CN107446498B - 一种防覆冰绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防覆冰绝缘涂料，包括以下重量份的原料：氟改性硅树脂90‑110份、纳米二氧化硅30‑40份、纳米二氧化钛20‑30份、氧化镁1‑5份、氧化铝1‑5份、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO₄0.3‑0.4份、硅烷偶联剂0.5‑1.5份、交联剂1.3‑1.6份、烷烃混合溶剂50‑60份。该涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水、憎冰性和光谱吸热性能，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。

Description

一种防覆冰绝缘涂料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种防覆冰绝缘涂料及其制备方法。

背景技术：

目前输电线路的覆冰和积雪威胁着电力及通信网络的安全运行。在俄罗斯、加拿大、美国、日本、英国、芬兰、冰岛及我国北部和中西部高寒地带,输电线路覆冰导致的电路损害以及由此引发的安全事故,常常给当地的生活和生产带来极大的不便,并造成巨大的经济损失。覆冰常引起输电线路倒杆(塔)、断线和绝缘子闪络等重大事故,对电力系统的安全运行产生严重危害。我国是输电线路覆冰严重的国家之一,线路冰害事故发生的概率居世界前列。仅2005年春节期间,在湖南、湖北以及重庆酋阳地区,由于连日持续大范围雨雪天气,出现了50年来最严重的冰灾,输电线路大面积覆冰,导致一些输电铁塔不堪重负而倒塔断线,使电力设施遭到毁灭性破坏,17条供电线路陷于瘫痪,影响生活和生产长达一个多月,损失难以估量。因此,开展防覆冰技术的研究,提出一些有针对性的预防措施和处理方法,对提高电力系统的安全运行有积极意义和应用价值。

到目前为止,国内外已报道的除冰防冰方法约30余种,大体可分为4类:热力防冰法、机械除冰法、自然被动法和其他防冰法。

对输电线路的冰雪灾害,应防、除并举,着重于防。因此,相关技术与方法的开发研究,也要突出以防为主,力争长期、高效、方便、经济地解决问题。考虑到这些特点,研制一种防覆冰涂料是解决上述问题的可行途径。

现有防覆冰涂料的研究主要包括4种：电热型防覆冰涂料、光热型防覆冰涂料、融冰型防覆冰涂料和憎水型防覆冰涂料。电热型防覆冰涂料通过在涂料中添加导电填料，使涂层具有半导电性质，涂层内部流过的微小泄漏电流将会产生焦耳热、场效应热等，使涂层表面温度升高，从而有效抑制涂层表面覆冰。但由于电热型防覆冰涂料表面主要依赖于半导体的发热来达到防覆冰的效果，在低温气候条件下，物体的热量容易丧失，导致表面温度降低。为了达到防覆冰的作用将需要较大电流产生热量，所需的能耗较大。光热型防覆冰涂料通过在涂料中添加具有吸光性能的颜料，最大限度提高涂料对不同光谱的选择性吸热率，降低光的反射率，达到吸收太阳光能量防止涂层表面覆冰的效果。但存在热利用率低、使用寿命短的问题。融冰型防覆冰涂料通过降低冰的熔点使覆冰融化，从而达到防覆冰的作用。它对金属基体有很好的黏附力、较高的热传导性和光谱吸热性，其外层表面具有低表面张力、高憎水性和降低融冰温度的性能。目前，融冰型防覆冰涂料由于降低的融冰温度有限，所以还需要对其进一步研究，使融冰温度进一步降低。基于前3种防覆冰涂料存在的问题，研制一种憎水防冰功能涂料是解决输电线路冰雪灾害的可行途径。这种涂料对电线金属基体有很好的结合力和热传导性，并且其外层表面具有低表面张力、高憎水和憎冰性能，最大限度地降低水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防覆冰的目的。如今使用的憎水型涂料主要有有机硅类、有机氟类、仿荷叶效应的超疏水类等。

