CN103131240A - 一种自清洁防污闪涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种电力设备用的防污闪涂料，尤其是一种能够实现自清洁效果的防污闪涂料及其制备方法。所述自清洁防污闪涂料是由端羟基聚硅氧烷、白炭黑、改性阻燃剂、微米消光粉、颜料、交联剂、催化剂和溶剂按照选定的重量份数制备而成的。本发明所述的自清洁防污闪涂料通过添加微米粒子与纳米二氧化硅的表面结构一起构筑形成一种具有微米-纳米结构的粗糙表面，即类似荷叶效应表面的微-纳结构，使得涂料外表面固液相的实际接触面积要大于表观几何上的观察到的面积，从而大大增强了该涂料的疏水性和抗粘附作用，使得所述涂料本身具有了自清洁的能力，防污闪效果大大增强。

Description

一种自清洁防污闪涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于化工涂料技术领域，具体涉及一种电力设备用的防污闪涂料，尤其是一种能够实现自清洁效果的防污闪涂料及其制备方法。

背景技术

污闪是指电气设备绝缘表面附着的污秽物在潮湿条件下，其可溶物质逐渐溶于水，在绝缘表面形成一层导电膜，使绝缘子的绝缘水平大大降低，在电力场的作用下出现强烈放电的现象。由于电力系统超高压输电及直流输电技术的广泛采用，污闪在电力系统中已成为严重威胁设备和电网安全运行的灾难性故障，被列为电力系统头号安全大敌，防止污闪事故发生成为电网安全运营的第一要务。

室温硫化硅橡胶(Room Temperature Silicon Rubber)简称RTV防污闪涂料，是由有机硅橡胶、填充剂和添加剂，经化学、物理过程改性制造而成的，其能够防污闪的原因在于RTV本身具有十分优良的憎水性和憎水迁移性，具有长效、免维护、防污染性能好、施工简单等优异特性，近年来作为一种新技术、新材料在国内得到快速发展和广泛应用。但由于硅橡胶具有优良的弹性、柔软表面以及良好的电绝缘性，因此RTV表面容易堆积灰尘，虽然RTV具有很好的憎水迁移性，但当疏松的污垢达到一定的厚度之后，污垢的内部就容易形成水流的通道及大面积滞留区，并最终导致污闪事故的发生。

这主要是由于现有的RTV涂料本身的自清洁能力较差造成的，中国专利CN1690147A公开了一种纳米加强型RTV长效防污闪涂料，所述的涂料由纳米二氧化硅、端羟基聚二甲基硅氧烷、交联剂、催化剂、颜料和溶剂制备而成，该专利通过添加添加了纳米材料二氧化硅，增大了涂料本身的比表面积，使得RTV涂料的憎水迁移率增大，防污闪能力进一步加强。但是这种不同疏水物质的简单混合制成的涂层表面的接触角最多可接近120°，使得疏水、抗粘附及自清洁能力仅局限于此。实践证明该涂料长期使用或长期缺乏维护的情况下，依然会由于污垢的集聚导致清洁效果的下降，影响防污闪效果，并最终导致污闪事故的发生。

现有技术中，许多涂层材料中通过添加有微米粒子和纳米粒子以形成微米-纳米微粒的仿荷叶结构，进一步增大外表面的接触角。但一方面该领域的许多研究一直处于实验室阶段，工业生产中大规模使用的涂料很难实现大面积的仿荷叶微-纳结构；另一方面鉴于防污闪涂料对于导电、绝缘、防尘等性能的严格要求，其组分及制备原理也与一般涂料有所不同，因此现有技术中一般涂料中添加使用的微米、纳米粒子以及通常适用的微米、纳米粒子并不适用于防污闪涂料的性能要求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中RTV涂料自清洁效果较差的问题，进而提供一种具有自清洁能力且防污闪效果较好的RTV涂料。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种微米消光粉用于制备自清洁防污闪涂料的应用。

