CS211271B1

CS211271B1 - Electroinsulating varnish based on modified isocyanurate resin

Info

Publication number: CS211271B1
Application number: CS529380A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Kriz; Petr Prikryl
Original assignee: Jaroslav Kriz; Petr Prikryl
Priority date: 1980-07-28
Filing date: 1980-07-28
Publication date: 1982-02-26

Abstract

Vynález se týká elektroisolačního laku na bázi modifikované isokyanurátové pryskyřice, který je vhodným elektro!solačním materiálem, a řeší problém tepelně odolného nejedovatého laku o zvýšené schopnosti protvrzení. Podstatou vynálezu je složení elektroisolačního laku, sestávajícího z modifikované isokyanurátové pryskyřice na bázi tris-(2-hydroxyethyl)- isokyanurátu, kyseliny isoftálové, pentaerythritolu, glycerinu a alifatických karboxylových kyselin, fenolformaldehydového nebo melaminformaldehydového reaktivního kondenzátu, aromatických uhlovodíků a alifatického alkoholu a případně oligoglycidyleteru difunkčního fenolu a organické soli zinku. Vynález lze využít ve výrobě elektroisolačních laků, ve výrobě elektroisolačních tkanin a bužírek a při impregnaci nebo povrchové úpravě elektrických strojů pracujících v tepelné třídě F až HThe invention relates to an electrical insulating varnish based on a modified isocyanurate resin, which is a suitable electrical insulating material, and solves the problem of a heat-resistant non-toxic varnish with increased hardening ability. The essence of the invention is the composition of the electrical insulating varnish, consisting of a modified isocyanurate resin based on tris-(2-hydroxyethyl)-isocyanurate, isophthalic acid, pentaerythritol, glycerin and aliphatic carboxylic acids, phenol formaldehyde or melamine formaldehyde reactive condensate, aromatic hydrocarbons and aliphatic alcohol and optionally oligoglycidyl ether of difunctional phenol and organic zinc salt. The invention can be used in the production of electrical insulating varnishes, in the production of electrical insulating fabrics and tubes and in the impregnation or surface treatment of electrical machines operating in thermal classes F to H

Description

Vynález se týká elektroisolačního laku na bázi modifikované isokyanurátové pryskyřice a řeší problém tepelně odolného nejedovatého laku o zvýšené schopnosti prosychání.The invention relates to an electro-insulating varnish based on a modified isocyanurate resin and solves the problem of a heat-resistant non-toxic varnish with an increased drying ability.

Ze známých elektroisolačníoh laků, vhodných zejména pro impregnace, dosahují odolnosti vůči trvalému tepelnému zatížení při teplotách vyšších nebo rovných 160 °C laky na bázi modifikovaných polysiloxanů, polyesterimidů, polyesterisokynuerethimidů a polyisokyanurátů. Nevýhodou polysiloxanů je jejich obtížná přístupnost, potřebné vysoká teplota vytvrzování a značná thermoplasticita finální isolace. Modifikované polyesterimidy a polyisokyanurethimidy, odstraňující tyto nedostatky, obsahuji jedovaté popřípadě karcinogenní sloučeniny a laky na jejich bázi mají schopnost rychlého prosycháni jen tehdy, obsahují-li též obtížně přístupné polyisokyanáty nebo jejich deriváty, které si dále vynucují ekonomicky nevýhodné složení rozpouštědel. Známé laky na bázi modifikovaných isokyanurátů, neobsahující jedovaté nebo karcinogenní složky, mají nedostatečnou schopnost protvrzení při teplotách nižších než 150 °C.Among the known electroinsulating varnishes, particularly suitable for impregnation, the resistance to sustained thermal loading at temperatures greater than or equal to 160 [deg.] C. is based on modified polysiloxanes, polyesterimides, polyesterisocyanurethimides and polyisocyanurates. The disadvantages of the polysiloxanes are their difficult accessibility, the high curing temperature required and the considerable thermoplasticity of the final insulation. Modified polyesterimides and polyisocyanurethimides to overcome these drawbacks contain poisonous or carcinogenic compounds, and lacquer based therapies have the ability to dry rapidly only if they also contain difficult-to-access polyisocyanates or derivatives thereof which further impose economically disadvantageous solvent compositions. The known varnishes based on modified isocyanurates, which do not contain toxic or carcinogenic components, have insufficient ability to cure at temperatures below 150 ° C.

