CN105778753A - 一种绝缘漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种绝缘漆，属于涂料技术领域，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶5‑30份、聚酰亚胺25‑40份、环氧树脂30‑50份、分散剂0.1‑1份、流平剂0.1‑2份、缓蚀剂0.2‑1.0份、消泡剂0.1‑2份、溶菌酶0.1‑3份。其相应的制备方法为：先将聚酰亚胺和环氧树脂于65‑80℃下混合，然后加入纳米碳晶、分散剂、流平剂、缓蚀剂、消泡剂、溶菌酶，搅拌即可。本发明各原料之间合理配伍成水性绝缘漆，其具有良好的绝缘性能、附着力、粘结性，漆膜硬度高、丰满度好，漆膜表面均匀、致密、光滑、无微孔，且具有良好的机械性能、耐磨损、耐刮伤。

Description

一种绝缘漆及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种绝缘漆及其制备方法。

背景技术

绝缘漆又称为绝缘涂料，是绝缘材料的一个分支，广泛应用于宇航业、飞机制造业、电子工业、家用电器及其它工业，但目前用于这些行业中某些设备涂装保护的绝缘漆的绝缘性能已不能满足工作需求。例如：有的航空电机需要长期在200℃以上或短期在290℃环境中工作，工作过程中温度甚至会高达400-500℃，工作环境的温湿度变化很大，因此，需要增强这些电器产品在湿热条件下的绝缘性能，也是航天电气产品制造行业的关键之一。另外，有的绝缘材料在一定程度上会阻碍电机由于高速旋转和电冲击造成的热量散失，而热量的聚集又会加快绝缘的老化速度，从而缩短了电机的使用寿命。

目前，常用的几种类型的绝缘漆都存在其不足之处：传统的溶剂型绝缘漆在固化过程中会有大量有机溶剂挥发出来，污染环境；而无溶剂绝缘漆和高固体分绝缘漆又存在产量较小、生产成本较高的问题，不能满足市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温、导热性能良好的绝缘漆，提供其相应的制备方法是本发明的另一发明目的。

基于以上目的，本发明采取以下技术方案：

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶5-30份、聚酰亚胺25-40份、环氧树脂30-50份、分散剂0.1-1份、流平剂0.1-2份、缓蚀剂0.2-1.0份、消泡剂 0.1-2份、溶菌酶0.1-3份。

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶25份、聚酰亚胺35份、环氧树脂35份、分散剂1份、流平剂1份、缓蚀剂0.5份、消泡剂 2份、溶菌酶0.5份。

所述分散剂为聚磷酸盐和聚丙烯酸盐的混合物，聚磷酸盐和聚丙烯酸盐的质量比为2:5；缓蚀剂为磷酸盐317。

所述消泡剂为水性消泡剂；流平剂选自有机硅类、丙烯酸酯类和氟碳类中的一种、两种及以上的混合物。

所述纳米碳晶由以下方法制得：酸洗提纯：将金刚石原料粉碎成10000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH 接近于7 ；分选：将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行4-7天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米碳晶。

酸洗步骤前进行机械破碎和气流破碎，先将金刚石原料机械破碎并筛分出500目以上的细料，再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出10000目以上的细粉。

所述纳米碳晶经以下表面功能化处理：将纳米碳晶加入到浓HNO₃和浓H₂SO₄的混合液中，加热回流、离心，沉淀物采用去离子水洗涤至pH为5.0-6.0，用摩尔浓度为0.1-0.5mol·L^-1Na₂SiO₃·9H₂O溶液洗涤，超声分散1-2h，再用摩尔浓度为0.1-0.5mol·L^-1HCL洗涤，超声分散1-2h后，用去离子水洗涤、烘干即可；所述浓HNO₃和浓H₂SO₄的质量比为1:2-5。

