CN104152036B - 一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：将分散剂加入纯水中，使分散剂完全溶解，得分散剂水溶液；将苯胺单体和质子酸加入到以上分散剂水溶液中，搅拌均匀，得A溶液；将氧化剂加入纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液；将A溶液、B溶液置于恒温槽，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10～20℃恒温聚合10～20h，得混合液；将混合液与纯水混合，搅拌至均匀，即得调整高绝缘表面电阻的水性涂料。本发明方法制备得到的水性涂料可调整木材、塑料、陶瓷和玻璃的表面电阻至103～1010Ωcm-2，不受环境湿度和温度的限制，使高绝缘表面的电阻长时间处于所需范围，并且可在两年时间内保持稳定，具有广泛的应用价值和工业前景。

Description

一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及水性涂料，尤其是一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法。
背景技术
目前，静电喷涂是粉末涂装中发展最快的一种重要施工工艺，它要求被涂工件必须为电的良导体，及时将工件上的电荷导出。但是对于绝缘体工件，电荷会在工件表面累积抑制工件上粉。因此，在绝缘体上无法使用静电喷涂工艺进行喷涂。
人们已经知道可以对绝缘表面进行预处理，例如离子化合物的水溶液和非水可以使绝缘表面导电，因此静电喷涂工艺才能够成功用于多种绝缘表面。木材通常被认为是电的不良导体，但其含水率在8％以上时，则可实行静电喷涂，因此目前对木材工件进行静电喷涂前，需将工件放入水蒸气室，调整木材表面的含水率至适宜范围才可进行喷涂。此方法要求工件在调整含水率后立即进行喷涂，对环境湿度、温度要求高，并且操作繁琐、耗能且不具有时效性。此外，塑料、陶瓷和玻璃等电绝缘体也无法进行静电喷涂。
通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：
1、一种电工钢用高绝缘水性涂料及其制备方法(CN103275603A)，属于水性绝缘涂料技术领域。将10～40wt％的水性醇酸改性树脂、2～20wt％的水性氨基树脂、30～60wt％的粉体、0～10wt％的助剂、0.1～5wt％的催化剂和5～30wt％的去离子水混合，其中，粉体为类钙钛矿、氮化硅、氮化钛、碳化硼、碳化硅和云母粉中的一种及以上。本发明组分所制备的涂料涂覆于电工钢表面厚度仅2μm以下，经高温烘烤固化后，在表面形成一层具有极高表面电阻率的涂层，涂层电工钢片具有较大的叠装系数。
2、丙烯酸脂水性涂料及其制备方法(CN1569988)，公开了一种丙烯酸水性涂料，它包括的成分和配比(重量)是：乳化油50－70％，胶粘剂10－30％，引发剂1－10％，稳定剂1－10％。其制法是将乳化油放入反应釜中乳化，然后放出一部分；将稳定剂、引发剂、胶粘剂以及放出的乳化油分别倒入高位槽内；在反应釜内的乳化油温度升高过程中，先依次滴加引发剂和胶粘剂，然后再同时滴加乳化油、胶粘剂和引发剂直到滴完止；然后进行保温，并滴加稳定剂直到滴完为止；保温结束后开始降温，最后出料；其有益效果是：本发明所述的丙烯酸脂水性涂料完全符合环保要求，为绿色产品，用其涂制玻璃纤维绝缘套管，无污染，涂层对玻纤的附着力良好，手感柔韧，能耐低温、耐油、耐苯，并有一定的抗水性，绝缘耐热。
3、一种新型水性涂料(CN202322698U)，公开了一种新型水性涂料，所述涂料中包含水性树脂，并以水为稀释剂，在所述涂料中加入片状锌粉和片状铝粉，其特征在于：所述涂料在常温自干或烘干固化后，在涂料表层内的片状锌粉和片状铝粉层层叠加形成金属层，所述金属层之间形成树脂层，所述树脂层和金属层的总层数至少10层以上。本实用新型与现有技术相比的优点是：耐腐蚀性强；涂层薄；涂覆面积大；附着力大、硬度强；结合力及再涂性能好；无氢脆；绝缘性好；高耐热性；无污染和公害；适用范围广。
通过技术对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种调整高绝缘表面电阻、使高绝缘表面电阻不受环境湿度和温度的限制，并在两年时间内保持稳定，使得木材、塑料及玻璃等高绝缘表面具有可控的导电性，为木材、塑料、陶瓷和玻璃表面等非导电性基材上的静电喷涂工艺的应用提供了便利的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
⑴A溶液的配制：将总质量为纯水质量的2％～20％的分散剂加入纯水中，在40～70℃恒温24～48h，使分散剂完全溶解，得分散剂水溶液；将苯胺单体和质子酸加入到上述分散剂水溶液中，搅拌均匀，得A溶液；
⑵B溶液的配制：将氧化剂加入纯水中，该纯水质量为配制A溶液所需纯水质量的0.1～1倍、氧化剂与苯胺单体的化学计量比为1.1～1.3：1，搅拌至完全溶解，得B溶液；
⑶将A溶液、B溶液置于恒温槽，待温度调至-10～20℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10～20℃恒温聚合10～20h，得混合液；
⑷将步骤⑶中混合液与纯水混合，搅拌至均匀，即得调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
而且，所述步骤⑴中苯胺单体的最终浓度为0.01～0.50molL-1，质子酸的最终浓度为0.10～0.70molL-1。
而且，所述步骤⑴中质子酸为有机酸。
而且，所述有机酸为对甲苯磺酸、萘磺酸或樟脑磺酸。
而且，所述步骤⑴中分散剂为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮。
而且，所述步骤⑵中氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、三氯化铁或过氧化氢。
而且，所述步骤⑵中将氧化剂加入纯水中，该纯水质量为配制A溶液所需纯水质量的0.4倍。
而且，所述步骤⑷中混合液与纯水的重量比例为1:1～1:10。
