JP5319206B2 - Insulating structural materials - Google Patents
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Description
本発明は、電力機器や受配電機器などに用いられるブッシング、絶縁スペーサなどのエポキシ樹脂注型物、不飽和ポリエステル樹脂成形物、封止絶縁物などを製造するときに用いられる絶縁構造材料に関する。 The present invention relates to an insulating structure material used when manufacturing epoxy resin castings such as bushings and insulating spacers, unsaturated polyester resin moldings, sealing insulators, and the like used for power devices and power distribution devices.
熱硬化性樹脂は、優れた絶縁性、機械性、耐熱性、耐薬品性、耐候性などを有し、電力分野や半導体分野の絶縁材料として広く用いられている。しかしながら、優れた耐久性を備えているので、長年の使用に耐えた後、かかる絶縁材料を処分する段階において、再利用や分解が難しく、廃棄物としての処理が困難であった。また、絶縁材料においては、石油に依存してきたものから脱却し、新しい機能を付加したものが求められている。 Thermosetting resins have excellent insulating properties, mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, weather resistance, and the like, and are widely used as insulating materials in the power field and semiconductor field. However, since it has excellent durability, it has been difficult to reuse and disassemble and dispose of it as a waste at the stage of disposing of such insulating material after enduring use for many years. In addition, insulating materials that have been relied on oil and added new functions are required.
このような要求に対して、木質資源を出発原料としたセルロース誘導体若しくはヘミセルロース誘導体からなる有機フィラーをエポキシ樹脂などに添加した絶縁構造材料が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、有機フィラーを添加することによる電気的特性や機械的特性の低下を抑えるものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
上記の従来の絶縁構造材料においては、次のような問題がある。木質資源からなるバイオマス材料では、素材中にセルロース誘導体やヘミセルロース誘導体などの水酸基を多く持つ長い繊維状高分子が多量に存在している。このため、隣り合う分子鎖間で水酸基同士が引き合い、流動性が低下する。このような有機フィラーをエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂に添加すると、粘度が上昇し、注型作業を困難とさせる。例えば、エポキシ樹脂100重量部に対し有機フィラーを30重量部添加すると、餅状となり、注型金型に絶縁構造材料を流し込むことが困難となっていた。 The above conventional insulating structural materials have the following problems. Biomass materials made of wood resources contain a large amount of long fibrous polymers having many hydroxyl groups such as cellulose derivatives and hemicellulose derivatives. For this reason, hydroxyl groups attract each other between adjacent molecular chains, and fluidity decreases. When such an organic filler is added to a thermosetting resin such as an epoxy resin, the viscosity increases, making the casting operation difficult. For example, when 30 parts by weight of the organic filler is added to 100 parts by weight of the epoxy resin, it becomes a bowl shape, and it is difficult to pour the insulating structure material into the casting mold.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、有機フィラーを添加しても粘度の上昇を抑制し、注型作業を容易にし得る絶縁構造材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an insulating structure material that can suppress an increase in viscosity even when an organic filler is added and can facilitate casting work.
上記目的を達成するために、本発明の絶縁構造材料は、木質資源を転換精製して得られ
たセルロース誘導体およびヘミセルロース誘導体からなる粒径0.1〜200μmの有機
フィラーと、前記有機フィラーが添加された熱硬化性のマトリックス樹脂とを備え、前記
有機フィラーにオリゴエステル化処理を施すとともに、前記マトリックス樹脂よりも多量
、且つ200質量%以下で添加したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the insulating structural material of the present invention is added with an organic filler having a particle size of 0.1 to 200 μm composed of a cellulose derivative and a hemicellulose derivative obtained by converting and purifying wood resources, and the organic filler. The organic filler is subjected to an oligoesterification treatment, and more than the matrix resin.
And 200% by mass or less .
本発明によれば、オリゴエステル化処理した有機フィラーをマトリックス樹脂に添加しているので、これらを混合したときの樹脂粘度の上昇が抑えられ、注型作業を容易にすることができる。 According to the present invention, since the oligoester-treated organic filler is added to the matrix resin, an increase in the resin viscosity when these are mixed can be suppressed, and the casting operation can be facilitated.
