一种水性绝缘漆及其制备方法与流程

1.本发明涉及水性漆制备技术领域，具体涉及一种水性绝缘漆及其制备方法。


背景技术：

2.绝缘漆主要用于浸渍处理电机电器线圈等绝缘零部件，填充在其中的间隙和微孔，在被浸渍物表面形成连续漆膜，使其粘结成一个密室的整体，从而提高其绝缘性能、机械性能以及耐候性能。然而现有绝缘漆都是以甲苯、二甲苯、苯乙烯、溶剂油作为溶剂来制造，使用时气味较大，对操作工人的健康有一定的损害，对环境的污染较为严重。
3.绝缘漆一般分为有溶剂漆和无溶剂漆两种。有溶剂漆是由有机化合物作为溶剂；无溶剂漆采用的是活性稀释剂，稀释剂参与成膜。无溶剂漆虽然可以减少有机溶剂的挥发对环境的污染，但是无溶剂漆中的活性稀释剂也具有一定的挥发性，同样对人和环境造成危害，且易燃易爆，运输贮存存在安全隐患。
4.水性绝缘漆一般是以水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性环氧树脂及水性聚酯树脂为成膜物质，以水为溶剂的一类环保型涂料，以其低污染、安全节能、使用方便等特性成为行业应用发展的方向，且已经在电动工具、水泵、园林电机、小型发电机、镇流器、小型变压器等行业得到了应用。但是，现有的水性绝缘漆涂膜存在成膜特性和绝缘性能欠佳，耐热性能弱，固化后硬度不高且耐磨性较差，特别是高温下机械强度和粘结力低等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术中水性绝缘漆存在的上述不足，通过封闭端基、提高化学键键能、化学接枝等手段，提供一种耐热性好、绝缘性佳，耐磨性和硬度优良的新型水性绝缘漆。
6.为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
7.一种水性绝缘漆，制备原料包括如下重量份数比的各组分：20-30份二元酸、20-40份二元醇、0.1-0.3份钛酸四正丙酯、20-30份三羟甲基氨基甲烷、0.3-0.6份氯化锂、8-12份端烯酸、10-20份四羧酸二酐、5-10份n-羟乙基丁二胺、15-25份n-甲基吡咯烷酮、8-12份端羟丙基聚二甲基硅氧烷、2-5份三乙醇胺、6-10份水性分散剂、3-6份丙二醇甲醚和70-90份水。
8.优选的，所述二元酸为丁二酸或戊二酸；所述二元醇为新戊二醇；所述端羟酸为十一烯酸或丙烯酸；所述水性分散剂为byk021。
9.优选的，所述二元酸25份、二元醇30份、钛酸四正丙酯0.2份、三羟甲基氨基甲烷26份、氯化锂0.4份、端烯酸10份、四羧酸二酐14份、n-羟乙基丁二胺7份、n-甲基吡咯烷酮22份、端羟丙基聚二甲基硅氧烷10份、三乙醇胺3份、水性分散剂8份、丙二醇甲醚4份和水85份。
10.上述水性绝缘漆的制备方法，包括如下步骤：
11.s1：将20-30份二元酸、20-40份二元醇和0.1-0.3份钛酸四正丙酯加入反应釜中，
在温度165-185℃下保温反应2-3h；随后温度升高至200-220℃，保温反应直至混合物酸值为28-32mgkoh/g，冷却后得反应液a；
12.s2：降低温度至80-100℃，向步骤s1中20-30份三羟甲基氨基甲烷和0.3-0.6份氯化锂，保温反应1-2h；随后再加入8-12份端烯酸，升温110-120℃保温反应1-2h，冷却后得反应液b
13.s3：取10-20份四羧酸二酐和5-10份n-羟乙基丁二胺溶于15-25份n-甲基吡咯烷酮中，在温度80-100℃下以速率500-800r/min搅拌反应2-4h，得反应液c；
14.s4：取20-40份反应液b和10-20份反应液c混合，以1-3滴/秒的滴加速度将8-12份端羟丙基聚二甲基硅氧烷滴入其中，以速率2-5℃/min升温至130-150℃，边升温边搅拌，保温反应40-60min，得反应液d；