而且，所述制备方法制备得到的调整高绝缘表面电阻的水性涂料涂装至高绝缘表面，根据水性涂料涂装形成的涂层厚度可调整高绝缘表面的电阻为103～1010Ωcm-2。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明方法制备得到的水性涂料呈现翠绿色，与木材、塑料、陶瓷和玻璃均具有优异的粘结性能，该方法制得的水性涂料可调整木材、塑料、陶瓷和玻璃的表面电阻至103～1010Ωcm-2，不受环境湿度和温度的限制，使高绝缘表面的电阻长时间处于所需范围，并且可在两年时间内保持稳定，使得木材、塑料及玻璃等高绝缘表面具有可控的导电性，为木材、塑料、陶瓷和玻璃表面等非导电性基材上的静电喷涂工艺的应用提供了便利，奠定了基础，具有广泛的应用价值和工业前景。
2、本发明方法制备得到的水性涂料与环氧、聚酯等常用的粉末涂料都具有优异的亲和性，有利于提高粉末涂料在木材表面的附着力；该方法制备得到的水性涂料不含有机挥发分，利于环境保护和可持续发展。
3、本发明方法所使用的原料来源广泛，成本低廉，并且制备过程简单，成本低廉，降低了生产成本，提高了企业的经济效益；该制备方法不产生三废(废气、废液、废渣)，节能环保。
附图说明
图1为本发明方法制备得到的水性涂料与不同比例的纯水混合后的不同效果图；其中，该图中从左至右水性涂料与纯水的质量比例依次为：1：5、1：4、1：3和1：2；
图2为本发明方法制备得到的水性涂料涂装到木材表面的效果图；其中，(a)图、(b)图、(c)图和(d)图的涂层厚度依次增厚。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的试剂，如无特殊规定，均为本领域内常用的试剂；本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为本领域内常用的方法。
本发明专利申请的主要思路为：一种调整高绝缘表面，例如木材表面电阻的水性涂料的制备和施工方法。首先采用化学氧化法制备水溶性导电聚苯胺，苯胺单体的最终浓度(在A溶液和B溶液混合后的混合液中的浓度)为0.01～0.50molL-1,氧化剂与苯胺单体的化学计量比为1.1～1.3：1，质子酸掺杂剂的最终浓度(在A溶液和B溶液混合后的混合液中的浓度)为0.10～0.70molL-1，分散剂的质量分数为2～20％(即分散剂质量占A溶液和B溶液混合后的混合液总质量的2～20％)，在-10～20℃恒温聚合10～20h。
可根据所需要调整到的高绝缘表面的电阻范围改变上述混合液与纯水的比例。例如，将聚合后的混合液与水按1:1～1:10混合后，涂装到高绝缘表面。
本发明制备方法所制备得到的调整高绝缘表面电阻的水性涂料可采用常用的方法进行涂装，例如喷涂、刷涂、辊涂、浸涂等。
实施例1
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
(1)A溶液的配制：将0.90g聚乙烯吡咯烷酮加入10.0g纯水中，在40℃恒温30h，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解。将0.20mL苯胺单体和0.40g对甲苯磺酸加入到以上聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，搅拌均匀，得A溶液。
(2)B溶液的配制：将0.61g过硫酸铵加入4.0g纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液。
(3)将A、B两溶液置于恒温槽，待温度调至-5℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10℃恒温聚合16h。
(4)将上述所得混合液与纯水分别按混合液：纯水的质量比为1:5、1:4、1:3、1:2混合，搅拌至均匀，即得调整高绝缘表面电阻的水性涂料，如图1(a)(b)(c)(d)所示。
本发明方法制备得到的水性涂料的使用方法及效果如下：
将木材工件去尘，将涂料喷涂到木材工件表面(涂料用量为80gm-2)，涂层可在空气中自然干燥，如图2所示。其中，图2(a)所用涂料如图1(a)所示，图2(b)所用涂料如图1(b)所示、图2(c)所用涂料如图1(c)所示，图2(d)所用涂料如图1(d)所示。图2所示木材工件表面电阻可调整至105～109Ωcm-2。
实施例2
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
(1)A溶液的配制：将1.0g聚乙烯醇加入10.0g纯水中，在70℃恒温30h，使聚乙烯醇完全溶解。将0.20mL苯胺单体和0.40g对甲苯磺酸加入到以上聚乙烯醇的水溶液中，搅拌均匀，得A溶液。
(2)B溶液的配制：将0.61g过硫酸铵加入4.0g纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液。
(3)将A、B两溶液置于恒温槽，待温度调至-10℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10℃恒温聚合16h。
(4)将上述所得混合液与纯水按混合液：纯水的重量比为1:3混合，搅拌至均匀，即为调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
本发明方法制备得到的水性涂料的使用方法及效果如下：
将木材工件去尘，将该水性涂料喷涂到木材工件表面(涂料用量为80gm-2)，涂层可在空气中自然干燥后，其表面电阻可达106Ωcm-2。
实施例3
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
(1)A溶液的配制：将0.90g聚乙烯吡咯烷酮加入10.0g纯水中，在40℃恒温30h，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解。将0.20mL苯胺单体和0.49g萘磺酸加入到以上聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，搅拌均匀，得A溶液。
