KR102001688B1 - 절연 제제 - Google Patents

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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 전기 장치용 절연체로서 유용한, (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 충전제 (여기서, 충전제는 에폭시-실란 처리된 충전제를 포함함); 및 (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 아민 경화 촉매를 포함하며, 경화시에 경화된 생성물이 120℃ 이상의 온도에서 조작되는 응용에서 사용될 수 있도록, 전기적, 기계적 및 열적 특성, 예컨대 Tg, 인장 강도, 유전체 강도 및 체적 저항률의 필요 균형을 경화된 생성물에 제공하는 경화성 에폭시 수지 제제 조성물에 관한 것이다.

Description

절연 제제 {INSULATION FORMULATIONS}
본 발명은 에폭시 수지 제제, 더 구체적으로 전기 장치용 절연 재료로서 유용한 에폭시 수지 제제에 관한 것이다.
절연 재료의 한 특성이 개선된 전기 절연 재료로서 사용하기 위한 충전 (filled) 에폭시에 관한 여러 공지된 선행 기술 방법이 있다. 그러나, 지금까지는 선행 기술 중 어느 것도 소정의 조작 온도에서 요구되는 전기적, 기계적 및 열적 특성과 같은 특성의 필요 균형을 갖는 전기 절연 재료용 충전 에폭시 수지 제제를 성공적으로 제공하지 못했다.
실리카 충전제를 갖는 전형적 경화된 에폭시 캐스팅 절연 재료 제제의 유리 전이 온도는 약 70-95℃이고, 인장 강도는 약 70-90MPa이고, 열 전도도는 일반적으로 약 1.0W/mK 미만이고, 체적 저항률은 약 1015 내지 1016ohm-cm이며, 다수의 다른 특성을 포함한다. 다양한 최종 용도를 위한 고체 절연 재료에는 상기 언급된 특성과 같은 이러한 특성의 필요 균형이 요구된다. 부가적으로, 절연 재료는, 예를 들어 전기 장치 분야, 예컨대 전력 변압기에서 절연 재료로서 성공적으로 사용되기 위해서 에폭시 제제의 경화 전, 예를 들어 필요 점도를 포함한 가공 특징을 가져야 한다.
유리 전이 온도 (Tg)는 특히 절연체에서 결정적 특성인데, 이는 유리 전이에 접근하면 (후속하여 통과하면) 동적 기계 분석기를 사용하여 온도 스위프 또는 어느 정도 증가된 온도 또는 온도 경사에서 인공기후 챔버 내에서의 측정을 통해 측정된 바와 같은 기계적 및 열기계적 특성, 예컨대 저장 탄성률이 감소하고, 인장 강도가 감소하고, 전기 졀연 특성, 예컨대 체적 저항률 및 유전 강도가 감소하고 열 선형 팽창 계수가 증가하기 때문이다. 상기 특성의 조합의 변화는 절연 재료의 조기 실패를 야기할 수 있고, 그에 따라 쇼트 아웃(shorting out)을 야기할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Journal of Applied Polymer Science, 1981, 26, 2211]에 경화된 에폭시 수지에서 Tg에 접근할수록 유전체 강도가 감소하는 것으로 기재되어 있다. 경화된 에폭시 수지 생성물의 인장 강도 감소 및 열 선형 팽창 계수의 증가는 Tg에 접근할 때 이루어진다는 것이 또한 공지되어 있다. 에폭시 절연 재료의 Tg를 증가시키는 것이, 예를 들어 전력 변압기의 사용 온도 (단기간의 보다 높은 온도 유입 포함)를 증가시키는 방법이다. 그러나, 경화된 에폭시 수지에서 Tg가 증가할수록, 재료의 강도는 감소하고, 따라서 절연 재료에서 취성이 증가하여 절연 재료를 균열에 더 취약하게 할 수 있다. 그 결과, 균열은 전기 쇼트에 의해 입증되듯이 전기 절연 재료의 실패에 기여한다.
전기 절연체 적용에서, 소정의 연속적 조작 온도에서 요구 특성, 예컨대 전기적, 기계적 및 열적 특성의 균형을 이룬 절연체가 사용될 수 있도록, Tg, 인장 강도; 체적 저항률; 절연 파괴 강도 및 열 전도도와 같은 특성의 균형을 갖는 충전 에폭시 제제를 개발하는 것이 유용할 것이다.
본 발명 이전에는, 120℃ 이상의 연속적 조작 온도에 요구되는 모든 요구 전기적, 기계적 및 열적 특성의 균형을 갖는 전력 변압기와 같은 전기 장치를 위한 에폭시 절연 재료를 아무도 개발하지 않았다. 본 발명은 선행 기술과는 달리 건식 변압기와 같은 적용을 위한 이러한 특성의 균형을 달성한다. 본 발명의 재료는 필요시에 보다 낮은 조작 온도에서 사용할 수 있고, 이러한 보다 낮은 조작 온도 시스템에서 보통의 조작 온도에서보다 높은 온도로의 과도(excursion)동안 보다 잘 작동하는 능력의 장점을 제공한다.
본 발명은 전기 장치, 예컨대 전력 변압기를 위한 전기 절연 재료로서 유용한 에폭시 경화성 제제 또는 조성물에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명의 경화성 조성물의 한 광범위한 실시양태는, (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 충전제 (여기서, 충전제는 에폭시-실란 처리된 충전제이고, 충전제의 크기는 약 5㎛ 내지 약 35㎛임); (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 아민 경화 촉매; 및 (e) 기타 임의적 화합물을 포함하며, 에폭시 수지 제제 조성물은 경화시 Tg, 인장 강도, 유전체 강도 및 체적 저항률을 포함한 특성의 균형을 경화된 생성물에 제공한다.
본 발명은, 요소의 혼합물, 즉 에폭시 수지, 무수물 경화제, 충전제, 촉매, 및 임의적 성분의 혼합물을 포함한 요소의 적절한 선택을 이용하여 차세대 건식 변압기에서 코일 및 권선을 위한 코팅되거나, 함침되거나, 캐스팅된 에폭시 전기 절연체에 요구되는 가공 속성과 함께 전기적, 기계적 및 열적 특성의 필요 균형을 야기한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명의 조성물은 약 120℃ 초과의 연속적 조작 온도 및 약 140℃ 이상의 Tg, 약 1.00W/mK 초과의 열 전도도, 약 20kV/mm 초과의 유전체 강도 및 현존 제제와 적어도 동등한, 예컨대, 예를 들어 약 80MPa 초과의 인장 강도를 위해 설계될 수 있다. 본 발명의 조성물은 유리하게, 건식 변압기 적용 분야에서 전기 절연체로 사용되기에 적절한 인성 및 강성과 함께 기계적, 열적 및 전기적 특성의 전체적 균형을 지닌다.
또 다른 실시양태에서, 경화 이전 제제는 변압기의 코일 및 권선을 코팅, 함침 및/또는 캐스팅하기에 충분한 점도를 가지고, 적절한 가용 기간을 갖는 제제를 제공한다. 예를 들어, 변압기의 코일 및 권선에 제제를 (예, 코팅, 함침 및/또는 캐스팅을 통해) 적용할 수 있게하는 캐스팅 온도에서 조성물의 복합 점도는, 한 실시양태에서 약 100,000mPa-s 미만일 수 있고, 또 다른 실시양태에서 약 20,000mPa-s 미만일 수 있다.
캐스팅 온도에서의 가공 점도의 균형 및 제제의 경화시 특성의 균형을 지니면, 본 발명은 전기 절연을 위한 기계적 및 전기적인 필요 특성, 및 또한 그의 캐스팅성을 제공한다. 공지된 선행 시스템은 보다 높은 온도에서 조작되는 전력 변압기에서 이용될 수 없으므로, 본 발명은 선행 기술의 에폭시 전기 절연 시스템에 비해 개선점을 제공한다.
본 발명의 가장 넓은 범주에서, 본 발명은 (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 충전제 (여기서, 충전제는 에폭시-실란 처리된 충전제이고, 충전제의 평균 입자 크기는 약 5㎛ 내지 약 35㎛임); 및 (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 아민 경화 촉매를 포함하는 에폭시 수지 제제에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지는 당업계에 공지된 임의의 에폭시 수지 성분 또는 2종 이상의 에폭시 수지의 조합, 예컨대 문헌 [Lee, H. and Neville, K., Handbook of Epoxy Resins, McGraw-Hill Book Company, New York, 1967, Chapter 2, pages 2-1 to 2-27]에 기재된 에폭시 수지일 수 있다. 당업계에 공지된 특히 적합한 기타 에폭시 수지에는, 예를 들어 다관능성 알콜, 페놀, 시클로지방족 카르복실산, 방향족 아민, 또는 아미노페놀과 에피클로로히드린의 반응 생성물을 기재로하는 에폭시 수지가 포함된다. 몇몇 비제한적 실시양태에는, 예를 들어, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F 디글리시딜 에테르, 레소르시놀 디글리시딜 에테르 및 파라-아미노페놀의 트리글리시딜 에테르가 포함된다. 당업계에 공지된 기타 적합한 에폭시 수지에는, 예를 들어 에피클로로히드린과 o-크레졸 노볼락, 탄화수소 노볼락 및 페놀 노볼락의 반응 생성물이 포함된다. 에폭시 수지는 또한 시판 제품, 예컨대, 예를 들어 더 다우 케미컬 컴퍼니(The Dow Chemical Company)로부터 입수가능한 D.E.R. 331®, D.E.R.332, D.E.R. 354, D.E.R. 580, D.E.N. 425, D.E.N. 431, D.E.N. 438, D.E.R. 736 또는 D.E.R. 732 에폭시 수지로부터 또한 선택할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 조성물에서 유용한 에폭시 수지 성분에는 디비닐아렌 디옥시드가 포함될 수 있다. 디비닐아렌 디옥시드, 특히 디비닐벤젠으로부터 유도된 것, 예컨대, 예를 들어 디비닐벤젠 디옥시드 (DVBDO)는 비교적 낮은 액체 점도를 가지며, 통상적 에폭시 수지보다 높은 강성 및 가교결합 밀도를 가지는 디에폭시드의 계열이다. 예를 들어, 본 발명에서 유용한 디비닐아렌 디옥시드의 점도 범위는 일반적으로, 한 실시양태에서 약 0.001Pa s 내지 약 0.1Pa, 또 다른 실시양태에서 약 0.01Pa s 내지 약 0.05Pa s, 또 다른 실시양태에서 25℃에서 약 0.01Pa s 내지 약 0.025Pa s이다.
