有机‑无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月15日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0179500号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容引入本文以供参考。

本发明涉及一种制备用在电动机/交流发电机等的绕组线的涂膜的技术，更特别地，涉及一种具有纳米效应的有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法。

背景技术：

漆包绕组线由铜(cu)导体和聚合物涂层组成。在漆包绕组线工业中，一直在研究高耐受性/高绝缘的涂膜材料，其即使在高电流下也能够保证高绝缘性，同时为了加工处理、柔性和耐磨性能够增加与铜之间的涂覆粘合性。此外，当电动机/交流发电机的输出增加时，漆包绕组线需要有高的耐热性，使得漆包绕组线能够承受高温而不损坏。根据电动机/交流发电机的增加输出和减少重量的最近发展趋势，已经着手于研究能够具有增加的和改进的功能的漆包绕组线的技术。

聚酯或聚酯亚胺具有较低的耐热性但是具有较高的涂层粘合性和柔性，主要用作第一涂层来粘合铜导线，而聚酰胺-酰亚胺具有较高的绝缘性和较高的耐热性，当做第二涂层来涂覆。取决于在特定应用领域中使用的部件的要求，为了增加耐磨性或耐化学性或为了提供低摩擦特性，可以额外地增加第三涂层。击穿电压是非常重要的特征，其随着厚度的增加而改善。然而，由于当涂层呈现为多层结构时涂膜的厚度增加，围绕有限个线圈的槽缠绕的导线的数量减少。该数量以空间系数(％)表达，当空间系数增加时，有可能获得更高的电流密度，因此允许电动机/交流发电机的小型化和更强功率。对更小尺寸和更强功率的电动机/交流发电机的需求持续性的增加。而且，当涂膜的厚度增加时，制造过程的复杂性也增加，这也增加成本。

特别地，环保车辆的驱动电动机具有浪涌电阻(surgeresistance)是重要的。为了改善浪涌电阻，将硅颗粒添加到漆包有机材料中，因此改善绝缘性和浪涌电阻。然而，把无机材料添加到有机材料中减少了无机材料的分散性，且漆包涂膜与铜导体之间的紧密接触性质以及柔性变劣，使得当加工绕组线时涂膜可能发生破损。为了解决这些问题，可包括用于改善涂层粘合性的第一涂层、包括无机材料的第二涂层、和第三涂层。此外，可增加涂层的厚度以增加击穿电压，。

例如，韩国登记专利第10-1104390号公开了一种涂膜，其中具有球状、盘状等的二氧化硅被添加和分散到聚酰胺-酰亚胺(pai)中，涂覆在铜上，其中当二氧化硅以12.5wt％含量添加时，与二氧化硅含量是0wt％时相比击穿电压仅仅增加了大约20％。并且，涂膜的厚度最大是53μm，这非常厚。不可能在减少涂膜的厚度的同时增加击穿电压。当二氧化硅的含量进一步增加时，击穿电压反而降低。原因是尽管球状和盘状的陶瓷具有纳米尺寸，表面积的增加受到限制，以致于难以确保与有机材料的结合力。当为了增加绝缘作用而增加涂膜的厚度或增加二氧化硅的添加量时，难以控制有机材料的粘性，并且生产成本可能显著地增加。尽管二氧化硅的添加量增加，但是陶瓷之间的凝聚现象加强，并且有机材料的结合力减少，这可能导致击穿电压的下降。

因此，在生产用于电动机和交流发电机的漆包绕组线时，一直在研究开发一种在具有薄涂膜的同时能确保改善击穿电压性能的涂层材料。

该背景技术部分公开的上述信息仅仅是为了加强对本发明的背景技术的理解，因此可能包含不构成本国所属领域的普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

本申请致力于提供一种有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法，该方法通过在用于电动机和交流发电机的有机涂层组合物中高速分散经表面处理的多孔海泡石，具有在制造漆包绕组线时能形成具有薄厚度和高击穿电压的涂膜的优点。