绝缘漆的制备方法，包括以下步骤：

先将聚酰亚胺和环氧树脂于65-80℃下混合，然后加入纳米碳晶、分散剂、流平剂、缓蚀剂、消泡剂、溶菌酶，搅拌即可。

出料时，先加入N,N-二甲基乙醇胺调整绝缘漆pH至7-9，然后加入去离子水稀释至固含量为35-60%即可。

消泡剂为水性消泡剂，其主要成分为二甲基硅油、白炭黑、乳化剂，三者的配比为：(7-25) :(5-15) : (3-10)。

本发明中纳米碳晶颗粒细、硬度高、耐磨性好、生物兼容性好、无毒副作用，具有极高的比表面积和表面活性。

经表面功能化后的纳米碳晶，与绝缘漆中的其它原料复合，均匀分散其中，起到相互协同的作用，纳米碳晶表面的活性因子易与金属、橡胶、塑料聚合物、织物表面紧密结合，提高了绝缘漆在基体表面的附着力，增加了粘结强度，减少了对基体的前处理工序，提高了绝缘漆成膜后的使用寿命，而且提高了绝缘漆成膜后的导热性，能够尽快的将热量传输并散发出去，从而达到散热降温的目的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明各原料之间合理配伍成水性绝缘漆，其具有良好的绝缘性能、附着力、粘结性，漆膜硬度高、丰满度好，漆膜表面均匀、致密、光滑、无微孔，且具有良好的机械性能、耐磨损、耐刮伤。

2、纳米碳晶与各原料合理配伍，提高了绝缘漆的导热性，由于纳米碳晶呈细小的球形颗粒状，利于绝缘漆的成膜，且能与其他高聚物更好融合，能够提高绝缘漆成膜后的平面强度，提高了绝缘漆的耐磨性和显微硬度，改善了绝缘漆的抗蚀性能，延长了其使用寿命。

3、环氧树脂具有附着力强、收缩力小、耐化学品性、防腐性、耐水性、热稳定性和电绝缘性优良的特点；聚酰亚胺具有良好的耐热性、电绝缘性、机械性能和化学稳定性等特点；分散剂为聚磷酸盐和聚丙烯酸盐混合使用，聚磷酸盐具有强极性，能迅速覆盖颜料粒子表面，产生高电荷密度，起静电稳定的作用，而聚丙烯酸盐极性相对较小，覆盖颜料表面所产生的电荷密度少，但它附着在颗粒表面能起到缓冲作用，两者混合，具有静电稳定和位阻稳定协同作用，强极性的聚磷酸盐在颜料颗粒表面形成高电荷密度，以防止单个颜料颗粒之间的桥连，使涂料具有很好的分散性和贮存稳定性；磷酸盐317为水溶性固体粉末，无毒；消泡剂为水性消泡剂，具有表面张力低、活性高、消泡力强、耐热高温、挥发性低、化学稳定性好、不与其它物质发生反应等优点，无生理毒性，对体系无副作用，同时具有消、抑泡作用；溶菌酶有效降低菌类对涂料成膜后的破坏。

4、制备方法操作简单、方便、设备投资小。

附图说明

图1为纳米碳晶的工艺流程图。

图2为实施例2-8纳米碳晶添加量对绝缘漆的导热率影响图。

图3为本发明实施例2绝缘漆固化温度对表干时间的影响关系图。

图4为本发明实施例2的绝缘漆固化时间对漆膜电气强度的影响关系图。

具体实施方式

实施例1 纳米碳晶的制备

其工艺流程框图如图1 所示，其步骤为：

（1）初步破碎：首先将金刚石原料送入机械破碎机的破碎腔内，经过破碎机内部高速回转的锤头作用而破碎，破碎后的料经过不同目数的筛网，大于筛网直径的料留在破碎机内部重新破碎，经破碎机下层最细的筛网过滤的颗粒料经筛板收集 ( 筛网目数不低于32目)，而经其它目数筛网过滤的料可当做粗料出售或用于制备其它粒度的料；32 目以上的颗粒利用多层振筛机进行粒度初分，振筛时间一般控制在30min-3h，筛网目数依次从40目到500目排布，40目筛网分选出的粗料返回机械破碎机进行重新破碎，40目至500目的筛网收集的料用于制备其它粒度的料，过500目筛网后收集的细料用于制备纳米碳晶，为保证分选粒度的准确性，对收集到的细料重复筛分选一次以上。

