聚氨酯浇注树脂和由其制成的灌封料的制作方法
【专利说明】聚氨酯浇注树脂和由其制成的灌封料
[0001] 本发明涉及可由多异氰酸酯、多环氧化物、多元醇、潜伏催化剂和任选的添加剂的 反应混合物获得的用于制造聚氨酯灌封料的聚氨酯浇注树脂及其制造方法。
[0002] 灌封料常用于保护电工部件和电路，例如变压器、绝缘体和电容器，或电缆和电线 中的开放接触点以防止有害的环境影响。在这种情况下，基质材料通常由不饱和聚酯、乙烯 基酯、聚氨酯或环氧树脂构成。
[0003] 灌封料例如用于汽车工业、建筑行业或电气工业中，以及用于环境技术和用于构 造替代性能源开采装置。对灌封料，即对浇注树脂具有高要求。例如，该浇注树脂必须具有 低加工粘度，结合以长适用期，以特别是在大型装置的情况中无空洞和无气泡地填满所有 空隙。玻璃化转变温度及因此抗热变形性应该非常高，以在使用温度范围内具有尽可能恒 定的性能特征。尽管适用期长，但该浇注树脂此外应具有短的固化时间，以避免长的热处理 周期时间并由此确保经济性。
[0004] 基于环氧树脂的浇注树脂具有最长1小时的适用期，以致可用其制造中等体积和 大体积的部件，而基于聚氨酯（PUR-基）的那些通常具有极短的适用期，经常仅几分钟。因 此，这些TOR-浇注树脂通常只能借助浇铸机用于小体积的成型件。专用于大型线圈的热固 化环氧基浇注树脂通常含有大约65重量％的填料，例如石英粉、氧化铝或硅灰石。正因为 该高填料含量，该浇注树脂必须具有低粘度。填料含量越高，流动特性和因此能无空洞和无 气泡地装填的性质越差。
[0005] EP 1471088 A2中描述了基于多异氰酸酯和胺引发的（gestarteten)多元醇化 合物的聚氨酯制剂，其由于原材料组分在混合过程中快速取得的相容性而具有改进的加 工特性，并描述了它用于制造铸件、填料、层压件和涂料的用途。所述聚氨酯浇注树脂具 有最长1小时的长适用期。但是，此处的缺点在于，该浇注树脂必须在室温下固化16小 时，然后必须在80°C下热处理另外8小时，以避免制成的灌封成型件中所谓的贝壳状裂纹 (Muschelrisse)。此外，玻璃化转变温度非常低，低于120°C。
[0006] DE 102008054940 A1描述了基于由两种组分形成的聚氨酯的浇注树脂，其中在基 本不存在催化剂的情况下使特定的聚酯醇与多异氰酸酯反应。所产生的适用期为22分钟； 脱模时间极长，为63分钟。由于温度在固化操作中升至大约83°C并且没有加热灌封模具， 因此可以估计玻璃化转变温度最高l〇〇°C，因此是非常低的。
[0007] 迄今使用和描述的聚氨酯浇注树脂的缺点在于 i) 对于大型成型件而言适用期太短 ii) 直至浇注树脂固化的持续时间过长，这造成低生产率 iii) 必须经过长的热处理周期，以完全固化浇注树脂并避免灌封料形成裂纹或变形 iv) 玻璃化转变温度对于许多用途而言过低 v) 该灌封料没有高阻燃性。
[0008] 适用期被理解为是指该反应性体系的可加工性的持续时间。
[0009] 因此本发明的目的是提供没有上述缺点但具有常规灌封料的高机械性能和电性 能的用于制造灌封料的基质材料，和制造这样的灌封料的方法。
[0010] 令人惊讶地通过由可获自多异氰酸酯、多环氧化物、多元醇、潜伏催化剂和任选的 常规添加剂的PUR-基质材料(反应混合物）形成的浇注树脂实现这一目的，在此相对于0H 基团数存在大量过量的异氰酸酯基团。
[0011] 本发明提供基于聚异氰脲酸酯和基于聚氨酯的灌封料，其中所述聚氨酯和所述聚 异氰脲酸酯可获自由下列组分构成的反应混合物 A) -种或多种多异氰酸酯 B) -种或多种多元醇 C) 一种或多种多环氧化物 D) -种或多种潜伏催化剂 E) 任选的添加剂和 F) 任选的填料， 其中不含填料的混合物具有在25°C下20至500 mPas，优选50至400 mPas，特别优选 60至350 mPas的粘度(根据DIN EN ISO 1342测得)，10:1至16:1，优选11:1至14:1的组 分A)中的NC0基团数与组分B)中的0H基团数的比率，2:1至25:1，优选7:1至15:1，非 常特别优选10:1至14:1的组分A)中的NC0基团数与组分C)中的环氧基团数的比率，和 1. 1:1至12:1，优选3:1至10:1，非常特别优选5:1至7:1的组分C)中的环氧基团数与组 分D)中的潜伏催化剂摩尔数的比率。
[0012] 聚异氰脲酸酯（PIR)通过异氰酸酯基团的三聚形成。异氰脲酸酯环非常稳定。在 开始时，异氰酸酯优先与多元醇反应产生聚氨酯。在进一步的进程中，在大多数0H基团已 反应时，出现了聚异氰脲酸酯的形成。本发明的灌封料是光学透明的并具有好的热稳定性。
