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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pulverbeschichtungszusammensetzung und
insbesondere eine epoxidharzhaltige Pulverbeschichtungszusammensetzung, die für die
Isolation von Läufer- oder Ständerspulen, als Umhüllung für elektrische Teile und bei der
Herstellung von Formteilen genutzt werden kann.
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Pulverbeschichtungszusammensetzungen finden heute breite Anwendung in
verschiedenen Bereichen, so für die Zwecke der Fixierung von Spulen und der
Nutisolation. Für die Fixierung von Läufer- oder Ständerspulen einzusetzende Isolierharze
sollten eine hohe Schlagzähigkeit, große Härte und hohe Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen. Die bekannten epoxidharzhaltigen Pulverbeschichtungszusammensetzungen
erfüllen die diesbezüglichen Erwartungen allerdings nicht in jeder Hinsicht.
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Ein Ziel dieser Erfindung ist [demzufolge] die Bereitstellung einer
Pulverbeschichtungszusammensetzung, die stabil ist und lange gelagert werden kann, bei
Gebrauch eine gute Gelierzeit hat, sehr gut an zu verklebenden festen Oberflächen haftet
und eine hohe Schlagzähigkeit, große Härte und hohe Temperaturwechselbeständigkeit
aufweist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine
Pulverbeschichtungszusammensetzung zur Verfügung gestellt, bestehend aus:
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100 Masseteilen eines Epoxidharzes;
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5 bis 35 Masseteilen eines Säureanhydrids;
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2 bis 30 Masseteilen eines Phenolharzes;
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0,05 bis 5 Masseteilen eines Härtebeschleunigers und
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130 bis 270 Masseteilen eines anorganischen Füllstoffes,
dadurch gekennzeichnet, daß der besagte anorganische Füllstoff 99,7 bis 87,0 Masse-%
einer ersten Füllstoffkomponente mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 bis 100
um und 0,3 bis 13,0 Masse-% einer zweiten Füllstoffkomponente mit einer
durchschnittlichen Partikelgröße von 0,1 um oder weniger enthält.
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Die Erfindung wird nachfolgend eingehend beschrieben.
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Als Epoxidharze, die für die Zwecke der Erfindung einsetzbar sind, lassen sich ein
Diglycidylether von Bisphenol A, ein Diglycidylester von Bisphenol F, ein
Cresol-Novolak-Epoxidharz, ein Phenol-Novolak-Epoxidharz, ein
Alkylphenol-Novolak-Epoxidharz, ein alicyclisches Epoxidharz, ein hydrierter Diglycidylether
von Bisphenol A, ein hydrierter Diglycidylether von Bisphenol AD, ein Diglycidylether eines
Polyols wie z.B. Propylenglykol oder Pentaerythritol, ein durch Umsetzung einer
aliphatischen oder aromatischen Carbonsäure mit Epichlorhydrin gewonnenes Epoxidharz,
ein durch Umsetzung eines aliphatischen oder aromatischen Amins mit Epichlorhydrin
gewonnenes Epoxidharz, ein heterocyclisches Epoxidharz, ein einen Spiranring
enthaltendes Epoxidharz und ein mit einer Epoxidgruppe modifiziertes Epoxidharz nennen.
Die genannten Epoxidharze können einzeln, aber auch als Gemisch aus zwei oder
mehreren davon verwendet werden.
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Vorzugsweise wird ein Gemisch aus 95 bis 70 Masse-% eines Diglycidylethers von
Bisphenol A und 5 bis 30 Masse-% eines Novolak-Epoxidharzes eingesetzt, denn die bei
der Reaktion gebildete Pulverzusammensetzung weist eine hohe Wärmebeständigkeit und
beim Härten eine hohe Zähigkeit auf.
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Bei 25 ºC ist das für die Zwecke der Erfindung einzusetzende Epoxidharz im
allgemeinen ein Feststoff. Allerdings kann auch ein flüssiges Epoxidharz in Kombination
mit einem festen Epoxidharz verwendet werden, sofern die dabei entstehende
Pulverzusammensetzung kein Blocking auslöst.