Podstatou vynálezu elektroisolačního laku na bázi modifikované isokyanurátové pryskyřice, obsahujícího fenolformaldehydový nebo melaminformaldehydový kondenzát, je, že lak se skládá z 28 až 48 % hmotnostníoh modifikované isokyanurátové pryskyřice na bázi tris-(2-hydroxyethyl)isokyanurátu, kyseliny isoftalové, pentaerythritolu, glycerinu a alifatických monokarboxylových nebo dikarboxylovýoh kyselin, obsahující 0,5 až 0,7 mekv./g isokyanurátových kruhů, 3,5 až 7,5 mekv./g alifatických G=C vazeb a 1,75 až 3,3 mekv./g volných hydroxylových skupin, 8 až 24 % hmotnostních reaktivního fenolformaldehydového a/nebo melaminformaldehydového kondenzátu, obsahujícího alespoň·, 6,0 mekv./g volných nebo nejvýše ze 60 % eterifikovaných methylolových skupin, 18 až 45 % hmotnostních aromatických uhlovodíků o 8 až 10 uhlíkových atomech nebo jejich směsi s nejvýše 20 % alifatických uhlovodíků o 8 až 12 uhlíkových atomech, 10 až 2, % hmotnostních alifatického alkoholu o 4 uhlíkových atomech a případně do 0,2 % hmotnostních organických solí zinku a do 0,5 % hmotnostních oligoglycidyleteru difunkčního fenolu o obsahu alespoň 2,5 mekv./g epoxidových skupin.It is an object of the present invention to provide an electro-insulating varnish based on a modified isocyanurate resin comprising a phenol-formaldehyde or melamine-formaldehyde condensate that the varnish comprises 28 to 48% by weight of a modified isocyanurate resin based on tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate, isophthalic acid, glycerin thritol monocarboxylic or dicarboxylic acids containing 0.5 to 0.7 meq / g of isocyanurate rings, 3.5 to 7.5 meq / g of aliphatic G = C bonds and 1.75 to 3.3 meq / g of free hydroxyl groups, 8 to 24% by weight of a reactive phenol-formaldehyde and / or melamine-formaldehyde condensate containing at least 6.0 meq / g of free or at most 60% of etherified methylol groups, 18 to 45% by weight of aromatic hydrocarbons of 8 to 10 carbon atoms, or mixtures thereof with not more than 20% of aliphatic hydrocarbons having 8 to 12 carbon atoms, 10 to 2% h % of an aliphatic alcohol having 4 carbon atoms and optionally up to 0.2% by weight of organic zinc salts and up to 0.5% by weight of the difunctional phenol oligoglycidyl ether containing at least 2.5 meq / g of epoxide groups.

Elektroisolační lak podle tohoto vynálezu má proti dosud známým typům výhodu v tom, že neobsahuje vysoce jedovaté a karcinogenní aminoaromatické látky a vyznačuje se přitom zvýšenou rychlostí gelování a celkového prosýchání při technicky snadno dosažitelných teplotách. Ve srovnání se stejně nákladnými typy na bázi modifikovaných polyesterimidů dosahuje vyšší odolnosti vůči krátkodobému přehřátí i vůči trvalému tepelnému namáhání a má ve srovnání s nimi nižší viskozitu při tomtéž obsahu netěkavých podílů, což je výhodné zejména pro impregnace elektrických vinutí.The electro-insulating varnish according to the invention has the advantage over the known types in that it does not contain highly toxic and carcinogenic aminoaromatic substances and is characterized by an increased gelling and total sieving rate at technically readily achievable temperatures. Compared to equally expensive types based on modified polyesterimides, it achieves higher resistance to short-term overheating as well as to sustained thermal stress and has a lower viscosity compared to the same non-volatile content, which is particularly advantageous for impregnating electrical windings.

