Brevet FR2664899A1 — publié le 19920124

La présente invention concerne la composition et la méthode d'obtention des vernis électro-isolants contenant de 11 eau à base de résines estérimides au trihydroxyéthilisocyanurate (THEIC), ces vernis étant destinés à 1 émaillage des fils électriques. On connait quelques procédés d'obtention de vernis solubles dans l'eau. D'après la méthode utilisée, à la fin de la synthèse la résine a des indices d'acide élevés (100-40). Les groupes carboxyliques obtenus sont salifiés par une amine ce qui rend la résine soluble dans l'eau. Pendant l'émaillage, en raison des températures élevées, ces groupes sont détruits, les amines volatiles s'évaporent mais les qualités diélectriques du film sont faibles. D'après une autre méthode (brevet NO 3121306-1981-R.F.A.), les résines estérimides contenant des groupes hydroxyles et des groupes carboxyliques (indice d'acide inférieur à 10) sont traités à 80-1300C par une solution aqueuse d'ammoniac. A la suite de 1 'aminolyse et de l'hydrolyse réalisées, les oligomères peuvent être dilués avec de l'eau. Les vernis obtenus sont utilisés pour l'émaillage des fils ou pour l'imprégnation des moteurs électriques. On utilise comme cosolvants des liquides organiques miscibles à l'eau. L'inconvénient de cette méthode est que l'aminoîyse et l'hydrolyse représentent une opération technologique supplémentaire qui atteint la chaine moléculaire principale, diminue la masse moléculaire et les qualités du revêtement des fils électriques. Dans la brevet NO 2393041-1977-FRANCE, la solubilité des résines polyestérimides dans l'eau se réalise au cours de la synthèse des résines, en obtenant dans leur structure des groupes lactames à base d'acide itaconique et ses dérivés. Comme cosolvants des vernis, on utilise également différents liquides organiques miscibles à l'eau. L'inconvénient de cette méthode est que les cycles lactames, pentagonaux abaissent la thermostabilité des résines obtenues. te brevet NO 4290929-1979-U.S.A. concerne les solutions aqueuses des résines estérimides de masse moléculaire élevée supérieure à 16000 et à faibles indices d'acide. L'aptitude de la dissolution dans l'eau des ces résines s'obtient par la destruction du polymère de masse moléculaire élevée par des substances contenant de l'azote : alcanol-amine à 900C. Dans ces conditions, comme l'affirment les auteurs, même les liaisons imides sont attaquées. Le degré de destruction est déterminé par l'augmentation de l'indice d'acide. On utilise comme cosolvants de l'éthylène-glycol et (ou) du phénol. L'inconvénient de cette méthode réside dans l'utilisation des quantités importantes d'amines pour détruire les résines estérimides. En outre, l'affinité envers l'eau n'est obtenue que pour des indices d'acide élevés (supérieurs à 50) qui apparaissent au cours de l'étape finale d'obtention de la résine. Ceci ne garantit pas une bonne conservation des vernis. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus et d'établir la composition et la méthode d'otention des vernis électro-isolants contenant de l'eau, à base de résines estérimides aux THEIC, ces vernis étant destinés à l'émaillage des fils électriques. De par leurs caractères, ces vernis sont des solutions véritables (claires) ou colloîdalles (opalescentes) ayant la stabilité nécessaire dans le temps. On utilise des résines conventionnelles qui n'exigent pas une synthèse spéciale ni un traitement supplémentaire (hydrolyse, aminolyse, destruction, etc.) pour obtenir la solubilité dans l'eau - les résines utilisées ont des indices d'acide inférieurs à 40 et de préférence inférieurs à 10 et contiennent des groupes hydroxyles. Le problème traité dans ce brevet peut être résolu en utilisant pour l'obtention des vernis contenant de l'eau, un