ES2320786T3 - Formulacion de resina de impregnacion. - Google Patents
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Abstract
Formulación de resina de impregnación de baja viscosidad que contiene un componente A que contiene una resina de poliéster insaturado que contiene éter alílico, un componente B que contiene una resina de poliéster insaturado distinta del componente A terminada en diciclopentadieno, un componente C que contiene otro polímero insaturado distinto de las resinas de poliéster según los componentes A y B, así como dado el caso endurecedores, aceleradores, estabilizadores, aditivos y aditivos reológicos, presentando la formulación de resina de impregnación una viscosidad inferior o igual a 1500 mPas medida a 25ºC.
Description
Formulación de resina de impregnación.
La presente invención se refiere a una
formulación de resina de impregnación para máquinas eléctricas.
La impregnación de bobinados eléctricos es un
proceso habitual en la fabricación de máquinas eléctricas. La
resina de impregnación curada tiene el objetivo de fijar
mecánicamente el bobinado, protegerlo de productos químicos
agresivos e influencias medioambientales, eliminar el calor formado
y aislar eléctricamente.
El estado de la técnica es el uso de poliésteres
insaturados que contienen estireno. Estos son generalmente
conocidos y su preparación y uso son familiares para el experto. La
bibliografía puede encontrarse en las obras habituales de la
química de los polímeros y los folletos de los proveedores. Además,
hay informes de congresos sobre sistemas que pueden procesarse
convencionalmente (por ejemplo, Varnish and resin usage with
various motor construction, M. Winkeler, IEEE Proceedings, 1999,
pág. 143; Evaluation of electrical insulating resins for inverter
duty application, M. Winkeler, IEEE Proceedings 1997, pág 145), así
como, por ejemplo, sobre sistemas de curado en frío (Heatless cure
coating of electrical windings, Th. J. Weiss, IEEE Proceedings,
1993, S. 443).
Como las resinas que contienen estireno emiten
estireno durante el curado, debe tratarse el aire de salida de las
plantas de procesamiento. Si en lugar de estireno se usan otros
comonómeros, por ejemplo viniltolueno o distintos acrilatos,
fundamentalmente no cambia nada de las emisiones. Por tanto, se ha
adoptado el enfoque de desarrollar resinas de poliéster insaturado
sin comonómeros que sean adecuadas para la utilización para
impregnar bobinados eléctricos.
En el documento EP 0 968 501 se describen
formulaciones que contienen poliésteres insaturados curables
líquidos sin comonómeros que también pueden curarse mediante UV. El
poliéster insaturado contiene estructuras de diciclopentadieno y
ácido maleico. No obstante, estas formulaciones tienen una
viscosidad relativamente alta (superior a 2600 mPas). Ésta es un
impedimento para el procesamiento en plantas convencionales.
En el documento EP 1 122 282 también se
describen formulaciones que contienen resinas de poliéster
insaturado curables sin comonómeros. Están constituidas por
poliésteres insaturados basados en ácido maleico y diciclopentadieno
y reticulantes poliméricos en los que como unidad constitutiva se
utiliza, por ejemplo, isoprenol
(3-metil-3-buten-1-ol).
Las viscosidades de las mezclas de resinas son en algunos casos muy
altas. Además, las formulaciones tienen la desventaja de que las
resinas y los reticulantes poliméricos no pueden mezclarse
discrecionalmente ya que el reticulante polimérico no puede curarse
solo por sí mismo.
La presente invención se ha planteado el
objetivo de desarrollar una formulación que contiene una resina de
poliéster insaturado sin comonómeros de baja viscosidad que está
libre de reticulantes poliméricos que no se curan solos por sí
mismos y que es adecuada para la impregnación de bobinados
eléctricos.
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Este objetivo se alcanza mediante una
formulación de resina de impregnación de baja viscosidad que
contiene
un componente A que contiene una resina de
poliéster insaturado que contiene éter alílico,
un componente B que contiene una resina de
poliéster insaturado terminada en diciclopentadieno distinta del
componente A,
un componente C que contiene otro polímero
insaturado distinto de las resinas de poliéster según los
componentes A y B,
así como dado el caso endurecedores,
aceleradores, estabilizadores, aditivos y aditivos reológicos.
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Las formulaciones de resina de impregnación en
el marco de la presente invención presentan una viscosidad inferior
o igual a 1500 mPas medida a 25ºC.
Preferiblemente, la formulación de resina de
impregnación puede estar constituida por los componentes A, B, C,
así como por los endurecedores, aceleradores, estabilizadores y
aditivos, aditivos reológicos habituales.
