CN107446424A - 一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法，该涂料按质量百分比计，由以下组分组成：氟碳树脂5％～40％，氟硅树脂10％～30％，有机溶剂20％～60％，二氧化硅10％～30％，二氧化钛1％～10％，聚四氟乙烯1％～10％，催化剂0.1％～0.5％，固化剂1％～5％。该涂料的制备方法是将各组分按顺序和配比搅拌混合并超声分散均匀即可。该涂料的使用方法是直接喷涂或刷涂于绝缘子和室外电力设施表面，涂层厚度以0.1～0.5mm最佳，常温固化20～60min即可。本发明提供的超疏水三防涂料，是一种制备方法简单、成本低廉、使用方便、具备超强疏水性和耐候性的自清洁纳米复合杂化常温固化氟碳涂料，可有效地达到绝缘子和室外电力设施防污、防闪和防腐的目的，具有广阔的应用前景。

Description

一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其是输电线路防污闪涂料技术领域，具体涉及一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
近年来，电力系统不断升级，环境污染持续加剧，输电线路外绝缘和变电站室外电力设施防污、防闪、防腐问题亟待解决。防污是防闪和防腐的前提，环境中的有机和无机污染物以粉尘、水汽为载体附着于电气设备表面，潮湿环境下，会在设备表面形成一层连续导电水膜，大大降低绝缘设备的绝缘性能和电力设施的防腐性能，严重者甚至造成绝缘子沿面闪络和大面积停电跳闸事故。
截止目前，涂覆防污闪涂料被认为是提高绝缘子防污闪能力、延长电力设备运行寿命的一种低成本、高效率措施。根据涂层表面静态水接触角(watercontact angle,简称WCA)的不同，防污闪涂料可分为两种：一种是超亲水性防污闪涂料，如CN100999624A、CN104789003A、CN203055573U涉及到的纳米TiO2无机防污闪涂料，其WCA小于10°；另一种是疏水性防污闪涂料，如CN105086820A、CN105623503A、CN103333606A、CN101857771B、CN102702965B、CN102618138B涉及到的室温硫化硅橡胶(RTV)涂料，以及CN103242718A、CN104962143A、CN103224741B涉及到的氟碳涂料，它们能提供WCA介于90°～135°的疏水涂层，再有通过在基材外表面多层修饰达到WCA＞150°的超疏水涂层。
超亲水涂料和疏水涂料的目标都是防污闪，着力解决的都是电力设备表面防污的问题。超亲水涂料利用纳米TiO2溶胶的超亲水性和光催化性，使涂层表面形成连续水膜并具有光自洁性，在阳光作用下可有效降解电力设备表面附着的有机污染物，并通过风力、雨水等外力带走表面的无机污染物，达到防污闪的目的；但正式带电运行的效果不理想，其去污能力受到太阳光和自然作用力极大的限制，且无法排除静电效应对环境中粉尘的吸附，与普通绝缘子相比，往往积污更为严重。疏水涂料特别是RTV涂料在国内已推广运行二十余年，有着广泛的研究基础和实践经验，其疏水性和疏水迁移性可在一定时间内有效阻止电力设施表面形成连续水膜，防止形成干湿区，造成闪络事故；但RTV涂料90°～135°的WCA值无法满足高效去除无机污染物的要求，而亲油性又使其容易吸附大量环境中的有机污染物，正式带电运行后，往往也比普通绝缘子积累更厚的污秽层，它还存在耐候性差、耐腐蚀性差、重涂性差等缺陷，限制了其进一步的推广应用。
绝缘子和室外电力设施涂覆防污闪涂料带电运行的实践证明，如何同步有效地去除附着在电力设备表面的有机污染物和无机污染物，并保持涂层具有良好的耐候性、耐光和化学腐蚀性、重涂性，且制作和喷涂工艺上廉价、简便、无毒无污染，是今后电力设施防污闪涂料的主要发展方向。
发明内容
为了克服现有防污闪涂料的不足，本发明提供一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法。
本发明的技术方案是：
一种超疏水三防涂料，所述涂料由以下组分按质量百分比组成：氟碳树脂：5％～40％，氟硅树脂：10％～30％，有机溶剂：20％～60％，二氧化硅：10％～30％，二氧化钛：1％～10％，聚四氟乙烯：1％～10％，催化剂：0.1％～0.5％，固化剂：1％～5％。可根据污区分布图确定电力设备所处环境的污秽等级，调整涂料中各组分的配比，制备适合相应污区环境的超疏水三防涂料。
其中，所述氟碳树脂为FEVE常温固化氟碳树脂，其作用是为涂层提供良好的成膜性能，并提升涂层的耐候性、流平性、耐光和化学腐蚀性以及低温柔韧性等性能，配合相应的固化剂，可控制涂层在所需的时间内固化成膜。所述FEVE常温固化氟碳树脂可以选用三氟氯乙烯-乙烯基酯多元共聚物，三氟氯乙烯-乙烯基醚多元共聚物，四氟乙烯-乙烯基酯多元共聚物，四氟乙烯-乙烯基醚多元共聚物中的至少一种。
所述氟硅树脂含有多个羟基，可自行与玻璃、铝合金、铸铁等基材表面发生交联作用，并提升涂层的耐温性、防污性和耐化学品性等性能。可以选用普通的氟改性聚硅氧烷型氟硅树脂或二甲苯型氟硅树脂中的至少一种。
