一种水性纳米涂层组合物及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种水性纳米涂层组合物及其应用，属于纳米复合材料技术领域。其包括1%‑40%纳米粒子、10%‑70%含氟聚合物，其余为水性介质，其混合后pH值为7；首先将纳米粒子稳定分散于水性介质中，得到纳米水性粒子浆料，然后继续加入含氟聚合物，即得产品水性纳米涂层组合物。本发明专利技术提供的组合物具备优异的粘结性能、绝缘性能、抗电击穿性能。

Aqueous nano coating composition and application thereof

The invention relates to a water-based nano coating composition and the application thereof, belonging to the technical field of nano composite materials. It includes 1% 40%, 10% 70% nanoparticles fluoropolymer, the rest of water medium, the mixed pH value is 7; the stability of nanoparticles dispersed in the aqueous medium, nano water particle sizing agent, and then continue to the fluoropolymer, namely the product of waterborne nano coating composition. The compositions provided by the present invention have excellent adhesive properties, insulating properties, and electrical shock resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种水性纳米涂层组合物及其应用
本专利技术涉及一种水性纳米涂层组合物及其应用，属于纳米复合材料

技术介绍
近年来，高速铁路、电动汽车、风力发电机组的不断增长，大功率变频电机的使用越来越普遍，而且，对各类变频电机在长期运行中的可靠性提出了更为严苛的要求。目前，物理、电学性能优异并兼具耐电晕性能的聚酰亚胺薄膜是变频电机绕线组绝缘性能的首选绝缘材料。严格意义上，耐电晕聚酰亚胺薄膜材料，一般采用添加纳米级氧化铝、纳米氧化钛、纳米二氧化硅等无机纳米材料，提供良好的导热性及电绝缘性。而由于采用本体掺杂法，因树脂粘度太大，或者为固相复合，而物理分散具有极限，纳米氧化铝的含量限制在15％以下，薄膜厚度为10～50微米厚度。而随着动力要求的越来越高，同时在实际过程中，电磁线产生的大量热量，通用的做法是在聚酰亚胺薄膜上涂覆聚四氟乙烯六氟乙烯聚合物(F-46)乳液，干燥后绕包线圈，高温烧结后提供粘结性、绝缘性。中国申请专利201380048434.2提供了一种无机粉体材料与塑料粒子进行溶剂溶解后进行共混制备抗电击穿复合材料的方法，但是由于无机粒子的分散需要采用大量有机溶剂，并且需要采用研磨分散等手段进行粉碎，该方法复杂繁琐，后续制备薄膜中大量溶剂的挥发过程易造成环境污染和人员健康损害，同时存在纳米粒子分散不佳的可能，对抗电击穿性能有诸多负面影响。中国专利CN103029395提出了一种复合聚酰亚胺/全氟薄膜，并结合溶剂分散纳米材料，形成复合耐电晕薄膜的解决方案，但是该方法由于涂布纳米复合涂层中同样使用了大量类似损害人体生殖健康的N，N-二甲基乙酰胺类溶剂，对环境及操作人员的健康均有弊端。中国申请专利200710024321.5、201110380151.0等专利均存在纳米粒子分散困难、制备工艺大量有机溶剂使用的缺陷。中国专利CN103832033B提供了一种双层耐电晕-聚全氟乙丙烯复合薄膜，该方法也才采用非质子类沸点溶剂N，N-二甲基乙酰胺类溶剂等溶剂来分散纳米粒子，对环境和人员安全伤害极大。因此，存在一种环保的、纳米粒子与聚合物复合的优异绝缘材料的方法需要，相对于聚合物它们具有优异的耐电晕性能，击穿强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述不足之处，提供一种水性纳米涂层组合物及其应用，具有相对于聚合物升高的粘结性能、绝缘性能、抗电击穿性能等。本专利技术的技术方案，一种水性纳米涂层组合物，配方比例按质量百分比计：包括1％-40％纳米粒子、10％-70％含氟聚合物，其余为水性介质，其混合后pH值为7；首先将纳米粒子稳定分散于水性介质中，得到纳米水性粒子浆料，然后继续加入含氟聚合物，即得产品水性纳米涂层组合物。进一步的，按质量百分比计，所述纳米粒子的含量为5％～40％，含氟聚合物的含量为50％～95％。所述水性纳米涂层组合物的应用，成膜物固化后可应用于绝缘材料或低介电材料中。在聚酰亚胺薄膜或耐电晕聚酰亚胺薄膜的一面或两面涂布水性纳米粒子组合物，并经干燥得到耐电晕聚酰亚胺薄膜涂布含纳米粒子/氟聚合物复合薄膜。将水性纳米涂层组合物涂布于耐电晕聚酰亚胺薄膜，其具有显著的提升耐电晕击穿性，并保持粘结性能，耐候性能。本专利技术可涂布的聚酰亚胺薄膜可选择添加聚酰亚胺薄膜、添加无机纳米粒子的聚酰亚胺薄膜，其中最优化的选择是添加纳米氧化铝粒子的美国杜邦化学CR型芳香聚酰亚胺薄膜，具体的是添加了表面处理的纳米氧化铝粒子的芳香聚酰亚胺薄膜。