-
Hochwärmebeständige tJberziige liefernde Isolierlacke für elektrische
Leiter Gegenstand der Erfindung sind hochwärmebeständige Überzüge liefernde Tsolierlacke
für elektrische Leiter, wobei diese mit einem Kunstharzprodukt bestimmter Zusammensetzung
in an sich bekannter Weise überzogen werden. Zahlreiche derartige lsolierungen auf
Kunstharzbasis sind schon lange bekannt.
-
So ist beispielsweise bekannt, elektrische Leiter, insbesondere Kupferdrähte,
mit Kunstharzen zu isolieren, die aus dem Reaktionsprodukt von Terephthalsäure bzw.
deren reaktionsfähigen Derivaten, Äthylenglykol und einem höherwertigen, gesättigten,
aliphatischen Alkohol bestehen. Es ist ferner bekannt, Esteramide der Terephthalsäure
entweder allein oder in Abmischung mit blockierten Isocyanaten zur Isolierung von
elektrischen Leitern zu verwenden.
-
Bekannt sind ferner Drahtlacke, die aus Lösungen von hydroxylgruppenhaltigen
Polyestern von Benzol tricarbonsäuren, insbesondere der Trimellithsäure sowie deren
Mischungen mit Terephthalsäure, bestehen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden,
Polyesterharzisolierungen für elektrische Leiter auf der Grundlage von Polyestern
der Terephthalsäure durch Mitverwendung von Pyromellithsäure bei der Polyesterkondensation
zu modifizieren. Hierdurch soll den Isolierschichten eine verbesserte Härte und
ein gewünschter Vernetzungsgrad bei den Endprodukten vermittelt werden.
-
Neben diesen speziellen Angaben zu dem Sache gebiet der Kunstharze
für die Elektroisolierung sind im Rahmen der allgemeinen Herstellung von Polykondensationsharzen
auf der Basis von Polycarbonsäuren die verschiedenartigsten Vorschläge gemacht worden.
So ist beispielsweise empfohlen worden, zur Herstellung von ölmodifizierten Harzen
Reaktionsprodukte aus mehrwertigen Alkoholen und einwertigen Carbonsäuren oder pflanzlichen
Ölen mit mehrwertigen Carbonsäuren, beispielsweise Trimellithsäure, zu Produkten
umzusetzen, die noch freie Carboxylgruppen enthalten. Diese Produkte sollen dann
mit bestimmten Diaminoverbindungen weiter umgesetzt werden. Im Rahmen der Herstellung
von Esteramidharzen durch Mischkondensation mehrwertiger Carbonsäuren mit mehrwertigen
Alkoholen und Aminen ist auch schon vorgeschlagen worden, zwei- oder mehrbasische
Carbonsäuren oder deren Gemische mit weniger als der äquivalenten Menge an ein-
und bzw. oder mehrwertigen Alkoholen zu verestern und die dann entstehenden sauren
Ester mit Aminen oder Amingemischen zu neutralisieren. Die dabei entstehenden streichfähigen
Massen, die zunächst keine Amidverbindungen enthalten, sollen dann als Einbrennlacke
eingesetzt werden,
Bekannt ist schließlich die Herstellung von Kondensationsprodukten
auf Polyimidbasis, insbesondere durch Umsetzung von Pyromellithsäuredianhydrid mit
Diaminen bzw. durch Umsetzung eines organischen Salzes eines Diamins und eines durch
Umsetzung von Pyromellithsäureanhydrid mit einem flüchtigen Alkohol erhaltenen Diesters.
Hierbei ist es auch schon vorgeschlagen worden, diese Polyimidharze zur Herstellung
von Schichtstoffen wld Verbundkörpern zusammen mit Glasfasern oder Glasgewebe einzusetzen.
-
Alle geschilderten speziellen Drahtisolationen oder aucll die allgemeinen
Polykondensationsharze aus dem Stand der Technik zeigen zwar wertvolle Eigenschaften,
erfüllen jedoch nicht alle Forderungen, die von der Praxis auf dem Gebiet der Elektroisolierung
an ein hochwertiges Isoliermaterial bezüglich Eigenschaften und/oder Verarbeitbarkeit
gestellt werden müssen.
-
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß man verbesserte und vor
allen Dingen hochwärmebeständige Isolationen für elektrische Leiter erhält, welm
man diese in an sich bekannter Weise mit einem Kunstharz überzieht, das iin wesentlichen
aus dem Reak;tionsprodukt der folgenden Verbindungen besteht: Trimellithsäureanhydrid,
einem Monoalkanolamin, vorzugsweise Monoäthanolamin und ein zweiwertiger Alkohol,
vorzugsweise Äthylenglykol.
