CN106700927A - 长效自洁防污涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长效自洁防污涂料及其制备方法和使用方法，属于电力外绝缘涂料技术领域。所述长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：低表面能成膜物质40‑70份、疏水纳米粒子6‑28份、疏水微米粒子6‑28份、湿润分散剂1‑10份、消泡剂1‑10份、溶剂50‑100份、流变剂1‑10份。本发明所制备的长效自洁防污涂料疏水性能优异，不易粘污，使用寿命长的特点，可用于电力系统绝缘子的表面清洁。

Description

长效自洁防污涂料及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及电力设备用的自洁防污涂料领域，特别是指一种长效自洁防污涂料及其制备和使用方法。
背景技术
电力行业是涉及国计民生的大业，电力系统的安全稳定运行是国泰民安的基本保障。随着现代工业的发展，环境污染日益严重，大气中各种尘埃含量逐渐增多，尘埃渐渐集结于绝缘体表面，在浓雾、雨、雪、霜等恶劣环境下会湿润尘埃，使绝缘体的绝缘能力显著下降，在运行电压的作用下泄漏电流剧增，以致发生电弧放电，造成污闪事故。
目前，防污闪最有效的方法是在绝缘子上喷涂防污闪涂料，其中，室温硫化硅橡胶(RTV)防污闪涂料所用的硅橡胶在室温下就可以固化成型，使用方便，污闪能力强，能广泛适应多种自然污秽和工业污秽环境。使用RTV作为防污闪技术措施，可免除时效短、可靠性低及工作量大的清扫和水洗工作，从而节省大量维护人力和维护费用，其效果远优于调整外绝缘爬距或其他措施，并可节省大量的设备更新费用，具有较好的经济效益。
但RTV涂料涂覆到电力设备表面，长时间运行在户外，运行过程中RTV涂层要经受温度变化、湿度变化、紫外线照射、风雨洗刷、放电烧蚀、酸碱腐蚀等多种环境因素的作用,尤其是在特种环境下，如低温严寒地区，严重雾霾地区，不可避免地接受某种劣化因素高强度长时间作用，往往会导致涂层憎水性下降、憎水性丧失、龟裂、电蚀损、剥落等现象，继而在恶劣天气下引发污闪事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有自洁特性、不易粘污、高憎 水性的长效自洁防污涂料及其制备和使用方法。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一方面，提供一种长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：低表面能成膜物质40-70份、疏水纳米粒子6-28份、疏水微米粒子6-28份、湿润分散剂1-10份、消泡剂1-10份、溶剂50-100份、流变剂1-10份。
优选的，所述的长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：低表面能成膜物质40-50份、疏水纳米粒子6-20份、疏水微米粒子6-20份、湿润分散剂3-5份、消泡剂1-5份、溶剂60-70份、流变剂3-5份。
优选的，所述疏水纳米粒子和疏水微米粒子由硅烷偶联剂与纳米粒子/微米粒子以1:1-5的重量比混合制备而成，所述制备方法为：将纳米粒子或微米粒子加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为≤-0.08MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的硅烷偶联剂，搅拌；在搅拌过程中升温至120-140℃，回流热处理2.5-3.5小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至170-200℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
优选的，所述纳米粒子为白炭黑、氧化铝、氧化硒、氧化镁、氧化铁的一种或多种，纳米粒径为100-150nm；所述微米粒子为碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、氧化镁、氧化铁的一种或多种，微米粒子粒径为1-5μm。
优选的，所述所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、硫基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
优选的，所述低表面能成膜物质为聚硅氮烷树脂或/和含氟聚硅氮烷树脂。
优选的，所述润湿分散剂为不饱和聚羧酸与聚酰胺、高分子嵌段共聚物、聚丙烯酸酯的一种或多种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂或聚醚类消泡剂；所述溶剂为石油醚、二丁醚、环己酮、甲苯、乙苯、二甲苯或汽油的一种或多种。
进一步的，所述流变剂为无机流变剂或有机流变剂，所述无机流变剂为气相二氧化硅、膨润土、黏土中的一种或多种；所述有机流变剂为纤维素、胶原、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的一种或多种。
另一方面，提供上述长效自洁防污涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：将低表面能成膜物质和疏水纳米粒子及疏水微米粒子按重量比为1：0.15-0.4：0.15-0.4的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
步骤2：将步骤1)制得的基胶与溶剂混合搅拌均匀后加入润湿分散剂、消泡剂、流变剂，均匀混合，即得成品。
