KR20110124225A - 스위치 기어 내 절연 물질용 캐스팅 수지 시스템 - Google Patents

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KR20110124225A
KR20110124225A KR1020117018524A KR20117018524A KR20110124225A KR 20110124225 A KR20110124225 A KR 20110124225A KR 1020117018524 A KR1020117018524 A KR 1020117018524A KR 20117018524 A KR20117018524 A KR 20117018524A KR 20110124225 A KR20110124225 A KR 20110124225A
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게르노트 즈비아트코브스키
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 경화제로서의 메틸나드산 무수물/수소화된 메틸나드산 무수물 및 가속화제로서의 N-치환된 이미다졸을 포함하는, 글리시딜 에스테르 기재의 스위치 기어용 절연 수지에 관한 것이다. 추가로, 판형 알루미늄 산화물이 충전제로서 첨가된다. 수지는 실질적으로 증가된 유리 전이 온도를 갖는 동시에, 기계적 수준이 높고 매우 트래킹 저항적이다. 이는 GIL 시스템에서 캐스팅 수지로서 적합하다.

Description

스위치 기어 내 절연 물질용 캐스팅 수지 시스템{CASTING RESIN SYSTEM FOR INSULATING MATERIALS IN SWITCH GEARS}
본 발명은 스위치 기어(switchgear)용 절연 수지 분야, 특히 "가스-절연 라인" (GIL)에 대해 캐스팅 수지로서 사용되는 절연 수지에 관한 것이다.
전기적 스위치 기어에서 - 특히 컴팩트 디자인의 경우 - 절연 조성물은 중요한 역할을 한다.
통상적으로 캐스팅 수지의 형태로 사용되는 이러한 절연 수지에서는, 높은 유리 전이 온도가 유리하나, 동시에 종종 바람직한 기계적 특성, 높은 필드 강도 및 우수한 트래킹(tracking) 특성에 대해 높은 요구사항이 또한 존재한다. 특히, GIL의 경우, 트래킹 특성은 종종 결정적인 파라미터이며, 추가의 요건은 높은 분출값, 및 가능한 경우, SF6과 같은 가스의 분해 생성물에 대한 우수한 저항성이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 현재의 해결책에 대한 대안으로서, 증가된 유리 전이 온도와 동시에, 우수하거나 또는 훨씬 개선된 다른 특성, 특히 트래킹 저항성과 관련된 특성이 발견되는 스위치 기어용 절연 수지를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본원의 청구범위 제1항에 따른 절연 수지에 의해 달성된다. 따라서,
a) 메틸나드산 무수물 및/또는 수소화된 메틸나드산 무수물을 포함하는 물질,
b) 하기 화학식 I의 이미다졸을 포함하는 물질:
<화학식 I>
Figure pct00001
(식 중,
R1은 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고;
R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 수소, 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고,
여기서, 적합한 라디칼에서 하나 이상의 비-인접한 CH2 기는 각각 독립적으로, -O-, -S-, -NH-, -NRo-, -SiRoRoo-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, CN, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2- 또는 -C≡C-에 의해, 구체적으로는 산소 및/또는 황 원자가 서로에 직접 결합되지 않는 방식으로 대체될 수 있고, 또한 바람직하게는 1개 내지 30개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 또는 헤테로아릴에 의해 임의로 대체됨 (말단 CH3 기는 CH2-H의 의미에서 CH2 기와 유사한 것으로 이해되고, Ro 및 Roo은 알킬임)) 및
c) 알루미나 플레이크를 포함하는 충전제
를 포함하는 출발 성분들로부터 형성되는, 스위치 기어 내 절연 조성물용의 글리시딜 에스테르 기재의 절연 수지가 제안되었다.
일반적 기 정의: 명세서 및 청구범위 내에 일반적 기, 예를 들어 알킬, 알콕시, 아릴 등이 청구 및 기재되어 있다. 달리 언급되지 않는다면, 본 발명에서 일반적 용어로 기재된 기들 중에서 하기 기를 사용하는 것이 바람직하다:
알킬: 선형 및 분지형 C1-C8-알킬
장쇄 알킬: 선형 및 분지형 C5-C20-알킬
