DE2522386C3

DE2522386C3 - Elektroisolierlack

Info

Publication number: DE2522386C3
Application number: DE19752522386
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Chem. Dr. 4054 Nettetal Ohm
Original assignee: Chemische Fabrik Drwiedeking 4152 Kempen De
Current assignee: Chemische Fabrik Drwiedeking 4152 Kempen De
Priority date: 1975-05-21
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DE2522386A1; DE2522386B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektroisolierlack zur Erzeugung von hochwännebeständigen Oberzügen auf Drähten auf der Basis von mit Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat modifizierten Polyesterimidharzen, für derartige lEsolierlacke gebräuchlichen Lösungsmitteln sowie gegebenenfalls Verschnittmitteln und üblichen Zusätzen.

Elektroisolierlacke auf der Basis der Polyesterimide, d. h. der Umsetzungsprodukte aus Terephthalsäure, der Trimellithsäure, von mehrwertigen Alkoholen und aromatischen Diaminen haben sich im Verlauf des letzten Jahrzehnts in größtem Ausmaße durchgesetzt, insbesondere zum Lackieren von Kupfer- und Aluminiumdrähten. Überzüge auf der Basis der Polyesterimide zeichnen sich insbesondere durch große mechanische und (hennische Beständigkeit aus und haben hervorragende dielektrische, d.h. isolierende Eigenschaften. Durch Einkondensation von Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat, wie sie beispielsweise in der DE-AS 16 45 435 und DE-OS 17 90 228 beschrieben ist, haben sich diese Eigenschaften weiter verbessern lassen.

Nachteilig an dieser sonst so hervorragend geeigenten Stoffklasse ist, daß die Harze schwer löslich sind und daß die bisher dafür bekannten Lösungsmittel in ihrer Herstellung und damit preislichen Gestaltung äußerst aufwendig sind, vor allem aber in höchstem Maße gesundheitsschädlich und umweltfeindlich.

Als Lösungsmittel für diese Polyesterimidharze sind bisher eingesetzt worden stickstoffhaltige Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, vor allem aber Phenole, wie Phenol Kresol oder Xylenole.

Mit Rücksicht auf die Geruchsbelästigung und gesundheitsschädliche Wirkung dieser Lösungsmittel sind bereits eine ganze Reihe von Versuchen unternommen worden, diese Lösungsmittel zu vermeiden, insbesondere auch deshalb, weil diese vorbekannten Lösungsmittel aufgrund der strengeren Umweltschutzbestimmungen nur mehr in ganz geringen Mengen in

ίο Abgasen enthalten sein dürfen. Der Wert darf 20 mg/m³ nicht überschreiten.

Em Versuch, mh diesem Problem fertig zu werden, bestand darin, lösungsmittelfreie Schmelzharze einzusetzen. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, daß die Verarbeitung dieser Schmelzharze wesentlich aufwendiger ist als die Verarbeitung von Lösungen, die Oberzugsgeschwindigkeit geringer ist und sich vor allem bei sehr dünnen Drähten und dünnen Überzügen Schwierigkeiten ergeben.

Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, diese Harze so zu modifizieren, daß sie wasserlöslich werden und damit die mit den organischen Lösungsmitteln verbundenen, oben aufgezeigten Nachteile vermieden sind. Die Wasserlösüchkeit hat sich durch Einbau aliphatischer Amine, wie beispielsweise Triäthylamin oder Monoäthanolamin, erreichen lassen. Damit in Kauf genommen werden mußte jedoch eine wesentliche Eigenschaftsverschlechterung der damit erhaltenen Oberzüge. Diese Wasserlacke weisen außerdem eine mangelhafte Lagerstabilität auf, bringen auf den gebräuchlichen Maschinen Verarbeitungsprobleme mit sich und erfordern wesentlich höhere Energiekosten, da bekanntlich Wasser eine sehr hohe Verdampfungswärme hat

