CN104927649B

CN104927649B - 一种防污闪超疏水自清洁涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN104927649B
Application number: CN201510359050.3A
Authority: CN
Inventors: 丛海林; 于冰; 陈新; 杨淑静; 焦明明
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN104927649A

Abstract

本发明涉及一种防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，包括下述组分：硅酮玻璃胶、聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂、耐弧剂和有机溶剂，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5～20wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5～20wt％。采用这种涂料在形成的涂层表面接触角大于150°，具有良好的绝缘性，击穿电压大于15kV/mm。

Description

一种防污闪超疏水自清洁涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种防污闪超疏水涂料，具体涉及一种防污闪超疏水自清洁涂料及其制备方法。

背景技术

电力设备外绝缘表面在运行过程中会逐渐积污，在干燥状态下，污层电阻很大，流过污层的泄漏电流较小，对绝缘强度影响不显著。但在雾、露、毛毛雨、溶雪等气候条件下，污层受潮湿润，污层中的电解质溶解，使污层中的表面电导增加，泄漏电流增大。由于泄漏电流的热效应，在电流密度较大处出现干区，干区部分的污层电阻骤增，使干区承受较高电压，若干区表面场强超过空气击穿场强，干区便会被击穿，出现跨越干区的小电弧。随着湿润程度增加，泄漏电流幅值增大，局部电弧长度增加，当电弧长度达到临界值时，绝缘表面发生闪络，由这种闪络造成的事故称污闪事故。在绝缘子表面涂覆一层疏水涂料，是提高绝缘子耐污闪能力的一项有效措施。

近年来，超疏水涂层的应用引起了人们的广泛关注。超疏水涂层是指涂层的表面与水的接触角大于150°的涂层。超疏水涂层的超疏水现象在自然界中广泛存在，如蜻蜓翅膀、水黾的腿、荷叶等，它们均具有超疏水的特性和自清洁能力。大量的研究报道表明，此类超疏水涂层表面是由低表面能物质的微纳米级粗糙表面构成的。这种具有微纳米级粗燥表面的超疏水涂层应用于高压输电线路可以使雨水、雪水在涂层表面迅速凝聚成水滴，并快速滚落且同时带走表面污染物，保持涂层表面的洁净，甚至能够避免因水进入电子元件和电路引起的设备被击穿或损坏，不仅可以减少水、冰、霜对电气设备、建筑、织物的侵蚀与危害，还可以改善绝缘子的绝缘性能，提高其经济性和安全性。

专利CN102618138A公开了一种室温型电力绝缘子防污闪涂料和其制备方法及电力绝缘子。该方法以具有憎水迁移性能的树脂、硅丙树脂、溶剂及流平剂作为硬质涂料，催化剂和正硅酸乙酯作为室温固化剂。该专利中涂料的组分及制备工艺均较复杂，需在密闭容器中搅拌共混5h，时间较长；且其静态接触角仅约为118℃，憎水性能较差。

专利CN102702965A报道了一种应用于绝缘子的防污闪涂料及其使用方法。其组分包括硅橡胶及质量分数为15％～30％导电填料碳化硅，所述的硅橡胶分子量大于或等于5000、小于或等于20000；使用方法是将其涂覆于绝缘子的绝缘件下表面，涂层厚度在0.3～0.4mm以内。该申请的原料采用了碳化硅，制备成本较高。

专利CN103965774A介绍了一种防污闪涂料，该涂料由以下重量份数的成分组成：改性有机硅树脂15-25份，纳米白炭黑1-12份，云母粉5-10份，氢氧化铝5-10份，纳米聚四氟乙烯微粉15-20份，钛白粉1-2份，催化剂0.1-1份。该专利需按三个步骤完成：一、硅醇的制备(原料为甲基三氯硅烷，苯基三氯硅烷，二苯基二氯硅烷和二甲苯)；二、有机硅化合物的合成(需采用减压蒸馏将硅醇溶液蒸馏至固含量为45～55％)；三、树脂成品的配置，工艺流程复杂。

上述三项现有技术均存在原料价格昂贵，且涂层的制备过程复杂，工艺流程要求苛刻，生产效率较低，成本普遍偏高，使其无法得到广泛的应用。

发明内容

为此，本发明提供一种防污闪超疏水涂料，该涂料可应用于各种基体表面，解决制备工艺流程繁杂、生产效率低、生产成本高、所需设备昂贵的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

