Электроизоляционный пропиточный лак
Изобретение относится к электроизоляционным лакам, предназначенным для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов класса нагревостойкости F (155°С). Техническим результатом изобретения является использование более дешевых, доступных и относительно безопасных сшивающих агентов, повышение доли нелетучих веществ в лаке, повышение жизнеспособности лака и цементирующей способности отвержденного состава. В предложенном лаке в качестве сшивающих агентов используют эпоксидно-диановую смолу с массовой долей эпоксидных групп 16-18% и малобутанолизированную меламино-формальдегидную смолу, а в качестве катализаторов отверждения лака при 140°С используют комплекс на основе тетрабутоксититана и 2-метилимидазола. Растворителями лака являются ксилол и циклогексанон. Предлагаемая рецептура лака предусматривает использование сырьевых материалов в соотношении, вес.ч.: гидроксилсодержащий олигоэфир 37-44, эпоксидно-диановая смола 17,9-19,0, малобутанолизированная меламиноформальдегидная смола 17,9-19,0, 2-метилимидазол 0,09-0,1, тетрабутоксититан 0,41-0,43, циклогексанон 0,42-0,56, ксилол 14-16. 2 табл.
Реферат
Изобретение относится к электроизоляционным лакам, предназначенным для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов класса нагревостойкости F (155°С).
Известны лаки класса нагревостойкости F (155°С) на основе гидроксилсодержащих олигоэфиров, блокированных полиизоцианатов и органических растворителей. [Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.М.Тареева. Т.1. М.: Энергоатомиздат, 1986. 367 с.; В.В.Астахин, В.В.Трезвов, И.В.Суханова. Электроизоляционные лаки. М.: Химия. 1981. 216 с.].
Наиболее близким к предлагаемому является пропиточный лак [К.С.Сидоренко, Э.И.Хофбауэр, С.А.Герус и др. А.С. №1010663. Б.И. №13. 1983], в состав которого входят следующие сырьевые материалы (вес. ч.):
- Гидроксилсодержащий олигоэфир | 60-65 |
- Сшивающие агенты, в том числе: | |
- Блокированный полиизоцианат | 35-40 |
- Эпоксидная смола | 5-10 |
- ε-капролактам | 2,5-5,0 |
- Органический растворитель | 100-120 |
Недостатком этого лака является использование дорогостоящего, дефицитного и токсичного блокированного полиизоцианата, относительно высокая вязкость при невысоком содержании нелетучих веществ, ограниченная жизнеспособность лака и невысокая цементирующая способность отвержденного состава.
Цель изобретения - использование более дешевых, доступных и относительно безопасных сшивающих агентов, повышение доли нелетучих веществ в лаке, повышение жизнеспособности лака и цементирующей способности отвержденного состава.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве сшивающих агентов используют эпоксидно-диановую смолу с массовой долей эпоксидных групп 16-18% и малобутанолизированную меламино-формальдегидную смолу, а в качестве катализаторов отверждения лака при 140°С используют комплекс на основе тетрабутоксититана и 2-метилимидазола. Растворителями лака являются ксилол и циклогексанонон. Предлагаемая рецептура лака предусматривает использование сырьевых материалов в соотношении, вес.ч.:
гидроксилсодержащий олигоэфир | 37-44 |
эпоксидно-диановая смола | 17,9-19,0 |
малобутанолизированная | |
меламиноформальдегидная смола | 17,9-19,0 |
2-метилимидазол | 0,09-0,11 |
тетрабутоксититан | 0,41-0,43 |
циклогексанон | 0,42-0,56 |
ксилол | 14-16 |
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Изготовление олигоэфира
Олигоэфир получают конденсацией 32,3 вес.ч. диметилтерефталата, 14,0 вес.ч. олеиновой кислоты, 10,2 вес.ч. глицерина, 11,7 вес.ч. диэтиленгликоля, 1,7 вес.ч. уплотненного льняного масла в присутствии 0,3% (от веса диметилтетерефталата) ацетата цинка при температуре 180-220°С. Конечный продукт содержит 4,5% гидроксильных групп, кислотное число 2,7 мг КОН/г. Олигоэфир растворяют при 65-70°С в смеси ксилол:циклогексанон (9:1) в соотношении 65:35 и охлаждают.
Пример 2. Получение катализатора отверждения лака
В стеклянную колбу прибавляют 0,04 вес.ч. тетрабутоксититана, 0,09 вес.ч. 2-метилимидазола и 0,70 вес.ч. циклогексанона. Смесь нагревают до 60-70°С при перемешивании до получения однородного прозрачного раствора. Полученный катализатор вводят в лак в виде горячего расплава.
Пример 3. Получение лака
К раствору полиэфира (43, 9 вес.ч.) при перемешивании прибавляют эпоксидную (13,1 вес.ч.) и меламино-формальдегидную (13,5 вес.ч.) смолы. После получения однородного раствора прибавляют катализатор - расплав смеси (60-70°С) тетрабутоксититана и 2-метилимидазола. Готовый лак перемешивают до получения однородного состава и фильтруют.
Примеры 4-9. Получение лака
Лаки готовят согласно примеру 3 и в соответствии с рецептурами, представленными в табл.1.
