CN102260444B - 一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料及其制备方法，该涂料包括以下组分和重量份：功能性聚合物40-50，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠45-55，功能性助剂1-2，消泡剂0.1-0.3，聚四氟乙烯蜡乳2-5。与现有技术相比，本发明具有低表面张力、高憎水性与自润滑性、对冰有较低的粘合性、有适当的吸热保温储热性、对电缆具有良好的附着力、优异的户外使用耐久性和成膜物阻燃环保无毒等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆防覆冰涂料用功能性聚合物，尤其是涉及一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料及其制备方法。
背景技术
电缆覆冰是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流及风速等多种因素影响，从而产生不同类型的导线覆冰，概括起来大致可分五种类型。
A雨凇覆冰：是在冻雨期发生于低海拔地区的覆冰，持续时间一般较短，环境温度接近冰点，风相当大，积冰透明，在导线上粘合力很强，冰的密度很高，雨凇覆冰是混合凇覆冰的初期阶段。
B混合凇：当温度在冰点以下，风比较猛时，则形成混合凇。在混合凇覆冰条件下，水滴冰冻比较弱，覆冰有时透明有时不透明，冰在导线上粘合力很强。导线长期暴露在湿气中，便形成混合凇。混合凇密度较高，生长较快，对电缆危害特别严重。
C软雾凇：是山区低层云中含有的过冷水滴，在极低温度与风速较小的情况下形成的。这种覆冰呈白色不透明晶状结构，密度小，在导线上附着力相当弱。本型覆冰一般对导线不构成威胁。
D型和E型分别为白霜、雪： 本型一般为湿气冷凝而形成的白霜、雪，密度低，附着力弱，一般对导线不构成危害。
造成导线灾害的常常是在A型基础上气候继续变冷，而形成的B型，防覆冰涂料具有吸热保温储热性能，能使A型不发生或延缓发生，或发展不到具有危害的B型阶段。发生覆冰后由于涂层的低表面张力和光滑的表面，使覆冰难以产生高附着力，即使微风造成的轻微抖动也足以将覆冰抖落。从而有效减少覆冰对导线造成的危害。但是当前的涂层用聚合物并不能很好的起到效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低表面张力、高憎水性与自润滑性、对冰有较低的粘合性、有适当的吸热保温储热性、对电缆具有良好的附着力、优异的户外使用耐久性和成膜物阻燃环保无毒的改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料，其特征在于，该涂料包括以下组分和重量份：
功能性聚合物 40-50
氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠 45-55
功能性助剂 1-2
消泡剂 0.1-0.3
聚四氟乙烯蜡乳 2-5。
所述的功能性聚合物是以改性功能性吸热材料为核，以合成丙烯酸类单体与硅氧烷单体接枝的单体为壳，用多层半连续方法包覆聚合工艺合成的功能性核壳乳液。
所述的氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠是将氨丙基三乙氧基硅烷1-3重量份中加入水2-6重量份，装入容器1待喷雾；将全氟表面处理剂1-3重量份装入容器2，待喷雾；将中空玻璃微珠85-96重量份装入粉体改性机，开动机器使中空玻璃微珠高速旋转，并将容器1和容器2喷头打开喷雾，使物料充分发生反应，反应完毕，卸料，冷却后即为成品氟硅氧烷表面包覆中空玻璃珠。
所述的功能性助剂为氟素多功能润湿流平剂。
所述的消泡剂为德国BYK公司生产的BYK-028。
所述的聚四氟乙烯蜡乳为上海三爱富集团生产的聚四氟乙烯蜡乳。
一种如权利要求1所述的改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料的制备方法，其特征在于，该方法是将功能性聚合物40-50重量份，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠45-55重量份，功能性助剂1-2重量份，消泡剂0.1-0.3重量份，聚四氟乙烯蜡乳2-5重量份在室温下搅拌混合1-3小时即得产品。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本涂料环保无毒，施工方便，能采用刷涂、滚涂、喷涂、浸涂等施工方法，可在常温条件下干燥成膜；