硅酮玻璃胶、聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂、耐弧剂和有机溶剂，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5～20wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5～20wt％。

优选地，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5～10wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10～35wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10～35wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5～10wt％。

所述硅酮玻璃胶为中性或酸性硅酮玻璃胶，所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm^-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％。所述中性硅酮玻璃胶密度为1.3g·cm^-3,拉伸强度为30MPa，伸长率为240％。

所述聚偏氟乙烯粉体颗粒粒径为1纳米至100微米，优选为聚偏氟乙烯粉体颗粒粒径为2纳米至50微米。

所述的光催化剂为二氧化钛、氧化锌、硫化镉中的一种或其中几种的组合。

所述的耐弧剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑中的一种或其中几种的组合。

所述的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃或乙醇中的一种或其中几种的组合。

一种防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的防污闪超疏水涂料包括硅酮玻璃胶、聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂、耐弧剂和有机溶剂。其中硅酮玻璃胶作为粘结剂，使涂料较好的粘结在基底上并提高其阻燃性及耐刮性能，聚偏氟乙烯及光催化剂可提供微纳米级的粗糙表面及抗静电吸附性和憎水性，使涂料具有超疏水的性能，耐弧剂具有阻燃性及抗电弧的性能；这几种组分在制备防污闪超疏水自清洁涂料中具有优异的协同作用。采用该涂料制备的涂层表面与水的接触角大于150°，水滴在其表面极易滚动滑落并带走表面的尘埃，从而使涂层的表面保持清洁，防止发生污闪。采用该涂料制备的涂层击穿电压大于15kV/mm，具有良好的绝缘性，适用于高压输电线路绝缘子的防污闪处理。

(2)与现有技术本相比，本发明的防污闪超疏水涂层制备工艺简单，生产效率高，生产成本低，重复性好，易于大规模生产。

附图说明

图1是实施例1所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图2是实施例2所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图3是实施例3所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图4是实施例4所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图5是实施例5所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图；

图6是实施例6所得的防污闪超疏水涂层表面的水接触角状态图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。

接触角数据由承德鼎盛JY-82型接触角仪测得。

绝缘性能由美国MEGGER 30KV高压绝缘测试仪MIT30测得。

本发明的目的在于提供一种防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，该涂料可应用于各种基体表面，解决制备工艺流程繁杂、生产效率低、生产成本高、所需设备昂贵的问题。

本发明的防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，其特征在于先将硅酮玻璃胶、聚偏氟乙烯粉体、二氧化钛和氢氧化铝加入有机溶剂中，充分搅拌，制成混合分散液，施工时将分散液均匀的涂覆于基底材料表面，即可得到防污闪超疏水自清洁涂层。

本发明所用的硅酮玻璃胶为中性和酸性硅酮玻璃胶，中性硅酮玻璃胶固化时间较长，且粘结能力弱于酸性硅酮玻璃胶，故优选用酸性硅酮玻璃胶，其用量为有机溶剂用量的5～20％。硅酮玻璃胶用量太小，易造成分散液粘度低涂抹不均匀，不易于与基底粘结；用量太大，分散液粘度增大不利于疏水颗粒的分散，优选用量为5～10％。

本发明所用的聚偏氟乙烯粉体粒径在1纳米至100微米。粒径过小则聚偏氟乙烯粉体容易团聚，而粒径过大则聚偏氟乙烯粉体对涂层的透光性产生不良影响，优选粒径为2纳米至50微米，用量为硅酮玻璃胶用量的10～50％。用量过小，容易导致颗粒分布稀疏造成疏水效果差；用量太大，涂层的透光性就会受到影响，优选用量为10～35％。

本发明所用的光催化剂为二氧化钛，其用量为硅酮玻璃胶用量的10～50％。二氧化钛用量过小，则达不到光降解和防污闪的效果；用量太多，则会影响涂层的表面粗糙度，进而对涂层的疏水性造成不利的影响，优选用量为10～35％。

本发明所用的耐弧剂氢氧化铝，其用量为硅酮玻璃胶用量的5～20％。氢氧化铝用量过小，则达不到耐电弧和绝缘的效果；用量太多，则会影响涂层的表面粗糙度，进而对涂层的疏水性造成不利的影响，优选用量为5～10％。

