一种含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料及其制备方法与流程

本发明属于电绝缘粉末涂料制备，具体涉及一种含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料及其制备方法。

背景技术：

1、铝是地壳中分布最广泛的元素之一，在自然界中多以氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在。中国是铝土矿资源最丰富的国家之一，主要分布在贵州、广西、河南、山西、云南、山东等省份。制铝工业是金属冶炼行业中的第二大产业，是有色金属工业中的第一大产业，铝及铝合金具有众多优良性能，在现代工业和日常生活中应用范围广泛。随着国民经济的快速发展，我国的氧化铝需求量也逐渐增加，作为一种重要的工业原料，氧化铝产能及规模不断扩大。

2、我国是氧化铝生产大国，氧化铝产量约占全球总量的1/3以上。赤泥是在氧化铝生产过程中选洗排尾形成的，具有强碱性和辐射性的极细颗粒废弃物，由于我国氧化铝产能的不断增加，赤泥排放量逐年增大。根据矿石品位、生产工艺、技术条件等因素的影响，赤泥的产出量也会不同。每生产1吨氧化铝会附带产生0.8～1.5吨赤泥，目前我国赤泥的累积堆存量已达数亿吨。氧化铝工厂大多数采用排海倾倒和筑坝堆放，国内以采用露天筑坝堆存的措施居多。赤泥中含有多种重金属，且在其排放过程中，苛碱无法完全脱出。这些物质虽然对人体没有直接的危害，但容易渗入土地造成土地盐碱化并进入地下水中，水体ph值的变化会影响水中化合物的毒性进而对环境造成危害，这些物质随地下水进入人体，必然会影响到人的健康。在氧化铝生产过程中，赤泥颗粒悬浮于铝酸钠溶液，因此具有粒径小的特点；由于赤泥ph值很高，堆场附近植物无法生存，且风吹时容易产生扬尘污染大气。因此，筑坝堆放不仅占用了大量的土地资源，而且赤泥中的苛碱和重金属离子则会造成堆场周边土地的盐碱化和地下水污染。

3、放射性物质广泛的存在于矿石、土壤、水系统和大气中，生产氧化铝的铝土矿就是存在于地质层中的放射性物质，所以排放出的废渣赤泥具有一定的放射性。目前，建筑材料是大规模综合含有改性赤泥的有效途径之一，作为建筑材料使用时，赤泥的天然高放射性会导致建筑装饰材料放射性超标，人长期处于辐射状态，对健康会造成一定程度的影响。人体可以承受一定限度的放射性污染，当放射度加大有可能引起一系列的病变，损害人体免疫系统，并诱发类似白血病的慢性放射病。环境中的放射性物质进入人体，发出的射线会破坏机体内的大分子结构，甚至直接破坏细胞和组织结构，给人体造成损伤：如灼伤皮肤、引发白血病、各种癌症等；少量累积照射会引起慢性放射病，使造血器官、心血管系统、内分泌系统和神经系统等受到损害，发病过程往往延续几十年。因此，放射性危害成为制约赤泥在建筑材料领域大规模综合利用的主要因素之一。建筑材料中的放射性危害主要有体内辐射与体外辐射两个方面，将赤泥作为建筑材料及建筑材料的添加物加以利用时，应尽可能的降低其放射性，以减少其对人类健康造成的危害。

4、目前，赤泥的资源化利用主要是作为建材原料生产水泥、赤泥砖、加气混凝土，或者生产硅钙复合肥，回收有价金属等方式，总体利用水平较低。大量赤泥的堆放已经对人类的生产、生活造成了重大的影响，因此对赤泥实现多渠道资源化处理已十分迫切。

5、粉末涂料是以固体树脂和颜料、填料及助剂等组成的固体粉末状合成树脂涂料。和普通溶剂型涂料及水性涂料不同，它的分散介质不是溶剂和水，而是空气。它具有无溶剂污染，100％成膜，能耗低的特点。粉末涂料有热塑性和热固性两大类。热塑性粉末涂料的涂膜外观(光泽和流平性)较差，与金属之间的附着力也差，所以在汽车涂装领域中应用极少，汽车涂装一般采用热固性粉末涂料，热固性粉末涂料是以热固性合成树脂为成膜物质，在烘干过程中树脂先熔融，再经化学交联后固化成平整坚硬的涂膜。该种涂料形成的漆膜外观和各种机械性能及耐腐蚀性均能满足汽车涂饰的要求。电绝缘粉末涂料是一种热固性粉末涂料，主要用于电机转子、定子、变压器、电磁线等高绝缘性能要求的金属基材的涂装。电绝缘粉末涂料要求具有优异的电绝缘性能和出色的物理机械性能，涂膜具有较高的致密度。