본 발명에서 유용한 디비닐아렌 디옥시드에는, 예를 들어 본원에 참고로 도입된 WO2010077483에 기재된 방법으로 제조한, 예를 들어 디비닐아렌 디옥시드가 포함될 수 있다. 본 발명에서 유용한 디비닐아렌 디옥시드 조성물은, 예를 들어 본원에 참고로 도입된 미국 특허 2,924,580에 개시되어 있다. 더 구체적으로, 본 발명에서 유용한 디비닐아렌 디옥시드의 예에는 디비닐벤젠 디옥시드, 디비닐나프탈렌 디옥시드, 디비닐비페닐 디옥시드, 디비닐디페닐에테르 디옥시드 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
본 발명에서 성분 (a)로서 유용한 에폭시 수지의 또 다른 실시양태에는, 예를 들어 본원에 참고로 도입된 미국 특허 출원 공보 US20090186975 및 WO 99/67315에 기재된 에폭시 수지가 포함된다. 예를 들어, 본 발명의 맥락 내에서 사용되는 에폭시 수지의 실시양태에는, 방향족 및/또는 시클로지방족 화합물이 포함된다. 시클로지방족 에폭시 수지에는, 예를 들어 헥사히드로-o-프탈산-비스-글리시딜 에스테르, 헥사히드로-m-프탈산-비스-글리시딜 에스테르, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4'-에폭시시클로헥산 카르복실레이트 또는 헥사히드로-p-프탈산-비스-글리시딜 에스테르가 포함된다. 또한 지방족 에폭시 수지, 예를 들어 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르 또는 트리메틸올리프로판 트리글리시딜 에테르가 본 발명의 조성물을 위한 성분으로서 사용될 수 있다. 에폭시 수지는 분자 당 2개 이상의 1,2-에폭시기를 함유하는 반응성 글리시딜 화합물이다. 한 실시양태에서, 폴리글리시딜 화합물의 혼합물, 예컨대, 예를 들어 디글리시딜- 및 트리글리시딜- 화합물의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서 유용한 에폭시 화합물은 비치환된 글리시딜기 및/또는 메틸기로 치환된 글리시딜기를 포함할 수 있다. 이러한 글리시딜 화합물의 분자량은 한 실시양태에서 약 150 내지 약 1200, 또 다른 실시양태에서 약 150 내지 약 1000일 수 있다. 글리시딜 화합물은 고체 또는 액체일 수 있다.
본 발명의 한 실시양태는 (i) 실온 (예, 약 25℃)에서 액체이고 에폭시 제제의 혼합 및 탈기 온도까지 액체로 남아있고; (ii) 실온 내지 약 80℃ 이하의 온도에서 액체가 되거나, (iii) 이들의 혼합물을 포함하는 성분 (a)로서 유용한 1종 이상의 에폭시 수지를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에서, 블렌드를 포함한 에폭시 수지의 점도 범위는 약 25℃ 내지 약 52℃의 온도 범위에 걸쳐 약 5mPa s 내지 약 50,000mPa s이다. 또 다른 실시양태에서, 블렌드를 포함한 에폭시 수지의 점도 범위는 약 25℃에서 약 10mPa s 내지 약 28,000mPa s이다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 성분 (a)로서 유용한 에폭시 수지에는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F 디글리시딜 에테르, 에폭시 노볼락 수지 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 에폭시 수지에는, 예를 들어 비스페놀 F 디글리시딜 에테르, 에폭시 노볼락 수지 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
본 발명에서 유용한 에폭시 수지의 실시양태의 예시로서, 에폭시 수지에는, 아래 구조식 (I)으로 정의되는 에폭시 수지가 포함될 수 있으며, 여기서 n은 한 성분 또는 둘 이상의 성분의 혼합물에 대한 평균 값이다.
<구조식 I>
Figure 112013112893798-pct00001
상기 식 중, n은 일반적으로, 한 실시양태에서 1 ≤ n ≤ 2.9, 또 다른 실시양태에서 1 ≤ n ≤ 2.7, 또 다른 실시양태에서 1 ≤ n ≤ 1.9, 또 다른 실시양태에서 1 ≤ n ≤ 1.6 범위이다. 또 다른 실시양태에서 n은 1.2> n ≤ 2.9 범위일 수 있다.
본 발명의 제제에 사용되는 에폭시 수지, 성분 (a)의 농도는 일반적으로 한 실시양태에서 약 7중량% 내지 30중량%, 또 다른 실시양태에서 약 10중량% 내지 약 25중량%, 또 다른 실시양태에서 약 12중량% 내지 약 23중량%, 또 다른 실시양태에서 약 15중량% 내지 약 20중량% 범위일 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 경화성 에폭시 수지 제제 또는 조성물에 있어서 성분 (b)로서 유용한 큐어링제 (또한 경화제 또는 가교결합제로 지칭됨)는, 액체, 환형 무수물 큐어링제를 포함할 수 있다. 큐어링제는, 예를 들어 당업계에 널리 공지된 1종 이상의 환형 무수물 큐어링제로부터 선택할 수 있다. 큐어링제는 실온 (예, 약 25℃)에서 액체인 혼합물을 포함한 에폭시 수지를 경화시키는 것으로 공지된 임의의 환형 무수물 큐어링제; 및 제제가 혼합되고/되거나 탈기되는 약 80℃ 이하의 온도에서 액체인 큐어링제를 포함할 수 있다. 본 발명의 제제는 에폭시 수지, 성분 (a) 중에 가용성인 환형 무수물 경화제를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에서, 본 발명에서 사용되는 환형 무수물 큐어링제 및 이들의 혼합물은 액체 또는 저용융점 고체 (즉, 약 80℃ 미만의 용융점을 가지는 고체)를 포함할 수 있다.
부가적으로, 환형 무수물 경화제에는 본 발명의 제제 제조의 탈기 단계동안 실질적으로 승화되거나 실질적으로 휘발되지 않는 경화제가 포함된다. 휘발성의 지표는 (i) 압력 의존적인 특성 환형 무수물의 비점, 및/또는 (ii) 주어진 온도에서의 특정 환형 무수물의 증기압에 의해 반영될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서 유용한 환형 무수물 경화제는 일반적으로 대기압에서 한 실시양태에서 약 200℃ 초과, 또 다른 실시양태에서 약 250℃ 초과일 높은 비점을 가질 수 있다. 압력이 감소 (즉, 진공을 적용)함에 따라 비점이 감소하고, 일반적으로 본 발명에서 유용한 환형 무수물의 비점은 본 발명의 제제를 탈기하기 위해 이용되는 진공에서 100℃ 초과일 수 있다.
본 발명의 예시 실시양태로서, 나딕 메틸 무수물의 비점은 대기압에서 약 295℃이고, 10Torr에서 비점은 약 140℃이고, 2Torr에서 비점은 약 132℃이며; 메틸테트라히드로프탈산 무수물의 비점은 대기압에서 약 290℃이고; 헥사히드로프탈산 무수물의 비점은 대기압에서 약 296℃이고, 5Torr에서 비점은 136℃이며; 메틸헥사히드로프탈산 무수물의 비점은 대기압에서 약 290℃이다.
환형 무수물 경화제의 증기압은 온도가 증가함에 따라 증가하고, 본 발명의 제제의 탈기 동안 또한 제제의 초기 경화 동안 무수물 휘발을 최소화하기 위하여, 탈기가 수행되는 온도에서 증기압 값이 비교적 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 환형 무수물에 대한 예시적 증기압은 나딕 메틸 무수물에 있어서 120℃에서 1.7mmHg; 테트라히드로프탈산 무수물에 있어서 120℃에서 3.0mmHg; 메틸헥사히드로프탈산 무수물에 있어서 120℃에서 3.0mmHg; 메틸테트라히드로프탈산 무수물에 있어서 120℃에서 2.0mmHg; 헥사히드로프탈산 무수물에 있어서 120℃에서 3.7mmHg일 수 있다.
