一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用 (Composite insulating coating and preparation method and application thereof ) 是由 朱继锋 郑勇明 林伟 凌文 谢思源 李天豪 王长杰 杨丽芳 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本申请属于绝缘涂料技术领域,尤其涉及一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用。本申请提供了一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用；其中,所述复合绝缘涂料包括：有机硅改性丙烯酸乳液、聚酰亚胺溶液、无机填料以及硅烷偶联剂；硅烷偶联剂不仅可以使无机填料与有机硅改性丙烯酸或聚酰亚胺键合,提高了无机填料与有机硅改性丙烯酸或聚酰亚胺的相容性,还利用硅烷偶联剂具有的有机官能基和硅烷氧基,根据相似相溶原理,提高了有机硅改性丙烯酸和聚酰亚胺的相容性,从而使机硅改性丙烯酸乳液,聚酰亚胺溶液,无机填料三者相容性好,提高了复合绝缘材料绝缘性、耐候性,解决了现有技术中复合绝缘涂料绝缘性、耐候性有待提高的技术问题。(The application belongs to the technical field of insulating coatings, and particularly relates to a composite insulating coating and a preparation method and application thereof. The application provides a composite insulating coating and a preparation method and application thereof; wherein the composite insulating coating comprises: organic silicon modified acrylic emulsion, polyimide solution, inorganic filler and silane coupling agent; the silane coupling agent can bond the inorganic filler and the organic silicon modified acrylic acid or polyimide to improve the compatibility of the inorganic filler and the organic silicon modified acrylic acid or polyimide, and also improves the compatibility of the organic silicon modified acrylic acid and polyimide by utilizing the organic functional group and the siloxy group of the silane coupling agent according to the similar intermiscibility principle, so that the compatibility of the organic silicon modified acrylic acid emulsion, the polyimide solution and the inorganic filler is good, the insulating property and the weather resistance of the composite insulating material are improved, and the technical problem that the insulating property and the weather resistance of the composite insulating coating in the prior art need to be improved is solved.)
技术领域
本申请属于绝缘涂料技术领域，尤其涉及一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用。
背景技术
有机硅改性丙烯酸树脂具有有机硅单体的绝缘性、耐候性的优势，而聚酰亚胺本身具有优异的绝缘性能，因此，有机硅改性丙烯酸树脂与聚酰亚胺树脂是复合绝缘涂料的常用组分，如CN201811135391.2公开的一种水性有机硅改性高硬度疏水UV绝缘漆，采用经羟基硅油和二甲基乙烯基乙氧基硅烷改性的丙烯酸聚酯树脂水性乳液为基体树脂，同时辅以可固化且提高硬度和绝缘性的乙烯基MQ硅树脂，CN201410503459.3公开的一种耐高温绝缘涂料组合物以及制备方法，所述组合物包含环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、硼酸锌、三羟甲基丙烷、过氧化苯甲酰、三聚磷酸钾、纳米二氧化钛、填料以及阻燃剂；