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In der vorliegenden Erfindung wird ein Säureanhydrid in Kombination mit einem als
Härter für das Epoxidharz verwendeten Phenolharz eingesetzt. Als Beispiele für
Säureanhydride seien hier Phthalsäureanhydrid, Trimellitsäureanhydrid,
Pyromellitsäureanhydrid, 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäureanhydrid,
Ethylenglykolbisanhydrotrimellitat, Glyceroltrisanhydrotrimellitat,
5-(2,5-Dioxotetrahydrofuryl)-3-methyl-3-cyclohexen-1,2-dicarbonsäureanhydrid,
Tetrahydrophthalsäureanhydrid und 4,4'-Oxydiphthalsäureanhydrid genannt. Vorzugsweise
wird ein Anhydrid eines aromatischen Säureanhydrids genutzt.
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Das Phenolharz als weitere Komponente des Härtemittels wird durch Umsetzung
einer Phenolverbindung mit Formaldehyd gewonnen und enthalt mindestens zwei
Hydroxylgruppen. Als Beispiele für geeignete Phenolharze lassen sich
Phenol-Novolak-Harze, Cresol-Novolak-Harze, t-Butylphenol-Novolak-Harze,
Actylphenol Novolak Harze, Nonylphenol Novolak-Harze und Bisphenol-Novolak-Harze
anführen. Diese Phenolharze können einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehreren
davon eingesetzt werden. Ein durch Umsetzung von zwei oder mehr verschiedenen
Phenolverbindungen mit Formaldehyd gewonnenes Phenolharz kann auch für die Zwecke
dieser Erfindung genutzt werden.
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Das Säureanhydrid und das Phenolharz werden in Mengen eingesetzt, die
Äquivalenten von 0,85 x p x A bzw. 0.9 x (1 - p) x B je Äquivalent der Epoxidgruppen des
Epoxidharzes entsprechen, wobei p eine Zahl im Bereich zwischen 0,2 und 0,95, A eine
theoretische Menge des für das Härten des Epoxidharzes erforderlichen Säureanhydrids
und B eine theoretische Menge des für das Härten des Epoxidharzes erforderlichen
Phenolharzes ist. Im allgemeinen werden das Säureanhydrid und das Phenolharz in
Mengen von 5 bis 35 Masseteilen bzw. 2 bis 30 Masseteilen je 100 Masseteile des
Epoxidharzes eingesetzt.
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Als Beispiele für Härtebeschleuniger, die für die Zwecke der Erfindung zu
verwenden sind, lassen sich tertiäre Amine wie Triethylamin, N,N-Dimethylbenzylamin,
2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol und N,N-Dimethylanilin; Imidazolverbindungen wie
2-Methylimidazol und 2-Phenylimidazol; Triazinsalze, Cyanoethylsalze und
Cyanoethyltrimellitsäuresalze von Imidazolverbindungen; Metallsalze wie Zinkacetat und
Natrimacetat; quarternäre Ammoniumsalze wie Tetraammoniumbromid; Amide; Peroxide;
Azoverbindungen Cyanate; Isocyanate und Triphenylphosphin nennen.
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Der Härtebeschleuniger wird in einer Menge von 0,05 bis 5 Masseteilen,
vorzugsweise 0,1 bis 3 Masseteilen, je 100 Masseteile des Epoxidharzes eingesetzt.
Härtebeschleunigermengen von weniger als 0,05 Masseteilen sind ungünstig, weil [dann]
für das Härten eine hohe Temperatur und/oder eine lange Härtezeit erforderlich ist. Bei
einem Härtebeschleunigeranteil von mehr als 5 Masseteilen verschlechert sich die
Lagerfähigkeit der so hergestellten Pulverzusammensetzung.
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Der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu verwendende anorganische
Füllstoff enthält 99,7 bis 87,0 Masseteile, vorzugsweise 99,5 Masseteile, einer ersten
Füllstoffkomponente mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 bis 100 um und 0,3
bis 13,0 Masseteile, vorzugsweise 0,5 bis 10 Masseteile, einer zweiten
Füllstoffkomponente mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,1 um oder weniger.