再一方面，本发明还提供了一种长效自洁防污涂料的使用方法，将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，置于20-30℃，相对湿度为40-80％的条件下固化10-40min，然后置于80-120℃，相对湿度为60-80％的条件下固化1-3h。
本发明具有以下有益效果：
上述方案中，长效自洁防污涂料由低表面能成膜物质、改性疏水纳米粒子、改性疏水纳米粒子、润湿分散剂、消泡剂、溶剂、流变剂组成。所述纳米粒子或微米粒子经由硅烷偶联剂进行疏水改性，因偶联剂具有两性结构，其分子的一端可以与粉体粒子表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，而另一端可以与低表面能成膜物质(聚硅氮烷树脂和/或含氟聚硅氮烷树脂)发生化学反应或物理缠绕。经硅烷偶联剂处理的粉体粒子，既抑制了粉体粒子本身的团聚，又增强了纳米粒子、微米粒子与低表面能成膜物质的分散均匀性，可以充分发挥低表面能成膜物质优异的疏水性能，并能形成改性纳米粒子与改性微米粒子之间微纳米结构的构筑，形成具有低表面能和微纳米双重界面的协同自洁体系，从而保证制得的涂层具有优异的疏水性、较高的透明性、较大的硬度及较好的耐磨性，可以保证污秽在其表面不易附着或附着后极易擦除，可作为电力系统用长效防污自洁涂料。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有技术中绝缘部件极易发生污闪，并且喷涂普通的涂料后积污严重的问题，提供一种具有自洁特性、不易粘污、高憎水性的长效自洁防污涂料及其制备和使用方法。
实施例1
长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：聚硅氮烷树脂40份、疏水纳米粒子白炭黑5份、疏水微米粒子碳酸钙16份、疏水纳米粒子氧化铝1份、不饱和聚羧酸10份、有机硅类消泡剂10份、石油醚60份、膨润土3份。
其中将白炭黑/碳酸钙/氧化铝与氨丙基三乙氧基硅烷均按1:3比例混合制备；得到疏水疏水性纳米粒子和疏水微米粒子。制备方法为：将白炭黑/碳酸钙/氧化铝加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为-0.08MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌；在搅拌过程中升温至120℃，回流热处理2.5小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至170℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
长效自洁防污涂料的制备方法：
1、将聚硅氮烷树脂和疏水纳米粒子白炭黑、疏水纳米粒子氧化铝及疏水微米粒子碳酸钙按重量比为1：0.15：0.4的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
2、过辊后混合物与石油醚60份混合均匀后与不饱和聚羧酸10份、有机硅类消泡剂10份、膨润土3份混合，搅拌均匀，即得成品。
长效自洁防污涂料的使用方法为：将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，在25℃，相对湿度60％条件下固化30min，然后于120℃，相对湿度80％条件下固化1h。
实施例2
长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：聚硅氮烷树脂50份、疏水纳米粒子白炭黑7.5份、疏水微米粒子氢氧化铝7.5份、聚丙烯酸酯5份、矿物油类消泡剂10份、甲苯70份、纤维素10份。
其中将白炭黑/氢氧化铝与缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷按1:5比例混合，得到疏水疏水性纳米粒子和疏水微米粒子。制备方法为：将白炭黑/氢氧化铝加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为-0.10MPa MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，搅拌；在搅拌过程中升温至130℃，回流热处理3小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至180℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
长效自洁防污涂料的制备方法：
1、将聚硅氮烷树脂和疏水白炭黑及疏水氢氧化铝按重量比为1:0.15：0.15的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
2、过辊后混合物与甲苯70份混合均匀后与聚丙烯酸酯5份、矿物油类消泡剂10份、纤维素10份混合，搅拌均匀，即得成品。
长效自洁防污涂料的使用方法为：将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，在30℃，相对湿度60％条件下固化20min，然后于120℃，相对湿度80％条件下固化2h。
实施例3
长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：氟聚硅氮烷树脂60份、疏水纳米粒子氧化硒15份、疏水纳米粒子氧化镁9份、疏水微米粒子氧化铁2份、疏水微米粒子氧化铝7份、聚酰胺4份、聚丙烯酸酯3份、有机硅类消泡剂10份、石油醚30份、甲苯70份、胶原5份、聚氨酯3份。