알케닐: C2-C6-알케닐
시클로알킬: C3-C8-시클로알킬
알킬렌: 메틸렌; 1,1-에틸렌; 1,2-에틸렌; 1,1-프로필리덴; 1,2-프로필렌; 1,3-프로필렌; 2,2-프로필리덴; 부탄-2-올-1,4-디일; 프로판-2-올-1,3-디일; 1,4-부틸렌; 시클로헥산-1,1-디일; 시클로헥산-1,2-디일; 시클로헥산-1,3-디일; 시클로헥산-1,4-디일; 시클로펜탄-1,1-디일; 시클로펜탄-1,2-디일; 및 시클로펜탄-1,3-디일, 비닐, 시아노에틸, 운데실, 히드록시메틸을 포함하는 군으로부터 선택됨
아릴: 300 Da 미만의 분자량을 갖는 방향족 화합물로부터 선택됨
할로알킬: 모노-, 디-, 트리-, 폴리- 및 퍼할로겐화된 선형 및 분지형 C1-C8-알킬을 포함하는 군으로부터 선택됨.
다르게 정의되지 않는다면, 일반적 기 정의 중에서, 하기 기들이 보다 바람직한 기이다:
알킬: 선형 및 분지형 C1-C6-알킬, 특히 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필;
아릴: 페닐; 바이페닐; 나프탈레닐; 안트라세닐; 페난트레닐, 벤질을 포함하는 군으로부터 선택됨.
놀랍게도, 2종의 성분들의 존재하에, 본 발명의 다수 용도에서 일종의 상승작용적 효과로 인해 현재 해결책과 비교하여 매우 증가된 유리 전이 온도와 동시에, 매우 고도의 다른 특성, 예컨대 트래킹 저항성 또는 분출값을 갖는 절연 수지를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "절연 수지"는 특히 에폭시 수지를 기재로 하는 (바람직하게는 저점도) 캐스팅 수지 시스템 및 제어된 반응성을 갖는 무수물 성분으로 이루어지고/거나 이들을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "스위치 기어"는 특히 저, 중간 및 고 전압용 어셈블리로 이루어지고/거나 이들을 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "글리시딜 에스테르 기재의"는 특히, 글리시딜 에스테르 수지가 하나의 출발 성분, 특히 주성분으로서 사용된다는 사실로 이루어지고/거나 이들을 포함한다. 선행 기술에서 공지된 모든 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "출발 성분(들)로부터 형성되는"은 특히, 절연 수지가 상기 성분(들)로부터 제조된다는 사실을 의미하고/거나 포함한다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "메틸나드산 무수물"은 특히, 하기 화합물을 의미하고/거나 포함한다:
Figure pct00002
본 발명의 맥락에서, 용어 "알루미나"는 특히, 알루미나가 95％ (중량％) 이상, 바람직하게는 98％ 이상, 가장 바람직하게는 99％ 이상 정도를 차지하는 물질을 의미하고/거나 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 물질 a) 대 물질 b)의 비 (중량/중량)는 50:1 이상 내지 300:1 이하이다. 상기에 따라 유리 전이 온도가 종종 다시 한 번 증가될 수 있기 때문에, 이는 실제로 유리한 것으로 밝혀졌다.
물질 a) 대 물질 b)의 비 (중량/중량)는 바람직하게는 100:1 이상 내지 250:1 이하, 보다 바람직하게는 150:1 이상 내지 220:1 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 수지 중 물질 a)의 분율 (글리시딜 에스테르를 기준으로 중량/중량)은 0.8:1 이상 내지 1:1 이하이다. 상기 비율 역시 종종 유리 전이 온도의 증가에 대해 유리한 것으로 밝혀졌다.
수지 중 물질 a) 대 물질 b)의 비 (글리시딜 에스테르를 기준으로 중량/중량)는 바람직하게는 0.85:1 이상 내지 0.98:1 이하, 보다 바람직하게는 0.92:1 이상 내지 0.97:1 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 수지 중 물질 b)의 분율 (글리시딜 에스테르를 기준으로 중량/중량)은 0.01:1 이상 내지 0.1:1 이하, 보다 바람직하게는 0.02:1 이상 내지 0.09:1 이하, 가장 바람직하게는 0.04:1 내지 0.07:1 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 성분 b)는 1-메틸이미다졸, 1-에틸이미다졸, 1-프로필이미다졸, 1-이소프로필이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-에틸이미다졸, 이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 수지 중 충전제 c)의 분율 (총 혼합물에 대한 중량/중량)은 50％ 이상 내지 100％ 이하이다. 바람직하게는, 65％ 이상이고, 보다 바람직하게는 70％ 이상이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 충전제 c)의 d50은 2 μm 이상 내지 6 μm 이하이다.
