CN106433455A - 一种低表面能涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低表面能涂料及其制备方法，主要应用于电力系统输电线路的防覆冰领域，也可以用在海洋工程中防海生物附着、建筑行业的外墙自清洁等领域。一种低表面能涂料，其特征在于包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1‑10％、羟基聚二甲基硅氧烷1‑15％、偶联剂1‑10％、交联剂1‑15％、气相白炭黑1‑4％、催化剂0.01‑0.1％，其余为溶剂。该方法制备的涂料具有良好的防污损、自清洁性能(喷涂在铝、钢等金属或玻璃表面后的涂层经测试憎水角可达145°以上，滚动角低于8°)，且制备成本较低。

Description

一种低表面能涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低表面能涂料及其制备方法，主要应用于电力系统输电线路的防覆冰领域，也可以用在海洋工程中防海生物附着、建筑行业的外墙自清洁等领域。
背景技术
随着现代工业的迅猛发展，对电网供电的可靠性要求越来越高，电力系统的覆冰和积雪会造成自然灾害，输电线路覆冰对电力系统造成的危害包括引起导线舞动、断线、杆塔倒塌以及引发闪络等机械及电气事故，严重威胁着电力及通信网络的安全运行。输电线路覆冰导致的电路损害以及由之引发的安全事故，常常给当地人们的生活和生产带来极大的不便，并造成巨大的经济损失。输电线路覆冰事故在我国比较广泛,许多地区输电线路都曾发生过冰害事故。最近40年来，大面积冰害事故在全国各地时有发生，线路冰害事故发生的概率居于世界前列。
针对我国电力系统覆冰发生率高,危害性大的特点，开发高性能输电线路防覆冰涂料，有效地防止冰灾对输电线路造成的危害,提高我国电网供电的可靠性与安全性，具有十分重要的意义。
本发明针对我国电力系统覆冰发生率高,危害性大的特点，开发高性能输电线路防覆冰涂料，将气相白炭黑纳米材料与高憎水、高疏水性有机氟硅复合高分子材料进行物理与化学复合加工，形成具有“荷叶效应”的纳米结构(荷叶表面的仿生结构)与“表面各向异性”的自组装复合微表面结构(鸭子羽毛表面的仿生结构),从而制备出应用于高性能输电线路防覆冰的低表面能涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低表面能涂料及其制备方法，该方法制备的涂料具有良好的防污损、自清洁性能(喷涂在铝、钢等金属或玻璃表面后的涂层经测试憎水角可达145°以上，滚动角低于8°)，且制备成本较低。
为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：一种低表面能涂料，其特征在于包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1-10％、羟基聚二甲基硅氧烷1-15％、偶联剂1-10％、交联剂1-15％、气相白炭黑1-4％、催化剂0.01-0.1％，其余为溶剂。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为2000-30000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为2000-30000mPa.s。
所述的偶联剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、甲基混合酮肟交联剂、乙烯基三丁酮肟基硅烷、二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
所述的气相白碳黑的比表面积为150-300m2/g。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或二种按任意配比的混合物。
所述的溶剂为乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
上述一种低表面涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1-10％、羟基聚二甲基硅氧烷1-15％、偶联剂1-10％、交联剂1-15％、气相白炭黑1-4％、催化剂0.01-0.1％，其余为溶剂，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌0.5-2小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌0.5-2小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
本发明的有益效果为：该低表面能涂料喷涂或刷涂在金属、玻璃及建材等物体表面，其涂层经测试憎水角可达145°以上，滚动角低于8°，具有良好的防污损、自清洁性能，可应用在电力系统输电线路上防止电线敷冰，也可应用海洋工程如沿海电厂海水冷却水系统内防止海生物的附着，还可用在建筑行业的外墙保持其自身清洁。具有很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中所使用的药剂(原料)均为市场产品或实验室常规商品药品。
实施例1：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷5％、偶联剂5％、交联剂10％、气相白炭黑3％、催化剂0.1％，其余为溶剂(75.9％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为5000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为5000mPa.s。
所述的偶联剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷。
所述的交联剂为二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷。
所述的气相白碳黑的比表面积为180m2/g。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
所述的溶剂为乙酸乙酯。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷5％、偶联剂5％、交联剂10％、气相白炭黑3％、催化剂0.1％，其余为溶剂(75.9％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌1小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌1小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例2：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷1％、偶联剂1％、交联剂1％、气相白炭黑1％、催化剂0.01％，其余为溶剂(94.99％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为2000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为2000mPa.s。
所述的偶联剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷。
所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷。
所述的气相白碳黑的比表面积为150m2/g。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
所述的溶剂为乙酸乙酯。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷1％、偶联剂1％、交联剂1％、气相白炭黑1％、催化剂0.01％，其余为溶剂(94.99％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌0.5小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌0.5小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例3：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷10％、羟基聚二甲基硅氧烷15％、偶联剂10％、交联剂15％、气相白炭黑4％、催化剂0.1％，其余为溶剂(45.9％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为30000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为30000mPa.s。
所述的偶联剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷。
所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷。
所述的气相白碳黑的比表面积为300m2/g。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
所述的溶剂为乙酸乙酯。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷10％、羟基聚二甲基硅氧烷15％、偶联剂10％、交联剂15％、气相白炭黑4％、催化剂0.1％，其余为溶剂(45.9％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌2小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌2小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例4：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷4％、羟基聚二甲基硅氧烷10％、偶联剂5％、交联剂10％、气相白炭黑3％、催化剂0.05％，其余为溶剂(67.95％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为8000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为8000mPa.s。
所述的偶联剂为十三氟辛基三甲氧基硅烷。
所述的交联剂为甲基混合酮肟交联剂。
所述的气相白碳黑的比表面积为200m2/g。
所述的催化剂为二醋酸二丁基锡。
所述的溶剂为乙酸丙酯。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷4％、羟基聚二甲基硅氧烷10％、偶联剂5％、交联剂10％、气相白炭黑3％、催化剂0.05％，其余为溶剂(67.95％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌1.5小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌1.5小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例5：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷15％、偶联剂1％、交联剂15％、气相白炭黑2％、催化剂0.1％，其余为溶剂(65.9％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为20000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为20000mPa.s。
所述的偶联剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷。
所述的交联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷。
所述的气相白碳黑的比表面积为300m2/g。
所述的催化剂为二醋酸二丁基锡。
所述的溶剂为乙酸丁酯。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1％、羟基聚二甲基硅氧烷15％、偶联剂1％、交联剂15％、气相白炭黑2％、催化剂0.1％，其余为溶剂(65.9％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌0.5小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌0.5小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例6：
一种低表面能涂料，包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷10％、羟基聚二甲基硅氧烷1％、偶联剂10％、交联剂1％、气相白炭黑4％、催化剂0.06％，其余为溶剂(73.94％)。
所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为10000mPa.s。
所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为10000mPa.s。
所述的偶联剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷和十七氟癸基三甲氧基硅烷的混合物，质量各占1/2。
所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷的混合物，甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷的质量各占1/4。
所述的气相白碳黑的比表面积为200m2/g。
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡的混合物，质量各占1/2。
所述的溶剂为乙酸乙酯、乙酸丙酯的混合物，质量各占1/2。
上述一种低表面涂料的制备方法，包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷10％、羟基聚二甲基硅氧烷1％、偶联剂10％、交联剂1％、气相白炭黑4％、催化剂0.06％，其余为溶剂(73.94％)，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌1小时(低速为100-1000转/分钟)，然后提高转速高速搅拌1小时(高速为2000-8000转/分钟)，得到低表面能涂料产品。
实施例1-6制备的一种低表面能涂料的应用效果试验：
把制备好的一种低表面能涂料分别均匀刷涂在金属铝试片、不锈钢试片、玻璃表面试片，自然固化后用水测试涂层表面的接触角和滚动角，以及放置在自然环境下一个月后观察表面清洁情况，结果如下表1：
表1
表1说明该方法制备的涂料其涂层经测试憎水角可达145°以上，滚动角低于8°，具有良好的防污损、自清洁性能。

