含水的環氧樹脂乳液、其製備方法及其應用的製作方法

2023-05-17 04:09:46 1

專利名稱：含水的環氧樹脂乳液、其製備方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型的含水環氧樹脂乳液，其特別適用於電氣線圈產品的浸潰。此外，本發明涉及一種用於含水環氧樹脂乳液的固化的新型催化劑。
電工元件如電氣線圈產品，例如電動機和變壓器中的線圈通常被固定。這通過用合適的漆浸漬，隨後固化來進行。按此方式用浸漬漆浸漬的線圈是機械穩定的，比未浸漬的線圈能更好地導熱。
現有技術是用不飽和的聚酯樹脂浸漬。然而對於一定的使用目的(修理)證明有用的是浸潰漆。浸漬漆自從幾乎一百年以來就得到應用。通常它是一種樹脂(醇酸樹脂、聚酯樹脂、聚酯醯亞胺樹脂)和固化劑(蜜胺樹脂、酚醛樹脂、封端的異氰酸酯)在有機溶劑中的溶液(參見W.TillarShugg，電氣和電子絕緣材料手冊(Handbook of Electrical and ElectronicInsulating Materials)，IEEE出版社，1995)。這種漆是低粘度的，以良好地侵入線圈中，且除了粘合劑、催化劑和添加劑以外還含有大量的有機溶劑。這些物質在固化過程中排放，必須清除。
除了這些傳統的浸漬漆以外，市場上已經開發了含水漆。這些漆通常含有用於粘合劑的共溶劑，其殘餘酸用胺中和。這方面，例如US 4 375528 A中介紹了一種其中共溶劑是丁基乙二醇，作為中和試劑使用二甲基乙醇胺的浸潰漆。共溶劑和胺都在固化過程中排放。
本發明提出的任務是，提供一種無溶劑或基本上無溶劑的，低粘度的水基浸漬漆，其可以加工到電機製造中常用的設備上，提供具有高烘烤強度的浸漬層和塗層且不會引起電氣線圈產品的腐蝕。
與此相應地，發現了新型的含水環氧樹脂乳液，其含有在水中溶解和/或分散的(A)至少一種選自環氧樹脂和改性的環氧樹脂的粘合劑，(B)至少一種非離子型增稠劑和
(C)至少一種可通過至少一種三氟化硼絡合物與至少一種含有至少一個環氧基的化合物反應而製備的固化催化劑。
此外，發現一種用於製備含水環氧樹脂乳液的新方法，其中(I)將至少一種粘合劑(A)，至少一種非離子型增稠劑(B)和至少一種添加劑(E)分散在水中並(II)向得到的分散體(I)中摻入至少一種催化劑(C)。
此外，發現至少一種三氟化硼絡合物與至少一種含有至少一個環氧基的化合物的反應產物用作含水環氧樹脂乳液的固化的催化劑(C)的新用途。
特別也發現了分子中含有至少一個氮原子的化合物(D)用作催化劑(C)的助催化劑的新用途。
本發明的含水環氧樹脂乳液是無溶劑或基本上無溶劑的。這意味著，其有機溶劑的基於含水環氧樹脂乳液的含量低於5wt％，優選低於3wt％，特別優選低於1wt％。
本發明的含水環氧樹脂乳液含有至少一種選自環氧樹脂和改性的環氧樹脂的粘合劑(A)。優選環氧樹脂(A)是液態的。
環氧樹脂和改性的環氧樹脂(A)作為澆注劑和浸漬劑是已知的，在世界範圍內廣泛應用(參見例如電氣絕緣會議和電機製造業線圈繞組會議的會議論文集，1997年第239-248頁，1999年第371-387頁和第453-468頁)。通常使用的低分子和高分子的雙酚-A-二縮水甘油醚的缺點是，高粘度(通常為從約8000mPas起)以及與此相關的昂貴的加工成本(例如目標物體的預熱和真空浸潰)。
因此，按本發明將環氧樹脂(A)在水中乳化。由此得到低粘度的配方。此外，這種配方在上面解釋的意義中沒有共溶劑。標準環氧樹脂如果沒有添加劑則不能在水中乳化。市場上獲得的可水乳化的環氧樹脂(A)是改性的，除了雙酚A還可能含有雙酚F環氧樹脂(A)以及通常的C12-C14烷基縮水甘油醚或脂肪酸的縮水甘油酯。兩種化合物類型對環氧樹脂(A)都有一種乳化作用。
環氧樹脂(A)是市場上常用的化合物，例如以商品名Epikote828由Shell公司銷售。
此外，按本發明的含水環氧樹脂乳液含有至少一種，特別是一種非離子型增稠劑(B)。優選這裡涉及一種非離子型的締合性(Assoziativ)增稠劑，其結構特徵是含有一種親水性的骨架和疏水性的基團，其能在含水介質中起締合性的相互作用。優選使用基於聚氨酯的非離子型締合性增稠劑。其中含有的親水性的骨架是含有聚醚結構單元的聚氨酯鏈。例如合適的這類締合性增稠劑在德國專利申請DE 196 13 547 A1，第4欄，第9-41行，Rmpp百科全書-漆和印刷染料，Georg Thieme出版社，Stuttgart，New York，1998，第599和600頁，《增稠劑》，或在Johan Bieleman的教科書，《漆添加劑》，Wiley-VCH，Weinheim，1998，第51-59頁中有詳細說明。締合性增稠劑是市場上常用的化合物，例如以商品名AcrsysolRM8由RohmHaas公司銷售。