(2)成膜后有宽广的温度适应性，可在零下30摄氏度到200摄氏度长期使用而涂层基本无变化；
(3)涂层具有低表面张力、大接触角(大于140)，因而产生高憎水性；
(4)涂层表面高平整度，涂层有平滑自润滑性，有抗粘连抗沾污性；
(5)涂膜抗水、耐酸、耐碱、耐盐雾、耐化学品，能适应电缆所处的室外复杂气候环境；
(6)内核吸热颜料对几乎所有波长的光线均具有吸收屏障作用，从而有效的保护了被涂物及涂膜的本身，成膜树脂具有抗紫外降解和化学惰性，从而提供优异的耐老化耐候性、可在户外使用达30年以上(人工加速老化超过5000h)；
(7)良好的吸热性能，即使微弱的阳光也可以使被涂物温度增高，从而减缓覆冰的发生；
(8)微观真空结构材料的使用使涂膜具有保温性能；
(9)高附着力能适应电缆在各种气候下的热胀冷缩而不会脱落；
(10)涂层有阻燃性，极限氧指数高达95％，阻燃温度可高达300摄氏度，解决了涂覆后的安全性问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料以下实施例中所用原材料：
功能性助剂为美国杜邦生产的氟素多功能润湿流平剂。
功能性助剂为氟素多功能润湿流平剂。
消泡剂为德国BYK公司生产的BYK-028。
聚四氟乙烯蜡乳为上海三爱富集团生产的聚四氟乙烯蜡乳。
实施例1
一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料的制备方法，该方法是将功能性聚合物45重量份，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠50重量份，功能性助剂1.8重量份，消泡剂0.2重量份，聚四氟乙烯蜡乳3重量份在室温下搅拌混合2小时即得产品。
其中功能性聚合物的制备方法包括以下步骤：
(1)配制乳化液
将硅烷单体接枝顺辛酯14重量份、丙烯酸异辛酯8重量份、乳化剂0.2重量份混合成乳化液A；
将硅烷单体接枝顺辛酯14重量份、丙烯酸异辛酯2重量份、甲基丙烯酸甲酯2重量份、丙烯酸丁酯2重量份、乳化剂0.2重量份混合成乳化液B；
将丙烯酸异辛酯2重量份、甲基丙烯酸甲酯3重量份、丙烯酸丁酯4重量份、功能化单体7重量份、乳化剂0.2重量份混合成乳化液C；
将甲基丙烯酸甲酯12重量份、丙烯酸丁酯12重量份、功能化单体16重量份、乳化剂0.2重量份混合成乳化液D；
将引发剂0.1重量份，去离子水1重量份配成液体E；
(2)将去离子水109重量份、乳化剂0.2重量份、氟硅氧烷化学包覆碳化硅吸热颜料10重量份投入反应釜搅拌，每间隔30分钟投入引发剂0.1重量份，共投入9次，将温度升高到80℃，将乳化液A在2小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，30分钟后，将乳化液B在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，40分钟后，将乳化液C在3小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，50分钟后，将乳化液D在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后，加入液体E，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后过滤出料即得改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料产品。
将上述方法制成的改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料进行以下性能测试：
(1)成膜物性能检测
一，耐酸 5％稀盐酸一周
二，耐碱 5％氢氧化钠一周
三，耐候 加速老化试验5000hr
四，耐温 零下40-零上150摄氏度性能基本无破坏
五，表面张力 小于23达因
(2)成膜物防覆冰效果检测
一.延缓覆冰 涂覆防覆冰涂料电缆与裸线对比平行试验发现涂覆本发明防覆冰材料后可以延缓覆冰
二.覆冰后易脱落
(1)涂覆防覆冰涂料电缆与裸线对比用冰冻住铁皮做180度剥离强度
(2)涂覆防覆冰涂料电缆与裸线对比用冰冻住铁皮做T型剥离力测试
(3)电缆结冰后测试冲击强度对覆冰破碎效果的影响
从上述检测结果可知，本发明防覆冰涂料具有低表面张力、高憎水性与自润滑性、对冰有较低的粘合性、有适当的吸热保温储热性、对电缆具有良好的附着力、优异的户外使用耐久性和成膜物阻燃环保无毒等多种特点。综合的优良性能使涂料能有效的减缓和防止覆冰的发生，从而减少覆冰因素对电缆造成危害的发生。
实施例2
