CN109897536A - 一种防覆冰涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防覆冰涂料的制备方法，属于涂料技术领域。本发明所制得的防覆冰涂料在制备过程中，以马铃薯为原料提取的微晶纤维粉在常温下为易软化的纤维，有利于防覆冰涂料中水分可以在刚形成的冰晶中流动而利于蒸发，本发明中所添加的微晶纤维粉在防覆冰涂料中均匀分散，连接到水分子氢键形成弱凝胶，可以减少防覆冰涂料中金属盐在低温时由于温度过低产生水化结晶沉淀，减少飞机除冰液对金属线路的腐蚀侵害，同时降粘润滑填料为包覆氧化亚铜的纳米二氧化钛以及纳米氮化硼颗粒，氧化亚铜具有良好的导热性能，它与碳纳米管具有相似的导热管壁结构，有利于提升防覆冰涂料的导热性能，使高压输电线路得到充分的保护，具有广阔的应用前景。

Description

一种防覆冰涂料的制备方法

技术领域

本发明公开了一种防覆冰涂料的制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

冻雨对高压电缆、电线、通讯设备、航天器、桥梁、公路、机场等室外设施会造成严重的影响。近年来，随着经济的快速发展，冻雨雪对户外设施的损害也日益严重，引起世界各国相关科学工作者的密切关注。高压电网线路在雨雪、低温等条件下易形成覆冰而导致电网垂直负载过重，继而发生倒塔、断线、直至整体结构垮塌而使电网瘫痪。快速、高效、经济的解决覆冰问题是目前亟待攻克的重大技术之一。采用防覆冰涂料可以通过附着在导线表面的强疏水性涂料减缓或避免覆冰形成。

从覆冰形成机理分析，依靠疏水表面对推迟大滴冻雨结成冰圈有效果，但细滴雨会很快变成细小冰珠层，一但细小冰珠层将疏水表面隔离，即可形成薄层冰圈。一旦形成薄层冰圈，涂料的疏水表面就对延缓结冰失去作用。

物理防覆冰方法通常是采用电热方法对基材表面进行加热，能够有效防止基材表面覆冰或结霜，但是能耗太大。化学防覆冰方法通常应用于飞机表面防覆冰领域，通常是在其表面涂覆结冰抑制剂。这类结冰抑制剂通常为有机液体，一方面，这类液体不能稳定、长期存在于飞机表面，使用时间短，需要反复施工；另一方面，流失的液体会对环境造成污染。近年来，有报道认为疏水或超疏水材料表面能够用于防覆冰领域，然而这类材料只能在一定程度上起到延缓结冰或结霜的作用，另外这类材料表面的机械性能不佳，在使用过程中表面结构容易被破坏从而失去延缓结冰的作用。

目前，对于防覆冰涂料的研究主要是在基材表面涂上防冰霜涂层，主要有两种防冰霜材料：亲水性防覆冰涂料，亲水涂层可吸附大量的水，并且加入乙二醇等降低凝固点实现防覆冰的作用，但亲水涂料使用的温度及湿度范围有限，并且污染后会降低甚至失去防覆冰的功能；疏水性防覆冰涂料，疏水性或超疏水性基材表面由于具有较低的表面能，水滴在光滑的疏水基材表面上不能完全铺展，水滴与基材表面的接触面积较小，当水滴在基材表面的接触角随着基材表面能的降低而增加时，水滴与基材表面的接触面积就逐渐减小，从而降低了基材表面与水滴之间的热传导，延缓了水滴的凝固，但是随着时间的增长和温度的降低，疏水材料便失去了防覆冰的作用。现有的防覆冰涂料还存在导热性差，不能将输电发热传导至覆冰涂料外表面的缺陷。

因此，发明一种防覆冰性能好，导热性好的防覆冰涂料对涂料技术领域具有积极意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对防覆冰涂料应用于高压输电线路表面防覆冰性能差，导热性差，不能将输电发热传导至覆冰涂料外表面的缺陷，提供了一种防覆冰涂料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种防覆冰涂料的制备方法为：

（1）将质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和氯碱工业废水、生石灰、竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至40～50℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以3000～4000r/min的转速，离心分散15～18min，去除下层沉渣，得到上层液；

（2）将质量分数为20%氟硅乳液、微晶纤维粉、上述上层液、降粘润滑填料、乙二醇、羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以400～500r/min的转速，加热升温至40～50℃，并向混料机中以4～5L/min的速率通入氨气，搅拌出料，得到防覆冰涂料；

降粘润滑填料制备方法为：

（1）将酒石酸钠、五水硫酸铜、纳米二氧化钛、纳米氮化硼、去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以4～5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20～22份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至90～100℃；

