CN108610818A - 一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和其应用，上述制备方法包括疏水性SiO2纳米颗粒的制备和超疏水绝缘薄膜材料的制备。现有的RTV或PRTV类绝缘产品平均使用寿命3‑5年(有机材料)，对环境污染严重，疏水性较差(接触角仅110度)。本发明提供的材料在瓷或玻璃衬底上形成多孔“有机/无机”超疏水薄膜，产品与水的接触角可达165°，其疏水性能远远高于现有RTV或PRTV类产品，且具有喷涂施工工艺简单、制备途径环境友好、产品无毒等特点。本发明的技术和方法可应用于电力绝缘子、输电线路、配电铁塔、砼杆、配电网设备、建筑防水等领域中。

Description

一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及疏水材料技术领域，尤其涉及一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和应用。
背景技术
超疏水薄膜指与水滴接触角大于150°的薄膜，其具有防水、自清洁、防污等功能，因而在日常生活及工业领域等具有广阔的应用前景。超疏水性表面已经在自然界中得到认识，比如荷叶以及蝉翼上的超疏水自洁净表面，其优良的疏水性能得益于表面的微纳结构和低表面能成分。由于超疏水特性，荷叶能够通过在水滴滑离其表面时带走粘附在其表面的粉尘粒子和污物，从而实现自动清洁。这种自洁防污的功能在现代工业和生活的许多领域，包括开发和构造自洁防污的绝缘产品，是合乎需要的。
一个比较典型的例子，目前，电力系统除使用传统的瓷和玻璃绝缘子，相对新型的由有机材料制成的硅橡胶类外绝缘产品(包括合成绝缘子、RTV涂料及增爬裙)也在一定程度上被接受，且正在发挥瓷及玻璃绝缘子无法替代的防污闪作用。然而，瓷、玻璃绝缘子表面涂覆RTV、PRTV涂料由于材料性能、施工工艺等诸多原因，其平均使用寿命3-5年，对环境污染严重，疏水防污性能较差(接触角仅110度)，到目前为止仍仅作为补救性或临时性措施使用。同时，绝缘子涂覆PRTV等在大多数情况下只能利用短暂的停电检修时间进行施工，受现场施工条件影响，存在部分质量缺陷。上述原因导致现有绝缘子防污产品寿命及其有限，污染有毒。本发明提供一种超疏水自洁防污薄膜的制备方法，解决该类问题。
发明内容
针对上述问题，现提供一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法和其应用，旨在提供一种能克服上述缺陷、或者增强绝缘产品防污自洁功能、工艺简单、成本低廉的超疏水涂料及超疏水绝缘涂层的制备方法。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
1)、疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在乙醇中加入浓氨水并升温至40-80℃，然后加入正硅酸乙酯，搅拌1-2h后冷却，陈化18-26h，再加入六甲基二硅胺烷，搅拌3-5h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性SiO2纳米颗粒；
2)、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将步骤1)中制备获得的疏水性SiO2纳米颗粒分散至混合溶剂中，超声分散1-20min，加入粘接剂，超声1-20min，加入固化剂后摇匀，20-40s后涂布并固化于衬底的外表面上，即得超疏水绝缘薄膜材料。
本发明中浓氨水指含量为25wt％-28wt％的氨水。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤1)中，以体积份数计乙醇为50-150份，浓氨水为4-12份，正硅酸乙酯为9-27份，六甲基二硅胺烷为1-20份。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤2)中，每100g混合溶剂中疏水性SiO2纳米颗粒的添加量为2-6g。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤2)中，粘结剂为羟基丙烯酸树脂，固化剂为六亚甲基二异氰酸酯，且每100g混合溶剂中粘结剂的添加量为0.1-1g，固化剂的添加量为0.015-0.1mL。
上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤2)中，混合溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，第一溶剂选自乙醇，第二溶剂选自乙酸酯类溶剂。
上述的制备方法，还具有这样的特征，第二溶剂选自乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种。
上述的制备方法，还具有这样的特征，第一溶剂和第二溶剂的混合体积比为7:3。
本发明的第二个方面是提供一种利用上述制备方法制备获得的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料。
本发明的第三个方面是提供多孔结构超疏水绝缘薄膜材料在防水材料中的应用。
本发明的第四个方面是提供多孔结构超疏水绝缘薄膜材料在电力绝缘、输电线路、配电铁塔、砼杆、配电网设备中的应用。
具体的，本声明中绝缘子的外表面上涂布由上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料于20-300℃固化形成的涂层。
本发明提供的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料可采用提拉浸渍、涂刷等简便易行的制备方法镀膜至各种基材表面，比如瓷或玻璃绝缘表面，以提高材料的憎水防污性能及替代现有的防污产品，实验表明这种方法更具有实用性。
上述方案的有益效果是:
现有的RTV或PRTV类产品平均使用寿命3-5年(有机材料)，对环境污染严重，疏水性较差(接触角仅110度)。本发明提供的材料在瓷或玻璃衬底上形成多孔“有机/无机”超疏水薄膜，产品与水的接触角可达165°，其疏水性能远远高于现有RTV或PRTV类产品，且具有喷涂施工工艺简单、制备途径环境友好、产品无毒等特点。
附图说明
图1为本发明的实施例1中提供的绝缘子上薄膜材料的扫描电镜测试图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
一种超疏水自清洁防污绝缘子，上述绝缘子的外表面上设有由多孔结构超疏水绝缘薄膜材料形成的涂料涂层，上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法包括如下步骤：
1)、疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在50mL乙醇中加入4mL浓氨水并升温至40℃，然后加入9mL正硅酸乙酯，搅拌1h后冷却，陈化18h，再加入1mL六甲基二硅胺烷，搅拌3h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性SiO2纳米颗粒；
2)、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将2g步骤1)中制备获得的疏水性SiO2纳米颗粒分散至100mL混合溶剂中，超声分散1min，加入0.1g羟基丙烯酸树脂，超声1min，加入0.015mL六亚甲基二异氰酸酯后摇匀，20s后涂布至绝缘子外表面上，并于室温下固化，即得上述绝缘子；
其中，混合溶剂由乙醇:乙酸乙酯按体积比7:3混合形成。
扫描电镜测试表明(图1)，本实施例提供的绝缘子上薄膜表面颗粒的平均尺寸约为80nm，其充分说明了绝缘子上薄膜材料的多孔结构特征，这种多孔结构有助于薄膜样品疏水性能的增强。具体的，本实施例提供的绝缘子上多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为163.4°。
实施例2