환형 무수물 경화제의 블렌드는, 성분 중 하나가 실온에서 고체일 수 있다면, 블렌드가 결정화에 덜 취약할 수 있으므로, 특정 실용적인 장점을 지닐 수 있다. 부가적으로, 환형 무수물 경화제의 혼합물은 저 증기압 환형 무수물과 보다 높은 증기압 환형 무수물 경화제를 혼합하여, 혼합물의 증기압을 조정할 수 있는 능력을 제공할 수 있다. 혼합물의 증기압은 일반적으로 라울의 법칙에 의해 설명되는 바와 같이 이상적 혼합물 또는 용액 중에 존재하는 각각의 화학적 성분의 증기압 및 성분의 몰 분획에 좌우된다. 예를 들어, 당업계에 공지된 증기압을 기초로, 120℃에서 증기압이 1.7mmHg인 나딕 메틸 무수물과 일반적으로 나딕 메틸 무수물보다 높은 증기압을 갖는 다른 환형 무수물을 블렌딩함으로써, 액체로 유지될 것으로 유리하게 예상되는 중간정도의 증기압을 가지는 무수물의 혼합물을 야기할 것으로 예상된다.
혼합물을 포함한 본 발명에서 유용한 액체 환형 무수물의 추가적 속성은 실온에서 경화제의 점도; 및 전체 제제의 개별 성분이 혼합되는 온도에서의 경화제의 점도이다. 점도는, 비제한적으로 예를 들어 ISO 2555, ASTM D-2983 및 ASTM D-445와 같은 시험 표준에 기재된, 동적 점도를 위한 브룩필드 점도계와 같은 회전 점도계 및 또한 유리 모세관을 사용하여 널리 공지된 장치 및 방법으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 액체 환형 무수물의 점도는 일반적으로 25℃에서 약 30mPa-s 내지 약 350mPa-s일 수 있으며 액체의 온도가 증가함에 따라 이러한 점도는 감소한다. 본 발명의 제제의 혼합, 탈기 및 수송 용이성을 위해, 25℃에서 350mPa-s 미만인 점도를 이용할 수 있다. 환형 무수물 중 임의의 것이 약 25℃ 내지 약 100℃에서 고체일 수 있다면, 보다 낮은 점도의 환형 무수물과 보다 높은 점도의 무수물의 혼합이, 유리하게 결정화에 덜 취약할 수 있는 중간 점도를 가지는 혼합물을 초래하므로, 환형 무수물의 혼합물의 점도를 조정 또는 감소시키기 위해 환형 무수물의 혼합물을 사용하는 것이 또한 유리할 수 있다. 본 발명의 제제에서, 액체 성분의 점도는 전체 제제의 전체 점도에서 중요한 역할을 할 수 있고, 제제에 사용될 수 있는 고체 충전제의 수준에 영향을 줄 수 있으며, 여전히 경화전에 캐스팅이능하게 유지될 수 있다.
본 발명에서 유용한 환형 무수물 큐어링제는 큐어링제로서도 기능할 수 있는 제한된 양의 카르복실산(들) 관능기를 함유할 수 있다. 일반적으로, 한 실시양태에서 카르복실산을 함유하는 무수물이 혼합물 중 약 60% 초과이고, 또 다른 실시양태에서 약 80% 초과이고, 또 다른 실시양태에서 약 90% 초과이고, 또 다른 실시양태에서 약 97% 초과이도록, 본 발명에 사용되는 경화제의 대부분이 무수물로 이루어지는 것이 바람직하다.
한 실시양태에서, 본 발명에서 유용한 무수물 큐어링제에는, 예를 들어 알킬, 알케닐 또는 할로겐기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있는 방향족, 지방족, 시클로지방족 및 헤테로환형 폴리탄산의 환형 무수물이 포함될 수 있다. 무수물 큐어링제의 예에는 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 메틸 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸 헥사히드로프탈산 무수물, 나딕 메틸 무수물, 숙신산 무수물, 도데세닐숙신산 무수물, 글루타르산 무수물, 피로멜리트산 무수물, 말레산 무수물, 이사토산 무수물, 벤조페논테트라카르복실산 무수물 및 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명에서 유용한 기타 큐어링제에는 본원에 참고로 도입된 미국 특허 6,852,415에 기재된 무수물 큐어링제가 포함된다. 한 실시양태에서, 액체 환형 무수물 큐어링제에는 테트라히드로프탈산 무수물, 메틸 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸 헥사히드로프탈산 무수물, 나딕 메틸 무수물 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또 다른 실시양태에서, 액체 환형 무수물 큐어링제에는 테트라히드로프탈산 무수물, 메틸 테트라히드로프탈산 무수물, 나딕 메틸 무수물 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또 다른 실시양태에서, 액체 환형 무수물 큐어링제에는 메틸 테트라히드로프탈산 무수물 및 나딕 메틸 무수물 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또 다른 실시양태에서, 액체 환형 무수물 큐어링제에는 나딕 메틸 무수물 및 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명의 한 실시양태의 예시로서, 나딕 메틸 무수물이 본 발명의 조성물 중 환형 무수물 큐어링제로서 사용된다. 나딕 메틸 무수물은 본 발명의 제제에 있어서 특히 바람직한 속성을 가지는, 예컨대 실온에서 액체이고, 점도가 25℃에서 약 300mPa-s 미만이고, 비점은 2mmHg에서 약 132℃ 또는 70mmHg에서 140℃이고, 증기압은 120℃에서 5mmHg인 액체 환형 무수물 경화제이며, 증기압은 제제의 탈기 동안 제한된 휘발로 제제 중에 남을 수 능력을 나타낸다. 본 발명의 제제에 있어서 경화제에서 나딕 메틸 무수물의 사용은 또한, 충전제의 우수한 습윤성을 유리하게 제공할 수 있고, 경화된 에폭시 수지에 충전제의 접착을 촉진시킬 수 있다. 본 발명의 제제에 있어서 경화제에서 나딕 메틸 무수물의 사용은 또한, 일반적으로 경화동안 낮은 발열 거동을 초래하고, 본 발명의 제제가 경화되는 동안 적은 수축을 초래하는 것과 같은 다른 용도를 또한 유리하게 제공할 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 경화제에서 나딕 메틸 무수물의 사용은 일반적으로 다른 액체 무수물 경화제와 비교하여 본 발명의 경화된 생성물의 Tg의 증가를 초래할 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 경화제에서 나딕 메틸 무수물의 사용은 일반적으로 개선된 열기계적 특성을 초래할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명에서 나딕 메틸 무수물 및 메틸 테트라히드로프탈산 무수물을 포함하는 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 조합에서 나딕 메틸 무수물의 양은 일반적으로 한 실시양태에서 전체 액체 환형 무수물의 약 5중량% 내지 약 95중량%; 또 다른 실시양태에서 전체 액체 환형 무수물의 약 20중량% 내지 약 80중량%; 또 다른 실시양태에서 전체 액체 환형 무수물의 약 35중량% 내지 약 65중량%, 또 다른 실시양태에서 전체 액체 환형 무수물의 약 45중량% 내지 약 55중량%일 수 있다.
본 발명의 제제에 사용되는 무수물 경화제, 성분 (b)의 농도 범위는 일반적으로 한 실시양태에서 약 7중량% 내지 35중량%, 또 다른 실시양태에서 약 10중량% 내지 약 30중량%, 또 다른 실시양태에서 약 12중량% 내지 약 25중량%, 또 다른 실시양태에서 약 15중량% 내지 약 23중량%일 수 있다.
일반적으로, 본 발명에서 사용할 수 있는 환형 무수물 큐어링제의 양은 무수물 대 에폭시의 당량 (즉, 몰당량) 범위 내일 수 있다. 예를 들어, 큐어링제는 에폭시 당량 당 약 0.2 내지 약 1.5당량의 무수물 기 범위일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 범위는 에폭시 당량 당 약 0.4 내지 약 1.2당량의 무수물 기일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 범위는 에폭시 당량 당 약 0.7 내지 약 1.1 당량의 무수물 기일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 범위는 에폭시 당량 당 약 0.8 내지 약 1.0 당량의 무수물 기일 수 있다.
본 발명에서, 열 전도 및 전기 절연 고체 충전제를 포함하는 충전제가 본 발명의 조성물 또는 제제에 있어서 성분 (c)로서 유용할 수 있다. 1종의 충전제 또는 충전제의 조합을 본 발명에서 사용할 수 있다.
본원에서 충전제와 관련하여 "열 전도 및 전기 절연"은, 충전제가 약 1W/mK 초과의 열 전도도 및 약 10kV/mm 초과의 절연값, 즉 유전체 강도를 가질 수 있음을 의미한다.
열 전도도는 본 발명의 제제 및 조성물에 있어서 유익한 고체 충전제의 한 속성이다. 예를 들어, 충전제의 부재하에 에폭시 수지 및 무수물 경화제로부터 제조된 경화된 에폭시 수지의 열 전도도는 1.0W/mK 미만, 일반적으로 0.5W/mK 미만이다. 경화된 비충전 에폭시 수지의 낮은 열 전도도에 기인하여, 충전제 또는 충전제의 블렌드가 약 1.0W/mK 초과의 열 전도도를 가지어 본 발명의 경화된 제제가 약 1.0W/mK 이상의 열 전도도를 가질 수 있는 것이 유리하다.
