Получение и свойства электроизоляционных лаков для эмалирования проводов

На правах рукописиКрушевский Георгий АлександровичПолучение и свойства электроизоляционных лаковдля эмалирования проводовСпециальность 05.17.06 – «Технология и переработка полимеров и композитов»Специальность 02.00.02 – «Аналитическая химия»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата химических наукМОСКВА – 20082Работа выполнена на кафедре химии и физики полимеров и полимерных материалов Московской Государственной академии тонкой химической технологииим. И.В. Ломоносова и в лаборатории лаков для эмалирования проводов научно-технического центра ЗАО «Электроизолит»Научный руководители:доктор химических наук, профессорМирошников Юрий Петровичдоктор химических наукЕвтушенко Юрий МихайловичОфициальные оппоненты:доктор химических наукГроздов Александр Григорьевичдоктор химических наук, профессорКандырин Леонид БорисовичВедущая организация:Московский энергетический институт(МЭИ)Защита состоится « 24 » 11 2008 г.

в 1500 на заседании Диссертационного совета Д212.120.07 в Московской Государственной академии тонкойхимической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу:Москва, ул. М. Пироговская, д. 1С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии по адресу:Москва, пр. Вернадского, 86, МИТХТ им. М.В. ЛомоносоваАвтореферат разослан «» ______ 2008 г.Учёный секретарь диссертационного совета,доктор физико-математических наук, профессорШевелев В.В.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы:Получение тонких плёнок полимеров из их растворов является одним изнаиболее широко распространённых методов получения электроизоляционных,коррозионностойких и других защитных покрытий в электротехнике, электронике и других областях.Особое место в электротехнической области занимает процесс эмалирования проводов.

Формирование полимерного покрытия происходит в очень жёстких температурных условиях. Поэтому лаки для эмалирования проводов должны обладать комплексом технологических свойств, обеспечивающих в этих условиях формирование на поверхности металла ровной глянцевой плёнки полимера, обладающей высокими физико-механическими, электрическими и температурными характеристиками.

Последние зависят от природы используемыхолигомеров, системы растворителей и технологических добавок. В связи с этимразработка состава эмальлаков на основе изучения влияния отдельных компонентов на качество полимерного покрытия является актуальной проблемой. Результаты систематических исследований в этой области в литературе не представлены.Цель работы:- поиск и обоснование оптимальной молекулярной массы олигомеров наоснове ароматических полиэфиров и их модификаций;- разработка метода измерения межфазного натяжения на границе твёрдоетело – жидкость и изучение эффекта смачивания поверхности металла растворами олигоэфиров;- выбор оптимального состава растворителей на основе изучения межфазного натяжения;- поиск новых высокоэффективных технологических добавок и исследование их влияния на смачиваемость поверхности металла растворами олигоэфиров и термостойкость покрытий.Научная новизна:На основании результатов исследования влияния отдельных компонентовна технологические свойства растворов олигоэфиров и их модификаций, а также комплекс физико-механических, электрических и термических характеристик изготовленных на их основе покрытий впервые разработана концепцияполучения лаков для эмалирования проводов на современных высокоскоростных эмальагрегатах.

В частности:1) Впервые оценена зависимость межфазного натяжения системы растворителей крезол-ксиленол-сольвент от состава смеси; найдены две области с минимальным значением межфазного натяжения, в которых система растворите-4лей обеспечивает максимальную растекаемость олигомера по поверхности металла. С учётом оценки смачивающей способности растворов олигомеров поотношению к поверхности металла установлены оптимальные значения среднечисленной молекулярной массы олигоэфиров и их модификаций.2) Разработан вариант метода Вильгельми для определения межфазногонатяжения на границе раздела жидкость – твёрдое тело, отличающийся высокойвоспроизводимостью и малой длительностью проведения единичного измерения.

Представленный способ определения межфазного натяжения защищён патентом РФ.3) Найдены и впервые использованы в технологии эмалирования проводовтермостабилизирующие добавки на основе п-третбутилфенолформальдегидныхи феноламинной смол, позволяющие повысить термостойкость эмалевого покрытия на 12-15 °С.4) Определено, что соединения тетрабутоксититана с диэтиленгликолем,трис-(2-гидроксиэтил)-изоциануратом и имидом на основе тримеллитового ангидрида и моноэтаноламина могут заменить тетрабутоксититан в катализе процессов переэтерификации и полипереэтерификации с целью снижения эффектаотравления катализатора дожига отходящих газов в эмальагрегатах.

