Электроизоляционные эмальлаки на основе полиэфирамидов с изоциануратными циклами

С целью создания электроизоляционных лаков, и обладающих повышенной нагревостойкостью, был синтезирован ряд полиэфирамидов, которые отличаются от ранее полученных тем, что часть спиртовых компонентов в них заменяли эквимолярным количеством N-трис-(2-гидроксиэтил)-изоцианурата, полученным из циануровой кислоты и окиси этилена в присутствии КОН по следующей методике.

Суспензию циануровой кислоты (1 моль) в диметилформамиде (450 мл) нагревали до 120 °С, добавляли КОН (10 г) в виде 30%-ного водного раствора и пропускали через полученную реакционную смесь окись этилена (3,3 моля) в течение 6 ч, постепенно повышая температуру до 135—140 °С. По окончании процесса диметилформамид отгоняли, а N-трис- (2- гидроксиэтил)-изоцианурат выделяли из оставшейся массы перекристаллизацией из этилового спирта. Выход 65%. Характеристика полученного продукта приведена в табл. 1.

Циануровая кислота существует в двух таутомерных формах

и в зависимости от этого в реакции с окисью этилена могут образовываться два продукта:

т. е. III — трис-(2-гидроксиэтил)-цианурат, а IV — N-трис- (2-гидроксиэтил) –изоцианурат.

С целью выяснения природы образующегося продукта были исследованы его ИК спектры. Наличие полос поглощения в области 1410 см^-1, 1720 см^-1 (характерных соответственно для связей С—N и С = 0 изоциануратного кольца) свидетельствовало о том, что полученный продукт имел структуру N-трис- (2-гидроксиэтил) -изоцианурата (IV).

Поскольку в литературе отсутствовали данные о реакционной способности (IV) в реакциях с метиловыми эфирами карбоновых кислот, нами были проведены опыты по переэтерификации им метилбензоата, который был использован в качестве модельного соединения, так как в дальнейшем при синтезе полиэфирамидов предполагалось подвергать N-трис- (2-гидроксиэтил) -изоцианурат реакции с диметилтерефталатом.

Исследование реакции проводили в условиях, близких к принятым ранее: катализатор Рb(СН₃СОО)₂ в количестве 2% от массы взятых компонентов; соотношение СООСНз: ОН = 1 : 2,65. Оказалось, что при температуре ниже 190 °С реакция идет с незначительной скоростью, а при 190 °С заканчивается за 2—2,5 ч.

Синтез полиэфирамидов проводили в обогреваемой с помощью колбонагревателя четырехгорлой колбе, снабженной дефлегматором, ловушкой Дина—Старка, мешалкой, термометром и змеевиковым обратным холодильником, в которую загружали диметилтерефталат, добавляли трикрезол (из расчета получения 80%-ного раствора диметилтерефталата в трикрезоле) и нагревали до 130—135 °С.

После образования однородной смеси включали мешалку и постепенно повышали температуру до 200 °С, одновременно с этим прикапывали отдельно приготовленный 80%-ный раствор гексаметилендиамина в трикрезоле и выдерживали реакционную смесь при 200 °С до выделения рассчитанного количества метилового спирта.

Затем реакционную смесь охлаждали до 100 °С и добавляли, согласно рецептуре, спирты и катализатор Рb(СН₃СОО)₂, вновь нагревали реакционную массу до 200 °С и включали мешалку. После того как выделение низкомолекулярных летучих продуктов заканчивалось, включали вакуум (остаточное давление 5 мм рт. ст.) и повышали температуру до 220 °С. Реакцию в этих условиях вели до получения прозрачного полимера с заданной температурой размягчения.

Подробные данные о рецептуре и свойствах полученных полиэфирамидов приведены в табл. 2. Все полиэфирамиды представляли собой твердые, прозрачные, коричневые полимеры, хорошо растворимые в N-метилпирролидоне, диметилформамиде, диметилсульфоксиде, трикрезоле и спирте (при нагревании).

Для испытания свойств покрытий на основе синтезированных полиэфирамидов были приготовлены лаки на различных перечисленных выше растворителях. Наилучшими из них оказались лаки на смеси N-метилпирролидона и н-бутанола. Покрытия наносили в 2 слоя. Каждый слой отверждали в течение 1 ч при 200 °С. При толщине 40—50 мкм все полиэфирамиды давали покрытия с прочностью при изгибе по ШГ 1 мм и при ударе 50 кгс-см.

Все покрытия на основе полиэфирамидов с добавками N-трис-(2-гидроксиэтил)-изоцианурата хорошо выдерживали длительное термостарение при 180 и 200 °С, сохраняя при этом исходные механические свойства. Была также предпринята попытка использовать синтезированные полиэфирамиды для получения электроизоляционных эмальлаков.

Для этого лаки, приготовленные на N-метилпирролидоне, наносили на медную проволоку (d= 0,72 мм) на лабораторном эмальстанке (высота печи 0,4 м; температура эмалирования 430 °С; скорость протягивания проволоки 0,4 м/мин). Было установлено, что введение N-трис (2-гидроксиэтил) -изоцианурата улучшает нагревостойкость полученных проводов.

Так, на основе полиэфирамида с добавкой N-трис- (2-гидроксиэтил)-изоцианурата (полимер № 7 в табл. 2) был получен эмальпровод с характеристиками, представленными в табл. 3. Для сравнения в той же таблице приведены свойства эмальпроводов на основе полиэфирамидов без N-трис-(2-гидроксиэтил)-изоцианурата (полимеры № 1 и 5), и требования МРТУ-2-43-12—61.

Таким образом, представляется перспективной разработка электроизоляционных эмальлаков на основе синтезированных полиэфирамидов с добавками N-трис- (2-гидроксиэтил) -изоцианурата, так как эмальпровода с покрытием из предложенного лака обладают лучшими свойствами по сравнению с выпускаемыми серийно эмальлаками на основе полиэфиров, а также рядом преимуществ в сравнении с ранее разработанными нами эмальлаками на основе полиэфирамидов без добавок N-трис-(2- гидроксиэтил) –изоцианурата.