所述有机溶剂为醋酸丁酯、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、石油醚、丙酮、环己烷中的至少一种。
所述二氧化硅为经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，一次粒径为15～50nm，比表面积为80～300m2/g。使用烷基改性的纳米SiO2能够在较长一段时间内具备WCA＞150°的超疏水性，包裹在外的烷基结构与有机树脂和溶剂相容性好，使纳米SiO2更稳定地分散在涂料中；添加超疏水纳米SiO2有助于提高涂料的触变性、耐磨性和超疏水性能，可以选用硅烷偶联剂、含氟硅氧烷等对纳米SiO2进行超疏水改性。
经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体的制备方法为：选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行超疏水改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，达到疏水改性的目的，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在150～400℃温度下预活化30～60min，再通入50～75℃的HMDS液体，经20～50min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到固有WCA＞150°的超疏水纳米SiO2粉体。
所述二氧化钛为纳米级金红石型TiO2或锐钛矿型的TiO2，一次粒径为20～50nm，比表面积为50～150m2/g。添加纳米TiO2有助于提高涂料的光自洁性能、耐紫外光性能和耐细菌侵蚀性能。可选用锐钛矿型纳米TiO2、普通亲水性的金红石型纳米TiO2、改性后亲油性的金红石型纳米TiO2，以及金红石型与锐钛矿型混合的纳米TiO2中的至少一种。
所述聚四氟乙烯为纳米级或接近纳米级的PTFE微粉，粒径小于10μm，适用温度为-20℃～150℃。添加PTFE微粉有助于提高涂料的耐磨性和耐腐蚀性。
所述催化剂为有机锡类催化剂，所述有机锡类催化剂可以选用二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡中的至少一种。
所述固化剂为脂肪族异氰酸酯，所述脂肪族异氰酸酯可以选用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)缩二脲和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体中的至少一种。
优选地，所述氟碳树脂选自日本大金氟化工(中国)有限公司广州分公司的ZEFFLE系列GK570氟碳树脂，其成分为四氟乙烯-乙烯基醚多元共聚物。
优选地，所述氟硅树脂选自方舟(佛岗)化学材料有限公司的氟硅树脂。
优选地，所述有机溶剂选用醋酸丁酯。
优选地，所述二氧化硅为经过烷基改性的超疏水纳米SiO2。
优选地，所述二氧化钛选自DEGUSSA P25型纳米TiO2，为29％金红石型TiO2和71％锐钛矿型纳米TiO2的混晶，一次粒径平均为21nm，比表面积为50m2/g。
优选地，所述聚四氟乙烯选自沈阳市天宇祥微粉材料厂的PTFE超细微粉，平均粒径小于2μm，适用温度为-180℃～250℃。
优选地，所述催化剂选用二月桂酸二丁基锡。
优选地，所述固化剂选用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体。
一种超疏水三防涂料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
超疏水三防涂料由以下组分按质量百分比组成：氟碳树脂5％～40％，氟硅树脂10％～30％，有机溶剂20％～60％，二氧化硅10％～30％，二氧化钛1％～10％，聚四氟乙烯1％～10％，催化剂0.1％～0.5％，固化剂1％～5％，具体制备方法为：
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂按上述配比混合，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入氟碳树脂和催化剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入固化剂，磁力搅拌1～5min，制备得到超疏水三防涂料。
一种超疏水三防涂料的使用方法，其特征在于，使用方法如下：
(1)将制备得到的超疏水三防涂料使用喷枪喷涂于绝缘子或室外电力设施表面，喷涂厚度为0.1～0.5mm，所述涂料的使用量为0.02～0.40Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的喷涂；
(2)将制备得到的超疏水三防涂料使用刷子或滚筒分别通过刷涂或滚涂的方式涂敷于室外电力设施表面，涂层厚度为0.3～0.6mm，所述涂料使用量为0.05～0.50Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的涂覆。
