雷光林1 ，刘际平1 ，张俊英1,2
(1.福建万安实业集团有限公司； 2.闽南师范大学)
摘要：近年来环保力度加大，粉末涂料在涂料行业发展迅速，覆盖了各大领域，其中包含了绝缘涂料领域。相对液体涂料，粉末涂料黏度偏大对涂料内各组分尤其是填料的润湿分散不如前者，这导致粉末涂料孔隙偏多，涂膜电性能易出现缺陷点。现采用偶联剂对填料(硅微粉)进行处理，改善涂料对其的润湿分散，增强体系粘结力，减少了涂层缺陷，提高了涂膜湿态电性能。
关键词：粉末涂料 偶联剂 涂膜电性能
0、引言
粉末涂料是以固体树脂基料、颜填料、助剂等组分经熔融挤出后制成的固体粉末状合成树脂涂料。与液体涂料(普通溶剂型涂料和水性涂料)相比，它的分散介质为空气而非有机溶剂或水，使之具有无溶剂污染、100%成膜、能耗低等特点。近年来环保力度加大，粉末涂料在涂料行业发展迅速，覆盖了各大领域，其中包含了绝缘涂料领域。然而粉末涂料的优点应用于绝缘涂料时也是制约其发展的一个缺点，由于粉末涂料无溶剂存在，涂料中的各个组分全部依靠树脂基料熔融后润湿分散，其分散效果相较于溶剂型涂料来说远远不如。此外粉末涂料依靠静电吸附在基体表面，颗粒间的间隙在熔融时也有可能留下一些瑕疵，这导致了绝缘粉末涂料在使用过程中易受到水汽侵蚀导致电性能下降。
熔融硅微粉，以天然石英经高温熔炼冷却后形成的非晶态二氧化硅为主要原料经破碎、中碎、细磨、分级、除铁等工艺制成的微粉。具有较高的耐火、耐高温、热膨胀系数小、内应力低、耐腐蚀、高耐湿性、高度绝缘等优良特性，广泛应用于电子封装、高档电气绝缘、涂料、橡胶等行业。然而熔融硅微粉应用于绝缘粉末涂料时存在一些缺点：硬度高，熔融挤出时混炼效果相较于低硬度填料差；微粉状易团聚进一步加大了树脂基料对硅微粉的润湿与分散难度，难以与树脂基料很好地结合，造成材料缺陷。
本研究通过硅烷偶联剂预先对硅微粉进行处理，将有机链段接枝到二氧化硅粒子上，减少硅微粉团聚、增强树脂基料对其的润湿分散性，提高体系粘结力从而减少涂膜缺陷，提高涂膜湿态电性能。
1、实验部分
1.1 偶联剂改性硅微粉
1.1.1 实验仪器
电子天平、恒温水浴锅、三口烧瓶、超声清洗器、调速电机、搅拌桨、真空泵、抽滤瓶、水系滤膜、磁力搅拌器、烧杯、搅拌子、烘箱、研钵、傅里叶变换红外吸收光谱仪。
1.1.2 实验试剂
硅微粉(工业级)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(工业级)、乙醇(分析纯)、三级水(自制)、溴化钾(光谱纯)。
1.2 绝缘粉末涂料
1.2.1 仪器设备
电子秤，双螺杆挤出机(海阳静电)，高速粉碎机，喷粉柜，静电喷枪(金马)，风热恒温烘箱。
1.2.2 检测仪器
膜厚仪Qnix-4500，漆膜冲击仪BGD-304，圆柱弯曲试验仪BGD-564，光泽仪BGD-515，百格板，交直流耐压绝缘测试仪TH9320-S8，高压水蒸气灭菌锅(工作压力0.16 MPa)。
2、结果与讨论
2.1 偶联剂改性SiO2的制备及其表征
2.1.1 偶联剂改性硅微粉的制备
在三口烧瓶中加入一定量硅微粉，按质量比1:2加入三级水混合，再加入一定量的乙醇。轻微振荡分散后盖上瓶塞常温下超声分散30 min，待分散结束后加入一定比例的N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，60 ℃恒温水浴
下搅拌1 h，抽滤。滤饼经两次水洗抽滤后放入烘箱中120 ℃干燥并研磨。偶联剂改性硅微粉如图1所示。
2.1.2 偶联剂改性硅微粉的红外表征
采用傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)以溴化钾为背景，分辨率8 cm-1，扫描范围4000~400 cm-1分别对未改性硅微粉和偶联剂改性硅微粉进行测试，得到以下两组红外吸收光谱(图2~图3)。
对比图2与图3发现，偶联剂改性硅微粉在3434.29 cm-1处存在明显的红外吸收峰，此处为氨基振动，说明偶联剂对硅微粉的改性是成功的，在硅微粉粒子表面成功接枝上了有机改性链段。
2.2 偶联剂改性SiO2/环氧绝缘粉末涂料的制备及性能测试
2.2.1 绝缘粉末涂料的制备
常用的绝缘粉末涂料体系有三类：环氧-酚类固化体系、环氧-胺类固化体系、环氧-酸酐固化体系，三类固化剂各有优劣，我们本次实验选择环氧-胺类固化体系。相较于另外两种体系，环氧-胺类固化体系具有优于酸酐体系的涂膜柔韧性以及优异的价格优势，且N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂上的氨基与胺类固化剂能很好地搭配与环氧进行交联反应，增强填料与树脂基料的粘结力。绝缘粉末涂料实验配方见表1。
将两组粉末涂料采用以下参数：静电压70 kV、静电流60 μA、出粉量80%、总气量4.5、烘烤温度200 ℃、烘烤时间15 min，喷涂于铝板上制备膜厚150~200 μm涂膜。
2.2.2 绝缘粉末涂料的性能测试
测试方法依照国标、行标或行业通用方法进行，本研究重点在于研究绝缘涂层在使用过程中受到水汽侵蚀后性能变化，一般情况下采取的方法为GB/T 1740漆膜耐湿热测定法(47 ℃、96% RH)或者高温高湿测试(双85)，两种测试方法的测试周期太长，为缩短测试周期我们采用高温高压水蒸气侵蚀方法进行测试：在灭菌锅内注入三级水，将样板置于灭菌锅内胆中盖上锅盖加热，待温度升到105 ℃后放掉冷空气，随后灭菌锅进入正常工作状态，持续1.5 h后移去热源，打开放气阀放气取出样板，进行电性能测试，结果见表2。
从表2数据可知：在干膜状态下配方1和配方2皆有很好的物理性能和电性能，而经高压水蒸气侵蚀后配方1涂膜各方面性能急剧下降，配方2性能保持良好。说明改性硅微粉-绝缘粉末涂料确实增强涂膜对水汽侵蚀的抵抗力。
3、结语
通过N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂对硅微粉进行处理，将有机链段接枝在硅微粉粒子表面上，能有效地减少硅微粉团聚，提高树脂基料对填料的润湿与分散，偶联剂上N—H基团与环氧反应增强树脂基料与填料的粘结力从而提高涂层对水汽侵蚀的抵抗力，提高涂层湿态性能。
参考文献：
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2021/2022中国粉末涂料与涂装行业年会会刊
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