-
Gegenstand der Erfindung sind dementsprechend hochwärmebeständige
Überzüge liefernde Isolierlacke auf Grundlage von Umsetzungsprodukten des Trimellithsäureanhydrids
und Lösungsmitteln für elektrische Leiter, die dadurch gekennzeiclmet sind, daß
sie Umsetzungsprodukte enthalten, welche durch
Kondensation von
Trimellithsäureanhydrid mit einem Monoalkanolamin und Veresterung des Kondensates
mit einem zweiwertigen Alkohol erhalten worden sind.
-
Unter zweiwertigem Alkohol ist hierbei auch eine Mischung verschiedener
zweiwertiger Alkohole zu verstehen. Im Falle der vorzugsweisen Anwendung von Äthylenglykol
als zweiwertigem Alkohol und Monoäthanolamin als Monoalkanolamin erhält man besonders
geeignete Produkte, wenn man auf 1 Mol Trimellithsäureanhydrid 0,35 bis 0,80 Mol
Monoäthanolamin und 0,50 bis 2,00 Mol Äthylenglykol einsetzt.
-
Zur Modifizierung kann mit Vorteil bis zu 40°/0 der einzusetzenden
Menge an Trimellithsäureanhydrid durch eine äquivalente Menge an Pyromellithsäureanhydrid
ersetzen. Man erhält dann Drahtisolationen, die sich durch größere Härte auszeichnen.
-
Es ist auch möglich, bis zu 30 °/0 der einzusetzenden Menge an Monoalkanolamin
durch eine äquivalente Menge an aliphatischen, aromatischen oder gemischt aliphatisch-aromatischen
Diaminen zu ersetzen. Dadurch werden Drahtisolationen erhalten, die gegenüber der
Grundzusammensetzung eine beträchtlich gesteigerte Beständigkeit im Wärmeschocktest
aufweisen.
-
Schließlich kann auch der zweiwertige Alkohol teilweise durch drei-
und mehrwertige Alkohole ersetzt werden.
-
Die erfindungsgemäßen Isolationen zeichnen sich neben guten elektrischen
Eigenschaften besonders durch das gleichzeitige Vorhandensein folgender weiterer,
wertvoller Eigenschaften aus: Hohe Elastizität bei gleichzeitig guter Härte, geringe
Wärmeschockempfindlichkeit, gute Lösungsmittelbeständigkeit, gute Dehnbarkeit nach
Wärmealterung und gute Haftung am Leiter.
-
Die zur Herstellung der Isolationen dienenden erfindungsgemäßen Lösungen
der Kunstharzkombination sind lagerbeständig und enthalten die gebräuchlicherweise
für Drahtlacke verwendeten Lösung mittel, wie Kresole oder Solventnaphtha. Diese
Lösungen lassen sich auf den üblichen Drahtlackiermaschinen ohne Schwierigkeiten
verarbeiten.
-
In den folgenden Beispielen sind beispielsweise Ausführungsformen
für die Herstellung der effindungsgemäßen Isolierlacke sowie die Eigenschaften von
damit isolierten elektrischen Leitern beschrieben.
-
Für die Herstellung des Lackgrundkörpers wird kein Schutz begehrt.
-
Beispiel 1 Zu einer Mischung von 192 g (1 Mol) Trimellithsäureanhydrid
und 500 g technischem Kresol werden unter Rühren bei 20°C 40 g (0,65 Mol) Monoäthanolamin
hinzugetropft. Bei 130° C werden dannimVakuum 450 g Kresol wieder abdestilliert.
Darauf werden 65 g (1,05 Mol) Äthylenglykol hinzugefügt und die Mischung bei einer
Temperatur von 160 bis 200°C unter Abdestillieren von Wasser verestert, bis das
Reaktionsprodukt eine Säurezahl von 3 erreicht hat.
-
Bei einer anschließenden Polykondensation werden bei 210° C innerhalb
von 2 Stunden noch 50 g Destillat im Vakuum abgezogen. Der Rückstand wird in einer
Mischung von 450 g Kresol und 150 g Solventnaphtha heiß gelöst. Der so erhaltene
Drahtlack hat einen Festkörpergehalt von 27°/o und eine Viskosität nach DIN 53211
bei 20° Cund Smm-Düsevon 135Sekunden.
-
Mit dem so erhaltenen Drahtlack wurde ein Kupferdraht von 1 mm Durchmesser
im kontinuierlichen Verfahren auf einem Horizontalofen lackiert. Die technischen
Daten des Lackiervorganges waren: Ofentemperatur .............. 500° Ofenlänge ...................
2,5 m Abzugsgeschwindigkeit ....... 2,3 m pro Min.