现有烷基改性的微米级SiO2是以分散性、相容性及比表面积作为指标，其主要作用是为了提高分散性。在本公司三防涂料的研发过程中发现，添加本发明所述六二甲基硅胺烷改性法制备的烷基改性的纳米SiO2后的三防涂料能达到涂层WCA＞160°的超疏水性，WCA＞160°的超疏水性涂层因其涂层表面密布纳米级突起结构而具备自行清洁的能力，使得涂层不受环境中水滴、粉尘、煤灰等无机污染物的附着和侵蚀，从而实现防污、防闪、防腐的目的。而现有的涂层表面只具备微米级突起的，WCA一般只能达到120°～140°，不具有自清洁能力，环境中的微小水滴和粉尘仍然能够通过突起之间的空隙进入涂层内部，污染并降低涂层性能，因此防污、防闪、防腐的效果没有超疏水涂料的好。
本发明提供的超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法，具有如下优点：
1、本发明提供的超疏水三防涂料，以氟碳树脂和氟硅树脂为主要成膜物质，添加纳米TiO2、纳米SiO2、PTFE微粉等多种填料，大大提高了涂层的综合性能，使涂层具备优异的耐候性、耐光腐蚀性、耐化学腐蚀性、低摩擦性、电气性能、光自洁性能和机械强度。
2、本发明提供的超疏水三防涂料，表面具备二元微/纳粗糙结构，突起与突起的间距为纳米级，疏水性纳米SiO2粉体的固有WCA＞160°，涂层表面WCA可达165°，极大地提升了对水滴、粉尘等无机物的抗污染能力。
3、本发明提供的超疏水三防涂料，为单组份涂料，制备方法和使用方法工艺简单，成本低廉，且绿色环保。涂料配方的所有组分对环境和人体无直接毒害和长期残留作用，低挥发性有机化合物(VOC)排放，涂完常温固化20～60min表干后，即可实现涂层的超疏水性能，无需多层涂敷、长时间晾晒和高温烘干等耗时耗力的操作，因此也不需要搭建昂贵的烘干设备并投入巨额的热能消耗。可使用喷涂、刷涂和滚涂等多种方式直接涂敷于绝缘子和室外电力设施表面，涂层成膜性能好，无拉丝和流挂，成膜厚度可控，表干时间短，涂层实干前后涂料质量失重率极低(0.5％～1.2％)，重涂性好。
4、本发明提供的超疏水三防涂料，可直接应用于玻璃、陶瓷绝缘子以及其它室外电力设施的外表面，涂层与玻璃、陶瓷、铁质、铝质等基底有良好的附着力；涂层以含氟树脂为主要成膜物质，能提供长达20年的使用寿命；涂层同时具备抵御无机污染物和光降解有机污染物附着和侵蚀的性能，能在极长一段时间内免清洗、免维护，有效保证输电线路的安全运行；涂层在发生局部破损或整体失效的情况下，可通过补涂或重涂的方法，进行现场维护，无需更换绝缘子串或其它室外电力设备，如此可大大降低线路的维护运行成本，并有效减少污闪事故和工伤事故的发生率。
5、本发明提供的超疏水三防涂料，可搭配污区分布图，调整各组分的配比进行应用。涂料中除少量的半导体纳米TiO2和极少量的有机锡催化剂以外，其余组分全部为绝缘材料，通过调整涂料中各组分的配比，可满足不同电压等级和不同污区环境的输电线路防污、防闪、防腐的需求。如针对无机污染物重、电压等级高的输电线路，可降低纳米TiO2的添加量，甚至不予添加；相反地，针对有机污染物多、电压等级相对较低的输电线路，则可适当增大纳米TiO2的添加量。
6、本发明提供的超疏水三防涂料，还具备一定的防覆冰功能。涂层表面WCA＞160°，表面能极低，普通的水滴很难停留其上，即便水滴凝结成冰，涂层表面与冰的粘附作用力也极小，因此冰层很难附着于电力设备表面；涂层添加有一定量的半导体纳米TiO2，它具备优异的导热性能，加之电力设备运行期间存在明显的发热作用，因此既可延缓覆冰的发生，又可加快冰层融化。
附图说明
图1是本发明超疏水三防涂料制备方法的流程图；
图2是本发明超疏水三防涂料半自动喷涂方法装置的剖面图；
图3是表面涂覆本发明涂料的XWP-70型陶瓷绝缘子示意图；
图4是本发明实施例1中超疏水三防涂料静态水接触角测试结果图；
图5是本发明实施例1中超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为2500倍)；
图6是本发明实施例1中超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为5000倍)；
图7是本发明实施例1中超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为24000倍)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在390℃～400℃温度下预活化60min，再通入70-75℃的HMDS液体，经50min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为162°～165°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表1所示：
表1：实施例1超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 1g 1g 25g 9g 7g 7g 0.05g 1.5g
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，磁力搅拌8min，超声分散10min。