（2）再次破碎：将步骤（1）筛分出的细料送入气流破碎机破碎腔内，利用高压气流对细料进行破碎，在气流破碎机收料口收集经筛网筛分后的料，筛网目数从1000目到10000目从高到低依次排布，收集10000目筛网筛选的细粉用于制备纳米碳晶，其它目数筛网收集的料用于制备其它料或仍返回气流破碎机进行重新破碎，1000目筛网收集的粗料自动返回气流破碎机进行重新破碎。

（3）酸洗提纯：将收集的气流破碎后10000目的细粉置于浓硫酸与浓硝酸混合液中酸洗1-5h、过滤、清洗，所述浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98% 浓硫酸和质量分数为10%浓硝酸按照质量比为7:1.2 混合而成；然后将细粉置于120℃ -180℃质量分数为5%-10%的稀盐酸中4-11h、过滤；再将该细粉置于氢氟酸中5-20h，去除料中的金属杂质以及在机械破碎、气流破碎过程中附着在料上的杂质，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7。

（4）分选：将清洗后的物料进行离心分离，离心时间为30min-50 min，转速为8000rpm，经离心分选后分离心管上部混合液和离心管底部沉积料两种；取上层混合液进行7 天沉淀分选，沉淀时间越长，分选到料的粒径就越细，沉淀分选后去除上层清液，下层沉淀物经粒度检测合格后烘干后即可得到成品纳米碳晶。离心管底部沉积料可以返回气流破碎机继续破碎也可以当成较粗粒度的成品料出售。

实施例2

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶25份、聚酰亚胺35份、环氧树脂35份、分散剂1份、流平剂1份、缓蚀剂（磷酸盐317）0.5份、消泡剂 2份、溶菌酶0.5份。

其中，流平剂为硅油和聚二甲基硅氧烷的混合物，用量比为1:1。

所述纳米碳晶经以下表面功能化处理：将纳米碳晶加入到浓HNO₃和浓H₂SO₄的混合液中，加热回流、离心，沉淀物采用去离子水洗涤至pH为6.0，用摩尔浓度为0.1mol·L^{- 1}Na₂SiO₃·9H₂O溶液洗涤，超声分散1h，再用摩尔浓度为0.1mol·L^-1HCL洗涤，超声分散2h后，用去离子水洗涤、烘干即可；所述浓HNO₃和浓H₂SO₄的质量比为1:2。

其制备方法为：先将聚酰亚胺和环氧树脂于65℃下混合，然后加入纳米碳晶、分散剂、流平剂、缓蚀剂、消泡剂、溶菌酶，搅拌即可。

实施例3

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶5份、聚酰亚胺40份、环氧树脂50份、分散剂0.1份、流平剂0.1份、缓蚀剂（磷酸盐317）0.2份、消泡剂 1.6份、溶菌酶3份。

所述纳米碳晶经以下表面功能化处理：将纳米碳晶加入到浓HNO₃和浓H₂SO₄的混合液中，加热回流、离心，沉淀物采用去离子水洗涤至pH为5.0，用摩尔浓度为0.5mol·L^{- 1}Na₂SiO₃·9H₂O溶液洗涤，超声分散2h，再用摩尔浓度为0.5mol·L^-1HCL洗涤，超声分散1后，用去离子水洗涤、烘干即可；所述浓HNO₃和浓H₂SO₄的质量比为1: 5。

