CN106085190B - 一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料及其制备方法 - Google Patents

一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。包括有按重量份计的如下组分：改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸树脂4～6份、铝溶胶5～10份、导热填料15～30份、缓蚀剂0.5～3份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～3份、润湿剂0.5～3份、水15～20份。本发明所提供的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料具有附着力好、导热性能好的优点。

Description

一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
配电箱的安装方式分为明装和暗装两种，明装配电箱的散热效果优于暗装配电箱，暗装配电箱内的空气不宜对流，其散热效果较差，造成配电箱内因低压断路器的温升使周围环境的空气温度上升。近年来，随着企业用电负荷的不断增加，÷压输配电设备朝着大容量、大电流的方向发展，配电柜因为过热而发生摅障的情况日益凸显。常规的改进散热的方式是通过增加配电柜的散热面积、使用导热涂料，以提高其散热效率、辐射系数，对发热部件施行有针对性的散热等措施，从而改善配电柜的散热条件。
CN103087614A公开了公开了一种绝缘导热耐高温电器涂料，其是由如下质量百分比的组分组成：30-60%的环氧有机硅树脂、1-20%的普通填料、10-50%的芳烃溶剂、1-10%的酯类溶剂，0.1-2%的消泡剂、1-5%的偶联剂、20-50%的导热填料。CN102559048A公开了一种环氧改性有机硅绝缘导热耐高温涂料的制备方法，其包括如下步骤：(1)制备原材料；(2)合成有机硅预聚物；(3)合成环氧改性有机硅树脂；(4)制备环氧改性有机硅绝缘导热耐高温涂料。本发明还提供了一种采用上述方法制备的环氧改性有机硅绝缘导热耐高温涂料，该涂料由环氧改性有机硅树脂、填料、偶联剂、溶剂组成。
但是，上述的涂料是油性涂料，存在着环境友好性差、导热性能不高的问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种应用于配电柜上使用的水性聚氨酯涂料，要求具有附着力好、导热性能好的优点。
技术方案是：
一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸树脂4～6份、铝溶胶5～10份、导热填料15～30份、缓蚀剂0.5～3份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～3份、润湿剂0.5～3份、水15～20份。
所述的导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的任意重量比混合物，优选范围是等重量比的混合物。
所述的铝溶胶中的固含量范围是15～20wt%。
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将脂环族聚异氰酸酯15～20份溶解于20～25份酯类溶剂中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油10～15份、聚乙二醇15～20份混合后，升温至65～70℃，预热10～15min，再滴加第一混合物，进行反应，反应20～30min，再滴加有机多元酸5～10份，反应20～30min，再加入0.2～0.4份有机锡催化剂，升温至75～80℃，进行反应2～3h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂3～5份，并在60～65℃继续反应0.5～1h，冷却至室温后，加入二乙胺0.3～0.5份，再加入水40～70份和乳化剂1～3份，高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的酯类溶剂是乙酸乙酯或者乙酸丁酯。
所述的脂环族聚异氰酸酯是顺-1,2-环己烷二异氰酸酯。
所述的有机多元酸是己二酸。
所述的有机锡催化剂是二月桂酸二丁基锡。
高速分散是指在2500～3000rpm转速下进行分散。
所述的乳化剂选自SPAN80。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料的制备方法，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以700～800rpm的转速搅拌20～30min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以500～600rpm的转速搅拌10～15min，即可。
有益效果
本发明所提供的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料具有附着力好、导热性能好的优点。
具体实施方式
本发明提供的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸树脂4～6份、铝溶胶5～10份、导热填料15～30份、缓蚀剂0.5～3份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～3份、润湿剂0.5～3份、水15～20份。
所述的导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的任意重量比混合物，优选范围是等重量比的混合物。
其中，采用的改性水性聚氨酯乳液指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将脂环族聚异氰酸酯15～20份溶解于20～25份酯类溶剂中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油10～15份、聚乙二醇15～20份混合后，升温至65～70℃，预热10～15min，再滴加第一混合物，进行反应，反应20～30min，再滴加有机多元酸5～10份，反应20～30min，再加入0.2～0.4份有机锡催化剂，升温至75～80℃，进行反应2～3h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂3～5份，并在60～65℃继续反应0.5～1h，冷却至室温后，加入二乙胺0.3～0.5份，再加入水40～70份和乳化剂1～3份，高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
上述方法中，作为脂环族聚异氰酸酯，例如可以列举顺-1,2-环己烷二异氰酸酯、1,3-环戊烯异氰酸酯、1,4- 环己烷异氰酸酯、1,3-环己烷异氰酸酯、3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲 基环己基异氰酸酯(常用名：异佛尔酮异氰酸酯)、4,4’-亚甲基双(环己 基异氰酸酯)、甲基-2,4-环己烷异氰酸酯、甲基-2,6-环己烷异氰酸酯、 1,3-或1,4-双(异氰酸根合甲基)环己烷(常用名：氢化亚二甲苯基异氰酸 酯)或其混合物、降冰片烷异氰酸酯等的脂环族异氰酸酯、例如1,3,5- 三异氰酸根合环己烷酯、1,3,5-三甲基异氰酸根合环己烷酯、2-(3-异氰 酸根合丙基)-2,5-二(异氰酸根合甲基)-二环(2.2.1)庚烷酯、2-(3-异氰酸根合丙基)-2,6-二(异氰酸根合甲基)-二环(2.2.1)庚烷酯、3-(3-异氰酸根 合丙基)-2,5-二(异氰酸根合甲基)-二环(2.2.1)庚烷酯、5-(2-异氰酸根合 乙基)-2-异氰酸根合甲基-3-(3-异氰酸根合丙基)-二环(2.2.1)庚烷酯、 6-(2-异氰酸根合乙基)-2-异氰酸根合甲基-3-(3-异氰酸根合丙基)-二环 (2.2.1)庚烷酯、5-(2-异氰酸根合乙基)-2-异氰酸根合甲基-2-(3-异氰酸 根合丙基)-二环(2.2.1)-庚烷酯、6-(2-异氰酸根合乙基)-2-异氰酸根合甲 基-2-(3-异氰酸根合丙基)-二环(2.2.1)庚烷酯等的脂环族三异氰酸酯 等。
其中的有机多元酸可以采用邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、萘二羧酸、琥珀酸、酒石酸、丙二酸、乙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、1，4-环己基二羧酸、α-氢化己二烯二酸(HydromuconicAcid)、β-氢化己二烯二酸、α，β-二乙基琥珀酸、马来酸、富马酸、其他二元酸等1种或2种以上。
扩链剂可以为l,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、甘油、顺丁烯二酸酐、三羟甲基丙烷、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺或二羟甲基丙酸中的一种或几种的混合物。
以下实施例中采用的部分原料是：
水性醇酸树脂（北京高盟 PRO-3340）
缓蚀剂（石油磺酸钠精制60# 无锡玉炼）
分散剂（PX4585 巴斯夫）