15.s5：降温至60-70℃，向步骤s4中反应液d加入6-10份水性分散剂、2-5份三乙醇胺、3-6份丙二醇甲醚和70-90份水，以速率500-800r/min搅拌30-60min，待冷却后即可得到水性绝缘漆。
16.优选的，步骤s1的具体步骤为：在温度180℃下保温反应2.5h；随后温度升高至210℃，保温反应直至混合物酸值为30mgkoh/g。
17.优选的，步骤s2的具体步骤为：降低温度至90℃，保温反应1.5h；再升温115℃保温反应1.5h。
18.优选的，步骤s3的具体步骤为：在温度90℃下以速率650r/min搅拌反应2.5h。
19.优选的，步骤s4的具体步骤为：以2滴/秒的滴加速度将端羟丙基聚二甲基硅氧烷滴入其中，以速率3℃/min升温至144℃，边升温边搅拌，保温反应55min。
20.优选的，步骤s5的具体步骤为：降温至65℃，以速率650r/min搅拌45min。
21.有益效果：
22.1.本发明制备了一种水性绝缘漆，不使用甲苯、二甲苯、苯乙烯、溶剂油等作溶剂，减少了对环境的污染。通过利用二元酸和二元醇两次聚合制得聚酯，并对聚酯进行表面改性，最后再通过硅氧键嫁接聚酰胺类物质，使其兼具水性聚酯、水性聚酰胺物质、硅氧类化合物的优点，水性漆的绝缘性、耐热性、成膜性、耐磨性等显著增强。
23.2.本发明通过加入三羟甲基氨基甲烷，利用氨基与聚酯酯羰基发生脱水缩合反应，分子链上含有较多的活性羟基等结构，增强了架桥能力，提高了分子链中各基团化学键的键能，结合更牢固，显著提高了漆膜机械稳定性和耐磨性。通过在改性聚酯端羟基上引入端烯酸，利用羧基与端羟基发生酯化反应，达到封闭端基的作用，有效避免了极性端羟基相互吸引、吸附、吸收导致的成膜特性不佳的问题。通过加入羟丙基聚二甲基硅氧烷，通过硅氧键嫁接改性水性聚酯和水性聚酰胺，使得大分子链之间进一步接枝反应形成交联网状结构，各成分协同作用，化学键能进一步提升，显著提高了水漆的绝缘性和耐热性能，可应用于f级及其以上水性绝缘漆使用；同时成分间粘结力更牢固、更稳定，进一步提高了漆膜的粘结力和综合性能。
具体实施方式
24.以下结合下述实施方式进一步说明本发明，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
25.实施例1
26.s1：将20份二元酸、20份二元醇和0.1份钛酸四正丙酯加入反应釜中，在温度165℃下保温反应2h；随后温度升高至200℃，保温反应直至混合物酸值为28mgkoh/g，冷却后得反应液a；
27.s2：降低温度至80℃，向步骤s1中20份三羟甲基氨基甲烷和0.3份氯化锂，保温反应1h；随后再加入8份端烯酸，升温110℃保温反应1h，冷却后得反应液b；
28.s3：取10份四羧酸二酐和5份n-羟乙基丁二胺溶于15份n-甲基吡咯烷酮中，在温度80℃下以速率500r/min搅拌反应2h，得反应液c；
29.s4：取20份反应液b和10份反应液c混合，以1滴/秒的滴加速度将8份端羟丙基聚二甲基硅氧烷滴入其中，以速率2℃/min升温至130℃，边升温边搅拌，保温反应40min，得反应液d；
30.s5：降温至60℃，向步骤s4中反应液d加入6份水性分散剂、2份三乙醇胺、3份丙二醇甲醚和70份水，以速率500r/min搅拌30min，待冷却后即可得到水性绝缘漆。
31.实施例2
32.s1：将30份二元酸、40份二元醇和0.3份钛酸四正丙酯加入反应釜中，在温度185℃下保温反应3h；随后温度升高至220℃，保温反应直至混合物酸值为32mgkoh/g，冷却后得反应液a；
