ES2578613T3 - Resina de aislamiento eléctrico a base de diglicidil éter de isohexidadioles - Google Patents

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Abstract

Uso de una resina de aislamiento eléctrico que contiene A) diglicidil éter de isohexidadiol, B) un endurecedor, C) dado el caso una carga, D) dado el caso aditivos adicionales, para la impregnación de máquinas eléctricas, para el encapsulamiento de transformadores, de bobinas, para el encapsulamiento completo de motores eléctricos y para la producción de máquinas eléctricas de alta tensión.

Description

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DESCRIPCION
Resina de aislamiento electrico a base de diglicidil eter de isohexidadioles
La invencion se refiere a una resina de aislamiento electrico a base de diglicidil eter de isohexidadioles asi como a su uso.
Las resinas de aislamiento electrico a base de resinas epoxidicas son conocidas y se han descrito repetidas veces.
En el documento DE 4 206 733 se describen masas de encapsulamiento electrico a base de diglicidil eteres de bisfenol A y bisfenol F-diglicidil eteres. Estas masas de encapsulamiento contienen dolomita como carga y anhidrido de acido metiltetrahidroftalico como endurecedor. El endurecimiento tiene lugar a de 80 °C a 100 °C y un endurecimiento posterior a de 130 °C a 140 °C a lo largo de un periodo de tiempo de 2 a 4 horas.
En el documento DE 4 139 877 y el documento EP 545 506 se describen resinas epoxidicas cicloalifaticas. Son carboxilato de 3,4-epoxiciclohexilmetil-3,4-epoxiciclohexilo y adipato de bis(3,4-epoxiciclohexilmetilo). Como carga se usa dolomita y como endurecedor se usa anhidrido de acido tetrahidroftalico.
En el documento CH 424 256 se describe una mezcla de resina colada endurecible a base de triepoxido de ciclododecano con anhidrido de acido ftalico o 4,4'-diamino-3,3'-dimetildiciclohexilmetano como endurecedores.
Las resinas epoxidicas de base pueden tambien estar modificadas. En el documento WO 98/04609 se describen por ejemplo resinas epoxidicas modificadas con silicona.
Las resinas epoxidicas se emplean sin cargas como agente de impregnacion y con cargas como resinas coladas. Como cargas para resinas epoxidicas se usan, ademas de dolomita tambien otros materiales inorganicos tales como creta y oxido de aluminio, tambien en combinacion con fibras de vidrio sinteticas, tal como se describe en el documento DE 1 570 211. Como carga organica se usa tambien polvo de caucho, tal como se describe en el documento DE 1 495 072.
Las resinas epoxidicas se endurecen con el uso con anhidridos de acidos dicarboxilicos, diaminas y sus derivados, asi como con acidos de Lewis, tales como por ejemplo complejos de tricloruro de boro y trifluoruro de boro. Se describe en endurecimiento de resinas epoxidicas, entre otros, en libros tales como “Epoxidverbindungen und Epoxidharze” de A.M. Paquin, Springer-Verlag, 1958 o “Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften” de H. Domininghaus, VDI Verlag, 1988.
En la electrotecnia han dado buen resultado resinas epoxidicas en las mas diversas aplicaciones. En el documento DE 19 809 572 se describe un transformador de resina colada. En el documento DE 4 132 982 se describe el uso de resinas epoxidicas para la encapsulacion estator. El documento DE 1 220 500 describe el uso de resinas coladas para la produccion de aisladores de alta tension. El documento DE 1 209 650 describe fundir con una resina colada las conexiones frontales. El encapsulamiento de una bobina de alta tension se describe en el documento DE 1 207 605. Ademas, han dado buen resultado para la impregnacion de motores de traccion (“Isolationssysteme fur Traktionsmotoren” VonRoll, CH-4426 Breitenbach).
Las resinas epoxidicas a base de diglicidil eteres de bisfenol A no son toxicologicamente inocuas debido al contenido en bisfenol A libre. Ademas, estas resinas presentan una viscosidad en el intervalo de 9000 a 13000 mPas a 25 °C y, por lo tanto, una viscosidad demasiado alta para muchas aplicaciones.
