本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法。
背景技术：
根据绝缘行业统计，溶剂浸渍漆的年产量约为1.5万吨，保守估计40％溶剂(即6000吨溶剂)在使用过程挥发到空气中，空气污染问题严重。2014年1月有关部门完成《关于将涂料产品纳入消费税的研究报告》，建议对溶剂征收消费税，2015年开始对VOC含量高于420g/L的涂料征收消费税。
水性绝缘漆作为一种环保型涂料，以其低污染、安全节能、使用方便等特性正成为行业应用发展的方向。但是，现有的水性绝缘漆加有部分助溶剂，含有较高的挥发性有机化合物(VOC)，不符合环保要求；并且其耐热性能通常较差，使用过程中烘烤温度偏高，如水性聚酯树脂烘烤温度150℃以上，限制了它的应用，电气绝缘性能欠佳，尤其是漆膜浸水后电气绝缘性能下降明显，醇酸树脂和聚丙烯酸酯树脂这方面的缺陷表现尤甚。2015年2月1日施行的GB/T1981.6-2014对环保型水性绝缘漆进行了技术规范，促进了水性绝缘漆行业的有序发展。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种不含助溶剂，挥发性有机化合物含量少，耐热性能好，漆膜电气绝缘性能优良，浸水后电气绝缘性能降幅较小的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，包括丙烯酸改性水性环氧树脂、氨基树脂固化剂和助剂，所述丙烯酸改性水性环氧树脂和氨基树脂固化剂的重量比为(10-2)：1，所述丙烯酸改性水性环氧树脂主要是由环氧多元醇预聚物和丙烯酸酯预聚体在氮封条件下经混合反应制备得到。
上述的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，优选的，所述丙烯酸改性水性环氧绝缘漆是以水作为分散介质，且不含助溶剂成分。
本发明以丙烯酸改性水性环氧树脂作为主要原料，优选以水作为分散介质，无需添加助溶剂，绝缘漆中挥发性有机化合物含量低，无安全隐患，符合绿色环保要求；此外，通过使用丙烯酸改性水性环氧树脂，所得绝缘漆的固化速率较快，固化温度较低，并且其电气绝缘性能及乳液稳定性好，具有良好的应用前景。
上述的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，优选的，所述助剂包括消泡剂、流平剂和润湿分散剂，所述消泡剂、流平剂和润湿分散剂在所述丙烯酸改性水性环氧绝缘漆中的质量分数均为0.5-2％；所述消泡剂为聚醚类消泡剂；所述流平剂为聚醚硅氧烷共聚物乳液；所述润湿分散剂为烷基聚氧乙烯醚类润湿分散剂。
上述的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，优选的，所述环氧多元醇预聚物主要由月桂酸和环氧树脂经混合反应后制备得到，所述环氧树脂为EPON828环氧树脂、EPON1001环氧树脂、E-51环氧树脂、E-44环氧树脂或E-21环氧树脂；所述丙烯酸酯预聚体主要由丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯经混合反应后制备得到。
上述的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，优选的，所述丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的耐热温度达到170℃以上，其耐热等级达到H级；且漆膜的常态电气强度≥150MV/m，常态体积电阻率≥1014Ω·m；其浸水24h后电气强度≥110MV/m，体积电阻率≥1013Ω·m。
上述的丙烯酸改性水性环氧绝缘漆，优选的，所述氨基树脂固化剂为氰特303氨基树脂、氰特325氨基树脂、英力士717氨基树脂和水性氨基树脂中的一种或几种。
作为一个总的发明构思，本发明另一方面提供了一种上述丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氮封条件下，将月桂酸和环氧树脂混合反应，得到环氧多元醇预聚物；
(2)在氮封条件下，将丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯混合反应，得到丙烯酸酯预聚体；
(3)在氮封条件下，将步骤(1)所得环氧多元醇预聚物和步骤(2)所得丙烯酸酯预聚体混合反应，反应完全后加入中和剂进行中和，然后加水分散，得到丙烯酸改性水性环氧树脂；
(4)将氨基树脂固化剂、消泡剂、流平剂、润湿分散剂与步骤(3)所得丙烯酸改性水性环氧树脂混合均匀，即得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
现有的水性绝缘漆的电气绝缘性能欠佳，尤其是漆膜浸水后电气绝缘性能下降明显，水性聚酯树脂、醇酸树脂和聚丙烯酸酯树脂表现尤甚。聚酯结构易水解，耐水性差，和氨基树脂固化温度偏高；醇酸树脂同样耐水性较差；不饱和脂肪酸(如聚丙烯酸)结构中含有大量不饱和双键，具有气固化自交联自干功能，漆膜固化快，但漆膜固化过快影响厚层水分的挥发，影响其绝缘性能；虽然交联密度高，但存在脆性大的缺点，限制了聚丙烯酸酯树脂在绝缘材料领域的应用。本发明在丙烯酸改性水性环氧树脂的合成过程中引入饱和脂肪酸(月桂酸)，改善了漆膜的脆性，通过调整月桂酸的添加量来调配丙烯酸改性水性环氧树脂中不饱和双键的含量，进而起到调控漆膜干性和韧性的作用，提高水性绝缘漆的电气绝缘性能。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述月桂酸和环氧树脂的质量比为1：(2-5)；所述步骤(2)中，所述丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:(0.5-2):(1-4)。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述环氧多元醇预聚物和丙烯酸酯预聚体的质量比为1：(0.5-6)；所述中和剂为三乙醇胺、三乙胺和N，N-二甲基乙醇胺中的一种或几种，中和剂的用量为环氧多元醇预聚物和丙烯酸酯预聚体总质量的5-15％。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述月桂酸和环氧树脂混合反应的反应温度为80-150℃，反应时间为2-5h；所述步骤(2)中，所述丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯混合反应的反应温度为60-100℃，反应时间为4-9h；所述步骤(3)中，环氧多元醇预聚物和丙烯酸酯预聚体混合反应的反应温度为100-180℃，反应时间为4-8h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)现有水性绝缘漆一般含有助溶剂(如醇醚溶剂等)，本发明的水性环氧绝缘漆以丙烯酸改性水性环氧树脂作为主要原料，以水做为分散介质，无需添加助溶剂，挥发性有机化合物含量低，无安全隐患，对环境污染小，符合绿色环保要求。
