9绝缘材料2011,44(2)
水溶性聚酯树脂硅钢片漆的制备
张笑瑞
a,刘立柱a,c,翁凌a,李子帙b,王诚a
(哈尔滨理工大学a.材料科学与工程学院;b.应用科学学院;
c.工程电介质及其应用技术省部共建教育部重点实验室,哈尔滨150040)
摘要:针对传统硅钢片漆溶剂毒性大、污染大的问题,以邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、新戊二醇、偏苯三酸酐和
三羟甲基丙烷等为主要原料,合成了水溶性聚酯树脂硅钢片漆。通过对比不同配方漆液的粘度、胶化时间、漆
膜的硬度、附着力以及韧性等因素,分析不同原料及不同助剂对树脂性能的影响,得出了最佳的树脂配方。结
果表明,制备的树脂漆膜的综合性能良好。
关键词:水性聚酯;硅钢片漆;漆膜性能
中图分类号:TM215.42文献标志码:A文章编号:1009-9239(2011)02-0009-04
PreparationofWater-solublePolyester
ResinforLaminationCoatin
g
ZhangXiaoruia,LiuLizhua,c,WengLinga,LiZizhib,WangChen
g
a
(a.CollegeofMaterialScienceandEngineering;b.CollegeofAppliedScience;c.KeyLaboratory
ofEngineeringDielectricandItsApplication,MinistryofEducation,HarbinUniversityofScience
andTechnology,Harbin150040,China)
Abstract:Inviewofhighsolventtoxicityandseverepollutionofconventionallaminationcoatin
g
,a
newwater_solublepolyesterresinwaspreparedthroughusingphthalicanhydride,isophthalicacid,
neopentylglycol,trimelliticanhydrideandtrimethylolpropaneasmainrawmaterials.Bycomparin
g
thefluidviscosity,geltime,filmhardness,adhesion,toughnessandotherfactorsofpaintliquid
withvariousformulations,theeffectsofdifferentrawmaterialsandpromoteronthepropertiesof
resinwereanalyzedandoptimumformulaofresinwasobtained.Resultsindicatethatthecompre-
hensiveperformanceoflaminationcoatingpreparedbythiswater_solublepolyesterresinisexcel-
lent.
Keywords:water_solublepolyester;laminationcoating;filmperformance
1前言硅钢片在磁性材料中占有重要地位,主要用作旋转电机(如马达)的铁芯,但需要在硅钢片表面涂覆绝缘膜,以防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗,提高其电磁性能[1]。硅钢片漆作为一种改善材料性能的绝缘漆正日益受到大力推崇。随着电机单机容量的不断增大和电机电器的耐热等级的提高,对定子铁芯硅钢片间绝缘提出了越来越高的要求[2-4]。一般情况下,当电机起动或发生故障时易导致温度过高、铁芯短路。相比传统硅钢片漆,水溶性硅钢片漆更符合环境友好材料的要求和低碳生活的
