Verfahren zur Herstellung von Drahtiacken fur die Elektroisolation
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Drahtlacken für die Isolation elektrischer Leiter, welche durch Umsetzung bekannter Trimellithsäureester mit Reaktionsprodukten von Trimellithsäureanhydrid mit einem aromatischen Diamin gewonnen werden.
Es ist bekannt, dass man Lacklösungen, insbesondere Einbrenn- bzw. Drahtlacke aus freie Hydroxylgruppen enthaltenden Polyestern der Trimellithsäure und Glykolen, gegebenenfalls in Mischung mit Terephthal- oder Isophthalsäure sowie kleineren Mengen höherwertiger Polyalkohole, herstellen kann. Auch freie Hydroxylgruppen enthaltende Polyesteramide, die durch Mischkondensation von Terephthalsäuredimethylester, linearen Diaminen und drei- und höherwertigen Alkoholen unter Verwendung einer auf die Hydroxylgruppen berechneten Menge an blockiertem Isocyanat gewonnen werden, sind beschrieben. Schliesslich sind auch wässrige Systeme bekannt, die durch einfaches Vermischen saurer Ester zwei- oder mehrbasischer Carbonsäuren und ein- oder mehrwertiger Alkohole mit Aminen oder Amingemischen zu erhalten sind und Einbrennlacke liefern.
Alle diese bekannten Drahtlacke besitzen jedoch den Nachteil, dass sie beim Erwärmen über 1500 C ihre Thermostabilität vermindern und dadurch ihre dielektrische und mechanische Festigkeit rasch verlieren. Dies wirkt sich besonders in solchen Fällen äusserst ungünstig aus, wenn die Drahtlacke für Magnetwicklungen in Elektromaschinen verwendet werden sollen, die bei Überlastung auf Temperaturen über 3000 C erhitzt werden können. Ausserdem ist die Abriebfestigkeit aller dieser Drahtlacke relativ gering und genügt in vielen Anwendungsfällen nicht den Erfordernissen.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass man alle diese Nachteile bekannter Drahtlack beheben und Produkte mit hoher Substanzstabilität bei Temperaturen über 1500 C sowie ausgezeichneter Abriebfestigkeit gewinnt, wenn man einen hydroxylgruppenhaltigen Ester der Trimellithsäure mit einem sauren Diamid zur Reaktion bringt, das aus Trimellithsäureanhydrid und einem aromatischen Diamin gewonnen wurde.
Dieses Verfahren zur Herstellung von Drahtlacken für die Elektroisolation elektrischer Leiter durch Umsetzung von aromatischen Polycarbonsäureestern und Diaminen in inerten organischen Lösungsmitteln bei erhöhter Temperatur gemäss der Erfindung besteht darin, dass man einen Ester (I) der Trimellithsäure mit Äthylenglykol und ein Reaktionsprodukt (II) von Trimellithsäureanhydrid mit einem Diamin der allgemeinen Formel
EMI1.1
worin Y niedermolekulares Alkylen oder Sauerstoff ist, miteinander umsetzt.
Vorzugsweise verfährt man dabei in der Weise, dass man zur Herstellung des Esters (I) ein Mol Trimellithsäureanhydrid mit 3 Mol Athylenglykol umsetzt und den neutralen Ester, ohne ihn zu isolieren, weiter verarbeitet.
Zur Herstellung des Reaktionsproduktes (11) löst man vorzugsweise zwei Mol Trimellithsäureanhydrid in Methanol oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel und setzt dann bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 50 bis 600 C ein Mol des aromatischen Diamins zu.
Unter den Di-(aminophenyl)-alkanen eignen sich zur Gewinnung hochwertiger Drahtlack besonders das Di - (aminophenyl) - methan und das 1,2- Di- (aminophenyl)-äthan.
