专利名称：粉末状环氧组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粉末状环氧组合物，将其施用于基片时具有低熔体粘度，从而能形成均匀的涂层，而且对小缝隙和裂缝具有很好的渗透能力。特别是，本发明涉及用于该粉末状环氧组合物中获得低熔体粘度的添加剂。
背景技术：
粉末状环氧涂料组合物具有很多应用。一种用途是在马达领域中。典型的马达可以包含许多部件，比如，转子(或电枢)和定子。转子和定子通常包含导线，典型的是铜导线，绕在一个部件上。绕着的导线通常被称为“布线”。马达或线圈布线技术通常需要在电绝缘金属布线上涂覆一个保护层，保护布线防止其受到灰尘，潮气和化学品的侵害。在未涂覆状态下，绝缘物质倾向于变得多孔而且容易吸收潮气。其中的布线具有很差或被破坏的保护涂层的马达暴露于高湿度环境中是易受影响的。通常，在常规使用过程中被带入马达布线的物质是容易吸收潮气的。这些物质不仅会堵塞马达正常通风要求的面积，还可能从潮湿空气中吸收水分。以这种方式被带入马达布线中的潮气形成流向接地的电流通路。一旦形成这种通路，残余的碳迹将持续导通直至出现故障。
本领域一些技术人员使用环氧涂层来保护金属布线。比如，美国专利5747565(Ono等人)公开了一种适用于绝缘电气和电子部件的环氧粉末涂料组合物。该专利公开了一种组合物，包含(A)100重量份的一种混合环氧树脂，具有800-2000的环氧当量，包括(i)一种双酚A的二环氧甘油基醚，具有180-2500的环氧当量和(ii)一种橡胶改性的环氧树脂，具有180-2500的环氧当量，通过一种双酚A的二环氧甘油基醚与一种羧基封端的丙烯腈丁二烯共聚物的反应制得；(B)一种混合的固化剂，包含(i)0.05重量份的一种咪唑化合物，(ii)0.5-10重量份的二氰基肼和(iii)1-10重量份的一种二羧酸的二酰肼和(C)50-100重量份的二氧化硅。
日本公开11-172075公开了一种环氧树脂组合物，包含(A)至少60重量％的一种晶状环氧树脂，(B)一种酚醛树脂固化剂，可以是一种双酚A型环氧化物，(C)一种熔炼二氧化硅粉末和(D)至少一种硬化加速剂，比如一种咪唑。
日本公开07-258384公开了一种环氧树脂组合物，包含(A)晶状环氧树脂，(B)一种双酚A环氧树脂型酚醛树脂固化剂，(C)一种酚醛清漆树脂，(D)双酚A，和(E)一种咪唑加速剂。
本领域还已知使用一种液体清漆来涂覆布线。一种典型的过程包括在布线上喷淋清漆来涂覆金属布线。这种过程比较消耗时间。而且，清漆通常包含挥发性有机组分，使其对环境有害。
虽然可以使用上述技术，但是本领域仍然需要不同的粉末状环氧组合物，这些组合物应该具有很好的粘合性，同时在将该组合物施用于基片上时提供很好的流动特性。
发明概述据信，这是第一次公开将大量多官能苯酚类化合物作为一种粘度改性剂用于粉末状涂层组合物中。
简单地说，本发明一方面涉及一种粉末状环氧组合物，包含(a)约30到40重量％的至少一种晶状环氧树脂，(b)约10到40重量％的至少一种酚醛可熔树脂；(c)约10到40重量％的至少一种多官能支链位阻酚。所有百分比都基于组合物总重量。可选该组合物中进一步包括小于约1重量％的苯偶姻，不超过约50重量％的双酚A封端的环氧化物，和小于约1重量％的甲基咪唑。
本发明的粉末状环氧化物可以在任何表面上作为保护涂层。在一个应用例中，该粉末被应用于一种加热的基片上。在与该加热的基片接触时，该粉末熔融，反应，并形成一种涂层。在另一个应用例中，先将该粉末熔融，然后施用于基片上。粉末还可以被带上静电，然后该带电的粉末颗粒被吸引至基片上，随后将其加热。该粉末状环氧化物特别适用于涂覆马达线圈中的电机布线。特别是，该粉末状环氧化物可以被用于包装和密封电机转子和定子，用于加固线圈布线，和将线圈连接到转子铁芯上。该粉末状环氧化物还可用于变压器的线轴绕线中。因为其熔体粘度低，所以本发明的粉末状环氧化物可以被用作纤维基片的粘合剂。比如，个人电脑主板的基片中通常包含缠结纤维，在其浸渍了本发明粉末状环氧化物之后，可以将其彼此固定。