(絶縁構造材料の構成)
絶縁構造材料の構成を図1に示す。図1に示すように、絶縁構造材料1は、熱硬化性マトリックス樹脂2中に、木質資源を出発原料とする有機フィラー3を分散させたものである。
(Configuration of insulating structural materials)
The structure of the insulating structural material is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the insulating structural material 1 is obtained by dispersing an
熱硬化性マトリックス樹脂2としては、電気絶縁材料で用いられるエポキシ樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、ポリエチレン樹脂のような熱可塑性マトリックス樹脂も用いることができる。ここで、熱硬化樹脂と熱可塑性樹脂とを併せて、単にマトリックス樹脂と称す。
Examples of the
(有機フィラー3の製造方法)
有機フィラー3の製造方法を図2に示す。図2に示すように、先ず、木質原料を高圧水熱処理で転換精製してセルロース誘導体およびヘミセルロース誘導体を得る(st1)。高圧水熱処理の条件は、温度が170〜200℃、好ましくは190℃で、圧力が1.8〜2.2MPa、好ましくは2.0MPaであり、この条件下で木質系フィラー内のオリゴ糖分を分解する。木質原料としては、コーンコブ、米わら、麦わらなどの草木系植物を用いる。なお、セルロース誘導体を得る方法として、濃硫酸による分解があるが、セルロース誘導体の端末部に硫黄が付加され、諸特性への悪影響が懸念される。
(Method for producing organic filler 3)
The manufacturing method of the
次に、得られたセルロース誘導体を乾燥後、粉砕し、分級を行う(st2)。大きさ(粒径)を0.1〜200μm、好ましくは1〜100μm、更に好ましくは5〜70μmにすると、分散が均一となり、機械的特性を向上させることができる。200μm超過では、熱硬化性マトリックス樹脂2内で異物のような作用をして、応力集中の起点となり機械的特性を低下させる。0.1μm未満では、熱硬化性マトリックス樹脂2への混合時に粘度が上昇し、作業性が悪くなる。
Next, the obtained cellulose derivative is dried and then pulverized and classified (st2). When the size (particle diameter) is 0.1 to 200 μm, preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 70 μm, the dispersion becomes uniform and the mechanical properties can be improved. If it exceeds 200 μm, it acts like a foreign substance in the
次に、分級したセルロース誘導体を溶媒である酸無水物中でオリゴエステル化処理する(st3)。オリゴエステル化処理の化学反応プロセスは、有機フィラー3と、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水コハク酸などの酸無水物とを反応させることにより、セルロース誘導体およびヘミセルロース誘導体の末端部にカルボキシル基(COOH)を付加し、更にエポキシド化合物と反応させることにより、側鎖に水酸基(OH)を有する構造とすることである。
Next, the classified cellulose derivative is subjected to oligoesterification in an acid anhydride as a solvent (st3). The chemical reaction process of the oligoesterification treatment is carried out by reacting the
(絶縁構造材料の製造例)
木質資源を出発原料として分解精製したセルロースの構造式を式(1)に示す。式(1)において、セルロースはブドウ糖をユニットとして(1→4)−β−グルコシド結合したものである。セルロース直鎖中にはブドウ糖骨格由来の水酸基が多量にあり、隣接するセルロース鎖間で水素結合を発生し、結晶状態で存在する。nは、正の整数である。
(Production example of insulating structural material)
The structural formula of cellulose obtained by decomposing and purifying woody resources as a starting material is shown in Formula (1). In the formula (1), cellulose is obtained by binding (1 → 4) -β-glucoside with glucose as a unit. The cellulose straight chain contains a large amount of hydroxyl groups derived from the glucose skeleton, generates hydrogen bonds between adjacent cellulose chains, and exists in a crystalline state. n is a positive integer.