[0013] 该聚氨酯/聚异氰脲酸酯原则上不含任何噁唑烷酮基团。如果与预期相反地由于 次要的副反应在聚氨酯/聚异氰脲酸酯中确实出现噁唑烷酮基团，其含量低于5重量％，基 于聚氨酯/聚异氰脲酸酯计。在多异氰酸酯与环氧化物反应时形成噁唑烷酮基团。这些在 灌封部件中没有干扰。
[0014] 根据DIN EN ISO 1342并根据实施例中的说明测定粘度。
[0015] 可以将各种添加剂添加到该浇注树脂中。作为添加剂添加的填料是细粒的大都为 矿物质的物质，如石英粉、砂、白垩、玻璃-或织物短纤维，其提高机械强度并降低制成的模 塑料在固化时的收缩和膨胀系数。此外，这些添加剂通常降低该浇注树脂的成本，减少燃烧 倾向并通常还改进热传导。这些优点以更困难的加工为代价，因为树脂的粘度由此提高且 填料会沉降。在浇铸装置中的工业加工中，填料通常还导致该装置更高的磨损。此外，也可 以使用导致该浇注树脂的所需用色的各种颜料。
[0016] 该灌封料中的填料含量优选为基于该灌封料的总重量计大于40重量％至80重 量％，特别优选大于55重量％至65重量％。
[0017] 该浇注树脂(反应混合物）在50°C至170°C，优选110°C至140°C的温度下固化。
[0018] 根据本发明使用的聚氨酯反应混合物具有低粘度、极长的适用期并具有在低固化 温度下的短固化时间并因此能实现快速生产。
[0019] 根据本发明使用的混合物的另一优点是由于多元醇和多环氧化物的混合物与多 异氰酸酯的直接相容性而改进的加工特性。在迄今使用的由多异氰酸酯和多元醇构成的体 系中，这些组分必须预先混合数分钟，因为只有通过开始形成氨基甲酸酯才能实现加工所 必需的这些组分的相容性和该混合物的均匀性。否则，会发生不完全固化和产生不均匀产 物。根据本发明使用的反应混合物的组分可以在20至KKTC，优选25至70°C下混合，然后 进一步加工。
[0020] 为了无空洞和无气泡地填满所有空隙，该聚氨酯反应混合物在装填时应优选为稀 薄液体并尽可能长时间地保持为稀薄液体。这在大型部件的情况下特别必要，因为此处的 装填时间非常长。优选地，本发明的无填料的聚氨酯反应混合物在25°C下在刚混合后的粘 度为20至500 mPas，优选50至400 mPas，特别优选60至350 mPas。优选地，本发明的无 填料的反应混合物在组分混合后30分钟在25°C的恒温下的粘度小于800 mPas，优选小于 500 mPas，特别优选小于300 mPas。在组分混合后30分钟，在25°C的恒温下用旋转粘度计 以60 1/s的剪切速率测定该粘度。
[0021] 在最佳使用填料的情况下，该反应混合物的低粘度同样是有利的，由此除高填料 含量的可能性而外还确保了好的材料流动。
[0022] 可以在带有静态混合机或动态混合机的浇注机上加工根据本发明使用的反应混 合物，因为只需要短的混合时间。这在本发明的灌封料的制造中是非常有利的，因为该反应 混合物为了好的材料流动必须为尽可能稀薄的液体。必须首先事先混合数分钟的非本发明 的混合物由于形成了氨基甲酸酯基团和由此产生的放热性而已经表现出太高的粘度，这会 导致该混合物的完全固化。
[0023] 根据本发明使用的反应混合物的另一优点在于其可以以一步法加工，且50°C至 170°C的低固化温度足以。此外，在需要的情况中，固化的灌封料可以极快脱模，而在灌封部 件中不出现裂纹形成或变形。
[0024] 基于聚异氰脲酸酯和基于聚氨酯的本发明的灌封料可通过制造一种反应混合物 并使其固化来制备，所述反应混合物由下列组分构成 A) -种或多种多异氰酸酯 B) -种或多种多元醇 C) 一种或多种多环氧化物 D) -种或多种潜伏催化剂和 E) 任选的添加剂和 F) 任选的填料 其中无填料的反应混合物具有在25°C下20至500 mPas，优选50至400 mPas，特别优 选 60 至 350 mPas 的粘度（根据 DIN EN ISO 1342 测得），10:1 至 16:1，优选 11:1 至 14:1 的组分A)中的NC0基团数与组分B)中的0H基团数的比率，2:1至25:1，优选7:1至15:1， 非常特别优选10:1至14:1的组分A)中的NC0基团数与组分C)中的环氧基团数的比率和 1. 1:1至12:1，优选3:1至10:1，非常特别优选5:1至7:1的组分C)中的环氧基团数与组 分D)中的潜伏催化剂摩尔数的比率。
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