본 발명의 충전제 또는 충전제의 블렌드의 열 전도도는 일반적으로 한 실시양태에서 약 0.5W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 1W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 1.2W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 2W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 4W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 6W/mK 초과일 수 있다. 한 실시양태에서, 본 발명의 충전제 또는 충전제들의 블렌드의 열 전도도는 일반적으로 약 0.5W/mK 내지 약 350W/mK; 또 다른 실시양태에서 약 0.75W/mK 내지 약 250W/mK; 또 다른 실시양태에서 약 1W/mK 내지 약 200W/mK; 또 다른 실시양태에서 약 2W/mK 내지 약 20W/mK일 수 있다. 본 발명에서 충전제의 혼합물이 사용되는 한 실시양태에서, 충전제의 혼합물은 상기 언급된 열 전도도 범위 내의 최종 평균 열 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 고체 충전제 또는 충전제들의 블렌드의 전기 절연 특성은 본 발명의 고체 충전제를 사용하는 본 발명의 제제 및 조성물에 있어서 유익한 또 다른 속성이다. 전기 절연은 충전제의 유전체 강도를 측정하여 나타낼 수 있다. 일반적으로, 충전제 또는 충전제들의 블렌드의 유전체 강도는 한 실시양태에서 약 5kV/mm 내지 약 200kV/mm; 또 다른 실시양태에서 약 10kV/mm 내지 약 100kV/mm, 또 다른 실시양태에서 약 15kV/mm 내지 약 50kV/mm이다.
본 발명에서 유용한 충전제는 고체이고, 이는 본 발명의 제제의 제조 또는 경화 동안 고체를 형성할 수 있다. 한 실시양태에서, 충전제는 본 발명의 제제의 혼합, 탈기, 수송 및 경화에 걸쳐 고체 상태로 사용된다.
본 발명에서, 본 발명의 조성물 중에서 사용되는 1종 이상의 충전제는, 충전제가 제제 중에 도입되기 전에 또는 제제의 배합 도중에 인-시츄(in-situ)에서 표면 처리되는, 표면 처리된 충전제를 포함한다. 한 실시양태에서, 충전제 중 1종 이상은 본 발명의 시스템으로 제제화되기 전에 표면 처리할 수 있다. 충전제의 표면은 충전제 및 중합체 상호작용을 개선하기 위해 처리할 수 있다. 충전제의 다양한 표면 처리의 예에는 지방산, 실란 커플링제, 티타네이트, 지르코네이트, 알루미네이트 또는 실라잔 화합물이 포함된다.
본 발명의 한 실시양태에서, 예를 들어 충전제는 실란 커플링 또는 실란 사이즈제에 의해 실란으로 표면 처리될 수 있으며, 이는 종종 실란화로 지칭되고; 생성된 충전제의 관능성 또는 개질은 에폭시 경화 공정과 상용성이거나 에폭시 경화 공정의 일부로서 반응할 수 있도록 이루어진다. 일반적으로, 실란 커플링제는 표면 처리를 촉진시키기 위해, 그리고 임의적으로 무기 충전제에의 결합을 촉진시키기 위해 1종 이상의 알콕시기를 함유한다. 또 다른 실시양태에서, 실란 커플링제는, 예를 들어 에폭시, 아민, 히드록실, 카르복실, 비닐, 알릴, 히드로실릴 (즉, SiH), 또는 에폭시 제제와 반응할 수 있는 또는 본 발명의 제제의 에폭시 성분와 상용성이거나 혼화가능한 기타 관능기를 포함한 또 다른 군을 함유할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 조성물에서 유용한 1종 이상의 충전제는 화합물의 에폭시-실란 계열의 멤버인 실란 커플링제, 예컨대, 예를 들어 상표명 다우 코닝 Z-6040 실란으로 다우 코팅 코퍼레이션에서 시판되는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란으로 처리한다.
본 발명에서 유용한 실란 처리된 충전제의 또 다른 실시양태에는, 에폭시-실란 처리된 충전제, 예컨대, 예를 들어 에폭시-실란 처리된 석영이 포함될 수 있다. 본 발명에서 유용한 에폭시-실란 처리된 석영의 예에는, 126 EST, W6 EST, W12 EST, 100 EST, 600 EST 및 800 EST로 기재되는 여러 등급의 상표명 실본드(SILBOND)로 쿼츠베르케(Quarzwerke)에서 시판되는 것 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
본 발명에서 유용한 충전제 재료는 다양한 모양 또는 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서 유용한 충전제 재료의 허용되는 충전제 형태에는, 결정질, 반-결정질 또는 무정형일 수 있는 판상, 섬유상, 구상, 과립상, 침상과 같은 모양, 또는 이의 임의의 조합이 포함된다. 일부 실시양태에서, 경화성 조성물의 점도에 대한, 그리고 경화된 조성물의 열 팽창 계수(CTE), 탄성률, 강도 및 전기 및/또는 열 전도성에 대한 상승작용적 효과를 가지도록 여러 크기 분포 및 여러 모양을 가지는 충전제를 조합할 수 있다.
과립 형태로 사용될 때 본 발명의 충전제 재료는, 일반적으로, 경화 이전에 본 발명의 경화성 조성물에 있어서 허용되는 가공 점도를 촉진시키고, 경화 이후 열기계적 특성의 균형을 촉진시키기에 충분한, 마이크로미터 범위에서 주로 d50%으로 명기되는 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 과립 충전제에 있어서 평균 입자 크기는 일반적으로 한 실시양태에서 약 1마이크로미터(㎛) 내지 약 100㎛, 또 다른 실시양태에서 약 2㎛ 내지 약 50㎛, 또 다른 실시양태에서 약 5㎛ 내지 약 35㎛, 또 다른 실시양태에서 약 12㎛ 내지 약 25㎛ 범위일 수 있다.
경화된 충전 절연 재료의 기계적 또는 열기계적 성능 (즉, 예컨대 상온 초과의 온도 또는 온도 스위프 또는 경사에 걸친 온도에서 측정한 저장 탄성률, 인장 강도; 전기 절연 특성, 예컨대 체적 저항률 및 유전체 강도 감소; 및 열 선형 팽창 계수)은 본 발명의 경화성 조성물로의 상기 기재된 바와 같은 미립자 충전제의 도입에 의해 개선될 수 있다. 본 발명의 충전제의 사용은 또한 다른 장점, 예컨대 제제의 경화 동안 감소된 수축율 및 또한 기타 속성, 예컨대 감소된 흡수율, 개선된 전기 강도, 개선된 환경적 노화 및 경화된 제제에서의 기타 속성을 제공할 수 있다.
본 발명의 제제는 1종 이상의 충전제, 예컨대, 예를 들어 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 수산화물, 금속 탄산염, 금속 황산염, 천연 및 합성 광물, 주로 실리케이트 및 알루미늄 실리케이트 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명에서 유용한 충전제의 예에는, 석영, 용융 실리카, 천연 실리카, 합성 실리카, 천연 산화알루미늄, 합성 산화알루미늄, 슬레이트, 중공 충전제, 삼수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 옥시수산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 운모, 산화아연, 질화알루미늄, 물라이트, 규회석, 질석, 활석, 글리머, 카올린, 벤토나이트, 조놀리트(xonolit), 안달루사이트, 제올라이트, 돌로마이트, 유리 분말, 유리 섬유, 유리 천, 기타 유기 또는 무기 미립자 충전제 및 이들의 혼합물이 포함된다. 충전제는 그의 최종 상태로 제제에 첨가되거나 인-시츄에서 형성될 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명에서 사용되는 충전제는 석영, 천연 실리카, 합성 실리카, 천연 산화알루미늄, 합성 산화알루미늄, 질화붕소, 질화알루미늄, 규회석, 유리 분말, 유리 섬유 및 유리 천으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 본 발명에서 유용한 충전제는 에폭시-실란 처리된 석영이다.
본 발명에서 유용한 충전제 함량은 달라질 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 제제 중에 존재하는 전체 충전제의 농도는, 전체 제제 또는 조성물의 중량을 기준으로, 한 실시양태에서 약 40중량% 내지 약 90중량%, 또 다른 실시양태에서 약 50중량% 내지 약 80중량%, 또 다른 실시양태에서 약 60중량% 내지 약 70중량%, 또 다른 실시양태에서 약 62중량% 내지 약 68중량%일 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, 예를 들어 제제가 전기 장치용 절연 재료, 예컨대 전력 변압기, 더 구체적으로 건식 변압기용 전기 절연 재료로서 사용될 때, 본 발명의 제제는 경화된 시스템의 열기계적 특성을 개선하고, 보다 우수한 성분 신뢰도 성능을 부여하기 위해 일반적으로 높은 충전제 농도, 예컨대, 예를 들어 약 60중량% 초과의 충전제를 가진다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 제제에 사용되는 충전제 성분은 2종 이상의 충전제의 조합일 수 있다. 충전제가 에폭시-실란 처리된 석영을 포함하는 한 실시양태에서, 예를 들어 에폭시-실란 처리된 석영은 본 발명의 조성물에 이용되는 충전제의 100%일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 사용된 기타 상이한 충전제 또는 충전제들의 양이 에폭시-실란 처리된 석영보다 적은 한, 에폭시-실란 처리된 석영과 상이한 1종 이상의 충전제를 에폭시-실란 처리된 석영과 조합으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 기타 상이한 충전제 또는 충전제들 (에폭시-실란 처리된 석영 이외의 것)은 한 실시양태에서 제제 또는 조성물에 사용되는 전체 충전제의 50중량% 미만, 또 다른 실시양태에서 제제 또는 조성물에 사용되는 전체 충전제의 약 35중량% 미만, 또 다른 실시양태에서 제제 또는 조성물에 사용되는 전체 충전제의 약 20중량% 미만, 또 다른 실시양태에서 약 10중량% 이하일 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 에폭시-실란 처리된 석영과 다른 기타 상이한 충전제는 본 발명의 제제에 사용된 전체 충전제의 0중량%일 수 있다.