Als erste und zweite Füllstoffkomponente können Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat,
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Talkum, Ton, Glimmer und oberflächenbehandelte
Erzeugnisse daraus eingesetzt werden. Der anorganische Füllstoff wird in einer Menge von
130 bis 270 Masseteilen, vorzugsweise 150 bis 250 Masseteilen, je 100 Masseteile des
Epoxidharzes verwendet.
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Die erfindungsgemäße Pulverbeschichtungszusammensetzung kann zusätzlich
einen oder mehr Zusatzstoffe wie ein Flammenverzögerungsmittel, z.B. Hexabrombenzen,
Antimontrioxid oder Tetrabrombisphenol A; ein Pigment wie Ruß, Titanoxid, Roteisenoxid
oder Chromoxid; ein Haftmittel wie beispielsweise die zirocoaluminiumartigen [sic!],
silanartigen oder titanartigen Haftmittel; ein Egalisiermittel wie ein Acrylsäureesteroligomer;
ein Harz wie ein Butyralharz oder ein Polyester; und einen Kautschuk wie
Butadienacrylnitrilcopolymerkautschuke mit endständiger Carboxylgruppe und
Nitrilbutadienkautschuke enthalten.
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Die Pulverbeschichtungszusammensetzung kann nach jedem beliebigen bekannten
Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise werden die jeweiligen Bestandteile vermischt
und die Mischung [anschließend] mittels eines Extruders geschmolzen, gemischt und
extrudiert. Die Extrudate werden dann verfestigt und pulverisiert, wodurch man die
Pulverbeschichtungszusammensetzung erhält.
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Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung eingehender veranschaulicht.
Beispiel
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Epoxidharzpulverzusammensetzungen der in Tabelle 1 genannten Ansätze wurden
hergestellt. Anschließend wurde jede der Zusammensetzungen zwecks Bewertung der
Leistungen in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise geprüft. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 2 im Überblick dargestellt. In Tabelle 1 erfolgen die Mengenangaben in
Masseteilen, und es werden folgende Warenzeichen und Abkürzungen verwendet:
Epoxidharz
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EPIKOTE 1002: Diglycidylether von Bisphenol A; Hersteller: Yuka-Shell Epoxy Inc.;
Epoxidäquivalent: 650
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EPIKOTE 1004: Diglycidylether von Bisphenol A; Hersteller: Yuka-Shell Epoxy Inc.;
Epoxidäquivalent: 925
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E180S75: o-Cresol-Novolak-Epoxidharz; Hersteller: Yuka-Shell Epoxy Inc.;
Epoxidäquivalent: 211
Härtemittel
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Anhydrid-1: 3,3',4,4'-Benzophenontetracarbonsäureanhydrid
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Anhydrid-2: Ethylenglykolbisanhydrotrimellitat
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Phenolharz-1: Phenol-Novolak-Harz; Erweichungspunkt: 110 ºC; TAMANOL 754
(Hersteller: Arakawa Kagaku Kogyo K.K.)
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Phenolharz-2: o-Cresol-Novolak-Harz; Erweichungspunkt: 130 ºC; OCN-130
(Hersteller: Nippon Kayaku K.K.)
Härtebeschleuniger
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MI: 2-Methylimidazol
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TPP: Triphenylphosphin
Füllstoff
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6,5 Ca: Calciumcarbonat; durchschnittliche Partikelgröße: 6,5 um; KC-30
(Hersteller: Bihoku Funka Kogyo K.K.)
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3,6 Ca: Calciumcarbonat; durchschnittliche Partikelgröße: 3,6 um; LITON A-5
(Hersteller: Bihoku Funka Kogyo K.K.)
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0,07 Ca: Calciumcarbonat; durchschnittliche Partikelgröße: 0,07 um
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0,07 LCa: leichtes Calciumcarbonat; durchschnittliche Partikelgröße: 0,07 um;
HOMOCAL D (Hersteller: Shiroishi Kogyo K.K.)
