CN110499099A - 抗静电防污闪涂料及其制备方法 - Google Patents

抗静电防污闪涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料混合制备而成，所述原料包括成膜物质、填料、溶剂、微量元素、抗静电剂、催化剂和有机助剂。本发明的有益效果：本发明采用聚合物互连互配结构形成，利用硅化物材料优异的憎水性和憎水迁移性，使涂层表面明显减少对水珠、尘埃及带电微粒的吸附效应，利用聚酰亚胺和抗静电剂的特殊材料性能是固化后的涂层具有超强的自洁性和抗静电吸附性，有效地达到并大幅度的提高了此类产品在电力系统长期防污闪、防覆冰、免清扫的目的，能大幅度提高了耐污闪、耐雨闪电压，大幅度的提高了输变电设备的可靠性、安全性、延长了设备的使用周期，节约了费用，创造了社会价值。

Description

抗静电防污闪涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料加工技术领域，具体涉及一种抗静电防污闪涂料及其制备方法。
背景技术
所谓涂料是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。
现有技术中的涂料存在以下缺点：无抗静电性能，抗挂流性差；涂料的附着力差、机械性能不高，憎水迁移性下降，涂料耐久性差。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种抗静电防污闪涂料及其制备方法，其提升涂料的抗静电性、触变性、自洁性、附着力和机械性能。
本发明的目的是提供一种抗静电防污闪涂料。
本发明的再一目的是提供上述抗静电防污闪涂料的制备方法。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料包括成膜物质、填料、溶剂、微量元素、抗静电剂、催化剂和有机助剂，所述成膜物质为甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物。成膜物质即为主体材料。
固体表面的憎水性状态由材料的表面张力决定，根据著名的杨氏方程，它是描述湿润过程的基本方程。本发明的抗静电防污闪涂料选用了接触角大于90°的羟基封端二甲基硅氧烷(PDMS)。PDMS的分子组成中，决定其宏观性能的主要特征为：甲基基团中的小的纳米作用力和分子作用力；硅氧主链独一无二的柔顺性；硅氧的高键能；硅氧主链的局部离子特性；围绕硅氧主链紧密排列的非极性甲基基团向表面取向，屏蔽了Si-O键的强极性作用，使得本发明的抗静电型防污闪涂料表现出优异的憎水性。
本发明中主要的成膜物质是甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；室温硫化甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物是一种有机硅弹性体，它是比羟基封端的聚有机硅氧烷更为性能优异的弹性体为基础胶料，与交联剂、催化剂配合，能在常温下交联成三维网状结构。溶剂用来溶解成膜物质，调节涂料的粘度和固体含量，不参加反应过程，在固化过程中会逐渐挥发。填料主要用来提高涂料的强度，改变颜色、抗静电、阻燃和耐电弧烧蚀能力；微量元素屏蔽了涂层的静电吸附性，不再主动吸附空气中的污染颗粒；有机助剂通常是偶联剂，用来提高涂料与设备的黏附力。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述填料包括有机氟材料。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述溶剂为四氯乙烯。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述原料还包括阻燃材料，所述阻燃材料为氢氧化铝。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述原料按重量份包括：
成膜物质：甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物100-120份；溶剂：四氯乙烯22-34份；微量元素：正硅酸乙脂5-6份和聚酰亚胺粉1-2份；阻燃材料：氢氧化铝20-40份；填料：十溴联苯醚6-12份；改性白炭黑15-25份；纳米聚四氟乙烯微粉15-20份和钛白粉1-2份；抗静电剂5-6份；催化剂0.1-1份；有机助剂5-6份。
进一步的，所述填料为有机氟硅橡胶。
更进一步的，所述填料包括有机氟硅橡胶和其他添加物。由于聚有机硅氧烷分子间的作用力很小，生胶硫化后力学性能差，为了提高其力学性能，必须用填料补强。补强后的硅橡胶存在着以下几种交联：聚合物和聚合物之间的共价交联和缠结交联；填料与聚合物之间的共价交联、氢键交联以及填料和聚合物之间的范德华力交联；填料与聚合物分子链的缠结交联；填料被聚合物分子湿润(聚合物分子进入填料空隙)引起的交联；填料与填料之间的交联。由于这些交联点的存在，使得补强后的硅橡胶强度大为提高。本发明中利用各种填料的特性来有效改善现有技术存在的缺陷，提升涂料的耐用性，大幅度提高瓷(玻璃)绝缘子的耐污闪、耐雨闪电压，大幅度的提高了输变电设备的可靠性、安全性、延长了设备的使用周期。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述原料还包括阻燃材料，所述阻燃材料为氢氧化铝。它在硅橡胶中用以提高耐漏电起痕及电蚀损性的作用原理一般认为是当电弧烧灼材料表面时，材料局部表面的温度迅速升高，在220℃左右时氢氧化铝会分解出结晶水并吸收大量的热量，从而降低了材料表面的温度。分解出的结晶水在三氧化二铝的催化作用下可与有机材料分解时产生的游离碳发生反应，生成易挥发的CO和CO2，阻止了导电炭化通道的形成。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述原料还包括有机助剂，所述有机助剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的结构式如(Ⅰ)所示：