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(4)加入氟碳树脂GK570和有机锡催化剂，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(5)加入固化剂HDI，磁力搅拌5min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内(如图2)，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子(如图3)，完成喷涂。
本实施例超疏水三防涂料的喷涂方法，可有效保证涂层覆盖绝缘子整体，避免局部漏涂、涂层厚度不均匀以及气候环境对同一批次绝缘子喷涂效果的影响，还可覆盖至绝缘子瓷面与钢帽边缘处，大大提升了绝缘子的防污、防闪和防腐性能，喷涂工艺简单、易操作、无污染，便于小批量喷涂和制备。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～165°；附着力：1级；固含量：90％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1977g；表干时间：20min，实干时间2h。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料与长效室温硫化硅橡胶(FRTV)涂料性能对比结果如下表2所示：
表2：超疏水三防涂料与FRTV涂料性能对比的试验结果
由上表2可知：本发明超疏水三防涂料在成膜性能、附着力、耐化学品性、可燃性等方面与FRTV涂料的性能基本相当，在疏水性能方面显著优于FRTV涂料，且固化时间快、重涂性好，但在耐磨性方面略差于FRTV涂料；所有性能指标均符合国家和行业对电网设备防污闪涂料的使用管理规定和验收规范。
如图4所示，本实施例涂层表面静态水接触角的测试结果为：WCA变化范围为163°～165°，平均值为163.5°，是当前疏水性能最佳的超疏水涂料。
本实施例涂层表面微观形貌检测结果为：将涂敷有本实施例制备得到的超疏水三防涂料涂覆于铝片表面，进行扫描电镜检测，如图5、6和7所示：涂层表面密布纳米级突起，突起的分布非常均匀，它们由纳米级粒子构成，自身具备超疏水性，突起与突起之间的间距也为纳米级，有利于降低水滴接触面积，有效保证涂层不受环境中水滴、粉尘、煤灰等无机污染物的附着和侵蚀。
本实施例涂层表面电气性能测试结果如下表3，将本实施例使用超疏水三防涂料喷涂得到的XWP-70型陶瓷绝缘子串与普通绝缘子串进行常规电气性能试验(GB/T 775.2-2003)，试验项目为耐受电压和湿闪络电压：
表3：涂覆实施例1的XWP-70型陶瓷绝缘子电气性能测试结果
表面涂层 绝缘子型号 片数 湿闪络电压 湿耐受电压
实施例1 XWP-70型 4片串 245.8kV 234.1kV
无 XWP-70型 4片串 244.3kV 232.4kV
注：根据GB/T 775.2-2003进行的常规电气性能试验。
上表3结果表明：涂覆了超疏水三防涂料的XWP-70型绝缘子串，湿闪络电压值和耐受电压值都略优于普通同型号的绝缘子串，符合绝缘子的国家及行业标准，可应用于高压输电线路。
将本实施例使用超疏水三防涂料喷涂得到的XWP-70型陶瓷绝缘子串与普通绝缘子串，于三级污秽区进行室外非带电挂网自然积污对比实验，半年后取下对比结果显示：涂覆本实施例超疏水三防涂料的绝缘子上表面仅有少量直径约为1mm的水渍印，侧面和下表面洁净如初，钢帽与瓷体交接处没有腐蚀痕迹；无涂层的普通绝缘子上、下表面都积累了较多灰尘，钢帽与瓷体交接处堆积了较多水渍和灰黑色粘稠物，必须使用清洁剂清洗才能去除。以上结果说明，涂覆本实施例超疏水三防涂料的绝缘子具有优异的防污、防腐性能。
实施例2
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在350℃～360℃温度下预活化55min，再通入60℃～70℃的HMDS液体，经45min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为160°～163°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表4所示：
表4：实施例2超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 1g 1g 25g 9g 7g 3g 0.02g 1.0g
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，磁力搅拌8min，超声分散10min。
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(4)加入氟碳树脂GK570和有机锡催化剂，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(5)加入固化剂HDI，磁力搅拌5min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密，肉眼观察表面粗糙度高，局部有粒子团聚情况，存在较轻微的粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～165°；附着力：1级；固含量：93％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2646g；表干时间：17min，实干时间1.5h。