本发明提供的环氧涂料具有极佳的重叠剪切，将在下文定义。这种特性特别符合马达线圈的要求，能使布线中的各条导线保持彼此绝缘，使导线在使用中与布线分离的可能性降至最低。
该多官能支链位阻酚的优点是，在施用于加热基片上时，起到降低粉末状涂料粘度的作用，从而在基片上的小裂缝中获得更好的渗透。而且据信使用该位阻酚能提高涂层的覆盖剪切。
与原有技术相比，本发明使用了相当少的晶状环氧树脂，这通常是该组合物中较昂贵的组分之一。经济上的优点，以及将该粉末状环氧化物应用于马达线圈过程所需的短时间，使本发明的粉末状环氧组合物特别适用于工业中。
以下详细说明本发明组合物的每种组分和制造该组合物的方法。
总的来说，这里所用的晶状环氧树脂是一种在室温(22到25℃)下是固体的传统晶体。该晶状环氧树脂的含量占该组合物总重量的约25到45重量％，优选是约30到40重量％。适用的晶状环氧树脂具有小于约130的当量，优选是约115到125，或其150℃的熔体粘度小于约5厘泊，优选是约2到3厘泊。更优选该晶状环氧树脂具有约115到125的当量，150℃时的熔体粘度是约2到3厘泊。优选该晶状环氧树脂含有极少或不含低聚物。
一种适用晶状环氧树脂的说明性实例是如以下结构式所示的氢醌型化合物。这种环氧树脂具有约120的当量，150℃时的熔体粘度是约3厘泊。
酚醛可熔树脂和多官能支链位阻酚起到固化树脂的作用。这里所用的术语“可熔”是指由苯酚和甲醛在碱条件下反应制得的一种缩合产物。适用于实施本发明的酚醛可熔树脂的说明性实例从Schenectady International，Schenectady，NY购得，商品号是HRJ-1367。该树脂含量占该组合物总重量的约10到40重量％，优选是约15到35重量％。
这里所用的术语“多官能支链位阻酚”是指选自三官能酚，四官能酚，及其组合的一种酚。除了作为固化剂之外，该多官能支链位阻酚还是一种粘度改性剂。适用多官能支链位阻芽酚的说明性实例包括从Ciba SpecialityChemicals，Tarrytown，NY购得的IRGANOX 1010(四官能)和从Great LakesChemical Co.，Indianapolis，IN购得的LOWINOX 1790(三官能)。这种位阻酚的含量占该组合物总重量的约5到40重量％，优选是约10到40重量％。因此，据发现，通常用量为1％或更少的热稳定剂IRGANOX 1010，在本发明组合物中的用量可以高达40重量％，以降低熔体粘度。因为IRGANOX 1010是一种四官能支链位阻酚，所以据信它能固化本发明的组合物，同时不会降低覆盖剪切。另一种益处是IRGANOX 1010具有非常低的环境毒性，是一种食品级物质。
以下可选组分可以被用于本发明组合物中。通过加入一种流动活性剂，比如苯偶姻，在将粉末状环氧化物施用于加热基片上形成涂层时帮助挥发性气体的释放。流动活性剂还有助于形成具有最少数量孔隙的涂层。该试剂还有助于随酚醛可熔树脂均聚发生的缩合反应中水分的挥发。使用时，苯偶姻的含量占组合物总重量的1重量％或更少。
双酚A封端的环氧化物，一种聚合环氧化物，是另一种可选组分。使用时，其含量高达组合物总重量的约50重量％，优选是约35到45重量％。
该环氧固化树脂还能自固化，即，它能在固化粉末涂层时通过均聚而反应。优选使用一种催化剂，使反应以一种商业上可以接受的速度进行。一种用于本发明的优选催化剂是2-甲基咪唑，也可以使用咪唑系的其它物质，比如，2-乙基-，丙基-，丁基咪唑等。
制造方法可以通过将树脂和固化剂的混合物高温(比如，＞200°F)挤出成一种均相混合物制造粉末状树脂。然后可以将该混合物研磨成粉碎产物，过筛获得要求的粒径分布。
一种制造本发明组合物的优选方法是，将这些组分装入配备有冷却设备的高剪切搅拌器中。一种适用搅拌器的说明性实例从Micro-Mill Bel-ArtProducts，Pequannock，NJ购得。优选该搅拌器包含一个夹套，其中用压缩空气(40到60°之间的温度)作为冷却剂。搅拌时间取决于最终要求的粒径，本领域技术人员应该能选择适当的混合时间。
