PL201453B1 - Termotopliwa masa wypełniająca - Google Patents

Abstract

ermotopliwa masa wypełniająca, znamienna tym , że zawiera od 50 do 90 części wagowych polibutenu o średniej masie cząsteczkowej od 500 do 2.000 oraz układ stabilizujący składający się z antyutleniacza fenolowego w ilości od 0,1-0,5 części wagowych oraz dezaktywatora metali w ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych, od 2 do 10 części wagowych małocząsteczkowego polietylenu oraz od 20 do 40 części wagowych poliizobutylenu o lepkościowo średniej masie cząsteczkowej wynoszą­ cej od 5.000 do 20.000.

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201453 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 370101 (22) Data zgłoszenia: 15.09.2004 (51) Int.Cl.

C08L 23/20 (2006.01) C08L 23/06 (2006.01) C08K 5/13 (2006.01) C09K 3/10 (2006.01) (54) Termotopliwa masa wypełniająca (43) Zgłoszenie ogłoszono:

20.03.2006 BUP 06/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.04.2009 WUP 04/09 (73) Uprawniony z patentu:

Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej BLACHOWNIA,Kędzierzyn-Koźle,PL (72) Twórca(y) wynalazku:

Stanisław Kudła,Kędzierzyn-Koźle,PL Jerzy Lipczyński,Kędzierzyn-Koźle,PL Waldemar Lipiński,Kędzierzyn-Koźle,PL Ryszard Szulc,Kędzierzyn-Koźle,PL (74) Pełnomocnik:

Renata Fiszer, ICSO BLACHOWNIA (57) Termotopliwa masa wypełniająca, znamienna tym, że zawiera od 50 do 90 części wagowych polibutenu o średniej masie cząsteczkowej od 500 do 2.000 oraz układ stabilizujący składający się z antyutleniacza fenolowego w ilości od 0,1-0,5 części wagowych oraz dezaktywatora metali w ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych, od 2 do 10 części wagowych małocząsteczkowego polietylenu oraz od 20 do 40 części wagowych poliizobutylenu o lepkościowo średniej masie cząsteczkowej wynoszącej od 5.000 do 20.000.

PL 201 453 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest termotopliwa masa wypełniająca ulegająca upłynnieniu w podwyższonej temperaturze, stosowana do wypełniania pustych przestrzeni wewnątrz różnorodnych urządzeń, zwłaszcza stosowanych w przemyśle elektrotechnicznym.

W różnych dziedzinach przemysłu maszynowego i elektrotechnicznego stosowane są róż norodne masy wypełniające i uszczelniające, których główną rolą jest ochrona wrażliwych elementów przed niekorzystnymi skutkami działania wielu czynników, w tym zwłaszcza środowiska zewnętrznego, takich jak wilgoć czy zanieczyszczenia mechaniczne bądź chemiczne. Przykładem mogą być masy służące do wzdłużnego wypełniania kabli miedzianych bądź światłowodowych. W pierwszym z wymienionych przykładów główna rola masy wypełniającej polega na ochronie kabla przed dostępem wilgoci, w drugim natomiast - na zabezpieczeniu delikatnego włókna światłowodowego przed destrukcyjnymi skutkami działania sił mechanicznych. Ważnym kierunkiem zastosowania mas wypełniających jest ich użycie do zalewania wnętrz różnego typu urządzeń służących do łączenia kabli elektroenergetycznych, na przykład muf czy oprawek.