本发明所述的自清洁防污闪涂料，是由如下重量份的组分制备而成的：

端羟基聚硅氧烷  25-40份；

白炭黑 3-6份；

改性阻燃剂  12-20份；

微米消光粉  2.5-4份；

颜料 0.1-2份；

交联剂  1.5-3份；

催化剂  0.001-0.1份；

溶剂  40-70份。

本发明所述的自清洁防污闪涂料，是由如下重量份的组分制备而成的：

端羟基聚硅氧烷  30-35份；

白炭黑 4-5份；

改性阻燃剂  16-18份；

微米消光粉  3-3.5份；

颜料 0.6-1份；

交联剂  2-2.5份；

催化剂  0.01-0.05份；

溶剂  50-60份。

端羟基聚硅氧烷优选端羟基聚二甲基硅氧烷。

所述白炭黑为疏水型气相纳米二氧化硅具体是指经八甲基环四硅氧烷或六甲基二硅氮烷改性处理后的一种疏水型气相法纳米二氧化硅，比表面积为100～350m²/g。

所述端羟基聚硅氧烷的粘度为4000-30000mPa.s。

所述改性阻燃剂为氢氧化铝、水滑石或氢氧化镁。

所述交联剂为酮肟型交联剂，包括甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基丁酮肟基硅烷。

所述催化剂为脱肟型催化剂，二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡。

所述溶剂为芳烃类、聚醚类或烷烃类溶剂中的一种或几种的混合溶剂。

本发明还公开了一种制备上述的自清洁防污闪涂料的方法，包括如下步骤：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚硅氧烷、白炭黑、颜料和阻燃剂混合并研磨均匀，并在真空条件下，控制温度120～150℃，脱出水分后得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述交联剂和催化剂，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得。

所述步骤(1)中，所述脱出水分的步骤是在真空捏合机内进行的。

本发明检测所制得的防污闪涂料的自清洁性能的方法包括薄膜法和小玻璃珠法。上述方法需要的材料、仪器及试样准备如下：

C.1材料和仪器

a)玻璃微珠：直径125～250μm

b)电子天平：精度不低于0.1mg

c)0.03～0.10mm聚乙烯薄膜(可选用食物保鲜膜替代)