33.s2：降低温度至100℃，向步骤s1中30份三羟甲基氨基甲烷和0.6份氯化锂，保温反应2h；随后再加入12份端烯酸，升温120℃保温反应2h，冷却后得反应液b；
34.s3：取20份四羧酸二酐和10份n-羟乙基丁二胺溶于25份n-甲基吡咯烷酮中，在温度100℃下以速率800r/min搅拌反应4h，得反应液c；
35.s4：取40份反应液b和20份反应液c混合，以3滴/秒的滴加速度将12份端羟丙基聚二甲基硅氧烷滴入其中，以速率5℃/min升温至150℃，边升温边搅拌，保温反应60min，得反应液d；
36.s5：降温至70℃，向步骤s4中反应液d加入10份水性分散剂、5份三乙醇胺、6份丙二醇甲醚和90份水，以速率800r/min搅拌60min，待冷却后即可得到水性绝缘漆。
37.实施例3
38.s1：将25份二元酸、30份二元醇和0.2份钛酸四正丙酯加入反应釜中，在温度180℃下保温反应2.5h；随后温度升高至210℃，保温反应直至混合物酸值为30mgkoh/g，冷却后得反应液a；
39.s2：降低温度至90℃，向步骤s1中26份三羟甲基氨基甲烷和0.4份氯化锂，保温反应1.5h；随后再加入10份端烯酸，升温115℃保温反应1.5h，冷却后得反应液b；
40.s3：取14份四羧酸二酐和7份n-羟乙基丁二胺溶于22份n-甲基吡咯烷酮中，在温度90℃下以速率650r/min搅拌反应2.5h，得反应液c；
41.s4：取30份反应液b和15份反应液c混合，以2滴/秒的滴加速度将10份端羟丙基聚二甲基硅氧烷滴入其中，以速率3℃/min升温至144℃，边升温边搅拌，保温反应55min，得反应液d；
42.s5：降温至65℃，向步骤s4中反应液d加入8份水性分散剂、3份三乙醇胺、4份丙二醇甲醚和85份水，以速率650r/min搅拌45min，待冷却后即可得到水性绝缘漆。
43.对比例1
44.与实施例1的区别在于，步骤s2中不加入三羟甲基氨基甲烷和氯化锂，其他步骤和条件不变。
45.比照对比例1和实施例1性能数据可知，实施例1中未加入三羟甲基氨基甲烷，未能引入氨基，分子链活性基团减少，架桥能力减弱，分子链中各基团化学键的键能降低，结合力和漆膜机械稳定性、耐磨性明显下降。
46.对比例2
47.与实施例1的区别在于，步骤s2中不加入端烯酸，其他步骤和条件不变。
48.比照对比例2和实施例1性能数据可知，由于缺少端烯酸，极性端羟基会相互吸引、彼此吸附、吸收等，导致水漆的成膜特性不佳。
49.对比例3
50.与对比例1的区别在于，缺少步骤s3中，即未使用聚酰胺物质，其他步骤和条件不变。
51.比照对比例3和实施例1性能数据可知，由于缺少聚酰亚胺环及其聚合物，制备所得的水漆在耐热性、力学性能和绝缘性能等方面有所下降。
52.对比例4
53.与对比例1的区别在于，步骤s4中未使用端羟丙基聚二甲基硅氧烷，其他步骤和条件不变。
54.比照对比例4和实施例1性能数据可知，水漆中缺少端羟丙基聚二甲基硅氧烷，聚酯化合物和聚酰胺化合物的连接较弱、交联网状结构不够，化学键能降低，结合力减弱，水漆在绝缘性、耐热性能、耐磨等方面均有所下降。
55.对比例5
56.与对比例1的区别在于，步骤s4中滴加速率和升温速率过快，滴加速率为6滴/秒，升温速率为8℃/min，其他步骤和条件不变。
57.比照对比例5和实施例1性能数据可知，滴加速率和升温速率过快时，分子链间各成分等未能充分结合、交联网状结构不够，易发生团聚，水漆膜效果不佳，且耐热和绝缘性下降。
58.性能测试方法：gb/t 1981.2-2009。
59.对上述各实施例和对比例进行测试，结果如下：
[0060][0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。