Właściwości mas wypełniających są oceniane z dwojakiego punktu widzenia: łatwości ich aplikacji, czyli wprowadzania do wypełnianego układu oraz zachowania się po zakończeniu tej operacji. Wymagania stawiane w obu sytuacjach są sprzeczne: łatwość aplikacji osiąga się wówczas, gdy lepkość masy jest stosunkowo mała. Pozwala to na jej wprowadzenie nawet do wąskich zakamarków wypełnianego przedmiotu. Z drugiej strony, po zakończeniu etapu wprowadzania masa powinna nabrać cech bardziej ciała stałego niż cieczy, co uniemożliwia zmianę miejsca jej położenia w wypełnionym elemencie. W praktyce przemysłowej najczęściej stosuje się trzy rozwiązania tego problemu:

• uż ycie żywic ulegających nieodwracalnemu utwardzeniu pod wpływem dodatku specjalnych substancji i/lub podwyższonej temperatury. Ich zaletą jest łatwość aplikacji, wadą zaś - brak możliwości recyklingu, ponadto masy takie z reguły są mało elastyczne, • użycie substancji o charakterze tiksotropowym, czyli wykazujących znaczny spadek lepkości w chwili ich aplikacji, pod wpływem działania sił mechanicznych określanych mianem „sił ścinających”. Największą rolę w tym charakterze odgrywają olejowe roztwory polimerów o charakterze elastomerów, • uż ycie substancji tak zwanych termotopliwych, o wła ś ciwoś ciach radykalnie zmieniają cych się wraz z temperaturą przy czym zmiany te są w pełni odwracalne.

Ostatnie z przedstawionych rozwiązań ma wiele zalet, a największą z nich jest możliwość opracowania receptury substancji o ściśle zaplanowanych właściwościach reologicznych, takich jak lepkość podczas aplikacji w podwyższonej temperaturze, temperatura przemiany czy konsystencja podczas docelowego użytkowania. Dzięki temu ich aplikacja jest bardzo łatwa a właściwości w trakcie docelowego użytkowania zgodne z wymaganiami. Istnieje również możliwość ich recyklingu.

Do wytwarzania substancji termotopliwych używa się całej gamy różnorodnych surowców, pochodzenia zarówno naturalnego, takich jak bitumy, asfalty, pochodne celulozy czy kalafonii, jak i syntetycznego, takich jak polimery wielkocząsteczkowe, żywice węglowodorowe, woski. Oprócz nich stosuje się również szereg substancji pomocniczych, takich jak napełniacze, na przykład siarczan baru czy węglan wapnia, zmiękczacze - ftalany czy oleje mineralne, przeciwutleniacze, pigmenty.

W literaturze patentowej znajduje się wiele rozwią zań dotyczących technologii wytwarzania termotopliwych mas wypełniających i uszczelniających. W opisie polskiego zgłoszenia patentowego P-284900 ujawniono masę zalewową składającą się z asfaltu, polipropylenu ataktycznego, glikoli i/lub poliglikoli, korektora krzemionkowego stanowiącego mieszaninę koloidalnych związków poddanych obróbce termicznej, wypełniacza koksowo-krzemionkowego oraz plastyfikatora węglowodorowego stanowiącego mieszaninę cięższych węglowodorów aromatycznych poddanych obróbce termicznej.

Przedmiotem opisu P-289647 jest olejoodporna masa uszczelniająca do uszczelnienia wszelkich połączeń statycznych w temperaturach pracy do 120°C. Masa charakteryzuje się tym, że zawiera kauczuk, w tym rozpuszczalny w oleju i nierozpuszczalny w oleju; plastyfikator; napełniacz włóknisty pochodzenia organicznego oraz wymiennie w miejsce kauczuków kopolimery metakrylanu metylu i styrenu oraz polipropylen, bądź kompozycję obu polimerów.

W opisie patentowym PL 169.241 ujawniono masę izolacyjną zawierającą 20-60 części wagowych polietylenu ataktycznego, i/lub 20-60 części polietylenu mazistego, i/lub 20-60 części polipropylenu ataktycznego z kopolimerem, 5-55 części wagowych glikolu polioksyetylenowego, 17,5-30 części węglanów metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych, 17,5-30 części wodorowęglanów metali alkalicznych i/lub metali ziem alkalicznych. Opis polskiego zgłoszenia patentowego P-313.403 dotyczy

PL 201 453 B1 masy kleju topliwego do nakładania powłok na wytworach płaskich, zwłaszcza na materiałach wkładkowych i sposobu nakładania powłoki na wytworach płaskich. Jej cechą jest to, że masa kleju topliwego zawiera mieszaninę termoplastycznego kleju topliwego i związku epoksydowego, przy czym udział związku epoksydowego wynosi 5-25% wagowych. Dzięki zastosowaniu związku epoksydowego do masy kleju topliwego można wytwarzać odporne na czyszczenie materiały warstwowe.