Der Ester I wird nun mit einer zur Lösung ausreichenden Menge eines hochsiedenden Lösungsmittels, wie Kresol, N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid oder Diacetamid, versetzt, und die so erhaltene Lösung vereinigt man langsam mit der Reaktionslösung des Produktes II. Dabei wählt man die Mengenverhältnisse der eingesetzten Ausgangsstoffe vorzugsweise so, dass ein Mol des Trimellithsäureesters (I) mit etwa 0,25 bis 0,75 Mol, am günstigsten mit 0,5 Mol, des Reaktionsproduktes (II) von Trimellithsäureanhydrid und Diamin behandelt wird. Die Reaktionstemperatur dieser Verfahrensstufe liegt bevorzugt im Bereich von etwa 150 bis 1900 C, wobei als besonders günstig eine Reaktionstemperatur von 1800 C ermittelt wurde.
Nach Beendigung der Umsetzung wird durch Azeotropdestillation das bei der Reaktion entstandene Wasser entfernt und das so gewonnene Reaktionsmedium anschliessend durch weitere Zugabe geeigneter Lösungsmittel auf die gewünschte Anwendungskonsistenz verdünnt.
Die nach der Erfindung erhaltenen Drahtlacke zeichnen sich gegenüber bekannten Produkten vor allem durch erhöhten Isolationswiderstand bei Temperaturen über 1500 C und wesentlich verbesserte Abriebfestigkeit aus. Darüber hinaus zeigen sie aber auch eine verbesserte Aussenfaserdehnung, besonders auch nach Alterung, sowie verbesserte Resistenz gegenüber organischen Lösungsmitteln und erhöhte Wärmedruckfestigkeit. Dies zeigen die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Werte, die beim Vergleich mit bekannten Drahtlackprodukten ermittelt wurden.
Substanz Nr. 1 2 3 4 5 1. Lackiereigenschaften Verlaufstörungen gut gut gut gut in Form starker
Pickelbildung 2. Aussenfaserdehnbarkeit in der Anlitferung 60% 100 802 100% 100% 3. Aussenfaserdehnung nach fünizigstündiger Alterung bei 2000 C 3% 10% 30% 50, 0 60 4. AbriebfestigkeitnachNEMA 10 10 50 100 120 5. Beständigkeit in Aceton nach 60 Minuten bei 500 C erweicht gequollen gut gut gut 6. Isolationswiderstand bei 5 MegohmXkm 0,2 Megohm 20 Megohm 500 Megohm 600 Megohm 1800 C x kIn X km X km'km Y km 7.
Maximale Kurzschlussfestig- keit zweier gegeneinander liegender Drähte bei einer
Spannung von 50 Volt bei
3500 C 2 Stunden 0,5 Stunden 2 Stunden 25 Stunden 28 Stunden 8. Wärmedruckfestigkeit nach
DIN 46453 2400 C 2200 C 3000 C 3200 C 330
In dieser Tabelle bezeichnet Substanz Nr. 1 eine Überzugsmasse, die gemäss Beispiel I der deutschen Patentschrift Nr. 1 036 426 durch kaltes Vermischen eines Esters aus 100 Teilen Pyromellithsäureanhydrid und 28,5 Teilen Äthylenglykol mit 26 Teilen Hexamethylendiamin, 16,8 Teilen Butylamin und 3,9 Teilen Ammoniak und durch anschliessende Verdünnung mittels Wasser auf eine Konzentration von 40 % hergestellt wurde.
Substanz Nr. 2 ist ein Drahtlack, den man nach Beispiel 2 der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 099 673 durch Kondensation von 194 g Terephthalsäure- dimethylester, 45 g Trimethylolpropan, 58 g Hexamethylendiamin und 47 g Äthylenglykol und durch anschliessende Vermischung einer eigen Lösung dieses Harzes in Kresol mit 450 g des stabilisierten Triisocyanates gewann.
Substanz Nr. 3 ist ein Drahtlack, den man gemäss Beispiel 5 der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 067 549 durch Umsetzung von 630 g 1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 744 g Äthylenglykol und 970g Terephthalsäuredimethylester gewann. Dieses Harz wurde mit einem Gemisch von Kresol und Solventnaphta zu einer 35 % igen Lösung verdünnt.