主旋律。以水溶性聚酯树脂作为硅钢片漆的基体树
脂可以为漆液提供较低的粘度和很短的胶化时间,
更符合硅钢片涂覆的工艺要求;同时固化后的漆膜
具有很好的硬度和附着力
[5-8]
。
针对传统硅钢片漆溶剂毒性大、污染大的问题,
研究制备了水溶性聚酯树脂硅钢片漆,并测试了其
漆液、漆膜的性能以及助剂对其清漆性能的影响。
2实验
2.1实验原料
邻苯二甲酸酐(工业品),己二酸(工业品),间苯
二甲酸(工业品),一缩二乙二醇(分析纯,天津恒
兴),三羟甲基丙烷(工业品),偏苯三酸酐(工业品),
5303固化剂(工业品),新戊二醇(工业品),正丁醇
收稿日期:2010-09-10
作者简介:张笑瑞(1986-),男,黑龙江人,硕士生,主要从事新型
水溶性硅钢片漆的研制;刘立柱(1964-),男,黑龙江人,博士,教
授,主要从事新型绝缘材料的合成及复合材料结构表征,(电子信
箱)mrliulizhu1964@yahoo.com.cn。
张笑瑞等:水溶性聚酯树脂硅钢片漆的制备
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(分析纯,天津富宇),N,N-二甲基乙醇胺(分析
纯,天津科密欧),乙二醇(分析纯,天津恒兴),二月桂酸二丁基锡(分析纯,天津化学试剂一厂)。2.2水溶性聚酯树脂的合成(1)将二元酸、二元醇、三元醇加入反应釜,升温至130℃左右,待固体组分大部分溶解之后开动搅拌,并加入催化剂。继续升温,待温度达到最高点后会自然下落到一个近似稳定值,开始计时,保持30min。(2)将温度降低至比稳定温度低20℃,使体系不再回流,改冷凝回流为回收装置。缓慢升温至160℃,保温30min。(3)升温至180℃,保温1h,升温至200℃,保温1h,缓慢升温至240℃,待流头温度下降至接近室温后停止加热。(4)降温到170℃,加入偏苯三酸酐,完全溶解后,保温45min,当酸值达到45～50mgKOH/g之后,降温。(5)降温至90℃左右,将产物加入正丁醇,调整固体含量接近于80%,待溶液完全冷却后加入中和剂,使体系pH值达到7.5～8.0。2.3硅钢片漆液的制备取制得的水溶性聚酯树脂溶液,根据测得的固体含量计算出纯树脂的质量,加入占纯树脂质量20%的固化剂,按溶液的固体含量65%计算出总的质量。加入助溶剂,使助溶剂和溶剂占漆液总质量的25%。再加入总质量10%的水,得到固体含量近似为65%的水溶性聚酯树脂漆。2.4硅钢片漆膜的制备用砂纸将硅钢片四周毛边打磨光滑,再用酒精棉将钢片表面清理干净,并晾干。使用四辊涂膜机,调整转速为200r/min,调漆;调整转速至1000r/min,涂漆。将涂好的钢片放入350℃的鼓风烘箱中,烘40s,待钢片冷却后进行测试。2.5性能测试2.5.1粘度按照GB/T1723-1993测试样品粘度。2.5.2柔韧性按照GB1731-1993树脂漆膜柔韧性测定法对树脂漆膜进行柔韧性测试。2.5.3硬度按照GB/T6739-1996涂层硬度的测试方法对树脂漆膜硬度进行测试。2.5.4胶化时间将胶化板加热至210±2℃,待温度稳定后,向
中间凹槽注入少量树脂,同时按秒表计时,从试样加
入胶化板到试样拔丝时所经历的时间即胶化时间。
2.5.5附着力
按照GB/T9286-1998涂层附着力的测试方
法进行测试。
3结果与讨论
3.1二元酸的确定
选新戊二醇为二元醇、三羟甲基丙烷为三元醇、
偏苯三酸酐为三元酸,选用邻苯二甲酸酐、间苯二甲
酸、己二酸中不同配比进行5组实验(以下配比均为
物质的量比),其配比分别为:1号己二酸100%;2
号邻苯二甲酸酐100%;3号邻苯二甲
酸酐(75%),
间苯二甲酸(25%);4号邻苯二甲酸酐(65%),间苯
二甲酸(25%)和己二酸(10%);5号邻苯二甲酸酐
