CN105820706B - 一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料及其制备方法及其制备方法，所述纳米防腐涂料按重量份配比采用以下组分：40‑60份液体环氧树脂，3‑10份聚乙烯醇缩丁醛，8‑15份磷酸锌，3‑10份三聚磷酸铝，1‑5份氧化锌，1‑5份钼酸盐，1‑5份滑石粉，6‑12份硅土，1‑4份纳米二氧化硅，0.1‑2份偏硼酸钡，0.1‑2份阴离子表面活性剂，0.1‑3份超分散剂，0.1‑3份硅烷偶联剂，0.1‑3份镀锌钢附着力增进剂，0.1‑3份固化促进剂，0.1‑10份助剂，30‑50份湿固化剂，0.1‑10份稀释剂。本发明纳米防腐涂料具有附着力强，柔性好，耐蚀耐磨性强等优良的综合机械性能。

Description

一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于电力工程防腐技术领域，具体涉及一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料及其制备方法。

背景技术

输变电设备广泛分布在野外，长期遭受风吹、日晒、雨淋和大气中腐蚀性污染物的侵袭，腐蚀非常普遍，影响电网运行安全，需要定期对输变电设备进行现场防腐涂装延长使用寿命。然而目前用于输变电设备的防腐涂料存在一些问题，主要有：

1）一般涂料多针对普通钢铁基体开发，但输变电设备镀锌钢应用多，有热镀锌、冷镀锌、电镀锌等各种部件，在运行中产生了不同的表面状态，如镀锌完好、镀锌泛锈、全面泛锈、带旧漆膜等，很多有机涂料与这些复杂的镀锌表面不相容，因有机物氧化在漆膜下面产生疏松的蚁酸锌，引起漆膜剥落、附着不良。现场检验很多涂层附着力低于5MPa。

2）一般涂料大部分不具备带湿带锈性能。由于输变电设备防腐需要提前申请停电计划，调度停电日期一旦确定难以更改，工期固定，时间短，任务重，常遇到阴雨或高湿度天气难以避开，为完成进度仍需开展防腐涂装，带湿涂装导致涂料性能大打折扣。另外，输变电设备防腐多在野外露天，缺少动力电源，现场无法进行喷砂或电动打磨等高质量的表面处理，绝大部分情况下只能手工除锈，锈层无法彻底除去，导致涂装上新的涂层也会很快失效。

少部分涂料具备一定的带湿带锈功能，但在实践中发现这些涂料常有易发脆的缺点，柔性不足，涂层内部结合力大于与基材的附着力，尤其输变电设备镀锌钢表面状态复杂，漆膜附着性更差，易出现涂层整体剥离。涂层的带湿带锈性能和柔性、耐蚀性之间存在矛盾。

3）输变电设备安全要求高，对防腐涂层的耐蚀性要求也高，重防腐涂料多采用片状防锈颜料来加强对水、气的屏蔽作用以提高防腐性能，此时涂层往往硬度高但柔性不足。而输变电设备复杂结构部件和小尺寸部件多，表面形状复杂，边角缝隙多，柔性低的涂层对边角包覆不好，这些部位成为腐蚀源，很快锈蚀并向其他区域扩散导致整体防腐涂层提前失效。

4）一些输变电设备对涂层耐磨性也有较高要求，如电力金具、操动机构等部件，运行中常经受摩擦、碰撞，易造成有机防腐涂层的破损。

基于上述原因输变电设备涂装防腐涂料后常达不到预期防腐寿命，防腐维护后两三年甚至一年内就出现大面积返锈，需要再次重涂，造成资源浪费。大量国内外涂料的现场应用经验表明，很多防腐涂料品种原本性能很好，但用于输变电设备时限于其特殊条件，发挥不出理想的防腐效果。针对上述问题迫切需要开发一种高度适用于输变电设备的防腐涂料，对各种镀锌表面状态均很好相容，可带湿带锈施工，同时缓解带湿带锈性能与耐蚀性和柔性的矛盾，在附着力、耐蚀性、柔韧性、耐磨性之间达到较好平衡，综合性能良好，以满足在役设备的现场防腐要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有输变电设备防腐涂料的不足，提供一种附着力强，柔性好，耐蚀耐磨性强等综合机械性能优良的输变电设备用高性能纳米防腐涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，按重量份配比采用以下组分：

40-60份液体环氧树脂，3-10份聚乙烯醇缩丁醛，8-15份磷酸锌，3-10份三聚磷酸铝，1-5份氧化锌，1-5份钼酸盐，1-5份滑石粉，6-12份硅土，1-4份纳米二氧化硅，0.1-2份偏硼酸钡，0.1-2份阴离子表面活性剂，0.1-3份超分散剂，0.1-3份硅烷偶联剂，0.1-3份镀锌钢附着力增进剂，0.1-3份固化促进剂，0.1-10份助剂，30-50份湿固化剂，0.1-10份稀释剂。