一方面，本公开提供一种有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法，包括：将经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石纳米微粒添加到耐热树脂溶液中，并以3600rpm或更高转速搅拌包含海泡石纳米微粒的耐热树脂溶液30分钟或者更长时间，其中该耐热树脂溶液包含至少一种选自聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺和聚酰胺酸的耐热树脂。

另一方面，本发明提供一种方法，其基于溶液中包括的固体成分的重量添加0.1-5wt％含量的海泡石纳米微粒。

另一方面，本发明提供一种方法，其添加具有230-380m²/g比表面积的海泡石纳米微粒。

另一方面，本发明提供一种方法，其添加尺寸为50-500nm的海泡石纳米微粒。

另一方面，本发明提供一种方法，其在耐热树脂溶液中添加海泡石纳米微粒，该耐热树脂溶液基于耐热树脂溶液的总重量包括15-45wt％含量的耐热树脂。

另一方面，本发明提供一种方法，其在耐热树脂溶液中添加海泡石纳米微粒，该耐热树脂溶液包括至少一种选自n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基甲酰胺(nmf)、二甲基乙酰胺(dmac)、溶纤剂、乙二醇和酮的有机溶剂。

附图说明

图1是示出包含纳米多孔绝缘体的有机/无机混合涂膜的组成的示意图。

图2a是示出根据相关技术制备有机-无机混合涂膜的方法的工艺图。

图2b是根据本发明的实施方式制备有机-无机混合涂膜的流程。

图3是通过实施例1和比较例1制备的混合树脂、和漆包绕组线(比较例1：pai(相关技术)，实施例1：pai+海泡石0.5wt％)的外观图。

图4是示出通过比较例2制备的漆包绕组线的图。

具体实施方式

本公开的示例性实施方式提供一种有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法，包括：将经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石纳米微粒添加到耐热树脂溶液中，以3600rpm或更高转速搅拌包含海泡石纳米微粒的耐热树脂溶液30分钟或者更长时间，其中耐热树脂溶液包括至少一种选自聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺和聚酰胺酸的耐热树脂。

在下文中，更详细地描述根据示例性实施方式的有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法，该组合物具有纳米效应。应该理解，这些示例性实施方式为了举例说明的目的而公开，但本发明不限于此。此外，对于本领域的技术人员来说显而易见的，对特定示例性实施方式的各种修改可以在本发明的范围内进行。

此外，在本说明书中，除非有明确的相反描述，否则“包括”、“包含”或“含有”应理解为意味着包括任一组成元素(或成分)并且没有特定的限制，不能理解为排除其它组成元素(或成分)的加入。

为了实现用于电动机的漆包绕组线的高击穿电压和涂覆粘合性，可以形成第一涂层，并且可以形成包含例如球形硅的无机微粒的第二涂层。然而，由于硅微粒可能没有很好地分散而是聚集在有机材料中的现象，微粒的尺寸可能增加并且微粒可能暴露在涂膜的表面。因此，可以额外的进行第三层涂覆，相应地，涂膜的厚度增加。为了解决厚度增加的问题，硅球形微粒可以用硅烷进行表面处理。然而，表面处理的作用不显著，以致于与有机材料的兼容性变劣，由此其在有机材料中的分散性不好，与铜导体的涂覆粘合性下降，并且击穿电压下降。因此，现有技术难以在增加击穿电压的同时保持薄的厚度，

本发明人发现制备有机-无机混合多孔绝缘涂层材料的方法，其能在显著地提高击穿电压的同时兼具有薄的涂层厚度，通过对具有多孔结构的纳米尺寸的海泡石进行表面处理，从而提供在有机材料中的优异分散性和在涂覆后的干燥时增加对有机材料的结合力。

