CN109468020A - 一种适用于电气设备的水性环氧表面漆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于电气设备的水性环氧表面漆及其制备方法和应用，其原料包括水性环氧树脂、成膜助剂、分散剂、固化剂、固化促进剂和水，还包括与水性环氧树脂的投料质量比为0.04‑0.20∶1的改性纳米Al2O3/SiO2，改性纳米Al2O3/SiO2由改性纳米氧化铝和改性纳米二氧化硅按照投料质量比30‑50∶1混合构成；制备方法：先采用水性环氧树脂等原料混合制得混合液；在搅拌的条件下向混合液中加入改性纳米Al2O3/SiO2，加入剩余原料，混合，即得；及上述表面漆在电气设备中的应用；本发明的表面漆在具有极佳的亲水性前提下，能够兼具优异的耐热性、耐腐蚀性、耐电弧性，同时还可实现室温干燥。

Description

一种适用于电气设备的水性环氧表面漆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电气设备技术领域，尤其涉及一种电气设备用的绝缘漆，具体涉及一种适用于电气设备的水性环氧表面漆及其制备方法和应用。
背景技术
随着环保要求的不断提高，传统的溶剂型绝缘漆的弊端日渐显著，因此水性浸渍漆的使用越来越多，作为配套使用的表面漆，水性表面漆的需求也日趋增大。申请人从事了溶剂型和水性环氧表面漆的研发工作，目前通过在改性后的环氧树脂中加入乳化剂、固化剂等制备得到水性环氧表面漆。虽然制得的水性环氧表面漆相对于传统溶剂型来说，VOC含量为零或者特别低，以水为分散介质或溶剂的水性环氧树脂不会污染环境，符合国家的可持续发展战略，但是目前制备的水性环氧表面漆存在着许多不足，如耐电弧时间短、附着力差、耐腐蚀性差、干燥速度慢等，进而限制了其应用与发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的适用于电气设备的水性环氧表面漆，在具有极佳的亲水性前提下，其能够兼具优异的耐热性、耐腐蚀性、耐电弧性，同时还能够实现室温干燥，无需经过表面烘干处理。
本发明还提供了一种适用于电气设备的水性环氧表面漆的制备方法。
本发明还提供了一种适用于电气设备的水性环氧表面漆在电气设备中的应用。所述电气设备包括中小电机、电子变压器。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种适用于电气设备的水性环氧表面漆，所述水性环氧表面漆的原料包括水性环氧树脂、成膜助剂、分散剂、固化剂、固化促进剂和水，所述原料还包括改性纳米Al2O3/SiO2，所述改性纳米Al2O3/SiO2由改性纳米氧化铝和改性纳米二氧化硅按照投料质量比30-50∶1混合构成，所述改性纳米Al2O3/SiO2与所述水性环氧树脂的投料质量比为0.04-0.20∶1。
根据本发明的一些优选方面，所述固化剂通过如下方法制成：使二乙烯三胺与聚丙二醇二缩水甘油醚发生加成反应制成加成物，再与环氧树脂E-20和环氧树脂E-12的复合物反应而制成所述固化剂。本发明特定的固化剂能够提升水性环氧表面漆的综合性能，尤其是其中的附着力。
根据本发明的进一步优选方面，所述二乙烯三胺、所述聚丙二醇二缩水甘油醚和所述复合物的投料质量比为1-5:0.4-0.6:1。
根据本发明的进一步优选方面，所述复合物中所述环氧树脂E-20与所述环氧树脂E-12的投料质量比为2-5:1。
根据本发明的进一步优选方面，所述固化剂与所述水性环氧树脂的投料质量比为0.3-0.4:1。
根据本发明的进一步优选方面，在制备所述固化剂的方法中，控制每一步反应分别在60-70℃下进行。
根据本发明的进一步优选方面，在制备所述固化剂的方法中，控制每一步反应分别在保护气体保护下进行。根据本发明的一个具体方面，所述保护气体可以为氮气。
根据本发明的一个具体方面，所述固化剂的制备方法包括如下步骤：在干燥氮气保护条件下，将二乙烯三胺加入到装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌和滴液漏斗的四口瓶中，温度达到60-70℃(优选63-68℃)，开始慢慢滴加聚丙二醇二缩水甘油醚，保持该温度反应，得到二乙烯三胺-聚丙二醇二缩水甘油醚加成物；蒸馏后期加入一定量的二乙二醇丁醚，再将二乙二醇丁醚和少量的二乙烯三胺一同蒸馏出来；在60-70℃(优选63-68℃)、在氮气保护下，向二乙烯三胺-聚丙二醇二缩水甘油醚加成物中滴加分散于丙二醇甲醚中的环氧树脂E-20和环氧树脂E-12的复合物溶液，反应，制得所述固化剂。
根据本发明的一些优选方面，所述水性环氧树脂由双酚A、含有亲水基团的化合物和环氧氯丙烷反应而制成。
根据本发明的进一步优选方面，所述含有亲水基团的化合物为二乙醇胺。
根据本发明的进一步优选方面，所述双酚A、所述含有亲水基团的化合物和所述环氧氯丙烷的投料质量比为1-2∶0.1-0.2∶1。
