CN103087607B - 一种单组份可固化水性环氧绝缘漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单组分水性环氧绝缘漆及其制备方法。该单组分水性环氧绝缘漆包含改性环氧树脂乳液和水性环氧固化剂，其中环氧乳液是由环氧树脂接枝改性后分散制备得，由于所制备得的环氧乳液为非离子型，不需要成盐处理，可以降低对金属的腐蚀；环氧乳液和固化剂按照一定的比例配制后制备得水性环氧绝缘漆。本发明制得的水性环氧绝缘漆在常温下具有较好的贮存稳定性和可稀释性，并且对金属腐蚀性小、pH适用范围广、固化物耐水性好，高低温下都有较高的粘接强度，很适合于制冷电机的绝缘处理。

Description

一种单组份可固化水性环氧绝缘漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可应用于电机的绝缘材料，具体地说，涉及一种可应用于空调、冰箱及其他需耐氟性能电机的绝缘漆及其制备方法。

技术背景

环氧树脂（Epoxy Resin）是指分子结构中含有2个以上环氧基并在适当的化学试剂存在下能形成三维网状固化物的化合物的总称，是一类重要的热固性树脂。环氧树脂由于其分子结构中含有独特的环氧基、醚键等活性基团和极性基团，固化后具有优良的物理机械性能、电气绝缘性能、耐化学药品性能和粘结性能等，被广泛应用于涂料、灌封、模压成型以及电气绝缘材料。但是，一般的环氧树脂难溶于水，只能溶解于芳烃、酮类等有机溶剂，因此在使用时都需要加入大量的有机溶剂配合使用。然而有机溶剂很容易挥发，极易对操作人员身体造成损害，对环境造成污染，这个缺点使得传统环氧树脂的应用受到限制。随着人们对自身健康以及环境保护方面的重视，环氧树脂的应用向低有机溶剂甚至无有机溶剂方向发展，以水作为溶剂的水基环氧树脂材料就得到了空前发展空间，各种水基环氧树脂材料不断被应用在生产中，取得了极好的社会和经济效益。

环氧树脂中的环氧基团与羧酸、酸酐、羟基、胺基等亲水基团有较大的反应活性，因此将亲水性基团引入环氧树脂使其水基化在技术上是比较容易的。一般将环氧树脂水基化的方法有两种，一种是将环氧树脂接枝上亲水的链段，将环氧树脂“溶解”在水中，制成完全透明的环氧树脂水溶液；另一种方法是通过化学改性、机械搅拌、相反转、添加乳化剂等方法，将环氧树脂制备成乳液的形式。以水溶液形式存在的环氧树脂产品由于储存周期短而限制了其发展空间；环氧乳液形式的产品是以水为连续相，环氧树脂以乳胶粒的方式存在于体系中，而往往采用水溶性固化剂，所以储存周期长，体系相对稳定，因而发展空间也较大。

为了获得某些特殊性能，如好的耐氟里昂性能、高的耐酸碱性能、高粘接强度与冲击强度等需要用较大分子量的环氧树脂作为绝缘浸渍漆的基础树脂，需要添加大量的有机溶剂才能获得易于浸渍的低粘度绝缘漆，此时，将环氧树脂水基化对降低环氧树脂绝缘漆粘度、提高环保性、改善工人工作环境和降低成本都有十分重要的意义。基于此，传统的方法是将大分子环氧树脂进行化学接枝，使其引入阴离子、阳离子后再中和成盐处理即成离子型水性环氧乳液，但用化学改性法制备的离子型水性环氧体系对pH的变化适应性较差，绝缘漆中的离子也会对金属形成腐蚀；另外也有引入非离子的亲水链段（主要是聚乙二醇）的方法，但是亲水链段的存在使漆膜的柔韧性及耐水性不理想。

发明内容

为了克服现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种对金属腐蚀性小、pH适用范围广、固化物耐水性好的可固化水性环氧绝缘漆。

本发明提供一种单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于包含如下组分：改性水性环氧树脂乳液、非离子型增稠剂，水性固化剂、水性消泡剂，水性流平剂以及分散相组成；其中，改性水性环氧树脂乳液100重量份、非离子型增稠剂0.1-10重量份、水溶性固化剂0.1～20重量份、水性消泡剂0.1～10 重量份、水性流平剂0.1～10重量份以及分散相0～50重量份。

优选的，各原料用量为：改性水性环氧树脂乳液100重量份、非离子型增稠剂5-10重量份、水溶性固化剂0.1～10重量份、水性消泡剂0.1～5 重量份、水性流平剂0.1～5重量份以及分散相35～40重量份。

