CN105505294A - 一种用于加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接的底涂剂 - Google Patents
一种用于加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接的底涂剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接的底涂剂，所述底涂剂由以下组分组成：8～20份硅树脂、3～7份乙烯基类硅烷偶联剂、3～8份丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、4～8份环氧基类硅烷偶联剂、25～35份硅酸酯类化合物、0～0.5份冰醋酸、100份有机溶剂。所述底涂剂能使加成型硅橡胶与干式变压器中的硅钢片、DMD绝缘纸、NOMEX绝缘纸、铜箔、丝包线和玻纤网格布材料牢固粘结，且制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种底涂剂，更具体地，涉及一种适用于加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接的底涂剂。
背景技术
加成型硅橡胶是通过硅氢加成反应形成的具有交联网络的有机硅材料。由于硅橡胶独特的化学结构，使其具有优异的耐高低温性、优良的耐候性和电气绝缘性，在电子电力行业获得广泛的应用。然而加成型硅橡胶由于其分子结构饱和，化学惰性大，表面能低，一般很难粘接。为了增强加成型硅橡胶与接触基材的粘接性，通常需预先对基材进行底涂处理。由于接触基材的多样性以及对粘接性能要求的不断提高，相应的底涂剂开发成为加成型硅橡胶领域的研究热点。
干式变压器是一种新型环保的变压器，广泛用于城网变电站中。这种变压器在运行过程中，尤其是过载情况下，要求绝缘胶(如环氧树脂、硅橡胶等)与高低压线圈(包括绕组线圈的层间匝间的间隙填充)、铁芯以及其它材料一直无缝贴合(即粘接性好)，以确保良好的电绝缘性及防潮性。干式变压器涉及的材料比较多，常见的包括硅钢片、DMD绝缘纸、NOMEX绝缘纸、铜箔、丝包线和玻纤网格布。硅钢片表面涂有一层绝缘漆，主要是环氧树脂漆；DMD绝缘纸由一层聚酯薄膜和一层聚酯纤维复合而成；NOMEX绝缘纸是一种芳香族聚酰胺材料；丝包线由高压铜线圈外缠绕玻璃丝而成；玻纤网格布是以玻璃纤维机织物为基材，经高分子抗乳液浸泡涂层，主要是丙烯酸酯乳液。所以干式变压器需要粘接的材料可以归纳为：铜、环氧树脂、聚酯、聚酰胺、玻璃、丙烯酸酯。由于上述材料已经预先安装在变压器中，无法做到对每一种材料用不同的底涂剂处理，所以需要一种适用于上述所有材料的底涂剂。
专利CN103214946A公开了一种单组份室温硫化硅橡胶用底涂剂及其制备方法，该底涂剂的组成：聚硅氧烷、硅烷偶联剂、硅酸酯、钛酸酯、过氧化叔丁基硅烷中的至少一种；有机溶剂；香精。该底涂剂能够增强单组份室温硫化硅橡胶与铁、黄铜、不锈钢的粘接。但该专利适用的是单组份室温硫化硅橡胶，与加成型硅橡胶有本质的区别，而且只涉及金属基材的粘接。
专利CN1105052公开了一种有机硅胶粘剂用的表面增粘处理剂，其组成包括：钛酸酯、有机硅树脂、有机硅酸酯和有机溶剂，该处理剂仅适用于有机硅胶粘剂与金属、塑料材料的粘合。
专利104559765A公开了一种硅橡胶与聚酰胺材料粘结的底涂料，该底涂料由以下组分组成：溶剂、聚酰胺低聚物、硅烷偶联剂、正硅酸酯、高含氢硅氧烷和钛酸酯。该底涂料对加成型硅橡胶和PA材料的粘接效果好，但制备工艺复杂。
专利CN101872832A公开了一种应用于发光二极管的封装材料，其中封装材料的增粘底涂剂由有机溶剂、硅树脂、硅烷偶联剂和含反应性基团的硅氧烷和钛酸酯与铂的配合物组成。但是该增粘底涂剂只适用于有机硅灌封胶体(乙烯基硅氧烷、乙烯基硅树脂、含Si-H键的有机硅氧烷等的组合物)与发光二极管的粘接。
上述专利公开的底涂剂对于加成型硅橡胶与干式变压器的粘结并不适用。
发明内容
本发明的发明目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于加成型硅橡胶与干式变压材料粘接的底涂剂，所述底涂剂能使加成型硅橡胶与干式变压器中的硅钢片、DMD绝缘纸、NOMEX绝缘纸、铜箔、丝包线和玻纤网格布材料牢固粘结，且制备工艺简单。
本发明的另一发明目的是提供适用于加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接的底涂剂的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现上述发明目的的。
本发明公开了一种底涂剂，所述底涂剂包括以下按质量份计算的组分：
硅树脂8～20份；
乙烯基类硅烷偶联剂3～7份；
丙烯酰氧基类硅烷偶联剂3～8份；
环氧基类硅烷偶联剂4～8份；
硅酸酯类化合物25～35；
冰醋酸0～0.5份；
有机溶剂100份；
其中所述硅树脂具有以下结构：
[(CH3)3SiO1/2]a[H(CH3)2SiO1/2]b[HOSiO3/2]c[SiO4/2]d
其中，a＝0～5，b＝10～15，c＝2～5，d＝20～30。
硅烷偶联剂和硅酸酯中的烷氧基通过水解作用，产生的硅羟基一部分与基材表面发生化学键合，一部分与硅树脂中的羟基发生缩合；另外硅树脂中的硅氢键与加成型硅橡胶中的乙烯基发生硅氢加成反应，这样就将硅橡胶紧紧的粘附在基材表面。本发明利用三种硅烷偶联剂的协同作用，来达到增强加成型硅橡胶与多种基材的粘接效果。
优选地，所述冰醋酸的添加量为不多于0.5份。