同样可作为基膜的选择包括添加了无机纳米粒子的聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜、聚苯醚、聚酯、聚环氧乙烷、氰化聚碳酸酯或它们的共聚物或共混物。进一步的，本专利技术中所使用的纳米粒子或水性浆料可为一般市售的，例如Al2O3、SiO2、ZrO2、CeO2、Si3N4、TiO2或其混合物。进一步的所述纳米粒子为Al2O3、SiO2或其混合物。在一方面，纳米粒子可以具有任意形状。形状包括，但不限于球形、非球形、晶须、杆状、三角形等不规则形状。在另一方面，纳米粒子的粒径范围至少在一个维度为10～999nm，优选为D90小于100nm，测试方法为激光粒度仪分析原料粉体粒径。本专利技术中所使用的纳米粒子或水性浆料其分散介质为水，扣除离子杂质对稳定性及后续电性能的影响，特别选用去离子水。本专利技术选用的纳米粒子及纳米水性浆料，其稳定机理可为电荷稳定、高分子量聚合物锚固等方式，具有分散稳定性、不易发生沉淀等优点。这些纳米材料具有较高纯度、高比表面积、以及狭窄粒径分布等优点，因此适用于聚酰亚胺薄膜、聚全氟乙烯丙烯组合物中进行添加并提升材料的物理、化学、电性能等。具体选用的纳米粒子及浆料优选为：纳米氧化铝水性浆料：W-640ZX，EvonikDegussaCorporation；20、40、60、18HP\HP14、HP18，SasolCorporation；球形纳米氧化硅球形粒子：SO-C1(SiO2)、SO-C2(SiO2)、SO-E1(SiO2)、SO-E2(SiO2)、MicronCo.,Ltd.(Japan)，Admatechscorporation(Japan)；无定型气相二氧化硅纳米粒子：R972、R7200、TS-100、OK500、OK607，EvonikDegussaCorporation；纳米氧化铝球形粒子：AFSP-20(Al2O3)DenkaElectronicmaterials(Japan)；AO802、AO502(Al2O3)MicronCo.,Ltd.(Japan)；无定型气相氧化铝纳米粒子：81、100、51，Cabotcorporation；Alu130、Alu65、AluC，EvonikDegussaCorporation；无定型纳米氧化钛粒子，AEROXIDEP25，EvonikDegussaCorporation；无定型纳米氧化铈粒子，CeO2,NanophaseCorporation；进一步的，所述含氟聚合物为不含全氟辛酸类聚合物。进一步的，所述含氟聚合物为聚全氟乙烯丙烯共聚物乳液。聚全氟乙烯丙烯共聚物乳液是有四氟乙烯与六氟丙烯共聚而成，以非离子型表面活性剂稳定的水相分散液。其乳液中的树脂是热塑性，具有典型的氟树脂的优异特性，持续使用温度为200℃，最高使用温度达到240℃，对几乎所有的工业化学品和溶剂显示化学惰性。其制品具有优良的耐温性，耐腐蚀性，优异的化学惰性，良好的电绝缘性和低摩擦系数。典型的聚全氟乙丙烯分散液技术指标如日本大金FEP乳液NEOFLONND-1FEP分散乳液指标：表1项目单位聚全氟乙丙烯浓缩分散液外观目视乳白色或淡黄色半透明水分散体熔融指数g/10min0.8-5.0固含量％48.0～55.0表面活性剂含量％3.5～8.0pH值7.0-9.0以上聚全氟乙烯丙烯乳液可采用其它厂商市售同等类型的产品，下面实施例及对比例所述聚全氟乙丙烯分散液为日本大金FEP乳液NeoflonND-1FEP，但是因全氟辛酸在水环境中的不可降解，从而造成对环境和人类健康的伤害，目前逐渐替换为不含全氟辛酸的含氟聚合物乳液。本专利技术所述的聚全氟乙烯丙烯乳液可采用公知的技术制备得到，并可同等替换为同类产品。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的组合物具备优异的粘结性能、绝缘性能、抗电击穿性能。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性纳米涂层组合物，其特征是配方比例按质量百分比计：包括1%‑40%纳米粒子、10%‑70%含氟聚合物，其余为水性介质，其混合后pH值为7；首先将纳米粒子稳定分散于水性介质中，得到纳米水性粒子浆料，然后继续加入含氟聚合物，即得产品水性纳米涂层组合物。

【技术特征摘要】
1.一种水性纳米涂层组合物，其特征是配方比例按质量百分比计：包括1%-40%纳米粒子、10%-70%含氟聚合物，其余为水性介质，其混合后pH值为7；首先将纳米粒子稳定分散于水性介质中，得到纳米水性粒子浆料，然后继续加入含氟聚合物，即得产品水性纳米涂层组合物。2.如权利要求1所述水性纳米涂层组合物，其特征是：所述纳米粒子为Al2O3、SiO2、ZrO2、Si3N4、TiO2中的一种或者两种以上。3.如权利要求1所述水性纳米涂层组合物，其特征是：所述含氟聚合物为不含全氟辛酸类聚合物。4.如权利要求1所述水性纳米涂层组合物，其特征是：所述水性介质为去离子水。5.如权利要求2所述水性纳米涂层组合物，其特征是：所述纳米粒子粒径为10~999nm。6.如权利要求2所述水性纳米涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浪，
申请(专利权)人：无锡创彩光学材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32