CN105623503B - 一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体公开了一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层及其制备方法。所述的疏水涂层由端羟基聚二甲基硅氧烷、氟硅烷改性的埃洛石纳米管、正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡和环己烷组成。所述的制备方法是将上述组分在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液，然后涂覆于复合绝缘子表面，在室温下静置固化，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。本发明的用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层具有制备工艺简单、疏水性好、附着力强、阻燃性好的优点，能够满足绝缘子外绝缘涂层材料的使用要求。

Description

一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
运行在户外的绝缘子，会受到灰尘、烟尘和工业排放物等的污染，在表面上形成污秽层。被污染的绝缘子在电压作用下发生沿面闪络，简称污闪，其闪络电压简称污闪电压。在干燥状态下，绝缘子的闪络电压受表面污染的影响并不大，但是在雾、露、雪、雨等气候条件下，绝缘子表面的污秽层受潮，其闪络电压大大降低，导致污闪事故的发生，甚至在工作电压下就会发生污闪事故。污闪的发生对供电系统的影响给国民经济造成了巨大的损失。
在绝缘子表面涂覆疏水性材料，如有机硅质、地蜡等，使绝缘子表面在潮湿天气下不易形成连续水膜，减小泄漏电流值，可以提高污闪电压；室温硫化硅橡胶耐污闪涂料是目前最常用的绝缘子表面疏水性材料。涂层的疏水性和疏水的迁移性是显著提高污闪电压等级的关键。绝缘子表面的涂层在洁净条件下有优良的疏水性，当胶膜表层被污秽覆盖后，胶膜内的小分子疏水基团能很快地窜过污秽层，迁移到污秽层表面，使污层表面也具有优异的疏水性。这样，在潮湿气候条件下，污层表面很难湿润；污层长时间处于湿润状态时，其表面也不会形成水流和水膜，而是以众多不连续的小水珠形式独立存在，从而大大地扼制了泄露电流的产生，显著地提高了绝缘子的污闪电压。但是目前耐污闪涂料普遍存在着疏水性差、疏水性恢复慢的问题，此外还存在着疏水涂层在绝缘子表面的附着力差的问题。为保障复合绝缘子运行过程的稳定性，制备用于绝缘子的高性能硅橡胶疏水涂层对防治大面积污闪事故、提高电网运行可靠性具有重要意义。
发明内容
为克服现有疏水涂层的不足，本发明提供了一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层及其制备方法，具体技术方案如下：
一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层，所述疏水涂层中，各组分及相应的重量份数配比为：端羟基聚二甲基硅氧烷100份、氟硅烷改性的埃洛石纳米管150～300份、正硅酸乙酯6～10份、二丁基二月桂酸锡0.2～0.8份、环己烷50～100份。
所述端羟基聚二甲基硅氧烷的分子量为1000～20000。
所述埃洛石纳米管的纯度大于95％，长径比为20～50。
埃洛石纳米管本身是一种较好的阻燃材料，燃烧时可失去结晶水，失水过程中能有效地吸收大部分热量，阻碍燃烧过程的进一步进行，因此赋予材料优异的阻燃性能；此外，埃洛石纳米管还是一种优良的电绝缘材料，作为涂层的主要填料对涂覆基底的电气性能影响较小。
所述的氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟三甲氧基乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
氟原子具有电负性大、范德华原子半径小、原子极化率低的特点，因此氟原子与其它元素形成的单键键能比碳原子与其它元素形成的单键键能大、且键长小；同时，含氟化合物的碳碳键由于受氟原子空间屏障效应的保护，其它原子不易侵入，所以更稳定；因此含氟的硅氧烷具有耐热性高、化学稳定性好、表面自由能低等优点，作为埃洛石纳米管的表面改性剂可赋予其优异的疏水性能。经过氟硅烷改性的埃洛石纳米管与端羟基聚二甲基硅氧烷的相容性好，在聚合物基体中能够形成良好的纳米分散结构。
所述的正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡分别作为端羟基聚二甲基硅氧烷室温固化时的交联剂和催化剂。
所述的环己烷作为疏水涂层的溶剂，可有效降低混合体系的粘度，便于体系混合均匀，此外还可改善后期的涂覆工艺。
