CN104073155B - 一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法 - Google Patents

一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，属于绝缘涂料技术和漆包线漆技术。将块状4，4′‑二氨基二苯醚（ODA）加入到极性溶剂中，待完全溶解后，一次性加入1,2,4,5‑均苯四甲酸二酐（PMDA），冰水混合浴中反应至终点;在另一相同装置、相同反应条件下使4，4′‑二氨基二苯醚（ODA）与3,3′,4,4′‑联苯四甲酸二酐（BPDA）反应，上述得到两种不同的聚酰胺酸（PAA）溶液；再根据需要将上述两种不同的聚酰胺酸（PAA）溶液按比例进行共混，最后根据所需固含量与粘度，机械搅拌下补加极性溶剂即可。本发明介电损耗的突变温度高，超过240℃，有望开发更高耐热等级的漆包线。

Description

一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法
技术领域
本发明属于绝缘涂料技术和漆包线漆技术，尤其涉及具有耐高温性能的漆包线漆—聚酰亚胺漆包线漆的合成方法。
背景技术
聚酰亚胺是一种五元环链聚合物，聚酰亚胺大分子吸水率低，大量酰亚胺基团闭环，碳氮键处在五元杂环的保护之下，稳定性好。
聚酰亚胺问世之初首先被用于制漆，漆膜用于耐高温电机电器、电子元件的线圈绕组不仅硬度和非软化性很大，而且对导体粘结力较高。漆包线漆的生产条件和使用环境要求漆的耐击穿、弹性、韧性、抗张强度以及耐摩擦性方面达到应用指标，尤其要求耐高温耐化学腐蚀，从而保证电工设备在满负荷下运行的功率和可靠性。
聚酰亚胺漆包线漆的综合性能优良，是世界上240级耐高温漆包线漆的主要品种。它同时具有很好的耐热性与力学性能，在耐化学腐蚀性、耐冷冻性能上也表现优异。
随着我国国民经济的发展和电机电器技术的提高，并且对漆包线漆的耐高温性能有了更高的要求，因此聚酰亚胺作为耐高温漆包线漆的主要品种，其需求量也越来越大。所以研究工艺路线简单、贮存时间长的聚酰亚胺漆包线漆的合成方法势在必行。
发明内容
基于上述背景技术内容，为了克服合成聚酰亚胺漆包线漆过程中出现的聚酰胺酸凝胶、合成工艺繁琐、溶剂消耗量大和贮存不稳定的缺点，而提出本发明。
本发明目的在于提供一种具有耐高温、高断裂伸长率等特点的聚酰亚胺漆包线漆的合成方法。
本发明所提供的具体技术方案为：一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于，在带有机械搅拌的反应容器中加入块状4，4′-二氨基二苯醚（ODA）与极性溶剂，待ODA完全溶解后，一次性加入称量好的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐（PMDA），冰水混合浴中反应至终点;在另一相同装置、相同反应条件下使4，4′-二氨基二苯醚（ODA）与3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）反应，在极性溶剂中，酸酐与氨基结合生成酰胺酸结构，上述得到两种不同的聚酰胺酸（PAA）溶液；再根据需要的浓度与耐热温度来将上述两种不同的聚酰胺酸（PAA）溶液按比例进行共混；最后根据所需固含量与粘度，机械搅拌下补加极性溶剂即可。
上述两种不同的聚酰胺酸合成过程中，所述二胺单体与二酐单体摩尔配比为：ODA/BPDA=1:（0.95～1.03），ODA/PMDA=1:（0.95～1.03）。这两者比例为本发明合成方法中关键性的因素，在该比例下，BPDA/ODA体系得到的聚酰胺酸（PAA）漆液为颜色均匀、无任何杂质的蛋清色透明液体。PMDA/ODA体系聚酰胺酸（PAA）漆液为颜色均匀、无任何杂质的亮淡黄色透明液体。
本发明使用的溶剂量为总漆包线漆质量的80%～92%，也就是共混聚酰亚胺漆包线漆的固含量为8%-20%。所述极性有机溶剂可选自下列溶剂其中一种：N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）。
两种PAA溶液共混时，视聚酰胺酸粘度，ODA/BPDA得到的漆液中聚酰胺酸与ODA/PMDA得到的漆液中聚酰胺酸的质量配比为1:（0.11～9）。BPDA/ODA含量越高，有着更高的断裂伸长率；PMDA/ODA含量越高，则有着更好的耐热性。共混一方面为了得到合适的粘度与固含量，以期提高该产品作为漆包线漆的使用效果；另一方面能有效调节漆液烘干后漆膜的力学性能与耐热性，尤其是断裂伸长率。
本发明所提供的聚酰亚胺漆包线漆合成方法的优点如下：
1、本发明采用4，4′-二氨基二苯醚（ODA）与1,2,4,5-均苯四甲酸二酐（PMDA）或3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）直接在记性溶剂中反应，控制反应温度和时间，一步直接合成聚酰胺酸，加料过程只需两步。这种制备方法工艺流程较短，操作简单。
2、反应原料二酐与二胺反应活性高，无需加入催化剂，无需加热，高温环化过程无需额外加入固化剂。无副产物，原子利用率100%。
3、反应过程采用单一溶剂，固含量较高，减少了溶剂的加入量，利于环保。
4、应用两种聚酰胺酸共混作为漆液，提高了耐热温度的同时极大增加了断裂伸长率，增加了韧性，绕线时不易断裂。
5、共混液比例可调，直接调节了固含量以及粘度，方便贮存与运输，也增大了漆液稳定性。
6、介电损耗的突变温度高，超过240℃，有望开发更高耐热等级的漆包线。
附图说明
图1为实施例1-3的漆包线漆膜的介电损耗性能。
具体实施方式
为便于理解，下面结合具体实例对本发明做进一步说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1：
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐14.406g（0.049摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入47ml N,N-二甲基乙酰胺稀释，得到蛋清色透明液体。
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐10.682g（0.049摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入27mlN,N-二甲基乙酰胺稀释，得到亮浅黄色透明液体。
将上述两种液体按溶质摩尔比1:4混合后置于烧瓶中，机械搅拌6小时，得到漆包线漆液。
实施例2：
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐14.406g（0.049摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入47ml N,N-二甲基乙酰胺稀释，得到蛋清色透明液体。
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐10.682g（0.049摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入27mlN,N-二甲基乙酰胺稀释，得到亮浅黄色透明液体。
将上述两种液体按溶质摩尔比1：1混合后置于烧瓶中，机械搅拌6小时，得到漆包线漆液。
实施例3：
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐14.7g（0.05摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入50mlN,N-二甲基乙酰胺稀释，得到蛋清色透明液体。
将纯净的块状晶体4，4′-二氨基二苯醚10g（0.05摩尔）置于带有机械搅拌器的两口烧瓶中，加入100ml N,N-二甲基乙酰胺。完全溶解后一次性加入称量好的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐10.9g（0.05摩尔），将烧瓶置于冰水混合浴中至反应终点，再加入30ml N,N-二甲基乙酰胺稀释，得到亮浅黄色透明液体。
将上述两种液体按溶质摩尔比1:1混合后置于烧瓶中，机械搅拌6小时，得到漆包线漆液。
将本发明的漆液及漆膜做如下测试：
1、粘度测试
用旋转粘度仪测试各实施例的漆包线漆液的粘度，结果列于表1中。
表1室温粘度测试结果
实施例中所制得的漆包线漆液在常温下密封保存，保质期半年以上。如冷藏（4℃）保存，保质期可达1年以上。
2、力学性能测试
用万能材料试验机测试各实施例的漆包线漆膜的断裂伸长率(GB/T6109.1-2008≥(5-36)%)，结果列于表2中。
表2力学性能测试结果
3、介电损耗测试
用阻抗分析仪测试各实施例的漆包线漆膜的介电损耗常数，结果如图1。介电损耗拐点均在250℃以上，符合240级。

