CN106047164A - 一种环保阻燃绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种环保阻燃绝缘涂料及其制备方法，所述涂料包括如下成分：有机硅改性环氧树脂，丙烯酸改性聚氨酯树脂，氮化硅，碳酸钙，纳米碳化硅，纳米氧化镁，氧化镁，羧甲基纤维素，钛酸酯偶联剂，阻燃填料，丙酮，滑石粉，膨润土，助溶剂，分散剂，流平剂，去离子水。所述涂料采用有机硅改性环氧树脂和丙烯酸改性聚氨酯树脂配合，使得涂料具有良好的光泽度、良好的抗静电能力、较好的力学性能、耐老化性能及耐磨性能，加入纳米碳化硅、阻燃填料、纳米氧化镁，可有效提升涂料抗氧化及阻燃能力，而且还具有价格和环保优势，附着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，涂覆时采用辊涂代替喷涂，有效改善生产环境，有利于工人身体健康。

Description

一种环保阻燃绝缘涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保阻燃绝缘涂料及其制备方法。
背景技术
涂料，在中国传统名称为油漆。所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。中国涂料界比较权威的《涂料工艺》一书是这样定义的：“涂料是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。”
人们日常使用涂料过程中经常会接触到一些有毒害作用的化合物，这些化合物会对环境和人体健康造成一定的毒害作用。
而绝缘涂料具有优良电绝缘性的涂料。有良好的电性能、热性能、机械性能和化学性能。多为清漆，也有色漆。
绝缘涂料分为耐温600℃以下溶剂型和600-1700℃水性两种。该涂料可在被涂装物表面形成一层具有较高体积电阻率，能承受较强电场而不被击穿的陶瓷涂层。该涂层具有较高的机械强度和良好的化学稳定性，能耐老化，耐水，耐化学腐蚀；同时还具有耐机械冲击和热冲击性能，该涂层可在相应的工作温度内下连续工作。
随着绝缘涂料工业的发展，一些有机绝缘涂料已经不能满足人们的绿色环保、多功能化和优良性能的理念，而陶瓷绝缘涂料的发展开启了向高新涂料领域的进展和研究，进一步满足了人们对于提升涂料性能的愿景。
对于绝缘涂料，目前国内主要存在如下专利文献：
专利公开号：CN104341828A，公开了一种绝缘涂料，所述涂料由以下各组分的原料组成：环烷酸钴1.5份、丁醇6份、亚油酸38份、乙二酸聚酯26份。本发明产生有益效果：本发明的绝缘涂料，能够满足一般绝缘涂料的不足，涂料的制作原料简单，涂料具备绝缘的功能，原料生产成本低。然而，该专利所提供的涂料，成分简单，绝缘性能只能满足一般要求，无法满足更高的绝缘要求。
此外，现有涂料的涂装方式大多采用喷涂，喷涂是通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。喷涂中的主要问题是高度分散的漆雾和挥发出来的溶剂(即挥发性有机污染物，VOCs)，既污染环境，不利于人体健康，又浪费涂料，造成经济损失。挥发、扩散到空气中的涂料，则形成挥发性有机污染物，危害人体健康。在喷涂车间，涂料作为挥发性有机污染物的主要来源，喷涂车间内空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状；重者会出现肝中毒甚至很快昏迷，有的还可能有生命危险。长期待在挥发性有机化合物污染的喷涂车间内，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经***、引起全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒等。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种环保阻燃绝缘涂料及其制备方法，所述涂料采用有机硅改性环氧树脂和丙烯酸改性聚氨酯树脂配合，改性后的环氧树脂和聚氨酯树脂，使得涂料具有良好的光泽度、良好的抗静电能力、较好的力学性能、耐老化性能及耐磨性能，加入纳米碳化硅、阻燃填料、纳米氧化镁，可有效提升涂料抗氧化及阻燃能力，而且还具有价格和环保优势，附着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，涂覆时采用辊涂代替喷涂，有效改善生产环境，有利于工人身体健康。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种环保阻燃绝缘涂料，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：30～40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15～25份，氮化硅：5～10份，碳酸钙：5～10份，纳米碳化硅：10～15份，纳米氧化镁：5～10份，氧化镁：1～5份，羧甲基纤维素：5～10份，钛酸酯偶联剂：1～5份，阻燃填料：5～10份，丙酮：10～20份，滑石粉：1～5份，膨润土：1～5份，助溶剂：1～5份，分散剂：1～5份，流平剂：1～5份，去离子水：30～40份。
