水性环氧绝缘漆的性能研究与研制电吹风
时间：2022/09/09 14:03:41 编辑：
水性环氧绝缘漆的性能研究与研制
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刘树华1，郭国亮2，许曼2，王晓梅2 （1.海军驻武汉七一二所军事代表室，武汉430064；2.中船重工第七一二研究所，武汉430064）
摘要：采用自制的丙烯酸改性水性环氧乳液配制了水性环氧绝缘漆，利用红外光谱（FT-IR）、激光粒度分析仪和透射电镜（TEM）对丙烯酸改性水性环氧乳液进行表征，并对水性绝缘漆固化后的漆膜硬度、附着力和热性能等进行测试。结果表明：水性环氧乳液的粒径较小、分布均匀。绝缘漆的耐热性好、综合性佳，满足实际应用要求，有较好的应用前景okmart.com。
关键词：水性环氧乳液；粒径；水性绝缘漆；耐热性
中图分类号：TM215.4 文献标志码：A 文章编号：1009-9239（2013）06-0004-04
0·引言
水性环氧树脂是由环氧树脂经特殊工艺制成的以水为连续相的稳定分散体系，不但能保持一般溶剂型环氧树脂的优点，而且不含有机溶剂，有机化合物含量较低，能很好地满足人们对环境保护及安全生产的要求。目前，对环氧树脂进行水性化改性的方法主要有机械法、相反转法和化学改性法。机械法和相反转法制得的水性环氧树脂乳液粒径较大，稳定性差。化学改性法是目前环氧树脂水性化改性研究的热点，特别是接枝反应改性方法具有不需破环氧基、改性产物分散粒径小的优势，可以得到高环氧保留率、高稳定性的水性环氧树脂，是当前环氧树脂改性研究的方向之一。
自制了丙烯酸改性水性环氧乳液，对水性环氧乳液的粒径及形貌进行分析，同时选用含高亚氨基的甲醚化氨基树脂作为交联剂，制备了水性环氧绝缘漆。研究了绝缘漆漆膜性能的影响因素、漆膜结构及其性能。
1·试验
1.1 主要原材料及试验仪器
水性环氧乳液，自制；325氨基树脂，工业级，美国氰特；催化剂，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；流平剂，工业级，德国毕克化学公司；消泡剂，工业级，德国毕克化学公司；三乙醇胺，化学纯，国药集团化学试剂有限公司。
电热恒温鼓风干燥箱，101-2A型，上海锦昱科学仪器有限公司；划格器，HGQ，上海江仪仪器有限公司；涂-4杯粘度计，LND-1，上海江仪仪器有限公司；介电强度测试仪，HT-50，桂林电器科学研究院有限公司。
1.2 水性绝缘漆的配制
按配方称量水性环氧乳液、325氨基树脂、催化剂和助剂，混合均匀后用三乙醇胺调整pH至8.0左右，加入去离子水继续搅拌，稀释至固含量为30%，即得水性环氧绝缘漆。
1.3 漆膜的制备
水性绝缘漆漆膜按GB/T1736—1979中浸渍法制备，固化条件为120℃烘烤3h。
1.4 性能测试及结构表征
红外光谱分析采用美国TA公司Nicolet750型红外吸收分析光谱仪测试，树脂固化前采用涂膜法制样，固化后采用KBr压片法制样。
TGA分析采用日本SHIMADIU的TGA-50分析仪测试，氮气气氛，升温速率10℃/min，温度范围为50~600℃。
DSC分析采用瑞士MettlerToledo公司821e/400型差示扫描量热仪测试，氮气气氛，升温速率10℃/min，样品质量为5mg左右。
乳液粒径采用英国Malvern公司生产的MS-2000型激光粒度分析仪进行测试。电镜测试：将乳液稀释后并用磷钨酸染色，滴到覆有聚乙烯醇缩甲醛的铜网上，晾干后用日本JEOL公司生产的JEM-2100F型透射电镜测试。
2·结果与讨论
2.1 漆膜固化过程FTIR分析
环氧树脂含有醚键，其邻位碳原子上的α-H和叔碳原子上的H相对而言比较活泼，在引发剂自由基的作用下可形成自由基，引发与丙烯酸的接枝聚合反应，引入亲水性的羧基，由胺中和后成盐，加水制得水性环氧树脂乳液。