앞서 기재된 충전제 중 임의의 1종을 성분 (c)의 충전제 재료를 채우기 위해 에폭시-실란 처리된 석영과 조합으로 기타 상이한 충전제 또는 충전제들로서 사용할 수 있다. 기타 상이한 충전제는 표면 처리되거나 되지 않을 수 있다. 그러나, 일반적으로 기타 상이한 충전제는 또한 한 실시양태에서 표면 처리, 예를 들어 실란 처리될 수 있고, 더 구체적으로 에폭시-실란 처리된 석영과 유사하게 상기 기재된 바와 같이 에폭시-실란 처리될 수 있다.
본 발명의 경화성 수지 제제의 제조시, 에폭시 수지와 큐어링제의 반응을 용이하게 하기 위해 1종 이상의 경화 촉매 또는 촉진제를 사용할 수 있다. 본 발명에서 유용한 경화 촉매에는, 예를 들어 친핵성 촉매, 3차 아민, 아민 복합체, 우레아 유도체, 이미다졸, 치환된 이미다졸 및 경화를 촉매할 수 있는 루이스 염기 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 촉매 및 반응 조건에 따라, 촉매는 임의적으로 제제로 공동 반응될 수 있다.
본 발명에서 유용한 촉매, 성분 (d)는 당업계에 널리 공지된 촉매, 예컨대, 예를 들어 아민, 포스핀, 헤테로환형 질소, 암모늄, 포스포늄, 아르소늄, 술포늄 잔기, 및 그의 임의의 조합을 함유하는 촉매 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 촉매의 일부 비제한적 예에는, 예를 들어 에틸트리페닐포스포늄; 벤질트리메틸암모늄 클로라이드; 본원에 참고로 도입된 미국 특허 4,925,901에 기재된 헤테로환형 질소-함유 촉매; 이미다졸; 트리에틸아민; 및 그의 임의의 조합이 포함될 수 있다.
본 발명에서 유용한 촉매의 선택은 촉매가 아민 수소를 갖지 않는 것을 제외하고는 제한되지 않으며, 다수의 통상적으로 사용되는 에폭시 시스템용 촉매를 사용할 수 있다. 또한, 촉매의 첨가는 제조된 시스템에 좌우될 수 있다. 본 발명에서 유용한 촉매의 예에는, 3차 아민, 1-치환된 이미다졸, 오르가노-포스핀 및 산 염이 포함된다.
본 발명에서 유용한 촉매의 실시양태에는 3차 아민, 예컨대, 예를 들어 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 1-메틸이미다졸, 벤질디메틸아민 및 이들의 혼합물이 포함된다. 또 다른 실시양태에서, 촉매는 1종 이상의 1-탄화수소 치환된 이미다졸, 예컨대 1-메틸이미다졸일 수 있다.
본 발명에서 제제의 유기 부분에 사용되는 촉매의 농도 범위는 일반적으로 한 실시양태에서 약 0.005중량% 내지 약 2중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.01중량% 내지 약 1.5중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.1중량% 내지 약 1중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.2중량% 내지 약 0.8중량%일 수 있다. 촉매의 에폭시 제제 농도가 약 0.005중량% 미만이면, 제제의 경화가 너무 느릴 것이고, 촉매의 에폭시 제제 농도가 약 2중량% 초과이면, 경화는 너무 빠를 것이며, 즉 캐스팅을 위한 가용 기간/시간을 단축시킬 것이다. 상기 범위 밖의 농도는 또한, 히드록실과 같은 다른 잔기가 네트워크에 참여하기 시작할 수 있으므로 네트워크 및 가교결합의 성질을 변화시킬 수 있으며, 네트워크에서의 가능한 변화는 생성된 경화된 생성물의 일부 특성에 영향을 줄 수 있다.
본 발명에서 유용할 수 있는 기타 임의적 성분 또는 첨가제는 당업자에게 공지된 수지 제제에 통상적으로 사용되는 성분이다. 예를 들어, 임의적 성분은 가공 및/또는 적용 특성 (예, 표면 장력 개질제, 점도 감소제 또는 흐름 보조제), 신뢰도 특성 (예, 접착 촉진제, 상용화제 및 표면 처리제), 이형제 (예, 주형 이형), 반응 속도, 반응의 선택도, 및/또는 촉매 수명을 증강시키기 위해 조성물에 첨가될 수 있는 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가속화제는, 예를 들어 히드록실기를 갖는 수소 공여 화합물이고, 수소 또는 수소 결합을 공여하고 증가된 경화 속도에 기여할 수 있는 페놀계 화합물, 화합물, 벤질 알콜, 글리콜 및 폴리글리콜과 같은 재료가 포함된다.
예를 들어, 반응성 희석제, 비-반응성 희석제, 강인화제, 유연화제(flexibilizer), 틱소트로픽제, 안정화제, 가소제, 촉매 비활성화제 등; 및 이들의 혼합물을 포함한 첨가제의 조합물을 본 발명의 조성물에 임의적 성분으로서 첨가할 수 있다.
예를 들어, 임의적 반응성 희석제와 관련하여, 에폭시 수지의 하위 계열은, 전형적으로 저점도이고, 종종 대부분의 에폭시 수지와 비교하여 보다 작은 분자량의 것이며, 제제에 반응성 희석제의 첨가시, 반응성 희석제가 부재한 제제와 비교시 개선된 가공성을 위해 반응성 희석제는 완성 제제의 점도를 유리하게 낮추는 수단을 제공한다. 반응성 희석제가 존재하는 제제는 가공 장점을 초래하거나 제제에 사용되는 충전제의 양을 증가시키는 기회 및/또는 보다 작은 크기의 충전제를 이용할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 에폭시 함유 반응성 희석제는 종종 비교적 소형의 히드록실-함유 화합물, 예컨대 알콜, 글리콜 (다관능성 히드록실-함유 화합물 포함) 및 에피클로로히드린 또는 카르복실산의 글리시딜 에스테르 (다관능성 카르복실산 함유 화합물 포함)로부터 유도된다. 에폭시드화 식물성 오일을 또한 반응성 희석제로서 사용할 수 있다. 반응성 희석제는 전형적으로 한 실시양태에서 1개 이상의 에폭시기를 함유할 수 있고; 또 다른 실시양태에서 1개 초과의 에폭시기를 함유할 수 있다. 본 발명에서 유용한 반응성 희석제의 예에는, 비제한적으로, 1,4-부탄디올 디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, 프로폭실화 글리세린의 트리글리시딜 에테르, 에폭시드화 피마자유, 에폭시드화 아마인유, 오르토-크레실 글리시딜 에테르, 알킬 글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜에테르 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 반응성 희석제의 점도는 25℃에서 약 1mPa s 내지 약 500mPa s 범위일 수 있다.
본 발명의 제제에 유용한 기타 첨가제에는, 예를 들어 할로겐 함유 또는 할로겐 부재 난연제; 화염 소화 능력의 성능을 개선시키기 위한 상승작용제, 예컨대 수산화마그네슘, 아연 보레이트 또는 메탈로센; 예를 들어 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 다우아놀 PMA를 포함한 가공성을 위한 용매; 접착 촉진제, 예컨대 개질된 오르가노실란 (에폭시드화, 메타크릴, 아미노), 아세틸아세토네이트, 또는 황-함유 분자; 습윤제 및 분산보조제, 예컨대 개질된 오르가노실란, Byk 900 시리즈 및 Byk W-9010, 개질된 플루오로카본; 공기 이탈 첨가제, 예컨대 Byk-A 530, Byk-A 525, Byk-A 555, Byk-A 560; 표면 개질제, 예컨대 슬립 및 광택 첨가제 (이의 다수는 Byk-케미로부터 입수가능함) 및 이들의 혼합물이 포함된다.
본 발명에서 유용한 기타 임의적 첨가제의 양은 경화된 복합물의 Tg가 약 140℃ 초과 수준에서 유지되도록 하는 양이다. 본 발명에서 사용되는 첨가제의 농도 범위는 일반적으로 조성물의 총 중량을 기준으로 한 실시양태에서 0중량% 내지 약 10중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.01중량% 내지 약 5중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.1중량% 내지 약 2.5중량%, 또 다른 실시양태에서 약 0.5중량% 내지 약 1중량%일 수 있다.
건식 변압기용 절연 재료로서 유용한 물질 에폭시 제제의 조성물을 제조하는 방법은 (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 에폭시-실란 처리된 충전제, (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 경화 촉매, 및 (e) 임의적으로, 요구되는 기타 성분을 블렌딩하는 것을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 경화성 에폭시 수지 제제의 제조는 로스 PD 혼합기 (찰스 로스(Charles Ross)), 플랙테크 스피드믹서(FlackTek Speedmixer) 또는 충전제를 습윤시키고, 상기 수지 성분 (a)-(e)를 고르게 분포시키는 것으로 당업계에 공지된 기타 혼합기 내에서 진공에서 또는 진공없이 블렌딩하여 달성된다. 상기 언급된 요소는 일반적으로 편리하고, 요구되는 대로 대부분의 임의의 순서, 다양한 조합, 및 다양한 첨가 시간으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 가용 기간을 늘이기 위해, 경화 촉매 (d)를 혼합 및 임의적 탈기 동안 마지막으로 또는 후기에 그러나 제제의 캐스팅 이전에 첨가할 수 있다. 상기 언급된 임의적 조합된 제제 첨가제 중 임의의 것, 예를 들어 부가적 에폭시 수지를 또한 혼합 동안 또는 혼합 이전에 조성물에 첨가하여 조성물을 형성할 수 있다.