Испытания полученных систем показали, что лаки по примерам 7 и 8 не отверждаются в толстом слое. При хранении лака, приготовленного по примеру 9, в течение 2-30 суток из раствора выпадает осадок, который не растворяется в органических растворителях.
Сопоставление свойств лаков позволяет сделать вывод о снижении содержания летучих веществ по сравнению с известными составами, что позволяет снизить долю побочных продуктов для последующей утилизации. Применение меламино-формальдегидной смолы взамен блокированного изоцианата (токсичный продукт) существенно снижает стоимость лака, а также благоприятно влияет на экологическую обстановку. В отличие от блокированных фенолом полиизоцианатов, меламино-формальдегидная смола практически не отверждает полиэфир при нормальных условиях, что способствует повышению жизнеспособности состава. Эпоксидная смола повышает цементирующую способность отвержденного пропиточного состава в обмотках электрических машин на 10-40% по сравнению с известными составами.
Важную роль играет система применяемых катализаторов - 2-метил-имидазола и тетрабутоксититана. Указанные катализаторы, вводимые по отдельности в лак, не оказывают каталитического действия на процесс отверждения. С другой стороны, введение чистого 2-метилимидазола в лак приводит к образованию микрогелей в процессе хранения готового продукта. Таким образом, синергизм действия применяемых катализаторов достигается путем введения их в виде раствора комплекса переноса заряда (КПЗ) в циклогексаноне. Установлено, что мольное соотношение 2-метилимидазола и тетрабутоксититана (1:1) или небольшой избыток последнего в составе комплекса является оптимальным и не приводит к высаждению катализатора в процессе хранения лака.
Анализ известного и предлагаемого лаков (табл.2) показывает, что сопоставимые с известным технические характеристики предлагаемого лака могут быть получены при использовании менее дорогостоящих и токсичных сырьевых материалов, обеспечивающих более высокую жизнеспособность лака и позволяющих снизить долю побочных продуктов в процессе его переработки.
Таблица 1. | ||||||
Рецептуры лаков по примерам 4-9 | ||||||
Компоненты | Содержание, весовых частей, в лаке по примеру | |||||
4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
1. Гидроксилсодержащий олигоэфир (раствор) | 43,9 | 38,0 | 37,0 | 35,0 | 39,0 | 38,4 |
2. Эпоксидная смола | 13,1 | 18,5 | 19,0 | 17,1 | 18,1 | 18,1 |
3. Меламиноформальдегидная смола | 13,5 | 18,2 | 17,9 | 18,5 | 18,4 | 18,3 |
4. 2-метилимидазол | 0,09 | 0,11 | 0,09 | 0,10 | - | 0,10 |
5. Тетрабутоксититан | 0,04 | 0,43 | 0,41 | - | 0,43 | 0,86 |
6. Циклогексанон | 0,70 | 0,56 | 0,42 | 0,70 | - | 0,70 |
7. Ксилол | 16,3 | 14,2 | 13,2 | 13,4 | 14,0 | 14,6 |
Таблица 2. | ||||
Технические характеристики лаков | ||||
Характеристики | Лак по примеру | Лак по прототипу | ||
4 | 5 | 6 | (сравнительный) | |
1. Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при (20±0,5)°С | ||||
- исходная | 54 | 55 | 104 | 59 |
- через 6 мес | 56 | 56 | 110 | 92 |
2. Содержание нелетучих веществ, % | 55,5 | 59,7 | 62,9 | 54 |
3. Продолжительность просыхания в толстом слое при (140±2)°С, % | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 4,0(130°) |
4. Продолжительность высыхания лаковой пленки при (140±2)°С, мин | 60 | 60 | 60 | 20(130°) |
5. Цементирующая способность при 15-35°С | 505 | 445 | 658 | 405 |
6. Удельное объемное сопротивление, Ом×м | ||||
при 15-35°С | 5.9×1013 | 1.2×1013 | 1.2×1013 | 5.7×1013 |
при (155±2)°С | 3,8×1010 | 6,4×1011 | 1,2×1010 | 1.1×109 |
7. Электрическая прочность, МВ/м, | ||||
при 15-35°С | 98,2 | 88,0 | 97,0 | 102,2 |
при (155±2)°С | 65,5 | 60,0 | 86,0 | 80,0 |
Электроизоляционный пропиточный лак класса нагревостойкости F (155°С), включающий гидроксилсодержащий олигоэфир, отвердитель и органический растворитель, отличающийся тем, что в качестве отвердителей он содержит малобутанолизированную меламино-формальдегидную и эпоксидно-диановую (массовая доля эпоксидных групп 16-18%) смолы и дополнительно содержит комплекс на основе 2-метилимидазола и тетрабутоксититана в качестве катализатора при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
гидроксилсодержащий олигоэфир | 37-44 |
эпоксидно-диановая смола | 17,9-19,0 |
малобутанолизированная | |
меламиноформальдегидная смола | 17,9-19,0 |
2-метилимидазол | 0,09-0,11 |
тетрабутоксититан | 0,41-0,43 |
циклогексанон | 0,42-0,56 |
ксилол | 14-16 |