상기에 따라 분출 저항성이 종종 다시 한 번 증가될 수 있기 때문에, 이는 실제로 유용한 것으로 밝혀졌다. 보다 바람직하게는, 3 μm 이상 내지 5 μm 이하이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 절연 수지는 140℃ 이상, 바람직하게는 150℃ 이상의 경화 단계 및 12시간 이상, 바람직하게는 14시간 이상, 가장 바람직하게는 16시간 이상의 경화 시간을 포함하는 경화 공정으로 제조된다.
포팅(potting)은 바람직하게는 감압하에서 수행된다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 절연 수지를 포함하는 절연 부품에 관한 것이다. 절연 부품은 바람직하게는 GIL 시스템의 부분이다.
본 발명은 또한
a) 메틸나드산 무수물 및/또는 수소화된 메틸나드산 무수물을 포함하는 물질,
b) 하기 화학식 I의 이미다졸을 포함하는 물질:
<화학식 I>
Figure pct00003
(식 중,
R1은 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고;
R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 수소, 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고,
여기서, 적합한 라디칼에서 하나 이상의 비-인접한 CH2 기는 각각 독립적으로, -O-, -S-, -NH-, -NRo-, -SiRoRoo-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2- 또는 -C≡C-에 의해, 구체적으로는 산소 및/또는 황 원자가 서로에 직접 결합되지 않는 방식으로 대체될 수 있고, 또한 바람직하게는 1개 내지 30개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 또는 헤테로아릴에 의해 임의로 대체됨 (말단 CH3 기는 CH2-H의 의미에서 CH2 기와 유사한 것으로 이해되고, Ro 및 Roo은 알킬임)) 및
c) 알루미나 플레이크를 포함하는 충전제
를 포함하는 출발 성분들로부터 형성되는 글리시딜 에스테르 기재 수지 시스템의, 스위치 기어 내 절연 시스템으로서의 용도에 관한 것이다.
상기 언급된 성분들, 및 청구되는 성분들 및 작동예에 기재된 본 발명에 따라 사용될 성분들은 그의 크기, 형태 배열, 물질 선택 및 기술적 설계에서 임의의 특정한 예외 조건이 적용되지 않으며, 따라서 사용 분야에 공지된 선별 기준이 제약없이 적용될 수 있다.
본 발명의 대상 물질의 다른 상세사항, 특징 및 이점은 종속항, 및 하기 첨부되는 실시예의 기재로부터 명백하다.
실시예 I
본 발명은 단지 예시적 및 비제한적 방식으로, 본 발명의 실시예 I을 사용하여 시험하였다. 이는 하기 성분들로부터 형성된 수지의 제조를 포함한다:
Figure pct00004
수지를 80℃에서 2시간 동안 경화시키고, 이어서 100℃에서 2시간 동안 경화시키고, 이어서 130℃에서 1시간 동안 경화시킨 다음 최종적으로 150℃에서 16시간 동안 경화시켰다.
또한, 3개의 (본 발명이 아닌) 비교용 수지를 제조하였다.
비교예 I:
비교예 I에서, 사용된 충전제는 알루미나 대신 21 μm의 d50을 갖는 백운석이었다. 다른 제조 조건은 동일하였다.
비교예 II:
비교예 II에서, 사용된 충전제는 알루미나 플레이크 대신 5 μm의 d50을 갖는 알루미나 비드였다. 다른 제조 조건은 동일하였다.
비교예 III:
비교예 III에서, 사용된 충전제는 알루미나 플레이크 대신 4 μm의 d50을 갖는 고등급 강옥이었다. 다른 제조 조건은 동일하였다.
시험에서, 먼저, 인장 강도 [ISO 527-4], 마르텐스(Martens) 온도 및 분출값 (물을 이용한 압력 시험)을 측정하였다.
Figure pct00005
이에 따라, 본 발명의 수지 시스템은 인장 강도가 가장 높고, 마르텐스 온도가 가장 높고, (비교예 III과 함께) 분출값 요건을 충족시켰다.
모든 수지 시스템의 트래킹 특성을 또한 연구하였고, 모든 수지는 적절한 것으로 밝혀졌다.
또한, SF6의 분해 생성물에 대한 안정성 [고도로 분해된 SF6에서 3개월 초과의 저장기간]이 발견되었다. 여기서, 우수한 안정성은 비교예 I 및 실시예 I에 대해서만 발견되었다. 나머지 변형에 대해, 안정성은 감소되었고, 몇몇 경우에서는 상당히 감소되었다.
따라서, 본 발명의 절연 수지의 유리한 특성이 입증되었으며, 이는 모든 요건을 충족시키는 단 하나였다.

