Dispersión de nanoalúmina en un sistema de resina o disolvente.

Un método para preparar una dispersión de nanoalúmina estable derivada de sol que comprende dispersar la nanoalúmina en una solución en forma de dispersión que contiene un 1,

2-diol, en el que la solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenólico o basado en amida.

Dispersión de nanoalúmina en un sistema de resina o disolvente Antecedentes de la invención Esta invención se refiere a una dispersión de una nanoalúmina; y, más particularmente, a una dispersión de nanoalúmina mejorada para revestimientos tales como revestimientos de cables.

Las dispersiones de nanoalúmina se usan en muchas aplicaciones de revestimiento. En aplicaciones de aislamiento eléctrico, se ha encontrado que las dispersiones de nanoalúmina que son tixotrópicas producen una acumulación uniforme en los bordes sobre un cable conformado. También se ha encontrado que bajos niveles de carga en un recubrimiento de poliamidoimida para el cable disminuyen el coeficiente de fricción, y mejoran la resistencia a la abrasión del revestimiento del cable. Se ha encontrado además que altos niveles de carga (~20% basado en los sólidos de la resina) en revestimientos de poliéster, poliesterimida, poliamidoimida, poliimida o poliuretano alcanzan una resistencia al efecto corona muy aceptable en motores inversores.

Típicamente, la alúmina está disponible en forma de polvo. Sin embargo, la dispersión del polvo en un sistema de resina, o un disolvente, presenta problemas. Esto se debe a que la alúmina forma agregados insolubles que requieren fuerzas de cizallamiento extremas para romperlos en partículas individuales. Modos típicos para hacer esto incluyen ultrasonidos, molienda con bolas, molienda con arena y homogeneización a alta presión, por ejemplo. Sin embargo, un problema con estas técnicas y similares es que la dispersión resultante a menudo es inconsecuente con el resultado de que las partículas de alúmina sedimentan o se reaglomeran en el sistema de resina o disolvente. Esto conduce a irregularidades y problemas de calidad para el usuario final.

Los dispersantes usados comúnmente en la industria de los revestimientos se pueden usar para mitigar estos problemas de dispersión y sedimentación. Pero los altos niveles de carga necesarios con las nanopartículas, debido a su gran superficie específica, afectan a la utilidad de los dispersantes. Además, se encuentra a menudo que los dispersantes usados son perjudiciales para las propiedades físicas requeridas en revestimientos curados finales. Éstas incluyen escasa estabilidad térmica y defectos de revestimiento. El resultado es que los altos costes invertidos al usar estos dispersantes no se pueden justificar fácilmente.

Cargas tales como la alúmina son comunes en la industria de los revestimientos para aislamiento eléctrico, y existe un número de patentes de EE. UU. dirigidas al uso de cargas para cable de electroimán de resistencia al efecto corona mejorada. Estas patentes incluyen las patentes de EE. UU. 6.649.661 y 6.476.083, por ejemplo. Sin embargo, el uso de cargas tampoco resuelve el problema.

El documento US 4.546.041 es un ejemplo de la técnica anterior en el que partículas de alúmina se dispersan mediante mezcladura por alto cizallamiento y a partir de US 6.476.083 B1 se conocen dispersantes de alúmina específicos, que principalmente están comprendidos por ácidos monocarboxílicos específicos.

Breve compendio de la invención La presente invención se dirige a una solución para el problema descrito anteriormente e implica un método de dispersión único que requiere sólo una agitación mínima para producir una dispersión de alúmina estable. Usando el método de la invención, una nanoalúmina derivada de sol se puede dispersar fácilmente en un sistema de resina o disolvente. La dispersión es estable a la sedimentación con el tiempo, y proporciona mayor homogeneidad y coherencia para el usuario final, incluyendo la producción de revestimientos curados finales cuyas propiedades físicas incluyen buena estabilidad térmica y ausencia de efectos del revestimiento. El menor tamaño de partícula también da un revestimiento más flexible con menos defectos.

Inicialmente, la elaboración de una dispersión de nanoalúmina estable según la presente invención comprende dispersar una nanoalúmina en una solución en forma de dispersión que contiene un 1, 2-diol, en donde la solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenólico o basado en amida. El 1, 2-diol puede ser etilenglicol y/o 1, 2propanodiol. La relación de nanoalúmina: solución en forma de dispersión es de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 1:10.

La nanoalúmina se puede dispersar en la solución en forma de dispersión, por ejemplo, mezclando durante un período de tiempo seleccionado. Por supuesto, la nanoalúmina también se puede dispersar en la solución por otros medios.

La solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenólico o basado en amida. El disolvente fenólico puede ser fenol y/o ácido cresílico. El disolvente de amida puede ser N-metilpirrolidona o dimetilformamida. Según este aspecto de la invención, la solución en forma de dispersión sería (a) una solución de etilenglicol y un disolvente fenólico o (b) una solución de etilenglicol y un disolvente basado en amida. Si se usa etilenglicol para el 1, 2-diol, el etilenglicol se puede mezclar en una relación de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 3:1 con el disolvente fenólico o el disolvente basado en amida.

Según otro aspecto, la solución en forma de dispersión de nanoalúmina estable se puede mezclar con un revestimiento de resina. Esta mezcla se puede revestir sobre un cable y curarse para proporcionar al cable propiedades físicas potenciadas, tales como resistencia al rayado y coeficiente de fricción. El revestimiento de resina se elige de un grupo que consiste en revestimientos de poliamidoimida, revestimientos de poliesterimida, revestimientos de poliéster, revestimientos de poliuretano, revestimientos de poliimida, y sus combinaciones. La solución en forma de dispersión de nanoalúmina se mezcla con el revestimiento de resina en una relación de aproximadamente 0, 5:100 a aproximadamente 20:100.