本发明的冰醋酸能在底涂剂使用过程中接触水分从而提供酸性环境，促进硅烷偶联剂和硅酸酯中的烷氧基水解。
进一步地，本发明所述底涂剂优选包括以下按质量份计算的组分：
硅树脂10～15份；
乙烯基类硅烷偶联剂4～6份；
丙烯酰氧基类硅烷偶联剂4～7份；
环氧基类硅烷偶联剂4～6份；
硅酸酯类化合物27～32；
冰醋酸0.1～0.3份；
有机溶剂100份；其中所述硅树脂具有以下结构：
[(CH3)3SiO1/2]a[H(CH3)2SiO1/2]b[HOSiO3/2]c[SiO4/2]d
其中，a＝0～2，b＝13～15，c＝2～4，d＝25～30。
优选地，所述乙烯基类硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、苯乙烯乙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种。
优选地，所述丙烯酰氧基类硅烷偶联剂为(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三异丙氧基硅烷中的一种或者多种。
优选地，所述环氧基类硅烷偶联剂为(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-环氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷的一种或者多种。
优选地，所述硅酸酯类化合物为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯中的一种或者多种。
本发明所述有机溶剂可以为烷烃、卤代烷烃、芳烃、卤代芳烃、醇类溶剂中的一种或者多种。优选地，所述有机溶剂为醇类溶剂。
更优选地，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇中的一种或者多种。
本发明还公开了所述底涂剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将硅树脂室温下与有机溶剂混合均匀，然后加入乙烯基类硅烷偶联剂、丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、环氧基类硅烷偶联剂、硅酸酯类化合物和冰醋酸，混合均匀。
本发明还公开了所述底涂剂在加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过选用三种不同类型的硅烷偶联剂(乙烯基类硅烷偶联剂、丙烯酰氧基类硅烷偶联剂和环氧基类硅烷偶联剂)与含Si-H和Si-OH的硅树脂、硅酸酯类化合物、冰醋酸、有机溶剂混合，制备出适用于加成型硅橡胶与干式变压器中多种材料粘接的底涂剂；利用三种硅烷偶联剂的协同作用，来达到增强加成型硅橡胶与多种基材的粘接效果；利用冰醋酸的吸湿作用，使冰醋酸在使用过程中因接触水分而提供酸性环境，从而促进硅烷偶联剂和硅酸酯中的烷氧基水解，水解作用产生的硅羟基一部分与基材表面发生化学键合，一部分与硅树脂中的羟基发生缩合；利用硅树脂中的硅氢键与加成型硅橡胶中的乙烯基发生硅氢加成反应，从而使硅橡胶紧紧的粘附在基材表面；所述底涂剂的原料易得且底涂剂的制备工艺简单。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明进行阐述，然而本发明的保护范围并非仅仅局限于以下实施例，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。凡在本专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例中所用的硅树脂的合成方法为：在三口烧瓶中，加入0～20.25g的六甲基二硅氧烷，33.5～50.25g的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，57.2～91g的正硅酸乙酯，5～10g的无水乙醇，20～50g的甲苯，搅拌下保持5～20℃，往烧瓶中滴加浓HCl(4～10g)和纯水(30～60g)的混合液，滴加过程历时0.5～1.5h。然后加热至回流状态下继续搅拌2～4h。静置分出酸水层，用甲苯抽取，碳酸钠中和，无水硫酸镁干燥，过滤，将溶剂在130～150℃减压下馏出，即得所述的硅树脂。
所述的硅树脂也可以在市面上购买获得。本发明实施例中所用的硅树脂，均是按照上述合成方法，根据所需的结构合成获得。
实施例1
将8质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入7质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，3质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，5质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷和25质量份的正硅酸乙酯，混合均匀即得底涂剂。其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]5[H(CH3)2SiO1/2]10[HOSiO3/2]5[SiO4/2]20
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
实施例2