(2)B溶液的配制：将0.61g过硫酸铵加入4.0g纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液。
(3)将A、B两溶液置于恒温槽，待温度调至-5℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10℃恒温聚合16h。
(4)将上述所得混合液与纯水按质量比1:3混合，搅拌至均匀，即为调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
本发明方法制备得到的水性涂料的使用方法及效果如下：
将木材工件去尘，将涂料喷涂到木材工件表面(涂料用量为80gm-2)，涂层可在空气中自然干燥后，其表面电阻可达105Ωcm-2。
实施例4
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
(1)A溶液的配制：将0.90g聚乙烯吡咯烷酮加入10.0g纯水中，在40℃恒温30h，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解。将0.20mL苯胺单体和0.49g樟脑磺酸加入到以上聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，搅拌均匀，得A溶液。
(2)B溶液的配制：将0.61g过硫酸铵加入4.0g纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液。
(3)将A、B两溶液置于恒温槽，待温度调至-5℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10℃恒温聚合16h。
(4)将上述所得混合液与纯水按质量比1:3混合，搅拌至均匀，即为调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
本发明方法制备得到的水性涂料的使用方法及效果如下：
将木材工件去尘，将涂料喷涂到木材工件表面(涂料用量为80gm-2)，涂层可在空气中自然干燥后，其表面电阻可达105Ωcm-2。
实施例5
一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，步骤如下：
(1)A溶液的配制：将0.90g聚乙烯吡咯烷酮加入10.0g纯水中，在40℃恒温30h，使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解。将0.20mL苯胺单体和0.40g对甲苯磺酸酸加入到以上聚乙烯吡咯烷酮的水溶液中，搅拌均匀，得A溶液。
(2)B溶液的配制：将0.71g过硫酸钾加入4.0g纯水中，搅拌至完全溶解，得B溶液。
(3)将A、B两溶液置于恒温槽，待温度调至10℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在10℃恒温聚合16h。
(4)将上述所得混合液与纯水按质量比1:3混合，搅拌至均匀，即为调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
本发明方法制备得到的水性涂料的使用方法及效果如下：
将木材工件去尘，将涂料喷涂到木材工件表面(涂料用量为80gm-2)，涂层可在空气中自然干燥后，其表面电阻可调整为108Ωcm-2。
以上述依据本发明的理想实施案例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本想发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
⑴A溶液的配制：将总质量为纯水质量的2％～20％的分散剂加入纯水中，在40～70℃恒温24～48h，使分散剂完全溶解，得分散剂水溶液；将苯胺单体和质子酸加入到上述分散剂水溶液中，搅拌均匀，得A溶液；
所述步骤⑴中分散剂为聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮；
⑵B溶液的配制：将氧化剂加入纯水中，该纯水质量为配制A溶液所需纯水质量的0.1～1倍、氧化剂与苯胺单体的化学计量比为1.1～1.3：1，搅拌至完全溶解，得B溶液；
⑶将A溶液、B溶液置于恒温槽，待温度调至-10～20℃，将A溶液和B溶液快速混合并搅拌至均匀，在-10～20℃恒温聚合10～20h，得混合液；
⑷将步骤⑶中混合液与纯水混合，搅拌至均匀，即得调整高绝缘表面电阻的水性涂料。
2.根据权利要求1所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中苯胺单体的最终浓度为0.01～0.50mol·L-1，质子酸的最终浓度为0.10～0.70mol·L-1。
3.根据权利要求1所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑴中质子酸为有机酸。
4.根据权利要求3所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述有机酸为对甲苯磺酸、萘磺酸或樟脑磺酸。
5.根据权利要求1所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾、三氯化铁或过氧化氢。
6.根据权利要求1所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑵中将氧化剂加入纯水中，该纯水质量为配制A溶液所需纯水质量的0.4倍。
7.根据权利要求1所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述步骤⑷中混合液与纯水的重量比例为1:1～1:10。
8.根据权利要求1至7任一项所述的调整高绝缘表面电阻的水性涂料的制备方法，其特征在于：所述制备方法制备得到的调整高绝缘表面电阻的水性涂料涂装至高绝缘表面，根据水性涂料涂装形成的涂层厚度可调整高绝缘表面的电阻为103～1010Ω·cm-2。
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