其中，流平剂为硅油和丙烯酸树脂的混合物，用量比为1:1。

先将聚酰亚胺和环氧树脂于80℃下混合，然后加入纳米碳晶、分散剂、流平剂、缓蚀剂、消泡剂、溶菌酶，搅拌即可。

实施例4

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶15份、聚酰亚胺43.5份、环氧树脂37份、分散剂0.5份、流平剂0.5份、缓蚀剂（磷酸盐317）1份、消泡剂1份、溶菌酶1.5份。

流平剂为脲醛树脂和LSN-100氟碳流平剂 的混合物，用量比为1:1。

其制备方法参照实施例2。

实施例5

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶30份、聚酰亚胺25份、环氧树脂40份、分散剂0.6份、流平剂0.6份、缓蚀剂（磷酸盐317）0.6份、消泡剂 1.2份、溶菌酶2份。

流平剂为丙烯酸树脂和脲醛树脂的混合物，用量比为1:1。

其制备方法参照实施例3。

实施例6

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶10份、聚酰亚胺38份、环氧树脂45份、分散剂0.2份、流平剂2份、缓蚀剂（磷酸盐317）0.8份、消泡剂 1.5份、溶菌酶2.5份。

其中，流平剂为硅油和聚二甲基硅氧烷的混合物，用量比为1:1。

其制备方法参照实施例2。

实施例7

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶20份、聚酰亚胺37份、环氧树脂34份、分散剂1份、流平剂2份、缓蚀剂（磷酸盐317）1份、消泡剂 2份、溶菌酶3份。

流平剂为丙烯酸树脂和脲醛树脂的混合物，用量比为1:1。

其制备方法参照实施例2。

实施例8

一种绝缘漆，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶18份、聚酰亚胺38份、环氧树脂41份、分散剂0.3份、流平剂0.7份、缓蚀剂（磷酸盐317）0.3份、消泡剂0.3份、溶菌酶1.4份。

流平剂为脲醛树脂和LSN-100氟碳流平剂 的混合物，用量比为1:1。

其制备方法参照实施例3。

实施例9 纳米碳晶对绝缘漆导热率的影响

纳米碳晶添加量对绝缘漆导热率的影响，绝缘漆总量为100份时，对绝缘漆的导热率进行测试，测试结果如图2所示。

由图2可知，经过表面改性的纳米碳晶添加量为5-25份时，绝缘漆的导热率随纳米碳晶的添加量的增加而提高，当纳米碳晶添加量为25份时，绝缘漆的导热率达到最高值。其中，纳米碳晶添加量为15份时，导热率提高比较明显，说明此时形成了导热网络结构，热流可以得到快速传播。由此可知，经过表面改性的纳米碳晶在绝缘漆其他原料中能均匀分散，形成互穿网络结构，而且提高了绝缘漆的导热率。

实施例10性能测试

10.1.1固化温度对本发明绝缘漆固化时表干时间的影响

对本发明实施例2的绝缘漆进行固化时，测试其固化温度对表干时间的影响，结果如图3所示。

由图3可知，固化温度由80℃升至130℃左右时，绝缘漆的表干时间随着固化温度的升高而大幅度降低，这说明本发明绝缘漆在较高的固化温度下固化速率快、流失量小、利用率高，而固化温度太低不利于水分挥发。

10.1.2固化时间对漆膜电气强度的影响

利用漆膜法测试本发明实施例2的绝缘漆固化时间对漆膜电气强度的影响，测试结果如图4所示。

由图4可知，随着固化时间的延长，漆膜的电气强度逐步增大，当漆膜固化时间为3h时，常态电气强度达到87MV/m，继续延长固化时间，电气强度增大趋势变缓。这说明，随着漆膜固化时间的延长，漆膜交联密度增大、疏水性增强，电气强度也随之增大。