根据本发明的进一步优选方面，在制备所述水性环氧树脂的过程中，控制所述反应在温度70-90℃下进行。
根据本发明的一个具体方面，所述水性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：将双酚A和含有亲水基团的化合物溶于5-15％浓度的NaOH水溶液中，在温度70-90℃下迅速加入环氧氯丙烷，反应，控温，待反应完毕后静置；除去上层碱水后用热水洗涤剩余物质直至中性，以除去树脂中的碱残及副产物，将得到的产物真空脱水得到淡黄色透明黏稠液体，即为所述水性环氧树脂。
根据本发明的一些优选方面，所述改性纳米氧化铝和所述改性纳米二氧化硅分别通过硅烷偶联剂接枝纳米氧化铝和纳米二氧化硅而得，所述硅烷偶联剂占所述纳米氧化铝与所述纳米二氧化硅的总质量的0.5-1.0％。
根据本发明的一个具体方面，所述改性纳米Al2O3/SiO2的制备方法包括如下步骤：在三口烧瓶中加入在180±10℃真空下干燥20±10h的纳米Al2O3/SiO2(即纳米Al2O3和纳米SiO2的混合物)、约为Al2O3/SiO2质量0.5％～l％的硅烷偶联剂以及硅烷偶联剂用量150-300倍的二甲苯，三口烧瓶配有搅拌桨和冷凝管并放置于110～120℃的油浴中进行回流反应至少4h以上，然后过滤出改性后的纳米Al2O3/SiO2，并用丙酮清洗多次以洗掉多余的未接枝上的硅烷偶联剂，然后于115±10℃的真空烘箱中干燥，得到所述改性纳米Al2O3/SiO2。
根据本发明，纳米Al2O3和纳米SiO2的粒径分别为30-80nm、50-100nm。
在本发明的一些具体实施方式中，所述原料还包括乳化剂、润湿剂、消泡剂、防锈闪剂、流平剂和增稠剂中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述成膜助剂为2，2，4-甲基-1，3-戊二醇单异丁酯酸。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述分散剂为含颜料亲和基团的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包括德国毕克化学BYK-163、德国默克化学MOK-5032。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述固化促进剂为日本味之素PN-23。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述乳化剂为法国先创SYNTHRO-COR609B。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述润湿剂为聚醚改性硅氧烷共聚物，所述聚醚改性硅氧烷共聚物包括巴斯夫Hydropalat875、陶氏HW-1000。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物，所述破泡聚合物包括德国毕克化学BYK-A500。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述防锈闪剂为水性硅烷偶联剂，所述水性硅烷偶联剂为选自KH450、KH566、KH578中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述流平剂为德国毕克化学BYK380。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述增稠剂为非离子聚氨酯类缔合型增稠剂，所述非离子聚氨酯类缔合型增稠剂包括南通晗泰化工HT-820、南通晗泰化工MA-2。
根据本发明的一些具体且优选的方面，所述水为去离子水。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将水性环氧树脂、成膜助剂和部分水混合，还选择性地加入乳化剂，制得混合液；
(2)在搅拌的条件下向步骤(1)制得的所述混合液中加入改性纳米Al2O3/SiO2；
(3)再依次加入固化剂、分散剂、选择性地加入润湿剂、选择性地加入消泡剂、选择性地加入流平剂、固化剂促进剂、选择性地加入防闪锈剂、选择性地加入增稠剂和剩余水，混合，制得所述适用于电气设备的水性环氧表面漆。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆在电气设备中的应用。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明通过以特定比例的改性纳米Al2O3/SiO2改性水性环氧树脂，避免了常规纳米粒子改性过程中由于纳米粒子颗粒的均匀性、在绝缘漆中的分散性难以控制以及与绝缘漆表界面不一致性过高导致的改性不理想的问题，尤其是本发明的表面漆在具有极佳的亲水性前提下，可同时兼具优异的耐热性、耐腐蚀性和耐电弧性。同时本发明还实现了高储存稳定性、可与水任意比例混溶，可实现室温干燥，无需表面烘干处理，具有优异的附着性能，附着力可达0级，无有机溶剂，对环境友好。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。
