CN102816498A - 一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，先对环氧大豆油进行加热真空脱水；在装有搅拌器、冷凝管/真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，加入一定量的酸酐、多元醇、含羟基羧酸，在氮气保护条件下，高温下发生一系列的开环、酯化、缩聚反应后，加入环氧大豆油、催化剂，氮气保护，高温反应3～4小时，降温加入有机胺中和、去离子水、水性固化剂、固化促进剂、水性消泡剂和水性流平剂，均匀分散后，即可得到不同固含量的清澈透明的水溶性绝缘漆。本发明采用植物油脂合成，减小了对石油资源的依赖；工艺简单、操作方便，无毒害气体排出；绝缘性能好、收缩率小、韧性好、机械强度高，耐热等级达到F级，适用于电机、线圈等的绝缘处理。

Description

一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法
技术领域
本发明涉及一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，属于环保型的电工绝缘处理技术领域。
背景技术
电机电器线圈进行绝缘处理是必不可少的关键工序。普通油性绝缘漆使用时需要加入大量的有机溶剂，固化时大部分溶剂直接挥发到空气中，从而严重污染环境并造成极大的资源浪费，不符合环保和建设资源节约型社会的要求，水溶性绝缘漆势在必行。而传统的将树脂水性化主要采用乳化法，极易受到光、热、酸碱、杂质等的影响而导致稳定性较差；另外由于漆液中含有大量的乳化剂，固化后对漆膜的色泽外观和绝缘性能带来不利影响，因此，极大地限制了其在电工绝缘处理领域的应用。现在水性树脂如水性丙烯酸、水性醇酸、水性环氧、水性聚氨酯等树脂的合成基本采用石油化工原料，对石油资源的依赖相当严重，且成本越来越高。因此采用可再生的植物油脂为主要原料进行水性树脂的合成并制备水性绝缘漆成为一种可能的发展趋势。环氧大豆油是以大豆油为原料，经简单粗加工而成，产量丰富，目前主要用于塑料加工的增塑剂，因此本发明对于扩展产品用途、应用领域和提高农产品附加值也具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，工艺简单。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在装有搅拌器、真空泵的三口烧瓶中，加入80％容量的环氧大豆油，升温至120～130℃后，开启搅拌器和真空泵，真空脱水15～20min，取出密闭保存备用；
第二步：在装有搅拌器、冷凝管或真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，加入重量百分比为10～14％的酸酐、4～7％的多元醇、3～5％的含羟基羧酸，以10～15mL/min的速度持续通入氮气，在130℃～140℃保温搅拌条件下反应2～3小时，然后加入15～20％的第一步制得的环氧大豆油、1～2‰的催化剂，继续通氮气，在150℃～160℃保温搅拌条件下反应3～4小时，停止加热；降温至100℃后，停止氮气，继续搅拌，加入3～6％的有机胺、45～60％的去离子水、8～12％的水性固化剂、3～6‰的固化促进剂、1～3‰的水性消泡剂和1～3‰的水性流平剂，加完后继续搅拌1～1.5小时，得到不同固含量的清澈透明的水溶性绝缘漆。
优选地，所述的环氧大豆油在常温下为浅黄色黏稠油状液体，由植物体榨取并经简单粗加工，分子结构中平均含有3～4个环氧基，环氧值不小于6％。
优选地，所述酸酐的分子结构中含有1个酐基。
进一步地，所述的酸酐为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐和甲基纳迪克酸酐中的至少一种。
优选地，所述多元醇的分子结构中含有2～4个-OH。
进一步地，所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇和三羟甲基丙烷中的至少一种。
优选地，所述含羟基羧酸的分子结构中含有1个-COOH和1～3个-OH。
进一步地，所述的含羟基羧酸为羟甲基丙酸、二羟甲基丙酸和羟甲基丙烯酸中的至少一种。
优选地，所述的催化剂为四丁基溴化铵。
优选地，所述有机胺的分子结构中含有1～2个-N-。
进一步地，所述的有机胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和N，N-二甲基乙醇胺中的至少一种。
优选地，所述的去离子水为工业去离子水，电导率为10μs～0.1μs，电阻率为1MΩ～15MΩ。
优选地，所述的水性固化剂为水性氨基树脂。
优选地，所述的水性消泡剂为聚硅氧烷、乳化剂、稳定剂、分散剂组成。
优选地，所述的水性流平剂为有机硅类和聚氨酯类。
本发明所提供的用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法采用环氧大豆油为主要原料，通过一系列化学反应如开环、缩聚、酯化、中和反应等，制备可以与水互溶的水性树脂，然后与水性固化剂、助剂一起设计合理的配方。其反应原理如下：
Figure BDA00002037064000031