한 실시양태에서, 제제의 상기 성분 (a)-(e) 중 하나 이상을 예비혼합할 수 있다. 예를 들어, 촉매를 경화제 또는 유연화제 중에서 예비혼합한 후, 예비혼합한 성분을 제제에 첨가할 수 있다.
본 발명의 제제에 있어서, 제제의 탈기는 본 발명의 절연 재료의 기계적 및/또는 전기적 성능에서 중요한 요소이다. 전형적으로, 탈기는 개별 성분을 포함한 일부 제제화 용 혼합 장비 내에 진공을 적용하여 수행할 수 있다. 캐스팅 및 경화 이전 제제를 효과적으로 탈기시키기 위한 진공의 범위, 진공의 경사 및 단계 및 진공 적용의 시기는, 예를 들어 온도, 제제의 점도, 제제의 질량, 탈기 용기 기하구조 및 그의 혼합 품질 등과 관련하여 당업계에 공지된 바와 같은 다양한 요인에 좌우된다. 일반적으로, 진공이 수지 성분 (a)-(e)의 혼합 동안 일부 시점에 적용되는 것이 바람직하며, 진공은 대기압 미만의 임의의 기압으로 정의된다. 탈기는 성분 (a)-(e) 중 임의의 것을 초기에 혼합하는데 사용될 수 있는 것과 동일한 또는 별도의 장치 및/또는 용기 내에서 이루어진다. 혼합 또는 교반은 주로 탈기시에 수행한다. 대부분의 임의의 진공을 적용할 수 있으나, 탈기율은 보다 낮은 진공이 이용됨에 따라 향상된다. 탈기는 일반적으로 한 실시양태에서 약 200mbar 미만, 또 다른 실시양태에서 약 100mbar 미만, 또 다른 실시양태에서 약 50mbar 미만, 또 다른 실시양태에서 약 20mbar 미만으로 이루어진다. 일반적으로, 성분 및 성분의 온도에 좌우되는 경제적 고려사항 및 성분의 휘발을 최소화하고자 하는 요구 둘 다를 위해, 일부 적용되는 진공의 하한이 이용된다. 한 실시양태에서, 약 0.5mbar 초과의 일부 진공을 탈기시에 이용할 수 있으며, 또 다른 실시양태에서 이용되는 진공은 약 1mbar 초과일 수 있다.
에폭시 수지 제제의 전체 성분은, 예를 들어 변압기 적용에서 조성물을 사용하는데 요구되는 특성의 균형을 갖는 효과적인 경화된 에폭시 수지 조성물의 제조를 가능하게 하는 온도에서 전형적으로 혼합 및 분산되고, 임의적으로 탈기 및 수송된다. 모든 성분의 혼합 및 임의적 탈기 동안의 온도, 및 또한 장치 또는 주형으로 수송될 때의 혼합물의 온도 (즉, 캐스팅 온도)는 일반적으로 한 실시양태에서 약 10℃ 내지 약 110℃, 또 다른 실시양태에서 약 20℃ 내지 약 90℃, 또 다른 실시양태에서 약 40℃ 내지 약 80℃일 수 있다. 보다 낮은 혼합 온도는 수지 및 경화제 성분의 반응을 최소화하고, 제제의 가용 기간을 최대화하며, 단시간 내의 보다 높은 혼합 온도는 경화되기 전 제제 점도를 낮추고 제제의 혼합, 탈기 및 수송을 용이하게 할 수 있다.
일반적으로, 수송 또는 캐스팅 온도에서의 완성 에폭시 수지 제제의 점도는 당업계에 공지된 바와 같이, 제제가 흐르는 임의의 점도 값일 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어 완성 에폭시 수지 제제의 복합 점도는 약 100,000mPa-s 미만, 또 다른 실시양태에서 약 50,000mPa-s 미만, 또 다른 실시양태에서 약 25,000mPa-s 미만일 수 있다. 일반적으로, 완성 에폭시 수지 제제의 복합 점도는 한 실시양태에서 약 100mPa-s 내지 약 100,000mPa-s; 또 다른 실시양태에서 약 500mPa-s 내지 약 50,000mPa-s; 또 다른 실시양태에서 약 1,000mPa-s 내지 약 20,000mPa-s; 또 다른 실시양태에서 약 1,500mPa-s 내지 약 15,000mPa-s이다. 상기 복합 점도 범위는 캐스팅 온도에서 결정되며, 예를 들어 일반적으로 캐스팅 온도는 한 실시양태에서 약 10℃ 내지 약 110℃, 또 다른 실시양태에서 약 20℃ 내지 약 90℃, 또 다른 실시양태에서 약 40℃ 내지 약 75℃이다.
약 60℃ 이하의 상온 (약 25℃)에서 유지했을 때, 절연 재료가 일반적으로 한 실시양태에서 약 2일 미만, 또 다른 실시양태에서 약 1일 미만, 또 다른 실시양태에서 약 12시간 미만 이내에 사용될 모양 또는 장치로 경화시키기 위해, 일반적으로 본 발명의 완성 제제를 혼합, 탈기 및 수송하는 것이 바람직하다. 당업계에 공지된 바와 같이, 완성 제제의 가용 기간 (또는 저장 수명)은 제제가 유지되는 온도뿐만 아니라 또한 제제 중에 포함되는 촉매의 양 및 유형에 좌우되며, 촉매의 농도가 낮을수록 전형적으로 제제의 가용 기간이 연장된다. 연장된 가용 기간 또는 저장 수명을 위해, 저장 수명을 최대화하기 위해 블렌딩된 배합 제제를 전형적으로 상온 이하의 온도에서 임의로 촉매를 함유하지 않은 채 저장한다. 저장을 위한 허용되는 온도 범위에는, 예를 들어 한 실시양태에서 약 -100℃ 내지 약 25℃, 또 다른 실시양태에서 약 -70℃ 내지 약 10℃, 또 다른 실시양태에서 약 -50℃ 내지 약 0℃ 가 포함된다. 한 실시양태의 예시로서, 저장의 온도는 약 -40℃일 수 있다. 그러나, 절연 재료가 일반적으로 사용될 모양 또는 장치로 경화되도록, 완성 및 탈기된 제제를 저장하지 않고 즉시 수송을 시작하는 것이 유리하다.
블렌딩된 제제를 그 후 전기 장치, 예컨대 전력 변압기 적용을 위한 절연 재료을 위한 다수의 방법을 통해, 기판에 적용할 수 있다. 예를 들어, 전형적 적용 방법에는 당업자에게 공지된 바와 같은 진공 캐스팅, 자동 압력 겔화 (APG), 필라멘트 권취, 진공 압력 함침, 캡슐화된 수지, 고체 캐스팅 등이 포함된다. 본원에서 "기판"에는, 예를 들어 건식 변압기의 코일, 분배용 또는 계기용 변압기, 전력선용 옥외 로드(rod) 복합물, 옥외 전력 스위치의 부품, 과전압 보호 장치, 개폐장치, 부싱, 전기 기계, 트랜지스터의 코팅된 부품, 기타 반도체 장치 및/또는 함침된 전기 부품 등이 포함된다.
열경화성 조성물의 경화는, 조성물을 경화시키기에 충분한 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 그리고 일련의 온도 경사 및 온도 단계로 수행할 수 있다. 제제의 경화는 제제에 사용되는 경화제에 좌우될 수 있다. 제제의 경화에서, 단계 중 일부는 제제를 단지 부분적으로 경화 또는 겔화시키는 하나 초과의 온도 단계를 사용함으로써, 완전 경화된 제제의 특성의 전개를 용이하게 하는 것으로 추정된다. 이러한 온도 단계화 공정은 본 발명의 제제의 경화 동안 나타나는 균질성, 수축 및 응력을 보다 잘 관리하고, 전력 변압기를 포함한 전기 장치를 위한 보다 일관성있거나 보다 우수한 전기적 및/또는 기계적 성능의 절연 재료를 야기할 수 있을 것으로 추정된다. 경화 프로파일과 상관없이, 일반적으로 당업자는 최종 경화 온도가 일반적으로 완전 경화된 에폭시/경화제 시스템의 유리 전이 온도 Tg를 초과해야 하는 것으로 인지한다. 조성물의 경화 또는 후-경화 이후, 공정은 전기 절연, 열 전도성 경화된 재료에서 응력의 전개 및 가능한 결함을 최소화하기 위해 단일 또는 다중 온도 경사 및 온도 단계를 포함할 수 있는 제어된 냉각을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제제를 위한 경화 또는 일련의 하나 이상의 경화 단계의 온도는 일반적으로 한 실시양태에서 약 10℃ 내지 약 300℃; 또 다른 실시양태에서 약 50℃ 내지 약 250℃; 또 다른 실시양태에서 약 80℃ 내지 약 225℃일 수 있다. 경화 시간은 기판의 크기 및 모양에 따라 선택할 수 있다. 일반적으로, 경화 시간은 한 실시양태에서 약 1분 내지 약 96시간, 또 다른 실시양태에서 약 1시간 내지 약 72시간, 또 다른 실시양태에서 약 4시간 내지 약 48시간일 수 있다. 약 1분 미만의 시간은 통상적 가공 조건하 충분한 반응을 보장하기에 너무 짧고, 약 96시간 초과의 시간은 실용적 또는 경제적이기에는 너무 길 수 있다. 경화된 에폭시 제제의 크기 및 모양 및 또한 에폭시 제제의 성분은 당업자에게 공지된 바와 같이 이용되는 경화 프로파일에서 역할을 한다.
