CN111471378A - 一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents

一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料及其制备方法，该绝缘涂料包括多面体低聚倍半硅氧烷，多面体低聚倍半硅氧烷具有热稳定性好、低密度、电绝缘等性能，利用其制备得到绝缘涂料密度小，在轨道交通轻量化的要求中具有明显优势，断裂伸长率大，可满足机车高频震动及应力释放下的使用要求，电气强度大，体积电阻率大，具有优异的电绝缘性能，同时涂料中无有机溶剂释放，具有储存及施工安全性、环境友好性的特点；还包括氢氧化铝和三氧化二锑阻燃填料，这些阻燃填料呈针状，阻燃填料的加入在保证涂料阻燃性的同时增强材料强度和断裂伸长率；包括空心玻璃微珠，其可降低涂料的密度，满足机车轻量化的要求。

Description

一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料及其制备方法。
背景技术
随着我国轨道交通行业的快速发展，车辆的安全性越来越重要。受电弓作为电力机车的高压电力供给，其所在平台的绝缘保护对机车的安全运行至关重要，如果受电弓平台被高压电力击穿，易导致车辆失去动力、车辆损伤、人员触电、火灾等危险后果。目前用于受电弓平台的绝缘涂料技术中，以聚氨酯为成膜物，添加大量阻燃填料和有机溶剂，存在固含量低、密度大、断裂伸长率低、阻燃性能差、电气强度差等缺点，且有机溶剂含量大难以实现单道厚涂，且溶剂挥发造成工人身体伤害和空气污染。
基于上述缺陷有必要对现有用于受电弓平台的耐电弧绝缘涂料进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种密度小、断裂伸长率大、电气强度大的耐电弧绝缘涂料。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂以及多面体低聚倍半硅氧烷，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将环己基三氯硅烷加入至乙腈中，加热至回流，然后加入去离子水，反应后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤洗涤后即得多面体低聚倍半硅氧烷。
进一步优选的，乙腈、环己基三氯硅烷以及去离子水的质量比为100:5～10:30～80，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:30～50。
在以上技术方案的基础上，优选的，A组分中还包括端羟基聚丁二烯、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料和颜料。
阻燃填料包括氢氧化铝和三氧化二锑中的至少一种。
进一步优选的，A组分中还包括空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒。
进一步优选的，A组分中饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、端羟基聚丁二烯、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红颜料的质量比为70～90:2～8:15～30:0.02～0.04:0.5～1.5:0.5～2.5:0.5～1.2:92～140:2～4:15～30:2～4；B组分中脂肪族异氰酸酯预聚物和脱水剂的质量比为100:0.2～1.5；A组分与B组分的质量比为2～3:1。
本发明还提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料的制备方法，其特征在于：包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将所述的饱和聚酯树脂、所述的多面体低聚倍半硅氧烷、任选的所述的促进剂、任选的所述的分散剂、任选的所述的消泡剂、任选的所述的润湿剂、任选的所述的阻燃填料和颜料，混合均匀后，使用三辊机研磨分散，取出物料后加入任选的所述的空心玻璃微珠、任选的所述的氮化硼陶瓷颗粒继续分散即得A组分；
B组分的制备方法为；将所述的脂肪族异氰酸酯预聚物以及所述的脱水剂混合均匀即得B组分。
在以上技术方案的基础上，优选的，使用三辊机研磨分散，并控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40μm；加入任选的所述的空心玻璃微珠、任选的所述的氮化硼陶瓷颗粒以200～500r/min的转速继续分散即得A组分。
本发明的耐电弧绝缘涂料相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的耐电弧绝缘涂料，包括多面体低聚倍半硅氧烷，多面体低聚倍半硅氧烷是一种以Si-O-Si为骨架的有机-无机杂化材料，Si-O-Si键能高，因此复合材料具有优异的热稳定性；笼型的中空结构赋予材料低密度、电绝缘等性能，利用其制备得到绝缘涂料密度小，在轨道交通轻量化的要求中具有明显优势；本发明中合成的多面体低聚倍半硅氧烷分子中含多个活性基团，可与成膜物参与聚合反应，在涂层受到外力冲击时，起到分散应力的作用，提高涂层的断裂伸长率和拉伸强度，满足机车高频震动及应力释放下的使用要求；笼型的Si-O-Si结构在烧蚀过程中会形成瓷化层，具有隔绝空气的作用，因此可提高涂层的阻燃性及耐烧蚀性；
(2)本发明的耐电弧绝缘涂料，还包括氢氧化铝和三氧化二锑阻燃填料，这些阻燃填料不同于常规的粒状阻燃剂，呈针状结构，均匀分布并穿插在涂层中间，在保证涂层阻燃性的同时增强材料强度和断裂伸长率；
