RU2320040C1

RU2320040C1 - Impregnating insulating varnish

Info

Publication number: RU2320040C1
Application number: RU2006136155/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Евтушенко (RU); Юрий Михайлович Евтушенко; Александр Павлович Биржин (RU); Александр Павлович Биржин; Владимир Викторович Иванов (RU); Владимир Викторович Иванов; Владимир Иванович Лебедев (RU); Владимир Иванович Лебедев; Георгий Александрович Крушевский (RU); Георгий Александрович Крушевский; Алла Викторовна Лапина (RU); Алла Викторовна Лапина; Оксана Васильевна Николаева (RU); Оксана Васильевна Николаева; Константин Степанович Сидоренко (RU); Константин Степанович Сидоренко
Original assignee: ЗАО "Электроизолит"
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2008-03-20

Abstract

FIELD: electric insulating varnishes for impregnating windings of electrical machines and apparatuses.

SUBSTANCE: used in proposed Class F (155 °C) insulating varnish are epoxy-dian resin with epoxy group mass fraction of 16-18% and low-butane melamine-formaldehyde resin, as cross-linking agents, as well as tetrabutoxytitanium and 2-methylimidazole based complex at temperature of 140 °C, as curing catalysts. Varnish solvents are xylene and cyclohexanon. Proposed compounding of varnish implies use of raw materials taken in following proportion, part by mass: hydroxyl-containing oligoester, 37-44; epoxy-dian resin, 17.9-19.0; low-butane melamine-formaldehyde resin, 17.9-19.0; 2-methylimidazole, 0.09-0.1; tetrabutoxytitanium, 0.41-0.43; cyclohexanon, 0.42-0.56; xylene, 14-16.

EFFECT: reduced cost, enhanced availability and relative safety of cross-linking agents, enhanced fraction of nonvolatile materials, viability, and cementing capacity of varnish.

1 cl, 2 tbl, 9 ex

Description

Изобретение относится к электроизоляционным лакам, предназначенным для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов класса нагревостойкости F (155°С).The invention relates to electrical insulating varnishes intended for the impregnation of the windings of electric machines and apparatuses of heat resistance class F (155 ° C).

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.].Known varnishes of heat resistance class F (155 ° C) based on hydroxyl-containing oligoesters, blocked polyisocyanates and organic solvents. [Handbook of electrical materials. Ed. Yu.V. Koritsky, V.V. Pasynkov, B. M. Tareev. T.1. M .: Energoatomizdat, 1986. 367 p .; V.V. Astakhin, V.V. Trezvov, I.V. Sukhanova. Electrical insulating varnishes. M .: Chemistry. 1981. 216 p.].

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.):Closest to the proposed is an impregnating varnish [K.S. Sidorenko, E.I. Hofbauer, S.A. Gerus and others A.S. No. 1010663. B.I. No. 13. 1983], which includes the following raw materials (parts by weight):

- Гидроксилсодержащий олигоэфир- Hydroxyl-containing oligoester 60-6560-65 - Сшивающие агенты, в том числе:- Crosslinking agents, including: - Блокированный полиизоцианат- Blocked polyisocyanate 35-4035-40 - Эпоксидная смола- epoxy resin 5-105-10 - ε-капролактам- ε-caprolactam 2,5-5,02.5-5.0 - Органический растворитель- Organic solvent 100-120100-120

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.The disadvantage of this varnish is the use of expensive, scarce and toxic blocked polyisocyanate, a relatively high viscosity with a low content of non-volatiles, limited viability of the varnish and low cementing ability of the cured composition.

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.The purpose of the invention is the use of cheaper, affordable and relatively safe crosslinking agents, increasing the proportion of non-volatile substances in the varnish, increasing the viability of the varnish and the cementing ability of the cured composition.