优选的，所述改性水性环氧树脂乳液通过如下方法制备获得：在惰性气体保护下，在反应器中加入环氧树脂和有机溶剂，加热至100-120℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，1-3h内匀速缓慢滴加（甲基）丙烯酸类单体和三乙胺；恒温搅拌反应2-3h后加入含羟基的（甲基）丙烯酸酯单体和引发剂的混合液继续搅拌3-8h；后降温至40-50℃，搅拌下继续反应30-60 min；加水高速分散制成固含量40-60%的改性水性环氧树脂乳液。

其中，惰性气体优选自氩气、氮气或两种的混合物；

环氧树脂优选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂肪族环氧树脂以及脂肪族环氧化烯烃中的一种或是任意几种的混合物；

有机溶剂优选自脂肪醇、醇醚类溶剂中的一种或几种的混合物，更优选正丁醇和乙二醇单丁醚的混合溶剂，其重量用量比优选为(1-3):(1-2)。

优选的，环氧树脂和有机溶剂的重量用量比为：1:1-10。

其中，（甲基）丙烯酸类单体优选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种的混合物；

含羟基的（甲基）丙烯酸酯单体优选自丙烯酸-β-羟乙酯（HEA）、甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）中的一种或两种的混合物。

所述的引发剂优选自过氧化物引发剂或偶氮类引发剂，更优选过氧化苯甲酰。

其中，环氧树脂、甲基丙烯酸类单体、三乙胺、含羟基的（甲基）丙烯酸酯单体和引发剂之间的质量用量之比优选为100:(10-15):(1-3):(10-15):(2-5)；更优选100:(15):(1.0):(15):2。

本发明还提供了一种单组份水性环氧漆的制备方法：取100重量份的改性水性环氧树脂乳液，加入0.1-10重量份非离子型增稠剂、0.1-20重量份水性固化剂、0.1-10重量份水性消泡剂，0.1-10重量份水性流平剂以及0-50重量份分散相，充分搅拌至混合均匀，静置12-24h后得单组分水性环氧绝缘漆。

所述非离子型增稠剂优选具有亲水性的骨架和疏水性的侧链基团或疏水性的骨架和亲水性的侧链基团；优选为纤维素醚类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂、非离子型聚氨酯类增稠剂中的一种或是任意几种的混合物。

所述水性固化剂优选为水溶性的三聚氰胺甲醛树脂、水溶性酚醛树脂、酚封闭的异氰酸酯基聚氨酯树脂中的一种或是任意几种的混合物。

所述水性消泡剂优选是有机硅消泡剂、不含有机硅的破泡剂与憎水性固体的混合物、矿物油系消泡剂，含疏水粒子的矿物油混合物中的一种或是任意几种的混合物。

所述水性流平剂优选为改性聚有机硅氧烷溶液、改性聚氨酯溶液、改性脲溶液、改性脲聚氨酯溶液中的一种或是任意几种的混合物。

所述的分散相优选是蒸馏水、自来水、去离子水、纯净水的一种或是几种的混合物。

本发明还提供了一种固化单组份可固化水性环氧漆的制备方法：将单组份水性环氧漆浸涂或喷涂在基体表面上，在100-140℃固化2-4h后，即可。

漆膜铅笔硬度优选达到2H，按照国家标准GB/T 6739-2006 色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度进行检测，常态介电强度优选为105MV/m，浸水24h后优选为121MV/m，按照国家标准GB/T 1408-2006 绝缘材料电气强度试验方法检测。

本发明由于采用的是自由基接枝改性的方法，利用环氧树脂分子上的环氧基将（甲基）丙烯酸单体接枝到环氧树脂上，得到双键化环氧树脂；再利用双键与含羟基的（甲基）丙烯酸酯单体进行共聚，最终得到水性环氧乳液。该反应为自由基聚合机理，最终产物为部分未接枝的环氧树脂、接枝的环氧树脂、（甲基）丙烯酸单体、含羟基的（甲基）丙烯酸酯单体等的混合物。改性的聚合物分子在溶剂中舒展成线型状态。加入水后，由于未接枝环氧树脂和水的不混溶性，在水中形成胶束，接枝共聚物的环氧链段和与其相混溶的未接枝环氧树脂处于胶束内部，接枝共聚物的亲水性链段处于胶束表层，并由于与的非离子型增稠剂等作用，形成了极稳定的乳液体系。

另外，此单组分水性环氧绝缘漆的固化不是利用环氧基的活泼和多种的反应能力来固化的，而是与水溶性聚酯绝缘漆相似，利用引入分子中的羟基和不饱和键，通过水溶性的三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂、酚封闭的异氰酸酯基聚氨酯树脂等来固化，固化物中无亲水性链段，对提高漆的耐水性非常有意义；此体系无阴阳离子存在，对pH值不敏感，所以贮存稳定性优异，而且可以中温高温两阶段固化，固化成膜速度快，漆流失少，漆膜饱满，可以克服由于水的沸点低，在升至较高的温度时残余水份快速挥发造成的气泡、凹坑和针孔，增稠剂并且固化的漆膜有很好的耐氟性能和其他化学介质，高低温下都有较高的粘接强度，非常适合于空调、冰箱等制冷电机的绝缘处理。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面举一些具体的例子和操作步骤对本发明给予进一步说明。除非文中特别说明，否则实施例中所涉及的所有组分和百分数与本申请中的其他地方一样是基于重量。对于制备的材料的性能检测是严格按照国家标准执行。