一种超疏水自清洁防污绝缘子，上述绝缘子的外表面上设有由多孔结构超疏水绝缘薄膜材料形成的涂料涂层，上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法包括如下步骤：
1)、疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在100mL乙醇中加入8mL浓氨水并升温至60℃，然后加入18mL正硅酸乙酯，搅拌1.5h后冷却，陈化24h，再加入10mL六甲基二硅胺烷，搅拌4h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性SiO2纳米颗粒；
2)、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将4g步骤1)中制备获得的疏水性SiO2纳米颗粒分散至100mL混合溶剂中，超声分散10min，加入0.5羟基丙烯酸树脂，超声10min，加入0.05mL六亚甲基二异氰酸酯后摇匀，30s后涂布至绝缘子外表面上，并于150℃下固化，即得上述绝缘子；
其中，混合溶剂由乙醇:乙酸乙酯按体积比7:3混合形成。
本实施例提供的绝缘子，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为164.3°。
实施例3
一种超疏水自清洁防污绝缘子，上述绝缘子的外表面上设有由多孔结构超疏水绝缘薄膜材料形成的涂料涂层，上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法包括如下步骤：
1)、疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在150mL乙醇中加入12mL浓氨水并升温至80℃，然后加入27mL正硅酸乙酯，搅拌2h后冷却，陈化26h，再加入20mL六甲基二硅胺烷，搅拌5h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性SiO2纳米颗粒；
2)、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将6g步骤1)中制备获得的疏水性SiO2纳米颗粒分散至100mL混合溶剂中，超声分散20min，加入1.5羟基丙烯酸树脂，超声20min，加入0.1mL六亚甲基二异氰酸酯后摇匀，30s后涂布至绝缘子外表面上，并于300℃下固化，即得上述绝缘子；
其中，混合溶剂由乙醇:乙酸乙酯按体积比7:3混合形成。
本实施例提供的绝缘子，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为163.7°。
实施例4
本实施例提供的绝缘子中多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法与实施例1相同，区别在于混合溶剂由乙醇:乙酸丁酯按体积比7:3混合形成。
本实施例提供的绝缘子，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为163.9°。
实施例5
本实施例提供的绝缘子中多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法与实施例2相同，区别在于混合溶剂由乙醇:乙酸丁酯按体积比7:3混合形成。
本实施例提供的绝缘子，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为164.1°。
实施例6
本实施例提供的绝缘子中多孔结构超疏水绝缘薄膜材料制备方法与实施例3相同，区别在于混合溶剂由乙醇:乙酸丁酯按体积比7:3混合形成。
本实施例提供的绝缘子，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为164.7°。
实施例7
一种超疏水自清洁防污玻璃，上述玻璃的外表面上设有由多孔结构超疏水绝缘薄膜材料形成的涂料涂层，本实施例中多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法同实施例1。
本实施例提供的玻璃上多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为161°。
实施例8
一种超疏水自清洁防污玻璃，上述玻璃的外表面上设有由多孔结构超疏水绝缘薄膜材料形成的涂料涂层，本实施例中多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法同实施例2。
本实施例提供的玻璃，其表面多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的接触角为158.2°。
实施例9
本实施例提供的一种具有多孔结构超疏水涂层的塑料制品，其多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法与实施例7相同，区别在于用塑料代替玻璃衬底。
本实施例提供的具有多孔结构超疏水薄膜的塑料制品的接触角为161.6°。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在乙醇中加入浓氨水并升温至40-80℃，然后加入正硅酸乙酯，搅拌1-2h后冷却，陈化18-26h，再加入六甲基二硅胺烷，搅拌3-5h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性SiO2纳米颗粒；
2)、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将步骤1)中制备获得的疏水性SiO2纳米颗粒分散至混合溶剂中，超声分散1-20min，加入粘接剂，超声1-20min，加入固化剂后摇匀，20-40s后涂布并固化于衬底的外表面上，即得超疏水绝缘薄膜材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，以体积份数计乙醇为50-150份，浓氨水为4-12份，正硅酸乙酯为9-27份，六甲基二硅胺烷为1-20份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，每100g混合溶剂中所述疏水性SiO2纳米颗粒的添加量为2-6g。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述粘结剂为羟基丙烯酸树脂，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯，每100g混合溶剂中所述粘结剂的添加量为0.1-1g，所述固化剂的添加量为0.015-0.1mL。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述混合溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，所述第一溶剂选自乙醇，所述第二溶剂选自乙酸酯类溶剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二溶剂选自乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂的混合体积比为7:3。
8.一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，其特征在于，根据权利要求1-7任一项所述的制备方法获得。
9.根据权利要求8所述的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料在防水材料中的应用。
10.根据权利要求8所述的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料在电力绝缘子、输电线路、配电铁塔、砼杆、配电网设备中的应用。
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