Jako reaktivní fenolformaldehydový polykondenzát nebo melaminformaldehydový polykondenzát lze v laku použít komerční produkty nebo jejich roztoky, známé např. pod obchodním označením Viaphen 881 C, Ch. Eterresol K 55, ChS Melform E 55, ChS Melform E 45 a jim ekvivalentní produkty. Zvýšení relativního obsahu alkoholu vůči aromatickým uhlovodíkům snižuje viskozitu laku a dovoluje při téže viskozitě zvýšit obsah netěkavých složek, což je výhodné ve většině aplikaci, zejména však při impregnacích vinutí elektrických strojů. Vytvrzování laku lze dále urychlit zvýšením relativního obsahu fenolformaldehydového a zejména melaminformaldehydového kondenzátu a přidáním katalyzátoru tvrzení, kterým jsou organické soli zinku, s výhodou naftenát nebo oktoát zinečnatý. V případech, kdy díky vysoké rychlosti gelování dochází k zpěnění nebo k jiným poruchám laku, lze strukturální homogenitu gelu docílit přídavkem regulátoru tvrzení, jímž je nízkomolekulární epoxidová pryskyřice, např. obchodní produkt ChS Epoxy 15. Přídavek regulátoru však zpravidla způsobí prodloužení doby gelování.As the reactive phenol-formaldehyde polycondensate or melamine-formaldehyde polycondensate, commercial products or solutions thereof, known for example under the trade name Viaphen 881 C, Ch. Eterresol K 55, kennel Melform E 55, kennel Melform E 45 and their equivalent products. Increasing the relative alcohol content to aromatic hydrocarbons decreases the viscosity of the lacquer and allows the non-volatile components to be increased at the same viscosity, which is advantageous in most applications, especially when impregnating electrical windings. The curing of the lacquer can be further accelerated by increasing the relative content of phenol-formaldehyde and in particular melamine-formaldehyde condensate and by adding a curing catalyst which is an organic zinc salt, preferably naphthenate or zinc octoate. In cases where foaming or other paint disturbances occur due to the high gel speed, structural gel homogeneity can be achieved by the addition of a cure regulator, which is a low molecular weight epoxy resin, such as the commercial product ChS Epoxy 15. However, the addition of a regulator usually causes an increase in gel time.

Elektroisolační lak podle vynálezu je vhodný zejména pro impregnaci sklem opředených, lakovaných nebo jinak isolovaných vodičů elektrických motorů, transformátorů a jiných strojů, pracujících v tepelné třídě F až H. Může být vypalován při teplotách 120 až 140 °C bez nebezpečí nedokonalého vytvrzení. Při těchto teplotách poskytuje za 1 až 4 hodiny nestékavý gel, což spolu s vyšším obsahem netěkavých podílů při běžné pracovní tekutosti proti dosavad2,1271 ním tapům zajišluje až o 30 % vyšší hmotnostní přírůstek impregnace v jednom impregnačním cyklu. Při uvedených teplotách poskytuje za 8 až 20 hodin dokonale protvrzený polymer, vyznačující se strukturní homogenitou, dobrou povrchovou tvrdostí, tvarovou stálostí do 220 °C a odolnosti vůči trvalému tepelnému namáhání při 170 °C, tj. vyšší, než předepisuje třída F. Stejně jako srovnatelné typy na bázi polyesterimidů vyznačuje se lak podle tohoto vynálezu dobrou adhezi ke kovům a ke sklu, dobrými mechanickými vlastnostmi a vynikajícími elektroisolačními vlastnostmi jak vůči průrazu vysokým napětím, tak vůči povrchovým plazivým proudům.The electro-insulating varnish according to the invention is particularly suitable for impregnating glass-braided, painted or otherwise insulated conductors of electric motors, transformers and other machines operating in heat classes F to H. It can be fired at temperatures of 120 to 140 ° C without the risk of imperfect curing. At these temperatures, it provides a non-sagging gel in 1 to 4 hours, which, together with a higher content of non-volatile constituents at normal working fluidity compared to the previous tapes, provides up to 30% higher weight gain impregnation per impregnation cycle. At these temperatures, it provides a perfectly cured polymer within 8 to 20 hours, characterized by structural homogeneity, good surface hardness, shape stability up to 220 ° C, and resistance to continuous thermal stress at 170 ° C, ie higher than prescribed in class F. comparable polyesterimide-based types, the lacquer according to the invention is characterized by good adhesion to metals and glass, good mechanical properties and excellent electro-insulating properties both against high-voltage breakdown and surface creep currents.