한 실시양태에서, 약 50℃ 내지 약 150℃의 제1 온도 단계 또는 경사에서 조성물을 부분적으로 경화 또는 겔화시킨 후, 약 120℃ 내지 약 300℃의 하나 이상의 추가적 가열 단계 또는 경사에서 수행하는 것이 유리하다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 조성물의 경화 단계는, 예를 들어 약 70℃ 내지 약 100℃ 온도의 제1 경화 단계 및 약 130℃ 내지 약 150℃ 온도의 제2 경화 단계를 포함한 둘 이상의 단계로 수행할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상기 제1 및 제2 단계 이후에 약 175℃ 내지 약 250℃인 제3 경화 단계를 이용할 수 있다. 상기 기재된 임의의 단계/경사에서 요구되는 온도에서의 가열 시간은 약 5분 내지 약 96시간일 수 있다.
특정 온도 단계 또는 경사에 있어서 제제 또는 조성물이 너무 빠르게 또는 너무 높은 온도에서 경화된다면, 절연 재료의 감소된 성능 및 또한 절연 재료가 이용되는 장치에서 감소된 성능을 초래할 가능성이 높을 수 있다. 감소된 성능은, 비제한적으로, 제제 또는 제제가 이용되는 장치의 감소된 성능 또는 실패를 야기할 수 있는 생성된 경화된 조성물에서의 결함으로부터 발생될 수 있다. 이러한 결함의 예에는, 균열, 버블, 충전제(들)의 실질적인 불균일 분포 등이 포함된다.
본 발명의 절연 재료를 형성하는 열경화성 생성물 (즉, 본 발명의 경화성 조성물로부터 제조된 가교결합된 생성물)은 통상적 에폭시 경화된 수지에 비해 여러 개선된 특성을 보인다. 본 발명의 경화된 생성물의 한 장점은 이러한 경화된 생성물이, 예를 들어 절연 전기 장치의 적용 분야에서 전기 절연체로서 제제를 이용하기 위한 기계적, 열적 및 전기적 특성의 전체적 균형을 가진다는 것이다.
예를 들어, 본 발명의 경화된 생성물은 약 140℃ 내지 약 250℃의 유리 전이 온도 (Tg)를 가질 수 있다. 일반적으로, 수지의 Tg는 한 실시양태에서 약 140℃ 초과, 또 다른 실시양태에서 약 145℃ 초과, 또 다른 실시양태에서 약 150℃ 초과, 또 다른 실시양태에서 약 155℃ 초과이다.
부가적으로, 본 발명의 제제 시스템이 높은 충전제 적재량을 가능하게 하므로, 경화된 시스템은 경화된 제제의 유리 전이 온도 미만의 낮은 CTE를 달성할 수 있고, 예를 들어 본 발명의 열경화성 생성물은 ASTM D 5335로 측정시 Tg 미만의 열팽창 계수 (CTE)를 지니며, 이는 일반적으로 한 실시양태에서 약 1ppm/℃ 내지 약 75ppm/℃이다. 또 다른 실시양태에서, CTE는 약 75ppm/℃ 미만, 또 다른 실시양태에서 약 60ppm/℃ 미만, 또 다른 실시양태에서 약 45ppm/℃ 미만일 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 열경화성 생성물의 열 전도도는 또한 한 실시양태에서 일반적으로 약 0.8W/mK 내지 약 50W/mK일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 열 전도도는 약 1.0W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 1.1W/mK 초과, 또 다른 실시양태에서 약 1.2W/mK 초과일 수 있다.
본 발명의 열경화성 생성물의 절연 파괴 강도는 또한 일반적으로 한 실시양태에서 약 10kV/mm 내지 약 45kV/mm일 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 절연 파괴 강도는 약 20kV/mm 이상, 또 다른 실시양태에서 약 23kV/mm 초과, 또 다른 실시양태에서 약 27kV/mm 초과일 수 있다.
본 발명의 열경화성 생성물이 가질 수 있는 또 다른 특성은 한 실시양태에서 일반적으로 약 1x1012ohm-cm 내지 약 1x1019ohm-cm의 체적 저항률이다. 또 다른 실시양태에서, 체적 저항률은 약 1x1015ohm-cm 초과, 또 다른 실시양태에서 약 4x1015ohm-cm 초과, 또 다른 실시양태에서 약 1x1016ohm-cm 초과일 수 있다. 한 실시양태에서, 체적 저항률은 적어도 약 5x1015ohm-cm 초과일 수 있다.
본 발명의 열경화성 생성물이 가질 수 있는 또 다른 특성은 한 실시양태에서 일반적으로 약 80MPa 내지 약 250MPa의 인장 강도이다. 또 다른 실시양태에서, 인장 강도는 약 80MPa 초과, 또 다른 실시양태에서 약 85MPa 초과, 또 다른 실시양태에서 약 90MPa 초과일 수 있다.
상기 특성은 절연 전기 장치의 적용 분야에서 전기 절연체로서 제제를 이용하기 위한 기계적, 열적 및 전기적 특성의 전체적 균형을 본 발명의 열경화성 생성물에 제공한다. 본 발명의 열경화성 생성물은 유리하게는 한 실시양태에서 약 120℃ 내지 약 200℃; 또 다른 실시양태에서 약 130℃ 내지 약 200℃의 연속적 조작 온도에서 상기 특성의 균형을 지닌다. 또 다른 실시양태에서, 연속적 조작 온도는 약 130℃ 이상, 또 다른 실시양태에서 145℃ 이상, 또 다른 실시양태에서 약 160℃ 이상이다.
본 발명의 에폭시 수지 제제는 변압기, 포팅 (potting) 적용, 스위치, 변환기, 부싱, 센서, 컨버터, 트랜지스터, 전기 기계, 전기 장치 등을 위한 전기 절연 재료의 생산을 위한 경화성 조성물로 사용된다.
실시예
하기 실시예 및 비교 실시예는 본 발명을 상세하게 추가로 예시하나, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
하기 실시예에서 사용되는 다양한 용어 및 표기는 아래 설명된다:
D.E.R. 332는 더 다우 케미컬 컴퍼니로부터 시판되는 171의 EEW를 가지는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르인 에폭시 수지이다.
D.E.R. 383은 더 다우 케미컬 컴퍼니로부터 시판되는 180.3의 EEW를 가지는 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르인 에폭시 수지이다.
D.E.N. 425는 더 다우 케미컬 컴퍼니로부터 시판되는 172의 EEW를 가지는 에폭시 노볼락 수지이다.
D.E.R. 354는 더 다우 케미컬 컴퍼니로부터 시판되는 171.5의 EEW를 가지는 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르인 에폭시 수지이다.
ERL 4221은 134의 EEW를 가지는 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸 3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트로도 공지된 시클로지방족 에폭시 수지이고, 폴리사이언시스(Polysciences)로부터 시판된다.
"TMPTGE"는 트리메틸올프로판트리글리시딜 에테르를 나타내고, 이는 140의 EEW를 가지는 반응성 희석제 에폭시 수지이고, 알드리치 케미컬로부터 시판된다.
"BDODGE"는 1,4-부탄디올디글리시딜 에테르를 나타내고, 알드리치 케미컬로부터 시판되는 반응성 희석제 에폭시 수지이다.
실본드® W12EST는 쿼츠베르케로부터 시판되는 d50% 그레인 크기가 16㎛인 에폭시-실란 처리된 석영이다.
실본드® (126)EST는 쿼츠베르케로부터 시판되는 d50% 그레인 크기가 22㎛인 에폭시-실란 처리된 석영이다.
밀리실(MILLISIL)® W12는 쿼츠베르케로부터 시판되는 d50% 그레인 크기가 16㎛인 석영이다.
Al2O3은 바이코우스키 인터네셔널(Baikowski International)에서 상표명 BAIKOLOX® GEA 6으로 시판되는, d50% 그레인 크기가 7.8㎛인 고순도 알루미나이다.
"DVBDO"는 디비닐벤젠 디옥시드를 나타낸다.
"NMA"는 나딕 메틸 무수물을 나타내고, 폴리사이언시스로부터 시판된다.
"ECA100"은 에폭시 큐어링제 100을 나타내고, 딕시 케미컬(Dixie Chemical)로부터 시판된다. ECA100은 일반적으로 80% 초과의 메틸테트라히드로프탈산 무수물 및 10% 초과의 테트라히드로프탈산 무수물을 포함한다.
"1MI"는 1-메틸이미다졸을 나타내고, 알드리치 케미컬로부터 시판된다.