Las formulaciones de resina de impregnación
especialmente preferidas presentan una viscosidad entre incluidos
600 e incluidos 1300 mPas, especialmente preferiblemente entre
incluidos 850 e incluidos 1200 mPas, medida a 25ºC.
Las resinas de poliéster insaturado que
contienen éter alílico presentes en el componente A contienen
preferiblemente una resina de poliéster insaturado o una mezcla de
resinas de poliéster insaturado que se sintetizan a partir de éter
monoalílico de trimetilolpropano y/o dialílico de trimetilolpropano,
glicoles, ácido maleico, así como otros de. Las resinas de
poliéster pueden estar modificadas según la invención con
estructuras de imida, estructuras de diciclopentadieno, con
isocianatos y/o resinas de melamina.
Estas resinas son conocidas (véase, por ejemplo,
el folleto nº 0207 de la empresa Perstorp, los documentos DE
2645657, DOS 2113998) y pueden prepararse mediante la reacción de
éteres alílicos, polioles, ácidos carboxílicos y también moléculas
monofuncionales como interruptores de cadena.
La preparación de estar resinas también es
generalmente conocida. En este caso, los componentes se calientan
con o sin catalizador de esterificación normalmente hasta
temperaturas entre 160 y 200ºC. La reacción se realiza normalmente
bajo gas protector. Para facilitar la extracción del agua formada
puede usarse un azeótropo y/o vacío. El control del transcurso de
la condensación se realiza normalmente mediante la determinación del
índice de acidez y/o de la viscosidad de condensación.
Como éteres alílicos pueden utilizarse éter
monoalílico de trimetilolpropano, dialílico de trimetilolpropano,
trialílico de pentaeritritol. Se prefieren los tres, solos o en
distintas mezclas.
Como polioles son etilenglicol, di- y
trietilenglicol, neopentilglicol, 1,3- y
1,6-hexanodiol, perhidrobisfenol A, glicerina,
trimetilolpropano, isocianurato de
tris-(2-hidroxietilo), pentaeritritol,
dipentaeritritol. Se prefieren di- y trietilenglicol,
neopentilglicol y trimetilolpropano.
Como ácidos carboxílicos se usan ácidos
dicarboxílicos alfa,beta-insaturados o derivados
como anhídrido de ácido maleico y ácido fumárico y sus mezclas con
ácidos dicarboxílicos modificados como ácido adípico, ácido
succínico, anhídrido de ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido
tereftálico, ácido 2,6-naftalendicarboxílico. Se
prefieren anhídrido de ácido maleico y ácido adípico.
Como interruptores de cadena se usan ácidos
carboxílicos monofuncionales y/o alcoholes monofuncionales, por
ejemplo, ácido graso de talol, ácido benzoico, ácido
2-etilhexanoico, hexanol,
2-etilhexanol, alcohol bencílico,
terc-butanol, isoprenol
(3-metil-3-buten-1-ol),
el producto de reacción de anhídrido de ácido tetrahidroftálico con
etanolamina. Se prefieren hexanol, isoprenol, así como el producto
de reacción de anhídrido de ácido tetrahidroftálico con
etanolamina.
Según la invención, el componente B puede estar
constituido por al menos un aglutinante distinto del componente A
que se describe en el documento EP 0 968 501 y/o en el documento EP
1 122 282.
La resina de poliéster insaturado distinta del
componente A presente en el componente B con estructuras de
diciclopentadieno puede prepararse, por ejemplo, mediante la adición
de ácido maleico y diciclopentadieno, glicoles, ácido maleico, así
como otros componentes conocidos de la química de las resinas de
poliéster insaturado.
Según la invención, el componente C puede
contener un polímero insaturado habitual en el comercio. Estos
polímeros pueden obtenerse en el comercio bajo nombres comerciales
como Laromer PO 33F, Sartomer SR 9045 o Sartomer CD 9021 o éter
divinílico de polietilenglicol.
El polímero insaturado presente en el componente
C puede prepararse mediante la funcionalización de polímeros
existentes con moléculas que contienen dobles enlaces, como por
ejemplo el producto de reacción de un poliacrilato terminado en
ácido carboxílico con metacrilato de glicidilo, o un polioléter con
un isocianato insaturado. Además, pueden utilizarse éteres
vinílicos poliméricos como por ejemplo éteres divinílicos de
polietilenglicol de diferentes pesos moleculares.
