresterung der aliphatischen OH-Gruppen bei niedrigeren Temperaturen, vorzugsweise bei 120 bis 230° C, vornimmt.
Bei der Mitverwendung von Säureanhydriden, wie Phthalsäureanhyd} id, Maleifisäure und/oder Bernsteinsäureanhydrid, werden diese zweckmäßig mit dem Bis-phenol zur Reaktion gebracht und der erhaltene saure Ester mit den anderen Säuren. bzw. Säureestem und Polyalkoholen umgesetzt. Der in der Reaktion gebildete niedere Alkohol bzw. das Wasser werden zweckmäßig während der Umsetzung fortIaufend aus dem System entfernt. Den Prozeß kann man in Anwesenheit der üblichen Katalysatoren durchführen, z. B. von Alkalien, Alkoholaten der Alkali-und'Erdalkalimetalle und des Aluminiums, Titan-und Borsäureestem oder organischen Salzen von Metallen, wie Zn, Sb, Ce oder Zr. Saure Katalysatoren sind weniger geeignet. Die so hergestellten Polyester besitzen eine gute Löslichkeit in Diacetonalkohol, Methylglykolacetat, Xylenol, Kresol, Phenol und ähnlichen Lösungsmitteln. Die Endviskosität der Harze, 50°/oig in Diacetonalkohol gelöst, soll zwischen 5 und 25 Poises arz wird nut ein Das so gewonnene Kunstharz wirdmiteinemFestkörper zwischen 20 und 50% in einem Gemisch von Xylenol oder Kresol mit Solventnaphtha oder Xylol gelöst. Besonders empfehlenswert ist ein Festkörpergehalt zwischen 30 und 40 °l0. Zu der Lösung werden Härtungskatalysatoren gegeben, die bei der Lackierung eine schnellere Vernetzung des Harzes bewirken. Als Härtungskatalysatoren können die bekannten Metallsalze von organischen Säuren genommen werden, bevorzugt die Salze des Zn, Ce, Zr, Mn, Pb und Co sowie organische Titan-, Aluminium-und Siliciumverbindungen.
Die Lösungen werden an der iiblichen Drahtlackiermaschine verarbeitet. Bei einem Kupferdraht von 0,8 inm wird die vollständige Vernetzung bei 400°C Ofentemperatur mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 4 bis 8 m/Min. erreicht.
-Die mit den so gewonnenen Lacken lackierten elektrischen Leiter zeigen neben guten elektrischen, mechanischen und thermischen Werten eine besonders gute Schmorbeständigkeit.
Die patentbegründenden Eigenschaften der neuen elektrischen Leiter liegen bei den mit den Polyesterharz-Isolierungen versehenen elektrischen Leitern ; dem Isolierlack selbst kommen keine patentbegrlindenden Eigenschaften zu.
Beispiel 1 4 Mol Terephthalsäuredimethylester, 2 Mol 4,4'-Dioxydiphenylolpropan, 1 Mol Äthylenglykol, 2 Mol Glycerin und 1 g Zinkresinat werden in einem 2-1-Dreihalskolben unter Rühren und inertem Gasstrom auf 180°C erwärmt, wo unter lebhaftem Kochen die Reaktion einsetzt. Das gebildete Methanol wird durch eine Kolonne abdestilliert. Die Temperatur wird langsam auf 250° C erhöht und die Mischung 5 bis 6 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Die Reaktion wird zweckmäßig im Vakuum beendet.
Beispiel 2 In derselben Apparatur wie im Beispiel 1 werden 4 Mol Terephthalsäuredimethylester und 1 Mol 4,4'-Dioxydiphenylolpropan mit 1 g Antimonoxyd und 1 g Zinkresinat auf 200 bis 260°C erwärmt, bis 90% der theoretischen Menge des Methanols abdestilliert sind.
Dann werden 2 Mol Glykol und 2 Mol Glycerin zugesetzt und die Veresterung bei 180 bis 230°C weitergeführt, bis der gewünschte Grad der Veresterung erreicht ist.
Ein mit dem gemäß Beispiel 1 bereiteten Harz hergestellter Lack gab auf 0,8 mm Draht bei 400° C Ofentemperatur und 5,5 m/Min. Abzugsgeschwindigkeit und achtDurchzügen folgende Werte : Lackauflage..................... 56 ll Wickelfest....................... nach 10°/o Vordehnung Ausgangshärte................... 4 H Härte nach 30 Minuten Spritlagerung bei 50°C...................... 4 H Härte nach 30 MinutenBenzollagerung bei 50°C...................... 4 H Durchschlagspannung............. 4440 Volt Isolationswiderstand nach 24Stunden bei 80 rel. F................. 108000 MOhm-km desgl. nach 1 Stunde bei 140° C...... 772 Diel. Verlustfaktor 24 Stunden bei 800 Hz und 80 0/0 rel. F......... 5, 45-10-s Überlastungsbeständigkeitszeit bei 330 W/mm2 Cu-Querschnitt einer 4-Lagen-Spule auf Porzellankern (Schmorbeständigkeit) 33 Minuten Wärmealterung.................. 72 Stunden bei 200° C 20% dehnbar.
Ein nach Beispiel2 hergestelltes Harz gibt unter den obigen Bedingungen folgende Werte : Wickelfest....................... nach 15 Vordehnung Ausgangshärte 2 bis 3 H Härte nach 30 Minuten Spritlagerung bei 50°C...................... 2 H desgl. nach 30MinutenBenzollagerung bei 50°C...................... 2 H Durchschlagspannung............. 3050 Volt Diel. Verlustfaktor 24 Stunden bei 800 Hz und 80% rel. F......... 4, 64-10-3 Überlastungsbeständigkeitszeit bei 330 W/mm2 Cu-Querschnitt einer 4-Lagen-Spule auf Porzellankern (Schmorbeständigkeit).......... 22 Minuten Wärmealterung.................. 168 Stunden bei 200° C noch 20% dehnbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Elektrische Leiter mit Polyesterharz-Isolierungen auf der Grundlage von Polyester, die aus Terephthalsaure oder Gemischen der Terephthalsäure mit anderen mehrwertigen Carbonsäuren sowie zweiwertigen und höherwertigenhydroxylgruppenhaltigenVerbindungen hergestellt sind, wobei das Verhältnis der zweiwertigen zu den höherwertigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen etwa 1 : 0,3 bis etwa 1 : 3 beträgt und im Reaktionsgemisch auf eine Carboxylgruppe etwa 1,2 bis 3 Hydroxylgruppen entfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Harzisolierung verwendeten Polyester unter Verwendung von zweiwertigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen hergestellt sind, die mindestens teilweise aus Bis-phenolen bestehen.
2. Elektrische Leiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bis-phenole verwendet werden, in denen die beiden Benzolkerne durch mindestens ein aliphatisches Kohlenstoffatom oder durch ein Heteroatom getrennt sind.
3. Elektrische Leiter gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bis-phenol das 4,4'-Dioxydiphenylolpropan verwendet wird.
4. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leitern gemäß Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da. die elektrischen Leiter durch ein Impragnierungsbad gezogen werden, in dem ein Polyesterharz gemäß den Ansprtichenl bis 3 gelöst ist und die so beschichteten elektrischen Leiter dann einer Ofentemperatur von etwa 400° C ausgesetzt werden.
5. Verfahren gemäß Anspruch4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung im Imprägnierungsbad und die Erhitzung auf Ofentemperatur mehrfach wiederholt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Auslegeschrift Nr. 1033 291.