下述中，所述改性纳米Al2O3/SiO2通过如下方法制备而得：在三口烧瓶中加入在180℃真空下干燥24h的纳米Al2O3/SiO2(即纳米Al2O3和纳米SiO2的混合物，粒径分别约为50nm、80nm)、约为Al2O3/SiO2质量l％的硅烷偶联剂(型号：N-辛基三甲氧基硅烷，购自国药集团化学试剂有限公司)以及硅烷偶联剂用量200倍的二甲苯，三口烧瓶配有搅拌桨和冷凝管并放置于110～120℃的油浴中进行回流反应至少4h以上，然后过滤出改性后的纳米Al2O3/SiO2，并用丙酮清洗多次以洗掉多余的未接枝上的硅烷偶联剂，然后于120℃的真空烘箱中干燥，得到所述改性纳米Al2O3/SiO2。
下述中，所述水性环氧树脂通过如下方法制备而得：将双酚A 230g(购自国药集团)和二乙醇胺22g溶于10％质量浓度的NaOH水溶液中，在温度70-90℃下迅速加入环氧氯丙烷150g，反应，控温，待反应完毕后静置；除去上层碱水后用热水洗涤剩余物质直至中性，以除去树脂中的碱残及副产物，将得到的产物真空脱水得到淡黄色透明黏稠液体，即为所述水性环氧树脂，约120g。
下述中，所述固化剂通过如下方法制备而得：在干燥氮气保护条件下，将二乙烯三胺200g加入到装有温度计、回流冷凝管、机械搅拌和滴液漏斗的四口瓶中，温度达到65℃，开始慢慢滴加聚丙二醇二缩水甘油醚50g，保持该温度反应，得到二乙烯三胺-聚丙二醇二缩水甘油醚加成物；蒸馏后期加入二乙二醇丁醚，再将二乙二醇丁醚和少量的二乙烯三胺一同蒸馏出来；在65℃、在氮气保护下，向二乙烯三胺-聚丙二醇二缩水甘油醚加成物中滴加分散于丙二醇甲醚中的环氧树脂E-20(75g)和环氧树脂E-12(25g)的复合物溶液，反应，制得所述固化剂，约100g。
实施例1
本实施例提供一种适用于电气设备的水性环氧表面漆，其制备方法包括步骤如下：
(1)、称取100g上述方法制备的水性环氧树脂、20g 2，2，4-甲基-1，3-戊二醇单异丁酯酸、2g法国先创SYNTHRO-COR 609B以及80g去离子水置于搅拌机上充分搅拌均匀形成混合液；
(2)、在搅拌的条件下向所述混合液中加入8g上述方法制备的改性纳米Al2O3/SiO2，待添加完毕后继续搅拌30分钟以使得充分搅拌均匀形成混合浆料；
(3)、待搅拌均匀后依次加入40g上述方法制备的固化剂、0.5g德国毕克化学BYK-163、0.5g陶氏HW-1000、0.5g德国毕克化学BYK-A500、0.5g德国毕克化学BYK380、5g日本味之素PN-23、2g KH566、1g南通晗泰化工HT-820和20g去离子水，即得到所述水性环氧表面漆。
实施例2
本实施例提供一种适用于电气设备的水性环氧表面漆，其制备方法包括步骤如下：
(1)、称取100g上述方法制备的水性环氧树脂、30g 2，2，4-甲基-1，3-戊二醇单异丁酯酸、3g法国先创SYNTHRO-COR 609B以及100g去离子水置于搅拌机上充分搅拌均匀形成混合液；
(2)、在搅拌的条件下向所述混合液中加入9g上述方法制备的改性纳米Al2O3/SiO2，待添加完毕后继续搅拌30分钟以使得充分搅拌均匀形成混合浆料；
(3)、待搅拌均匀后依次加入35g上述方法制备的固化剂、0.4g德国毕克化学BYK-163、0.4g陶氏HW-1000、0.4g德国毕克化学BYK-A500、0.4g德国毕克化学BYK380、4g日本味之素PN-23、1g KH578、0.8g南通晗泰化工MA-2和15g去离子水，即得到所述水性环氧表面漆。
实施例3
本实施例提供一种适用于电气设备的水性环氧表面漆，其制备方法包括步骤如下：
(1)、称取120g上述方法制备的水性环氧树脂、40g 2，2，4-甲基-1，3-戊二醇单异丁酯酸、4g法国先创SYNTHRO-COR 609B以及130g去离子水置于搅拌机上充分搅拌均匀形成混合液；
(2)、在搅拌的条件下向所述混合液中加入7g上述方法制备的改性纳米Al2O3/SiO2，待添加完毕后继续搅拌30分钟以使得充分搅拌均匀形成混合浆料；
(3)、待搅拌均匀后依次加入40g上述方法制备的固化剂、0.6g德国默克化学MOK-5032、0.4g巴斯夫Hydropalat875、0.4g德国毕克化学BYK-A500、0.4g德国毕克化学BYK380、5g日本味之素PN-23、2g KH450、1g南通晗泰化工HT-820和20g去离子水，即得到所述水性环氧表面漆。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于将上述方法制备的改性纳米Al2O3/SiO2替换为单一的硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于将改性纳米氧化铝和改性纳米二氧化硅按照投料质量比调整为10∶1。