Синтезированые соединения тетрабутоксититана с рядом гидроксил- и азотсодержащихвеществ охарактеризованы методами ТГА, ИК- и электронной спектроскопии иэлектрохимическими методами. Аддукт тетрабутоксититана с 2-метилимидазолом защищён патентом РФ.Практическая значимость:Разработаны полиэфирный, полиэфиризоциануратный, полиэфиризоциануратимидный лаки для эмалирования проводов на высокоскоростных эмальагрегатах на основе оптимального соотношения полимерной основы, растворителей и специальных добавок.

Использование ксиленола в качестве сорастворителя позволило снизить себестоимость лаков на 15-25%.Найденные зависимости технологических свойств лаков от величины молекулярной массы олигомеров, состава системы растворителей, концентрациитехнологических добавок позволяют получать эмалированные провода с техническими характеристиками, значительно превосходящими нормативные требования (повышение термостойкости, пробивного напряжения, устойчивости ктепловому удару, термоэластичности).Разработана экспресс-методика определения межфазного натяжения награнице раздела жидкость – твёрдое тело.

Метод использован для разработкиоптимального состава растворов олигоэфиров и их модификаций, а также дляизучения ряда других систем (пропиточные лаки, заливочные компаунды, эмали и др.). Представленный метод легко поддаётся автоматизации для проведения серийных испытаний.5Автор защищает:Выбор объектов исследования, корректность полученных данных и обоснованность выводов по результатам проведённого исследования:- выбор оптимальной величины среднечисленной молекулярной массы олигоэфиров и их модификаций как одного из основных критериев смачивающей способности эмальлаков;- зависимость смачивающей способности эмальлаков от состава смеси растворителей крезол-ксиленол-сольвент, а также природы и концентрацииагентов смачивания;- интерпретацию новых данных о неионном механизме катализа реакцийпереэтерификации и полипереэтерификации тетраалкоксититанатами;- закономерностей влияния термостабилизаторов на термостойкость покрытий на основе полиэфиров и их модификаций;- общую концепцию получения эмальлаков для высокоскоростных эмальагрегатов.Личный вклад диссертанта заключается в анализе справочной, монографической и периодической литературы последних лет, вошедшей в литературный обзор, постановке и проведении экспериментов, обработке полученныхэкспериментальных данных, проведении расчётов, анализе и обсуждении полученных результатов на всех стадиях работы.Публикации.

Основные результаты работы доложены на 6 научных и научно-технических конференциях. Содержание работы отражено в 11 публикациях, в том числе в 3 статьях и 6 тезисах докладов, 2 патентах РФ.Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав,каждая из которых включает литературный обзор, экспериментальную часть иобсуждение результатов, выводов и списка литературы. Работа изложена на 139страницах, содержит 14 таблиц и 43 рисунка. Список литературы включает 132ссылки.6ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГлава 1 Синтез плёнкообразователей для эмальлаковCинтезированы следующие олигоэфиры: П1 – на основе диметилтерефталата, глицерина и этиленгликоля; П2 – на основе диметилтерефталата, глицерина, этиленгликоля и трис-(2-гидроксиэтил)-изоцианурата, П3 – олигоэфиризоцианурат, модифицированный имидными циклами на основе тримеллитовогоангидрида и диаминодифенилметана.HOR OOOCCOHOROH где R -CH2илиCH2CH2CHCH2nП1HOROOOCCOOROHгде R -CH 2илиCH 2CCH 2OHnCH 2NNCH 2OCCOCH 2NCH 2CHCH 2CH 2П2OOOCCOOCH2 CHCH2OOOCCCH 2OOCH2 CH2 OCnOCOOOOCCCOCNCH2O(CH2)2 NCNOONCCCOOO(CH2)2CN(CH2)2OOП3Полученные олигомеры охарактеризованы методами ИК-спектроскопии,высокоэффективной жидкостной хроматографии, термическими методами.В спектре олигоэфира П1, присутствуют интенсивные полосы поглощениякарбонильных групп сложного эфира (1720 см-1) и полосы поглощения сложноэфирных групп (∼ 1280 см-1).

Полосы поглощения, соответствующие колебаниям ароматических циклов и метиленовых групп, мало интенсивны и носятмультиплетный характер.В отличие от П1 в ИК-спектре П2 полоса поглощения карбонильных группсложного эфира присутствует в виде двух полос (1720 и 1700 см-1). Полоса поглощения при 1700 см-1 отнесена к колебаниям сложноэфирной связи при изоциануратном цикле. Интенсивная полоса поглощения при 1460 см-1 отнесена касимметричным деформационным колебаниям метиленовых групп изоциануратного цикла.7В спектре олигоэфира П3 присутствуют полосы поглощения, характерныедля имида (1780, 1730, 1680 см-1).