La formulación de resina de impregnación según
la invención puede contener
- 1º
- el 40-95% en peso de resina de poliéster insaturado que contiene éter alílico (componente A), preferiblemente el 50,0-90% en peso, con especial preferencia el 60-80% en peso
- 2º
- el 5,0-60% en peso de resina de poliéster insaturado terminada en diciclopentadieno (componente B), preferiblemente el 8,0-40% en peso, con especial preferencia el 10-30% en peso
- 3º
- el 1,0-30% en peso de polímero insaturado (componente C), preferiblemente el 1,0-20% en peso, con especial preferencia el 1,0-10% en peso
- 4º
- el 0,1-5% en peso de endurecedores, aceleradores, estabilizadores, aditivos, aditivos reológicos, preferiblemente el 0,5-4% en peso, con especial preferencia el 1-3% en peso
en la que los datos en porcentaje
se refieren respectivamente a la formulación de resina de
impregnación
completa.
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La formulación según la invención puede estar
constituida preferiblemente por estos componentes.
Según la invención, los tres componentes A, B, C
se mezclan preferiblemente inicialmente y se formulan con los
endurecedores, aceleradores, estabilizadores y aditivos habituales.
Mediante esto se obtienen formulaciones que, en función de la
composición, baja viscosidad, un buen comportamiento de curado y
materiales de moldeo homogéneos curados con excelentes propiedades
mecánicas, eléctricas y térmicas.
La formulación de resina de impregnación según
la invención se prepara correspondientemente preferiblemente
mediante mezclado de los componentes A, B y C, mientras que las
adiciones de endurecedores, aceleradores, estabilizadores,
aditivos, aditivos reológicos se añaden preferiblemente al
final.
Como endurecedores han dado buen resultado
peróxidos, como por ejemplo peróxido de dicumilo y perbenzoato de
terc-butilo, así como benzopinacoles sililados.
Mediante el uso de fotoiniciadores, como por ejemplo óxidos de
fosfina y cetales, la formulación puede ajustarse de forma que pueda
curarse con luz UV.
Los aceleradores son jabones metálicos, como por
ejemplo octoatos o naftenatos de cobalto, vanadio y circonio.
Como estabilizadores se usan fenoles,
hidroquinonas y benzoquinonas alquilados como, por ejemplo,
2,4-diterc-butilfenol o
metilhidroquinona. Los aditivos son los aditivos nivelantes y de
superficie conocidos para el experto.
Como adiciones reológicas han dado buen
resultado ácidos silícicos pirógenos, Bentone y ureas poliméricas.
Con esto se remite a los manuales de barnices.
La formulación de resina de impregnación según
la invención es líquida, de baja viscosidad y sin monómeros a
temperatura ambiente. Puede procesarse en las plantas de
procesamiento habituales, por ejemplo mediante inmersión,
instilación, laminado por inmersión, colada y mediante impregnación
a vacío e impregnación a vacío-presión de bobinados
eléctricos.
A continuación del procesamiento descrito, la
formulación de resina de impregnación se cura. En este caso puede
tratarse de un curado térmico. Éste puede conseguirse o en una
estufa o mediante el calor Joule del bobinado o mediante la
combinación de estas posibilidades.
El curado también puede conseguirse mediante
radiación, preferiblemente mediante radiación UV. Especialmente si
la formulación de resina de impregnación está provista de un
fotoiniciador, puede curarse sobre el paquete de chapas con ayuda
de luz UV. Según la invención también es posible la combinación de
curado térmico y curado por luz UV, especialmente cuando se prevé
un curado directamente sobre el paquete de chapas. Mediante esto se
hace posible adicionalmente el aprovechamiento simultáneo del calor
Joule y la luz UV para el curado.
Además de la impregnación de bobinados
eléctricos, la formulación de resina de impregnación según la
invención también puede utilizarse para recubrir subconjuntos
planos en la electrónica, híbridos, módulos SMD y placas de
circuito impreso montadas, o usarse como material base para
materiales aislantes planos.
A continuación se describe más detalladamente la
invención en relación a ejemplos. La comprobación se realiza según
normas DIN e IEC.