（2）待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温10～15min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤3～4次后放入设定温度为50～60℃的烘箱中干燥7～8h，得到降粘润滑填料；

微晶纤维粉制备方法为：

（1）称取600～700g马铃薯，放入石磨中磨粉3～4h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1000～1200mL水和500～700mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在90～100℃条件下搅拌2～3h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以4500～5000r/min的转速离心分离10～15min，去除上层清液得到下层滤渣；

（2）将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣3～5次后，再向烧杯中加入200～300mL质量分数为20～25g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至4.8～5.2，对烧杯加热升温至70～80℃，保温处理2～3h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸混合，加热升温至95～105℃，保温干燥处理2～3h后，得到微晶纤维粉。

上层液制备过程中各原料，按重量份数计，包括质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液40～50份和氯碱工业废水70～80份、生石灰20～30份、竹炭粉50～60份。

的防覆冰涂料制备原料，按重量份数计，包括质量分数为20%氟硅乳液20～25份、微晶纤维粉7～9份、上述上层液40～50份、降粘润滑填料10～15份、乙二醇30～40份、羧甲基纤维素钠4～5份。

防覆冰涂料出料前，需要通氨气直至反应液pH为8～9。

降粘润滑填料制备方法中三口烧瓶中各原料，按重量份数计，包括酒石酸钠10～12份、五水硫酸铜40～50份、纳米二氧化钛4～5份、纳米氮化硼7～8份、去离子水200～250份。

降粘润滑填料制备方法中加入葡萄糖溶液应持续至蓝色消失，以确保铜离子被还原完全。

微晶纤维粉制备方法中为保证微晶纤维结构不被破坏，并具有较好的细度离心转速可进一步控制为4500～4700r/min。

微晶纤维粉制备方法中脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸混合质量比为1︰2。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将马铃薯磨粉制得马铃薯渣，向其中加入氢氧化钠溶液碱煮后离心得到滤渣，将滤渣水洗后用亚氯酸钠溶液、冰醋酸处理，加热保温得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与盐酸混合，煮沸并干燥得到微晶纤维粉，将竹炭粉、葡萄糖酸钠母液、氯碱工业废水、生石灰等加热混合反应得到悬浮液，经过离心分离得到上层液，将氟硅乳液、降粘润滑填料、微晶纤维粉、上层液、降粘润滑填料、乙二醇、羧甲基纤维素钠等加热混料，同时通氨气，反应结束出料得到防覆冰涂料，本发明所制得的防覆冰涂料在制备过程中，以马铃薯为原料提取的微晶纤维粉在常温下为易软化的纤维，在输电线表面因低温而结冰的过程中，微晶纤维素充当一个物理堵塞，阻止晶粒形成大冰晶，并且少量的微晶纤维素足以防止冰晶的增大，较小粒径的冰晶之间存在气孔，有利于防覆冰涂料中水分可以在刚形成的冰晶中流动而利于蒸发，降低冰点，避免形成冰圈；

（2）本发明中所添加的微晶纤维粉在防覆冰涂料中均匀分散，连接到水分子氢键形成弱凝胶，可以减少防覆冰涂料中金属盐在低温时由于温度过低产生水化结晶沉淀，避免在输电线路表面形成冰块，本发明中从氯碱工业废水中氯盐提取出降冰点金属盐，使废物资源得到合理利用，降低防覆冰涂料的制备成本，活性炭除去重金属杂质，减少飞机除冰液对金属线路的腐蚀侵害，同时降粘润滑填料为包覆氧化亚铜的纳米二氧化钛以及纳米氮化硼颗粒，氧化亚铜具有良好的导热性能，纳米氧化钛对输电线起到防紫外老化和疏水功能，纳米氮化硼具有高电阻和润滑性能，起到润滑降粘效果，并且它与碳纳米管具有相似的导热管壁结构，有利于提升防覆冰涂料的导热性能，使高压输电线路得到充分的保护，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

按重量份数计，将10～12份酒石酸钠、40～50份五水硫酸铜、4～5份纳米二氧化钛、7～8份纳米氮化硼、200～250mL去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以4～5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20～22份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至90～100℃；待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温10～15min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液直至蓝色消失，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤3～4次后放入设定温度为50～60℃的烘箱中干燥7～8h，得到降粘润滑填料，备用；称取600～700g马铃薯，放入石磨中磨粉3～4h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1000～1200mL水和500～700mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在90～100℃条件下搅拌2～3h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以4000～5000r/min的转速离心分离10～15min，去除上层清液得到下层滤渣；将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣3～5次后，再向烧杯中加入200～300mL质量分数为20～25g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至4.8～5.2，对烧杯加热升温至70～80℃，保温处理2～3h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰2混合，加热升温至95～105℃，保温干燥处理2～3h后，得到微晶纤维粉；按重量份数计，将40～50份质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和70～80份氯碱工业废水、20～30份生石灰、50～60份竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至40～50℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以3000～4000r/min的转速，离心分散15～18min，去除下层沉渣，得到上层液；按重量份数计，将20～25份质量分数为20%氟硅乳液、7～9份微晶纤维粉、40～50份上述上层液、10～15份降粘润滑填料、30～40份乙二醇、4～5份羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以400～500r/min的转速，加热升温至40～50℃，并向混料机中以4～5L/min的速率通入氨气，直至反应液pH为8～9，搅拌出料，得到防覆冰涂料。