In der Patentliteratur, so in der GB-PS 9 88 828, der US-PS 3532661 und der FR-PS 1436 978 sind neben den konventionellen, giftigen Lösungsmitteln, insbesondere Kresol gelegentlich auch schon ungiftige und umweltfreundliche Lösungsmittel wie Diacetonalkohol

und Äthylglykol mit verwendet wordea Sie dienten dabei jedoch in untergeordneten Mengen lediglich als Lösungsmittel bei Tränklacken, an die hinsichtlich der Verarbeitungseigenschaften nicht annähernd so hohe Anforderungen gestellt werden wie bei Drahtlacken, bei denen es auf hohe Arbeitsgeschwindigkeit und Aushärtung des Drahtlackes in kürzester Zeit ankommt Besonders nachteilig ist aber vor allem, daß die Löslichkeit in diesen umweltfreundlichen Lösungsmitteln immer erkauft werden muß mit einer Einbuße

so hinsichtlich der thermischen Eigenschaften, wie das beispielsweise die FR-PS 14 36 978 zeigt, so daß sie damit nicht mehr den hohen Anforderungen gerecht werden, die heute in Drahtlacke gestellt werden.

Es besteht deshalb ganz erhebliches technisches

Interesse an einem Elektroisolierlack, dessen hervorragende Eigenschaften nicht beeinträchtigt sind, d. h, daß er einen möglichst hohen Festharzanteil hat und er sich trotzdem in einfacher Weise und ohne großen Aufwand mit den üblichen Auftragsvorrichtungen bei hohen Geschwindigkeiten verarbeiten läßt und dennoch umweltfreundlich ist Er muß den gesetzlichen Bestimmungen der TA Luft genügen, weil mit Inkrafttreten der Umweltschutz-Gesetzgebung Betrieben, die diese Anforderungen nicht erfüllen, die Schließung ihrer

Betriebsstätte droh i.

Es war deshalb gänzlich überraschend, daß sich die oben aufgezeigte Aufgabe durch einen Elektroisolierlack auf der Basis von mit Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocy-

anurat modifizierten Polyesterimidharzen, für derartige Isolierlacke gebräuchlichen Lösungsmitteln sowie gegebenenfalls Verschnittmiteln und üblichen Zusätzen dadurch lösen läßt, daß er als Bindemittel ein lYis-(2-hydroxyäthyr)-isocyanurat modifiziertes Polyesterimidharz mit einer Hydroxylzahl von 150 bis 600 und als Lösungsmittel Diacetonalkohol und/oder Ester oder Äther von Glykolen allein oder im Gemisch mit geringen Anteilen an stickstoffhaltigen Lösungsmitteln enthält

Dieses Ergebnis ist deshalb so überraschend, weil es sich bei dem speziellen Polyesterimidharz, das bei der Erfindung ausgewählt wurde, um eines mit den besten thermischen Eigenschaften handelt und damit keinerlei Qualitätsverlust in Kauf genommen werden muß. is Wesentlich ist lediglich, daß bei der Herstellung des Polyesterimidharzes mit einkondensiertem Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat darauf geachtet wird, däß es die geforderte Hydroxylzahl (bestimmt nach DIN-Norm 53 240) von 150 bi« 600, vorzugsweise von 200 bis 450, aufweist, was sicfe dadurch erzielen läßt, daß bei der Herstellung der Polyesterimidharze mit einem Oberschuß an Veresterungsalkoholen wie Glycerin, Glykol bzw. Tris-(2-hydroxyäthyI)-isocyanurat gearbeitet wird.

Aus der Gruppe der Glykole und deren Derivate haben sich als Lösungsmittel insbesondere die Monaäther des Glykols, wie Methylglykol, Äthylglykol, Propylglykol bzw. deren Acetate, Propionate oder Butyrate, wie Äthylglykolacetat und Melhylglykolacetat, bewährt.