驚奇的是，藉助按本發明使用的環氧樹脂(A)和締合性增稠劑(B)得到特別存放穩定的環氧樹脂乳液。
此外，按本發明的含水環氧樹脂乳液還含有至少一種，特別是一種用於固化的催化劑(C)。
如果含水的環氧樹脂乳液用商業上常用的三氟化硼絡合物，特別是常用的已知的三氟化硼-胺絡合物(參見H.Lee和K.Neville在環氧樹脂手冊中，1967，第11-3章)催化，則得到含水的浸潰漆。然而，這種三氟化硼-胺絡合物，如其它胺絡合物一樣不是水解穩定性的且在含水環氧樹脂乳液中水解並保持非功能性。因此，這種浸漬漆的烘烤強度根據IEC 61033方法A測定，在人們對基於環氧樹脂的浸漬樹脂所期望的值以下。
按本發明使用的催化劑(C)是一種三氟化硼絡合物，特別是三氟化硼-胺絡合物與至少一種含有至少一個，特別是一個環氧基的化合物的反應產物。
合適的胺的例子是烷基伯胺，特別是2-丙胺。
合適的含環氧基的化合物的例子是烷基縮水甘油醚，特別是正丁基縮水甘油醚。
按本發明使用的催化劑(C)是商業上常用的化合物，例如以商品名Anchor1115，由Air Products公司銷售。
驚奇地確定，按本發明使用的催化劑(C)可以在含水的環氧樹脂乳液中使用，導致一種存放穩定的按本發明的含水環氧樹脂乳液，其可突出地用作浸潰漆。這提供了根據IEC 61033方法A測定的烘烤強度為155℃下最大220N的浸漬層和塗層。
優選按本發明的含水環氧樹脂乳液或按本發明的浸潰漆含有基於環氧樹脂(A)為4-15，優選5-14和特別是7-13wt％的催化劑(C)。
由上述強制性組分(A)、(B)和(C)組成的按本發明的含水環氧樹脂乳液或按本發明的浸漬漆提供具有出色的烘烤強度的塗層和浸漬層。但是可能在底材(電氣線圈產品，疊片鐵芯)上會形成個別的輕微的腐蝕斑點。按本發明這種作用當向配方中摻入分子中含有至少一個，特別是含有一個或兩個氮原子的化合物(D)時得到抑制。優選化合物(D)選自叔胺和雜環。
優選按本發明使用的叔胺(D)含有選自無環和環狀的脂肪族、芳香族和雜環有機基團的基團，特別是無環脂肪族有機基團。合適的這類叔胺(D)的例子是二甲基苄基胺、三乙胺、三丁胺、三乙醇胺、三甲基乙醇胺、三甲基十六烷胺、二癸基甲基胺、二甲基月桂基胺、二甲基辛基胺和4-二甲基氨基吡啶，特別是二甲基辛基胺。
優選雜環(D)選自在1-位或2-位或者在1-位和2-位有無環和環狀脂肪族、芳香族和雜環有機基團取代的咪唑。合適的取代的咪唑的例子是1-苄基-2-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-丁基咪唑。特別優選2-甲基咪唑。
驚奇的是，上述化合物(D)沒有不利地影響按本發明的含水環氧樹脂乳液的穩定性，而是作為助催化劑有效地抑制了底材的腐蝕。
按本發明的含水環氧樹脂乳液或按本發明的浸漬漆含有基於環氧樹脂(A)的優選0.1-6.0，優選1-5和特別是1.7-4wt％的化合物(D)。
按本發明的含水環氧樹脂乳液除了上述組分(A)、(B)、(C)和(D)以外，還可含有至少一種常用的已知的添加劑(E)。合適的添加劑(E)的例子有消泡劑、助流劑、潤溫劑和防腐劑。其它的例子參見JohanBieleman的教科書，《漆添加劑》，Wiley-VCH，Weinheim，1998。添加劑(E)按通常的已知的數量使用。
按本發明的含水環氧樹脂乳液通過在剪切場中將上述組分(A)至(E)混合併均化而製備。可以使用通常的已知的設備如攪拌容器、溶解器，Ultraturrax或分散混合器葉片。這裡可以將組分按任意序列彼此混合。但是按本發明有利的是，在第一個方法步驟(I)中將上述組分(A)和(B)以及非必要的(E)在水中分散或乳化，然後在第二個方法步驟(II)中向得到的分散體(I)中摻入上述組分(C)以及非必要的(D)。
這樣得到的按本發明的含水環氧樹脂乳液特別適用作浸漬漆，特別是用於浸漬電氣線圈產品。固化取決於目標物體而例如在120℃下1小時並加上在150℃下3小時的條件下進行。這樣得到的浸漬的電氣線圈產品的特徵為，良好的表觀形態、優異的烘烤強度和突出的耐溶劑性。
下面參考實施例和比較實施例進一步說明本發明。