实施例3
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在300℃～310℃温度下预活化30min，再通入50℃～55℃的HMDS液体，经30min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为160°～163°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表5所示：
表5：实施例3超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 1g 1g 25g 9g 7g 9g 0.05g 1.6g
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，磁力搅拌8min，超声分散10min。
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(4)加入氟碳树脂GK570和有机锡催化剂，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(5)加入固化剂HDI，磁力搅拌5min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：160°～163°；附着力：1级；固含量：78％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1988g；表干时间：25min，实干时间2h。
实施例4
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在250℃～260℃温度下预活化45min，再通入60℃～65℃的HMDS液体，经25min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为163°～165°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表6所示：
表6：实施例4超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 1g 1g 25g 9g 7g 11g 0.07g 1.8g
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，磁力搅拌8min，超声分散10min。
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(4)加入氟碳树脂GK570和有机锡催化剂，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(5)加入固化剂HDI，磁力搅拌5min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：157°～160°；附着力：1级；固含量：76％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1958g；表干时间：30min，实干时间2h。
对比实施例1～4超疏水三防涂料制备的涂层干燥前后的失重率结果如下表7所示：
表7：超疏水三防涂料烘干前后失重率测试结果
实施例 1 2 3 4
干燥前重量(g) 4.8790 4.8096 4.7989 4.8369
干燥后重量(g) 4.8366 4.7728 4.7760 4.7790
失重(g) 0.0424 0.0368 0.0229 0.0579
失重率(％) 0.87 0.76 0.48 1.20
注：涂料涂敷于载玻片表面，于90℃烘干1小时；所述重量包括基底载玻片的重量，载玻片规格76mm×26mm。
表7结果表明：实施例1～4中涂层实干前后涂料只有0.48％～1.20％的极低质量失重率，说明涂料VOC值较低，涂料中易挥发成分较少，对环境污染小，符合清洁生产、绿色环保的要求。
实施例5
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在150℃～160℃温度下预活化30min，再通入50℃～55℃的HMDS液体，经20min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为160°～162°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表8所示：
表8：实施例5超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 0g 0g 25g 10g 7g 7g 0.05g 1.5g
