ALTANA

Monomerenfreie ungesättigte Polyesterharze von ELANTAS für die Elektroindustrie

Ungesättigte Polyesterharze haben in der Vergangenheit die lösemittelhaltigen Tränklacke, die zur Isolierung von elektrischen Wicklungen besonders in Elektromotoren verwendet wurden, weitgehend abgelöst. Dadurch wurden die Emissionen bei der Härtung deutlich gesenkt, denn die Tränklacke enthielten ca. 50% Lösemittel, die bei der Härtung entfernt werden mussten. Neben technologischen Nachteilen wie einem schlechten Füllfaktor der Wicklungen mit allen negativen Konsequenzen für die thermische und mechanische Leistungsfähigkeit der Maschinen wurde durch diese Emissionen die Umwelt belastet.

Ungesättigte Polyesterharze bestehen aus einem Harz, das in einem Comonomeren gelöst ist. Dieses Comonomere ist zur Härtung des ungesättigten Polyesters notwendig und wird dabei in das Netzwerk eingebaut. Theoretisch handelt es sich um ein System, das zu 100 % härtet und dabei keine nennenswerten Emissionen verursacht, wenn die Härtung bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. Aus technologischen Gründen ist eine Raumtemperaturhärtung großtechnisch aber nicht durchführbar, da die Verarbeitungszeit der aktivierten Harzmasse bei Raumtemperatur natürlich begrenzt ist. Deshalb wurden heißhärtende Systeme entwickelt, die einerseits bei Umgebungstemperatur eine lange Verarbeitungszeit garantieren, bei Härtungstemperatur aber eine kurze Härtungszeit haben.

Diese Eigenschaft wurde durch die Forderung der Elektroindustrie nach kurzen Taktzeiten bei der Maschinenfertigung immer wichtiger. Bei einer Heißhärtung kommen aber die für ein Lösemittel typischen Eigenschaften der Comonomeren zum Tragen, nämlich die durch den Dampfdruck bedingten Emissionen. Je nach Objekt und Härtungszyklus können bei derartigen eigentlich emissionsfrei härtenden Systemen dann doch Emissionen in der Größenordnung von bis zu 20 % der Harzeinsatzmenge auftreten, die wiederum die Umwelt belasten, auch wenn sie in Abluftreinigungsanlagen vor dem direkten Eintritt in die Umgebung gehindert werden. Hinzu kommt der wirtschaftliche Verlust durch die nicht rückgewinnbaren Emissionen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, andere Comonomere als das übliche Styrol oder Vinyltoluol einzusetzen, die auch bei erhöhten Temperaturen einen deutlich niedrigeren Dampfdruck und damit niedrigere Emissionen bei der Härtung haben. Derartige Systeme haben aber andere Nachteile, auch im Bereich der Toxikologie. Deshalb ist die ELANTAS Beck einen anderen Weg gegangen, der sich einfach dadurch beschreiben lässt, dass man das, was man nicht haben will, weglässt. Es wurden ungesättigte Polyester entwickelt, die kein Comonomer zur Härtung benötigen. Derartige Systeme haben verschiedene Vorteile gegenüber konventionellen ungesättigten Polyesterharzen. Da sie bei der Härtung kaum einen Dampfdruck haben, sind die Emissionen zwar nicht gleich Null, sie liegen aber mit je nach Objekt und Härtungsbedingung in der Größenordnung zwischen 1 und 5 % deutlich unter den Emissionen konventioneller Systeme. Da es sich um Polymere handelt, sind es keine gefährlichen Arbeitsstoffe, und sie unterliegen dadurch keinen Restriktionen bei Transport, Lagerung und Anwendung. Durch entsprechende Technologie bei der Imprägnierung der Wicklungen kann der Harzgehalt sehr genau gesteuert werden, und es ist erstmals möglich, eine fast 100%ige Füllung der Hohlräume in Wicklungen zu erreichen, ein Vorteil, der besonders in teilentladungsgefährdeten Maschinen wichtig ist.

Es sei allerdings auch nicht verschwiegen, dass die monomerenfreien ungesättigten Polyester auch Nachteile haben. Wegen ihrer polymeren Natur haben sie eine deutlich höhere Verarbeitungsviskosität, was neue Imprägniertechniken notwendig macht. Außerdem ist die Reaktivität der Systeme geringer, da polymere Moleküle physikalisch bedingt langsamer reagieren als monomere Moleküle. Auch eine physikalische Trocknung, wie sie bei Lacken und üblichen ungesättigten Polyesterharzen durch das oberflächliche Verdunsten von Lösemitteln bzw. Comonomeren eintritt, ist nicht möglich - bei den monomerenfreien Harzen ist eine Trocknung nur durch Härtung möglich. Diese Nachteile, an deren Beseitigung bzw. Umgehung intensiv gearbeitet wird, schränkt die Verwendbarkeit der monomerenfreien ungesättigten Polyesterharze dahingehend ein, dass sie außer zum Träufeln nicht auf vorhandenen Anlagen direkt einsetzbar sind.

Die monomerenfreien ungesättigten Polyesterharze gibt es seit etwa acht Jahren auf dem Markt. In den Fällen, wo sie zur Anwendung kommen, haben sie sich bewährt. Trotz der prinzipbedingten Nachteile ist ELANTAS  Beck davon überzeugt, auf dem einzig richtigen Weg zu sein, Emissionen bei der Imprägnierung elektrischer Maschinen nachhaltig zu verringern und damit der Elektroindustrie ein Mittel an die Hand zu geben, die Forderungen nach Reduzierung von Emissionen in industriellen Anwendungen, wie sie durch das Göteborg-Protokoll gefordert werden, zumindest in einem kleinen Sektor zu erfüllen.