然后使粉末状环氧组合物下落在加热的基片上，即，利用重力来施用粉末。或者，可以将粉末状环氧化物静电喷涂至基片上。本领域技术人员能够掌握其它现有方法，将粉末状环氧组合物施用于基片上。
本发明优选实施方式通过以下实例说明不同实施方式和本发明的详细情况。虽然这些实例起到说明目的，但是特定组分和用量以及其它条件和细节不应被理解为是对本发明范围的过度限制。除了另有说明之外，所有百分比都是重量百分比。
表1缩写
测试方法热板胶凝时间本测试方法提供定性结果。其优点是能在短时间内简单地完成。为了一致性目的，由一个人进行该测试。
使用一个温度探针，测试热板的表面，保证其温度是约150℃。将0.2克粉末状环氧化物倒在热板表面上。使用一个木质压舌板，将该粉末搅动成约1英寸(2.54厘米)直径的圆形。当粉末熔融时开始计时。使用压舌板使熔融粉末前后移动。当该熔融粉末到达特征胶凝稠度时，停止计时。时间间隔就是该粉末的胶凝时间。使用一个刀片，从热板上取下固化树脂。再重复测试两次，对三个读数取平均值。本发明组合物在150℃的胶凝时间是约60到180秒。
测试方法压片流动称取0.5克粉末状环氧化物。使用一个12毫米的冲模与柱塞和一个空压机，将称重的粉末以47磅/平方英寸压5秒形成一个压片。适用的冲模，柱塞，和空压机可以从Janesville Tool&Manufacturing，Inc.(JT&M)，Milton，WI获得，其产品号是A-1000系列。对每个实例制备两个粉末状环氧化物压片。
用#80粗砂纸磨毛钢板长度面(9英寸×2英寸或20.5英寸×5英寸)。所用钢是软钢。用异丙醇清洁磨毛的钢板并用粗棉布擦去多余的异丙醇。戴上手套，将钢板在302°F(150℃)下沿其长度方向倾斜10°放置。将该板在302°F预热20分钟。
使用一个数字卡尺，测量预制压片的厚度。将两个压片并排放置在烘箱中的预热倾斜钢板上。20分钟后，取出该金属板并测量压片流动长度。用下式计算百分流动％流动＝(压片流动长度-压片直径)÷(压片厚度)在上式中，压片直径应该是12毫米，因为使用12毫米的冲模制造压片。本发明组合物应该具有45％或更大的压片流动。
测试方法覆盖剪切强度对于每个样品，制备两个钢条(100毫米×15毫米×1.15毫米)。应该使用软钢。用#120砂纸沿长度方向磨毛每个块的一端。用异丙醇清洁磨毛块并用粗棉布擦去多余的异丙醇。将所有磨毛并清洁的钢条置于铝盘中。将该盘置于200°F烘箱中预热20到40分钟。
将0.17克粉末状环氧树脂置于一个称量皿中。用空压机和12毫米冲模与柱塞(80磅/平方英寸，12秒)，按照压片流动测试方法所述，制造12毫米压片。从烘箱中取出第一个条并置于一个夹具组件的一侧，能方便地使该钢条固定到位。将该压片按压在该条的砂磨表面上。从烘箱中取出第二个条并置于夹具组件中。将条的磨毛表面压在一起。用Lion#107夹具将样品夹在一起，并从夹具组件中取出。将样品置于一个铝盘中，然后在200°F烘箱中放置30分钟。随后，将烘箱温度升高至374°F(190℃)。使样品在该温度固化1小时45分钟或直至完全固化。从烘箱中取出并使其冷却至室温(22到25℃)。
使用Instron进行拉伸剪切测试。在180℃下制备和测试三个粉末状环氧化物样品。将样品沿长度方向放置在Instron锷夹中。将热电偶贴附在较低锷夹的表面上。当温度计读数在设定温度的0.3℃之内时，测试样品。测试三个样品，对每个样品取剪切计算值的平均值。本发明的组合物在180℃时应该具有50磅/平方英寸或更高的覆盖剪切强度。
样品1到3和对比样品A到H将表2中都以克为单位列出的全部组分装入一个Micro-Mill搅拌器中，并搅拌60秒，制成粉末状环氧组合物。用温度是40到50°F的压缩空气冷却该搅拌器。然后根据上述测试方法对每个样品进行测试。