Diese Lösungsmittel können allein oder im Gemisch Verwendung finden, in gewissem Umfang aber auch mit anderen Lösungsmitteln, wie uromafcchen Kohlenwasserstoffen, verschnitten werden.

Der Anteil dieser Gruppen von L£ ungsmitteln auf der Basis von Diacetonalkohol und/oder der Glykole beträgt vorzugsweise 30 bis 80 Gew.-% des Gesamtlösungsmittels.

Das Auflösevermögen für diese modifizierten Polyesterimidharze durch die erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmittel läßt sich vorteilhaft noch steigern, wenn ein gewisser Anteil des Gesamtlösungsmittels von stickstoffhaltigen Verbindungen vom Typ des Dimethylformamid, Dimethyiacetamid, N-Methylpyrrolidon, Triäthylamin, Monoäthanolamin, Äthylendiamin, Ammoniak und Hydrazin gebildet werden. Dabei reichen häufig schon geringe Mengen für eine deutliche Lösungsverbesserung aus. Der prozentuale Anteil am Gesamtlösungsmittel ist in gewissem Ausmaße auch abhängig von der Zusammensetzung des Polyesterimidharzes, er liegt zweckmäßig bei 0,1 bis 30 Gew.-% vom Gesamtlösungsmittel, ist aber andererseits so gering, daß die oben aufgezeigten Schwierigkeiten hinsichtlich der Umweltverschmutzung sich nicht ergeben.

Die modifizierten Polyesterimidharze sind zweckmäßig zu 20 bis 80 Gewichtsprozent im Gesamtlösungsmittel enthalten Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmittel ist, daß ein verhältnismäßig hoher Anteil an Polyesterimidharz darin aufgelöst werden kann, weil die erfindungsgemäßen ω Lösungen gegenüber den Auflösungen in den bisher verwendeten Lösungsmitteln wie Kjesol eine geringere Viskosität haben bzw. bei gleicher Viskosität wie bisher wesentlich mehr Festharz in der Lösung untergebracht werden kann. Auf diese Art und Weise ist eine ganz bedeutende Lösungsmitteleinsparung möglich, die noch gesteigert wird dadurch, daß die Lösungsmittel nach der Erfindung ohnedies preisgünstiger zu stellen sind.

Dem Elektroisolierlack nach der Erfindung können übliche andere Zusätze, wie Butyltitanat, Zinkacetat, Phenolharze und stabilisierte Isocyanate beigegeben sein. Ebenso ist nicht Gegenstand der Erfindung die Herstellung der mit Tris-(2-hydroxyäthyi)-isocyanurat modifizierten Polyesterimide, mit Ausnahme der Tatsache, daß zur Erzielung der guten Löslichkeit in den erfindungsgemäßen Lösungsmitteln die Herstellung mit einem Überschuß an Veresierungsalkoholen "erfolgt, so daß sich eine Hydroxylzahl zwischen 150 und 600 ergibt.

Die einzelnen Bestandteile der Polyesterimide können in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken.

Der Anteil an Tris^2-hydroxyäthyl)-isocyanurat und ähnlichen Verbindungen liegt vorzugsweise bei 5 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtharz, um eine gute Löslichkeit zu gewährleisten.

.Soweit zusätzliche stickstoffhaltige Verbindungen zur Verbesserung des Auflösevermögens für das Harz mit verwendet werden, lassen sich diese zweckmäßig auch in das Harz selbst einkondensieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1
Polyesterimidharz A
Durch Kondensation von

750 Gew.-Teilen Glykol

5 Gew.-Teilen Zinkpcetat
1000 Gew.-Teilen Tris-(hydroxyäthyl)-isocyanurat

650 Gew.-Teilen Dimethylterephthalat
1550 Gew.-Teilen Trimellithsäureanhydrid

770 Gew.-Teilen Diaminodiphenybnethan

bei Temperaturen bis zu 240° C Es entsteht ein springhartes Polyesterimidharz mit einer Hydroxylzahl 300. Der Schmelzpunkt liegt bei etwa 8O⁰C Die Herstellung erfolgt nach für Esterimidharze bekannten Verfahren und in gebräuchlichen Apparaturen unter Abspaltung von Methanol und Wasser-Herstellung der Drahtlacklösung