特别地，根据本发明的示例性实施方式，涂层组合物可通过以下方式制备：不通过添加现有的球形硅颗粒，而是将具有多孔结构且表面经硅烷或二甲基氯化铵处理的海泡石微粒添加到有机材料中，接着进行高速分散。通过在铜导线导体上涂覆涂层组合物，可以获得如下涂膜：即使没有用来改善涂覆粘合性的第一涂层，其涂覆粘合性与现有技术相比也得到改善，涂膜的厚度与现有技术相比减少44％，并且击穿电压改善达到两倍。特别地，本发明引入表面处理的海泡石，接着高速分散到有机材料中，从而应用于电动机/交流发电机的绕组线，并具有在显著地改善击穿电压的同时减少涂膜厚度的优异效果。

因此，根据本发明的示例性实施方式提供一种具有纳米效应的有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法。根据本发明的示例性实施方式的有机-无机混合多孔绝缘涂层组合物的制备方法包括：将经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石纳米微粒添加到耐热树脂溶液中，接着以3600rpm或更高的转速高速分散30分钟或更长时间，其中耐热树脂溶液包括至少一种选自聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺和聚酰胺酸的耐热树脂。

本发明涉及一种绝缘漆、以及施用该绝缘漆的漆包绕组线等，特别地，涉及一种制备涂层组合物的方法，包括：用硅烷或二甲基氯化铵表面处理具有多孔结构的纳米尺寸海泡石，接着干燥而获得粉末，并将干燥的粉末添加到树脂溶液(其中，聚酰胺-酰亚胺(pai)或聚酯-酰亚胺(pei)或聚酯(pe)等混合在例如n-甲基吡咯烷酮(nmp)等的溶剂中)中，接着高速分散从而将海泡石分散在该溶液中，并且本发明还涉及制备涂膜的技术，其中涂层组合物涂覆在例如铜和铝的金属导线上。

根据示例性实施方式的涂膜尽管厚度薄，但具有优异的电绝缘性、导体紧密接触性、和耐热性，因此可以应用在例如电动机、交流发电机、变压器等的元件上，并且通过薄膜和高绝缘特性提高漆包绕组线的集成性，使得电流密度增加，因此同时获得元件的小型化和高输出。在现有技术中，当厚度减少时，击穿电压也减少，使得在减少涂膜的厚度同时增加击穿电压的技术成为问题。本发明公开了能解决这个问题的技术。

根据本发明的示例性实施方式，通过将表面处理过的海泡石高速分散于聚酰胺-酰亚胺树脂等之中制备的涂层组合物，具有高耐热性，可涂覆在铜导体上，因此制备漆包绕组线。当漆包绕组线具有如图1所示的相同结构时，可以制备在导体直径为1mm的铜上厚度为18-22μm的单层涂膜。涂膜由分散于聚酰胺-酰亚胺等上漆聚合物等中的表面经硅烷或二甲基氯化铵处理的海泡石构成。本文使用的海泡石具有堆叠滑石板(stackedtalcplate)形式的线性网状结构，并且具有硅酸镁复合物，而且多孔以具有显著大的表面积。海泡石微粒具有230-380m²/g的比表面积，且具有50-500nm的尺寸。当表面用硅烷或二甲基氯化铵进行表面处理时，在有机树脂中的分散性增加，从而显著改善最终涂膜的电绝缘性、耐磨性、涂覆粘合性、和耐热性。

作为耐热树脂，其也是制备漆包绕组线时涂膜的粘合树脂，任何一种或两种或更多种的聚酰胺-酰亚胺、聚酯、聚酯-酰亚胺和聚酰胺酸可混合使用。在制备涂层组合物时耐热树脂可具有树脂溶液的形式，其中，15-45wt％的耐热树脂与至少有一种有机溶剂混合，有机溶剂是，例如n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基乙酰胺(dmac)、溶纤剂、乙二醇、酮等。