W amerykań skim opisie patentowym nr 5.360.350 przedstawiono masę wypeł niają c ą do stosowania w łączówkach elektrycznych, składającą się z dwóch zasadniczych komponentów: polimeru będącego elastomerem termoplastycznym, najlepiej o budowie dwu- lub trójblokowej oraz rozcieńczalnika tego polimeru, będącego olejem polibutenowym bądź olejem mineralnym. W przykładzie 1 tego opisu podano użycie 92 części wagowych rozcieńczalnika, którym jest olej mineralny o nazwie handlowej Kaydol, 1 części wagowej pierwszego elastomeru termoplastycznego o nazwie handlowej Kraton G 1652, 4 części drugiego elastomeru termoplastycznego o nazwie handlowej Kraton G 1701 i 5 części krzemionki.

W kolejnym opisie, US 5.844.021, opisano masę uszczelniającą połączenia elektryczne, złożoną z termoplastu wykazującego charakter elastomeru w temperaturze pokojowej i ulegającego upłynnieniu w temperaturze podwyższonej oraz z odpowiednio dobranego rozcieńczalnika.

Z kolei w opisie US 4.425.017 przedstawiono ż el hydrofobowy, bę dący mieszaniną stearynianu glinu, ciekłej parafiny i poliizobutylenu. Produkt ten wytwarza się mieszając najpierw stearynian z parafiną i ogrzewając tę mieszankę do temperatury 180-200°C. Osobno ogrzewa się poliizobutylen do 150°C i obie ciecze miesza ze sobą po czym chłodzi. Żel ten jest szczególnie przydatny w połączeniach elektrycznych.

Chociaż znanych jest wiele rozwiązań dotyczących termotopliwych mas wypełniających, zwłaszcza przeznaczonych do stosowania w przemyśle elektrotechnicznym, to w pewnych specyficznych obszarach stosowane obecnie metody i środki nie są optymalne. Dotyczy to również problemu wypełniania puszek pełniących rolę elementów służących do łączenia odcinków przewodów elektrycznych w warunkach polowych. Elementy takie muszą umożliwiać jak najprostszy sposób łączenia kabli w warunkach polowych, bez względu na panujące warunki, zwłaszcza temperaturę. Przy projektowaniu tego rodzaju elementów przyjmuje się, że zakres prac związanych z połączeniem kabli, przewidziany do wykonania w warunkach polowych, powinien być jak najmniejszy. Dlatego elementy takie, na etapie ich wytwarzania, są napełniane masą pełniącą potem kilka funkcji: kleju spajającego łączone kable z obudową substancji elektroizolacyjnej oraz środka chroniącego połączenie elektryczne przed szkodliwym działaniem takich czynników jak wilgoć, szkodliwe składniki atmosfery czy skrajne temperatury. Jednocześnie masa ta ma umożliwić jak najprostszy montaż opisywanych elementów; w praktyce najkorzystniej jest, gdy łączone ze sobą kable wciska się ręcznie w głąb masy wypełniającej element. Do wymagań dotyczących opisywanych mas dochodzi więc jeszcze jedno: muszą być one na tyle miękkie, aby w szerokim zakresie temperatury, najlepiej rzędu od -20° do +60°C, ręczne wciśnięcie łączonych przewodów w ich objętość było łatwe. Jednocześnie masy te nie mogą wypływać z opisywanych elementów, nawet w dł ugim okresie czasu i przy wysokich temperaturach otoczenia.