一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料的制备方法，该方法是将功能性聚合物40重量份，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠55重量份，功能性助剂1重量份，消泡剂0.3重量份，聚四氟乙烯蜡乳5重量份在室温下搅拌混合1小时即得产品。
其中：功能性聚合物的制备方法包括以下步骤：
(1)配制乳化液
将硅烷单体接枝顺辛酯10重量份、丙烯酸异辛酯7重量份、市售乳化剂烷基苯磺酸钠0.1重量份混合成乳化液A；
将硅烷单体接枝顺辛酯10重量份、丙烯酸异辛酯2重量份、甲基丙烯酸甲酯1重量份、丙烯酸丁酯1重量份、乳化剂0.1重量份混合成乳化液B；
将丙烯酸异辛酯1重量份、甲基丙烯酸甲酯3重量份、丙烯酸丁酯3重量份、功能化单体6重量份、乳化剂0.1重量份混合成乳化液C；
将甲基丙烯酸甲酯11重量份、丙烯酸丁酯11重量份、功能化单体14重量份、乳化剂0.1重量份混合成乳化液D；
将引发剂0.05重量份，去离子水1重量份配成液体E；
(2)将去离子水99重量份、乳化剂0.1重量份、氟硅氧烷化学包覆碳化硅吸热颜料5重量份投入反应釜搅拌，每间隔30分钟投入引发剂0.05重量份，共投入9次，将温度升高到80℃，将乳化液A在2小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，30分钟后，将乳化液B在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，40分钟后，将乳化液C在3小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，50分钟后，将乳化液D在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后，加入液体E，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后过滤出料即得改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料产品。
氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠为自制产品，其制备方法为：将氨丙基三乙氧基硅烷(南京曙光集团硅烷偶联剂有限公司生产)1重量份中加入水2重量份，装入容器1待喷雾；将全氟表面处理剂(哈尔滨雪佳氟硅化学有限公司生产的B-607)1重量份装入容器2，待喷雾；将中空玻璃微珠85重量份装入粉体改性机，开动机器使市售中空玻璃微珠高速旋转，并将容器1和容器2喷头打开喷雾，在高速旋转下，一方面物料与物料摩擦，一方面物料与机器转子和容器壁摩擦，使雾化改性剂充分接触到被改性物表面，被水解为硅醇的硅烷，将会与真空玻璃珠上的羟基反应形成氢键，并缩合成网状结构的有机膜覆盖在玻璃珠表面；B-607的高分子聚合物部分也将覆盖并反应结合到真空玻璃珠的表面。物料在加热和摩擦生热的共同作用下温度升高到120摄氏度，让物料在加热下充分发生反应，反应完毕，卸料，冷却后备用。包装后即为成品氟硅氧烷表面包覆中空玻璃珠。
上述功能性聚合物的制备过程中使用的硅烷单体接枝顺辛酯为自制产品，其制备方法如下：先将顺丁烯二酸酐90重量份，辛醇108重量份投入反应釜，通入氮气开动搅拌，升温到80℃保温2小时；升温到120℃保温2小时，加入氯硅烷142重量份，升温到120℃，保温4小时，冷却，过滤包装备用即得硅烷单体接枝顺辛酯。
实施例3
一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料的制备方法，该方法是将功能性聚合物50重量份，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠45重量份，功能性助剂2重量份，消泡剂0.1重量份，聚四氟乙烯蜡乳2重量份在室温下搅拌混合3小时即得产品。
其中功能性聚合物的制备方法包括以下步骤：
(1)配制乳化液
将硅烷单体接枝顺辛酯15重量份、丙烯酸异辛酯10重量份、乳化剂0.4重量份混合成乳化液A；
将硅烷单体接枝顺辛酯15重量份、丙烯酸异辛酯3重量份、甲基丙烯酸甲酯2重量份、丙烯酸丁酯2重量份、乳化剂0.4重量份混合成乳化液B；
将丙烯酸异辛酯2重量份、甲基丙烯酸甲酯4重量份、丙烯酸丁酯4重量份、功能化单体8重量份、乳化剂0.4重量份混合成乳化液C；
将甲基丙烯酸甲酯14重量份、丙烯酸丁酯14重量份、功能化单体17重量份、乳化剂0.4重量份混合成乳化液D；
将引发剂0.15重量份，去离子水2重量份配成液体E；