實施例1-6和比較實施例實施例1-環氧樹脂乳液(A)由1000.0gEpikote828(環氧樹脂Shell)，50.0gAcrsysolRM8(非離子型締合性增稠劑，RohmHaas)，2.5g Troykyd D777(消泡劑)，在快速運轉的分散混合器中，通過逐步加入1052.5g水，製備一種乳液。其在23℃下的粘度為800mPas，粘合劑含量為49.1％(1g/1h/130℃)。
實施例2-浸漬漆1向650.0g由實施例1製備的乳液(A)中加入由30.0g Anchor1115(三氟化硼-2-丙胺絡合物與丁基縮水甘油醚的反應產物，Air Products公司)、30.0g水與8.0g二甲基辛基胺組成的混合物。此浸漬漆經過數周存放穩定，其在23℃下的粘度為650mPas，含有固體49.4％(1.5g/2h/130℃)。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為200N。用此漆塗覆無鏽斑、脫脂的薄鋼板。固化後得到一種無瑕疵的薄膜。
實施例3-浸潰漆2向650.0g由實施例1製備的乳液(A)中加入由22.5g Anchor1115、28.5g水與6.0g二甲基辛基胺組成的混合物。此浸漬漆經過數周存放穩定，其在23℃下的粘度為1020mPas，含有固體50.6％(1.5g/2h/130℃)。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為170N，在180℃下為130N。用此漆塗覆無鏽斑、脫脂的薄鋼板。固化後得到一種無瑕疵的薄膜。
實施例4-浸漬漆3向650.0g由實施例1製備的乳液(A)中加入由39.0g Anchor1115、49.4g水與10.4g二甲基辛基胺組成的混合物。此浸漬漆存放穩定，其在23℃下的粘度為1550mPas，含有固體51.4％(1.5g/2h/130℃)。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為220N，在180℃下為120N。用此漆塗覆無鏽斑、脫脂的薄鋼板。固化後得到一種無瑕疵的薄膜。
實施例5-浸潰漆4向600.0g由實施例1製備的乳液(A)中加入由18g Anchor1115、18.0g水與5.0g 2-甲基咪唑組成的混合物。此浸漬漆經過數周存放穩定，其在23℃下的粘度為1980mPas，含有固體49.9％(1.5g/2h/130℃)。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為90N。用此漆塗覆無鏽斑、脫脂的薄鋼板。固化後得到一種無瑕疵的薄膜。
實施例6-浸漬漆5由250.0g Epikote828，16.5g AcrsysolRM8，1.2g IroykydD777，在快速運轉的分散混合器中，通過逐步加入292.7g水，製備一種乳液。向此乳液中加入25.0g Anchor1115在25.0g水中的溶液。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為170N，在180℃下為100N。用此漆塗覆無鏽斑、脫脂的薄鋼板。固化後，薄膜下出現個別輕微的腐蝕。
比較實施例由1000.0g Epikote255(環氧樹脂Shell)在快速運轉的分散混合器中，通過逐步加入1100.0g水，製備一種乳液。向此乳液中加入100.0g Anchor1115在100.0g水中的溶液。
此漆的烘烤強度按照IEC 61033方法A測定。其在155℃下為80N，在180℃下為60N。
權利要求
1.一種含水的環氧樹脂乳液，其含有在水中溶解和/或分散的(A)至少一種選自環氧樹脂和改性的環氧樹脂的粘合劑，(B)至少一種非離子型增稠劑和(C)至少一種可以通過至少一種三氟化硼絡合物與至少一種含有至少一個環氧基的化合物反應製備的固化催化劑。
2.如權利要求1的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，環氧樹脂和改性的環氧樹脂(A)是液態的。
3.如權利要求1或2的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，三氟化硼絡合物是三氟化硼-胺絡合物。
4.如權利要求3的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，胺是烷基伯胺。
5.如權利要求4的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，烷基伯胺是2-丙胺。