降粘润滑填料的制备：按重量份数计，将10份酒石酸钠、40份五水硫酸铜、4份纳米二氧化钛、7份纳米氮化硼、200mL去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以4mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至90℃；

待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温10min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液直至蓝色消失，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤3次后放入设定温度为50℃的烘箱中干燥7h，得到降粘润滑填料。

微晶纤维粉的制备：称取600g马铃薯，放入石磨中磨粉3h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1000mL水和500mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在90℃条件下搅拌2h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以4000r/min的转速离心分离10min，去除上层清液得到下层滤渣；

将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣3次后，再向烧杯中加入200mL质量分数为20g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至4.8，对烧杯加热升温至70℃，保温处理2h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰2混合，加热升温至95℃，保温干燥处理2h后，得到微晶纤维粉。

防覆冰涂料的制备：按重量份数计，将40份质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和70份氯碱工业废水、20份生石灰、50份竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至40℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以3000r/min的转速，离心分散15min，去除下层沉渣，得到上层液；

按重量份数计，将20份质量分数为20%氟硅乳液、7份微晶纤维粉、40份上述上层液、10份降粘润滑填料、30份乙二醇、4份羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以400r/min的转速，加热升温至40℃，并向混料机中以4L/min的速率通入氨气，直至反应液pH为8，搅拌出料，得到防覆冰涂料。

降粘润滑填料的制备：按重量份数计，将11份酒石酸钠、45份五水硫酸铜、4份纳米二氧化钛、7份纳米氮化硼、220mL去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以4mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入21份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至95℃；

待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温12min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液直至蓝色消失，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤3次后放入设定温度为55℃的烘箱中干燥7.5h，得到降粘润滑填料。

微晶纤维粉的制备：称取650g马铃薯，放入石磨中磨粉3.5h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1100mL水和600mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在95℃条件下搅拌2.5h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以4500r/min的转速离心分离12min，去除上层清液得到下层滤渣；

将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣4次后，再向烧杯中加入250mL质量分数为22g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至5.0，对烧杯加热升温至75℃，保温处理2.5h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰2混合，加热升温至100℃，保温干燥处理2.5h后，得到微晶纤维粉。

防覆冰涂料的制备：按重量份数计，将45份质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和75份氯碱工业废水、25份生石灰、55份竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至45℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以3500r/min的转速，离心分散17min，去除下层沉渣，得到上层液；

按重量份数计，将22份质量分数为20%氟硅乳液、8份微晶纤维粉、45份上述上层液、12份降粘润滑填料、25份乙二醇、4份羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以450r/min的转速，加热升温至45℃，并向混料机中以4L/min的速率通入氨气，直至反应液pH为8，搅拌出料，得到防覆冰涂料。

降粘润滑填料的制备：按重量份数计，将12份酒石酸钠、50份五水硫酸铜、5份纳米二氧化钛、8份纳米氮化硼、250mL去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入22份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至100℃；

待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温15min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液直至蓝色消失，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤4次后放入设定温度为60℃的烘箱中干燥8h，得到降粘润滑填料。

微晶纤维粉的制备：称取700g马铃薯，放入石磨中磨粉4h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1200mL水和700mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在100℃条件下搅拌3h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以5000r/min的转速离心分离15min，去除上层清液得到下层滤渣；

将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣5次后，再向烧杯中加入300mL质量分数为25g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至5.2，对烧杯加热升温至80℃，保温处理3h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸按质量比为1︰2混合，加热升温至105℃，保温干燥处理3h后，得到微晶纤维粉。

防覆冰涂料的制备：按重量份数计，将50份质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和80份氯碱工业废水、30份生石灰、60份竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至50℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以4000r/min的转速，离心分散18min，去除下层沉渣，得到上层液；按重量份数计，将25份质量分数为20%氟硅乳液、9份微晶纤维粉、50份上述上层液、15份降粘润滑填料、40份乙二醇、5份羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以500r/min的转速，加热升温至50℃，并向混料机中以5L/min的速率通入氨气，直至反应液pH为9，搅拌出料，得到防覆冰涂料。