(55%),间苯二甲酸(25%)和己二酸(20%)。试验结
果如表1和表2所示。
表1水溶性聚酯漆性能指标
表2聚酯硅钢片漆漆膜性能
由表1和表2可知,1号试样单独使用己二酸,
由于其长链结构,属于柔性分子,所以漆液粘度很
低,漆膜韧性很好
;但其胶化时间较长、漆膜的硬度
张笑瑞等:水溶性聚酯树脂硅钢片漆的制备
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和附着力都不好。因此二元酸不适合单独使用。
2号单独使用邻苯二甲酸,由于其邻位结构可以提供一定的刚性,制得的漆液有较短的胶化时间、漆膜有一定的硬度和很好的附着力;但漆膜韧性较差,邻位结构也使其容易水解,不稳定,所以也不适宜单独使用。间苯二甲酸,由于其在苯环上的间位结构,属于刚性基团,使漆液具有很短的胶化时间并且使漆膜有很高的硬度和附着力;但是漆膜韧性很差,由于其空间位阻大、反应活性较低,使其在体系中的溶解和反应都比较困难。4号、5号选择邻苯二甲酸作为二元酸的主体,通过改变间苯二甲酸和己二酸的用量来调节漆液和漆膜的性能。通过比较发现,4号试样性能最佳,其中间苯二甲酸在新戊二醇中最大的溶解比例是其物质量占二元酸总量的25%,为了使其能够完全溶解,己二酸的用量最大为二元酸总量的10%。3.2二元醇的确定由上述实验选定二元酸为邻苯二甲酸酐(65%)、间苯二甲酸(25%)、己二酸(10%)的组合;三元醇为三羟甲基丙烷;三元酸为偏苯三酸酐。在新戊二醇、乙二醇、一缩乙二醇中选择二元醇,编号依次为1,2,3分别进行实验和测试,结果列于表3和表4。表3水溶性聚酯漆性能表4聚酯硅钢片漆漆膜性能由表3和表4可知,2号使用乙二醇的漆液具有很低的粘度,但胶化时间长和水溶性比较差,其漆膜的韧性较好,但其硬度和附着力较低;3号使用一缩二乙二醇的漆液粘度很低、水溶性很好,胶化时间短,漆膜的韧性好,但是附着力差,硬度低;1号使用新戊二醇的漆液有很短的胶化时间,但粘度较
大,漆膜有高的硬度和附着力。
综上所述,由于在胶化时间、硬度和附着力上的
性能优势,选新戊二醇为二元醇。
3.3合成工艺的确定
聚酯合成过程中经常出现各种不同现象和问
题,为了保证聚酯的性能,对其合成过程中出现的各
种现象进行分析、讨论,得到最佳工艺。
对于3种二元酸,在反映初期所能达到的最高
温度和稳定点温度如表5所示。
表53种酸的温度特性
从表5可以看出,间苯二甲酸能达到的最高温
度和稳定温度最高,己二酸能达到的最高温度和稳
定温度最低,苯酐在两者中间。增加间苯二甲酸在
体系中的比重有利于提高最高温度和稳定温度,而
己二酸在体系中比重的增加会降低最高温度点
和稳
定温度。且间苯二甲酸很难与体系相容,所以己二酸
比重的增加会使间苯二甲酸的溶解更加困难。
由于新戊二醇、一缩二乙二醇、乙二醇的沸点分
别是210℃、245℃、198℃,所以先将体系在回流的
状况下进行反应,在加热的条件下将温度升至最高
温度(约190℃)后自然下降,并形成在160℃左右
的平衡点之后,改为回收装置,而后在200℃保温
2h左右,使体系在该阶段充分反应,出水量达到一
定程度再缓慢升温至240℃,使反应完全。这样可以
有效的避免醇的流失并且能够节约时间。
反应结束后加入正丁醇的温度不能太高,否则
正丁醇的羟基可能会和偏苯三酸酐的羧基反应影响
中和成盐效果和正丁醇的助溶效果。
3.4助剂的影响
在制备水性聚酯树脂硅钢片漆时,清漆经常出现
流平性不好、气泡较多等问题,所以向清漆中加入助
剂对其进行改性。但是在加入助剂后出现了硬度降
低、韧性增加的现象。
选定两种配方的清漆分析助剂对水性聚酯树脂
漆膜的影响(所用比例均为所用二元酸或二元醇占
该体系物质的质量份数):
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