如表3数据所示，对比例样品A具有低压片流动，因为四官能支链位阻酚IRGANOX 1010的用量太少(2克)。在对比例样品B和C中，覆盖剪切太小，因为酚醛可熔树脂的用量分别是太少和不存在。在对比例样品D中，三官能支链位阻酚LOWINOX 1790的量太少(2克)。在对比例样品E中，覆盖剪切值太小，因为使用了一种非优选的双官能支链位阻酚(Anox 70)。在对比例样品F中，覆盖剪切也太小，因为使用了一种非优选的聚合空间受阻酚(LOWINOXCPL)。在对比例样品G中，胶凝时间太短，因为使用了一种非优选的晶状环氧树脂(RSS 1407)。在对比例样品H中，压片流动太小，因为没有使用酚醛可熔树脂。
表2组合物配方
表3性能结果
所用引用文献都全文作为参考。
权利要求
1.一种粉末状环氧组合物，包含(a)约30到40重量％的至少一种晶状环氧化物；(b)约10到40重量％的至少一种酚醛可熔树脂；和(c)约10到40重量％的至少一种多官能支链位阻酚，其中所有重量百分比都基于所述组合物的总重量。
2.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述晶状环氧化物具有约115到125的当量。
3.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述晶状环氧化物具有以下结构式
4.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述酚醛可熔树脂是丁基苯酚可熔树脂。
5.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于进一步包含小于约1重量％的苯偶姻。
6.如权利要求5所述粉末状环氧组合物，其特征在于进一步包含约35到45重量％的双酚A封端的环氧化物。
7.如权利要求6所述粉末状环氧组合物，其特征在于在150℃时具有约60到180秒的胶凝时间。
8.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于进一步包含小于约1重量％的催化剂。
9.如权利要求8所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述催化剂是2-甲基咪唑。
10.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述晶状环氧树脂在150℃具有小于5厘泊的熔体粘度。
11.如权利要求1所述粉末状环氧组合物，其特征在于所述多官能支链位阻酚选自IRGANOX 1010，LOWINOX 1790，及其组合。
12.一种环氧涂层，包含以下的反应产物(a)约30到40重量％的至少一种晶状环氧化物；(b)约10到40重量％的至少一种酚醛可熔树脂；(c)约10到40重量％的至少一种多官能支链位阻酚；和(d)小于约1重量％的苯偶姻，其中所有重量百分比都基于所述组合物的总重量。
13.如权利要求12所述环氧涂层，其特征在于所述反应产物进一步包含约35到45重量％的双酚A封端的环氧化物。
14.如权利要求12所述环氧涂层，其特征在于在180℃时具有50磅/平方英寸或更大的覆盖剪切。
15.一种涂覆电机布线的方法，所述方法包含以下步骤(a)提供一种粉末状环氧组合物，包含(i)约30到40重量％的至少一种晶状环氧化物；(ii)约10到40重量％的至少一种酚醛可熔树脂；(iii)约10到40重量％的至少一种多官能支链位阻酚，和(iv)小于约1重量％的苯偶姻；(b)提供一种电机布线；(c)将所述电机布线加热到至少约150℃；和(d)将所述粉末状环氧组合物施用于所述加热的电机布线上。
16.如权利要求15所述方法，其特征在于进一步包含在步骤(d)中旋转所述电机布线的步骤。
全文摘要
本发明提供了一种粉末状环氧组合物，特别适用于涂覆电机布线。该组合物包含(a)约30到40重量％的至少一种晶状环氧化物；(b)约10到40重量％的至少一种酚醛可熔树脂；和(c)约1到40重量％的至少一种多官能支链位阻酚，其中所有重量百分比都基于所述组合物的总重量。
文档编号C09D5/03GK1608109SQ02826221
公开日2005年4月20日 申请日期2002年10月22日 优先权日2001年12月27日
发明者C·R·古尔伯特, N·L·汉森 申请人:3M创新有限公司