但有机硅改性丙烯酸树脂与聚酰亚胺树脂结构不相似，且无机填料作为无机组分，与有机硅改性丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等有机组分相容性差，从而导致复合绝缘涂料中有机硅改性丙烯酸树脂和聚酰亚胺的绝缘性、耐候性能不能充分发挥，复合绝缘涂料的绝缘性、耐候性有待提高。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用，可以解决现有技术中复合绝缘涂料绝缘性、耐候性有待提高的技术问题。
本申请第一方面提供了一种复合绝缘涂料，所述复合绝缘涂料的组分包括：有机硅改性丙烯酸乳液，聚酰亚胺溶液，无机填料，硅烷偶联剂。
优选的，所述无机填料包括二氧化硅、轻钙粉、云母粉、高岭土、硫酸钡、硅钙粉、钛白粉中的至少一种。
所述无机填料为二氧化硅。
优选的，所述二氧化硅为气相法二氧化硅。
需要说明的是，气相法二氧化硅纯度高，SiO2含量在99.8％以上，且气相二氧化硅表面聚集了多种硅羟基，硅羟基与机硅改性丙烯酸中的硅氧烷结构相似，从而可以进一步提高二氧化硅与有机硅改性丙烯酸树脂和聚酰亚胺等有机组分的相容性。
优选的，以质量份计算，所述复合绝缘涂料的组分包括：
有机硅改性丙烯酸乳液10-20份；
聚酰亚胺溶液5-10份；
二氧化硅20-25份；
硅烷偶联剂1-2份。
优选的，以质量份计算，所述复合绝缘涂料的组分包括：
有机硅改性丙烯酸乳液15份；
聚酰亚胺溶液7份；
二氧化硅22份；
硅烷偶联剂1.5份。
本申请第二方面提供了复合绝缘涂料的制备方法，所述制备方法包括步骤：
步骤一，将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中，搅拌得到第一混合物；
步骤二：将无机填料缓慢加入到所述第一混合物中，搅拌得到所述复合绝缘涂料。
优选的，所述有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法包括步骤：
步骤一，将50-70％的丙烯酸单体、不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂以及水注入反应器中，搅拌得到乳化产物；
步骤二，将30-50％的丙烯酸单体、羟基封端聚硅氧烷以及引发剂滴加到所述乳化产物中，得到所述有机硅改性丙烯酸乳液；
所述反应的温度为80-90℃；
所述反应的时间为2.5-4h。
需要说明的是，先将部分丙烯酸单体等反应单体反应单体添加到反应器中乳化，得到乳化产物，再将剩余的反应单体与引发剂滴加到乳化产物中反应，避免了反应单体的量过多，导致的聚合反应剧烈或引发剂添加速度过快，引发的聚合反应剧烈，从而导致聚合产物有机硅改性丙烯酸乳液的质量不佳甚至聚合反应失败等情况。
还需要说明的是，反应的时间为2.5-4h包括滴加引发剂的时间和滴加引发剂后反应的时间，优选滴加引发剂的时间为0.5-1h，滴加引发剂后反应的时间2-3h；
优选的，所述丙烯酸单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体以及羟基丙烯酸酯类单体中的至少一种；
所述不饱和双键的有机硅单体包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷以及丙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种；
所述交联剂包括N-亚甲基双丙烯酰胺和/或乙二醇双丙烯酸酯；
所述乳化剂包括十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、丙烯基聚氧乙烯醚中的至少一种；
所述引发剂包括2,2-偶氮基-双(2一脒基丙烷)、硫代硫酸苯甲酰甲酯钠盐、季铵盐型水性安息香酸以及水性磺酸盐型二甲基苯酮衍生物中的至少一种。
优选的，所述丙烯酸类单体包括丙烯酸和/或甲基丙烯酸；
所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及丙烯酸丁酯中的至少一种；
所述羟基丙烯酸酯类单体包括羟基丙烯酸甲酯和/或羟基丙烯酸乙酯。
优选的，所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560以及KH570中的至少一种。
优选的，以质量份计算，所述所述有机硅改性丙烯酸乳液的组分包括：
不饱和双键的有机硅单体20-30份；
羟基封端聚硅氧烷3-5份；
丙烯酸类单体100份；
丙烯酸酯类单体40-60份；
羟基丙烯酸酯类单体10-20份；
交联剂0.5-2份。
本申请第三方面提供了复合绝缘涂料和制备方法制备的复合绝缘涂料在耐侯领域中的应用。
需要说明的是，本申请提供的复合绝缘涂料再加入固化剂形成涂层后，由于复合绝缘涂料中各组分之间相容性好，不易开裂，从而具有优异的绝缘性和耐盐碱等性能，可适用于耐侯领域。