进一步，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35～40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15～20份，氮化硅：6～10份，碳酸钙：7～10份，纳米碳化硅：10～13份，纳米氧化镁：5～8份，氧化镁：1～3份，羧甲基纤维素：5～9份，钛酸酯偶联剂：1～4份，阻燃填料：7～10份，丙酮：10～15份，滑石粉：3～5份，膨润土：1～3份，助溶剂：2～5份，分散剂：3～5份，流平剂：1～4份，去离子水：35～40份。
优选地，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：20份，氮化硅：7份，碳酸钙：8份，纳米碳化硅：12份，纳米氧化镁：7份，氧化镁：2份，羧甲基纤维素：7份，钛酸酯偶联剂：3份，阻燃填料：8份，丙酮：13份，滑石粉：4份，膨润土：2份，助溶剂：3份，分散剂：4份，流平剂：2份，去离子水：35份。
另，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：将20～30重量份的氨基硅油和15～25重量份的双酚A环氧树脂溶解于30～40重量份丙酮中，以200～300r/min的转速搅拌20～30min，升温至110～130℃，反应2～3h，反应结束后，减压蒸馏去除丙酮，然后将改性树脂与对5～10重量份的二氨基-二苯-甲烷混合，以100～200r/min的转速搅拌10～20min，干燥，冷却至室温，得所述有机硅改性环氧树脂。
另有，所述丙烯酸改性聚氨酯树脂的制备方法包括如下步骤：
1)制备丙烯酸预聚物
取容器，加入20～30重量份乙酸丁酯和10～20重量份二甲苯的混合物，搅拌，升温至130～140℃，以5～10ml/min的速率，向容器内滴加由10～20重量份丙烯酸正丁酯、15～25重量份丙烯酸乙酯、20～30重量份的甲基丙烯酸甲酯、5～10重量份的苯乙烯、1～5重量份的引发剂及1～5重量份链转移剂混合形成的混合液，1～2内滴完，降温至100～110℃，进行共聚反应，得所述丙烯酸预聚物；
2)制备丙烯酸改性聚氨酯树脂
取10～20重量份异佛尔酮二异氰酸酯，加入反应容器中，以10～15ml/min的速度向容器内滴加10～15重量份聚乙二醇和1～5重量份的氧化钙，滴加完毕后升温至40～50℃，反应1～2h，升温至70～80℃，加入5～10重量份的二羟甲基丙酸，反应3～4h，降温至30～40℃，以5～10ml/min的速率滴加10～20重量份的三乙醇胺，并以5～10ml/min的速率滴加步骤1)所得20～30重量份的丙烯酸预聚物，搅拌，冷却至室温，得所述丙烯酸改性聚氨酯树脂。
再，所述助溶剂为乙酰胺、醇类或醇醚类有机溶剂。
再有，所述分散剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种。
且，所述阻燃填料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、空心玻璃微珠、海泡石中的一种。
另，所述流平剂为氟改性丙烯酸流平剂或磷酸酯改性丙烯酸流平剂。
同时，本发明还提供一种环保阻燃绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：将所述有机硅改性环氧树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、助溶剂、钛酸酯偶联剂、流平剂、分散剂及15～20份去离子水加入搅拌机中，以900～1000r/min的转速搅拌10～15min，加入碳酸钙、纳米碳化硅、纳米氧化镁、氮化硅、氧化镁、羧甲基纤维素、阻燃填料、丙酮、滑石粉、膨润土及剩余去离子水，将转速提升至1200～1500r/min，搅拌30～40min，得所述环保阻燃绝缘涂料。
本发明的有益效果在于：
所述涂料采用有机硅改性环氧树脂和丙烯酸改性聚氨酯树脂配合，改性后的环氧树脂和聚氨酯树脂，使得涂料具有良好的光泽度、良好的抗静电能力、较好的力学性能、耐老化性能及耐磨性能，加入纳米碳化硅、阻燃填料、纳米氧化镁，可有效提升涂料抗氧化及阻燃能力，而且还具有价格和环保优势，附着力强、延展性好、耐高温、使用寿命长，涂覆时采用辊涂代替喷涂，有效改善生产环境，有利于工人身体健康。辊涂成型快干的辊涂工艺代替喷涂工艺，涂装时塑胶漆的利用度能达到90％以上，减少了空气中的挥发和浪费，有效降低因喷涂导致塑胶漆挥发形成的VOCs，辊涂车间内VOCs排放量≤420ppm，环保效果好。可有效吸收电磁波，消除辐射危害，并可吸附甲醛，净化空气，降低空气中甲醛含量。理论遮盖率：8-12m2/kg(漆膜厚度＝20微米)；导电效应：≤0.025欧姆/cm2(漆膜厚度不少20微米)，膜厚：20～25微米(ASTM D4138-94)。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
本发明所提供的一种环保阻燃绝缘涂料，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：30～40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15～25份，氮化硅：5～10份，碳酸钙：5～10份，纳米碳化硅：10～15份，纳米氧化镁：5～10份，氧化镁：1～5份，羧甲基纤维素：5～10份，钛酸酯偶联剂：1～5份，阻燃填料：5～10份，丙酮：10～20份，滑石粉：1～5份，膨润土：1～5份，助溶剂：1～5份，分散剂：1～5份，流平剂：1～5份，去离子水：30～40份。