将20质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入3质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，8质量份的(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，6质量份的(3-环氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、35质量份的正硅酸乙酯和0.5质量份的冰醋酸，混合均匀即得底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]3[H(CH3)2SiO1/2]15[HOSiO3/2]2[SiO4/2]25
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
实施例3
将13质量份的硅树脂和100质量份的异丙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，6质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，4质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、30质量份的正硅酸丙酯和0.2质量份的冰醋酸，混合均匀即得底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[H(CH3)2SiO1/2]15[HOSiO3/2]4[SiO4/2]30
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
实施例4
将15质量份的硅树脂和50质量份乙醇与50质量份异丙醇的混合溶剂室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入3质量份的苯乙烯乙基三甲氧基硅烷，5质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，8质量份的2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、28质量份的正硅酸乙酯和0.3质量份的冰醋酸，混合均匀即得底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]2[H(CH3)2SiO1/2]12[HOSiO3/2]3[SiO4/2]28
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
实施例5
将10质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入6质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，4质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷，6质量份的2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、32质量份的正硅酸甲酯和0.2质量份的冰醋酸，混合均匀即得底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]1[H(CH3)2SiO1/2]13[HOSiO3/2]3[SiO4/2]30
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
实施例6
将16质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入4质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，5质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷，7质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、30质量份的正硅酸乙酯和0.4质量份的冰醋酸，混合均匀即得底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]3[H(CH3)2SiO1/2]15[HOSiO3/2]2[SiO4/2]25
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
对比例1
将加成型橡胶(道康宁HV1551/55P)直接涂覆于干式变压器材料表面，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
对比例2
将8质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入7质量份的甲基三乙氧基硅烷、3质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，5质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷和25质量份的正硅酸乙酯，混合均匀得到底涂剂。
其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]5[H(CH3)2SiO1/2]10[HOSiO3/2]5[SiO4/2]20
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