发明内容：

本发明的目的是提供一种防覆冰绝缘涂料及其制备方法，该涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水、憎冰性和光谱吸热性能，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种防覆冰绝缘涂料，包括以下重量份的原料：氟改性硅树脂90-110份、纳米二氧化硅30-40份、纳米二氧化钛20-30份、氧化镁1-5份、氧化铝1-5份、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO₄0.3-0.4份、硅烷偶联剂0.5-1.5份、交联剂1.3-1.6份、烷烃混合溶剂50-60份。

其中：氟改性硅树脂为主要成膜物质，同时起到增强憎水性能的作用，纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物为纳米添加剂填料，纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝增强热传导性，纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO4增强光谱吸热性能，硅烷偶联剂为添加剂，增强涂层与金属基体结合力，烷烃混合溶剂为分散溶剂。同时纳米TiO₂在紫外光的照射下能产生自由基，对有机物具有很强的降解能力，因此在特高压线路表面防覆冰涂料中添加一定量的TiO₂，可以赋予该防覆冰涂料一定的自清洁能力。组分之间协同作用，得到的涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水、憎冰性和光谱吸热性能，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。

特别地，所述防覆冰绝缘涂料还包括无机颜料1-1.2份。

所述防覆冰绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米添加剂填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物)加入到强力分散机中进行机械搅拌分散20-30min，混合均匀，升温至120-130℃，抽真空反应2-3小时，然后降温自然冷却4小时，此过程保持真空密封环境，让材料得到充分混合反应得到混合物。

(2)步骤1)得到的混合物研磨至物料细度达到30um以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散30min至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

特别地，当防覆冰绝缘涂料还包括无机颜料1-1,2份时，所述防覆冰绝缘涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米添加剂填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物)加入到强力分散机中进行机械搅拌分散20-30min，混合均匀，升温至120-130℃，抽真空反应2-3小时，然后降温自然冷却4小时，此过程保持真空密封环境，让材料得到充分混合反应得到混合物；

2)将无机颜料研磨至物料细度达到30um加入到冷却后的步骤1)得到的混合物中，再次研磨至物料细度达到30um以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散30min至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

本发明还保护上述防覆冰涂料的应用，将所述的防覆冰涂料直接涂覆在基材表面、干燥成膜并固化，得到防覆冰绝缘涂层。

所述的基材是铜、铁、铝等金属或玻璃。

所述的应用的环境温度是0℃～-40℃；所述的环境湿度是40％～80％。

一种防覆冰绝缘涂层，由上述防覆冰绝缘涂料制成。

本发明的有益效果如下：

1)本发明的涂料组分之间协同作用，得到的涂料不仅对金属基体有很好的结合力、较高的热传导性，更重要的是其外层表面具有低表面张力、高憎水、憎冰性和光谱吸热性能，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防止凝冰和除冰的目的。

2)本发明的制备方法得到的涂料，产品均一、稳定性好、附着力好，附着力1级。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

一种防覆冰绝缘涂料，包括以下重量份的原料：氟改性硅树脂110份、纳米二氧化硅30份、纳米二氧化钛20份、氧化镁1份、氧化铝1份、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO40.3份、硅烷偶联剂1份、交联剂1.5份、烷烃混合溶剂50份。

所述防覆冰绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米添加剂填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物)加入到强力分散机中进行机械搅拌分散20min，混合均匀，升温至120℃，抽真空反应2小时，然后降温自然冷却4小时，此过程保持真空密封环境，让材料得到充分混合反应得到混合物。

2)将步骤1)得到的混合物研磨至物料细度达到30um以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散30min至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

一种防覆冰绝缘涂层，由上述防覆冰绝缘涂料制成。测量其表面接触角为135°-160°，达到超疏水性，说明本发明的防覆冰涂料具有优异的疏水性能。同时测定涂层的表面张力为25.5mN/m，远远低于水的表面张力72.8mN/m。

对比例1：

参考实施例1，不同之处在于所述防覆冰绝缘涂料的制备方法如下：将氟改性硅树脂、纳米添加剂填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物)研磨至物料细度达到30um以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散30min至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。一种防覆冰绝缘涂层，由上述防覆冰绝缘涂料制成。