Si bien las resinas epoxidicas cicloalifaticas son poco viscosas, en cambio tienen un efecto muy alergenico.
En el documento US2008/0009599 A1 se describen glicidil eteres de azucares anhidro tales como isosorbida, isomanida e isoidida asi como resinas obtenidas a partir de los mismos mediante endurecimiento con poliaminas alifaticas y aromaticas.
Es objetivo de la invencion proporcionar formulaciones de resina de aislamiento electrico, que no presenten las desventajas descritas anteriormente. En particular, seran toxicologicamente inocuas, una baja viscosidad, cortos tiempos de tiempos de gelificacion asi como propiedades de endurecimiento adecuadas y resistencias de apelmazamiento adecuadas.
El objetivo se consigue mediante una resina de aislamiento electrico que contiene
A) diglicidil eteres de un isohexidadiol,
B) un endurecedor,
C) dado el caso una carga,
D) dado el caso aditivos adicionales.
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Se descubrio de manera sorprendente que el diglicidil eter de un isohexidadiol puede usarse de manera muy adecuada como resina epox^dica para aplicaciones de aislamiento electrico.
Los isohexidadioles se obtienen mediante formacion de anhidrido con escision de 2 moleculas de agua de los hexitoles correspondientes. Se prefieren los diglicidil eteres de isosorbida, isomanida e isoidida. Estos se describen por ejemplo en el documento US 3.272.845.
Se prefiere el diclicidil eter de isosorbida.
La isosorbida (1,4:3,6-dianhidro-D-sorbitol) se prepara a partir de glucosa. A partir de ella puede prepararse a continuacion el diclicidil eter de isosorbida de acuerdo con distintos procedimientos, tal como se describe por ejemplo en el documento WO 2008/147473. La diclicidil eter de isosorbida tecnicamente disponible tiene una viscosidad de aproximadamente 870 mPas a 25 °C y un equivalente de epoxi de 166 EEW/g.
Propiedades similares a las del diclicidil eter de isosorbida presentan el diglicidil eter de isomanida y el diglicidil eter de isoidida.
La resina de aislamiento electrico de acuerdo con la invencion presenta una adherencia excelente y unas propiedades de aislamiento electrico excelentes en el estado endurecido. La resina puede usarse para ello sola o en combinacion con materiales aislantes solidos (bandas, etc.), para aislar aparatos electricos tales como por ejemplo motores, transformadores y generadores.
Los diclicidil eteres de isosorbida asi como los otros diglicidil eteres de isohexidadiol pueden emplearse en distintas formulaciones de resina de aislamiento electrico y usarse en ellas por ejemplo en lugar de diglicidil eteres de bisfenol A. La eleccion de la cantidad de diglicidil eter de isohexidadiol tiene lugar de manera correspondiente a los diferentes equivalentes de epoxi de los diglicidil eteres de isohexidadiol y de los compuestos epoxidicos, que se sustituyen por los diglicidil eteres de isohexidadiol.
La resina de aislamiento electrico de acuerdo con la invencion contiene al menos un endurecedor B). Endurecedor adecuados para resinas epoxidicas son acidos dicarboxilicos o anhidridos de acido dicarboxilico, di- o poliaminas diprimarias o acidos de Lewis.
En una forma de realizacion de la invencion el endurecedor B) contiene uno o varios anhidridos de acido dicarboxilico o acido dicarboxilico. Anhidridos de acido dicarboxilico o acido dicarboxilico adecuados como endurecedor son por ejemplo anhidrido de acido tetrahidroftalico, anhidrido de acido metiltetrahidroftalico, anhidrido de acido hexahidroftalico y anhidrido de acido dodecilsuccrnico. Se prefieren anhidrido de acido tetrahidroftalico y anhidrido de acido hexahidroftalico.
En general, por equivalente de epoxi del diglicidil eter de isohexidadiol se emplea del 75 % al 100%, preferentemente del 85 % al 100% del equivalente de anhidrido del endurecedor de anhidrido.