其中将氧化硒/氧化镁/氧化铁/氧化铝与硫基丙基三甲氧基硅烷按比例1:4混合，制备得到疏水疏水性纳米粒子和疏水性微米粒子。制备方法 为：将氧化硒/氧化镁/氧化铁/氧化铝加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为-0.09MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的硫基丙基三甲氧基硅烷，搅拌；在搅拌过程中升温至140℃，回流热处理3.5小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至200℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
长效自洁防污涂料的制备方法：
1、将氟聚硅氮烷树脂和改性纳米粒子(氧化硒、氧化镁)及疏水微米粒子(氧化铁、氧化铝)按重量比为1:0.4：0.15的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
2、过辊后混合物与石油醚30份、甲苯70份混合均匀后与聚酰胺4份、聚丙烯酸酯3份、有机硅类消泡剂10份、胶原5份、聚氨酯3份混合，搅拌均匀，即得成品。
长效自洁防污涂料的使用方法为：将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，在30℃，相对湿度80％条件下固化10min，然后于100℃，相对湿度80％条件下固化3h。
实施例4
长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：氟聚硅氮烷树脂70份、疏水纳米粒子氧化铁5份、疏水纳米粒子氧化铝16份、疏水微米粒子氢氧化铝21份、高分子嵌段共聚物3份、有聚醚类消泡剂10份、环己酮30份、乙苯40份、二氧化硅5份。
其中将氧化铁/氧化铝/氢氧化铝与甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按比例1:2比例混合，制备得到疏水疏水性纳米粒子。制备方法为：将氧化铁、氧化铝、氢氧化铝加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为-0.08MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌；在搅拌过程中升温至130℃，回流热处理3小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至190℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
长效自洁防污涂料的制备方法：
1、将氟聚硅氮烷树脂和改性纳米粒子(氧化铁、氧化铝)及疏水微米粒子(氢氧化铝)按重量比为1:0.3：0.3的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
2、过辊后混合物与环己酮30份、乙苯40份混合均匀后与高分子嵌段共聚物3份、有聚醚类消泡剂10份、二氧化硅5份混合，搅拌均匀，即得成品。
长效自洁防污涂料的使用方法为：将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，在20℃，相对湿度80％条件下固化40min，然后于110℃，相对湿度80％条件下固化2h。
实施例5
长效自洁防污涂料，由以下重量份的组分组成：聚硅氮烷树脂50份、疏水纳米粒子氧化铝10份、疏水微米粒子碳酸钙10份、疏水微米粒子氧化铁10份、聚丙烯酸酯5份、矿物油类消泡剂10份、二丁醚70份、纤维素10份。
其中将氧化铝/碳酸钙/氧化铁与缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷及硫基丙基三甲氧基硅烷按1:5比例混合，得到疏水疏水性纳米粒子和疏水微米粒子。制备方法为将将氧化铝、碳酸钙、氧化铁加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为-0.08MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷及硫基丙基三甲氧基硅烷，搅拌；在搅拌过程中升温至135℃，回流热处理3小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至195℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
长效自洁防污涂料的制备方法：
1、将聚硅氮烷树脂和改性纳米粒子(氧化铝)及疏水微米粒子(碳酸钙、氧化铁)按重量比为1:0.2：0.4的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
2、过辊后混合物与二丁醚70份混合均匀后与聚丙烯酸酯5份、矿物油类消泡剂10份、纤维素10份混合，搅拌均匀，即得成品。
长效自洁防污涂料的使用方法为：将长效自洁防污涂料浸涂在陶瓷绝缘子上，在30℃，相对湿度60％条件下固化20min，然后于120℃，相对湿度80％条件下固化2h。
由于篇幅所限，为了进一步说明本发明的有益效果，仅以实施例1和实施例3为例，构建对应的对比例。
对比例1
该对比例涂料中不含疏水纳米粒子(疏水纳米粒子白炭黑5份、疏水纳米粒子氧化铝1份)，其余组分含量均与实施例1相同。
制备方法与使用方法均与实施例1相同。
对比例2
该对比例涂料中不含疏水微米粒子(疏水微米粒子碳酸钙16份)，其余组分含量均与实施例1相同。
制备方法与使用方法均与实施例1相同。
对比例3
该对比例涂料中含有的纳米粒子及微米粒子均没有经过改性，其余组分含量均与实施例1相同。
制备方法与使用方法均与实施例1相同。
对比例4