所述液体环氧树脂优选为低分子量双酚A型液体环氧树脂。

所述磷酸锌优选为超细磷酸锌，粒径为5-20μm。

所述硅土优选为片层状镶嵌结构硅土，由粒状石英和片层状高岭土天然结合而成，粒状石英粒径在500nm以下，高岭土平面大小分布在1-5μm，片层厚度在100nm以下，属于纳米层状结构。

所述纳米二氧化硅粒径分布在10-100nm范围。

所述阴离子表面活性剂优选为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

所述湿固化剂优选为腰果酚改性胺固化剂、潮气固化聚酰胺、潮气固化聚氨酯、酮亚胺中的一种。

所述助剂优选为涂料制备用的流平剂、消泡剂、防沉剂、增塑剂中的一种或几种，其中流平剂为0.1-1份，消泡剂为0.1-1份，防沉剂为0.1-3份。

所述稀释剂优选为二甲苯、环己酮、正丁醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合物。

上述输变电设备用高性能纳米防腐涂料的制备方法包括如下步骤：

1）按所述配比取液体环氧树脂和稀释剂混合，在高速分散下加入磷酸锌，三聚磷酸铝，氧化锌，钼酸盐，滑石粉，硅土，镀锌钢附着力增进剂，超分散剂，助剂，充分搅拌均匀；

2）将步骤1）的混合物放入球磨机中，采用球磨的方法，研磨2-8h，球磨转速200-300rpm，细度≤30μm时出料，静置一段时间后，过滤掉沉淀作为备用溶液，即含层状纳米结构的浆料；

3）取纳米二氧化硅与适量去离子水混合置于容器中，并加入少量六偏磷酸钠在高速分散机下进行预分散，加入偏硼酸钡和阴离子表面活性剂进行活化，升温并搅拌使其溶于水中，将所得悬浊液经过滤烘干后得改性纳米二氧化硅粉体，将改性后的纳米二氧化硅与适量无水乙醇混合，加入聚乙烯醇缩丁醛，在20-80℃下超声分散10-60min，所得溶液备用，即含粒状纳米结构的浆料；

4）将步骤2）所得溶液与步骤3）所得溶液混合，加入超分散剂和硅烷偶联剂，在胶体磨中研磨分散0.5-4h，过滤掉沉淀后制得防腐涂料的母液，记为组分A；

5）将湿固化剂与固化促进剂混合，机械搅拌均匀，制得组分B；

6）将所述组分A与组分B按1:1比例混合，搅拌5～10分钟，即得产品。

本发明的纳米防腐涂料组分A与组分B混合即开始固化成膜，因此在保存时组分A与组分B应分开保存，使用时再将其混合。

本发明的优点与效果是：

1）提供一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料的制备方法，不需昂贵设备，生产成本低。

2）本发明的涂料适合输变电设备现场施工的特点，可常温和低温固化，带湿带锈施工，在80μm以下锈层和水膜时施工仍具有较好的防腐效果，同时通过添加纳米材料改性，层状纳米结构与粒状纳米结构相结合，克服了一般湿固化涂料易发脆的缺点，与大部分涂层相容，重涂、复涂性好，可以刷涂、喷涂、辊涂，涂层厚度可根据需要任意调整。

3）本发明的涂料对输变电设备各种表面状态如镀锌完好、镀锌泛锈、全面泛锈均具有较强的附着力，拉开法测试附着力≥7MPa，且柔韧性好，可较好包覆输变电设备的复杂形状结构表面。

4）本发明的涂料耐酸雨盐雾试验可达1500h以上，耐蚀性极高，并与柔性、耐磨性有机结合，柔性弯曲度≤2mm，耐磨性≤40mg（1000g·500r），综合性能优良，施工方便，特别适用于输变电设备防腐。

附图说明

图1是输变电设备用高性能纳米防腐涂料的模型示意图。

图2是纳米结构显微组织SEM（扫描电镜）图。

图3是防腐涂层表面显微组织SEM（扫描电镜）图。

图4是纳米防腐涂层经盐雾试验1500h后的照片结果图。

图5 是纳米防腐涂层划痕处理后经酸雨试验1500h后的结果图。

图6 是纳米防腐涂层电化学阻抗谱波特（Bode）图。

图7是纳米防腐涂层电化学阻抗谱相位（Phase）图。

具体实施方式

本发明的提供的输变电设备用高性能纳米防腐涂料采用表1所列的实施例：

表1：

表1中，所述液体环氧树脂为低分子量双酚A型液体环氧树脂、E44环氧树脂、E20型环氧树脂等，它们添加聚乙烯醇缩丁醛改性后在含水表面也有较佳附着力。

所述磷酸锌为超细磷酸锌，粒径为5-20μm。

所述硅土优选为片层状镶嵌结构硅土，由粒状石英和片层状高岭土天然结合而成，粒状石英粒径在500nm以下，高岭土平面大小分布在1-5μm，片层厚度在100nm以下，属于纳米层状结构。