本发明包括将多孔海泡石纳米微粒高速分散在耐热树脂溶液中。特别地，当将经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石直接投入有机溶剂中时，海泡石可能分散不均匀，而是尽管使用高速搅拌仍然沉降下来。基于溶液中包含的固体含量，将含量为0.1-5wt％的多孔海泡石纳米微粒添加到耐热树脂溶液中，接着以3600rpm或更高转速、或以3600-15000rpm高速分散30分钟或更长时间、或30-180分钟。

另外，根据在聚酰胺-酰亚胺(pai)树脂等中搅拌经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石的方法，树脂的可混合性具有差异。例如，当经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石添加到聚酰胺-酰亚胺溶液中，接着进行小于3600rpm的通常搅拌，或接着进行其中使用球磨分散器且搅拌以小于3600rpm进行的合成搅拌(syntheticstirring)时，可通过肉眼观察到微粒没有均匀地分散。因此，当经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石直接投入到具有低粘度的树脂溶液(例如聚酰胺-酰亚胺等)中，接着在能够提供高剪切力的高速搅拌器中搅拌时，海泡石可均匀地且有利地分散在溶液中，并可维持长时间的分散性。

如图2a所示，在根据相关技术制备有机-无机混合漆包绕组线的方法中，通过将陶瓷无机材料添加到聚酯或聚酯-酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺中而制备，多层结构的制备过程复杂(过程如图2a所示)。在现有技术中，在无机材料与有机材料之间的结合力和无机材料在有机材料中的分散性不足，相应地，当直接在导体上进行涂覆时，导体与涂膜之间的涂覆粘合性下降。因此，用具有高涂覆粘合性的材料进行第一涂覆，然后进行第二涂覆，其中无机材料分散在中间层中。另外，需要第三涂覆，以覆盖由于无机材料分散性不足而导致的大表面粗糙度或擦痕。第一、第二和第三涂层的情况下，其分别所需的次数取决于一次涂层微米数(μm)以及取决于需要的特征而确定。因此，根据使用二氧化硅或其它板状或球状陶瓷的制备方法，涂膜的厚度增加，并且过程复杂。

相反地，根据本发明示例性实施方式的涂层组合物的制备方法(过程如图2b所示)，经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石(例如，0.5wt％)直接投入到聚酯或聚酯-酰亚胺或聚酰胺-酰亚胺溶液(例如，30wt％)，并通过高速搅拌器分散(大约3600rpm或更高转速分散30分钟或更长时间)。具有多孔结构的纳米尺寸的海泡石均匀地分散在溶液中，并且在涂覆后的干燥时其与有机材料具有优异的结合力，使得表面粗糙度均匀且没有擦痕。此外，与导体的涂覆粘合性也极好。因此，不需要用于增加粘合性的第一涂覆处理和额外执行的第三涂覆处理，使得整个过程的效率显著地改善。通过上述方法完成一次涂覆，能够制备满足外观、涂覆粘合性、电绝缘性、耐热性、和耐磨性所有要求的涂膜，该涂膜能被很薄地制备是一个很大优势，与现有的漆包绕组线的涂层技术相比是很大区别。

此外，在本发明中，具有多孔结构的纳米尺寸的海泡石经表面处理，从而在有机材料中具有优异的分散性并且在涂覆后的干燥时增加与有机材料的结合力。特别地，尽管海泡石以大约0.1-5wt％的小含量添加，但是击穿电压能增加两倍或更多，并且与导体的涂覆粘合性优异，使得最终的涂膜的厚度较薄。如上所述，可以使用纳米尺寸的多孔陶瓷材料的海泡石微粒以在显著地增加击穿电压的同时具有薄的涂层厚度。

在本发明中，如有需要可以加入或减去与上面的描述不同的细节，因此，细节不特别地限制在本发明公开的内容中。

根据本发明的示例性实施方式，纳米尺寸的多孔材料的海泡石经硅烷或二甲基氯化铵表面处理，并添加到耐热树脂溶液中，例如聚酰胺-酰亚胺等，使得在例如铜或铝的导体上涂覆制备的组合物时，涂膜的抗擦性优异，并可实现薄的厚度，且可确保显著地改善击穿电压，并且可以在一个阶段完成总的涂覆过程，因此具有能简化制备有机/无机混合漆包绕组线的总流程的优异效果。