Y-R-SiX3 (Ⅰ)
其中，Y为有机反应基，X为可以进行水解反应生成Si-OH的基团，R为烷基或芳基。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，其中，所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
本发明的原料中的有机硅和塑料微粉(聚酰亚胺粉)的结合使本发明的涂料具有了较强的抗静电性，使其不吸附污染颗粒(PM2.5)，所以节约了很多人工的清扫费用，防止了发生电力闪落事故，给国家和社会都直接创造了效益。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料，进一步的，所述硅烷偶联剂的结构式如(Ⅰ)所示：
Y-R-SiX3 (Ⅰ)
其中，Y为有机反应基，X为可以进行水解反应生成Si-OH的基团，R为烷基或芳基。
进一步的，Y为乙烯基、环氧基、氨基或巯基，可以与有机化合物反应的基团，X为甲氧基、乙氧基或氯基，可以进行水解反应生成Si-OH的基团，R为烷基或芳基。硅烷偶联剂可以通过化学作用将有机聚合物与玻璃、矿物质填料和金属氧化物等无机材料牢固地沾合在一起，包括异物界面的桥联、各种性能的传递、防止水分的穿透、提供良好的粘合力、确保填料分散、疏水性能的进一步提高等，而这些功能和偶联剂中X基团的水解反应是分不开的。因为任何硅烷偶联剂的作用，都是从X基团的水解反应开始，形成可供进一步与基料作用的Si—OH基。偶联剂中的可水解基团X，只是起到桥梁过渡作用，它本身不进入材料中，对材料的影响很小。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后加入填料捏合1.5-2.5小时，研磨，形成待反应料；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中依次加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，即得所述抗静电防污闪涂料。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料的制备方法，其中，步骤(1)中，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷的添加量的比例为2-8:5-9。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料的制备方法，其中，步骤(2)中，所述聚酰亚胺放入前先加温至400℃以上进行熔化。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料的制备方法，其中，步骤(2)中，所述研磨为放入三辊研磨机中进行研磨，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后调节粘度和固体含量。
将粘度调节至80～120，固体含量调节至50～70％。粘度为恩氏粘度。
根据本发明的具体实施方式的抗静电防污闪涂料的制备方法，其中，步骤(3)中，待反应料放入反应釜中，加入聚酰亚胺并反应脱除低沸物2个小时，在密闭容器中再加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，再次调节粘度，即得所述抗静电防污闪涂料。
本发明的抗静电防污闪涂料主要用于电力系统变电站及输电线路绝缘子、发电厂和电力用户变电设备以及其它电气设备外绝缘持久防污闪。瓷(或玻璃)绝缘子使用本产品后，形成瓷(或玻璃)骨架的复合化结构，是提高输变电设备外绝缘的一种标准配置方案。
适用于交、直流系统额定电压高于1000KV，环境温度－50℃～+50℃，污秽条件下运行的变电站及架空输电线路设备外绝缘防污，预防闪络，提高设备的外绝缘等级。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用聚合物互连互配结构形成，利用硅化物材料优异的憎水性和憎水迁移性，使涂层表面明显减少对水珠、尘埃及带电微粒的吸附效应，利用聚酰亚胺和抗静电剂的特殊材料性能是固化后的涂层具有超强的自洁性和抗静电吸附性，有效地达到并大幅度的提高了此类产品在电力系统长期防污闪、防覆冰、免清扫的目的，能大幅度提高瓷(玻璃)绝缘子的耐污闪、耐雨闪电压，大幅度的提高了输变电设备的可靠性、安全性、延长了设备的使用周期，节约了费用，创造了社会价值。
(2)本发明的抗静电防污闪涂料是在普通RTV-1和加强型RTV-2的基础上改变和创新了涂料的组分和制备方法，使涂料既有普通RTV产品的各项功能，又拥有了抗静电吸附的能力，提升涂料的耐用性、触变性、附着力和机械性能，优异的憎水性。