Ademas del endurecedor B), puede estar contenido un acelerador de la reaccion en las resinas. Si como endurecedor B) se usa un anhidrido de acido dicarboxilico, entonces se usa de forma conjunta preferentemente un acelerador de la reaccion. Aceleradores de la reaccion adecuados son aminas terciarias, por ejemplo bencildimetilamina, trietilamina, trietanolamina y N-metilmorfolina.
En una forma de realizacion adicional, el endurecedor B) contiene di- o poliaminas diprimarias. Como endurecedor son adecuadas por ejemplo 1,6-hexilendiamina, isoforondiamina, xililendiaminas, dietilentriamina, trietilentetramina, tetraetilenpentamina, pentametilenhexamina y polieterpoliaminas, tales como por ejemplo Jeffamin D 400.
En general se emplean por equivalente de epoxi del diglicidil eter de isohexidadiol del 75 % al 100% de la cantidad de amina equivalente, preferentemente del 85 % al 100% de la cantidad de amina equivalente como di- o poliamina diprimaria.
En una forma de realizacion adicional, el endurecedor B) contiene un acido de Lewis. Acidos de Lewis adecuados como endurecedor son por ejemplo complejos de trifluoruro de boro o tricloruro de boro, en particular los complejos de amina. Ejemplos son el complejo de monetanolamina, amoniaco asi como de piperidina, de trimetilamina, de hexametilentetramina o de piridina del trifluoruro de boro asi como el complejo de dimetiloctilamina o de piridina del tricloruro de boro.
En general se emplea del 1 al 6 % en peso, preferentemente del 2 al 5 % en peso, con respecto a la masa total de la resinas de aislamiento electrico, del acido de Lewis.
En una forma de realizacion especial de la invencion el endurecedor B) contiene un complejo de tricloruro de boro- amina.
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La resina de aislamiento electrico puede contener una o varias cargas. Cargas adecuadas se seleccionan por ejemplo del grupo que consiste en dolomita, creta, silice fundida, harina de cuarzo, hidroxido de aluminio, hidroxido de magnesio y mezclas de los mismos.
La o las cargas pueden estar contenidas en cantidades del 20 al 70 % en peso, con respecto a la cantidad total de la resinas de aislamiento electrico.
Si la resina de aislamiento electrico es una resina colada, entonces contiene preferentemente una carga. Si la resina de aislamiento electrico es un agente de impregnacion, entonces no contiene preferentemente ninguna carga.
La resina de aislamiento electrico puede contener aditivos adicionales D). Los aditivos son los aceleradores de la reaccion ya mencionados, ademas de aditivos de humectacion, adyuvantes de nivelacion y pigmentos.
Los aditivos pueden estar contenidos en general en cantidades del 0 al 6 % en peso, con respecto a la masa total de la resinas de aislamiento electrico.
Ademas, la resina de aislamiento electrico puede contener un diluyente reactivo. Diluyentes reactivos adecuados son diglicidil eteres de dioles o monoalcoholes de cadena larga, por ejemplo diglicidil eter de butanodiol, diglicidil eter de hexanodiol, fenilglicidil eter, cresilglicidil eter, decilglicidil eter, dodecilglicidil eter, monoglicidil eter de polietilenglicol y monoglicidil eter de poli-THF. Si estos estan contenidos, entonces pueden estar contenidos en cantidades hasta el 20 % en peso, con respecto a la cantidad total de la resinas de aislamiento electrico, pero llevan a materiales de moldeo demasiado blandos. Preferentemente, las resinas de aislamiento electrico no contienen ningun diluyente reactivo.
La formulacion de acuerdo con la invencion se introduce en el bobinado de una maquina electrica mediante el modo de proceder habitual en la practica, tal como por ejemplo inmersion, laminacion con inmersion, colada, vacio o impregnacion a presion de vacio. Despues sigue un endurecimiento termico, que se endurece o bien en un horno o bien mediante el efecto Joule del bobinado o mediante la combinacion de estas posibilidades.
