一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法技术

本发明专利技术属于特种纸生产领域，公开了一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：首先通过溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法


[0001]本专利技术涉及绝缘纸，具体涉及一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法。

技术介绍

[0002]绝缘纸是电力变压器的一种绝缘材料和支撑材料。绝缘纸的安全性和稳定性是避免电力变压器故障和确保电网安全运行的重要因素。在众多不同种类的绝缘纸材料中，纤维素绝缘纸由于其具备价格低廉、原料丰富的优点仍被广泛应用于电力变压器中。通常未经过改性的纤维素绝缘纸具备了纯植物纤维的亲水性，通过吸收空气中的水分，纤维素绝缘纸中的纤维吸水润胀，导致其力学性能大幅度下降，而水分不仅能促进绝缘纸的进一步老化，还会降低其绝缘性能，严重影响着纤维素绝缘纸的使用寿命。同时纤维素绝缘纸是一种易燃的物质，在变压器工作中可能由于局部温度过高引起纸张自燃，甚至产生爆炸和火灾，这对整个变压器的安全工作产生了巨大的威胁，无法满足变压器安全工作需要。因此，提高纤维素绝缘纸阻燃性能和抗水性能是促进其应用发展的关键。纤维素绝缘纸通常采用酚醛树脂进行增强。但传统酚醛树脂具有韧性差、残炭率低、耐水性及阻燃性不足等缺点。随着社会的发展，安全运行的标准比以往更加严格，所以需要对酚醛树脂进行改性，以提高绝缘纸的阻燃和耐热性能。此外，市面上用来增强绝缘纸的酚醛树脂多为醇溶性，在生产和浸渍过程中需要使用大量的有机溶剂，不仅容易引起安全隐患，回收成本高，而且还会对环境造成污染。因此还必须对其进行水性化制备改性，以满足纸张敞开式涂布生产的工艺条件和环保要求。对于酚醛树脂阻燃、耐热改性一般是在酚醛树脂分子结构中引入磷、氮、硼、硅、钼等阻燃元素，其中硼酚醛是性能最为优异的改性产品之一。通过化学键引入硼(B)元素来不仅可以提高阻燃和耐热性能，并通过调制羟甲基含量，实现硼酚醛树脂的水性化。然而，在湿热条件下，纤维素的吸水、膨胀以及B族元素与水分子的配位络合会导致绝缘纸的机械性能和绝缘性能大幅下降，阻燃性能也有待提高。
[0003]聚磷酸铵(APP)是一种含有磷和氮的无机阻燃剂。由于其良好的热稳定性和较高的阻燃效率，近年来已被广泛用于聚合物和天然纤维材料的阻燃。然而，APP具有亲水性，与基材的相容性差的缺点。因此，本专利技术通过溶胶
‑
凝胶法和原位接枝法对环境友好型阻燃剂APP进行了微胶囊化改性。后将改性APP颗粒与苯乙烯
‑
丙烯酸乳液混合，在高速剪切作用下形成新的乳液颗粒，进一步与硼酚醛树脂复配得到兼容的增强树脂。最后，将增强树脂应用在纸上，制备出了具有优良综合性能的纤维素绝缘纸基复合材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷提供一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法。本专利技术对APP进行了微胶囊化改性，引入疏水基团改善其耐水性差，同时在表面引入有机结构，解决无机物APP与有机物纤维素相容性差的弊
端。将改性APP与水性硼酚醛树脂共混复配后应用在纤维素绝缘纸上，形成了N
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P
‑
Si
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B协同阻燃效果，在提高纤维素纸阻燃性能的同时保证绝缘纸具有良好的绝缘性能和机械强度。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂及阻燃型纤维素绝缘纸的制备方法，包括以下操作步骤：
[0007](1)取12份聚磷酸铵APP于40份乙醇中，依次加入混合液
‑
1和混合液
‑
2，反应后，离心分离并洗涤干燥，制备粉末状APP
‑
1；
[0008](2)取2份步骤(1)制得的APP
‑
1于25份甲苯中，用盐酸调节pH值，加1～3份硅烷偶联剂，反应，离心分离并洗涤干燥，制备粉末状APP
‑
2；
[0009](3)将步骤(2)制得的APP
‑
2和苯丙乳液AAS以固体质量比1～3：3～5进行共混，充分搅拌后超声震荡，制备分散均匀的白色乳液，记为APP
‑
2/AAS；
[0010](4)控制温度在40～60℃，取10～20份苯酚、2～4份甲苯和4～6份硼酸，升温至130～180℃反应2～4h，补加10～30份苯酚和1～3份甲苯，升温至160～200℃反应1～3h，得到无色浑浊的硼酸三苯酯与苯酚混合物，去除过量的苯酚及甲苯，制备出硼酸三苯酯；
[0011](5)控制温度在40～60℃，取5～15份步骤(4)中制得的硼酸三苯酯、6～10份苯酚、20～26份甲醛、少量NaOH和适量去离子水，升温至80～105℃反应2～4h，再加入2～6份2,4二甲酚，70～110℃反应0.5～3h。最终获得淡黄色透明水性硼酚醛树脂溶液，记为BPF；