其中，漆膜铅笔硬度按照国家标准GB/T 6739-2006 色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度进行检测，常态介电强度按照国家标准GB/T 1408-2006 绝缘材料电气强度试验方法检测。

实施例1：

（1）改性水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的250mL四口烧瓶中加入Epikote 828环氧树脂100g和一定质量比配制的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂，加热升温至105℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，2h内匀速缓慢滴加含15g甲基丙烯酸以及1g三乙胺；恒温105℃，搅拌反应3h后加入15g甲基丙烯酸-β-羟乙酯和2g过氧化苯甲酰的混合液继续搅拌5h；后降温至50℃，搅拌下继续反应30 min；加水高速分散制成固含量约60%环氧树脂乳液。

（2）单组份水性环氧漆的配制：取100g改性水性环氧树脂乳液，加入15g三聚氰胺甲醛树脂和1.5g聚氨酯增稠剂，加入0.8g德国BYK 019水性消泡剂和0.8g德国BYK 347水性流平剂后充分搅拌至混合均匀，静置24h后得单组分水性环氧绝缘漆。

涂膜后在120℃固化3h后，漆膜铅笔硬度达到2H，常态介电强度为105MV/m，浸水24h后为121MV/m。

实施例2：

（1）改性水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的250mL四口烧瓶中加入Epikote 828环氧树脂100g和一定质量比配制的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂，加热升温至105℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，2h内匀速缓慢滴加含10g甲基丙烯酸和5g甲基丙烯酸的溶液以及1g三乙胺；恒温105℃，搅拌反应3h后加入15g甲基丙烯酸-β-羟乙酯和2g过氧化苯甲酰的混合液继续搅拌5h；后降温至50℃，搅拌下继续反应30 min；加水高速分散制成固含量约60%环氧树脂乳液。

（2）单组份水性环氧漆的配制：取110g改性水性环氧树脂乳液，加入18g水溶性双酚A甲醛树脂和1.8g聚氨酯增稠剂，加入0.8g德国BYK 019水性消泡剂和0.8g德国BYK 347水性流平剂后充分搅拌至混合均匀，静置24h后得单组分水性绝缘漆。

涂膜后在120℃固化3h后，漆膜铅笔硬度达到2H，常态介电强度为110MV/m，浸水24h后为116MV/m。

实施例3：

（1）改性水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的250mL四口烧瓶中加入E06环氧树脂100g和一定质量比配制的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂，加热升温至105℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，2h内匀速缓慢滴加含15g甲基丙烯酸以及1g三乙胺；恒温105℃，搅拌反应3h后加入10g丙烯酸-β-羟乙酯、5g甲基丙烯酸-β-羟乙酯和2g过氧化苯甲酰的混合液继续搅拌5h；后降温至50℃，搅拌下继续反应30 min；加水高速分散制成固含量约60%环氧树脂乳液。

（2）单组份水性环氧漆的配制：取100g改性水性环氧树脂乳液，加入15g三聚氰胺甲醛树脂和1.6g聚氨酯增稠剂，加入0.8g德国BYK 019水性消泡剂和0.8g德国BYK 347水性流平剂后充分搅拌至混合均匀，静置24h后得单组分水性绝缘漆。

涂膜后在120℃固化3h后，漆膜铅笔硬度达到2H，常态介电强度为119MV/m，浸水24h后为110MV/m。

实施例4：

（1）改性水性环氧树脂乳液的制备：在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管、滴液漏斗的250mL四口烧瓶中加入E03环氧树脂100g和一定质量比配制的正丁醇和乙二醇单丁醚混合溶剂，加热升温至105℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，2h内匀速缓慢滴加含10g丙烯酸和5g甲基丙烯酸的混合溶液以及1g三乙胺；恒温105℃，搅拌反应3h后加入10g丙烯酸-β-羟乙酯、5g甲基丙烯酸-β-羟乙酯和2g过氧化苯甲酰混合液继续搅拌5h；后降温至50℃，搅拌下继续反应30 min；加水高速分散制成固含量约60%环氧树脂乳液。