对比例1：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少降粘润滑填料。

对比例2：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少微晶纤维粉。

对比例3：北京某公司生产的防覆冰涂料。

防覆冰性能测试：将实例1～3和对比例中制备得到的防覆冰涂料涂覆在板材表面放置在-5℃、湿度为80%、结冰样品冷冻5小时后进行冰粘附强度的大小测试，并测得未涂覆防覆冰涂料的覆冰板的冰粘附强度，冰粘附强度越低表示防覆冰性越好，结果如表1所示。

防覆冰性测试：将实例1～3和对比例中制备得到的防覆冰涂料涂覆在板材表面放置在-20℃、湿度为20%、冷冻5小时后观察表面是否出现结霜、结冰的现象。

热导率测试按ASTME1530标准进行检测。

表1防覆冰涂料性能测定结果

根据上述检测数据可知本发明的防覆冰涂料防覆冰效果好，冰粘附强度低，冷冻5小时后表面未出现结霜、结冰的现象，热导率高，导热性好，可以将输电发热传导至覆冰涂料外表面，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液和氯碱工业废水、生石灰、竹炭粉混合置于反应釜中，加热升温至40～50℃，得到悬浮液，将悬浮液置于高速离心机中以3000～4000r/min的转速，离心分散15～18min，去除下层沉渣，得到上层液；

（2）将质量分数为20%氟硅乳液、微晶纤维粉、上述上层液、降粘润滑填料、乙二醇、羧甲基纤维素钠混合置于混料机中，以400～500r/min的转速，加热升温至40～50℃，并向混料机中以4～5L/min的速率通入氨气，搅拌出料，得到防覆冰涂料；

所述的降粘润滑填料具体制备步骤为：

（1）将酒石酸钠、五水硫酸铜、纳米二氧化钛、纳米氮化硼、去离子水装入三口烧瓶中，用滴液漏斗以4～5mL/min的滴加速率向三口烧瓶中加入20～22份质量分数为40%的氢氧化钠溶液，对三口烧瓶水浴加热至90～100℃；

（2）待上述三口烧瓶中溶液出现蓝色后继续保温10～15min，向三口烧瓶中加入质量分数为10%的葡萄糖溶液，过滤去除滤液，分离得到红色颗粒，将红色颗粒用清水和无水乙醇依次洗涤3～4次后放入设定温度为50～60℃的烘箱中干燥7～8h，得到降粘润滑填料；

所述的微晶纤维粉具体制备步骤为：

（1）称取600～700g马铃薯，放入石磨中磨粉3～4h，得到马铃薯渣，将马铃薯渣放入塑料盆中，向塑料盆中加入1000～1200mL水和500～700mL质量分数为8%的氢氧化钠溶液，在90～100℃条件下搅拌2～3h后，得到马铃薯浆液，将马铃薯浆液置于离心分散机中，以4500～5000r/min的转速离心分离10～15min，去除上层清液得到下层滤渣；

（2）将上述滤渣置于烧杯中，用去离子水洗涤滤渣3～5次后，再向烧杯中加入200～300mL质量分数为20～25g/mL的亚氯酸钠溶液，用质量分数为90%的冰醋酸溶液调节pH至4.8～5.2，对烧杯加热升温至70～80℃，保温处理2～3h后，得到脱木质素纤维，将脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸混合，加热升温至95～105℃，保温干燥处理2～3h后，得到微晶纤维粉。

2.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的上层液制备过程中各原料，按重量份数计，包括质量分数为20%的葡萄糖酸钠母液40～50份和氯碱工业废水70～80份、生石灰20～30份、竹炭粉50～60份。

3.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的防覆冰涂料制备原料，按重量份数计，包括质量分数为20%氟硅乳液20～25份、微晶纤维粉7～9份、上述上层液40～50份、降粘润滑填料10～15份、乙二醇30～40份、羧甲基纤维素钠4～5份。

4.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的防覆冰涂料出料前，需要通氨气直至反应液pH为8～9。

5.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的降粘润滑填料具体制备步骤（1）中三口烧瓶中各原料，按重量份数计，包括酒石酸钠10～12份、五水硫酸铜40～50份、纳米二氧化钛4～5份、纳米氮化硼7～8份、去离子水200～250份。

6.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的降粘润滑填料具体制备步骤（2）中加入葡萄糖溶液应持续至蓝色消失，以确保铜离子被还原完全。

7.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的微晶纤维粉具体制备步骤（1）中为保证微晶纤维结构不被破坏，并具有较好的细度离心转速可进一步控制为4500～4700r/min。

8.根据权利要求1所述的一种防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的微晶纤维粉具体制备步骤（2）中脱木质素纤维与质量分数为10%的盐酸混合质量比为1︰2。