CN101597463A - 特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料及其制备方法，这种氟硅橡胶长效防污闪涂料(简称FRTV)其配方按质量百分比，氟硅橡胶：5～30％；硅橡胶：10～30％；纳米级气相白炭黑：4～8％；复合阻燃剂：0.5～8％；固化剂：0.2～0.5％；催化剂：0.01～0.05％；抗氧化剂：0.02～0.08％；流平剂：2～8％；消泡剂：0.2～0.4％；颜料：0.1～0.5％；溶剂：30～60％。所述的复合阻燃剂，由无机物氢氧化铝和有机物十溴联苯醚组成，其中无机物氢氧化铝：1～6％；有机物十溴联苯醚：0.5～3％。本发明提供的涂料制备工艺简单，具有良好的耐候性、耐油性，更长的使用寿命。

Description

特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料(以下简称FRTV涂料)及其制备方法，应用于特高压变电站及特高压线路外绝缘设备，属于特高压外绝缘防污领域。

技术背景

我国国土幅员辽阔，能源资源多分布在中西部和北部，而负荷多分布东部和南部。特高压电网的最大特点是大容量、远距离输电，能够实现能源资源大范围优化配置，保障可靠的电力供应。国家电网公司结合本国国情以加快建设坚强智能电网为发展目标，建设特高压电网为骨干网架。本发明紧随国家电网公司的发展目标，研发出安全、长效、清洁的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，降低电网污闪事故发生，保障社会和人民群众安全用电。

输变电设备外绝缘表面长期遭受大气中的各种污秽物以及雨雪、冰冻等自然灾害时，在湿度较大情况下积污层中的可溶盐溶于水中，此时设备外绝缘表面就会覆盖了一层连续的水膜，从而增大外绝缘表面电导，导致憎水性丧失并发生闪络。

电力系统最重要的防污闪措施是涂刷防污闪涂料。目前，防污闪涂料主要有RTV和PRTV涂料，在户外挂网运行中发现污染较重地区和在冰冻气候下，涂层的憎水性、耐油性、耐酸碱能力不强，抗老化能力不够，涂层很容易失效。2008年，中国南方遭遇的雪灾，覆冰导致输电线路倒杆，供电中断；2005年，华中地区因输电线路覆冰造成电网解裂；由于工业污秽，2001年2-4月湖南省东南部、山西省中部太原市断路器相继发生闪络故障。

硅橡胶是RTV和PRTV防污闪涂料的基料，主要成分是聚硅氧烷，其主链Si-O链，有较高的键能为447kJ/mol，表现出化学稳定性好，不容易被外力破坏。硅橡胶的侧链含有甲基，具有较低表面能为23mN/m，此外Si-O-Si键角大，Si-O键键长长164pm，因此主链旋转自由，整个分子呈非极性，使表面具有了憎水性。目前所使用的以硅橡胶为主料的RTV和PRTV涂料，憎水角没有超过140°.而具有特高压输变电防覆冰效果需符合两个条件：第一、具有强憎水性，即有较大的憎水角；第二、具有低表面能，即水、冰在涂层表面的张力低或粘附力小。

因此寻找一种比硅橡胶具有更低的表面能，憎水性更好的物质——氟硅橡胶。氟硅橡胶侧链上含有全氟基团，由于氟的电负性很大，是所有元素中电负性最大的，C-F键能很高为448kJ/mol，氟硅橡胶具有比硅橡胶更低的表面能仅为10mN/m，与水有更大的接触角，使冰在涂料表面的张力低或粘附力小，可使冰在自然力的作用下脱落。C-F键长很短为0.138nm，氟原子的体积较氢原子大，氟原子对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强，不易极化，使得带负电的氟原子把主链四周包围起来，形成高度的立体屏蔽效应，使其分子内部结构紧密的排列，表现出优异的憎水性和自洁性。

在本发明提出之前，公开号：CN 1321712A“一种RTV单组分憎水长效防污闪涂料”，该涂料添加了少量的单一碱式阻燃剂，低于涂料固体含量的40％，阻燃级别很低，阻燃级别难以达到FV-0级。

另外，公开号：CN 1847339A“防污闪涂料的制备方法”，该涂料使用硅橡胶为主料，憎水角114°，憎水性虽然符合DL/T627-2004标准，无法满足特高压输变电和防覆冰对憎水性的要求。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服RTV和PRTV防污闪涂料现有技术的不足，提供一种特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，以提高特高压外绝缘防污闪性能，保障特高压电力系统的稳定安全运行，本发明的第二个目的是提供生产制备本发明涂料的方法。

实现本发明的技术方案如下：(按质量百分比)

氟硅橡胶：5～30％；硅橡胶：10～30％；纳米级气相白炭黑：4～8％；复合阻燃剂：0.5～8％；固化剂：0.2～0.5％；催化剂：0.01～0.05％；抗氧化剂：0.02～0.08％；流平剂：2～8％；消泡剂：0.2～0.4％；颜料：0.1～0.5％；溶剂：30～60％。