[0012](6)将步骤(3)制得的APP
‑
2/AAS与步骤(5)制得的BPF充分混合，制备稳定的共混液，当APP
‑
2占增强树脂的质量百分比为a％时，记为增强树脂
‑
a，即聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂。
[0013]优选地，步骤(1)所述混合液
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1为3～7份正硅酸乙酯、40～60份乙醇，混合液
‑
2为35～55份乙醇、3～6份氨水、15～35份去离子水。
[0014]优选地，步骤(1)所述反应条件为：反应温度20～70℃，反应时间1～3h。
[0015]优选地，步骤(2)所述调节pH到2～3，硅烷偶联剂的添加量为1～3份，反应温度为35～55℃，反应时间为1～3h。
[0016]优选地，步骤(2)所述硅烷偶联剂包括十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、六甲基硅胺烷、十六烷基三乙氧基硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷的一种以上。
[0017]优选地，步骤(3)中，所述APP
‑
2/AAS以1～3：3～5的质量比共混。
[0018]优选地，步骤(4)中，所述加料温度控制在40～60℃，苯酚、甲苯、硼酸的添加量分别为10～20份、2～4份和4～6份。温度升至130～180℃反应2～4h。补加10～30份苯酚和1～3份甲苯。补加甲苯与苯酚后升温至160～200℃反应1～3h。
[0019]优选的，步骤(5)中，所述的加料温度控制在40～60℃，取步骤(4)中制得的硼酸三苯酯5～15份。苯酚与甲醛的添加加量分别为6～10份、20～26份，温度升至80～105℃反应2～4h，2,4二甲酚的添加量为2～6份。补加2,4二甲酚后升温至70～110℃反应0.5～3h。
[0020]优选地，步骤(5)中，所述上胶量控制在10～30％。真空干燥的温度为70～90℃，时间为0.5h～3.5h。
[0021]优选地，步骤(5)中，所述热压机的压力设置为0.5～2MPa，热压温度90～110℃，热压时间20～50min。烘箱温度设置为140～180℃，固化时间5～25min。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取12份聚磷酸铵APP于40份乙醇中，依次加入混合液
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1和混合液
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2，反应后，离心分离并洗涤干燥，制备粉末状APP
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1；(2)取2份步骤(1)制得的APP
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1于25份甲苯中，用盐酸调节pH值，加1～3份硅烷偶联剂，反应，离心分离并洗涤干燥，制备粉末状APP
‑
2；(3)将步骤(2)制得的APP
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2和苯丙乳液AAS以固体质量比1～3：3～5进行共混，充分搅拌后超声震荡，制备分散均匀的白色乳液，记为APP
‑
2/AAS；(4)控制温度在40～60℃，取10～20份苯酚、2～4份甲苯和4～6份硼酸，升温至130～180℃反应2～4h，补加10～30份苯酚和1～3份甲苯，升温至160～200℃反应1～3h，得到无色浑浊的硼酸三苯酯与苯酚混合物，去除过量的苯酚及甲苯，制备出硼酸三苯酯；(5)控制温度在40～60℃，取5～15份步骤(4)中制得的硼酸三苯酯、6～10份苯酚、20～26份甲醛、少量NaOH和适量去离子水，升温至80～105℃反应2～4h，再加入2～6份2,4二甲酚，70～110℃反应0.5～3h；最终获得淡黄色透明水性硼酚醛树脂溶液，记为BPF；(6)将步骤(3)制得的APP
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2/AAS与步骤(5)制得的BPF充分混合，制备稳定的共混液，当APP
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2占增强树脂的质量百分比为a％时，记为增强树脂
‑
a，即聚磷酸铵改性水性硼酚醛树脂。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨进，仇嘉华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：