Substanz Nr. 4 ist ein Drahtlack gemäss Beispiel 1 und
Substanz Nr. 5 ein Drahtlack gemäss Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
Sämtliche aufgeführten Lacksysteme wurden in an sich bekannter Weise im Durchlaufverfahren jeweils auf einen 0,6-mm-Kupferdraht aufgebracht und bei Temperaturen zwischen 400 und 4500 C eingebrannt.
Infolge der verbesserten Eigenschaften der Verfahrensprodukte, vor allem durch die hohe Wärmealterungsstabilität bei Temperaturen oberhalb von 1500 C, können die nach der Erfindung hergestellten Drahtlacke auch zu solchen Zwecken verwendet werden, bei denen nur der Einsatz schmorfester Lacke in Betracht kommt. Dies betrifft zum Beispiel die Verwendung für Magnetwicklungen in Elektromaschinen, die überhöhten Anzugsmomenten unterworfen werden, wie zum Beispiel für Wicklungssysteme in Bohrmaschinen und Küchengeräten, bei denen die sogenannte Schmorfestigkeit eine grosse Rolle spielt, da die Wicklungen bei der Belastung kurzfristig auf Temperaturen oberhalb von 3000 C erhitzt werden können.
Da in solchen Fällen sich die Isolationsschicht der Drähte nicht zersetzen oder verflüchtigen darf, was zum Kurzschluss führen würde, kommen die an sich als wärmealterungsstabil bekannten Polyester der Terephthalsäure oder Polyesteramide der Terephthalsäure nicht in Frage, da diese lediglich bis zu Temperaturen von etwa 1500 C unzersetzt bleiben.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung.
Beispiel 1
I. Ein Gemisch von 192 g Trimellithsäureanhydrid und 186 g Äthylenglykol wird bei einer Temperatur von 1800 C unter Rühren so lange erhitzt, bis die Säurezahl unter 20 abgesunken ist. Dann werden 342 g Kresol zugesetzt.
II. 192 g Trimellithsäureanhydrid werden bei 500 C in 291 g Methanol gelöst und unter Rühren mit 99 g Di-(p-aminophenyl)-methan versetzt. Dieses Reaktionsgemisch wird nun bei einer konstanten Temperatur von 1800 C der Esterlösung (I) langsam zugesetzt, wobei 291 g Methanol abdestilliert werden.
Anschliessend gibt man 141 g Xylol zu und entfernt das in der Reaktionsmasse entstandene Wasser durch azeotrope Destillation. Man erhält so eine 55 % ige Lösung, die durch weiteres Verdünnen auf 30-40% zur Lackierung von Drähten für elektrotechnische Zwecke nach an sich bekannten Verfahren verwendet werden kann.
Beispiel 2
I. 192 g Trimellithsäureanhydrid werden mit l 86 g Äthylenglykol in einem Temperaturbereich von 150 bis 2200 C verestert, bis die Säurezahl geringer als 20 ist. Dann wird der gebildete Ester in 342 g Kresol aufgenommen.
II. In einem getrennten Arbeitsgang werden 192 g Trimellithsäureanhydrid in 240 g Methanol gelöst und unter Rühren mit 100 g Di-(p-aminophenyl)-äther versetzt, wobei die Temperatur auf etwa 500 C gehalten wird. Dieses Reaktionsgemisch wird nun bei einer Temperatur zwischen 160 und 1900 C nach und nach der Lösung des Esters (I) zugesetzt. Nach Vertreibung des Methanols wird durch Zugabe von 141 g Xylol eine azeotrope Destillation eingeleitet, bis die Wasserabscheidung beendet ist. Durch weiteres Verdünnen mit Kresol oder Solventnaphta als Verschnittmittel kann die Verarbeitungskonzentration zwischen 30 und 40% eingestellt werden.