对比例1制备的涂层测量其表面接触角为134°，同时测定涂层的表面张力为28mN/m,。

接触角角度越大疏水性越好，结果表明本发明疏水性更好，且外层表面具有更低表面张力。

对实施例1和对比例1的涂层的附着力采用GB/T9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》来测定，结果表明本发明防覆冰涂料层与金属的附着力为1级，涂料与金属的结合力良好，实施例1的涂层与覆冰的垂直粘着力跟对比例1相比降低了76％，说明本发明制备的涂层表面具有优异的防覆冰能力，而且实施例1和对比例1比较可知，本发明得到的产品均一、稳定性好，在室温下密闭存放6个月-12个月，无任何沉淀、结块、胶凝等现象，而且利用密闭存放6个月-12个月的防覆冰涂料可以无障碍的进行涂敷。

实施例2：

一种防覆冰绝缘涂料，包括以下重量份的原料：氟改性硅树脂100份、纳米二氧化硅40份、纳米二氧化钛30份、氧化镁5份、氧化铝5份、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO₄0.4份、硅烷偶联剂1.5份、交联剂1.6份、烷烃混合溶剂60份，无机颜料1份。所述防覆冰绝缘涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米添加剂填料(纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物)加入到强力分散机中进行机械搅拌分散20min，混合均匀，升温至120℃，抽真空反应2小时，然后降温自然冷却4小时，此过程保持真空密封环境，让材料得到充分混合反应得到混合物；

2)将无机颜料研磨至物料细度达到30um加入到冷却后的步骤1)得到的混合物中，再次研磨至物料细度达到30um以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散30min至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

一种防覆冰绝缘涂层，由上述防覆冰绝缘涂料制成。

测量其表面接触角为135°-150°，达到超疏水性.。

Claims (7)

1.一种防覆冰绝缘涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：氟改性硅树脂90-110份、纳米二氧化硅30-40份、纳米二氧化钛20-30份、氧化镁1-5份、氧化铝1-5份、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物FeMnCuO₄0.3-0.4份、硅烷偶联剂0.5-1.5份、交联剂1.3-1.6份、烷烃混合溶剂50-60份；所述的防覆冰绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物加入到强力分散机中进行机械搅拌分散20-30min，混合均匀，升温至120-130℃，抽真空反应2-3小时，然后降温自然冷却4小时，得到混合物；

(2)步骤1)得到的混合物研磨至物料细度达到30μm以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

2.根据权利要求1所述的防覆冰绝缘涂料，其特征在于，所述防覆冰绝缘涂料还包括无机颜料1-1.2份。

3.一种权利要求2所述的防覆冰绝缘涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将氟改性硅树脂、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、氧化镁、氧化铝、纳米级尖晶石型过渡金属氧化物加入到强力分散机中进行机械搅拌分散升温至120-130℃，抽真空反应2-3小时，然后降温自然冷却4小时得到混合物；

2)将无机颜料研磨至物料细度达到30μm加入到冷却后的步骤1)得到的混合物中，再次研磨至物料细度达到30μm以下，冷却至室温；然后加入到强力分散机中，加入交联剂，

硅烷偶联剂，铂金催化剂，溶剂，抽真空，高速分散至物料均匀，密封转入压料机过滤出料，包装，即得涂料成品。

4.权利要求1-2中任意一项权利要求所述的防覆冰绝缘涂料的应用，其特征在于，将所述的防覆冰涂料直接涂覆在基材表面、干燥成膜并固化，得到防覆冰绝缘涂层。

5.根据权利要求4所述的防覆冰绝缘涂料的应用，其特征在于，所述的基材是金属或玻璃。

6.根据权利要求4所述的防覆冰绝缘涂料的应用，其特征在于，所述的应用的环境温度是0℃～-40℃；所述的环境湿度是40％～80％。

7.一种防覆冰绝缘涂层，其特征在于，由权利要求1或2所述的防覆冰绝缘涂料制成。