(1)将经过烷基改性的超疏水纳米SiO2和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(3)加入氟碳树脂GK570和有机锡催化剂，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(4)加入固化剂HDI，磁力搅拌5min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为无色透明粘稠状液体，喷涂完成2min～5min后，涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密，表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～165°；附着力：1级；固含量：90％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2227g；表干时间：20min，实干时间2h。
实施例6
本实施例中经过烷基改性的超疏水纳米SiO2的制备方法如下：
选用六二甲基硅胺烷对普通纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷基(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在320℃～330℃温度下预活化45min，再通入60℃～65℃的HMDS液体，经45min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到WCA为162°～164°的超疏水纳米SiO2粉体。
本实施例中超疏水三防涂料的制备方法具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表9所示：
表9：实施例6超疏水三防涂料各组分配比
组分 TiO2 PTFE 有机溶剂 SiO2 氟硅树脂 氟碳树脂 有机锡 固化剂
质量 1g 1g 25g 9g 7g 7g 0g 0g
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂混合，磁力搅拌10min，超声分散15min。
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，磁力搅拌8min，超声分散10min。
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5min，超声分散10min。
(4)加入氟碳树脂GK570，磁力搅拌10min，超声分散15min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒30～60min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：150°～152°；附着力：1级；固含量：90％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2211g；表干时间：60min，实干时间3h。本实施例超疏水三防涂料没有加入固化剂HDI，表干时间显著增加，并且进行疏水性试验时，静态水接触角显著降低，涂层表面水滴无法即刻滚落，存在粘滞甚至残留现象。
对比实施例1～6超疏水三防涂料所制备涂层的疏水性、表干时间和耐磨性结果如下表10所示：
表10：实施例1～6涂层性能的对比
由上表10结果表明：(1)氟碳树脂对涂层的成膜性能和疏水性起着较为重要的作用，适当的氟碳树脂用量，如实施例1，可以获得最佳的成膜效果和疏水性；氟碳树脂用量过少，涂层会出现粉化问题；氟碳树脂用量过多，会增加涂层的表干时间，且造成疏水性下降。
(2)涂料中是否含有纳米TiO2和PTFE微粉，对涂层的疏水性没有明显的影响作用；但不含纳米TiO2的涂料，如实施例5，制成之后为无色透明状，与含有纳米TiO2的涂料呈纯白色形成鲜明对比，实施例5喷涂完成后2min～5min左右，涂层开始固化而颜色转成白色，即喷涂完成后，是否添加纳米TiO2对涂层表面性状没有显著影响；但不添加纳米TiO2，将降低涂层耐紫外线性能，且使涂层不具备光催化降解有机物的功效，不适用于有机污染物较重的区域。
(3)固化剂对涂层的疏水性和表干时间影响较大，加入适量的固化剂，可精确控制涂层的固化时间，节时省力；过量的固化剂，将导致涂层还未喷涂、或在喷涂过程中即开始固化变稠；而不加固化剂(配合催化剂)、或固化剂量过少，如实施例6，将导致涂层表干时间成倍增加，且涂层疏水性显著下降，严重降低涂层对无机污染物的防护性能。
以上所述实施例中，除半自动喷涂装置为自组装外，其它所有仪器设备和实验原材料均为市售。静态水接触角检测仪器为东莞市普赛特检测设备有限公司的CAPST-2000At型全自动水滴角测试仪。涂层微观表面形貌检测仪器为荷兰FEI公司的Phenom ProX扫描电子显微镜。XWP-70绝缘子串的电气性能对比实验在昆明高海拔电气检测有限公司完成。