mélange des solvants suivants - Solvants miscibles à l'eau, - Eau distillée, - Et facultativement, des solvants non ou peu mis cibles à l'eau La méthode utilisée consiste à dissoudre tout d'abord les résines estérimides conventionnelles dans des cosolvants organiques à une température comprise entre 700C et 1800C. La solution obtenue est ensuite refroidie à une témpérature inférieure à 700C. L'eau, l'agent de réticulation et les additifs éventuels sont ajoutés à la fin dans Cet ordre ou ensemble à une température à 650C.La solubilité dans l'eau obtenue par cette méthode est limitée mais absolument suffisante pour atteindre une concentration et une viscosité des vernis électro-isolants obtenus permettant l'ulisation de ces vernis dans la pratique. Pour une concentration de 20% à 70% en poids de résine estérimide au THEIC, la proportion d'eau peut varier entre 5% et 40% en poids. On peut utiliser, comme cosolvants, les liquides miscibles à l'eau, suivants : Diméthylformamide, N-diméthylacétamide, monoéthylène glycol, diéthylène glycol, éthers glucoliques (éthyl glycol, butyl glycol, méthyl diglycol, butyl diglycol, etc.), N-méthylpyrolidone ou un mélange des ces substances. On a établi que leur proportion peut varier entre 2 et 60% en poids. On peut utiliser facultativement les solvants non ou peu miscibles à l'eau suivants : Xylol, xylénol, solvent naphta, crésol, acétate de méthyl et éthylglycol, alcool benzylique, cyclohexanone et butanol ou un mélange de ces substances dans une proportion comprise entre 0% et 55% en poids. Les vernis peuvent contenir également une proportion d'agents réticulants comprise entre 0 et 5% en poids et des agents tensioactifs dans une proportion comprise entre 0 et 10% en poids, ces proportions étant calculées par rapport au poids de la résine. Les avantages de la présente invention sont les suivants 1. Pour obtenir les vernis contenant de l'eau, on utilise des résines conventionnelles synthétisées d'après les méthodes cornues sans leur faire subir de traitements supplémentaires (destruction, hydrolyse, aminolyse, synthèse spéciale, etc.) 2. Les résines ont un faible indice d'acide inférieur à 70 et de préférence inférieur à 10. Les substances de PH > 7 ne sont pas utilisées pour la salification des groupes carboxyles car ceux-ci n'existent pratiquement pas. 3. La composition des vernis est telle qu'elle permet l'emploi facultatif de solvants non miscibles à l'eau dans les conditions normales mais trés souvent utilisés dans la pratique comme solvants traditionnels pour l'industrie des fils émaillés. 4. Les vernis obtenus selon l'invention ont un contenu d'extrait sec de 10 à 15% supérieur à celui des vernis classiques pour une viscosité égale. I1 est décrit ci-après, à titre d'exemple, un des procédés de préparation de vernis selon l'invention, ainsi que l'émaillage de fils électriques à l'aide d'un tel vernis et les propriétés principales de l'émail sur fils obtenus. Exemple : On utilise une résine estérimide au THEIC que l'on nommera "X" synthétisée à partir d'acide adipique d'anhydride trimellitique, de monoéthylène glycol, diéthylène glycol, THEIC, diaminodiphényl méthane et caractérisée par les indices suivants - Indice d'acide : 4 - température de ramollisement : 1130C - Contenu-en groupes hydroxyles : 6,27 % On prépare à partir de cette résine, un vernis contenant de l'eau comme suit 1. 42 parties de résine "X" 2. 22 parties de crésol 3. 17 parties d'éthylglycol 4. 14 parties d'eau distillée 5. 0,9 parties de l'agent réticulant "Tilcom tet" de la société "tioxide" Angleterre 6. 