从树脂的分子结构入手，根据所选原料的分子结构特性，合理引入刚性链段和柔性链段来控制漆膜特性，引入亲水性基团，中和成盐后实现与水互溶，因此树脂在水中分散均匀、溶液透明稳定性高。没有使用单体聚合，采用植物油脂作基体树脂，减少游离单体残存对漆膜性能的影响，以水为稀释剂，溶剂含量极低因此废气排放减少。水溶性绝缘漆制备过程中，工艺简单，大幅降低产品的成本又提高了使用效率。制备的水溶性绝缘漆常温下不易发生自聚，便于储存和运输，可使用周期长。制备的水溶性漆成本低、VOC含量极低、稳定性好；固化速度快、固化物收缩率小、韧性好、机械强度高，适合作为中小型家用电器电机、汽车和摩托车起动电机、水泵电机、园林电机、小型发电机、镇流器、小型变压器、电感等电器线圈的的绝缘处理材料。
本发明的优点是采用环氧大豆油合成水溶性绝缘漆，合成工艺简单、操作方便，合成过程中无毒害气体排出，制备的水溶性绝缘漆可以与水互溶，清澈透明，贮存稳定性高气味小，有机溶剂含量低，难燃安全性佳；固化速度快，漆膜绝缘性能好、收缩率小、韧性好、机械强度高，耐热等级达到F级。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
选用一级环氧大豆油亚麻油200克脱水备用，酸酐选用甲基六氢苯酐24.6克，多元醇选用三羟甲基丙烷10.8克，羟基羧酸选用二羟甲基丙酸8.2g，环氧大豆油为33g，催化剂为四丁基溴化铵0.3g，有机胺选用三乙胺7g，去离子水为110g，固化剂选用SM5847 18g，固化促进剂选用Cycat 4040 0.84g，消泡剂选用海明斯的DF 7015 0.4g，流平剂选用毕克化学的BYK-346 0.4g。
在装有搅拌器、真空泵的三口烧瓶中，加入80％容量的环氧大豆油，升温至130℃，开启搅拌器和真空泵，真空脱水15min，取出密闭保存备用。在装有搅拌器、冷凝管/真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，充入氮气速度为12mL/min，在氮气保护条件下，加入甲基六氢苯酐24.6克、三羟甲基丙烷10.8克、二羟甲基丙酸8.2g，在135℃保温搅拌条件下反应2小时，然后加入已脱水的环氧大豆油33g、四丁基溴化铵0.3g，继续通氮气，在160℃保温搅拌条件下反应4小时，停止加热。降温至100℃后，停止氮气，继续搅拌，加入三乙胺7g克、去离子水110g、SM5847 18g、Cycat 4040 0.84g、DF 7015 0.4g和BYK-346 0.4g，加完后继续搅拌1.5小时，冷却至室温即可得到固含量为43％的清澈透明的水溶性绝缘漆，为浅黄色，无明显异味，可以与水互溶。性能参数如下：
表1
Figure BDA00002037064000041
实施例2
选用一级环氧大豆油亚麻油200克脱水备用，酸酐选用甲基四氢苯酐11.5克，多元醇选用乙二醇5克，羟基羧酸选用二羟甲基丙酸3.8g，环氧大豆油为17.5g，催化剂为四丁基溴化铵0.15g，有机胺选用NN二甲基乙醇胺3.3g克，去离子水为64g，固化剂选用SM5717 9.5g，固化促进剂选用Cycat 4045 0.4g，消泡剂选用海川的3204 0.2g，流平剂选用毕克化学的BYK-346 0.2g。
在装有搅拌器、真空泵的三口烧瓶中，加入80％容量的环氧大豆油，升温至125℃，开启搅拌器和真空泵，真空脱水15min，取出密闭保存备用。在装有搅拌器、冷凝管/真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，充入氮气速度为12mL/min，在氮气保护条件下，加入甲基六氢苯酐11.5克、乙二醇5克、二羟甲基丙酸3.8g，在135℃保温搅拌条件下反应2小时，然后加入已脱水的环氧大豆油17.5g、四丁基溴化铵0.15g，继续通氮气，在160℃保温搅拌条件下反应4小时，停止加热。降温至100℃后，停止氮气，继续搅拌，加入NN二甲基乙醇胺3.3g、去离子水64g、SM5847 9.5g、Cycat 4045 0.4g、海川的3204 0.2g和BYK-346 0.2g，加完后继续搅拌1.5小时，冷却至室温即可得到固含量为38.5％的清澈透明的水溶性绝缘漆，基本无色，无明显异味，可以与水互溶。性能参数(测试方法同实施例1)如下：
表2
 1、外观   基本无色透明粘稠液体
 2、PH值   7.5
 3、粘度(4号粘度计，23±2℃)   57s
 4、闪点(闭杯法)   ≥100℃
 4、水稀释性   与水互溶，易稀释、清亮透明
 5、固含量(5g，130±2℃)   38.5％
 6、漆膜干燥时间(130±2℃)   2h
 7、工频电气强度   95.1MV/m
 8、体积电阻系数   6.9×1013Ω·m
 9、粘结强度(螺旋线圈法)   76.5N
实施例3
选用一级环氧大豆油亚麻油200克脱水备用，酸酐选用甲基纳迪克酸酐13.6克，多元醇选用丙二醇6.6克，羟基羧酸选用二羟甲基丙酸3g，环氧大豆油为20g，催化剂为四丁基溴化铵0.17g，有机胺选用三乙胺3.3g克，去离子水为72g，固化剂选用SM5717 10.5g，固化促进剂选用Cycat 4045 0.4g，消泡剂选用海川的3204 0.23g，流平剂选用毕克化学的BYK-346 0.25g。