-
Durchzüge .................. 6 Schichtstärke (als Durchmesserzunahme
gemessen) ........ 0,045 mm Die Eigenschaften der erhaltenen Drahtisolierung waren
folgende: Bleistifthärten: 4H, 3 H nach ½ Stunde Wasserlagerung bei 60°C; 4 H nach
½ Stunde Lagerung in Spiritus bei 60°C; 3 H nach V2 Stunde Lagerung in Benzol bei
60° C.
-
Die Haftung am Kupfer bei Dehnung bis zum Kupferbruch war gut.
-
Wickelprüfung: Nach 25°/o Vordehnung des Drahtes war eine mit einer
Belastung von 12kg/mm2 um einen Dorn vom Eigendurchmesser des Drahtes gewickelte
Wandel einwandfrei.
-
Wärmeschocktest: Eine Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war
nach 1 Stunde Alterung bei 155°C einwandfrei.
-
Wickelprüfung nach 16 Stunden Alterung bei 200°C: Die mit einer Belastung
von 6 kg/mm2 gewickelte Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war einwandfrei.
-
Beispiel 2 116 g (0,6 Mol) Trimellithsäureanhydrid und 65 g (0,3
Mol) Pyromellithsäuredianhydrid werden bei 100°C in 200 g Dimethylformamid gelöst
und in die Lösung bei 60°C 43g (0,7Mol) Monoäthanolamin unter Rühren zugetropft.
Darauf werden bei 140°C 185 g Dimethylformamid im Vakuum wieder abdestilliert. Nach
Zugabe von 56 g (0,9 Mol) Äthylenglykol wird 7 Stunden bei einer von 170°C allmählich
auf 220°C steigernden Temperatur verestert, wobei weitere 20 g Destillat erhalten
werden.
-
Der erhaltene Rückstand wird heiß in einer Mischung aus 380 g Kresol
und 130 g Solventnaphtha gelöst. Der so erhaltene Drahtlack hat einen Festkörpergehalt
von 38°/o und bei 20°C eine Viskosität von 149 Sekunden.
-
Mit diesem Drahtlack wurde ein Kupferdraht von 1 mm Durchmesser,
wie im Beispiell beschrieben, lackiert, wobei folgende Eigenschaften der Drahtisolierung
erhalten wurden: Bleistifthärten: 5 H; 4 H nach ½ Stunde Wasserlagerung bei 60°C,
4 H nach 1/2 Stunde Lagerung i in Spiritus bei 60°C, 4 H nach l/2 Stunde Lagerung
in Benzol bei 60° C.
-
Wärmeschocktest: Eine Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war
nach 1 Stunde Alterung bei 155°C einwandfrei.
-
Wickelprüfung: Nach 25°/o Vordehnung des Drahtes war eine mit einer
Belastung von 12 kg/mm2 um einen Dorn vom Eigendurchmesser des Drahtes gewickelte
Wendel einwandfrei.
-
Die Haftung am Kupfer bei Dehnung bis zum Kupferbruch war gut.
-
Beispiel 3 192g (1 Mol) Trimellithsäureanhydrid werden in 200g Dimethylformamid
bei 90 C gelöst. In diese Lösung werden bei 60°C unter Rühren 30 g (0,15 Mol) 4,4'-Diaminodiphenylmethan
portionsweise eingetragen. Es fällt allmählich ein hellgelber Niederschlag aus.
-
Anschließend werden 28 g (0,45 Mol) Monoäthanolamin hinzugetropft.
Darauf werden bei einer Temperatur von 140°C im Vakuum 170 g Dimethylformamid wieder
abdestilliert und der Rückstand mit 64 g (1,05 Mol) Äthylenglykol innerhalb von
6 Stunden verestert. Dazu wird die Temperatur im Laufe dieser Zeit von 170 bis 220°C
gesteigert. Die bei der Veresterung erhaltene Destillatmenge beträgt 25 g. Bei einer
darauffolgenden ll/2stündigen Vakuumbehandlung bei 220°C werden weitere 25 g Destillat
erhalten.
-
Der Rückstand, ein dunkelbraunes, sprödes Harz, wird noch heiß in
einer Mischung von 425 g Kresol und 175 g Solventnaplltha gelöst. Der so erhaltene
Drahtlack hat einen Festkörpergehalt von 33% und bei 20°C eine Viskosität von 118
Sekunden.