所述纳米二氧化硅粒径分布在10-100nm范围。

本发明的提供的输变电设备用高性能纳米防腐涂料的制备方法，是将表1中各实施例的组分按以下步骤进行：

1）按所述配比取液体环氧树脂和稀释剂（二甲苯、环己酮、正丁醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合物）混合，在高速分散下加入磷酸锌，三聚磷酸铝，氧化锌，钼酸盐，滑石粉，硅土，镀锌钢附着力增进剂，超分散剂，助剂（流平剂、消泡剂、防沉剂、增塑剂中的一种或几种），充分搅拌均匀；

2）将步骤1）的混合物放入球磨机中，采用球磨的方法，研磨2-8h，球磨转速200-300rpm，细度≤30μm时出料，静置一段时间后，过滤掉沉淀作为备用溶液，即含层状纳米结构的浆料；

3）取纳米二氧化硅与适量去离子水混合置于容器中，并加入少量六偏磷酸钠在高速分散机下进行预分散，加入偏硼酸钡和阴离子表面活性剂（十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠）进行活化，升温并搅拌使其溶于水中，将所得悬浊液经过滤烘干后得改性纳米二氧化硅粉体，将改性后的纳米二氧化硅与适量无水乙醇混合，加入聚乙烯醇缩丁醛，在20-80℃下超声分散10-60min，所得溶液备用，即含粒状纳米结构的浆料；

4）将步骤2）所得溶液与步骤3）所得溶液混合，加入超分散剂和硅烷偶联剂，在胶体磨中研磨分散0.5-4h，过滤掉沉淀后制得防腐涂料的母液，记为组分A；

5）将湿固化剂（腰果酚改性胺固化剂、潮气固化聚酰胺、潮气固化聚氨酯、酮亚胺中的一种）与固化促进剂混合，机械搅拌均匀，制得组分B；

6）将所述组分A与组分B按1:1比例混合，搅拌5～10分钟，即得高性能纳米防腐涂料产品。

图1所示的模型可以说明本发明的防腐原理，覆盖在输变电设备基材上的硅土层状纳米结构具有迷宫效应，可以增强对腐蚀介质的屏蔽，提高基材的耐蚀性；而二氧化硅纳米颗粒则可以提高涂层的柔性、耐磨性和耐蚀性。

本发明的纳米防腐涂料组分A与组分B混合即开始固化成膜，因此在保存时组分A与组分B应分开保存，使用时再将其混合。制得的纳米涂料涂层固化后放在SEM电子显微镜下观察组织结构，纳米组织如附图2所示，表面形貌如图3所示，图2中片层状纳米结构为硅土中的片状高岭土，粒状结构为纳米二氧化硅颗粒。

上述步骤中超分散剂可采用Solsperse型超分散剂；

镀锌钢附着力增进剂可采用烷基丙烯酸酯磷酸酯；

流平剂可采用FLW L-137型流平剂；

消泡剂可采用SXP-114硅酮消泡剂；

防沉剂可采用气相二氧化硅或有机膨润土；

硅烷偶联剂可采用KH570型硅烷偶联剂；

固化促进剂可采用DMP-30。

性能测试

1）试样制备：以输变电设备常用的热浸镀锌层86μm钢板为基体，先用丙酮除油，无水乙醇除水，干燥，备用。采用空气喷涂方式将上述制备的高性能纳米防腐涂料喷涂到基体上制备防腐涂层，喷涂时加少量稀释剂调到合适的粘度。喷涂后，室温下放置7天使防腐涂层充分交联固化，干膜厚度120μm。

2）附着力测试采用Elcometer 108型液压附着力测试仪，测得附着力范围7~8MPa。

3）涂层柔韧性测试采用QTX漆膜柔韧性测试仪，按GB/T 1731-1993《漆膜柔韧性测定法》标准执行，测得柔性弯曲度达到2mm。

4）涂层耐磨性测试采用QMX型涂层耐磨性试验机，按GB/T 1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》执行，负荷1000g，转数500r，测得耐磨性≤30mg。

5）涂层耐蚀性用YHT-SO2/Q250型盐雾试验箱测试，按GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》标准执行，试验结果按GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂层老化的评级方法》进行评价。经1500h盐雾试验后表面未出现任何腐蚀斑点，如图4所示。