在装有搅拌器、真空泵的三口烧瓶中，加入80％容量的环氧大豆油，升温至125℃，开启搅拌器和真空泵，真空脱水15min，取出密闭保存备用。在装有搅拌器、冷凝管/真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，充入氮气速度为12mL/min，在氮气保护条件下，加入甲基纳迪克酸酐13.6克、丙二醇6.6克、二羟甲基丙酸3g，在135℃保温搅拌条件下反应2小时，然后加入已脱水的环氧大豆油20g、四丁基溴化铵0.17g，继续通氮气，在160℃保温搅拌条件下反应4.5小时，停止加热。降温至100℃后，停止氮气，继续搅拌，加入三乙胺3.3g、去离子水72g、SM5717 10.5g、Cycat 4045 0.4g、海川的3204 0.23g和BYK-346 0.25g，加完后继续搅拌1.5小时，冷却至室温即可得到固含量为39.2％的清澈透明的水溶性绝缘漆，为浅黄棕色，无明显异味，可以与水互溶。性能参数(测试方法同实施例1)如下：
表3
 1、外观   浅黄棕色透明粘稠液体
 2、PH值   7.3
 3、粘度(4号粘度计，23±2℃)   69s
 4、闪点(闭杯法)   ≥100℃
 4、水稀释性   与水互溶，易稀释、清亮透明
 5、固含量(5g，130±2℃)   39.2％
 6、漆膜干燥时间(130±2℃)   2h
 7、工频电气强度   101.4MV/m
 8、体积电阻系数   9.1×1013Ω·m
 9、粘结强度(螺旋线圈法)   81.7N
通过表1-3可以看出，采用上述方法制备的水溶性绝缘漆，外观上都是清澈透明的粘稠液体，均为弱碱性，粘度较大，闪点高于100℃，难以燃烧。制备的水溶性绝缘漆加水10％和10倍水稀释后仍是清澈透明的均匀液体，水溶性非常好。从工频电气强度和体积电阻系数的测试结果可以看出，制备的水溶性绝缘漆的指标均高于一般油溶性绝缘漆的80MV/m和1×1012Ω·m，因此制备的水溶性绝缘漆可广泛应用于中小型家用电器电机、汽车和摩托车起动电机、水泵电机、园林电机、小型发电机、镇流器、小型变压器、电感等电器线圈的绝缘处理上。

Claims (13)

1.一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：在装有搅拌器、真空泵的三口烧瓶中，加入80％容量的环氧大豆油，升温至120～130℃后，开启搅拌器和真空泵，真空脱水15～20min，取出密闭保存备用；
第二步：在装有搅拌器、冷凝管或真空泵、滴液漏斗的三口烧瓶中，加入重量百分比为10～14％的酸酐、4～7％的多元醇、3～5％的含羟基羧酸，以10～15mL/min的速度持续通入氮气，在130℃～140℃保温搅拌条件下反应2～3小时，然后加入15～20％的第一步制得的环氧大豆油、1～2‰的催化剂，继续通氮气，在150℃～160℃保温搅拌条件下反应3～4小时，停止加热；降温至100℃后，停止氮气，继续搅拌，加入3～6％的有机胺、45～60％的去离子水、8～12％的水性固化剂、3～6‰的固化促进剂、1～3‰的水性消泡剂和1～3‰的水性流平剂，加完后继续搅拌1～1.5小时，得到不同固含量的清澈透明的水溶性绝缘漆。
2.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的环氧大豆油在常温下为浅黄色黏稠油状液体，由植物体榨取并经简单粗加工，分子结构中平均含有3～4个环氧基，环氧值不小于6％。
3.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述酸酐的分子结构中含有1个酐基。
4.根据权利要求3所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的酸酐为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐和甲基纳迪克酸酐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述多元醇的分子结构中含有2～4个-OH。
6.根据权利要求5所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的多元醇为乙二醇、丙二醇、丙三醇和三羟甲基丙烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述含羟基羧酸的分子结构中含有1个-COOH和1～3个-OH。
8.根据权利要求7所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的含羟基羧酸为羟甲基丙酸、二羟甲基丙酸和羟甲基丙烯酸中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的催化剂为四丁基溴化铵。
10.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述有机胺的分子结构中含有1～2个-N-。
11.根据权利要求10所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的有机胺为乙二胺、三乙胺、三乙醇胺和N，N-二甲基乙醇胺中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的去离子水为工业去离子水，电导率为10μs～0.1μs，电阻率为1MΩ～15MΩ。
13.根据权利要求1所述的一种用环氧大豆油制备水溶性绝缘漆的方法，其特征在于，所述的水性固化剂为水性氨基树脂。
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