进一步，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35～40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15～20份，氮化硅：6～10份，碳酸钙：7～10份，纳米碳化硅：10～13份，纳米氧化镁：5～8份，氧化镁：1～3份，羧甲基纤维素：5～9份，钛酸酯偶联剂：1～4份，阻燃填料：7～10份，丙酮：10～15份，滑石粉：3～5份，膨润土：1～3份，助溶剂：2～5份，分散剂：3～5份，流平剂：1～4份，去离子水：35～40份。
优选地，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：20份，氮化硅：7份，碳酸钙：8份，纳米碳化硅：12份，纳米氧化镁：7份，氧化镁：2份，羧甲基纤维素：7份，钛酸酯偶联剂：3份，阻燃填料：8份，丙酮：13份，滑石粉：4份，膨润土：2份，助溶剂：3份，分散剂：4份，流平剂：2份，去离子水：35份。
另，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：将20～30重量份的氨基硅油和15～25重量份的双酚A环氧树脂溶解于30～40重量份丙酮中，以200～300r/min的转速搅拌20～30min，升温至110～130℃，反应2～3h，反应结束后，减压蒸馏去除丙酮，然后将改性树脂与对5～10重量份的二氨基-二苯-甲烷混合，以100～200r/min的转速搅拌10～20min，干燥，冷却至室温，得所述有机硅改性环氧树脂。
另有，所述丙烯酸改性聚氨酯树脂的制备方法包括如下步骤：
1)制备丙烯酸预聚物
取容器，加入20～30重量份乙酸丁酯和10～20重量份二甲苯的混合物，搅拌，升温至130～140℃，以5～10ml/min的速率，向容器内滴加由10～20重量份丙烯酸正丁酯、15～25重量份丙烯酸乙酯、20～30重量份的甲基丙烯酸甲酯、5～10重量份的苯乙烯、1～5重量份的引发剂及1～5重量份链转移剂混合形成的混合液，1～2内滴完，降温至100～110℃，进行共聚反应，得所述丙烯酸预聚物；
2)制备丙烯酸改性聚氨酯树脂
取10～20重量份异佛尔酮二异氰酸酯，加入反应容器中，以10～15ml/min的速度向容器内滴加10～15重量份聚乙二醇和1～5重量份的氧化钙，滴加完毕后升温至40～50℃，反应1～2h，升温至70～80℃，加入5～10重量份的二羟甲基丙酸，反应3～4h，降温至30～40℃，以5～10ml/min的速率滴加10～20重量份的三乙醇胺，并以5～10ml/min的速率滴加步骤1)所得20～30重量份的丙烯酸预聚物，搅拌，冷却至室温，得所述丙烯酸改性聚氨酯树脂。
再，所述助溶剂为乙酰胺、醇类或醇醚类有机溶剂。
再有，所述分散剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种。
且，所述阻燃填料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、空心玻璃微珠、海泡石中的一种。
另，所述流平剂为氟改性丙烯酸流平剂或磷酸酯改性丙烯酸流平剂。
同时，本发明还提供一种环保阻燃绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：将所述有机硅改性环氧树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、助溶剂、钛酸酯偶联剂、流平剂、分散剂及15～20份去离子水加入搅拌机中，以900～1000r/min的转速搅拌10～15min，加入碳酸钙、纳米碳化硅、纳米氧化镁、氮化硅、氧化镁、羧甲基纤维素、阻燃填料、丙酮、滑石粉、膨润土及剩余去离子水，将转速提升至1200～1500r/min，搅拌30～40min，得所述环保阻燃绝缘涂料。
其中，表1为本发明各实施例所述一种环保阻燃绝缘涂料成分列表。表2为本发明各实施例所述一种环保阻燃绝缘涂料中有机硅改性环氧树脂的成分列表。表3为本发明各实施例所述一种环保阻燃绝缘涂料中丙烯酸改性聚氨酯树脂的成分列表。
表1(单位：重量份)
表2(单位：重量分)
表3(单位：重量分)
将本发明实施例所述一种环保阻燃绝缘涂料通过辊涂方式涂覆，在200℃下固化后，冷却至室温，放置48小时，其中，耐冲击性能测试方法参照国家标准GB/T1732-93规定的测定漆膜耐冲击性能的方法，以固定质量(1kg)的重锤落于试板上而不引起漆膜破坏的最大高度(cm)表示漆膜耐冲击性能，高达70～80cm。
采用本发明所提供的一种环保阻燃绝缘涂料，T弯性能可达1T。在230℃高温下不开裂、不变色，抗老化能力强，放置在户外连续日照10～15年不泛黄、不变色。耐酸耐腐蚀能力强，将辊涂好的产品放入85℃水内煮2H生再逐渐加热到100℃，产品无变色、掉漆、起泡。在常温下用5％的Nad溶液浸泡24H后，产品表面无锈蚀、变色及镀层脱落。把纯棉布蘸满95％酒精包在500g砝码上，以每分钟40-60次的速度(20mm)左右的行程在产品表面擦试50个循环，无掉色脱油。所得涂料涂膜铅笔硬度高达4～5H。阻燃性能可达V0级。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份的成分：