Ejemplo
1
En un matraz estándar de tres bocas se hacen
reaccionar entre sí bajo gas protector 290 g de anhídrido de ácido
maleico, 114 g de trietilenglicol, 320 g de
2-etilhexanol, 190 de éter dialílico de
trimetilolpropano y 70 g de glicerina a 190ºC. El índice de acidez
de la resina obtenida asciende a 20 mg de KOH/g y la viscosidad a
20 Pas.
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Ejemplo
2
Primero se hacen reaccionar en un matraz
estándar de tres bocas 302 g de anhídrido de ácido maleico, 28 g de
agua y 217 g de diciclopentadieno. Luego se hace reaccionar
análogamente al ejemplo 1 el producto primario con 161 g de
neopentilglicol, 134 de éter monoalílico de trimetilolpropano y 157
g de hexanol a 195ºC. La resina obtenida tiene un índice de acidez
de 21 mg de KOH/g y una viscosidad de 22 Pas.
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Ejemplo
3
Primero se hacen reaccionar en un matraz
estándar de tres bocas 271 g de anhídrido de ácido maleico, 17 g de
agua y 130 g de diciclopentadieno. Luego se hace reaccionar
análogamente al ejemplo 1 el producto primario con 208 g de
trietilenglicol, 48 g de neopentilglicol, 120 g de
2-etilhexanol y 197 de éter dialílico de
trimetilolpropano a 190ºC. La resina obtenida tiene un índice de
acidez de 24 mg de KOH/g y una viscosidad de 12 Pas.
Ejemplo
4
Se preparó el producto del ejemplo 1 del
documento EP 1 122 282.
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Ejemplo
5
Se mezclan intensamente 100 g de la resina del
ejemplo 4, 790 g de la resina del ejemplo 1, 80 g de Laromer PO
33F, 1 g de octoato de cobalto, 8,5 g de un ácido silícico pirógeno
habitual en el comercio, 0,5 g de
di-terc-butilfenol, 20 g de
perbenzoato de terc-butilo. La formulación tiene una
viscosidad de 1050 mPas, un tiempo de gelificación de 3 minutos a
120ºC. Con la formulación se impregnan varillas perforadas según IEC
61033 (procedimiento A) y después del curado (1 hora a 160ºC) se
determina la resistencia al sinterizado. Asciende a 50 N a 155ºC.
Además, con la formulación se sumerge un estátor, tamaño 90, y se
cura 1 hora a 150ºC. La pérdida por goteo durante el curado en la
estufa fue excepcionalmente baja. El estátor se sierra
posteriormente y se inspeccionan ópticamente la absorción de resina
y la calidad de la impregnación. El estátor estaba correctamente
impregnado y el bobinado estaba completamente saturado con
resina.
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Ejemplo
6
Se mezclan 100 g de la resina del ejemplo 4, 800
g de la resina del ejemplo 2, 70 g de Laromer PO 33F, 1 g de
octoato de cobalto, 0,5 g 0,5 g de
di-terc-butilfenol, 20 g de
perbenzoato de terc-butilo. La formulación tiene
una viscosidad de 1000 mPas, un tiempo de gelificación de 4 minutos
a 120ºC. Con la formulación se impregnan varillas perforadas según
IEC 61033 (procedimiento A) y después del curado (1 hora a 160ºC) se
determina la resistencia al sinterizado. Asciende a 65 N a 155ºC.
Además, con la formulación se sumerge un estátor, tamaño 90, y se
endurece 1 hora a 150ºC. El estátor se sierra posteriormente y se
inspeccionan ópticamente la absorción de resina y la calidad de la
impregnación. El estátor estaba correctamente impregnado.
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Ejemplo
7
Se mezclan 100 g de la resina del ejemplo 4, 800
g de la resina del ejemplo 3, 70 g de Laromer PO 33F, 1 g de
octoato de cobalto, 0,5 g de
di-terc-butilfenol, 20 g de
perbenzoato de terc-butilo. La formulación tiene
una viscosidad de 1200 mPas, un tiempo de gelificación de 3 minutos
a 120ºC. Con la formulación se impregnan varillas perforadas según
IEC 61033 (procedimiento A) y después del curado (1 hora a 160ºC) se
determina la resistencia al sinterizado. Asciende a 51 N a 155ºC.
Además, con la formulación se sumerge un estátor, tamaño 90, y se
endurece 1 hora a 150ºC. El estátor se sierra posteriormente y se
inspeccionan ópticamente la absorción de resina y la calidad de la
impregnación. El estátor estaba correctamente impregnado.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
8
La resina del ejemplo 4 se activa con 2% de
peróxido de dicumilo. La viscosidad asciende a 8 Pas. Un estátor de
tamaño 90 se sumerge en su interior y se endurece 1 hora a 160ºC. El
estátor se sierra posteriormente y se inspeccionan ópticamente la
absorción de resina y la calidad de la impregnación. La absorción de
resina es claramente inferior a la de en los ejemplos 5 a 7.