70Gew.-Teile Polyesterimidharz A werden unter Erwärmen auf ca. 100° C in

90 Gew.-Teilen Diacetonalkohol

10 Gew.-Teilen N-Methylpyrrolidon gelöst und der

Lösung
2 Gew.-Teile Kresyltitanat zugesetzt

Beispiel 2
Entsprechend Beispiel 1 werden gelöst:

100 Gew.-Teile Polyesterimidharz A
20 Gew.-Teile Dimethylformamid
50 Gew.-Teile Methylglykolacetat
30 Gew.-Teile Xylol
2 Gew.-Teile Kresyltitanat

Beispiel 3
Entsprechend Beispiel 1 werden gelöst:

100 Gew.-Teile Polyesterimidharz A
10 Gew.-Teile N-Methylpyrrolidon
50 Gew.-Teile Äthylglykolacetat
40 Gew.-Teile Xylol
2 Gew.-Teile Butyltitanat

Beispiel 4 Entsprechend Beispiel 1 werden, gelöst:

Gew.-Teüe Polyesterimidharz A 5 Gew.-Teile Monoäthanolamin 30 Gew.-Teile Äthylglykol 30 Gew.-Teile Diacetonalkohol 15 Gew.-Teile Butanol 20 Gew.-Teile Xylol

4 Gew.-Teile Acetylacetontitanat

Beispiel 5 Entsprechend Beispiel 1 werden gelöst:

Gew.-Teile Polyesterimidharz A Gew.-Teile Methylglykolacetat 2 Gew.-Teile Butyltitanat 20 Gew.-Teile Diacetonalkohol 20 Gew.-Teüe Methylglykol 20 Gew.-Teile Butoxyl 20 Gew.-Teile Butanol 20 Gew.-Teile Xylol

5 Gew.-Teile Triäthanolamintitanat

Beispiel 6

Herstellung Polyesterimidharz B Durch Kondensation von

Gew.-Teilen Äthylengiykol

6 Gew.-Teilen Zinkacetat Gew.-Teilen Tris-(hydroxyäthyl)-isocyanurat 645 Gew.-Teilen Dimethylterephthalat Gew.-Teilen Trimellithsäure 800 Gew.-Teilen Diaminodiphenylmethan

bei Temperaturen bis ca. 210⁰C Es entsteht ein hartes Harz von einer Hydroxylzahl von 450. Der Schmelzpunkt liegt bei etwa 70° C Die Herstellung erfolgt in üblichen Apparaturen nach bekannten Verfahren.

Entsprechend Beispiel 1 werden gelöst:

Gew.-Teile Polyesterimidharz B Gew.-Teile Diacetonalkoho! Gew.-Teile Methylglykol Gew.-Teile Butoxyl

20 Gew.-Teile Butanol
20 Gew.-Teile Xylol
5 Gew.-Teile Triäthanolamintitanat

Beispiel 7 Entsprechend Beispiel 1 werden gelöst:

70 Gew.-Teile Polyesterimidharz B
35 Gew.-Teile Äthylglykolacetat
ίο 40 Gew.-Teile Äthylengiykol
25 Gew.-Tefle Xylol
3 Gew.-Teile Kresyltitanat

Vergleichsbeispiel 8

50 Gew.-Teile Polyesterimidharz A
80 Gew.-Teile Kresol
20 Gew.-Teile Xylol
2 Gew.-Teile Butyltitanat

Die Viskosität des so hergestellten 33%igen Kresollackes beträgt 90 DIN-Sekundea Der Lack gemäß Beispiel 2 mit einem FeStsioffgehalt von 50 Gew.-% hat dagegen nur eine Viskosität von 60 DIN-Sekunden, der 50%ige Lack vom Beispiel 3 eine solche von 80 DIN-Sekunden, der 50%ige Lack des Beispiels 5 von 50 DIN-Sekunden.