综上所述，本申请提供了一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用；其中，所述复合绝缘涂料包括：有机硅改性丙烯酸乳液，聚酰亚胺溶液，无机填料，硅烷偶联剂；硅烷偶联剂具有有机官能基和硅烷氧基，硅烷氧基对无机填料等组分具有反应性，而有机官能基对有机硅改性丙烯酸乳液，聚酰亚胺溶液有机组分具有反应性或相容性，因此，当硅烷偶联剂介于无机组分和有机组分界面之间，可形成有机组分-硅烷偶联剂-无机组分的结合层，从而使无机填料与有机硅改性丙烯酸或聚酰亚胺键合，提高了无机填料与有机硅改性丙烯酸或聚酰亚胺的相容性；
同时，硅烷偶联剂的硅烷氧基的结构与有机硅改性丙烯酸含有的硅氧烷基团结构相似，根据相似相溶原理，使硅烷偶联剂与有机硅改性丙烯酸具有反应性和相容性，且有机官能基与聚酰亚胺这一有机组分也有反应性和相容性，从而提高了有机硅改性丙烯酸和聚酰亚胺的相容性，从而使机硅改性丙烯酸乳液，聚酰亚胺溶液，无机填料三者相容性好，制备成涂层后不易开裂，提高了复合绝缘材料绝缘性、耐候性，本申请提供了一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用可以解决现有技术中复合绝缘涂料绝缘性、耐候性有待提高的技术问题。
附图说明
：为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请制备复合绝缘涂料的流程图。
具体实施方式
：
本申请提供了一种复合绝缘涂料及其制备方法和应用，可以解决现有技术中复合绝缘涂料绝缘性、耐候性有待提高的技术问题。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。
实施例1
本实施例1提供了第一种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液15g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液7g；
二氧化硅22g；
硅烷偶联剂KH5501.5g。
实施例2
本实施例2提供了第一种有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：
将60％的第一单体以及全部的不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂、水注入反应器中，将剩余的第一单体、羟基封端聚硅氧烷、引发剂以滴加的方式加入到反应器中，滴加时间为0.5-1h，滴加完成后反应3h结束反应；
其中，第一单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、羟基丙烯酸酯类单体。
制备有机硅改性丙烯酸乳液的过程中，各组成的加入量为：
乙烯基三甲氧基硅烷25g；
羟基含量为8％的羟基封端聚硅氧烷4g；
丙烯酸100g；
丙烯酸甲酯20g；
丙烯酸乙酯30g；
羟基丙烯酸甲酯15g；
N、N-亚甲基双丙烯酰胺1g；
所述乳化剂(十二烷基硫酸钠)相当于单体总重的2％；
所述引发剂(偶氮类引发剂)占单体总重的0.4％。
实施例3
本实施例3提供了第二种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液20g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液5g；
二氧化硅25g；
硅烷偶联剂KH5502g。
实施例4
本实施例4提供了第二种机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：
将60％的第一单体以及全部的不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂、水注入反应器中，将剩余的第一单体、羟基封端聚硅氧烷、引发剂以滴加的方式加入到反应器中，滴加时间为0.5-1h，滴加完成后反应3h结束反应；
其中，第一单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、羟基丙烯酸酯类单体。
制备有机硅改性丙烯酸乳液的过程中，各组成的加入量为：
乙烯基三甲氧基硅烷30g；
羟基含量为8％的羟基封端聚硅氧烷3g；
丙烯酸100g；
丙烯酸甲酯25g；
丙烯酸乙酯25g；
羟基丙烯酸甲酯20g；
N、N-亚甲基双丙烯酰胺1.5g；
所述乳化剂(十二烷基硫酸钠)相当于单体总重的1％；
所述引发剂(偶氮类引发剂)占单体总重的0.5％。
实施例5
本实施例5提供了第三种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液10g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液10g；
二氧化硅20g；
硅烷偶联剂KH5501g。
实施例6
本实施例6提供了第三种机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：
将60％的第一单体以及全部的不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂、水注入反应器中，将剩余的第一单体、羟基封端聚硅氧烷、引发剂以滴加的方式加入到反应器中，滴加时间为0.5-1h，滴加完成后反应3h结束反应；
其中，第一单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、羟基丙烯酸酯类单体。