-
Mit dem Produkt dieses Beispiels wurde wie im Beispiel 1 ein Kupferdraht
von 1 mm Durchmesser lackiert. Die erhaltenen Überzüge zeichneten sich durch besonders
gute Werte im Wärmeschocktest und in der Flexibilität aus und ergaben folgende Ausprüfungswerte:
Bleistifthärten: 4 H ; 3Hnacll 1/,Stunde Wasserlagerung bei 60°C; 3 H nach 1/2 Stunde
Lagerung in Spiritus bei 60vC; 2 H nach l/~ Stunde Lagerung in Benzol bei 60° C.
-
Wärmeschocktest: Eine Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war
nach 1 Stunde Alterung bei 200°C einwandfrei.
-
Wickelprüfung: Nach 25% Vordehnung des Drahtes war eine mit einer
Belastung von 12 kg/mmz um einen Dorn vom Eigendurchmesser des Drahtes gewickelte
Wendel einwandfrei.
-
Die Haftung am Kupfer bei Dehnung bis zum Kupferbruch war gut.
-
Beispiel 4 Nach dem im Beispiel2 beschriebenen Verfahren wird ein
Harz aus folgenden Bestandteilen hergestellt: 192 g (l Mol) Trimellithsäureanhydrid,
43 g (0,7 Mol) Monoäthanolamin, 18 g (0,2 Mol) Glycerin, 37 g (0,6 Mol) Äthylenglykol.
-
Das erhaltene braune Harz wird in einer Mischung aus 290 g Kresol
und 90 g Solventnaphtha zunächst heiß gelöst und dann mit einem Gemisch aus gleichen
Teilen Kresol und Solventnaphtha auf einen Fest-
körpergehalt von 27°/o verdünnt.
Der so erhaltene Lack hat bei 20°C eine Viskosität von 119 Sekunden.
-
Mit diesem Lack wurde wie nach Beispiel 1 ein Kupferdraht von 1 mm
Durchmesser lackiert. Die Eigenschaften der Drahtisolierung waren folgende: Bleistifthärten:
4 H ; 3 H nach ½ Stunde Wasserlagerung bei 60°C; 3 H nach 1/2 Stunde Lagerung in
Spiritus bei 60°C; 3 H nach l/2 Stunde Lagerung in Benzol bei 60° C.
-
Wärmeschocktest: Eine Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war
nach 1 Stunde Alterung bei 155°C einwandfrei.
-
Wickelprüfung: Nach 25°/o Vordehnung des Drahtes war eine mit einer
Belastung von 12 kg/mm2 um einen Dorn vom Eigendurchmesser des Drahtes gewickelte
Wendel einwandfrei.
-
Me Haftung am Kupfer bei Dehnung bis zum Kupferbruch war gut.
-
Beispiel 5 Eine Mischung aus 192 g (1 Mol) Trimellithsäureanhydrid
und 200 g Dimethylformamid wird unter Rühren auf 100°C erwärmt, wobei eine klare
Lösung entsteht. Bei 80°C werden 34 g (0,55 Mol) Monoäthanolamin hinzugetropft und
anschließend bei 100 bis 150e C im Vakuum das Dimethylformamid wieder abdestilliert.
Dann werden 52g (0,5 Mol) Neopentylglykol und 53 g (0,85 Mol) Äthylenglykol hinzugetropft.
Bei einer Temperatur von 180°C, die innerhalb von 9 Stunden gleichmäßig bis auf
220°C gesteigert wird, wird unter Abspaltung von 30 g Destillat verestert. Dabei
wird die Säurezahl 6 erreicht. Nach der Veresterung wird noch 2 Stunden bei 220'C
im Vakuum kondensiert.
-
Das erhaltene Harz wird in einer Mischung aus 500g Kresol und 250
g Solventnaphtha heiß gelöst.
-
Die so hergestellte Lacklösung hat einen Festkörpergehalt von 28°/o
und bei 20°C eine Viskosität von 135 Sekunden.
-
Dieser Lack wurde wie im Beispiel 1 auf Kupfer von 1 mm Durchmesser
auflackiert. Die Eigenschaften des erhaltenen Isolierüberzugs waren folgende: Bleistifthärten:
4H, 3 H nach ½ Stunde Wasserlagerung bei 60°C; 3 H nach l/o Stunde Lagerung in Spiritus
bei 60°C; 3 H nach l/2 Stunde Lagerung in Benzol bei 60° C.
-
Wärmeschocktest: Eine Wendel um den Eigendurchmesser des Drahtes war
nach 1 Stunde Alterung bei 155°C einwandfrei.
-
Wickelprüfung: Nacll 25°/o Vordehnung des Drahtes war eine mit einer
Belastung von 12 kg/mm2 um einen Dorn vom Eigendurchmesser des Drahtes gewickelte
Wendel einwandfrei.
-
Die Haftung am Kupfer bei Dehnung bis zum Kupferbruch war gut.