(2)现有的水性绝缘漆固化温度偏高，固化速率较慢，限制了其应用，本发明通过使用丙烯酸改性水性环氧树脂，丙烯酸含有不饱和双键结构，具有一定的气干性，加快了绝缘漆的固化速率，应用前景更好。
(3)现有的水性绝缘漆一般耐热性能较差，本发明通过引入改性单体苯乙烯，引入苯环结构，提高了所制备的水性绝缘漆的耐热性能，耐热温度可达170℃以上，其耐热等级可达H级。
(4)本发明在丙烯酸改性水性环氧树脂的合成过程中引入饱和脂肪酸(月桂酸)，改善了漆膜的脆性，通过调整月桂酸的添加量来调配丙烯酸改性水性环氧树脂中不饱和双键的含量，进而起到调控漆膜干性和韧性的作用，提高水性绝缘漆的电气绝缘性能。本发明的水性环氧绝缘漆漆膜的常态电气强度≥150MV/m，常态体积电阻率≥1014Ω·m；其浸水24h后电气强度≥110MV/m，体积电阻率≥1013Ω·m。
(5)现有的水性绝缘漆多是非离子型体系，非离子型体系通过含有亲水链段和亲油链段的表面活性功能物质将油性树脂包裹，形成一种水包油型的胶束体系，分散在水中，其稳定性较差，本发明使用的丙烯酸改性水性环氧树脂为离子型树脂，其溶于水性体系形成的乳液稳定性较好。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、氰特303氨基树脂、TEGO902W型消泡剂(聚醚类消泡剂)、高斯进GSK-550型流平剂(聚醚硅氧烷共聚物流平剂)和TEGO270型润湿分散剂(烷基聚氧乙烯醚类润湿分散剂)，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和氰特303氨基树脂的质量比为10:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取20g月桂酸和100g E-51环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至80℃，反应5h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25.6g丙烯酸、12.8g苯乙烯和102.4g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至60℃，反应9h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取100g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和50g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至100℃反应8h，反应完后加入N，N-二甲基乙醇胺12g，加入去离子水225g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、氰特303氨基树脂15g、TEGO902W型消泡剂0.85g、高斯GSK-550型流平剂1g和TEGO270型润湿分散剂3g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为157.3MV/m，体积电阻率为1.3×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为118.0MV/m，体积电阻率为2.6×1013Ω·m。耐热温度为176.3℃。电气绝缘性能按照国家标准GB/T1408-2006绝缘材料电气强度试验方法检测。
实施例2：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、氰特325氨基树脂、TEGO902W型消泡剂、高斯GSK-550型流平剂、TEGO270型润湿分散剂，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和氰特325氨基树脂的质量比为10:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取50g月桂酸和150g E-44环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至150℃，反应4h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25g丙烯酸、25g苯乙烯和100g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至80℃，反应6h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取25g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和125g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至160℃反应8h，反应完后加入三乙胺7.5g，加入去离子水225g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、氰特325氨基树脂15g、TEGO902W型消泡剂3g，高斯GSK-550型流平剂0.9g，TEGO270型润湿分散剂0.85g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为165.4MV/m，体积电阻率为1.5×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为121.3MV/m，体积电阻率为7.4×1013Ω·m。耐热温度为173.1℃。
实施例3：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、水性氨基树脂、TEGO902W型消泡剂、高斯GSK-550型流平剂、TEGO270型润湿分散剂，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和水性氨基树脂的质量比为10:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取40g月桂酸和120g E-21环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至120℃，反应5h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25.6g丙烯酸、12.8g苯乙烯和102.4g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至60℃，反应9h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取30g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和90g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至180℃反应5h，反应完后加入N，N-二甲基乙醇胺18g，加入去离子水180g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、水性氨基树脂15g、TEGO902W型消泡剂0.855g，高斯GSK-550型流平剂3.3g，TEGO270型润湿分散剂1g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为151.6MV/m，体积电阻率为1.6×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为124.3MV/m，体积电阻率为2.4×1013Ω·m。耐热温度为174.6℃。