该对比例中，使用十三氟辛基三甲氧基硅烷对白炭黑、碳酸钙、氧化铝进行改性，其余组分含量及制备方法、使用方法均与实施例1相同。
对比例5
该对比例涂料中不含疏水纳米粒子(疏水纳米粒子氧化硒15份、疏水纳米粒子氧化镁9份)，其余组分含量均与实施例3相同。
制备方法与使用方法均与实施例3相同。
对比例6
该对比例涂料中不含疏水微米粒子(疏水微米粒子氧化铁2份、疏水 微米粒子氧化铝7份)，其余组分含量均与实施例3相同。
制备方法与使用方法均与实施例3相同。
对比例7
该对比例涂料中含有纳米粒子及微米粒子但均没有经过改性，其余组分含量均与实施例3相同。
制备方法与使用方法均与实施例3相同。
对比例8
该对比例中，使用十七氟癸基三甲氧基硅烷对氧化硒、氧化镁、氧化铁、氧化铝进行改性，其余组分含量及制备方法、使用方法均与实施例3相同。
将上述实施例及对比例制备的涂料的附着力、水性接触角、憎水性、硬度及油性笔擦拭等性能参数进行检测，检测结果如表1所示。
附着力：按照GB/T 9286—1998标准进行测定。
接触角测量和喷水分级都按照DL/T810-2012和DL/T810-2002中关于憎水性测试方法和步骤。接触角采用DATA PHYSICSOCA20全自动接触角测试仪进行测试，测试时用微量注射器，将测试水滴在涂层表面，液滴大小为3μl，分别选择同一涂层五个不同区域测试其接触角，并计算平均值，分别得到涂层的接触角。憎水性测试采用HC法，喷水测试中喷水装置应能较好的雾化效果，每次喷水量0.7～1ml，喷水设备喷嘴距离样品25cm，每秒喷水1次，共25次。喷水分级值应在喷完25秒内完成。
硬度：按照GB-T 6739-1996标准进行测定。
油性笔擦拭：用油性笔在涂有涂层的绝缘子上，然后用纸将油性笔墨擦去，观察是否有笔墨残留在涂层上。
表1
由表1可知，本发明中实施例1-5与对比例1-8相比，涂料的附着力、水性接触角、憎水性、硬度等性能优异，具有良好的自洁性和憎水性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长效自洁防污涂料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：低表面能成膜物质40-70份、疏水纳米粒子6-28份、疏水微米粒子6-28份、湿润分散剂1-10份、消泡剂1-10份、溶剂50-100份、流变剂1-10份。
2.根据权利要求1所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：低表面能成膜物质40-50份、疏水纳米粒子6-20份、疏水微米粒子6-20份、湿润分散剂3-5份、消泡剂1-5份、溶剂60-70份、流变剂3-5份。
3.根据权利要求1或2所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述疏水纳米粒子及疏水微米粒子由硅烷偶联剂与纳米粒子或微米粒子以1:1-5的重量比混合制备而成，所述制备方法为：将纳米粒子或微米粒子加入到装有搅拌器、温度计、回流冷凝器且真空度为≤-0.08MPa的反应釜中，并向其中加入对应重量份的硅烷偶联剂，搅拌；在搅拌过程中升温至120-140℃，回流热处理2.5-3.5小时，在保持上述真空度的条件下，进一步加热温度至170-200℃脱去低沸物，至基本无流出物后，冷却至室温，并停止真空，出料即可。
4.根据权利要求3所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述纳米粒子为白炭黑、氧化铝、氧化硒、氧化镁、氧化铁的一种或多种；所述微米粒子为碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝、氧化镁、氧化铁的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、硫基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述低表面能成膜物质为聚硅氮烷树脂或/和含氟聚硅氮烷树脂。
7.根据权利要求1或2所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为不饱和聚羧酸与聚酰胺、高分子嵌段共聚物、聚丙烯酸酯的一种或多种；所述消泡剂为有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂或聚醚类消泡剂；所述溶剂为石油醚、二丁醚、环己酮、甲苯、乙苯、二甲苯或汽油的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的长效自洁防污涂料，其特征在于，所述流变剂为无机流变剂或有机流变剂；所述无机流变剂为气相二氧化硅、膨润土、黏土中的一种或多种；所述有机流变剂为纤维素、胶原、聚丙烯酸酯、聚氨酯中的一种或多种。
9.权利要求1-8任一所述的长效自洁防污涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将低表面能成膜物质和疏水纳米粒子及疏水微米粒子按重量比为1：0.15-0.4：0.15-0.4的比例混合均匀后，捏合过辊，制得基胶；
步骤2：将步骤1)制得的基胶与溶剂混合搅拌均匀后加入润湿分散剂、消泡剂、流变剂，均匀混合，即得成品。
10.权利要求1-8任一所述的长效自洁防污涂料的使用方法，其特征在于，将长效自洁防污涂料通过喷涂、刷涂、淋涂、浸涂方式涂覆在陶瓷或玻璃绝缘子上，置于20-30℃，相对湿度40-80％的条件下固化10-40min，然后置于80-120℃，相对湿度为60-80％的条件下固化1-3h。
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