C.2试样

在3个10cm×8cm的玻璃片上涂敷涂料，在标准实验室条件下(温度25℃±2℃，40％～70％RH)，固化96h以上备用。

薄膜法：

本方法适用于现场定性评价涂料自洁性。

(1)将薄膜覆盖于清洁的涂层表面；(2)沿薄膜表面压实一遍；(3)沿与涂层表面呈90°方向剥离薄膜，在剥离过程中观察吸附状态：

a)当薄膜剥离涂层表面时，涂层与薄膜之间有吸附力，则该涂层自洁性较差；

b)当薄膜剥离涂层表面时，涂层与薄膜之间无吸附力，则该涂层自洁性较好。

玻璃微珠法：本方法适用于实验室定量评价涂料自洁性。

(1)将试样水平放置于试验台上(10cm长的边置于水平方向，8cm长的边置于竖直方向)，在距试样上边缘0.5cm处放置一阻隔条，阻隔条与涂层表面紧密接触；

(2)称取玻璃微珠0.3g，小心倾倒于试样表面阻隔条的上方，铺成长5cm、宽0.5cm的小玻璃珠层；

(3)将试样连同阻隔条及玻璃微珠由水平转至倾斜45度角的位置，此时阻隔条应能有效确保玻璃微珠停留在原位置而不沿涂层斜面滚落；

(4)迅速把阻隔条拿离涂层表面，玻璃微珠沿试样涂层的斜面滑落；

(5)取下试样，将从试样表面滑落至下方的收集器中的玻璃微珠收集称重m(单位：g)；

(6)计算自洁系数η：

取3个试样的平均值，并要求数据分散性小于10％。

当自洁系数η≥85％时，自洁性为1级；

当自洁系数70％≤η＜85％时，自洁性为2级；

当自洁系数η＜70％时，无自洁性。

注意：1、试验过程中，应确保试样表面及玻璃微珠干燥。

2、试验用玻璃微珠应存放于干燥环境，避免受潮。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的自清洁防污闪涂料在现有的RTV涂料的基础上，通过添加微米级消光粉与纳米级二氧化硅的表面结构一起构筑形成一种具有微米-纳米结构的粗糙表面，即类似荷叶效应表面的微-纳结构，使得涂料外表面固液相的实际接触面积要大于表观几何上的观察到的面积，当其表面遇到水时，由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角θ增大，因此水珠可以很自由地在表面滚动，从而大大增强了该涂料的疏水性和抗粘附作用，使得所述涂料本身具有了自清洁的能力，防污闪效果大大增强；

2、经过筛选得到适用于防污闪涂料形成自清洁的微米-纳米结构的微米消光粉，选用的微米消光粉主要成分为微米级的二氧化硅，具有易于分散、对涂膜的透明性干扰较小、对涂膜的力学性能和化学性能影响小、在液体涂料中悬浮性好、长时间贮存不会产生硬沉淀、对涂料流变性影响较小等优点，而且所述微米消光粉中还添加有其他聚酰胺类聚合物，能够促进与所述防污闪涂料中添加的纳米二氧化硅形成微米-纳米结构；

3、本发明所述防污闪涂料与水的接触角θ可达到120°≤θ≤180°，疏水效果及抗粘附能力大大增强，适用工况及使用时效更为广泛；

4、所述自清洁防污闪涂料中，纳米二氧化硅交织成一个三维网络骨架，而添加的微米粒子与纳米粒子相互捆绑交联，增强了疏水薄膜的稳定性；

5、本发明所述的防污闪涂料采用室温硫化硅橡胶，能保证在室温下快速固化；

6、采用的原料均为现有产品，无需刻意合成或聚合等繁琐的步骤，成本较低；

7、本发明所述的防污闪涂料的自洁性能达到1级，自清洁效果较好，能满足任意工况的防污闪性能要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。各实施例中的百分比如无特别指出，均为重量百分比，所用的原料均为市售可商购的常用商品。

1、端羟基聚硅氧烷：德国瓦克化学品公司，型号为FD6～FD20；

2、疏水型气相纳米二氧化硅：德固萨(Degussa)公司，型号为疏水型R系列；

3、改性阻燃剂为氢氧化铝、水滑石或氢氧化镁：大连富美达新材料有限公司。

4、微米消光粉：德固萨(Degussa)公司，型号为ACEMATT OK系列。

5、酮肟型交联剂：杭州硅宝化工有限公司。

6、脱肟型催化剂：北京正恒化工有限公司。

实施例1

本实施例所述的自清洁防污闪涂料是由如下重量份的组分制备而成的：端羟基聚硅氧烷25份、纳米二氧化硅3份、氢氧化铝改性阻燃剂12份、微米消光粉2.5份、颜料0.1份、酮肟型交联剂1.5份、脱肟型催化剂0.001份、烷烃溶剂40份。所述端羟基聚硅氧烷的粘度为4000-30000mPa.s。

所述自清洁防污闪涂料是通过如下方法制备得到的：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚硅氧烷、纳米二氧化硅、颜料和氢氧化铝改性阻燃剂加入初混机1h混合均匀，随后通过三辊研磨均匀，并投入捏合机，在真空条件下，控制温度150℃，脱出低分子物质后，得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的烷烃溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述酮肟型交联剂和脱肟型催化剂，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得所需的自清洁防污闪涂料，并灌装、出料。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，该自洁性为≥2级，其憎水接触角达到≥125°。