(3)本发明的耐电弧绝缘涂料，还包括空心玻璃微珠和氮化硼陶瓷颗粒，可降低涂料的密度、提高涂料的电气强度，在轨道交通耐电弧绝缘涂料中的添加使用，可满足机车轻量化的要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂以及多面体低聚倍半硅氧烷和颜料，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂；其中，饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷和铁红的质量比为100:2:2，脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂的质量比为100:0.2。
上述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将重量份为5份的环己基三氯硅烷加入至重量份为100份的乙腈溶剂中，加热至回流，然后加入重量份为30份的去离子水，反应24h后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤、洗涤、干燥后即得多面体低聚倍半硅氧烷。其中，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:30。
该方法制备的多面体低聚倍半硅氧烷为Si-O-Si六面体无机框架结构，具有稳定的四羟基活性基团，可与主体树脂相容并参与固化反应，提高材料的热稳定性和电绝缘性等方面的性能。
上述耐电弧绝缘涂料的制备方法，包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、铁红搅拌均匀后使用三辊研磨机进行研磨分散，控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40微米，研磨分散后即得A组分；
B组分制备包括将脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂于无水条件下混合均匀即得B组分。
上述耐电弧绝缘涂料使用时，将A组分、B组分按质量比2:1充分混合均匀，使用齿型刮刀在受电弓区域进行涂覆。
实施例2
本发明提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂；其中，饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红的质量比为100:5:2:15:2，脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂的质量比为100:0.8。
上述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将重量份为8份的环己基三氯硅烷加入至重量份为100份的乙腈溶剂中，加热至回流，然后加入重量份为60份的去离子水，反应24h后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤、洗涤、干燥后即得多面体低聚倍半硅氧烷。其中，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:40。
上述耐电弧绝缘涂料的制备方法，包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、铁红搅拌均匀后使用三辊研磨机进行研磨分散，控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40微米，研磨后取出物料，然后加入空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒以200r/min的转速分散20min，即得A组分；
B组分制备包括将脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂于无水条件下混合均匀即得B组分。
上述耐电弧绝缘涂料使用时，将A组分、B组分按质量比2:1充分混合均匀，使用齿型刮刀在受电弓区域进行涂覆。
实施例3
本发明提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂；其中，饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红的质量比为70:15:2:0.02:0.5:0.5:0.5:92:2:15:3；B组分中脂肪族异氰酸酯预聚物和脱水剂的质量比为100:0.2；阻燃填料包括针状的氢氧化铝和三氧化二锑的混合物，二者质量比为60:30。
上述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将重量份为8份的环己基三氯硅烷加入至重量份为100份的乙腈溶剂中，加热至回流，然后加入重量份为60份的去离子水，反应24h后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤、洗涤、干燥后即得多面体低聚倍半硅氧烷。其中，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:40。
上述耐电弧绝缘涂料的制备方法，包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、铁红搅拌均匀后使用三辊研磨机进行研磨分散，控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40微米，研磨后取出物料，然后加入空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒以200r/min的转速分散20min，即得A组分；
B组分制备包括将脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂于无水条件下混合均匀即得B组分。
上述耐电弧绝缘涂料使用时，将A组分、B组分按质量比3:1充分混合均匀，使用齿型刮刀在受电弓区域进行涂覆。
实施例4