有机硅改性环氧树脂：30~40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15~25份，氮化硅：5~10份，碳酸钙：5~10份，纳米碳化硅：10~15份，纳米氧化镁：5~10份，氧化镁：1~5份，羧甲基纤维素：5~10份，钛酸酯偶联剂：1~5份，阻燃填料：5~10份，丙酮：10~20份，滑石粉：1~5份，膨润土：1~5份，助溶剂：1~5份，分散剂：1~5份，流平剂：1~5份，去离子水：30~40份。
2.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35~40份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：15~20份，氮化硅：6~10份，碳酸钙：7~10份，纳米碳化硅：10~13份，纳米氧化镁：5~8份，氧化镁：1~3份，羧甲基纤维素：5~9份，钛酸酯偶联剂：1~4份，阻燃填料：7~10份，丙酮：10~15份，滑石粉：3~5份，膨润土：1~3份，助溶剂：2~5份，分散剂：3~5份，流平剂：1~4份，去离子水：35~40份。
3.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份的成分：有机硅改性环氧树脂：35份，丙烯酸改性聚氨酯树脂：20份，氮化硅：7份，碳酸钙：8份，纳米碳化硅：12份，纳米氧化镁：7份，氧化镁：2份，羧甲基纤维素：7份，钛酸酯偶联剂：3份，阻燃填料：8份，丙酮：13份，滑石粉：4份，膨润土：2份，助溶剂：3份，分散剂：4份，流平剂：2份，去离子水：35份。
4.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法包括如下步骤：将20~30重量份的氨基硅油和15~25重量份的双酚A环氧树脂溶解于30~40重量份丙酮中，以200~300r/min的转速搅拌20~30min，升温至110~130℃，反应2~3h，反应结束后，减压蒸馏去除丙酮，然后将改性树脂与对5~10重量份的二氨基-二苯-甲烷混合，以100~200r/min的转速搅拌10~20min，干燥，冷却至室温，得所述有机硅改性环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述丙烯酸改性聚氨酯树脂的制备方法包括如下步骤：
1）制备丙烯酸预聚物
取容器，加入20~30重量份乙酸丁酯和10~20重量份二甲苯的混合物，搅拌，升温至130~140℃，以5~10ml/min的速率，向容器内滴加由10~20重量份丙烯酸正丁酯、15~25重量份丙烯酸乙酯、20~30重量份的甲基丙烯酸甲酯、5~10重量份的苯乙烯、1~5重量份的引发剂及1~5重量份链转移剂混合形成的混合液，1~2内滴完，降温至100~110℃，进行共聚反应，得所述丙烯酸预聚物；
2）制备丙烯酸改性聚氨酯树脂
取10~20重量份异佛尔酮二异氰酸酯，加入反应容器中，以10~15ml/min的速度向容器内滴加10~15重量份聚乙二醇和1~5重量份的氧化钙，滴加完毕后升温至40~50℃，反应1~2h，升温至70~80℃，加入5~10重量份的二羟甲基丙酸，反应3~4h，降温至30~40℃，以5~10ml/min的速率滴加10~20重量份的三乙醇胺，并以5~10ml/min的速率滴加步骤1)所得20~30重量份的丙烯酸预聚物，搅拌，冷却至室温，得所述丙烯酸改性聚氨酯树脂。
6.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述助溶剂为乙 酰胺、醇类或醇醚类有机溶剂。
7.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述分散剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述阻燃填料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、空心玻璃微珠、海泡石中的一种。
9.根据权利要求1所述的环保阻燃绝缘涂料，其特征在于，所述流平剂为氟改性丙烯酸流平剂或磷酸酯改性丙烯酸流平剂。
10.一种根据权利要求1~9中任一项所述的环保阻燃绝缘涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述有机硅改性环氧树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、助溶剂、钛酸酯偶联剂、流平剂、分散剂及15~20份去离子水加入搅拌机中，以900~1000r/min的转速搅拌10~15min，加入碳酸钙、纳米碳化硅、纳米氧化镁、氮化硅、氧化镁、羧甲基纤维素、阻燃填料、丙酮、滑石粉、膨润土及剩余去离子水，将转速提升至1200~1500r/min，搅拌30~40min，得所述环保阻燃绝缘涂料。
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