Egalisiermittel
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Acryl.oligomer: Acrylsäureesteroligomer; NIKALITE XK-21 (Hersteller: Nihon
Carbide Kogyo K.K.)
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Folgende Prüfungen wurden durchgeführt:
(1) Gelierzeit
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In Übereinstimmung mit JIS C2104 wird die zu prüfende Pulverzusammensetzung
in eine kreisförmige Vertiefung einer auf 200 ºC thermostatierten Metallplatte gegeben. Es
wird die Zeit gemessen, die die Probe bis zum Gelieren braucht.
(2) Schlagzähigkeit
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Auf eine auf 160 ºC vorgeheizte Eisenplatte wird mittels
Wirbelschichtimmersionsverfahren eine zu prüfende Pulverzusammensetzung aufgebracht,
die bei 180 ºC 30 Minuten lang gehärtet wird, wodurch sich eine Beschichtung (Dicke:
0,5 mm) bildet. Mittels eines Du-Pont-Schlagzähigkeitsprüfgerätes wird auf die
beschichtete Platte aus einer Höhe von 500 mm ein 0,5-kg Gewicht fallen gelassen. Es
wird geprüft, ob Risse oder Bruchstellen in der Beschichtung entstehen. Für die Bewertung
der Schlagzähigkeit werden folgende Einstufungen herangezogen:
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A: keine Risse oder Bruchstellen erkennbar;
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B: Risse oder Bruchstellen erkennbar.
(3) Härte
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Auf ein auf 160 ºC vorgeheiztes Vierkanteisen (12,5 x 12,5 x 100 mm) wird mittels
Wirbelschichtimmersionsverfahren eine zu prüfende Pulverzusammensetzung aufgebracht,
die bei 180 ºC 30 Minuten lang gehärtet wird, wodurch sich eine Beschichtung (Dicke:
0,5 mm) bildet. Ein Kupferdraht (Durchmesser: 1mm) wird unter Anwendung eines Drucks
von 10 kg um den beschichteten Vierkant gewickelt. Das umwickelte Vierkanteisen hält
man anschließend 20 Stunden bei 200 ºC. Danach wird die Umwicklung entfernt und
gemessen, wie tief der Kupferdraht in die Beschichtung eingedrungen ist. Die Härte der
Beschichtung wird anhand folgender Einstufungen bewertet:
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A: Eindringtiefe weniger als 100 um;
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B: Eindringtiefe 100 um oder mehr.
(3) Temperaturwechselbeständigkeit
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Auf einen auf 160 ºC vorgeheizten Motoranker (Nutdurchmesser: 55 mm,
Bleckpaketdicke: 40 mm, Nutbreite: 3 mm, Nutenzahl: 14, Wellendurchmesser: 8 mm) wird
mittels Wirbelschichtimmersionsverfahren eine zu prüfende
Beschichtungszusammensetzung aufgebracht, die bei 180 ºC 30 Minuten lang gehärtet
wird. Der so behandelte Anker wird 1 Stunde in einen auf -40 ºC thermostatierten Kühler
und danach in ein auf 125 ºC thermostatiertes Heizgerät eingesetzt. Dieser
Abkühl-Erwärmungsprozeß wird zyklisch 50 Mal wiederholt. Anschließend wird der Anker
auf Risse und Bruchstellen untersucht. Die Temperaturwechselbeständigkeit wird anhand
folgender Einstufungen bewertet:
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A: keine Risse oder Bruchstellen erkennbar;
-
B: Risse und Bruchstellen erkennbar.
Tabelle 1
Probe Nr.
Epoxidharz
EPIKOTE
Härtemittel
Anhydrid
Phenolharz
Härtebeschleuniger
Füllstoff
Egalisiermittel
Acryl.oligomer
*: Vergleichsprobe
Tabelle 2
Probe Nr.
Gelierzeit (s)
Schlagzähigkeit
Härte
Temperaturwechselbeständigkeit
*: Vergleichsprobe