Složení laku je zřejmé z příkladů provedení, na které se vynález neomezuje.The composition of the lacquer is apparent from the non-limiting examples.

Příklad 1 g modifikované isokyanurátové pryskyřice na bázi tris-(2-hydroxyethyl)isokyanurátu (dále THEIC), kyseliny isoftalové, glycerinu, penteerythritolu a alifatických karboxylových kyselin sójového oleje, obsahující 0,5 mekv./g isokyanurótových kruhů, 3,5 mekv./g alifatických C=C vazeb a 1,75 mekv./g volných hydroxylových skupin, po smíšení s 14,55 g 55% roztoku fenolformaldehydového rezolu v butanolu, známého jako Viaphen 881 C, 3,45 g butanolu a 54 g xylenu poskytne 100 g laku o obsahu 36% hmotnostních netěkavých složek a viskozitě 40 mPa.s, který lze přímo použít pro náročné vakuové impregnace elektrických strojů pracujících v tepelné třídě F až H. Lak vytváří gel za 3,2 h při 125 ^QC a plně se vytvrdí za 16 hodin při téže teplotě. Vytvrzený produkt vykazuje podle DTA krátkodobou tepelnou odolnost do 275 ^QC. Hmotnostní ztráta filmu na hliníkové fólii činí 31,4 % za ,20 h při 250 °C a 25,4 % za 8 týdnů při 180 °C. Lak vykazuje elektrickou pevnost 95,4 kV/mm na měděné fólii a lepivost vůči hliníku 105 kPa při 20 °C a 48 kPa při 160 °C.Example 1 g of a modified isocyanurate resin based on tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate (hereinafter THEIC), isophthalic acid, glycerin, penteerythritol and aliphatic carboxylic acids of soybean oil containing 0.5 meq / g of isocyanurate rings, 3.5 meq. / g of aliphatic C = C bonds and 1.75 meq / g of free hydroxyl groups, after mixing with 14.55 g of a 55% solution of phenol-formaldehyde resol in butanol known as Viaphen 881 C, 3.45 g of butanol and 54 g of xylene 100 g varnish with 36% by weight non-volatile components and viscosity 40 mPa.s, which can be used directly for demanding vacuum impregnation of electric machines working in heat class F to H. The paint forms gel in 3.2 h at 125 ^Q C and fully cures in 16 hours at the same temperature. The cured product exhibits a DTA according to short-term thermal resistance 275 ^Q C. The weight loss of the film on the aluminum foil amounts to 31.4% after 20 h at 250 ° C and 25.4% after 8 weeks at 180 ° C. The lacquer exhibits an electrical strength of 95.4 kV / mm on a copper foil and an aluminum tack of 105 kPa at 20 ° C and 48 kPa at 160 ° C.