对比例3
基本同实施例1，其区别仅在于将上述方法制备的固化剂调整为市售的水性环氧固化剂H202B。
性能测试
将上述实施例1-3以及对比例1-3所制得的绝缘漆喷涂于基体后，测得形成的固化涂膜的性能参数如表1所示。
表1
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于电气设备的水性环氧表面漆，所述水性环氧表面漆的原料包括水性环氧树脂、成膜助剂、分散剂、固化剂、固化促进剂和水，其特征在于，所述原料还包括改性纳米Al2O3/SiO2，所述改性纳米Al2O3/SiO2由改性纳米氧化铝和改性纳米二氧化硅按照投料质量比30-50∶1混合构成，所述改性纳米Al2O3/SiO2与所述水性环氧树脂的投料质量比为0.04-0.20∶1。
2.根据权利要求1所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述固化剂通过如下方法制成：使二乙烯三胺与聚丙二醇二缩水甘油醚发生加成反应制成加成物，再与环氧树脂E-20和环氧树脂E-12的复合物反应而制成所述固化剂。
3.根据权利要求2所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述二乙烯三胺、所述聚丙二醇二缩水甘油醚和所述复合物的投料质量比为1-5∶0.4-0.6∶1；和/或，所述复合物中所述环氧树脂E-20与所述环氧树脂E-12的投料质量比为2-5∶1；和/或，所述固化剂与所述水性环氧树脂的投料质量比为0.3-0.4∶1；和/或，在制备所述固化剂的方法中，控制每一步反应分别在60-70℃下进行。
4.根据权利要求1或2或3所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述水性环氧树脂由双酚A、含有亲水基团的化合物和环氧氯丙烷反应而制成。
5.根据权利要求4所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述含有亲水基团的化合物为二乙醇胺；和/或，所述双酚A、所述含有亲水基团的化合物和所述环氧氯丙烷的投料质量比为1-2∶0.1-0.2∶1；和/或，在制备所述水性环氧树脂的过程中，控制所述反应在温度70-90℃下进行。
6.根据权利要求1所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述改性纳米氧化铝和所述改性纳米二氧化硅分别通过硅烷偶联剂接枝纳米氧化铝和纳米二氧化硅而得，所述硅烷偶联剂占所述纳米氧化铝与所述纳米二氧化硅的总质量的0.5-1.0%。
7.根据权利要求1所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述原料还包括乳化剂、润湿剂、消泡剂、防锈闪剂、流平剂和增稠剂中的一种或多种的组合。
8.根据权利要求7所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆，其特征在于，所述成膜助剂为2，2，4-甲基-1，3-戊二醇单异丁酯酸；和/或，所述分散剂为含颜料亲和基团的嵌段共聚物，所述嵌段共聚物包括德国毕克化学BYK-163、德国默克化学MOK-5032；和/或，所述固化促进剂为日本味之素PN-23；和/或，所述乳化剂为法国先创SYNTHRO-COR 609 B；和/或，所述润湿剂为聚醚改性硅氧烷共聚物，所述聚醚改性硅氧烷共聚物包括巴斯夫Hydropalat875、陶氏HW-1000；和/或，所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物，所述破泡聚合物包括德国毕克化学BYK-A500；和/或，所述防锈闪剂为水性硅烷偶联剂，所述水性硅烷偶联剂为选自KH450、KH566、KH578中的一种或多种的组合；和/或，所述流平剂为德国毕克化学BYK380；和/或，所述增稠剂为非离子聚氨酯类缔合型增稠剂，所述非离子聚氨酯类缔合型增稠剂包括南通晗泰化工HT-820、南通晗泰化工MA-2。
9.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将水性环氧树脂、成膜助剂和部分水混合，还选择性地加入乳化剂，制得混合液；
（2）在搅拌的条件下向步骤（1）制得的所述混合液中加入改性纳米Al2O3/SiO2；
（3）再依次加入固化剂、分散剂、选择性地加入润湿剂、选择性地加入消泡剂、选择性地加入流平剂、固化剂促进剂、选择性地加入防闪锈剂、选择性地加入增稠剂和剩余水，混合，制得所述适用于电气设备的水性环氧表面漆。
10.一种权利要求1-8中任一项权利要求所述的适用于电气设备的水性环氧表面漆在电气设备中的应用。
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