本发明提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂；其中，饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红的质量比为90:30:8:0.04:1.5:2.5:1.2:140:4:30:3；B组分中脂肪族异氰酸酯预聚物和脱水剂的质量比为100:1.5；阻燃填料包括氢氧化铝和三氧化二锑的混合物，三者质量比为85:50。
上述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将重量份为10份的环己基三氯硅烷加入至重量份为100份的乙腈溶剂中，加热至回流，然后加入重量份为80份的去离子水，反应24h后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤、洗涤、干燥后即得多面体低聚倍半硅氧烷。其中，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:50。
上述耐电弧绝缘涂料的制备方法，包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将饱和聚酯树脂、端羟基聚丁二烯、多面体低聚倍半硅氧烷、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、铁红搅拌均匀后使用三辊研磨机进行研磨分散，控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40微米，研磨后取出物料，然后加入空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒以500r/min的转速分散20min，即得A组分；
B组分制备包括将脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂于无水条件下混合均匀即得B组分。
上述耐电弧绝缘涂料使用时，将A组分、B组分按质量比3:1充分混合均匀，使用齿型刮刀在受电弓区域进行涂覆。
实施例1～4制备的基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料性能测试数据如下表1所示：
表1实施例1～4制备的基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料性能测试数据
Figure BDA0002519907640000071
实施例4制备得到的耐电弧绝缘涂料具有密度小、断裂伸长率大、电气强度大，体积电阻率大的综合性能优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：包括A组分以及B组分，其中，A组分包括饱和聚酯树脂以及多面体低聚倍半硅氧烷，B组分包括脂肪族异氰酸酯预聚物以及脱水剂。
2.如权利要求1所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：所述多面体低聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：
S1、将环己基三氯硅烷加入至乙腈中，加热至回流，然后加入去离子水，反应后，过滤、洗涤、干燥得到中间产物；
S2、将中间产物溶解在四氢呋喃中，然后加入氢氧化四乙基铵继续反应，过滤洗涤后即得多面体低聚倍半硅氧烷。
3.如权利要求2所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：乙腈、环己基三氯硅烷以及去离子水的质量比为100:5～10:30～80，中间产物与氢氧化四乙基铵的质量比为10:30～50。
4.如权利要求1所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：A组分中还包括端羟基聚丁二烯、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂和阻燃填料。
5.如权利要求4所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：阻燃填料包括氢氧化铝、三氧化二锑中的至少一种。
6.如权利要求4所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：A组分中还包括空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红。
7.如权利要求6所述的耐电弧绝缘涂料，其特征在于：A组分中饱和聚酯树脂、多面体低聚倍半硅氧烷、端羟基聚丁二烯、促进剂、分散剂、消泡剂、润湿剂、阻燃填料、空心玻璃微珠、氮化硼陶瓷颗粒、铁红的质量比为70～90:2～8:15～30:0.02～0.04:0.5～1.5:0.5～2.5:0.5～1.2:92～140:2～4:15～30:2～4；B组分中脂肪族异氰酸酯预聚物和脱水剂的质量比为100:0.2～1.5；A组分与B组分的质量比为2～3:1。
8.一种如权利要求1～6任一所述的基于多面体低聚倍半硅氧烷的耐电弧绝缘涂料的制备方法，其特征在于：包括A组分的制备以及B组分的制备，其中，A组分的制备方法包括以下步骤：
A1、将所述的饱和聚酯树脂、所述的多面体低聚倍半硅氧烷、任选的所述的促进剂、任选的所述的分散剂、任选的所述的消泡剂、任选的所述的润湿剂、任选的所述的阻燃填料及颜料，混合均匀后，使用三辊机研磨分散，取出物料后加入任选的所述的空心玻璃微珠、任选的所述的氮化硼陶瓷颗粒继续分散即得A组分；
B组分的制备方法为；将所述的脂肪族异氰酸酯预聚物以及所述的脱水剂混合均匀即得B组分。
9.如权利要求7所述的耐电弧绝缘涂料的制备方法，其特征在于：使用三辊机研磨分散，并控制研磨温度不超过45℃，研磨材料粒径小于40μm；加入任选的所述的空心玻璃微珠、任选的所述的氮化硼陶瓷颗粒以200～500r/min的转速继续分散即得A组分。
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