6.如權利要求1至5之一的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，含環氧基的化合物是烷基縮水甘油醚。
7.如權利要求6的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，烷基縮水甘油醚是正丁基縮水甘油醚。
8.如權利要求1至7之一的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，非離子型增稠劑(B)是一種締合性增稠劑，其結構特徵是具有親水性的骨架和疏水性的基團，其在含水介質中能起締合性的相互作用。
9.如權利要求8的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，締合性增稠劑是基於聚氨酯的締合性增稠劑。
10.如權利要求1至9之一的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，其含有至少一種分子內含有至少一個氮原子的化合物(D)。
11.如權利要求10的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，化合物(D)選自叔胺和雜環。
12.如權利要求11的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，叔胺(D)含有選自無環和環狀的，芳香族和雜環有機基團的基團。
13.如權利要求12的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，叔胺(D)選自二甲基苄基胺、三乙胺、三丁胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺、二甲基十六烷胺、二癸基甲基胺、二甲基月桂基胺、二甲基辛基胺和4-二甲基氨基吡啶。
14.如權利要求13的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，叔胺(D)是二甲基辛基胺。
15.如權利要求11的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，雜環(D)選自在1-位或2-位或者在1-位和2-位有無環和環狀的脂肪族、芳香族和雜環有機基團取代的咪唑。
16.如權利要求15的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，取代的咪唑選自1-苄基-2-甲基咪唑、2-甲基咪唑和2-丁基咪唑。
17.如權利要求16的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，取代的咪唑是2-甲基咪唑。
18.如權利要求1至17之一的含水環氧樹脂乳液，其特徵為其含有添加劑(E)。
19.如權利要求18的含水環氧樹脂乳液，其特徵為，添加劑(E)選自消泡劑、助流劑、潤溼劑和防腐劑。
20.一種用於製備如權利要求1至19之一的含水環氧樹脂乳液的方法，其特徵為，(I)將至少一種粘合劑(A)、至少一種非離子型增稠劑(B)和至少一種添加劑(E)分散在水中並(II)向得到的分散體(I)中摻入至少一種催化劑(C)。
21.如權利要求20的方法，其特徵為，在方法步驟(II)中還向分散體(I)中摻入至少一種分子內含有至少一個氮原子的化合物(D)。
22.如權利要求1至19之一的含水環氧樹脂乳液在用作浸漬漆方面的用途。
23.如權利要求22的用途，其特徵為，此浸潰漆用於浸漬和/或塗覆電工元件。
24.如權利要求23的用途，其特徵為，電工元件是電氣線圈產品。
全文摘要
一種新型的含水環氧樹脂乳液，其含有在水中溶解和/或分散的(A)至少一種選自環氧樹脂和改性的環氧樹脂的粘合劑，(B)至少一種非離子型增稠劑和(C)至少一種可以通過至少一種三氟化硼絡合物與至少一種含有至少一個環氧基的化合物反應製備的固化催化劑；一種它的製備方法和它在用作電工元件，特別是電氣線圈產品的浸漬漆方面的用途。
文檔編號H01B3/40GK1491245SQ02804781
公開日2004年4月21日 申請日期2002年2月6日 優先權日2001年2月21日
發明者K-W·利納特, G·史密特, S·託德特－庫尼格, K-W 利納特, 綠 庫尼格, 芴 申請人:阿爾特納電絕緣有限公司