将本实施例所制得的自清洁防污闪涂料喷涂于绝缘子表面，室温自然固化，检测其表干时间小于45min，实干时间小于72h。

实施例2

本实施例所述的自清洁防污闪涂料是由如下重量份的组分制备而成的：端羟基聚二甲基硅氧烷40份、疏水型气相纳米二氧化硅6份、水滑石改性阻燃剂20份、微米消光粉4份、颜料2份、酮肟型交联剂甲基三丁酮肟基硅烷3份、脱肟型催化剂二月硅酸二丁基锡0.1份、聚醚类溶剂70份。所述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为4000-30000mPa.s。

所述自清洁防污闪涂料是通过如下方法制备得到的：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚二甲基硅氧烷、疏水型气相纳米二氧化硅、颜料和氢氧化镁改性阻燃剂加入初混机1h混合均匀，随后通过三辊研磨均匀，并投入捏合机，在真空条件下，控制温度130℃，脱出低分子物质后，得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的聚醚类溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述甲基三丁酮肟基硅烷和二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得所需的自清洁防污闪涂料，并灌装、出料。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，该自洁性为1级，其憎水接触角达到≥130°。

将本实施例所制得的自清洁防污闪涂料喷涂于绝缘子表面，室温自然固化，检测其表干时间小于45min，实干时间小于72h。

实施例3

本实施例所述的自清洁防污闪涂料是由如下重量份的组分制备而成的：端羟基聚二甲基硅氧烷30份、疏水型气相纳米二氧化硅4份、氢氧化铝改性阻燃剂16份、微米消光粉3份、颜料0.6份、酮肟型交联剂乙烯基丁酮肟基硅烷2份、脱肟型催化剂辛酸亚锡0.01份、芳烃类和烷烃的混合溶剂50份。所述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为5000-25000mPa.s。

所述自清洁防污闪涂料是通过如下方法制备得到的：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚二甲基硅氧烷、疏水型气相纳米二氧化硅、颜料和氢氧化铝改性阻燃剂加入初混机1h混合均匀，随后通过三辊研磨均匀，并投入捏合机，在真空条件下，控制温度120℃，脱出低分子物质后，得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的芳烃类溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述乙烯基丁酮肟基硅烷和辛酸亚锡，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得所需的自清洁防污闪涂料，并灌装、出料。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，该自洁性为1级，其憎水接触角达到≥130°。

将本实施例所制得的自清洁防污闪涂料喷涂于绝缘子表面，室温自然固化，检测其表干时间小于45min，实干时间小于72h。

实施例4

本实施例所述的自清洁防污闪涂料是由如下重量份的组分制备而成的：端羟基聚二甲基硅氧烷35份、疏水型气相纳米二氧化硅5份、氢氧化铝改性阻燃剂18份、微米消光粉3.5份、颜料1份、酮肟型交联剂乙烯基丁酮肟基硅烷2.5份、脱肟型催化剂二月硅酸二丁基锡0.05、二甲苯溶剂60份。所述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为5000-22000mPa.s。

所述自清洁防污闪涂料是通过如下方法制备得到的：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚二甲基硅氧烷、疏水型气相纳米二氧化硅、颜料和氢氧化铝改性阻燃剂加入初混机1h混合均匀，随后通过三辊研磨均匀，并投入捏合机，在真空条件下，控制温度120℃，脱出水和原料中含有的一些低分子物质后，得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的二甲苯类溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述乙烯基丁酮肟基硅烷和二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得所需的自清洁防污闪涂料，并灌装、出料。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，该自洁性为≥2级，其憎水接触角达到≥125°。

将本实施例所制得的自清洁防污闪涂料喷涂于绝缘子表面，室温自然固化，检测其表干时间小于45min，实干时间小于72h。

实施例5

本实施例所述的自清洁防污闪涂料是由如下重量份的组分制备而成的：端羟基聚二甲基硅氧烷32份、疏水型气相纳米二氧化硅4.5份、氢氧化铝改性阻燃剂15份、微米消光粉3.2份、颜料0.62份、酮肟型交联剂甲基三丁酮肟基硅烷2.2份、脱肟型催化剂二月硅酸二丁基锡0.02份、二甲苯溶剂45份。所述端羟基聚二甲基硅氧烷的粘度为4000-20000mPa.s。

