CN108841283B - 一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料及其制备方法和应用，制备方法包括：将羟基氟硅油与环氧基硅氧烷溶于第一溶剂中，加入催化剂后加热反应制得环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液，随后加入含氟单体，搅拌溶胀，最后加入引发剂再加热反应即得；该涂料在复合绝缘子上制得的涂层的附着力为国标一级，拉伸强度大于5Mpa，疏水接触角大于135°。本发明通过环氧基改性含氟聚硅氧烷，可有效提高其附着力，且含氟聚合物结构具有低表面能，疏水性能优异，同时其互穿网络型结构具有良好的机械性能和耐老化性能，制备条件简单，工艺可控，所需设备常见，原料易得且价廉，适用于工业化大批量生产，具有强大的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及涂料制备技术领域，更具体的，涉及一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料及其制备方法和应用。
背景技术
复合绝缘子因具有良好的耐污闪性能在高压输电线路中得到了广泛应用，然而，由于其伞裙间距短和伞径较小，覆冰很容易将相邻伞裙桥接，缩短爬电距离，最终使复合绝缘子发生覆冰闪络并导致输电线路跳闸停电。据统计，2010-2017年冬季覆冰期间，我国±500kV江城线复合绝缘子每年均发生了不同严重程度的覆冰现象，绝缘子冰闪跳闸事故高达36次，给三峡电力输送和大电网安全稳定运行带来了严重威胁。
近年来，防冰闪涂料在复合绝缘子防冰领域得到了越来越多的应用，并逐渐引起了人们的广泛关注。应用于复合绝缘子的防覆冰涂料主要有半导体发热型和疏水型两种，其中，半导体发热型主要通过在涂料中加入导电材料使其成为半导体，涂覆在复合绝缘子上使其在运行电压下有泄漏电流通过，在涂层中产生焦耳热，使绝缘子表面温度升高而达到防覆冰效果，然而，半导体发热型防冰闪涂料在非覆冰期时也处于发热状态，对绝缘子寿命和绝缘性能有负面影响，从而限制了其推广应用的可能；疏水型防冰闪涂料则主要通过阻止过冷却水(雾)滴在伞裙表面形成连续水膜，从而达到降低覆冰增长速度的目的，最终实现有效防冰，但由于材料配方原因，现有的疏水型防冰闪涂料表面的接触角均小于120°，即现有的疏水型防冰闪涂料的疏水性和在复合绝缘子基体表面的附着力欠佳，且现场运行经验表明，现有的疏水型防冰闪涂料还存在机械性能差、老化快、寿命低和疏水性易丧失等问题，综合性能亟需进一步提高。
综上所述，如何在现有研究基础上，通过采用合适的原料，改进制备工艺，提供一种制备工艺简单可控、原料成本和生产成本低廉、所得产品的疏水性能、在复合绝缘子伞裙上附着性能、机械性能和耐候性能优异的绝缘子防冰闪涂料及其制备方法，具有重要的理论和实际意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料及其制备方法和应用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明一方面提供了一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将羟基氟硅油与环氧基硅氧烷按质量比为1：(0.04-0.3)的比例溶于第一溶剂中，加入催化剂，加热反应，制得环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
S2、往步骤S1中制得的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中加入含氟单体，搅拌，制得含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
S3、将引发剂加入到步骤S2中制得的含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中，加热反应后即得。
在上述技术方案中，在步骤S1中，所述羟基氟硅油为双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷。
进一步地，在上述技术方案中，所述环氧基硅氧烷为环氧基三甲氧基硅烷、环氧基三乙氧基硅烷、环氧基丙基三甲氧基硅烷和环氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
进一步地，在上述技术方案中，所述第一溶剂为正庚烷、甲苯和二甲苯中的一种或多种。
优选地，在上述技术方案中，在步骤S1中，所述羟基氟硅油为分子量为1000-100000，且三氟丙基与甲基的摩尔比为(0.05-0.6)：1的双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷。
进一步优选地，在上述技术方案中，在步骤S1中，所述羟基氟硅油、所述环氧基硅氧烷和所述第一溶剂的质量比为1：(0.05-0.2)：(2-10)。
再进一步优选地，在上述技术方案中，在步骤S1中，所述催化剂为月桂酸锡。
进一步地，在上述技术方案中，所述催化剂的加入量为所述羟基氟硅油质量的0.08-0.12倍。
进一步地，在上述技术方案中，所述反应温度为50-100℃。
进一步地，在上述技术方案中，所述反应时间为2-12h。
在上述技术方案中，在步骤S2中，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种。
进一步地，在上述技术方案中，所述含氟单体的加入量为所述环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液的5-20wt％。
在上述技术方案中，在步骤S3中，所述引发剂为过氧苯甲酰和/或偶氮二异丁腈。
进一步地，在上述技术方案中，所述引发剂的加入量为所述含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液的0.2-1wt％。
优选地，在上述技术方案中，在步骤S3中，所述反应温度为75-85℃。
进一步地，在上述技术方案中，所述反应时间为0.5-6h。
根据本发明另一方面提供了上述的制备方法制备得到的互穿网络型绝缘子防冰闪涂料。
根据本发明又一方面提供了一种绝缘子防冰闪涂层材料，所述绝缘子防冰闪涂层材料采用权利要求1-8任一项所述的制备方法或权利要求9所述的涂料制成，所述涂层在复合绝缘子伞裙表面的附着力为国标一级，拉伸强度大于5Mpa，疏水接触角大于135°。
本发明的优点：
(1)通过环氧基改性含氟聚硅氧烷，可以提高防冰闪涂料与复合绝缘子伞裙基体的附着力；
(2)含氟聚合物具有低的表面能，同时会往表面迁移，因而整个防冰闪涂料的表面能低，疏水性能好；
(3)含氟聚合物迁移过程中自组装形成类荷叶的表面结构，进一步提高防冰闪涂料的疏水性能；
(4)聚合物互穿网络结构的形成阻止了含氟聚合物的流失，因而整体的防冰闪涂料使用寿命长；
(5)防冰闪涂料的合成仅仅包括两步回流加热过程，制备过程简单，效率高。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料的制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于进一步说明本发明的内容，不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，本发明实施例中所用的实验试剂和材料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例