（2）单组份水性环氧漆的配制：取100g改性水性环氧树脂乳液，加入18g水溶性双酚A甲醛树脂和1.5g聚氨酯增稠剂，加入0.8g德国BYK 019水性消泡剂和0.8g德国BYK 347水性流平剂后充分搅拌至混合均匀，静置24h后得单组分水性绝缘漆。

涂膜后在120℃固化3h后，漆膜铅笔硬度达到2H，常态介电强度为121MV/m，浸水24h后为109MV/m。

Claims (11)

1.一种单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于包含如下组分：改性水性环氧树脂乳液、非离子型增稠剂，水性固化剂、水性消泡剂，水性流平剂以及分散相组成；其中，改性水性环氧树脂乳液100重量份、非离子型增稠剂0.1-10重量份、水性固化剂0.1～20重量份、水性消泡剂0.1～10重量份、水性流平剂0.1～10重量份以及分散相0～50重量份；其中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂肪族环氧树脂以及脂肪族环氧化烯烃中的一种或是任意几种的混合物；所述的分散相是蒸馏水、自来水、去离子水、纯净水的一种或是几种的混合物；

所述改性水性环氧树脂乳液通过如下方法制备获得：在惰性气体保护下，在反应器中加入环氧树脂和有机溶剂，加热至100-120℃；当投入的环氧树脂充分溶解后开动搅拌，1-3h内匀速缓慢滴加(甲基)丙烯酸类单体和三乙胺；恒温搅拌反应2-3h后加入含羟基的(甲基)丙烯酸酯单体和引发剂的混合液继续搅拌3-8h；后降温至40-50℃，搅拌下继续反应30-60min；加水高速分散制成固含量40-60％的改性水性环氧树脂乳液；其中，环氧树脂、(甲基)丙烯酸类单体、三乙胺、含羟基的(甲基)丙烯酸酯单体和引发剂之间的质量用量之比为100∶(10-15)∶(1-3)∶(10-15)∶(2-5)。

2.权利要求1所述的单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于：各原料用量为改性水性环氧树脂乳液100重量份、非离子型增稠剂5-10重量份、水性固化剂0.1～10重量份、水性消泡剂0.1～5重量份、水性流平剂0.1～5重量份以及分散相35～40重量份。

3.权利要求1或2所述的单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于：其中，惰性气体选自氩气、氮气或两种的混合物；有机溶剂选自脂肪醇、醇醚类溶剂中的一种或几种的混合物。

4.权利要求3所述的单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于：有机溶剂选自正丁醇和乙二醇单丁醚的混合溶剂，其重量比为1-3∶1-2。

5.权利要求1或2所述的单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于：所述的(甲基)丙烯酸类单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种的混合物；所述的含羟基的(甲基)丙烯酸酯单体选自丙烯酸-β-羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)中的一种或两种的混合物；所述的引发剂选自过氧化物引发剂或偶氮类引发剂。

6.权利要求5所述的单组份可固化水性环氧绝缘漆，其特征在于：所述的引发剂选自过氧化苯甲酰。

7.权利要求1-6之一所述的单组份可固化水性环氧漆，其特征在于：所述非离子型增稠剂具有亲水性的骨架和疏水性的侧链基团或疏水性的骨架和亲水性的侧链基团；所述水性固化剂为水溶性的三聚氰胺甲醛树脂、水溶性酚醛树脂、酚封闭的异氰酸酯基聚氨酯树脂中的一种或是任意几种的混合物；所述水性消泡剂是有机硅消泡剂、不含有机硅的破泡剂与憎水性固体的混合物、矿物油系消泡剂，含疏水粒子的矿物油混合物中的一种或是任意几种的混合物；所述水性流平剂为改性聚有机硅氧烷溶液、改性聚氨酯溶液、改性脲溶液、改性脲聚氨酯溶液中的一种或是任意几种的混合物。

8.权利要求7所述的单组份可固化水性环氧漆，其特征在于：所述非离子型增稠剂选自纤维素醚类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂、非离子型聚氨酯类增稠剂中的一种或是任意几种的混合物。

9.权利要求1-8之一所述的单组份可固化水性环氧漆的制备方法，其特征在于：取改性水性环氧树脂乳液，加入非离子型增稠剂、水性固化剂、水性消泡剂，水性流平剂以及分散相，充分搅拌至混合均匀，静置12-24h后得单组分水性环氧绝缘漆。

10.一种固化单组份可固化水性环氧漆的制备方法：将权利要求1-8之一中的单组份可固化水性环氧漆浸涂或喷涂在基体表面上，在100-140℃固化2-4h后，即可。

11.一种根据权利要求10所述方法制备的涂膜，其特征在于：该漆膜的铅笔硬度达到2H，按照国家标准GB/T 6739-2006色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度进行检测，常态介电强度为105MV/m，浸水24h后为121MV/m，按照国家标准GB/T 1408-2006绝缘材料电气强度试验方法检测。