所述自清洁防污闪涂料是通过如下方法制备得到的：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚二甲基硅氧烷、疏水型气相纳米二氧化硅、颜料和氢氧化铝改性阻燃剂加入初混机1h混合均匀，随后通过三辊研磨均匀，并投入捏合机，在真空条件下，控制温度120℃，脱出水分及含有的低分子杂质物质后，得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的二甲苯类溶剂和微米消光粉混合并高速搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述甲基三丁酮肟基硅烷和二月硅酸二丁基锡，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得所需的自清洁防污闪涂料，并灌装、出料。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，该自洁性为1级，其憎水接触角达到≥130°。

将本实施例所制得的自清洁防污闪涂料喷涂于绝缘子表面，室温自然固化，检测其表干时间小于45min，实干时间小于72h。

对比例1

本对比例所述的自清洁防污闪涂料的组分及重量份数及制备方法与实施例3相同，其区别仅在于所使用的微米消光粉替换为微米钛白粉。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，不具有自洁性，其憎水接触角达到＜120°，无法形成微-纳结构，达不到仿荷叶自清洁的效果。

对比例2

本对比例所述的自清洁防污闪涂料的组分及重量份数及制备方法与实施例3相同，其区别仅在于所使用的微米消光粉替换为微米蜡粉。

将所得自清洁防污闪涂料通过薄膜法检测，证明：

将所得自清洁防污闪涂料通过小玻璃珠法检测，不具有自洁性，其憎水接触角达到＜120°，无法形成微-纳结构，达不到仿荷叶自清洁的效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于发明的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种微米消光粉用于制备自清洁防污闪涂料的应用。

2.一种自清洁防污闪涂料，其特征在于，是由如下重量份的组分制备而成的：

端羟基聚硅氧烷  25-40份；

白炭黑 3-6份；

改性阻燃剂  12-20份；

微米消光粉  2.5-4份；

颜料 0.1-2份；

交联剂  1.5-3份；

催化剂  0.001-0.1份；

溶剂  40-70份。

3.根据权利要求2所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于，是由如下重量份的组分制备而成的：

端羟基聚硅氧烷  30-35份；

白炭黑 4-5份；

改性阻燃剂  16-18份；

微米消光粉  3-3.5份；

颜料 0.6-1份；

交联剂  2-2.5份；

催化剂  0.01-0.05份；

溶剂  50-60份。

4.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述白炭黑为疏水型气相纳米二氧化硅。

5.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述端羟基聚硅氧烷的粘度为4000-30000mPa.s。

6.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述改性阻燃剂氢氧化铝、水滑石或氢氧化镁。

7.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述交联剂为酮肟型交联剂。

8.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述催化剂为脱肟型催化剂。

9.根据权利要求2或3所述的自清洁防污闪涂料，其特征在于：

所述溶剂为芳烃类、聚醚类或烷烃类溶剂中的一种或几种的混合溶剂。

10.一种制备权利要求2-9任一所述的自清洁防污闪涂料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按选定的重量份数将所述端羟基聚硅氧烷、白炭黑、颜料和阻燃剂混合并研磨均匀，并在真空条件下，控制温度100-150℃，脱出水分后得到混匀的胶体；

(2)将步骤(1)中所得的胶体以及选定重量份数的溶剂和微米消光粉混合并搅拌均匀；

(3)向步骤(2)中得到的反应体系中加入选定重量份数的所述交联剂和催化剂，搅拌均匀后，在惰性气体存在下，过滤即得。

11.根据权利要求10所述的制备自清洁防污闪涂料的方法，其特征在于：

所述步骤(1)中，所述脱出水分的步骤是在真空捏合机内进行的。