本发明所用的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃或乙醇，二甲苯沸点高难以去除，而乙醇对硅酮玻璃胶的溶解能力较低，优选溶剂为四氢呋喃。

实施例1-8中所述聚偏氟乙烯粉体颗粒的粒径是平均粒径，每一样品中粒径范围为1纳米至100微米。

实施例1

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为250纳米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂四氢呋喃，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的7wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的35wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的10wt％。所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm^-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。再将分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。

涂覆本实施例的防污闪超疏水涂层的绝缘子与裸绝缘子的相比，如附图1所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示本实施例防污闪超疏水涂层的水接触角达到159°。由于涂层中加入了耐弧剂氢氧化铝，且硅酮玻璃胶与聚四氟乙烯具有良好的耐高压性能，因此该涂层具有优异的防污闪能力和绝缘性能，该涂层的击穿电压达到20KV/mm。

实施例2

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为2纳米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂四氢呋喃，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的25wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的20wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5wt％。所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm^-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。再将分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。如附图2所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示涂层的水接触角达到155°；其击穿电压为18KV/mm。

实施例3

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为500纳米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂二甲苯，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的7wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的35wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的8wt％。所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。如附图3所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示涂层的水接触角达到157°；其击穿电压为19KV/mm。

实施例4

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为10微米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂二甲苯，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的15％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的8wt％。所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm^-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。如附图4所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示涂层的水接触角达到156°；其击穿电压为17KV/mm。

实施例5

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

中性硅酮玻璃胶，平均粒径为25微米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂四氢呋喃，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的7wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的35wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5wt％。所述中性硅酮玻璃胶密度为1.3g·cm^-3,拉伸强度为30MPa，伸长率为240％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。如附图5所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示涂层的水接触角达到154°；其击穿电压为16KV/mm。

实施例6

本实施例的防污闪超疏水自清洁涂料，包括下述组分：

中性硅酮玻璃胶，平均粒径为50微米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂二氧化钛，耐弧剂氢氧化铝和有机溶剂于二甲苯，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的7wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的20wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的25wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的8wt％。所述中性硅酮玻璃胶密度为1.3g·cm^-3,拉伸强度为30MPa，伸长率为240％。

上述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。分散液均匀的涂覆于基底玻璃材料的表面，即可得到防污闪超疏水涂层。如附图6所示，采用接触角测定仪拍摄的图片显示涂层的水接触角达到153°；其击穿电压为18KV/mm。

实施例7

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为100微米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂氧化锌，耐弧剂氢氧化镁和有机溶剂乙醇，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的50wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的40wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的15wt％。其他同实施例1。

实施例8

酸性硅酮玻璃胶，平均粒径为1微米的聚偏氟乙烯粉体颗粒，光催化剂硫化镉，耐弧剂三氧化二锑和有机溶剂乙醇，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的10wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的20wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的50wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的20wt％。其他同实施例1。

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本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，包括下述组分：

硅酮玻璃胶、聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂、耐弧剂和有机溶剂，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5～20wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10～50wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5～20wt％；

所述聚偏氟乙烯粉体颗粒粒径为1纳米至100微米；

所述硅酮玻璃胶为中性或酸性硅酮玻璃胶；所述酸性硅酮玻璃胶密度为1.2g·cm^-3,拉伸强度为50MPa,伸长率为155％，所述中性硅酮玻璃胶密度为1.3g·cm^-3,拉伸强度为30MPa，伸长率为240％；

2.根据权利要求1所述的防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述硅酮玻璃胶为有机溶剂的5～10wt％，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒为所述硅酮玻璃胶的10～35wt％，所述光催化剂为所述硅酮玻璃胶的10～35wt％，所述耐弧剂为所述硅酮玻璃胶的5～10wt％。

3.根据权利要求2所述的防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述聚偏氟乙烯粉体颗粒粒径为2纳米至50微米。

4.根据权利要求1或2所述的防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述的光催化剂为二氧化钛、氧化锌、硫化镉中的一种或其中几种的组合。

5.根据权利要求1或2所述的防污闪超疏水自清洁涂料，其特征在于，所述的有机溶剂为二甲苯、四氢呋喃或乙醇中的一种或其中几种的组合。

6.一种权利要求1-5任一项所述防污闪超疏水自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将硅酮玻璃胶加入有机溶剂中，完全溶解后加入聚偏氟乙烯粉体颗粒、光催化剂和耐弧剂，充分搅拌，制成混合分散液。