Es objetivo de la invencion tambien el uso de los diglicidil eteres de isohexidadiol, en particular de diclicidil eter de isosorbida, diglicidil eter de isomanida y diglicidil eter de isoidida, en resinas de aislamiento electrico para la impregnacion de maquinas electricas, para el encapsulamiento de transformadores, bobinas y motores electricos y para la produccion de aisladores de alta tension.
Es tambien objetivo de la invencion el uso de las resinas de aislamiento electrico descritas anteriormente para la impregnacion de maquinas electricas, en particular para la impregnacion de maquinas electricas de alta tension. Es ademas objetivo de la invencion el uso de las resinas de aislamiento electrico para el encapsulamiento de transformadores, de bobinas, para el encapsulamiento completo de motores electricos y para la produccion de aisladores de alta tension.
A continuation se describe con mayor detalle la invencion con referencia a Ejemplos. Los ensayos se realizan segun las normas DIN y IEC.
Ejemplos
Los Ejemplos explicaran la presente invencion, pero sin limitarla en ningun caso.
Ejemplo comparativo 1
Se mezclan 53,33 g de diglicidil eter de bisfenol A (EEW = 190), 46,53 g de anhidrido de acido metiltetrahidroftalico y 0,14 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 100 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 20'20” a 120 °C y 11'19” a 130 °C. La viscosidad asciende a 656 mPa.s a 25 °C.
Ejemplo 2
Se mezclan 49,88 diclicidil eter de isosorbida (EEW=166), 49,97 anhidrido de acido metiltetrahidroftalico y 0,15 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 100 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 11'01” a 120 °C y 5'12” a 130 °C. La viscosidad asciende a 421 mPa.s a 25 °C.
Ensayos de endurecimiento
Se impregnan barras de taladro segun la norma IEC 61033 con las resinas. Se endurecen durante 3 horas a 130 °C y se determinan las resistencias de apelmazamiento en funcion de la temperatura.
Estas ascienden, para el Ejemplo comparativo 1, a 589 N (23 °C), 69 N (155 °C), 42 N (180 °C);
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Para el Ejemplo 2, las resistencias de apelmazamiento ascienden a 632 N (23 °C), 57 N (155 °C), 45 N (180 °C). Ejemplo comparativo 3
Se mezclan 57,14 g de diglicidil eter de bisfenol A, 42,73 g de anhidrido de acido metiltetrahidroftalico y 0,13 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 85 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 22'21” a 120 °C y 12'32” a 130 °C. La viscosidad asciende a 805 mPa.s a 25 °C.
Ejemplo 4
Se mezclan 53,91 de diclicidil eter de isosorbida, 45,95 de anhidrido de acido metiltetrahidroftalico y 0,14 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 85 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 9'28” a 120 °C y 5'00” a 130 °C. La viscosidad asciende a 523 mPa.s a 25 °C.
Ensayos de endurecimiento
Se endurece el Ejemplo comparativo durante 3 horas a 120 °C, el material de moldeo tiene una dureza Shore D de 76. El endurecimiento tiene lugar a 130 °C, asciende a 78, es decir, no varia.
Para la mezcla del Ejemplo 4, las durezas Shore D correspondientes son 77 para ambos endurecimientos.
Ejemplo comparativo 5
Se mezclan 52,91 de diglicidil eter de bisfenol A, 46,95 de anhidrido de acido metilhexahidroftalico y 0,14 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 85 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 19' 11” a 120 °C y 11” a 130 °C. La viscosidad asciende a 643 mPa.s a 25 °C.
Ejemplo 6
Se mezclan 49,38 de diclicidil eter de isosorbida, 50,47 de anhidrido de acido metilhexahidroftalico y 0,15 g de bencildimetilamina y se usan para ensayos adicionales. La formulacion contiene el 85 % de la cantidad de endurecedor teorica. El tiempo de gelificacion asciende a 9'22” a 120 °C y 4'39” a 130 °C. La viscosidad asciende a 408 mPa.s a 25 °C.