(2)将去离子水118重量份、乳化剂0.3重量份、氟硅氧烷化学包覆碳化硅吸热颜料15重量份投入反应釜搅拌，每间隔30分钟投入引发剂0.15重量份，共投入9次，将温度升高到80℃，将乳化液A在2小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，30分钟后，将乳化液B在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，40分钟后，将乳化液C在3小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，50分钟后，将乳化液D在2.5小时内匀速滴加到反应釜中反应聚合，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后，加入液体E，保持温度在80℃以内，不断搅拌2小时后过滤出料即得改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料产品。
氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠为自制产品，其制备方法为：将氨丙基三乙氧基硅烷(南京曙光集团硅烷偶联剂有限公司生产)3重量份中加入水6重量份，装入容器1待喷雾；将全氟表面处理剂(哈尔滨雪佳氟硅化学有限公司生产的B-607)3重量份装入容器2，待喷雾；将中空玻璃微珠96重量份装入粉体改性机，开动机器使市售中空玻璃微珠高速旋转，并将容器1和容器2喷头打开喷雾，在高速旋转下，一方面物料与物料摩擦，一方面物料与机器转子和容器壁摩擦，使雾化改性剂充分接触到被改性物表面，被水解为硅醇的硅烷，将会与真空玻璃珠上的羟基反应形成氢键，并缩合成网状结构的有机膜覆盖在玻璃珠表面；B-607的高分子聚合物部分也将覆盖并反应结合到真空玻璃珠的表面。物料在加热和摩擦生热的共同作用下温度升高到120摄氏度，让物料在加热下充分发生反应，反应完毕，卸料，冷却后备用。包装后即为成品氟硅氧烷表面包覆中空玻璃珠。
上述功能性聚合物的制备过程中使用的硅烷单体接枝顺辛酯为自制产品，其制备方法如下：先将顺丁烯二酸酐103重量份，辛醇120重量份投入反应釜，通入氮气开动搅拌，升温到80℃保温2小时；升温到120℃保温2小时，加入氯硅烷156重量份，升温到120℃，保温4小时，冷却，过滤包装备用即得硅烷单体接枝顺辛酯。其反应方程式如下：
第一步
顺丁烯二酸酐和辛酸反应：
第二步
上述反应物和R3SiCl(氯硅烷)反应
Claims (5)
1.一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料，其特征在于，该涂料由以下组分和重量份组成：
所述的功能性聚合物是以改性功能性吸热材料为核，以合成丙烯酸类单体与硅氧烷单体接枝的单体为壳，用多层半连续方法包覆聚合工艺合成的功能性核壳乳液；
所述的氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠是将氨丙基三乙氧基硅烷1-3重量份中加入水2-6重量份，装入容器1待喷雾；将全氟表面处理剂1-3重量份装入容器2，待喷雾；将中空玻璃微珠85-96重量份装入粉体改性机，开动机器使中空玻璃微珠高速旋转，并将容器1和容器2喷头打开喷雾，使物料充分发生反应，反应完毕，卸料，冷却后即为成品氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠。
2.根据权利要求1所述的一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述的功能性助剂为氟素多功能润湿流平剂。
3.根据权利要求1所述的一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述的消泡剂为德国BYK公司生产的BYK-028。
4.根据权利要求1所述的一种改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述的聚四氟乙烯蜡乳为上海三爱富集团生产的聚四氟乙烯蜡乳。
5.一种如权利要求1所述的改性有机硅聚合物输电线路防覆冰涂料的制备方法，其特征在于，该方法是将功能性聚合物40-50重量份，氟硅氧烷包覆功能性真空空心微珠45-55重量份，功能性助剂1-2重量份，消泡剂0.1-0.3重量份，聚四氟乙烯蜡乳2-5重量份在室温下搅拌混合1-3小时即得产品。
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