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S. Cirak:
"Wasserbasierende Isolierlacksysteme";
Supervisor, Reviewer: S. Knaus, V. Archodoulaki, H. Hoffmann; Institut für Angewandte Synthesechemie, 2018; oral examination: 2018-12-19.

In the scope of this dissertation, it was investigated if water-soluble insulating varnish systems can be used for the coating of copper wires for the electrical industry. In addition to insulating properties, the hydrolytical and thermal stability of such coating materials and good adhesion on copper wires is very important.
In order to realize the target polymer, commercially available polyhydroxyethers were chosen as starting materials for further modifications. In the first step, the free HO-groups were reacted with differen cyclic anhydrides (aliphatic, cycloaliphatic and aromatic anhydrides, anhydrides with additional carboxylic acid functionalitiy, anhydrides with double bonds). The starting ma-terials and all products were analyzed by 1H NMR and IR spectroscopy, DSC and GPC. HO-numbers were determined by titration and 31P-NMR-spectroscopy, respectively, degrees of es-terification were determined by 1H NMR spectroscopy. By variation of molar ratios products with degrees of esterification between 25 and more than 90% were obtained. Free acid groups were converted into salts by addition of amines. It was found, that a degree of esterification of more than 50% is necessary for sufficient solubility in water. DSC analysis showed that thermal crosslinking of the products is possible in an temperature range below 200°C and that glass transition temperatures of the crosslinked polymers are in a range between 80 and >150°C. A lab-scale coating procedure was developed and various water-based formulations, which con-tained butanol as co-solvent to reduce surface tension, were applied on round wires. Properties such as flow behaviour and adhesion were judged by visual inspection, insulation capacity by measuring the breakdown voltage. It was shown that during thermal treatment the ammonium salts are first nearly completely converted to carboxylic acids and then crosslinking via esteri-fication takes place. With some polymers coatings were obtained which fulfil the requirements of the winding wire industry.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, ob der Einsatz von wasserlösli-chen Isolierlacksystemen bei der Beschichtung von Kupferdrähten für die Elektroindustrie möglich ist. Neben Isoliereigenschaften sind die Hydrolyse- bzw. thermische Stabilität der Be-schichtungsstoffe und eine gute Haftung der Lacke auf den Kupferdrähten sehr wichtig.
Um das Zielpolymer zu realisieren, wurden kommerziell erhältliche Polyhydroxyether als Aus-gangsstoffe für weitere Modifikationen gewählt. Im ersten Schritt wurden die freien HO-Grup-pen mit verschiedensten zyklischen Anhydriden (aliphatische, zykloaliphatische und aromati-sche Anhydride, Anhydride mit zusätzlicher Säurefunktionalität, Anhydride mit Doppelbin-dung) umgesetzt. Die Ausgangsstoffe und Produkte wurden mittels 1H-NMR- bzw. IR-Spekt-roskopie, DSC und GPC analysiert. Die Bestimmung der HO-Zahlen erfolgt durch Titration bzw. mittels 31P-NMR-Spektroskopie, die Veresterungsgrade (VG) wurden mittels 1H-NMR-Spektroskopie bestimmt. Durch Variation der molaren Verhältnisse wurden Produkte mit VG zwischen 25 und mehr als 90% erhalten. Die freien Säuregruppen wurden durch Zugabe von Aminen in Salzform übergeführt. Es zeigte sich, dass erst bei einem Veresterungsgrad von über 50% eine ausreichende Wasserlöslichkeit erzielt wird. Mittels DSC wurde festgestellt, dass die thermische Vernetzung der Produkte in einem Temperaturbereich unterhalb von 200°C möglich ist, und dass die Glasübergangstemperaturen der vernetzten Produkte in einem Bereich zwi-schen 80 und >150°C liegen. Es wurde eine manuelle Lackierprozedur entwickelt und ver-schiedenste wasserbasierend Formulierungen, denen zur Senkung der Oberflächenspannung Butanol zugesetzt wurde, auf Runddrähte appliziert. Eigenschaften wie Fließverhalten und Haf-tung wurden visuell beurteilt, das Isolationsvermögen durch Messen der Durchschlagsspan-nung. Es konnte gezeigt werden, dass im Zuge der thermischen Behandlung zuerst zur Um-wandlung der Ammoniumsalze in Carbonsäuren kommt und dann zur Netzwerkbildung durch Veresterung. Mit einigen Polymeren wurden Lacke erhalten, die die Anforderung der Wickel-drahtindustrie erfüllen.

wasserlösli-chen Isolierlacksysteme, Beschichtung von Kupferdrähten, Zielpolymer