本发明所述的复合阻燃剂，由无机物氢氧化铝和有机物十溴联苯醚组成，其中无机物氢氧化铝：1～6％；有机物十溴联苯醚：0.5～3％。

本发明在配方中采用氟硅橡胶和硅橡胶并用为基料，添加纳米级气相白炭黑、复合阻燃剂，使涂层的电气性能和机械性能较RTV和PRTV涂料有相当大的提高，具体表现如下：

1)本发明的特高压用防污闪涂料是氟硅橡胶和硅橡胶并用；氟硅橡胶粘度为1000～40000mPa·s；硅橡胶粘度：1000～20000mPa·s。氟的电负性很大，C-F键能高，表现出优异的憎水性和抗污闪能力及很强的耐油性、耐酸碱性和自洁性。氟原子的加入，使涂料具有低的表面能，冰在其表面的附着力减小，可在自然力作用下脱落，起到防覆冰的作用。试验结果显示涂层憎水角可达140°以上，抗污闪电压提高2.5倍，使用寿命长达30年以上。氟硅橡胶和硅橡胶分子结构：

氟硅橡胶分式结构式：    硅橡胶分式结构式：

2)本发明在制备中添加纳米级气相白炭黑(比表面积：100～300m²/g)，由于气相白炭黑有较小的比表面积，与主体有类似的硅氧骨架，纳米级气相白炭黑填补到FRTV间隙中，有很好的填补作用，使得涂层之间的结合力增大，大大提高了涂层的机械性能。

3)本发明在制备中采用无机物和有机物并用的复合阻燃剂。无机物为氢氧化铝受热分解生成氧化铝和水，吸收热量为196712kJ/kg，是一种环保阻燃剂。有机物是十溴联苯醚，它的热稳定性好，是一种高效阻燃剂。复合阻燃剂的加入，阻燃性由RTV的FV-1级提高到FV-0级而且对环境不会造成污染。加入复合阻燃剂量较少，对涂料的机械性能影响不大。

一种制备本发明特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料的方法：

1)将所需粉体原料放入干燥箱中，在100℃下干燥24小时；

2)按比例将原材料氟硅橡胶、硅橡胶、纳米级气相白炭黑按一定顺序加入到CH槽行混合机，搅拌60～120分钟；

3)混合均匀的浆料放入真空反应釜中，在真空状态下搅拌2～4小时，真空度-0.08MPa；

4)向混合好的浆料中加入溶剂在高剪切分散机内低速分散20～60分钟，使浆料和溶剂充分溶合；

5)按要求，将氢氧化铝、十溴联苯醚、抗氧化剂、流平剂、颜料均匀地、缓慢地加入正在搅拌的浆料，搅拌时间2～5小时；

6)将分散后的浆料放入带有循环冷却系统的篮式分散研磨机中研磨2～4小时；

7)将研磨好的浆料加入有氮气保护的搅拌反应釜中，缓慢加入消泡剂、催化剂，充分搅拌1～2小时后，氮气保护下取出浆料；

8)取出的浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂后，高速分散0.5-15分钟；

9)过滤，得到所需要的涂料。

本发明的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料通过科学严谨的试验配方，而且降低了全部使用氟硅橡胶的经济成本。同时在配方中加入纳米级气相白炭黑和无机物、有机物并用的复合阻燃剂，提高了涂料的憎水性、耐油性、阻燃性以及自洁性，并对防覆冰有显著成效。涂料室温固化后涂层表面光洁，涂层的使用寿命可达30年以上。

实施例

实施例1

将纳米级气相白炭黑(比表面积200m²/g)、氢氧化铝、十溴联苯醚、颜料铁红在100℃下干燥24小时；取氟硅橡胶(粘度5500mPa·s)10、硅橡胶(粘度4500mPa·s)30、纳米级气相白炭黑6加入到CH槽行混合机，搅拌60分钟后取出；放入真空搅拌反应釜中，边搅拌边抽真空3小时，真空度-0.08MPa；取出浆料放入高剪切分散机内，加入溶剂卤代烷45低速分散20分钟；氢氧化铝4、十溴联苯醚1、抗氧化剂叔丁基对苯二酚0.06、流平剂3、颜料铁红0.3缓慢加入正在搅拌的浆料，搅拌时间3小时；研磨2小时；在氮气保护下加入消泡剂0.2、催化剂二丁基二月硅酸锡0.04，搅拌1小时；取出浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂甲基三丁酮肟基硅烷0.4，高速分散3分钟；过滤，密封，得到所需要的涂料。