Descripción detallada de la invención La siguiente descripción detallada ilustra la invención a modo de ejemplo y no a modo de limitación. Esta descripción permitirá claramente a un experto en la técnica elaborar y usar la invención, y describe varias realizaciones, adaptaciones, variaciones, alternativas y usos de la invención, incluyendo el que se cree actualmente que es el mejor modo para llevar a cabo la invención. Como se podrían realizar diversos cambios en las construcciones sin apartarse del alcance de la invención, se pretende que toda la materia contenida en la descripción se interprete como ilustrativa y no en un sentido limitativo.

La presente invención se dirige a un método para dispersar alúmina en un sistema de disolvente orgánico o resina. Partículas inorgánicas tales como alúmina, cuando se mezclan o se dispersan de otro modo, tienden a sedimentar y reaglomerarse rápidamente. Existen al menos dos tipos de alúmina disponibles comercialmente: alúmina derivada de sol (formada usando una técnica de sol-gel) y alúmina de pirólisis. La alúmina de pirólisis se prepara tradicionalmente mediante la oxidación a la llama de tricloruro de aluminio. Los sólidos resultantes comprenden grandes agregados de partículas pequeñas, siendo el tamaño de partícula típico del orden de 50 nm. La dispersión de alúmina de pirolisis en disolventes o resinas tradicionales requiere un molino de bolas (o un tipo de equipo similar) para conseguir la estabilidad de la dispersión. Incluso entonces, sin embargo, la estabilidad es limitada y las partículas tienen a sedimentar de nuevo con el tiempo.

Por otra parte, la alúmina derivada de sol se prepara en agua y el resultado es una dispersión homogénea sin sedimentación. Se prepara mediante la hidrólisis con agua de un alcóxido de aluminio bajo condiciones bien ácidas o bien básicas. Pero los intentos de dispersar el polvo de alúmina sólido en resinas o disolventes de revestimiento tradicionales ha dado como resultado una dispersión pobre de partículas que tienden a empezar a sedimentarse inmediatamente cuando la resina o el disolvente se deja en reposo.

Se ha obtenido una dispersión de alúmina estable usando alúmina tanto de pirólisis como derivada de sol, cuando se dispersaban en un 1, 2-diol en una relación de alúmina: solución en forma de dispersión de aproximadamente 1:4 a aproximadamente 1:10, en donde la solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenólico o basado en amida. 1, 2-Dioles adecuados incluyen etilenglicol y 1, 2-propanodiol. Aunque no se probó, también se esperaba que funcionaran otros 1, 2-dioles. Se conseguía una dispersión estable de al menos 5 en un medidor de finura de Hegman usando una cuchilla de Cowles o un agitador propulsor. La dispersión era homogénea y no sedimentaba cuando se... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar una dispersión de nanoalúmina estable derivada de sol que comprende dispersar la nanoalúmina en una solución en forma de dispersión que contiene un 1, 2-diol, en el que la solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenólico o basado en amida.

2. El método según la reivindicación 1, en el que la nanoalúmina se dispersa en la solución en forma de dispersión mediante mezcladura.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el 1, 2-diol se elige del grupo que consiste en etilenglicol o 1, 2propanodiol, y sus combinaciones

4. El método según la reivindicación 1, en el que el disolvente fenólico se elige del grupo que consiste en fenol y ácido cresílico o en el que disolvente de amida es N-metilpirrolidona o dimetilformamida.

5. El método según la reivindicación 1, en el que la solución en forma de dispersión es (a) una solución de etilenglicol y un disolvente fenólico o (b) una solución de etilenglicol y un disolvente basado en amida.

6. Un método para revestir un cable, que comprende: proporcionar una solución en forma de dispersión de nanoalúmina estable; mezclar la solución en forma de dispersión de nanoalbúmina con un revestimiento de resina; aplicar la mezcla de revestimiento resultante a un cable; y curar la mezcla de revestimiento resultante sobre el cable, en donde la etapa de proporcionar la solución en forma de dispersión de nanoalúmina estable comprende preparar

la solución en forma de dispersión de nanoalúmina; comprendiendo la preparación de la dispersión de nanoalúmina estable dispersar la nanoalúmina en una solución en forma de dispersión que contiene un 1, 2-diol, y en donde la solución en forma de dispersión contiene un disolvente fenílico o un disolvente basado en amida.

7. El método según la reivindicación 6, en el que la nanoalúmina se dispersa en la solución en forma de dispersión mediante mezcladura.

8. El método según la reivindicación 6, en el que el 1, 2-diol se elige del grupo que consiste en etilenglicol, 1, 2propanodiol, y sus combinaciones.

9. El método según la reivindicación 6, en el que el disolvente fenólico de la dispersión es fenol o ácido cresílico o en el que el disolvente de amida de la dispersión es N-metilpirrolidona o dimetilformamida.

10. El método según la reivindicación 6, en el que la solución en forma de dispersión es (a) una solución de etilenglicol y un disolvente fenólico o (b) una solución de etilenglicol y un disolvente basado en amida.

11. El método según la reivindicación 6, en el que el revestimiento de resina se elige de un grupo que consiste en revestimientos de poliamidoimida, revestimientos de poliesterimida, revestimientos de poliéster, revestimientos de poliuretano, revestimientos de poliimida, y sus combinaciones.

12. El método según la reivindicación 11, en el que la solución en forma de dispersión de nanoalúmina se mezcla con el revestimiento de resina en una relación de 0, 5:100 a 20:100.