Příklad 2 g modifikované isokyanurátové pryskyřice na bázi THEIC, kyseliny isoftalové, glycerinu, pentaerythritolu a alifatických kyselin dehydratovaného ricinového oleje, obsahující 0,7 mekv./g isokyanurátových kruhů, 7,5 mekv/g alifatických C=C vazeb a 3,3 mekv/g volných hydroxylových skupin, 33,3 g 55% roztoku fenolformaldehydového rezolu v butanolu, známého pod označením ChS Eterresol K55, 18,0 g směsi aromatických a alifatických uhlovodíků, známé pod označením Amsol, 0,2 g naftenátu zinečnatého a 0,5 g pryskyřice ChS Epoxy 15 po smíšení vytvoří 100 g laku o obsahu 67 %, hmotnostních netěkavých složek a viskozitě 420 mPa.s, který lze použít pro impregnace po naředění xylenem nebo jeho směsí s butanolem na pracovní tekutost, nebo přímo po zahřátí na 60 až 100 °C pro povrchové nanášení a impregnace skelných nebo jiných isolačnichtkanin. Lak vytváří gel za 2,5 h při 125 °C a plně se vytvrdí za 16 hodin při téže teplotě. Vytvrzený produkt vykazuje podle DTA krátkodobou tepelnou odolnost do 285 °C. Hmotnostní ztráta standardního filmu na hliníkové fólii činí 28,5 % za 120 h při 250 °C a 22,8 % za 8 týdnů při 180 °C. Lak vykazuje elektrickou pevnost 92,3 kV/mm a lepivost vůči hliníku ,08 kPa při 20 °C a 56 kPa při ,60 °C.Example 2 g of modified THEIC-based isocyanurate resin, isophthalic acid, glycerin, pentaerythritol and aliphatic acids of dehydrated castor oil containing 0.7 meq / g of isocyanurate rings, 7.5 meq / g of aliphatic C = C bonds and 3.3 meq / g of free hydroxyl groups, 33.3 g of a 55% solution of phenol-formaldehyde resol in butanol known as CHS Eterresol K55, 18.0 g of a mixture of aromatic and aliphatic hydrocarbons known as Amsol, 0.2 g of zinc naphthenate and 0.5 g of ChS Epoxy 15 resin, after mixing, produces 100 g of 67% by weight non-volatile component with a viscosity of 420 mPa.s, which can be used for impregnation after dilution with xylene or a mixture of butanol to working fluidity or directly after heating to 60 to 100 ° C for surface application and impregnation of glass or other insulating fabrics. The lacquer forms a gel in 2.5 hours at 125 ° C and fully cures in 16 hours at the same temperature. According to DTA, the cured product has a short term heat resistance up to 285 ° C. The weight loss of the standard aluminum foil film is 28.5% at 120 h at 250 ° C and 22.8% at 8 weeks at 180 ° C. The lacquer exhibits an electrical strength of 92.3 kV / mm and an adhesive to aluminum of 08 kPa at 20 ° C and 56 kPa at 60 ° C.

Příklad 3 *Example 3 *

g modifikované isokyanurátové pryskyřice, popsané v příkladu i, po smíšení s 24 g melaminformaldehydového kondenzátu ve formě 43,6 g jeho 55% roztoku v butanolu, známého jako ChS Melform E 55, 27 g xylenu a 1,4 g isobutanolu poskytne 100 g laku o obsahu 52 % netěkavých složek a viskozitě 98 mPa.s, který lze použít buÓ přímo nebo po naředění xylenem na pracovní tekutost pro impregnace elektrických motorů a transformátorů. Lak geluje za 2,8 h při ,00 °C a za 1,7 h při ,25 °C a poskytne za 12 h při 125 °C nebo za 18 hod. přig of the modified isocyanurate resin described in Example i after mixing with 24 g of melamine formaldehyde condensate in the form of 43.6 g of its 55% solution in butanol known as CHS Melform E 55, 27 g of xylene and 1.4 g of isobutanol gives 100 g of lacquer With a content of 52% non-volatile components and a viscosity of 98 mPa.s, which can be used either directly or after dilution with xylene to the working fluid for impregnation of electric motors and transformers. The lacquer gels at 2.8 h at 00 ° C and at 1.7 h at 25 ° C to give 12 h at 125 ° C or 18 h at

100 °C dobře protvrzený polymer. Vytvrzený produkt poskytuje podle DTA krátkodobou tepelnou odolnost do 262 °C. Hmotnostní ztráta filmu na hliníkové fólii činí 35,2 % za100 ° C well cured polymer. The cured product provides a short term heat resistance up to 262 ° C according to DTA. The weight loss of the film on the aluminum foil is 35.2% per