6、中国专利cn106883724b公开了一种绝缘粉末涂料，所述绝缘粉末涂料呈粉末状，按照重量份数计，包括固体环氧树脂100份、固体有机硅树脂10～100份、潜伏性固化剂1～60份、阻燃剂10～100份以及促进剂0.1～10份，其中，所述环氧树脂包括双酚a型环氧树脂，所述潜伏性固化剂包括多氨基笼型倍半硅氧烷。该专利的绝缘粉末涂料形成的绝缘层用于替代传统的贴胶膜，在整个壳体外表面形成致密的完整保护层，无针孔，附着性好，具有优异的绝缘性、防漏电、阻燃性和机械性能，同时具备良好的导热性，可以把锂电池运行时产生的热量及时释放。可以为金属外壳的外部提供永久的绝缘保护，提升电池的可靠性。

7、中国专利cn114231067b公开了绝缘性能好的粉末涂料及其制备方法。一种绝缘性能好的粉末涂料，包括按质量百分比计的以下原料：50-80％树脂；1.6-1.9％十二碳二酸；1.3-1.7％甲基丙烯酸缩水甘油酯；0.5-1.0％2-甲基咪唑；0.3-0.6％颜料；0.8-1.5％流平剂；0.3-0.7％微粉蜡；0.3-0.8％安息香；0.7-1.3％增光剂；0.15-0.35％助剂；余量为填料。该专利具有使粉末涂料具有良好的绝缘效果，从而减少短路的优点。

8、中国专利cn112898871a本发明公开了一种绝缘粉末涂料及其应用，所述绝缘粉末涂料包括绝缘剂、阻燃剂、导热剂、固化剂和流平剂；所述导热剂包括二氧化钛、二氧化硅、碳化硼或氮化硅中的任意一种或至少两种的组合；所述流平剂包括苯酚、甲醛和缩水甘油醚的聚合物和/或聚丙烯酸。所述绝缘粉末涂料中的各物质相互配合，使得所述绝缘粉末涂料形成的绝缘层具有良好的绝缘性能、阻燃性能和散热性能；而其所述绝缘粉末与电池壳体附着力良好，能够耐受长期高温高湿环境，解决了现有技术中绝缘膜与电池壳体之间附着不可靠等问题。

9、中国专利cn113045956b公开了一种电绝缘粉末涂料的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：a、原材料混合：将各类原料质量百分比进行配料，然后分别加入混合机中，接着预破碎，然后再混合，制得混合均匀的原料；b、熔融挤出：将步骤a制得的混合均匀的原料放入挤出机中，经熔融挤出、压片、冷却，接着破碎成片料，熔融挤出的温度为105-110℃；c、研磨粉碎：将步骤b中破碎后的片料，置于acm磨粉机中磨粉，经旋风分离及筛分后，制得平均粒度为52.1-59.7μm的电绝缘粉末涂料。本发明制得的粉末涂料生产成本低，电绝缘性和抗菌性能好，可广泛应用于电机转子、定子、变压器、电磁线等有高绝缘性能要求的金属基材的涂装。

10、中国专利cn111440509a公开了一种铝轮毂专用粉末涂料及其制备方法，所述的铝轮毂专用粉末涂料，包括下述质量百分比的原料：改性赤泥粉40.7-43.8％、双酚a型环氧树脂45.9-49.4％、表面活性剂0.4-0.7％、固化剂3.8-5％、流平剂0.5-1.3％、消泡剂0.5-1％、增光剂0.3-0.8％、安息香0.4-0.6％、颜料0.5-0.9％，所述的铝轮毂专用粉末涂料是经过原材料混合、熔融挤出、研磨粉碎等步骤制成。本发明提高了粉末涂料的流平性能、附着力和粘贴性能，可以在铝轮毂上形成高粘贴性能的粉末涂层，使平衡块牢固地粘巾在轮毂，不易脱落，且具有良好的透气性，制备方法简单，适于工业化生产。

11、将赤泥作为填料制备粉末涂料，能够变废为宝，解决了赤泥的资源利用问题；另一方面，降低了粉末涂料的生产成本。但是，若赤泥的辐射性问题未得到有效解决，长期使用对人体会造成一定的伤害。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料，将赤泥进行改性后作为电绝缘粉末涂料的填料，能够变废为宝，减少资源浪费和对环境的负担，并且对其进行了防辐射和脱碱改性处理，使得应用更加安全环保，对粉末涂料的物理机械性能也有一定的提升作用，同时降低了粉末涂料的生产成本。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料，包括以下重量份的原料：