Nieoczekiwanie okazało się, że stosując w charakterze masy wypełniającej opisywane powyżej puszki, służące do łączenia przewodów elektrycznych, termotopliwych substancji według wynalazku, uzyskać można wielostronne korzyści. Dzięki doborowi odpowiednich składników masy we właściwych proporcjach uzyskuje się produkt charakteryzujący się następującymi zaletami:

• jego lepkość w temperaturze powyż ej 100°C jest bardzo mał a, co sprawia, ż e prowadzenie procesu wypełniania nimi omawianych puszek jest ułatwione;

• przy obniżaniu temperatury lepkość produktu gwałtownie rośnie, dzięki czemu nie wylewa się on z puszki, ani przed wprowadzeniem do niej łączonych kabli, ani po tej operacji, nawet w przypadku wystąpienia skrajnych upałów w miejscu docelowego stosowania puszki;

• w temperaturze stosowania docelowego produkt wykazuje bardzo dobrą adhezję zarówno do tworzyw sztucznych stosowanych do produkcji omawianych puszek czy izolacji kablowych jak i drutów metalowych pełniących rolę elektroprzewodników, dzięki czemu układ „puszka-masa-łączone przewody” stanowi całość nieulegającą rozdzieleniu;

• masa jest miękka w zakresie temperatury spotykanej podczas etapu wprowadzania łączonych kabli w objętość masy;

• masa nie zawiera rozpuszczalników ani innych substancji małocząsteczkowych, dzięki czemu jest przyjazna dla środowiska, nietoksyczna, ani nie zmienia swego składu wraz z upływem czasu na skutek odparowania substancji małocząsteczkowych;

PL 201 453 B1 • masa jest bardzo dobrym izolatorem elektrycznym;

• dodatek odpowiednich stabilizatorów sprawia, że omawiana masa wykazuje się wysokim stopniem odporności na starzenie termo- i foto-oksydacyjne oraz na destrukcyjne działanie miedzi na tworzywa sztuczne.

Masa stanowi mieszaninę trzech wielkocząsteczkowych związków typu węglowodorów alifatycznych o odpowiednio zrównoważonych właściwościach oraz układu dodatków stabilizujących. Pierwszym składnikiem jest polibuten o lepkości, oznaczonej w temperaturze 100°C, wynoszącej od 10^-5 do 10^-3 m²/s (10 do1.000 cSt) i średniej masie cząsteczkowej od 700 do 1.500. Drugim składnikiem jest poliizobutylen o lepkościowo średniej masie cząsteczkowej wynoszącej od 10.000 do 15.000, zaś trzecim małocząsteczkowy polietylen o temperaturze topnienia w zakresie 95-105°C. Udział masowy polibutenu wynosi od 35 do 90% masowych, poliizobutylenu od 5 do 65% masowych zaś polietylenu od 1 do 6% masowych. W charakterze dodatku stabilizującego stosuje się mieszaninę antyutleniaczy fenolowych gwarantujących uzyskanie pożądanego stopnia odporności termooksydacyjnej i na destrukcyjne działanie miedzi.

Masa według wynalazku zawiera od 50 do 90 części wagowych polibutenu o średniej masie cząsteczkowej od 500 do 2.000 oraz układ stabilizujący składający się z antyutleniacza fenolowego w ilości od 0,1-0,5 części wagowych oraz dezaktywatora metali w ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych, od 2 do 10 części wagowych małocząsteczkowego polietylenu oraz od 20 do 40 części wagowych poliizobutylenu o lepkościowo średniej masie cząsteczkowej wynoszącej od 5.000 do 20.000.