在下文中，为了更好地理解本发明而给出实施例，然而，下面的实施例仅仅是举例说明性的，并不限制本发明的范围。

比较例1-11

比较依赖于搅拌方法的与树脂的可混合性的测试，在经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石于聚酰胺-酰亚胺(pai)树脂等中，在如下表1所示的条件下实施。

对于高速搅拌，使用如下的具有叶片的、最大rpm为4500的高速搅拌器，以提供18m/s或更高的高剪切力。

高速搅拌器：1hphomomixer

-电动机：防爆1hp，ac电动机，1相，220v，60hz

-叶轮：rotor&stator，sus316l

间隙0.2mm

当使用nmp溶剂时，基于100wt％的pai，nmp溶剂与1wt％的经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石混合，接着以3600rpm或更高转速高速搅拌30分钟或更长时间，或以1000rpm的通常搅拌(混合量与上面相同)，或接着进行其中使用球磨分散器并且随后实施通常搅拌的合成搅拌(混合量与上面相同)。

当没有分离使用nmp时，基于100wt％的pai，添加1wt％重量份粉末的经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石，然后高速分散。

表1

如上表1所示，与树脂的可混合性取决于在聚酰胺-酰亚胺(pai)树脂等中搅拌经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石的方法而存在差别。现有的聚酰胺-酰亚胺树脂有着透明状态，因为没有添加材料。相反地，当1wt％的经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石添加到聚酰胺-酰亚胺溶液中，接着以大约1000rpm进行通常搅拌时，肉眼可观察到微粒没有均匀地分散。此外，即使在其中使用球磨分散器并以大约1000rpm进行搅拌的合成搅拌的情况下，当海泡石经硅烷表面处理后，肉眼观察不到海泡石微粒，并且没有分层；然而，当海泡石经二甲基氯化铵表面处理后，肉眼可观察到海泡石微粒。

因此，能理解当以3600rpm或更高转速的高速搅拌进行30分钟或更长时间时，经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石微粒都可以均匀地分散在聚酰胺-酰亚胺溶液中。

实施例1

以如图2b所示的相同方式，用二甲基氯化铵涂覆的海泡石(平均粒径是50-500nm)添加到溶液中，在该溶液中30wt％的聚酰胺-酰亚胺在nmp溶剂中聚合，其中基于溶液中包含的固体量的重量，海泡石的含量是0.5wt％，接着高速分散，从而制备涂层组合物。

如上所制备的涂层组合物以18μm的厚度涂覆在直径1mm的铜导体上，从而制备其上形成涂膜的漆包铜导线。

实施例2

以如图2b所示的相同方式，用硅烷涂覆的海泡石(平均粒径是50-500nm)添加到溶液中，在该溶液中30wt％的聚酰胺-酰亚胺在nmp溶剂中聚合，其中海泡石的含量是固体的0.5wt％，接着以3600rpm或更高转速高速分散30分钟或更长时间，从而制备涂层组合物。