实施例2

将纳米级气相白炭黑(比表面积200m²/g)、氢氧化铝、十溴联苯醚、颜料铁红在100℃下干燥24小时；取氟硅橡胶(粘度5500mPa·s)10、硅橡胶(粘度4500mPa·s)25、纳米级气相白炭黑6加入到CH槽行混合机，搅拌60分钟后取出；放入真空搅拌反应釜中，边搅拌边抽真空3小时，真空度-0.08MPa；取出浆料放入高剪切分散机内，加入溶剂卤代烷50低速分散20分钟；氢氧化铝4、十溴联苯醚1、抗氧化剂叔丁基对苯二酚0.06、流平剂3、颜料铁红0.3缓慢加入正在搅拌的浆料，搅拌时间3小时；研磨2小时；在氮气保护下加入消泡剂0.2、催化剂二丁基二月硅酸锡0.04，搅拌1小时；取出浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂甲基三丁酮肟基硅烷0.4，高速分散3分钟；过滤，密封，得到所需要的涂料。

实施例3

将纳米级气相白炭黑(比表面积200m²/g)、氢氧化铝、十溴联苯醚、颜料铁红在100℃下干燥24小时；取氟硅橡胶(粘度5500mPa·s)5、硅橡胶(粘度4500mPa·s)25、纳米级气相白炭黑8加入到CH槽行混合机，搅拌60分钟后取出；放入真空搅拌反应釜中，边搅拌边抽真空3小时，真空度-0.08MPa；取出浆料，放入高剪切分散机内，加入溶剂卤代烷55低速搅拌分散20分钟；氢氧化铝3、十溴联苯醚1、抗氧化剂叔丁基对苯二酚0.06、流平剂2、颜料铁红0.3缓慢加入正在搅拌的浆料，搅拌时间3小时；研磨2小时；在氮气保护下加入消泡剂0.2、催化剂二丁基二月硅酸锡0.04，搅拌1小时；取出浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂甲基三丁酮肟基硅烷0.4，高速分散3分钟；过滤，密封，得到所需要的涂料。

实施例4

将纳米级气相白炭黑(比表面积200m²/g)、氢氧化铝、十溴联苯醚、颜料铁红在100℃下干燥24小时；取氟硅橡胶(粘度5500mPa·s)5、硅橡胶(粘度4500mPa·s)30、纳米级气相白炭黑6加入到CH槽行混合机，搅拌60分钟；取出，放入真空搅拌反应釜中，边搅拌边抽真空3小时，真空度-0.08MPa；取出浆料，放入高剪切分散机内，加入溶剂卤代烷50低速搅拌分散20分钟；氢氧化铝4、十溴联苯醚1、抗氧化剂叔丁基对苯二酚0.06、流平剂3、颜料铁红0.3缓慢加入正在搅拌的浆料，搅拌时间3小时；研磨2小时；在氮气保护下加入消泡剂0.2、催化剂二丁基二月硅酸锡0.04，搅拌1小时；取出浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂甲基三丁酮肟基硅烷0.4，高速分散3分钟；过滤，密封，得到所需要的涂料。

Claims (5)

1.特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，其配方按质量百分比，其特征在于：

氟硅橡胶：5～30％；

硅橡胶：10～30％；

纳米级气相白炭黑：4～8％；

复合阻燃剂：0.5～8％；

固化剂：0.2～0.5％；

催化剂：0.01～0.05％；

抗氧化剂：0.02～0.08％；

流平剂：2～8％；

消泡剂：0.2～0.4％；

颜料：0.1～0.5％；

溶剂：30～60％。

2.根据权利要求1所述的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，其特征在于：氟硅橡胶和硅橡胶并用为基料，其中氟硅橡胶粘度：1000～40000mPa·s；硅橡胶粘度为：1000～20000mPa·s。

3.根据权利要求1所述的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，其特征在于：纳米级气相白炭黑比表面积：150～300m²/g。

4.根据权利要求1所述的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料，其特征在于：所述的复合阻燃剂，由无机物氢氧化铝和有机物十溴联苯醚组成，其中无机物氢氧化铝：1～6％；有机物十溴联苯醚：0.5～3％。

5.一种制备权利要求1所述的特高压用氟硅橡胶长效防污闪涂料的方法：

1)将所需粉体原料放入干燥箱中，在100℃下干燥24小时；

2)按比例将原材料氟硅橡胶、硅橡胶、纳米级气相白炭黑按一定顺序加入到CH槽行混合机，搅拌60～120分钟；

3)混合均匀的浆料放入真空反应釜中，在真空状态下搅拌2～4小时，真空度-0.08MPa；

4)向混合好的浆料中加入溶剂在高剪切分散机内低速分散20～60分钟，使浆料和溶剂充分溶合；

5)按要求，将氢氧化铝、十溴联苯醚、抗氧化剂、流平剂、颜料均匀地、缓慢地加入正在搅拌的浆料，搅拌时间2～5小时；

6)将分散后的浆料放入带有循环冷却系统的篮式分散研磨机中研磨2～4小时；

7)将研磨好的浆料加入有氮气保护的搅拌反应釜中，缓慢加入消泡剂、催化剂，充分搅拌1～2小时后，氮气保护下取出浆料；

8)取出的浆料放入防爆高剪切混合乳化机，加入固化剂后，高速分散0.5-15分钟；

9)过滤，得到所需要的涂料。