制备有机硅改性丙烯酸乳液的过程中，各组成的加入量为：
乙烯基三甲氧基硅烷20g；
20-30cp，羟基含量为8％的羟基封端聚硅氧烷5g；
丙烯酸100g；
丙烯酸甲酯40g；
羟基丙烯酸甲酯15g；
N、N-亚甲基双丙烯酰胺0.8g；
所述乳化剂(十二烷基硫酸钠)相当于单体总重的1％；
所述引发剂(偶氮类引发剂)占单体总重的0.5％。
实施例7
本实施例7提供了第四种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液18g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液6g；
二氧化硅24g；
硅烷偶联剂KH5601g。
实施例8
本实施例8提供了第四种有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：
将60％的第一单体以及全部的不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂、水注入反应器中，将剩余的第一单体、羟基封端聚硅氧烷、引发剂以滴加的方式加入到反应器中，滴加时间为0.5-1h，滴加完成后反应3h结束反应；
其中，第一单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、羟基丙烯酸酯类单体。
制备有机硅改性丙烯酸乳液的过程中，各组成的加入量为：
乙烯基三乙氧基硅烷25g；
羟基含量为8％的羟基封端聚硅氧烷4g；
丙烯酸100g；
丙烯酸甲酯30g；
丙烯酸乙酯20g；
羟基丙烯酸甲酯15g；
N、N-亚甲基双丙烯酰胺1g；
所述乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚：丙烯基聚氧乙烯醚＝2:1)相当于单体总重的2％；
所述引发剂(偶氮类引发剂)占单体总重的0.4％。
实施例9
本实施例9提供了第五种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液18g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液6g；
二氧化硅24g；
硅烷偶联剂KH5701g。
实施例10
本实施例10提供了第五种有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：
将60％的第一单体以及全部的不饱和双键的有机硅单体、交联剂、乳化剂、水注入反应器中，将剩余的第一单体、羟基封端聚硅氧烷、引发剂以滴加的方式加入到反应器中，滴加时间为0.5-1h，滴加完成后反应3h结束反应；
其中，第一单体包括丙烯酸类单体、丙烯酸酯类单体、羟基丙烯酸酯类单体。
制备有机硅改性丙烯酸乳液的过程中，各组成的加入量为：
乙烯基三乙氧基硅烷22g；
羟基含量为8％的羟基封端聚硅氧烷3.5g；
丙烯酸100g；
丙烯酸甲酯60g；
羟基丙烯酸甲酯18g；
N、N-亚甲基双丙烯酰胺1g；
所述乳化剂(烷基酚聚氧乙烯醚：丙烯基聚氧乙烯醚＝2:1)相当于单体总重的2％；
所述引发剂(偶氮类引发剂)占单体总重的0.4％。
实施例11
本实施例11提供了第六种绝缘涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂、聚酰亚胺溶液加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液7g；
固含量为20％的热塑性聚酰亚胺溶液15g；
二氧化硅22g；
硅烷偶联剂KH5501.5g；
其中，有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1相同。
对比例1
本对比例1提供了不含聚酰亚胺溶液的绝缘涂料的制备方法，包括步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂加入到有机硅改性丙烯酸乳液中搅拌得到混合物；
步骤二：将二氧化硅缓慢加入到混合物中分散均匀并包装；
其中，绝缘涂料中各组分的量的加入量为：
有机硅改性丙烯酸乳液22g；
二氧化硅22g；
硅烷偶联剂KH5501.5g；
其中，有机硅改性丙烯酸乳液的制备方法与实施例1相同。
实施例12
本实施例12为检测实施例1、实施例11以及对比例1所制备的绝缘涂料的性能。
将实施例1、实施例11以及对比例1所制备的绝缘涂料涂敷再铜基体上，待涂料固化成膜后，检测漆膜的硬度、绝缘性、耐高温性能、耐酸碱性能；检测结果如表一所示。
从表一可以看出，与实施例1或实施例11公开的同时含有聚酰亚胺溶液和有机硅改性丙烯酸乳液组分的复合绝缘涂料相比，对比例1公开的复合绝缘涂料含有聚酰亚胺溶液，在固化成漆膜后，对比例1公开的复合绝缘涂料体积电阻率、漆膜硬度、耐高温性能以及耐酸碱性能均低于同时含有聚酰亚胺溶液和有机硅改性丙烯酸乳液组分的复合绝缘涂料。
表一
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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