对比例3
将8质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入7质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，5质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷和25质量份的正硅酸乙酯，混合均匀即得底涂剂。其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]5[H(CH3)2SiO1/2]10[HOSiO3/2]5[SiO4/2]20
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
对比例4
将8质量份的硅树脂和100质量份的乙醇室温下混合搅拌，待硅树脂完全溶解后，加入7质量份的乙烯基三甲氧基硅烷，3质量份的(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷，5质量份的(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷和25质量份的正硅酸乙酯，混合均匀即得底涂剂。其中，所述硅树脂结构如下：
[(CH3)3SiO1/2]3[HOSiO3/2]3[SiO4/2]25
将上述底涂剂涂覆于干式变压器材料表面，室温下晾干半小时，然后施涂加成型硅橡胶(道康宁HV1551/55P)，于150℃固化半小时。冷却后，用手撕扯硅胶层，观察其在基材表面的剥离状态。
表1底涂剂的粘接效果
备注：其中○表示胶层内聚破坏，×表示胶层与基材间的粘接破坏，△表示粘接效果介于两者之间。
从表1结果可以看出，未经底涂处理时，加成型硅橡胶与干式变压器的粘结效果很差；不同时使用乙烯基类硅烷偶联剂、丙烯酰氧基类硅烷偶联剂和环氧基类硅烷偶联剂时，粘结效果也较差；使用不是通式所示结构的硅树脂，也达不到良好的粘结效果。因此，本发明所述的底涂剂能够明显改善加成型硅橡胶与干式变压器多种材料的粘接，粘接效果好。
Claims (10)
1.一种底涂剂，其特征在于，所述底涂剂包括以下按质量份计算的组分：
硅树脂8～20份；
乙烯基类硅烷偶联剂3～7份；
丙烯酰氧基类硅烷偶联剂3～8份；
环氧基类硅烷偶联剂4～8份；
硅酸酯类化合物25～35；
冰醋酸0～0.5份；
有机溶剂100份；
其中所述硅树脂具有以下结构：
[(CH3)3SiO1/2]a[H(CH3)2SiO1/2]b[HOSiO3/2]c[SiO4/2]d
其中，a＝0～5，b＝10～15，c＝2～5，d＝20～30。
2.根据权利要求1所述底涂剂，其特征在于，所述底涂剂包括以下按质量份计算的组分：
硅树脂10～15份；
乙烯基类硅烷偶联剂4～6份；
丙烯酰氧基类硅烷偶联剂4～7份；
环氧基类硅烷偶联剂4～6份；
硅酸酯类化合物27～32；
冰醋酸0.1～0.3份；
有机溶剂100份；
其中所述硅树脂具有以下结构：
[(CH3)3SiO1/2]a[H(CH3)2SiO1/2]b[HOSiO3/2]c[SiO4/2]d
其中，a＝0～2，b＝13～15，c＝2～4，d＝25～30。
3.根据权利要求1或2所述的底涂剂，其特征在于，所述乙烯基类硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、或苯乙烯乙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种。
4.根据权利要求1或2所述的底涂剂，其特征在于，所述丙烯酰氧基类硅烷偶联剂为(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷或(3-甲基丙烯酰氧丙基)三异丙氧基硅烷中的一种或者多种。
5.根据权利要求1或2所述的底涂剂，其特征在于，所述环氧基类硅烷偶联剂为(3-环氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-环氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷或2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷中的一种或者多种。
6.根据权利要求1或2所述的底涂剂，其特征在于，所述硅酸酯类化合物为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯中的一种或者多种。
7.根据权利要求1或2所述的底涂剂、其特征在于，所述有机溶剂为醇类溶剂。
8.根据权利要求7所述的底涂剂，其特征在于，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、正丙醇或异丙醇中的一种或者多种。
9.根据权利要求1～8任意一项权利要求所述底涂剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：将硅树脂室温下与有机溶剂混合均匀，然后加入乙烯基类硅烷偶联剂、丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、环氧基类硅烷偶联剂、硅酸酯类化合物和冰醋酸，混合均匀。
10.权利要求1～8任意一项权利要求所述底涂剂在加成型硅橡胶与干式变压器材料粘接中的应用。
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