消泡剂（2550 巴斯夫）
润湿剂（57 海铭斯化学）
水性聚氨酯固化剂（德国拜耳Bayhydur XP 2655）
实施例1
用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液60份、水性醇酸树脂4份、铝溶胶（固含量15wt%）5份、导热填料（导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的等重量比的混合物）15份、缓蚀剂0.5份、分散剂0.5份、消泡剂0.5份、润湿剂0.5份、水15份。
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将顺-1,2-环己烷二异氰酸酯15份溶解于20份乙酸乙酯中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油10份、聚乙二醇15份混合后，升温至65℃，预热10min，再滴加第一混合物，进行反应，反应20min，再滴加己二酸5份，反应20min，再加入0.2份二月桂酸二丁基锡，升温至75℃，进行反应2h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂3份，并在60℃继续反应0.5h，冷却至室温后，加入二乙胺0.3份，再加入水40份和SPAN80乳化剂1份，2500rpm高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以700rpm的转速搅拌20min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以500rpm的转速搅拌10min，即可。
实施例2
用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液80份、水性醇酸树脂6份、铝溶胶（固含量20wt%）10份、导热填料（导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的等重量比的混合物）30份、缓蚀剂3份、分散剂3份、消泡剂3份、润湿剂3份、水20份。
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将顺-1,2-环己烷二异氰酸酯20份溶解于25份乙酸乙酯中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油15份、聚乙二醇20份混合后，升温至70℃，预热15min，再滴加第一混合物，进行反应，反应30min，再滴加己二酸10份，反应30min，再加入0.4份二月桂酸二丁基锡，升温至80℃，进行反应3h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂5份，并在65℃继续反应1h，冷却至室温后，加入二乙胺0.5份，再加入水70份和SPAN80乳化剂3份， 3000rpm高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以800rpm的转速搅拌30min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以600rpm的转速搅拌15min，即可。
实施例3
用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液70份、水性醇酸树脂5份、铝溶胶（固含量17wt%）8份、导热填料（导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的等重量比的混合物）20份、缓蚀剂1份、分散剂2份、消泡剂2份、润湿剂1份、水18份。
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将顺-1,2-环己烷二异氰酸酯18份溶解于22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油12份、聚乙二醇18份混合后，升温至68℃，预热12min，再滴加第一混合物，进行反应，反应25min，再滴加己二酸8份，反应25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基锡，升温至77℃，进行反应2h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂4份，并在62℃继续反应0.8h，冷却至室温后，加入二乙胺0.4份，再加入水60份和SPAN80乳化剂2份，2800rpm高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以750rpm的转速搅拌25min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以550rpm的转速搅拌12min，即可。
对照例1
与实施例3的区别在于：水性聚氨酯的制备过程中未加入环氧蓖麻油改性剂。
用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液70份、水性醇酸树脂5份、铝溶胶（固含量17wt%）8份、导热填料（导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的等重量比的混合物）20份、缓蚀剂1份、分散剂2份、消泡剂2份、润湿剂1份、水18份。
改性水性聚氨酯乳液其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将顺-1,2-环己烷二异氰酸酯18份溶解于22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将聚乙二醇18份混合后，升温至68℃，预热12min，再滴加第一混合物，进行反应，反应25min，再滴加己二酸8份，反应25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基锡，升温至77℃，进行反应2h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂4份，并在62℃继续反应0.8h，冷却至室温后，加入二乙胺0.4份，再加入水60份和SPAN80乳化剂2份，2800rpm高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以750rpm的转速搅拌25min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以550rpm的转速搅拌12min，即可。
对照例2
与实施例3的区别在于：未加入水性醇酸树脂。
用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括有按重量份计的如下组分：
改性水性聚氨酯乳液70份、铝溶胶（固含量17wt%）8份、导热填料（导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉的等重量比的混合物）20份、缓蚀剂1份、分散剂2份、消泡剂2份、润湿剂1份、水18份。
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：
第1步，按重量份计，将顺-1,2-环己烷二异氰酸酯18份溶解于22份乙酸乙酯中，得到第一混合物；
第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油12份、聚乙二醇18份混合后，升温至68℃，预热12min，再滴加第一混合物，进行反应，反应25min，再滴加己二酸8份，反应25min，再加入0.3份二月桂酸二丁基锡，升温至77℃，进行反应2h；
第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂4份，并在62℃继续反应0.8h，冷却至室温后，加入二乙胺0.4份，再加入水60份和SPAN80乳化剂2份，2800rpm高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液。
所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、铝溶胶、消泡剂混合，以750rpm的转速搅拌25min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以550rpm的转速搅拌12min，即可。
涂层性能试验
将薄钢板（50mm×120mm×0.5mm）采用1000目细砂纸进行打磨处理；
将实施例配制涂料与水性聚氨酯固化剂按照重量比5：1混合后，在适度为湿度为80% 条件下使用ANNEST IWATA NEW-71空气喷枪喷涂于薄钢板，流平2分钟后，在220℃烘箱烘烤 20min，干膜厚度为25-40μm得到的涂膜性能检测下表所示。
从表中可以看出，本发明提供的水性涂料具有较好的附着力，并且导热性能优异。特别是实施例3相对于对照例1来说，通过环氧蓖麻油改性剂对水性聚氨酯乳液改性之后，可以有效地提高涂层的耐酸腐蚀性能，并且可以有效地提高导热系数；实施例3相对于对照例2来说，通过加入水性醇酸树脂可以有效地促进填料的与乳液之间的分散，提高提高涂料的附着力和导热性。