Claims (9)

  1. a) 메틸나드산 무수물 및/또는 수소화된 메틸나드산 무수물을 포함하는 물질,
    b) 하기 화학식 I의 이미다졸을 포함하는 물질:
    <화학식 I>
    Figure pct00006

    (식 중,
    R1은 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고;
    R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 수소, 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고,
    여기서, 적합한 라디칼에서 하나 이상의 비-인접한 CH2 기는 각각 독립적으로, -O-, -S-, -NH-, -NRo-, -SiRoRoo-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -SO2-, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2- 또는 -C≡C-에 의해, 구체적으로는 산소 및/또는 황 원자가 서로에 직접 결합되지 않는 방식으로 대체될 수 있고, 또한 바람직하게는 1개 내지 30개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 또는 헤테로아릴에 의해 임의로 대체됨 (말단 CH3 기는 CH2-H의 의미에서 CH2 기와 유사한 것으로 이해되고, Ro 및 Roo은 알킬임)) 및
    c) 알루미나 플레이크를 포함하는 충전제
    를 포함하는 출발 성분들로부터 형성되는, 스위치 기어(switchgear) 내 절연 조성물용의 글리시딜 에스테르 기재의 절연 수지.
  2. 제1항에 있어서, 물질 a) 대 물질 b)의 비 (중량/중량)가 50:1 이상 내지 300:1 이하인 절연 수지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수지 중 물질 a)의 분율 (글리시딜 에스테르를 기준으로 중량/중량)이 0.8:1 이상 내지 1:1 이하인 절연 수지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 중 물질 b)의 분율 (글리시딜 에스테르를 기준으로 중량/중량)이 0.01:1 이상 내지 0.1:1 이하인 절연 수지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 b)가 1-메틸이미다졸, 1-에틸이미다졸, 1-프로필이미다졸, 1-이소프로필이미다졸, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 2-에틸-4-에틸이미다졸, 이미다졸, 1-벤질-2-페닐이미다졸, 1-비닐이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 것인 절연 수지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제 c)의 d50이 2 μm 이상 내지 6 μm 이하인 절연 수지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 절연 수지를 포함하는 절연 부품.
  8. 제7항에 있어서, GIL 시스템의 부분인 절연 부품.
  9. a) 메틸나드산 무수물 및/또는 수소화된 메틸나드산 무수물을 포함하는 물질,
    b) 하기 화학식 I의 이미다졸을 포함하는 물질:
    <화학식 I>
    Figure pct00007

    (식 중,
    R1은 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고;
    R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 수소, 알킬, 장쇄 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 할로알킬, 아릴을 포함하는 군으로부터 선택되고,
    여기서, 적합한 라디칼에서 하나 이상의 비-인접한 CH2 기는 각각 독립적으로, -O-, -S-, -NH-, -NRo-, -SiRoRoo-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, CN, -SO2-, -S-CO-, -CO-S-, -CY1=CY2- 또는 -C≡C-에 의해, 구체적으로는 산소 및/또는 황 원자가 서로에 직접 결합되지 않는 방식으로 대체될 수 있고, 또한 바람직하게는 1개 내지 30개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 또는 헤테로아릴에 의해 임의로 대체됨 (말단 CH3 기는 CH2-H의 의미에서 CH2 기와 유사한 것으로 이해되고, Ro 및 Roo은 알킬임)) 및
    c) 알루미나 플레이크를 포함하는 충전제
    를 포함하는 출발 성분들로부터 형성되는 글리시딜 에스테르 기재 수지 시스템의, 전기적 스위치 기어 내 절연 조성물로서의 용도.
KR1020117018524A 2009-02-10 2010-01-21 스위치 기어 내 절연 물질용 캐스팅 수지 시스템 KR20110124225A (ko)

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