하기 표준 분석 장비 및 방법이 실시예에 사용되었다:
주형 어셈블리
한 모서리를 각지게 절단한 두 개의 약 335mm 정사각형 금속 판위에 각각의 듀오포일(DUOFOIL)™ (약 330mm x 355mm x 0.38mm)을 고정했다. 약 3.05mm 두께를 갖는 U-스페이서 바 및 약 3.175mm ID x 약 4.75mm OD의 실리콘 고무관 (개스킷으로 사용함)을 판과 주형 사이에 위치시키고, C-클램프로 막았다. 주형을 사용하기 전에 약 65℃ 오븐에서 예열했다.
충전 에폭시 수지 캐스팅
충전제의 필요량을 밤새 약 70℃ 온도의 진공 오븐 내에서 건조시켰다. 에폭시 수지 및 무수물 경화제를 개별적으로 약 60℃로 예열했다. 입구가 넓은 플라스틱 용기에 기재한 양의 가온된 에폭시 수지, 가온된 무수물 경화제 및 1-메틸이미다졸을 적재했고, 가온된 충전제에 첨가하기 전에 이를 수동으로 섞었다. 용기의 내용물을 약 800 내지 약 2350rpm에서 약 1-2분 동안의 여러 사이클로 플랙텍 스피드믹서™ 상에서 혼합했다.
혼합된 제제를, 유리 교반-샤프트 및 베어링과 테플론(Teflon)® 블레이드를 사용하는 오버헤드 교반기와 탈기를 위한 진공 펌프 및 진공 제어기가 장착된 온도 제어 약 500 mL 수지 주전자에 적재했다. 전형적 탈기 프로파일을 아래 단계로 약 55℃ 내지 약 75℃에서 수행했다: 5분, 80rpm, 100Torr; 5분, 80rpm, 50Torr; 5분, 80rpm, 20Torr와 약 760Torr까지의 N2 휴식기; 5분, 80rpm, 20Torr와 약 760Torr까지의 N2 휴식기; 3분, 80rpm, 20Torr; 5분, 120rpm, 10Torr; 5분, 180rpm, 10Torr; 5분, 80rpm, 20Torr; 및 5분, 80rpm, 30Torr.
가온되고 탈기된 혼합물을 대기압으로 만들고 가온된 상기한 주형 어셈블리에 부었다. 충전한 주형을 80℃ 오븐에 약 16시간 동안 넣고, 온도를 총 10시간 동안 140℃로 상승시키고 유지한 후; 후속하여 총 4시간 동안 225℃로 상승시키고 유지한 후; 상온 (약 25℃)으로 천천히 냉각시켰다.
유리 전이 온도 ( T g ) 측정
경화된 에폭시 제제의 일부를 0℃ 내지 250℃의 제1 가열 스캔에서 0℃ 내지 250℃의 제2 가열 스캔으로 10℃/분으로 가열 및 냉각시키는 시차주사열량계 (DSC)에 넣었다. Tg는 0℃ 내지 250℃의 제2 가열에 대한 반 높이 값으로 보고했다.
인장 특성 측정
인장 특성 측정을 0.2인치/분의 변형률로 제1유형 인장 막대를 사용하여 ASTM D638에 따라 경화된 에폭시 제제에 대해 수행했다.
열 전도도 측정
열 전도도 측정을 ISO 22007-2 (일시적 평면 열 공급원 (핫 디스크) 방법)에 따라 경화된 에폭시 제제에 대해 수행했다.
체적 저항률
체적 저항률을 플라크 두께가 115 내지 130mil 범위인 휴렛-패커드(Hewlett-Packard) 고 저항률 미터 상에서 실온에서 측정했다.
유전체 강도
유전체 강도를 또한, 샘플이 파괴될 때까지 500V/sec의 램프-업 전압 속도로 ASTM D149에 따라 AC 파괴 시험기를 사용하여 115-130mil 플라크 상에서 측정했다.
에폭시 제제의 점도 측정
온도 (온도 스캔)의 함수로서의 복합 점도를, 평행 판 고정물이 피팅된 TA 인스트루먼츠(TA Instruments) ARES G2 유량계를 사용하여 수득했다. 판 직경은 50mm이고 전단 속도 10 1/초 및 온도 범위 40℃ 내지 100℃에 걸친 온도 경사 5℃/분에서 흐름 모드로 시행된다. 복합 점도는 관심 온도 (즉, 캐스팅 온도)에서 보고되거나; 대안적으로, 시간 스캔을 또한 주어진 온도에서 수행할 수 있다. 이러한 경우, 유량계는 관심 온도로 설정하고 복합 점도는 시간의 함수로서 측정하여 경화 특징을 이해할 수 있다.
실시예 1-15 및 비교 실시예 A-C
상기 기재된 일반적 방법 및 아래 표 I에 기재된 제제를 사용하여 충전 에폭시 수지 캐스팅물을 제조했다. 생성된 캐스팅물의 특성은 상기 기재된 방법으로 측정했고, 특성 결과를 아래 표 II에 기재했다.
[표 I]
Figure 112013112893798-pct00002
[표 II]
Figure 112013112893798-pct00003

Claims (26)

  1. 전기 장치용 절연체로서 유용하며, (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 고체 충전제 (여기서, 충전제는 에폭시-실란 처리된 충전제이고, 충전제의 크기는 1㎛ 내지 100㎛임); 및 (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 아민 경화 촉매를 포함하며, 경화시 140℃ 내지 225℃의 유리 전이 온도, 80MPa 내지 250MPa의 인장 강도, 10kV/mm 내지 45kV/mm의 유전체 강도, 0.8W/m-K 내지 50W/m-K의 열 전도도 및 1x1012ohm-cm 내지 1x1019ohm-cm의 체적 저항률을 포함한 특성의 균형을 경화된 생성물에 제공하는, 경화성 에폭시 수지 제제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 1종 이상의 에폭시 수지가 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르, 비스페놀 F 디글리시딜 에테르, 에폭시 노볼락 또는 이들의 혼합물인 에폭시 수지 제제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 1종 이상의 에폭시 수지의 농도 범위가 7중량% 내지 30중량%인 에폭시 수지 제제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 1종 이상의 무수물 경화제가 나딕 메틸 무수물, 메틸 테트라히드로프탈산 무수물 또는 이들의 혼합물인 에폭시 수지 제제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 1종 이상의 무수물 경화제의 농도 범위가 7중량% 내지 35중량%인 에폭시 수지 제제 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 1종 이상의 충전제가 에폭시-실란 처리된 석영이고, 1종 이상의 충전제의 농도 범위가 40중량% 내지 90중량%인 에폭시 수지 제제 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 1종 이상의 경화 촉매가 1-치환된 이미다졸 촉매이고, 1종 이상의 경화 촉매의 농도 범위가 0.005중량% 내지 2중량%인 에폭시 수지 제제 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 반응성 희석제, 유연화제, 가공 보조제, 강인화제 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에폭시 수지 제제 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 반응성 희석제가 1,4-부탄디올 디글리시딜에테르; 1,6-헥산디올 디글리시딜에테르; 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르; 프로폭실화 글리세린의 트리글리시딜 에테르; 에폭시드화 피마자유; 에폭시드화 아마인유; 오르토-크레실 글리시딜 에테르; 알킬 글리시딜 에테르; 네오펜틸 글리콜 디글리시딜에테르 또는 이들의 혼합물인 에폭시 수지 제제 조성물.
  10. (a) 1종 이상의 액체 에폭시 수지; (b) 1종 이상의 액체 환형 무수물 경화제; (c) 1종 이상의 열 전도 및 전기 절연 에폭시-실란 처리된 충전제; 및 (d) 아민 수소를 갖지 않는 1종 이상의 아민 경화 촉매를 혼합하는 것을 포함하며, 경화시 140℃ 내지 225℃의 유리 전이 온도, 80MPa 내지 250MPa의 인장 강도, 10kV/mm 내지 45kV/mm의 유전체 강도, 0.8W/m-K 내지 50W/m-K의 열 전도도 및 1x1012ohm-cm 내지 1x1019ohm-cm의 체적 저항률을 포함한 특성의 균형을 경화된 생성물에 제공하는, 전기 장치용 절연체로서의 경화성 에폭시 수지 제제 조성물의 제조 방법.
  11. (i) 제1항에 따른 조성물을 제공하는 단계;
    (ii) 제1항에 따른 조성물을 기판에 적용하는 단계; 및
    (iii) 기판 및 조성물을 경화시켜 절연 재료를 형성하는 단계
    를 포함하고, 생성된 절연 재료가 120℃ 내지 200℃의 연속적 조작 온도에서 요구되는 전기적, 기계적 및 열적 특성을 포함한 필요 특성을 균형적으로 갖는
    전기 장치용 에폭시 절연 재료의 제조 방법.
  12. 제11항에 따른 방법에 의해 제조되는 생성물.
  13. 제12항에 있어서, 120℃ 내지 200℃의 조작 온도에서 요구되는 전기적, 기계적 및 열적 특성을 포함한 특성을 균형적으로 갖는 절연 재료인 생성물.
  14. 제13항에 있어서, 전력 변압기에 사용되는 생성물.
  15. 제12항에 있어서, 120℃ 내지 200℃의 조작 온도에서 요구되는 전기적, 기계적 및 열적 특성을 포함한 특성을 균형적으로 갖는 포팅 재료인 생성물.
  16. 제12항에 있어서, 120℃ 내지 200℃의 조작 온도에서 요구되는 전기적, 기계적 및 열적 특성을 포함한 특성을 균형적으로 갖는 캐스팅 재료인 생성물.
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