Claims (4)

1.一种240级共混聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于，在带有机械搅拌的反应容器中加入块状4，4′-二氨基二苯醚ODA与极性溶剂，待ODA完全溶解后，一次性加入称量好的1,2,4,5-均苯四甲酸二酐PMDA，冰水混合浴中反应至终点；在另一相同装置、相同反应条件下使4，4′-二氨基二苯醚ODA与3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐BPDA反应，在极性溶剂中，酸酐与氨基结合生成酰胺酸结构，上述得到两种不同的聚酰胺酸PAA溶液；再根据需要将上述两种不同的聚酰胺酸PAA溶液按比例进行共混，最后根据所需固含量与粘度，机械搅拌下补加极性溶剂即可；
所述二胺单体与二酐单体摩尔配比为：ODA/BPDA＝1:(0.95～1.03)，ODA/PMDA＝1:(0.95～1.03)；两种PAA溶液共混时，视聚酰胺酸粘度，ODA/BPDA得到的漆液中聚酰胺酸与ODA/PMDA得到的漆液中聚酰胺酸的质量配比为1:(0.11～9)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，使用的极性溶剂量为总漆包线漆质量的80％～92％。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，极性有机溶剂选自下列溶剂其中的一种：N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，两种PAA溶液共混时，视聚酰胺酸粘度，ODA/BPDA得到的漆液中聚酰胺酸与ODA/PMDA得到的漆液中聚酰胺酸的摩尔配比为1:4。
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