如上所述的用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层的制备方法，具体步骤如下：
(1)将埃洛石纳米管、氟硅烷加入质量浓度为70％的乙醇水溶液中，油浴搅拌；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到氟硅烷改性的埃洛石纳米管；
(2)将端羟基聚二甲基硅氧烷、氟硅烷改性的埃洛石纳米管、正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡和环己烷按照相应重量份数在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；
(3)将上述粘稠溶液涂覆于绝缘子表面，在室温下静置固化，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
进一步地，步骤(1)中，埃洛石纳米管、氟硅烷、乙醇水溶液的用量之比为(90～100g):(18～25g):(0.8～1.3L)。
进一步地，步骤(1)中，所述乙醇水溶液的质量浓度为70％。
进一步地，步骤(1)中，油浴温度为80～100℃，时间为4～7小时。
进一步地，步骤(3)中，静置固化时间为18～48小时。
本发明所述的硅橡胶疏水涂层中，所有组分均可通过传统的搅拌设备进行加工混合，制备工艺简单，混合后的涂料经过室温固化溶剂自然挥发后形成的疏水涂层，可很好地附着于陶瓷、玻璃、硅橡胶表面，因此可以用于陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子、硅橡胶复合绝缘子的外绝缘涂层材料。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的制备方法工艺简单、不需要复杂昂贵的设备。
(2)本发明将氟硅烷改性的埃洛石纳米管应用于硅橡胶疏水涂层，利用氟硅烷优异的疏水特性赋予涂层优异的疏水性，利用埃洛石纳米管燃烧过程中释放水的特性赋予涂层优异的阻燃性。
(3)本发明所制备的硅橡胶疏水涂层的适用范围广泛，在陶瓷绝缘子、玻璃绝缘子、硅橡胶复合绝缘子表面均有良好的粘附能力。
(4)本发明所制备的硅橡胶疏水涂层的水接触角>130°，在质量浓度为25.3％的硫酸中浸泡24小时后水接触角变化<7°，附着力优于2级，可燃性优于FV-2级，能够满足绝缘子的外绝缘涂层材料的使用要求。
具体实施方式
下面结合各实施例对本发明作进一步的阐述，但不是对本发明的限制。本发明中，附着力测试参照GB/T 1720-1979漆膜附着力测定法，可燃性测试参照GB/T 10707-2008橡胶燃烧性能测定法。
实施例1
(1)将90～100g埃洛石纳米管、18～25g全氟辛基三乙氧基硅烷加入0.8～1.3L质量浓度为70％的乙醇水溶液中，在80～100℃下油浴搅拌，冷凝回流，反应4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到全氟辛基三乙氧基硅烷改性的埃洛石纳米管。
(2)将100份分子量为20000的端羟基聚二甲基硅氧烷、150份全氟辛基三乙氧基硅烷改性的埃洛石纳米管、6份正硅酸乙酯、0.2份二丁基二月桂酸锡、100份环己烷，在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；将上述粘稠溶液涂覆于硅橡胶复合绝缘子表面，在室温下静置固化24小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
实施例2
(1)将90～100g埃洛石纳米管、18～25g十七氟三甲氧基乙氧基硅烷加入0.8～1.3L质量浓度为70％的乙醇水溶液中，在80～100℃下油浴搅拌，冷凝回流，反应4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到十七氟三甲氧基乙氧基硅烷改性的埃洛石纳米管。
(2)将100份分子量为15000的端羟基聚二甲基硅氧烷、180份十七氟三甲氧基乙氧基硅烷改性的埃洛石纳米管、7份正硅酸乙酯、0.3份二丁基二月桂酸锡、80份环己烷，在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；将上述粘稠溶液涂覆于硅橡胶复合绝缘子表面，在室温下静置固化24小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
实施例3
(1)将90～100g埃洛石纳米管、18～25g十七氟癸基三甲氧基硅烷加入0.8～1.3L质量浓度为70％的乙醇水溶液中，在80～100℃下油浴搅拌，冷凝回流，反应4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到十七氟癸基三甲氧基硅烷改性的埃洛石纳米管。