次に、この水素結合を一度切断するため、式(2)に示す左側のセルロースとその右側の酸無水物とを反応させ、エステル化させる。
更に、式(3)に示すように、エポキシドと反応させると、酸無水物にエポキシドが交互に付加し、重合性二重結合を有するオリゴエステル鎖が生成される。nは、正の整数である。ここでは、このような反応を、中間体を単離せずに行って、一段でオリゴエステル化している。オリゴエステル化の反応単位は、1または2となる。
オリゴエステル化した有機フィラー3は、絶縁構造材料1の樹脂成分に対して5〜200質量%を含有させるものである。熱硬化性マトリックス樹脂2の構造式を式(4)に示す。ビスフェノールA型エポキシ樹脂とメチルテトラヒドロ無水フタル酸とを使用する。nは、0または正の整数である。エポキシ樹脂の構造端末にはエポキシ基があり、アミンなどの適切な触媒存在下で加熱すると、メチルテトラヒドロ無水フタル酸との間で開環重合を開始する。エポキシ樹脂中に存在する水酸基は、樹脂の架橋構造に影響を与える。同様にオリゴエステル化したセルロースの水酸基も樹脂の硬化反応に介在することになる。
このように所定の大きさに分級し、オリゴエステル化処理した有機フィラー3を用いて製造した絶縁構造材料1は、粘度の上昇が起き難く、注型金型への充填時などの注型作業を容易とすることができる。また、加熱硬化させた注型品においては、土壌埋設時に、長期的に微生物分解させることができる。
The insulating structural material 1 manufactured using the
(絶縁構造材料の他の製造例)
絶縁構造材料1の簡素化のために、熱硬化性マトリックス樹脂2に有機フィラー3のみ充填する系を説明したが、これに加えて、無機充填材やゴム粒子を添加することができる。無機充填材としては、シリカ、アルミナ、マイカ、酸化チタンなど電気絶縁材料として用いられるものが挙げられる。また、界面活性剤、消泡剤、硬化促進剤などの添加剤を添加することができる。これにより、諸特性が優れ、注型作業を容易とする絶縁構造材料1を得ることができる。
(Other production examples of insulating structural materials)
In order to simplify the insulating structural material 1, the system in which only the
熱硬化性マトリックス樹脂2がエポキシ樹脂の場合では、添加剤が添加されるか添加されないエポキシ樹脂配合主剤、および添加剤が添加されるか添加されない硬化剤配合剤をそれぞれ別に分けて調製し、絶縁部品を製造する注型工程時に両配合物を混ぜ合わせて使用することができる。このように本発明はここには記載していない様々な実施を含むことは勿論である。
In the case where the
図2に示す手順でオリゴエステル化処理した有機フィラー3を150重量部と、ビスフェノール型エポキシ樹脂を100重量部と、無水酸化物硬化剤(商品名:カヤハード(MCD)日本化薬社製)を86重量部と、アミン系硬化促進剤0.8重量部とをそれぞれ添加し、自公転式混合攪拌機で混合した。次いで、得られた混合樹脂を加熱脱泡した後、温度80℃に予熱した注型金型内に流し込み、温度80℃で15時間かけて一次硬化させた。離型後、温度150℃の加熱炉に15時間入炉し、二次硬化させて注型品を得た。
150 parts by weight of the
このようにオリゴエステル化処理の有機フィラー3は、エポキシ樹脂との相溶性が向上し、多量の添加を可能とする。即ち、熱硬化性マトリックス樹脂2よりも有機フィラー3を多量とすることができる。そして、加熱硬化した注型品は外観形状がよく、電気的特性や機械的特性などは有機フィラー3を添加していないものと同等以上であった。また、有機フィラー3を多量に添加することができるので、微生物分解を確実に促進することができる。
Thus, the oligoester-treated
(比較例)
オリゴエステル化処理を施していない有機フィラー3を用い、実施例と同様の混合樹脂の製造を試みた。しかしながら、有機フィラー3を90重量部添加したところで粘度が上昇し、注型に適する混合樹脂を製造することが困難となった。
(Comparative example)
Using the
上記実施例の絶縁構造材料によれば、オリゴエステル化処理したセルロース誘導体およびヘミセルロース誘導体からなる有機フィラー3を添加した混合樹脂は、粘度の上昇を抑えることができ、注型作業を容易にすることができる。
According to the insulating structure material of the above example, the mixed resin to which the
1 絶縁構造材料
2 熱硬化性マトリックス樹脂
3 有機フィラー
1 Insulating
Claims (1)
る粒径0.1〜200μmの有機フィラーと、
前記有機フィラーが添加された熱硬化性のマトリックス樹脂とを備え、
前記有機フィラーにオリゴエステル化処理を施すとともに、
前記マトリックス樹脂よりも多量、且つ200質量%以下で添加したことを特徴とする絶
縁構造材料。 An organic filler having a particle size of 0.1 to 200 μm comprising a cellulose derivative and a hemicellulose derivative obtained by converting and purifying wood resources;
A thermosetting matrix resin to which the organic filler is added,
While performing an oligoesterification treatment on the organic filler,
An insulating structure material added in a larger amount than the matrix resin and not more than 200% by mass .
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