Con las resinas de los Ejemplos 2, 4 y 6 se impregnan estatores del tamano constructivo 90. Despues de una fase de escurrido se endurecen los estatores durante dos horas a 160 °C. Despues se sierra. Todos muestran una impregnacion intensa, sin huecos, de los bobinados de cobre.
Ejemplo 7
En un disolvedor se prepara una mezcla homogenea de 108,6 g de un plastificante libre de ftalato, 526,9 g de diclicidil eter de isosorbida, 1,0 g de acido silicico pirogeno, 0,1 g de un antiespumante que contiene silicona comercialmente disponible, 342,9 g de creta, 20 g de una pasta de pigmento negro y 1,4 g de bencildimetilamina. El material tiene una viscosidad de 4800 mPa.s a 23 °C. Despues de la adicion de 449,2 g de anhidrido de acido metiltetrahidroftalico se homogeneiza y se producen distintas probetas. La tension disruptiva asciende a 32 kV/mm (segun la norma IEC 60 243-1 en relacion con la norma IEC 60 455-2). La aparicion de corriente de fuga es 600 (segun la norma IEC 60 112 en relacion con 60 455-2). La resistencia al choque asciende a 12 kJ/m2 (segun la norma (ISO 179).
Ejemplo 8
Se mezclan 916 g de diclicidil eter de isosorbida con 1 g de un aditivo de humectacion, 1 g de un adyuvante de nivelacion y 37 g de un complejo tricloruro de boro-amina comercialmente disponible. Una barra Roebel de 70 x 2 x 1 cm que esta rebobinada con siete bandas de mica/vidrio que se solapan a medias (14 capas) comercialmente disponibles, se impregna por lo tanto en el procedimiento de presion de vacio (0,1 bar de vacio / 1 hora seguido de 6 bar de presion / 5 horas). La barra se endurece durante 6 horas a 160 °C. Una barra se corta. La impregnacion es homogenea y completa hasta el cobre.
A 6 kV, el factor de perdida de permitividad dielectrica asciende a 0,0031, a 10 kV asciende a 0,0036. El factor de perdida de permitividad depende de la temperatura y a 21 °C asciende a 0,0031, a 90 °C asciende a 0,0096, a 130 °C asciende a 0,0326 y a 155 °C asciende a 0,1498.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Uso de una resina de aislamiento electrico que contiene
    A) diglicidil eter de isohexidadiol,
    B) un endurecedor,
    C) dado el caso una carga,
    D) dado el caso aditivos adicionales,
    para la impregnacion de maquinas electricas, para el encapsulamiento de transformadores, de bobinas, para el encapsulamiento completo de motores electricos y para la produccion de maquinas electricas de alta tension.
  2. 2. Uso de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el diglicidil eter de isohexidadiol es un diclicidil eter de isosorbida, diglicidil eter de isomanida o diglicidil eter de isoidida.
  3. 3. Uso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el endurecedor B) contiene uno o varios anhidridos de acido dicarboxilico o acido dicarboxilico.
  4. 4. Uso de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que el endurecedor B) contiene anhidrido de acido metiltetrahidroftalico o anhidrido de acido metilhexahidroftalico.
  5. 5. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que contiene un acelerador de la reaccion.
  6. 6. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que contiene una carga.
  7. 7. Uso de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que la carga se selecciona del grupo que consiste en dolomita, creta, silice fundida, harina de cuarzo, hidroxido de aluminio, hidroxido de magnesio y mezclas de los mismos.
  8. 8. Uso de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el endurecedor B) contiene un acido de Lewis.
  9. 9. Uso de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que el endurecedor B) contiene un complejo de tricloruro de boro-amina.
  10. 10. Uso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 para la impregnacion de maquinas electricas de alta tension.
  11. 11. Uso de diglicidil eter de isohexidadioles en resinas de aislamiento electrico para la impregnacion de maquinas electricas, para el encapsulamiento de transformadores, bobinas y motores electricos y para la produccion de aisladores de alta tension.
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