Claims (3)

1.一种用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，其特征在于，由如下重量份的组分组成：改性水性聚氨酯乳液60～80份、水性醇酸树脂4～6份、铝溶胶5～10份、导热填料15～30份、缓蚀剂0.5～3份、分散剂0.5～3份、消泡剂0.5～3份、润湿剂0.5～3份、水15～20份；
改性水性聚氨酯乳液是指环氧蓖麻油改性水性聚氨酯乳液，其制备方法包括如下步骤：第1步，按重量份计，将脂环族聚异氰酸酯15～20份溶解于20～25份酯类溶剂中，得到第一混合物；第2步，按重量份计，将环氧蓖麻油10～15份、聚乙二醇15～20份混合后，升温至65～70℃，预热10～15min，再滴加第一混合物，进行反应，反应20～30min，再滴加有机多元酸5～10份，反应20～30min，再加入0.2～0.4份有机锡催化剂，升温至75～80℃，进行反应2～3h；第3步，在第2步得到的反应物中加入扩链剂3～5份，并在60～65℃继续反应0.5～1h，冷却至室温后，加入二乙胺0.3～0.5份，再加入水40～70份和乳化剂1～3份，高速分散后，减压蒸馏除酯类溶剂后，得到乳液；
所述的酯类溶剂是乙酸乙酯或者乙酸丁酯；所述的脂环族聚异氰酸酯是顺-1,2-环己烷二异氰酸酯；所述的有机多元酸是己二酸；所述的有机锡催化剂是二月桂酸二丁基锡；高速分散是指在2500～3000rpm转速下进行分散；所述的乳化剂选自SPAN80；
所述的导热填料是氮化铝、玻璃粉、硫酸钡和钛白粉等重量比的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料，其特征在于，所述的铝溶胶中的固含量范围是15～20wt%。
3.权利要求1～2任一项所述的用于配电柜的改性水性聚氨酯导热涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将改性水性聚氨酯乳液、水性醇酸树脂、铝溶胶、消泡剂混合，以700～800rpm的转速搅拌20～30min，再加入导热填料、缓蚀剂、分散剂、润湿剂、水，以500～600rpm的转速搅拌10～15min，即可。
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