P r z y k ł a d 1

Termotopliwa masa wypełniająca zawiera 40 kg polibutenu o średniej masie cząsteczkowej 700, 0,15 kg antyutleniacza fenolowego o nazwie chemicznej tetrakis(3-(3,5-di-t-butylo-4-hydroksyfenylo) propionian pentaerytrytu (CAS 6683-19-8)) o nazwie handlowej lrganox 1010 oraz 0,10 kg dezaktywatora metali o nazwie chemicznej hydrazyd 2',3-bis[[3-[3,5-di-t-butylo-4-hydroksy- fenylo]propionylo]]propionianu (CAS 32687-78-8, o nazwie handlowej lrganox MD 1024, oraz 1 kg wosku polietylenowego o nazwie WP-2 i 10 kg poliizobutylenu o masie cząsteczkowej 10.600.

Masa posiada następującą charakterystykę:

• temperatura kroplenia wytworzonej masy, oznaczona metodą Ubbelohde'a wedł ug normy PN-55/C-04020 = 98°C, • penetracja oznaczona penetrometrem ze stoż kiem wedł ug PN 88/C-04133 w temperaturze 25°C, pod obciążeniem 150 g i po czasie 5 sekund = 220 jednostek, • lepkość pozorna oznaczona metodą Brookfielda w temperaturze 120°C = 1.400 mPaxs.

• Test polegają cy na tym, ż e otwarte naczynie napeł nione badaną masą kł adzie się na boku i pozostawia w temperaturze pokojowej na okres 2 tygodni wykazał , ż e po tym okresie czasu nie stwierdza się najmniejszego nawet śladu wypływania masy z naczynia.

Właściwości powyższe sprawiają że otrzymana masa może być użyta do wypełniania puszek przeznaczonych do ochrony złącz przewodów elektrycznych niskiego napięcia.

P r z y k ł a d 2

Termotopliwa masa wypełniająca zawiera 40 kg polibutenu o średniej masie cząsteczkowej 1.500, 0,15 kg antyutleniacza fenolowego o nazwie handlowej lrganox 1010, 0,10 kg dezaktywatora miedzi o nazwie handlowej lrganox MD 1024, oraz 1 kg wosku polietylenowego o nazwie handlowej WP-2 i 10 kg poliizobutylenu o masie czą steczkowej 14.000.

Masa posiada następującą charakterystykę:

• temperatura kropienia wytworzonej masy, oznaczona metodą Ubbelohde'a wedł ug normy PN-55/C-04020 =101°C, • penetracja oznaczona penetrometrem ze stoż kiem wedł ug PN 88/C-04133 w temperaturze 25°C, pod obciążeniem 150 g i po czasie 5 sekund = 190 jednostek, • lepkość pozorna oznaczona metodą Brookfielda w temperaturze 120°C =3.750 mPaxs.

• Test polegający na tym, że otwarte naczynie napełnione badaną masą kładzie się na boku i pozostawia w temperaturze pokojowej na okres 2 tygodni wykazał , ż e po tym okresie czasu nie stwierdza się najmniejszego nawet śladu wypływania masy z naczynia.

Również ten produkt nie wylewa się z naczynia i może znaleźć zastosowanie w omawianym kierunku.

PL 201 453 B1

Przykład porównawczy

Masa posiada skład podobny jak w przykładzie 1, z tym że używa się polibutenu o masie cząsteczkowej 400 oraz poliizobutylenu o masie cząsteczkowej 64.000.

Otrzymany produkt nie jest jednorodny i posiada niewłaściwą konsystencję.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Termotopliwa masa wypełniająca, znamienna tym, że zawiera od 50 do 90 części wagowych polibutenu o średniej masie cząsteczkowej od 500 do 2.000 oraz układ stabilizujący składający się z antyutleniacza fenolowego w iloś ci od 0,1-0,5 części wagowych oraz dezaktywatora metali w ilości od 0,1 do 0,5 części wagowych, od 2 do 10 części wagowych małocząsteczkowego polietylenu oraz od 20 do 40 części wagowych poliizobutylenu o lepkościowo średniej masie cząsteczkowej wynoszącej od 5.000 do 20.000.