Claims (10)

1.一种低表面能涂料，其特征在于包括羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂制备而成；各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1-10％、羟基聚二甲基硅氧烷1-15％、偶联剂1-10％、交联剂1-15％、气相白炭黑1-4％、催化剂0.01-0.1％，其余为溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷的粘度为2000-30000mPa.s。
3.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的基聚二甲基硅氧烷的粘度为2000-30000mPa.s。
4.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的偶联剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、甲基混合酮肟交联剂、乙烯基三丁酮肟基硅烷、二叔丁氧基二乙酰氧基硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷、乙基三乙酰氧基硅烷中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的气相白碳黑的比表面积为150-300m2/g。
7.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或二种按任意配比的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种低表面能涂料，其特征在于：所述的溶剂为乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯中的一种或二种以上按任意配比的混合物。
9.如权利要求1所述的一种低表面能涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)按各原料所占质量百分比为：羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷1-10％、羟基聚二甲基硅氧烷1-15％、偶联剂1-10％、交联剂1-15％、气相白炭黑1-4％、催化剂0.01-0.1％，其余为溶剂，选取羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，备用；
2)将羟基聚三氟丙基甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、偶联剂、交联剂、气相白炭黑、催化剂和溶剂，常温常压用高剪切分散机低速搅拌0.5-2小时，然后提高转速高速搅拌0.5-2小时，得到低表面能涂料产品。
10.如权利要求9所述的一种低表面能涂料的制备方法，其特征在于：低速搅拌为100-1000转/分钟；高速搅拌为2000-8000转/分钟。
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