0,5 parties de l'agent tensioactif XW 393 de la Société "Vianova" Autriche La résine est tout d'abord dissoute dans le crésol à 1300C. On ajoute l'éthylglycol à 1100C. A une température # 50 C, on ajoute consécutivement, l'eau distillée, l'agent réticulant et l'agent tensioactif. Le mélange homogène obtenu est un vernis nommé "X4214" ayant les caractéristiques suivantes - Extrait sec (lg-lh-1800C) ... 42,3% - Viscosité DIN4 (200C) ....... 44s Un fil de cuivre de 0,5mm de diamètre est verni à l'aide de la solution décrite dans l'exemple ci-dessus, dans une machine horizontale, type "Aumann FLK260" à température ambiante (200C) à l'aide d'un applicateur à feutres. Le fil passe ensuite dans un four chauffé à 5200C. Le nombre d'applications est comprise entre 6 et 8. La comparaison des propriétés des fils émaillés à l'aide du vernis obtenu selon l'exemple décrit ci-dessus et de celles obtenues dans les brevets cités est donnée dans le tableau ci-après. BASE CHIMIQUE BREVET BREVET BREVET VERNIS N 2393041 N03121306 N04290929 SELON DE FRANCE R.F.A. U.S.A. L EXEMPLE ESTERIMIDE ESTERIMIDE ESTERIMIDE ESTERIMIDE OU OU OU OU LA RESINE THEIC THEIC THEIC THEIC PROPRIETES EX.1 EX.2 EXEMPLE 1 EX.1 EX.2 X-4214 =--===---====--=========I 1. Diamètre du l conducteur en mm 0,8 0,8 0,5 / / 0,5 2. Surépaisseur d'émail enmm 0,068 0,068 0,038 2,8 Mils 3 Mils 0,036 3. Souplesse 10% 1 10% 1# 25% 3 25% 3 25% 2 25% 1 4. Abrasion Va et vient 50 50 Unidirectionnelle / / / Autre Méthode 7,4 N 5. Adhérence Rupture brusque BON BON / / / BON Torsion / / / 64 t / / 6. Choc thermique 3 # 2 # 1 # 25% 3# 20% 2# a. 1 # (1/2 H - 2000C) b. 10% i il ( 185 C) 7. Thermoplasticité 3000C 3650C 3350C 3200C 3080C 3100C 8. Tension de claquage 1,3KV 1,35KV / 12KV 13,8KV 5,3 KV 9. Dureté crayon Il après 30 mm à 60 C dans solvant 3-4 H 4 H 4 H / / 4 H Les fils émaillés sont utilisés dans l'industrie électrotechnique pour la production de moteurs électriques (Stators et Rotors), de transformateurs ainsi que dans l'électronique. REVENDICATIONS 1) Vernis électro-isolants à base de résines estérimides conventionnelles au THEIC contenant de l'eau et des cosolvants organiques. Ces vernis sont caractérisés en ce qu'ils contiennent - de 20 à 70 %, en poids de résine estérimide au THEIC possédant les caractéristiques suivantes : indice d'acide inférieur à 10, contenu en groupes hydroxyles libres de 4,5 à 10% et masse molèculaire de 500 à 5000. - de 5 à 40 % en poids d'eau distillée - de O à 55 % en poids de solvants peu ou pas miscibles à l'eau - de 2 à 60 % en poids de solvants miscibles à l'eau - de 0,1 à 10 % en poids de substances régulatrices du PH à base d'amines et d'alcalolamines - facultativement de 0 à 5 % en poids par rapport à l'extrait sec d'agent réticulant - facultativement de 0 à 10 % en poids par rapport à l'extrait sec d'agent tensioactif. 2) Méthode d'obtention des vernis électro-isolants contenant de l'eau selon la revendication (1) caractérisée en ce que la résine est d'abord dissoute dans des solvants à une température comprise entre 70 et 1800 C, après quoi la solution obtenue est refroidie à une température inférieure à 700C. L'eau, facultativement l'agent réticulant et l'agent tensioactif sont ajoutés à la fin dans l'ordre cité ou ensemble à une température inférieure ou égale à 550C. 3) Vernis électro-isolants contenant de l'eau selon la revendication (1) caractérisés en ce que les solvants peu ou non miscibles à l'eau utilisés sont les suivants xylol, crésol, xylénol, solvent naphta, acétate de méthyl et éthylglycol, alcool benzylique, cyclohexanone et butanol ou un mélange de ces substances. 4) Vernis électro-isolants contenant de l'eau selon la revendication (1) caractérisés en ce que les solvants miscibles à l'eau utilisés sont les suivants Diméthylformamide, N-diméthylacétamide, monoéthylène glycol éthers glycoliques (éthyl glycol, butyl glycol, méthyl diglycol, butyl diglycol, etc...), N-méthylpyrolidone ou un mélange de ces substances.