本发明实施例提供了一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料的制备方法，其工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1、将羟基氟硅油与环氧基硅氧烷按质量比为1：(0.04-0.3)的比例溶于第一溶剂中，加入催化剂，加热反应，制得环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
具体地，所述羟基氟硅油为双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷；
详细地，所述羟基氟硅油为分子量为1000-100000，且三氟丙基与甲基的摩尔比为(0.05-0.6)：1的双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷。
具体地，所述环氧基硅氧烷为环氧基三甲氧基硅烷、环氧基三乙氧基硅烷、环氧基丙基三甲氧基硅烷和环氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种；
具体地，所述第一溶剂为正庚烷、甲苯和二甲苯中的一种或多种；
详细地，所述羟基氟硅油、所述环氧基硅氧烷和所述第一溶剂的质量比为1：(0.05-0.2)：(2-10)；
具体地，所述催化剂为月桂酸锡；
具体地，所述催化剂的加入量为所述羟基氟硅油质量的0.08-0.12倍；
具体地，所述反应温度为50-100℃；
具体地，所述反应时间为2-12h。
S2、将含氟单体加入到步骤S1中制得的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中，搅拌，制得含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
具体地，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种；
具体地，所述含氟单体的加入量为步骤S1中双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷用量的5-20wt％；
S3、将引发剂加入到步骤S2中制得的含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中，加热反应后即得；
具体地，所述引发剂为过氧苯甲酰和/或偶氮二异丁腈；
具体地，所述引发剂的加入量为所述含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液用量的0.2-1wt％；
详细地，所述反应温度为75-85℃；
详细地，所述反应时间为0.5-6h。
本发明实施例对比了利用不同的试验原料、采用不同工艺参数制备互穿网络型绝缘子防冰闪涂料的试验，具体试验条件如下表1和2所示。
表1本发明实施例中所采用的试验原料的对照表
表2本发明实施例中所采用的试验条件的对照表
同时，将上述各实施例制得的涂料涂敷在复合绝缘子伞裙表面上，并测试其性能。
参照国家标准GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的画格试验》，采用划格法测试上述防冰闪涂料在复合绝缘子伞裙表面的附着力。
另外，参考相关国标，依次测定上述防冰闪涂料涂覆后得到的涂层材料的拉伸强度，涂层的接触角，以及涂层材料在120℃高温环境下老化30天后的拉伸强度和接触角，测试数据结果如下表3所示。
表3本发明实施例中所制备的涂料的性能测试结果
从表3中的结果可以看出，环氧基团的含量越高，得到的聚合物材料的拉伸强度越高，其原因在于交联的环氧基团结构具有良好的力学性能，可以大大提高聚合物材料的整体强度；此外，使用的含氟单体的用量越大，含氟硅油的含氟量越高，得到的材料的接触角越高，其原因在于材料的C-F键的比例越高，其表面能越低，接触角越高，总体而言实施例4对应的涂料综合性能最佳；对比初始和老化后的接触角和拉伸强度的结果可知，材料老化后强度和接触角都有一定的下降，含氟量越高，下降的越少，其原因在于C-F键具有良好的稳定性和耐候性，因而含氟量越高，整体材料的抗老化性能越好。
最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，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 (6)
1.一种互穿网络型绝缘子防冰闪涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将羟基氟硅油与环氧基硅氧烷溶于第一溶剂中，加入催化剂，加热反应，制得环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
S2、往步骤S1中制得的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中加入含氟单体，搅拌，制得含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液；
S3、将引发剂加入到步骤S2中制得的含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液中，加热反应后即得；
其中：
在步骤S1中，所述环氧基硅氧烷为环氧基三甲氧基硅烷、环氧基三乙氧基硅烷、环氧基丙基三甲氧基硅烷和环氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种，所述羟基氟硅油为分子量为1000-100000、且三氟丙基与甲基的摩尔比为（0.05-0.6）：1的双端羟基聚甲基三氟丙基硅氧烷，所述第一溶剂为正庚烷、甲苯和二甲苯中的一种或多种，所述羟基氟硅油、所述环氧基硅氧烷和所述第一溶剂的质量比为1：（0.05-0.2）：（2-10）；
在步骤S2中，所述含氟单体为丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯和甲基丙烯酸十二氟庚酯中的一种或多种，所述含氟单体的加入量为所述环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液的5-20 wt%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，
所述催化剂为月桂酸锡；
和/或，所述催化剂的加入量为所述羟基氟硅油质量的0.08-0.12 倍；
和/或，所述反应温度为50-100 ℃；
和/或，所述反应时间为2-12 h。
3.根据权利要求1任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，
所述引发剂为过氧苯甲酰和/或偶氮二异丁腈；
和/或，所述引发剂的加入量为所述含氟单体溶胀的环氧基封端交联含氟聚硅氧烷溶液的0.2-1 wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，
所述反应温度为75-85 ℃；
和/或，所述反应时间为0.5-6 h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的互穿网络型绝缘子防冰闪涂料。
6.一种绝缘子防冰闪涂层材料，其特征在于，采用权利要求5所述的涂料制成，所述涂层在复合绝缘子伞裙表面的附着力为国标一级，拉伸强度大于5 MPa ，疏水接触角大于135°。
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