(2)将100份分子量为11000的端羟基聚二甲基硅氧烷、210份十七氟癸基三甲氧基硅烷改性的埃洛石纳米管、8份正硅酸乙酯、0.4份二丁基二月桂酸锡、60份环己烷，在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；将上述粘稠溶液涂覆于陶瓷绝缘子表面，在室温下静置固化24小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
实施例4
(1)90～100g埃洛石纳米管、18～25g五氟苯基二甲基氯硅烷加入0.8～1.3L质量浓度为70％的乙醇水溶液中，在80～100℃下油浴搅拌，冷凝回流，反应4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到五氟苯基二甲基氯硅烷改性的埃洛石纳米管。
(2)将100份分子量为5500的端羟基聚二甲基硅氧烷、250份五氟苯基二甲基氯硅烷改性的埃洛石纳米管、8份正硅酸乙酯、0.6份二丁基二月桂酸锡、70份环己烷，在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；将上述粘稠溶液涂覆于陶瓷绝缘子表面，在室温下静置固化24小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
实施例5
(1)90～100g埃洛石纳米管、18～25g十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷加入0.8～1.3L质量浓度为70％的乙醇水溶液中，在80～100℃下油浴搅拌，冷凝回流，反应4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷改性的埃洛石纳米管。
(2)将100份分子量为1000的端羟基聚二甲基硅氧烷、300份十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷改性的埃洛石纳米管、10份正硅酸乙酯、0.8份二丁基二月桂酸锡、50份环己烷，在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；将上述粘稠溶液涂覆于玻璃绝缘子表面，在室温下静置固化24小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
表1实施例1～5所述的绝缘子用硅橡胶疏水涂层的性能结果
表1为各实施例所述的绝缘子用硅橡胶疏水涂层的性能结果。从表中可以看出，各实施例所制备的硅橡胶疏水涂层的水接触角均>130°，在质量浓度为25.3％的硫酸中浸泡24小时后水接触角变化<7°，附着力优于2级，可燃性优于FV-2级，能够满足绝缘子的外绝缘涂层材料的使用要求。

Claims (5)

1.一种用于绝缘子的硅橡胶疏水涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将埃洛石纳米管、氟硅烷加入乙醇水溶液中，80～100℃下油浴搅拌4～7小时；待自然冷却至室温后，将上述混合物过滤、真空干燥、粉碎，得到氟硅烷改性的埃洛石纳米管，其中埃洛石纳米管、氟硅烷、乙醇水溶液的用量之比为(90～100g):(18～25g):(0.8～1.3L)，乙醇水溶液的质量浓度为70％；
(2)将端羟基聚二甲基硅氧烷、氟硅烷改性的埃洛石纳米管、正硅酸乙酯、二丁基二月桂酸锡和环己烷按照相应重量份数在室温下混合搅拌均匀，配置成粘稠溶液；其中各组分及相应的重量份数配比为：端羟基聚二甲基硅氧烷100份、氟硅烷改性的埃洛石纳米管150～300份、正硅酸乙酯6～10份、二丁基二月桂酸锡0.2～0.8份、环己烷50～100份；
(3)将上述粘稠溶液涂覆于绝缘子表面，在室温下静置固化18～48小时，待溶剂自然挥发后，得到硅橡胶疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述埃洛石纳米管的纯度大于95％，长径比为20～50。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的氟硅烷为全氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟三甲氧基乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、五氟苯基二甲基氯硅烷和十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述端羟基聚二甲基硅氧烷的分子量为1000～20000。
5.权利要求1-4任一项所述制备方法所制备的硅橡胶疏水涂层用作绝缘子的外绝缘涂层材料。
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