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.:This goal is achieved by the fact that as cross-linking agents use an epoxy-diane resin with a mass fraction of epoxy groups of 16-18% and low-butanolized melamine-formaldehyde resin, and a complex based on tetrabutoxy titanium and 2-methylimidazole is used as catalysts for curing the varnish . Solvents are xylene and cyclohexanonone. The proposed varnish formulation provides for the use of raw materials in the ratio, parts by weight:

гидроксилсодержащий олигоэфирhydroxyl-containing oligoester 37-4437-44 эпоксидно-диановая смолаepoxy diane resin 17,9-19,017.9-19.0 малобутанолизированнаяlow butanolated меламиноформальдегидная смолаmelamine formaldehyde resin 17,9-19,017.9-19.0 2-метилимидазол2-methylimidazole 0,09-0,110.09-0.11 тетрабутоксититанtetrabutoxy titanium 0,41-0,430.41-0.43 циклогексанонcyclohexanone 0,42-0,560.42-0.56 ксилолxylene 14-1614-16

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Изготовление олигоэфираExample 1. The manufacture of oligoester

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.The oligoester is obtained by condensation of 32.3 parts by weight dimethyl terephthalate, 14.0 parts by weight oleic acid, 10.2 parts by weight glycerol, 11.7 parts by weight diethylene glycol, 1.7 parts by weight compacted linseed oil in the presence of 0.3% (by weight of dimethylteterephthalate) zinc acetate at a temperature of 180-220 ° C. The final product contains 4.5% hydroxyl groups, acid number 2.7 mg KOH / g. The oligoester is dissolved at 65-70 ° C in a xylene: cyclohexanone mixture (9: 1) in a ratio of 65:35 and cooled.

Пример 2. Получение катализатора отверждения лакаExample 2. Obtaining a curing varnish catalyst

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.0.04 parts by weight are added to the glass flask. tetrabutoxy titanium, 0.09 parts by weight 2-methylimidazole and 0.70 parts by weight cyclohexanone. The mixture is heated to 60-70 ° C with stirring until a uniform, clear solution is obtained. The resulting catalyst is introduced into the varnish in the form of a hot melt.

Пример 3. Получение лакаExample 3. Obtaining varnish

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.To the polyester solution (43.9 parts by weight), epoxy (13.1 parts by weight) and melamine-formaldehyde (13.5 parts by weight) resins are added with stirring. After obtaining a homogeneous solution, a catalyst is added — a melt of a mixture (60-70 ° С) of tetrabutoxy titanium and 2-methylimidazole. The finished varnish is mixed until a homogeneous composition is obtained and filtered.

Примеры 4-9. Получение лакаExamples 4-9. Getting varnish

Лаки готовят согласно примеру 3 и в соответствии с рецептурами, представленными в табл.1.Varnishes are prepared according to example 3 and in accordance with the formulations presented in table 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.Tests of the obtained systems showed that the varnishes of examples 7 and 8 are not cured in a thick layer. When storing the varnish prepared according to example 9 for 2-30 days, a precipitate precipitates from the solution, which does not dissolve in organic solvents.

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.A comparison of the properties of varnishes allows us to conclude that the content of volatile substances is lower than the known compositions, which allows to reduce the share of by-products for subsequent disposal. The use of melamine-formaldehyde resin instead of a blocked isocyanate (toxic product) significantly reduces the cost of varnish, and also favorably affects the environmental situation. Unlike phenol-blocked polyisocyanates, the melamine-formaldehyde resin practically does not cure the polyester under normal conditions, which increases the viability of the composition. Epoxy resin increases the cementing ability of the cured impregnating composition in the windings of electric machines by 10-40% compared with known compositions.

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.An important role is played by the system of catalysts used - 2-methyl-imidazole and tetrabutoxy titanium. These catalysts, introduced individually into the varnish, do not have a catalytic effect on the curing process. On the other hand, the introduction of pure 2-methylimidazole into the varnish leads to the formation of microgels during storage of the finished product. Thus, the synergy of the action of the used catalysts is achieved by introducing them in the form of a solution of a charge transfer complex (CTC) in cyclohexanone. It was found that the molar ratio of 2-methylimidazole and tetrabutoxy titanium (1: 1) or a small excess of the latter in the complex is optimal and does not lead to precipitation of the catalyst during storage of the varnish.

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.An analysis of the known and proposed varnishes (Table 2) shows that the technical characteristics of the proposed varnish comparable with the known varnish can be obtained using less expensive and toxic raw materials that provide higher varnish viability and reduce the share of by-products during its processing.