10.1.3综合性能测试

对本发明实施例2的绝缘漆在固化温度为130℃、固化时间为3h条件进行固化下，测试固化后的综合性能，测试结果如下表1。

表1为综合性能测试结果

由表1可知，本发明的绝缘漆的固化条件要求低，固化后的漆膜硬度大、耐水性好、乳液稳定性好、粘结强度高，尤其是电气强度和耐热性能优异。

10.2储存稳定性测试

在60℃闭口条件下，随着储存时间变化测试本发明实施例2所制得绝缘漆液的粘度，其测试结果如下表2。

表2本发明绝缘漆的储存稳定性测试结果

由表2可知，本发明绝缘漆在60℃闭口条件下储存，漆液粘度增长缓慢，外观未发生变化，说明本发明绝缘漆储存时稳定性良好，在室温条件下更能长期储存。

10.3耐腐蚀性测试

经除油除锈处理过的铜片，使用本发明实施例3水性绝缘漆对其浸渍，固化后，使其浸在不同的试剂中测试漆膜的耐溶剂性和耐油性，测试结果如下表3。

表3本发明绝缘漆的耐腐蚀性测试结果

由表3可知，本发明绝缘漆膜耐溶剂性良好，在3.5%的NaCl溶液中表现稳定，漆膜无发白、脱落、气泡等现象，说明该漆膜的耐腐蚀性好，对氯化物向基材的渗透能够起到阻隔作用，其耐油性符合国家标准。

本发明的绝缘漆的分布均匀，具有良好的储存稳定性、导热性和较好的成膜强度，与基体结合具有较高的强度、较好的耐磨性和显微硬度，抗蚀性好，耐高温。

Claims (8)

1.一种绝缘漆，其特征在于，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶5-30份、聚酰亚胺25-40份、环氧树脂30-50份、分散剂0.1-1份、流平剂0.1-2份、缓蚀剂0.2-1.0份、消泡剂 0.1-2份、溶菌酶0.1-3份。

2.如权利要求1所述的绝缘漆，其特征在于，由以下重量份的原料制成：纳米碳晶25份、聚酰亚胺35份、环氧树脂35份、分散剂1份、流平剂1份、缓蚀剂0.5份、消泡剂 2份、溶菌酶0.5份。

3.如权利要求1或2所述的绝缘漆，其特征在于，所述分散剂为聚磷酸盐和聚丙烯酸盐的混合物；缓蚀剂为磷酸盐317。

4.如权利要求3所述的绝缘漆，其特征在于，所述消泡剂为水性消泡剂；流平剂选自有机硅类、丙烯酸酯类和氟碳类中的一种、两种及以上的混合物。

5.如权利要求4所述的绝缘漆，其特征在于，所述纳米碳晶由以下方法制得：酸洗提纯：将金刚石原料粉碎成10000目以上的细粉，依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氢氟酸对该细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH 接近于7 ；分选：将清洗后的物料进行离心分离，取上层液体进行4-7天沉淀分选，去除上层清液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米碳晶。

6.如权利要求5所述的绝缘漆，其特征在于，酸洗步骤前进行机械破碎和气流破碎，先将金刚石原料机械破碎并筛分出500目以上的细料，再将该细料输送至气流破碎机内粉碎并筛分出10000目以上的细粉。

7.如权利要求6所述的绝缘漆，其特征在于，所述纳米碳晶经以下表面功能化处理：将纳米碳晶加入到浓HNO₃和浓H₂SO₄的混合液中，加热回流、离心，沉淀物采用去离子水洗涤至pH为5.0-6.0，用摩尔浓度为0.1-0.5mol·L^-1Na₂SiO₃·9H₂O溶液洗涤，超声分散1-2h，再用摩尔浓度为0.1-0.5mol·L^-1HCL洗涤，超声分散1-2h后，用去离子水洗涤、烘干即可；所述浓HNO₃和浓H₂SO₄的质量比为1:2-5。

8.如权利要求1、2、4、5、6或7所述的绝缘漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将聚酰亚胺和环氧树脂于65-80℃下混合，然后加入纳米碳晶、分散剂、流平剂、缓蚀剂、消泡剂、溶菌酶，搅拌即可。