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H 级无溶剂浸渍绝缘漆制备研究
王雪秋3 吴缀图 赵慈义 吴渊海
(华东理工大学工业催化研究所, 上海200237)
随着现代化和国民经济的迅速发展, 特种电机、航空、航天等许多工业对所用的绝缘材料的性能提出了越来越高的要求[1 ]。近年来, 国内外在浸渍绝缘漆的研究方面, 主要朝着提高耐热和无溶剂化方向发展[2, 3 ]。对于浸渍漆的各种助剂如固化促进剂, 挥发分抑制剂等也进行了大量研究[4, 5 ]。本文论述了无溶剂浸渍漆的合成方法, 以及使用促进剂和挥发分抑制剂, 以提高无溶剂浸渍漆的性能。
1 实验部分
1. 1 药品与试剂
改性二苯醚树脂(工业级) , 自制, 顺丁烯二酸酐(工业级) , 乙二醇(化学钝) , 对苯二酚(化学纯) , 苯乙烯(工业级) , 过氧化二异丙苯(化学纯)。
1. 2 浸渍树脂的制备
在三口烧瓶中加入650. 6g 改性二苯醚树脂,390. 0g 顺丁烯二酸酐, 276. 0g 乙二醇, 加热搅拌,慢慢升温至120 °C, 记录出水温度, 然后以每小时升温1 0～ 1 4°C 的速度, 升温到1 9 0 °C , 1h 后抽真空(0. 08M Pa) 30m in, 停止反应, 降温至120 °C, 加入0. 72g 对苯二酚, 加入0. 36g 石蜡, 冷却至110 °C,再加入613. 9g 苯乙烯, 快速搅拌, 然后降至室温, 加入10. 8g过氧化二异丙苯, 搅拌5m in。
1. 3 浸渍漆的配制
取97. 0g 由上所制备的浸渍树脂, 分别加入3. 0g 季戊四醇丙烯酸酯和异辛酸锰(其制备另文报道)以及两者混合物, 各搅拌5m in。
1. 4 浸渍漆的性能测定
浸渍漆耐热指数, 凝胶时间, 固化度, 挥发率等性能, 按ZBK215020289 (电气绝缘无溶剂浸渍树脂技术条件) 测定。
2 结果与讨论
2. 1 改性聚酯的合成
2. 1. 1 改性不饱和聚酯制备机理 利用改性二苯醚树脂替代通常合成不饱和聚酯所用的乙二醇, 利用内部的苯环取代苯酐, 机理为:
改性二苯醚由于其特殊大P共轭电子键结构而变得非常稳定, 且具有特别高的耐热性, 改性二苯醚结构为:
从改性二苯醚结构可知, 分子的一端具有稳定的醌式结构, 故有类似于对苯二酚的阻聚作用, 当改性二苯醚作为单体参加反应后, 高分子聚酯中就带有结构型阻聚作用。本产品之所以具有较高的耐热性, 较好电性能和储存稳定性, 就是基于引入了改性二苯醚的缘故。
2. 1. 2 改性聚酯 实验结果表明, 加入较多的改性二苯醚树脂对耐热指数提高有利, 见表1。这是由于改性二苯醚树脂中含有大量的苯环, 具有较好的耐热性。但是加入过多的二苯醚树脂, 对温度指数略有下降, 这是由于二苯醚中含有大量小分子物质所造成的, 而加入太多的二苯醚树脂, 改性聚酯的成本会上升, 因此该选择适量的改性二苯醚树脂。阻聚剂加入量太大, 虽然对储存稳定性有利, 但耐热指数有所下降。
固化剂的加入量对耐热指数的影响较小, 但加入太多固化剂时会引起漆膜严重开裂, 加入较少则固化周期长。
2. 1. 3 凝胶时间、储存稳定性与阻聚剂、固化剂含量的关系 (1) 凝胶时间SGel与固化剂的关系见图1, 随着固化剂含量(w curing) 的升高, 凝胶时间缩短;不同温度下, 两者变化规律相似。(2) 储存稳定性和阻聚剂含量的关系, 由图2 表明, 随着阻聚剂含量(w inhibito r) 升高, 凝胶时间变长, 储存稳定性增加; 不同温度下, 凝胶时间随阻聚剂含量具有相似的变化规律。
2. 2 促进剂和抑制剂对浸渍漆性能影响
2. 2. 1 促进机理 锰为氧化剂促进剂, 通过本身变化来催化氧的获取, 质子的释放、双键的活化酸的分解及过氧化物的分解。其机理如下:
锰离子可有M n2+ 和M n4+
氧的获取 M n2+ + O 2= M nOO 4+
质子的释放 M n4+ + 2RH= M n2+ + 2R + 2H+
过氧化物的分解 2RCOOH + M n4+ = ROO +M n+ + 2H
2. 2. 2 促进剂含量和固化时间的关系 促进剂含量(w ace) 对固化时间的影响, 如图3 所示。无溶剂浸渍漆的固化时间随着促进剂含量的升高而下降; 从0. 2%～ 0. 8% 固化时间变化较为明显, 随后固化时间变化不明显。
2. 2. 3 抑制剂含量和浸渍漆挥发率的关系 如图4所示, 抑制剂含量(w inhi) 1. 5% 时, 固化速度快,固化时间短, 说明抑制剂含量在1. 5% 时, 效果最好; 浸渣漆挥发率与单独使用抑制剂时有差别, 而促进剂的效果不受抑制剂的影响。
2. 2. 4 最佳固化时间的选择 由实验可知, 在不同温度下, 固化时间和固化度的关系, 如表2 所示。在130 °C 条件下浸渍树脂的最佳固化时间为4h, 在140 °C 条件下, 浸渍树脂的最佳固化时间为3～3. 5h; 测得固化度数据偏低, 由于含有过多低分子物质所造成的, 或者少量苯乙烯尚未交联。应该尽量减少小分子的含量, 这样可以提高浸渍漆耐热性。
3 结 论
(1) 改性二苯醚树脂为主要原料制成无溶剂浸渍漆的途径是正确的, 耐热指数186 °C。浸渍漆可达到H 级。
(2) 制备的无溶剂浸渍漆粘度低, 固化温度低,固化周期短, 储存周期长, 价格便宜, 是一种较为理想的新材料。
参考文献
1 W einmann D J. So lventless epoxy coatings fo r the rail car indus2try. M ater Perfo rm, 1994, 33 (6) : 29～ 32
2 Robert F, N avin. So lventless Po lyester insulating varnish fo rclass 180 + transfo rmers mo to rs and co ils. In: Donald E,W iesenberg. P roceeding of the 15th electricalöe lectronics insu2lation conference. N ew Yo rk: Institute of Electrical and Elec2tronics Engineers Inc, 1981, 183～ 186
3 王 辉. 几种无溶剂浸渍漆的工艺性能探讨. 中小型电机, 1990,17 (1) : 26～ 28
4 M ark L ivesay. P rocess fo r contro lline monomeric em issions.U SA , Cl. 471ö5 41. 1, 4720392. 19, J an, 1988
5 A nthony J Bean, East Rutherfo rd N J. Pho topo lymerization co2intiato r system s. U SA. Cl 252ö431R, 3933682. 20, J an, 1976