Nachfolgend sind die Eigenschaften von lackierten Drähten gemäß der Erfindung — und zwar gemäß Beispiel 5 mit Polyesterimidharz A und Beispiel 6 mit Polyesterimidharz B — gegenübergestellt solchen gemäß dem Stand der Technik, nämlich einem in Kresol gelöstem Polyesterimidharz A gemäß Vergleichsbeispiel 8 und einem in Kreisol gelöstem Polyesterimidharz gemäß Beispiel 4 der FR-PS14 36 978. Das im Beispiel 4 der FR-PS 14 36 978 alternativ als Lösungsmittel vorgeschlagene Äthyldig!ykol ist wegen ungenügender Lagerstabilität des Lackes als Drahtlack ungeeignet Die Lacke der folgenden Tabelle wurden in bekannter Weise mit einem horizontalen Drahtlackierofcn von 2J5 m Länge bei einer Temperatur von 500⁰C mittels Filz und Dosierpumpe auf einen Kupferdraht von O^mm Durchmesser mit 22 m/min Geschwindigkeit lackiert Der Lackauftrag betrug 0,04 mm, die Zahl der Durchzüge 8.

Die Prüfung der lackierten Drähte führte zu folgenden Ergebnissen:

Beispiel 5 Beispiel 6 Beispiel 8

Beispiel 4
FR-PS
14 36978

Bleistifthärte	4H	4H	4H	4H
Wickelfeätigkeit um Eigendurchmesser nach Vordehnung	25	25	25	25
von%
Erweichungstemperatur	35O⁰C	345°C	350⁰C	300⁰C
Temperatur des tan d Steilanstieges	195°C	193°C	195⁰C	180⁰C
Durchschlagspannung am Twist in KV	7,5	7,6	7,5	7,2

Die mit den kresolfreien Lacken gemäß Beispiel 5 und Drähte gemäß der FR-PS 14 36 978 selbst bei

6 der Erfindung lackierten Drähte zeigen das gleich gute w> Verwendung von Kresol als Lösungsmittel schlechtere

Eigenschaftsbild wie mit dem kresolhaltigen Lack thermische Eigenschaften, gemäß Beispiel 8 lackierte Drähte. Dagegen zeigen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektroisolierlack auf der Basis von. mit Tris-{2-hyclroxyäihyl)-isocyanurat modifizierten Polyesterimidharzen, für derartige Isolierlacke- gebräuchlichen Lösungsmitteln sowie gegebenenfalls Verschnittmitteln und üblichen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bindemittel ein Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyaaurat modifiziertes Polyesterimidharz mit meiner Hydroxylzahl von 150 bis 600 und als Lösungsmittel Diacetonalkohol und/oder Ester oder Äther von Glykolen allein oder im Gemisch mit geringen Anteilen an stickstoffhaltigen Lösungsmitteln enthält

2. Elektroisolierlack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Lösungsmittel auf der Basis von Estern oder Äthern von Glykolen Methylglykol, Äthylglykol, Propylglykol, Butylglykol oder deren Acetate, Propionate und Butyrate enthält

3. Eiektroisoiierlack nach einem der Ansprüche ί und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittel auf der Basis des Diacetonalkohols und/oder der Ester oder Äther von Glykolen 30 bis 80 Gew.-% des Gesamtlösungsmittels ausmachen.

4. Elektroisolierlack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er stickstoffhaltige Lösungsmittel vom Typ des Dimethylformamid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, Triäthylamin, Monoäthynolamin, Äthylendiamin, Ammoniak und Hydrazin in einer Menge von 0,1 bis 30 Gew.-% des Gesamtlösungsmittels enthält