Таблица 1.Table 1. Рецептуры лаков по примерам 4-9Formulations of varnishes according to examples 4-9 КомпонентыComponents Содержание, весовых частей, в лаке по примеруContent, parts by weight, in the varnish according to the example 4four 55 66 77 88 99 1. Гидроксилсодержащий олигоэфир (раствор)1. Hydroxyl-containing oligoester (solution) 43,943.9 38,038,0 37,037.0 35,035.0 39,039.0 38,438,4 2. Эпоксидная смола2. Epoxy 13,113.1 18,518.5 19,019.0 17,117.1 18,118.1 18,118.1 3. Меламиноформальдегидная смола3. Melamine formaldehyde resin 13,513.5 18,218.2 17,917.9 18,518.5 18,418,4 18,318.3 4. 2-метилимидазол4. 2-methylimidazole 0,090.09 0,110.11 0,090.09 0,100.10 -- 0,100.10 5. Тетрабутоксититан5. Tetrabutoxy titanium 0,040.04 0,430.43 0,410.41 -- 0,430.43 0,860.86 6. Циклогексанон6. Cyclohexanone 0,700.70 0,560.56 0,420.42 0,700.70 -- 0,700.70 7. Ксилол7. Xylene 16,316.3 14,214.2 13,213,2 13,413,4 14,014.0 14,614.6

Таблица 2.Table 2. Технические характеристики лаковTechnical characteristics of varnishes ХарактеристикиCharacteristics Лак по примеруLac for example Лак по прототипуPrototype varnish 4four 55 66 (сравнительный)(comparative) 1. Вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при (20±0,5)°С1. Viscometer VZ-4 viscometer at (20 ± 0.5) ° С - исходная- source 5454 5555 104104 5959 - через 6 мес- after 6 months 5656 5656 110110 9292 2. Содержание нелетучих веществ, %2. The content of non-volatiles,% 55,555.5 59,759.7 62,962.9 5454 3. Продолжительность просыхания в толстом слое при (140±2)°С, %3. Duration of drying in a thick layer at (140 ± 2) ° С,% 6,06.0 6,06.0 6,06.0 4,0(130°)4.0 (130 °) 4. Продолжительность высыхания лаковой пленки при (140±2)°С, мин4. Duration of drying of the varnish film at (140 ± 2) ° С, min 6060 6060 6060 20(130°)20 (130 °) 5. Цементирующая способность при 15-35°С5. Cementing ability at 15-35 ° С 505505 445445 658658 405405 6. Удельное объемное сопротивление, Ом×м6. The specific volume resistance, Ohm × m при 15-35°Сat 15-35 ° С 5.9×10¹³ 5.9 × 10 ¹³ 1.2×10¹³ 1.2 × 10 ¹³ 1.2×10¹³ 1.2 × 10 ¹³ 5.7×10¹³ 5.7 × 10 ¹³ при (155±2)°Сat (155 ± 2) ° С 3,8×10¹⁰ 3.8 × 10 ¹⁰ 6,4×10¹¹ 6.4 × 10 ¹¹ 1,2×10¹⁰ 1.2 × 10 ¹⁰ 1.1×10⁹ 1.1 × 10 ⁹ 7. Электрическая прочность, МВ/м,7. Electric strength, MV / m, при 15-35°Сat 15-35 ° С 98,298.2 88,088.0 97,097.0 102,2102,2 при (155±2)°Сat (155 ± 2) ° С 65,565.5 60,060.0 86,086.0 80,080.0

Claims

Electrical insulating impregnating varnish of heat resistance class F (155 ° С), including hydroxyl-containing oligoester, hardener and organic solvent, characterized in that as hardeners it contains low-butanolized melamine-formaldehyde and epoxy-diane (mass fraction of epoxy groups 16-18%) resin and additionally contains a complex based on 2-methylimidazole and tetrabutoxytitanium as a catalyst in the following ratio of components, parts by weight:

hydroxyl-containing oligoester 37-44 epoxy diane resin 17.9-19.0 low butanolated melamine formaldehyde resin 17.9-19.0 2-methylimidazole 0.09-0.11 tetrabutoxy titanium 0.41-0.43 cyclohexanone 0.42-0.56 xylene 14-16