如上所制备的涂层组合物以18μm的厚度涂覆在直径1mm的铜导体上，从而制备其上形成涂膜的漆包铜导线。

实施例3

如下表2所示，涂层组合物以与上面实施例2相同的方式制备，除了用硅烷涂覆的海泡石的添加量是固体的1wt％。

如上所制备的涂层组合物以18μm的厚度涂覆在直径1mm的铜导体上，从而制备其上形成涂膜的漆包铜导线。

比较例1

如图2a所示的现有的方法，聚酰胺-酰亚胺以32μm的厚度涂覆在直径1mm的铜导体上，其没有添加单独的无机材料，从而制备其上形成涂膜的漆包铜导线。

比较例2

以与上面实施例2相同的方式制备漆包铜导线，除了在添加用硅烷涂覆的海泡石之后，以大约1000rpm进行通常搅拌。

实验例

根据以下方法对通过实施例1至3和比较例1和2制造的漆包铜导线进行涂覆粘合性和击穿电压的比较评价。

粘合性性质

在比现有的ksc3107涂膜抗擦性和涂覆粘合性测试更严厉的条件下进行粘合力测试。当导线分别被拉伸20％、25％、和30％后，测量当把导线缠绕在直径是导体直径的两倍的心轴上时导致的表面上的擦痕数。在严厉的测试条件评估涂膜的柔性和粘合性，尽管添加了无机材料。

击穿电压

根据ksc3600标准进行击穿电压的评估。

根据实施例1至3和比较例1和2制备的漆包铜导线的组成、其物理性质的评估结果示于下表2中：

表2

图3示出根据实施例1和比较例1制备的混合树脂的外观、以及漆包绕组线(比较例1：pai(相关技术)，实施例1：pai+海泡石0.5wt％)，图4示出根据比较例2制备的漆包绕组线的图片。从图3能理解的是，与树脂溶液经经过处理的比较例1相比，实施例1的漆包绕组线具有优异的相同外观性能光泽、优异的表面粗糙度、和优异的涂膜抗擦性。特别地，根据实施例1通过在30wt％的聚酰胺-酰亚胺溶液中添加0.5wt％的经二甲基氯化铵表面处理的海泡石的混合树脂，接着进行高速分散，观察得到的混合树脂的外观时，其保持与现有的聚酰胺-酰亚胺树脂相同的透明度，并且肉眼观察不到海泡石微粒。此外，能理解的是，即使通过使用该溶液进行涂覆而制备漆包绕组线时，在外观方面的评估状态，例如光泽、表面粗糙度、涂膜抗擦性等，与进行现有的聚酰胺-酰亚胺涂层相比同样令人满意。也能理解的是，在图4中所示的比较例2的漆包绕组线没有进行高速搅拌，使得该漆包绕组线具有粗糙的表面，并出现擦痕。

而且，如上表2所示，能理解的是，实施例1至3的漆包铜导线，其根据本发明示例性实施方式将经表面处理的海泡石高速分散在有机材料涂层组合物中而制备，即使在薄厚度而没有第一涂层时，该漆包铜导线也具有显著优异的涂覆粘合性，并且还具有显著改善的击穿电压。特别地，实施例1的聚酰胺-酰亚胺漆包绕组线通过分散0.5wt％的经二甲基氯化铵表面处理的海泡石而制备，其外观干净，并且在紧密接触性质测试中拉伸20％、25％和30％时都几乎没有显现擦痕，并且击穿电压高达2500v。相反地，根据现有的方法没有添加混合的无机材料而制备的比较例1的聚酰胺-酰亚胺漆包绕组线，其涂层外观干净，但是在紧密接触性质测试中在25％拉伸时观察到一次擦痕，在30％拉伸中观察到三次擦痕，并且击穿电压仅仅为1500v。而且，可以确定在根据现有的方法添加海泡石制备的比较例2中，在20％和25％拉伸中各自观察到2次擦痕，并且在30％拉伸时观察到10次擦痕，以致于紧密接触性质显著下降，并且击穿电压仅仅为1000v。

因此，能理解的是，通过将具有多孔结构且经硅烷或二甲基氯化铵表面处理的海泡石微粒添加到有机材料中而不是添加现有的球形硅微粒，接着进行高速分散而制备涂层组合物，其中通过使用上述涂层组合物而形成涂膜的实施例1至3的漆包铜导线，具有优异的紧密接触性质，并且在击穿电压提升4倍的同时，与使用现有材料制备的比较例1的漆包铜导线相比，具有相当于其44％的较薄厚度。

尽管本发明已经结合目前认为可实践的示例性实施方式进行描述，应该理解本发明不限制在公开的实施方式中，相反地，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改和等同的配置。