以上所述实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。凡在本发明的精神和原则之内，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超疏水三防涂料，其特征在于：所述涂料由以下组分按质量百分比组成：氟碳树脂5％～40％，氟硅树脂10％～30％，有机溶剂20％～60％，二氧化硅10％～30％，二氧化钛1％～10％，聚四氟乙烯1％～10％，催化剂0.1％～0.5％，固化剂1％～5％。
2.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述氟碳树脂为FEVE常温固化氟碳树脂，所述FEVE常温固化氟碳树脂可以选用三氟氯乙烯－乙烯基酯多元共聚物，三氟氯乙烯－乙烯基醚多元共聚物，四氟乙烯－乙烯基酯多元共聚物和四氟乙烯－乙烯基醚多元共聚物中的至少一种；所述氟硅树脂含有多个羟基，可以选用普通的氟改性聚硅氧烷型氟硅树脂或二甲苯型氟硅树脂中的至少一种。
3.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述有机溶剂为醋酸丁酯、甲基异丁基酮、甲苯、二甲苯、石油醚、丙酮中的至少一种。
4.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述二氧化硅为经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，一次粒径为15～50nm，比表面积为80～300m2/g，所述二氧化钛为纳米级金红石型TiO2或锐钛矿型TiO2粉体，一次粒径为20～50nm，比表面积为50～150m2/g，可选用锐钛矿型纳米TiO2、普通亲水性的金红石型纳米TiO2、改性后亲油性的金红石型纳米TiO2，以及金红石型与锐钛矿型混合的纳米TiO2中的至少一种。
5.如权利要求4所述的经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，其特征在于，制备方法为：选用六二甲基硅胺烷对纳米SiO2进行改性，通过六二甲基硅胺烷(HMDS)在SiO2表面发生水解反应，以硅氧烷键(-O-Si(CH3)3)取代表面羟基(-OH)，具体制备流程为：先将纳米SiO2置于N2气氛中，在150℃～400℃温度下预活化30～60min，再通入50℃～75℃的HMDS液体，经20～50min反应完成后，用N2吹扫反应产物，即得到静态水接触角WCA＞150°的超疏水纳米SiO2粉体。
6.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述聚四氟乙烯为纳米级或接近纳米级的PTFE微粉，其粒径小于10μm，适用温度为-20℃～150℃。
7.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述催化剂为有机锡类催化剂，所述有机锡类催化剂可以选用二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡中的至少一种。
8.如权利要求1所述的超疏水三防涂料，其特征在于：所述固化剂为脂肪族异氰酸酯，所述脂肪族异氰酸酯可以选用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)缩二脲和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体中的至少一种。
9.一种超疏水三防涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
超疏水三防涂料由以下组分按质量百分比组成：氟碳树脂5％～40％，氟硅树脂10％～30％，有机溶剂20％～60％，二氧化硅10％～30％，二氧化钛1％～10％，聚四氟乙烯1％～10％，催化剂0.1％～0.5％，固化剂1％～5％，具体制备方法为：
(1)将纳米TiO2、PTFE微粉和有机溶剂按上述配比混合，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入氟碳树脂和催化剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入固化剂，磁力搅拌1～5min，制备得到超疏水三防涂料。
10.一种超疏水三防涂料的使用方法，其特征在于，使用方法如下：
(1)将制备得到的超疏水三防涂料使用喷枪喷涂于绝缘子或室外电力设施表面，喷涂厚度为0.1～0.5mm，所述涂料的使用量为0.02～0.40Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的喷涂；
(2)将制备得到的超疏水三防涂料使用刷子或滚筒分别通过刷涂或滚涂的方式涂敷于室外电力设施表面，涂层厚度为0.3～0.6mm，所述涂料使用量为0.05～0.50Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的涂覆。
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