图1为水性环氧乳液和固化后漆膜的红外光谱图。从图1可以看到，3450cm-1附近为羟基的伸缩振动峰，2930cm-1处为C-H伸缩振动峰，1730cm-1为C=O的伸缩振动峰，1600cm-1与1510cm-1对应于苯环的骨架振动吸收峰。在1240~1040cm-1范围内有多重裂解峰，对应于链段上醚键的伸缩振动峰。940cm-1、906cm-1对应于环氧的特征吸收峰，表明丙烯酸接枝反应未对环氧基团产生破坏作用。而固化后在940cm-1、906cm-1的吸收峰明显减弱，表明环氧基团被打开发生交联反应，形成交联网状结构，并且交联固化反应比较完全。
图1 水性环氧乳液和固化后漆膜的红外光谱图
2.2 水性环氧乳液的结构形貌
图2为采用透射电镜观察到的水性环氧乳液形态。从图2可以看出，乳液颗粒近似为球状粒子，分布比较均匀，形成的乳胶粒内核由亲油的环氧树脂构成，外面包裹了一层亲水性的改性环氧树脂外壳，即图2(b)所示的核壳结构。激光粒度分析仪测试出乳液的平均粒度为56nm，颗粒处于纳米分散状态，因此该乳液具有良好的贮存稳定性。
图2 水性环氧乳液的透射电镜图
2.3 温度对水性绝缘漆表干时间的影响
表干时间是水性绝缘漆烘烤工艺的重要参数，图3为水性绝缘漆在不同温度下的表干时间。
图3 烘焙温度对水性绝缘漆表干时间的影响
从图3可以看出，漆膜固化温度由80℃升至120℃左右时，水性绝缘漆的表干时间随着烘焙温度的升高而大幅降低，表干时间由约25min迅速降至8min。水性绝缘漆在较高温度下固化速率快，流失量小，利用率高，而温度太低又不利于水分的挥发，因此选用120℃为固化温度。
2.4 固化时间对漆膜电气强度的影响
电气强度是衡量绝缘漆性能的一个重要指标，图4为固化时间对漆膜电气强度的影响。
图4 固化时间对漆膜电气强度的影响
由图4可知，随着固化时间的延长，漆膜的电气强度逐步增大。当漆膜固化时间为3h时，常态电气强度达到84MV/m，继续延长固化时间，电气强度增大趋势变缓。其原因是随着固化时间的延长，树脂的固化程度增大，因此漆膜交联密度大，疏水性强，电气强度也随之增大。
2.5 水性绝缘漆的DSC分析
DSC是研究高分子结构变化-分子运动-性能的一种有效手段，可用于测试材料的Tg，在温度达到Tg时，热容增加，基线向吸热方向移动。图5为水性绝缘漆的DSC曲线。由图5可以看到，水性绝缘漆的Tg为90.782℃。
图5 水性绝缘漆的DSC分析曲线
2.6 水性绝缘漆的TGA分析
图6为水性绝缘漆漆膜的TGA曲线。由图6可知，漆膜从120℃开始分解，这是内部残留的少量溶剂被释放出来。漆膜分解50%的温度为417℃，其中在427.3℃下，漆膜的失重速率最快，交联网状结构抑制链段的运动，破坏链段需要更高的能量，提高了其耐热性。
图6 水性绝缘漆的TGA分析曲线
2.7 水性绝缘漆的综合性能
表1为在120℃/3h的固化条件下水性环氧绝缘漆的综合性能。
表1 水性绝缘漆的综合性能指标
从表1可以看出，制备的水性绝缘漆固化条件低，固化后的漆膜硬度大、耐水性好，通过优化固化工艺，不会腐蚀铜及硅钢片，消除了水性绝缘漆的弊端，与其它体系（如聚酯）相比，乳液稳定性好，固化后漆膜粘结强度高，尤其是电气强度和耐热性能优异。
3·结论
（1）制备的水性环氧粒径分布均匀，处于纳米分散状态，具有良好的贮存稳定性；
（2）固化后的涂膜平整光滑，具有较高的附着力和优异的耐水性；
（3）在120℃/3h的固化条件下，漆膜的电气强度较高；漆膜耐热性好，粘结强度高，耐热等级在F级以上，可取代传统溶剂型绝缘漆。
参考文献：
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