120 h při 250 °C a 30,3 % za 8 týdnů při ,80 °C. Lak vykazuje elektrickou pevnost 93,2 kV/mm na měděné fólii a lepivost vůči hliníku 93 kPa při 20 °C a 52 kPa při 160 °C.120 h at 250 ° C and 30.3% at 8 weeks at, 80 ° C. The lacquer exhibits an electrical strength of 93.2 kV / mm on a copper foil and an aluminum tack of 93 kPa at 20 ° C and 52 kPa at 160 ° C.

Příklad 4 g modifikované isokyanurátové pryskyřice, popsané v příkladu 2, po smíšení s 8 g nízkomolekulárního melaminformaldehydového kondenzátu, známého jako Luwipal LR 8383, 54 g směsi 80% xylenu a 20% lakového benzinu a 10 g isobutanolu poskytne 100 g laku o obsahu 36 % netěkavých složek a viskozitě 32 mPa.s, který lze použít přímo pro náročné vakuové impregnace, u nichž se vyžaduje značná penetrace impregnantu. Lak geluje za 3,7 h při 100 °C a za 2,5 h při 125 °C a poskytne za 16 h při 125 °C dobře protvrzený polymer. Vytvrzený produkt vykazuje podle DTA krátkodobou tepelnou odolnost do 269 °C. Hmotnostní ztráta na hliníkové fólii činí 29,7 % za 120 h při 250 °C a 28,7 % za 8 týdnů při 180 °C. Lak vykazuje elektrickou pevnost 94,6 kV/mm na měděné fólii a lepivost vůči hliníku 95 kPa při 20 °C a 54 kPa při 160 °C.Example 4 g of the modified isocyanurate resin described in Example 2 when mixed with 8 g of a low molecular weight melamine formaldehyde condensate known as Luwipal LR 8383, 54 g of a mixture of 80% xylene and 20% white spirit and 10 g of isobutanol gave 100 g of 36% paint. non-volatile components and a viscosity of 32 mPa.s, which can be used directly for demanding vacuum impregnations, which require considerable impregnant penetration. The lacquer gel after 3.7 h at 100 ° C and 2.5 h at 125 ° C to give a well cured polymer at 16 h at 125 ° C. According to DTA, the cured product has a short term heat resistance up to 269 ° C. The weight loss on the aluminum foil is 29.7% at 120 h at 250 ° C and 28.7% at 8 weeks at 180 ° C. The lacquer exhibits an electrical strength of 94.6 kV / mm on a copper foil and an aluminum tack of 95 kPa at 20 ° C and 54 kPa at 160 ° C.

Claims

Electro-insulating varnish based on modified isocyanurate resin, containing phenol-formaldehyde or melamine-formaldehyde condensate and organic solvents, characterized in that it consists of 28 to 48% by weight of a modified isocyanurate resin based on tris- (2-hydroxyethyl) isocyanurate, isophthalic acid, glycerin aritol aliphatic monocarboxylic or dicarboxylic acids having 12 to 22 carbon atoms, containing 0.5 to 0.7 meq / g of isocyanurate rings, 3.5 to 7.5 meq / g of aliphatic C = C bonds and 1.75 to 3.3 meq / g of free hydroxyl groups, 8 to 24% by weight of reactive phenol-formaldehyde and / or melamine-formaldehyde condensate containing at least 6.0 free or up to 60% of etherified methylol groups, 18 to 54% by weight of aromatic hydrocarbons of 8 to 10 carbon atoms or mixtures thereof with % to 20 wt. aliphatic hydrocarbons having from 8 to 12 carbon atoms, 10 to 21% by weight of aliphatic alcohol having 4 carbon atoms and optionally up to 0.5% by weight of difunctional phenol oligoglyoidyl ether containing at least 2.5 meq / g of epoxy groups and up to 0.2% by weight organic zinc salts.