4、环氧树脂300～400份、不饱和聚酯树脂200～300份、消光剂50～60份、流平剂20～30份、白炭黑1～3份、颜料30～40份、改性赤泥填料300～400份；所述的改性赤泥填料包括赤泥、沸石、纳米碳酸钙。

5、优选地，所述赤泥、沸石、纳米碳酸钙的质量比为2:0.9:0.4。

6、优选地，所述改性赤泥填料的制备方法为：将赤泥煅烧后与沸石、纳米碳酸钙混合，转入球磨机，加水进行球磨，然后过滤，洗涤，烘干，即得。

7、优选地，所述煅烧温度为600℃。

8、优选地，所述球磨时间为30min。

9、优选地，所述环氧树脂为氢化双酚a环氧树脂st-3000。

10、优选地，所述消光剂为纯聚酯消光树脂rb608。

11、优选地，所述流平剂为pv88流平剂。

12、优选地，所述颜料为钛白粉。

13、本发明还提供一种含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

14、a、原材料混合：将环氧树脂、不饱和聚酯树脂、消光剂、流平剂、白炭黑、颜料、填料按照重量份进行配料，然后分别加入混合机中，预破碎，然后再混合均匀；

15、b、熔融挤出：将步骤a混合均匀的原料放入挤出机中，经熔融挤出、压片、冷却，然后破碎成片料；

16、c、研磨粉碎：将步骤b中破碎后的片料，置于acm磨粉机中磨粉，经旋风分离及筛分后，制得电绝缘粉末涂料。

17、本发明具有以下有益效果：

18、(1)本发明以沸石做为防辐射外掺料，其独特结构所具有的吸附性和所含的少量硼原子使其能够有效屏蔽辐射。沸石内布满小孔穴和通道，具有很高的吸附性和离子交换性。赤泥中游离的阳离子(包括重金属离子和核素离子)会被吸附到沸石的内部结构中产生富集团聚，游离于赤泥中的放射性核素减少，而被吸附于沸石内部的226ra、232th、40k放出的射线，一方面可以与团聚体上的重金属离子发生光电效应、电子对效应、康普顿效应，从而被吸收消耗掉能量(团聚体相较于分散体，射线被屏蔽的概率明显增大)；另一方面，可以被赤泥固结包裹于沸石内部。内部核素放出的射线被外部沸石不断的屏蔽。沸石内部吸收和保留有大量的水分，而水中的h原子是中子的良好屏蔽体，能够吸收226ra、232th、40k衰变放出的中子射线。沸石还含有一定量的轻元素硼，天然硼的同位素有两种10b和11b，10b对热中子的吸收截面达3837靶，俘获能谱宽，对中子的吸收能力很强，可以有效屏蔽试样中放射性核素产生的的中子射线。

19、(2)本发明以纳米caco3作为脱碱剂，其含有ca2+，而赤泥中的na+具有阳离子交换性，在球磨条件下，ca2+和na+进行交换取代，使na+进入水中被脱除，从而降低赤泥碱含量。而由于沸石内布满小孔穴和通道，具有很高的吸附性和离子交换性，能够促进ca2+和na+的交换取代，从而提高脱碱效率。

20、(3)本发明中，沸石含有铝硅酸盐骨架结构，是一种很好的导热填料；纳米碳酸钙下垂度小，触变性佳，机械性能和绝缘性能也好，可提升粉末涂料的触变性以及改善机械性能。球磨过程使得沸石内部也吸附了一定的ca2+，吸附ca2+的沸石与纳米碳酸钙在粒径分布和形貌特征上具有良好的匹配性，从而使得粉末涂料与基材之间有很好的交织作用，提高结合度和平滑度。赤泥和沸石均含有一定量的sio2，能够减缓轻质碳酸钙不耐酸的情况，并且进一步提高体系的电绝缘性能。

21、(4)可见，本发明采用沸石、碳酸钙在球磨条件下对赤泥进行改性，具有多重协同作用，对赤泥的辐射屏蔽、脱碱作用都起到了很好的效果，使得采用改性赤泥作为粉末涂料更安全、环保，并且对粉末涂料的物理机械性能也有一定的提升作用。

22、(5)本发明的含有改性赤泥的电绝缘粉末涂料性能优异，可应用于电机转子、定子、变压器、电磁线、新能源汽车等有高绝缘性能要求的涂装技术领域，特别是可广泛用于新能源汽车电池的绝缘涂装。