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Ejemplo comparativo
9
La resina del ejemplo 1 se activa con 3% de
perbenzoato de terc-butilo. La viscosidad asciende a
20 Pas. Un estátor de tamaño 90 se sumerge en su interior y se
endurece 1 hora a 160ºC. El estátor se sierra posteriormente y se
inspeccionan ópticamente la absorción de resina y la calidad de la
impregnación. La absorción de resina es claramente inferior a la de
en los ejemplos 5 a 7.
\newpage
Ejemplo comparativo
10
Se activa Laromer PO 33 F con 2% de perbenzoato
de terc-butilo y con él se impregna un estátor de
tamaño 90 y se endurece 1 h a 130ºC. El estátor se sierra
posteriormente y se inspeccionan ópticamente la absorción de resina
y la calidad de la impregnación. La resina se desprende de las
cabezas de los bobinados y se rompe en el bobinado.
Claims (12)
1. Formulación de resina de impregnación de baja
viscosidad que contiene un componente A que contiene una resina de
poliéster insaturado que contiene éter alílico,
un componente B que contiene una resina de
poliéster insaturado distinta del componente A terminada en
diciclopentadieno,
un componente C que contiene otro polímero
insaturado distinto de las resinas de poliéster según los
componentes A y B,
así como dado el caso endurecedores,
aceleradores, estabilizadores, aditivos y aditivos reológicos,
presentando la formulación de resina de
impregnación una viscosidad inferior o igual a 1500 mPas medida a
25ºC.
2. Formulación de resina de impregnación según
la reivindicación 1, caracterizada porque el componente A
contiene el 40-95% en peso de resina de poliéster
insaturado que contiene éter alílico, preferiblemente el
50,0-90% en peso, con especial preferencia el
60-80% en peso,
el componente B contiene el
5,0-60% de resina de poliéster insaturado terminada
en diciclopentadieno, preferiblemente el 8,0-40%,
con especial preferencia el 10-30% y el componente C
contiene el 1,0-30% de polímero insaturado,
preferiblemente el 1,0-20%, con especial preferencia
el 1,0-10%, refiriéndose los datos en porcentaje
respectivamente a la formulación de resina de impregnación
completa.
3. Formulaciones de resina de impregnación según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizadas
porque presentan una viscosidad de entre incluidos 600 e incluidos
1300 mPas y preferiblemente entre incluidos 850 e incluidos 1200
mPas, medida respectivamente a 25ºC.
4. Formulación de resina de impregnación según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque
la resina de poliéster insaturado contiene en el componente A éter
monoalílico de trimetilolpropano y/o dialílico de trimetilolpropano
y/o éter trialílico de pentaeritritol, así como glicoles, polioles y
ácidos carboxílicos.
5. Formulación de resina de impregnación según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque
la resina de poliéster insaturado contiene en el componente B
estructuras de diciclopentadieno que pueden prepararse mediante la
adición de ácido maleico y diciclopentadieno, así como glicoles,
ácidos carboxílicos y otros componentes conocidos de la química de
las resinas de poliéster insaturado.
6. Formulación de resina de impregnación según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque
el polímero insaturado del componente C puede prepararse mediante
la funcionalización de polímeros existentes con moléculas que
contienen dobles enlaces.
7. Formulación de resina de impregnación según
una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque
los componentes A, B y C pueden curarse mediante la adición de
formadores de radicales a los materiales de moldeo
termoestables.
8. Uso de la formulación de resina de
impregnación según la reivindicación 1 a 7 para impregnar bobinados
eléctricos.
9. Uso según la reivindicación 8 para impregnar
bobinados eléctricos mediante inmersión, instilación, laminado por
inmersión, colada, impregnación a vacío y/o impregnación a
vacío-presión seguido de un curado térmico.
10. Uso según la reivindicación 8 para impregnar
bobinados eléctricos mediante inmersión, instilación, laminado por
inmersión, colada, impregnación a vacío y/o impregnación a
vacío-presión seguido de un curado UV en combinación
con un curado térmico.
11. Uso de la formulación de resina de
impregnación según la reivindicación 1 a 7 para la preparación de
materiales base de materiales aislantes superficiales.
12. Uso de la formulación de resina de
impregnación según la reivindicación 1 a 7 para recubrir
subconjuntos planos en la electrónica, híbridos, módulos SMD y
placas de circuito impreso montadas.
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