6）耐酸雨试验采用FC90型盐雾试验机测试，按GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》标准执行，试验温度35℃，酸雨溶液pH值调整为4.5，周期喷雾，每喷雾45min停5min为一个周期。并对试样做划痕处理，即用刀在涂层中间刻划出一条直线形破坏区域。经1500h酸雨试验后涂层无锈蚀、起泡、开裂、剥落现象，仅划痕破坏处有少量白色腐蚀产物，而划痕线两侧没有明显的腐蚀扩展，如图5所示。

7）带湿带锈性能测试采用zennium电化学工作站进行电化学阻抗谱（EIS）测试。在开路电位下测量，测量信号为幅值10mV的正弦波，频率范围100kHz～10MHz。电解池采用三电极体系，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，工作电极为涂层/基体试样，工作电极有效面积为12cm²，腐蚀介质为质量分数3.5%NaCl溶液。将试样置于腐蚀介质中浸泡24h-7200h，分别记录涂层试样不同浸泡时间的电化学阻抗谱曲线，波特（Bode）图和相位（Phase）图，如图6、图7所示。在浸泡时间内，10⁵~10Hz频率范围，涂层的阻抗值|Z|基本一直维持在数量级10⁹Ω·cm²以上，仅出现一个时间常数，表明防护性能好；而相位角在很宽的范围内接近-90°，变化不大，表明涂层相当于一个电阻值很大而电容值很小的隔绝层，性能很稳定。电化学测试证实防腐涂层的湿态耐腐蚀性能很好。

以上所述实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是按重量份配比采用以下组分：

40-60份液体环氧树脂，3-10份聚乙烯醇缩丁醛，8-15份磷酸锌，3-10份三聚磷酸铝，1-5份氧化锌，1-5份钼酸盐，1-5份滑石粉，6-12份硅土，1-4份纳米二氧化硅，0.1-2份偏硼酸钡，0.1-2份阴离子表面活性剂，0.1-3份超分散剂，0.1-3份硅烷偶联剂，0.1-3份镀锌钢附着力增进剂，0.1-3份固化促进剂，0.1-10份助剂，30-50份湿固化剂，0.1-10份稀释剂；

所述硅土为片层状镶嵌结构硅土，由粒状石英和片层状高岭土天然结合而成，粒状石英粒径在500nm以下，高岭土平面大小分布在1-5μm，片层厚度在100nm以下，属于纳米层状结构。

2.根据权利要求1所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是

所述液体环氧树脂为低分子量双酚A型液体环氧树脂；

所述磷酸锌为超细磷酸锌，粒径为5-20μm；

所述纳米二氧化硅粒径分布在10-100nm范围。

3.根据权利要求1所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

4.根据权利要求1所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是所述湿固化剂为腰果酚改性胺固化剂、潮气固化聚酰胺、潮气固化聚氨酯、酮亚胺中的一种。

5.根据权利要求1所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是所述助剂为涂料制备用的流平剂、消泡剂、防沉剂、增塑剂中的一种或几种，其中流平剂为0.1-1份，消泡剂为0.1-1份，防沉剂为0.1-3份。

6.根据权利要求1所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料，其特征是所述稀释剂为二甲苯、环己酮、正丁醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种的混合物。

7.一种如权利要求1中所述的输变电设备用高性能纳米防腐涂料的制备方法，其特征是包括如下步骤：

1）按所述组分配比取液体环氧树脂和稀释剂混合，在高速分散下加入磷酸锌，三聚磷酸铝，氧化锌，钼酸盐，滑石粉，硅土，镀锌钢附着力增进剂，超分散剂，助剂，充分搅拌均匀；

2）将步骤1）的混合物放入球磨机中，采用球磨的方法，研磨2-8h，球磨转速200-300rpm，细度≤30μm时出料，静置一段时间后，过滤掉沉淀作为备用溶液，即含层状纳米结构的浆料；

3）取纳米二氧化硅与适量去离子水混合置于容器中，并加入少量六偏磷酸钠在高速分散机下进行预分散，加入偏硼酸钡和阴离子表面活性剂进行活化，升温并搅拌使其溶于水中，将所得悬浊液经过滤烘干后得改性纳米二氧化硅粉体，将改性后的纳米二氧化硅与适量无水乙醇混合，加入聚乙烯醇缩丁醛，在20-80℃下超声分散10-60min，所得溶液备用，即含粒状纳米结构的浆料；

4）将步骤2）所得溶液与步骤3）所得溶液混合，加入超分散剂和硅烷偶联剂，在胶体磨中研磨分散0.5-4h，过滤掉沉淀后制得防腐涂料的母液，记为组分A；

5）将湿固化剂与固化促进剂混合，机械搅拌均匀，制得组分B；

6）将所述组分A与组分B按1:1比例混合，搅拌5～10分钟，即得产品。