实施例4：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、英力士717氨基树脂、TEGO902W型消泡剂、高斯GSK-550型流平剂、TEGO270型润湿分散剂，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和水性氨基树脂的质量比约为6.67:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取20g月桂酸和100g EPON828环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至150℃，反应5h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25.6g丙烯酸、12.8g苯乙烯和76.8g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至100℃，反应9h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取100g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和50g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至100℃反应8h，反应完后加入三乙醇胺22.5g，加入去离子水225g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、英力士717氨基树脂22.5g、TEGO902W型消泡剂3.45g，高斯GSK-550型流平剂0.89g，TEGO270型润湿分散剂1g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为152.3MV/m，体积电阻率为4.9×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为128.1MV/m，体积电阻率为3.7×1013Ω·m。耐热温度为178.2℃。
实施例5：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、氰特325氨基树脂、TEGO902W型消泡剂、高斯GSK-550型流平剂、TEGO270型润湿分散剂，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和氰特325氨基树脂的质量比为2:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取40g月桂酸和80g E-51环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至150℃，反应2h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25.6g丙烯酸、50.12g苯乙烯和25.6g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至100℃，反应4h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取25g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和150g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至180℃反应4h，反应完后加入三乙醇胺8.8g，加入去离子水262g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、氰特325氨基树脂75g、TEGO902W型消泡剂2.0g，高斯GSK-550型流平剂1.2g，TEGO270型润湿分散剂4.5g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为155.2MV/m，体积电阻率为3.4×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为112.6MV/m，体积电阻率为5.9×1013Ω·m。耐热温度为186.2℃。
实施例6：
本发明丙烯酸改性水性环氧绝缘漆及其制备方法的一种实施例，该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆包括丙烯酸改性水性环氧树脂、水性氨基树脂、TEGO902W型消泡剂、高斯GSK-550型流平剂、TEGO270型润湿分散剂，其中，丙烯酸改性水性环氧树脂和水性氨基树脂的质量比约为5:1。
该丙烯酸改性水性环氧绝缘漆的制备方法包括以下步骤：
(1)称取20g月桂酸和70g EPON1001环氧树脂于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至120℃，反应5h得环氧多元醇预聚物。
(2)称取25.6g丙烯酸、51.2g苯乙烯和25.6g甲基丙烯酸甲酯于烧瓶中混合，氮封条件下搅拌升温至100℃，反应9h得丙烯酸酯预聚体。
(3)称取100g步骤(1)制得的环氧多元醇预聚物和50g步骤(2)制得的丙烯酸酯预聚体于烧瓶中升温至100℃反应8h，反应完后加入N，N-二甲基乙醇胺15g，加入去离子水225g分散，即得丙烯酸改性水性环氧树脂。
(4)称取步骤(3)制得的丙烯酸改性水性环氧树脂150g、水性氨基树脂30g、TEGO902W型消泡剂1g，高斯GSK-550型流平剂1g，TEGO270型润湿分散剂3.6g混合均匀，得到丙烯酸改性水性环氧绝缘漆。
性能测试：
将10×10cm的铜片浸入所得丙烯酸改性水性环氧绝缘漆乳液中5min，缓缓取出铜片滴干10min后，于烘箱中烘烤120℃1h+130℃1h，第二遍以相反的方向重复浸渍烘干，冷却后室温条件下放置一天进行测试。经测试，其常态电气强度均值为169.6MV/m，体积电阻率为5.3×1014Ω·m；浸水24h后电气强度为116MV/m，体积电阻率为1.7×1013Ω·m。耐热温度为181.4℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。