(3)本发明的抗静电防污闪涂料的憎水迁移性随着环境温度、污秽的特性、积污量和气压强度有微小不同，这是难以改变的。但是，涂料本身的组成材料使得憎水迁移性大大增强。由于本发明的抗静电型防污闪涂料硫化时释放的小分子是硅橡胶材料在生产过程中残余的未交联的以硅油形式存在的一种硅氧烷，这些硅氧烷是小分子在硅橡胶内部维持热动平衡状态而产生的。这些硅氧烷小分子具有强憎水性，在涂料表面积有污秽时，小分子扩散在污层内和表面上，形成小分子网络，把污层深埋、包裹，并把憎水性迁移到污秽表面。
附图说明
图1显示根据本发明的抗静电防污闪涂料的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下实施例中的1重量份代表1kg。
实施例1
本实施例提供了一种抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料包括成膜物质、主体材料、填料、溶剂、微量元素、抗静电剂、催化剂和有机助剂，所述有机助剂为偶联剂，所述成膜物质为甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；所述填料为有机氟硅橡胶。
所述抗静电防污闪涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后加入填料捏合2小时，研磨，形成待反应料；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中加入聚酰亚胺并反应，再加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，即得所述抗静电防污闪涂料。
实施例2
本实施例提供了一种抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料按重量份包括：
成膜物质：甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物100份；溶剂：四氯乙烯34份；微量元素：正硅酸乙脂6份；聚酰亚胺粉1份；阻燃材料：氢氧化铝20份；填料：十溴联苯醚12份；改性白炭黑15份；纳米聚四氟乙烯微粉15份和钛白粉2份；抗静电剂6份；催化剂0.1份；有机助剂6份。所述有机助剂为N-(β-氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
本发明的原料中的有机硅和塑料微粉(聚酰亚胺粉)的结合使本发明的涂料具有了较强的抗静电性，使其不吸附污染颗粒(PM2.5)，所以节约了很多人工的清扫费用，防止了发生电力闪落事故，给国家和社会都直接创造了效益。
所述抗静电防污闪涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后加入填料捏合1.5小时，研磨，形成待反应料；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中加入聚酰亚胺并反应，再加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，即得所述抗静电防污闪涂料。
实施例3
本实施例提供了一种抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料按重量份包括：
成膜物质：甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物120份；溶剂：四氯乙烯34份；微量元素：正硅酸乙脂5份；聚酰亚胺粉1份；阻燃材料：氢氧化铝20份；填料：十溴联苯醚12份；改性白炭黑25份；纳米聚四氟乙烯微粉20份和钛白粉1份；抗静电剂6份；催化剂0.1份；有机助剂5份。
其中，所述有机助剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的结构式如(Ⅰ)所示：
Y-R-SiX3 (Ⅰ)
其中，Y为乙烯基、环氧基、氨基或巯基，可以与有机化合物反应的基团，X为甲氧基、乙氧基或氯基，可以进行水解反应生成Si-OH的基团，R为烷基或芳基。硅烷偶联剂可以通过化学作用将有机聚合物与玻璃、矿物质填料和金属氧化物等无机材料牢固地沾合在一起，包括异物界面的桥联、各种性能的传递、防止水分的穿透、提供良好的粘合力、确保填料分散、疏水性能的进一步提高等，而这些功能和偶联剂中X基团的水解反应是分不开的。因为任何硅烷偶联剂的作用，都是从X基团的水解反应开始，形成可供进一步与基料作用的Si—OH基。偶联剂中的可水解基团X，只是起到桥梁过渡作用，它本身不进入材料中，对材料的影响很小。
所述抗静电防污闪涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后加入填料捏合2.5小时，研磨，形成待反应料；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中加入聚酰亚胺并反应，再加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，即得所述抗静电防污闪涂料。
实施例4
本实施例提供了一种抗静电防污闪涂料，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料按重量份包括：
成膜物质：甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物110份；主体材料：聚酰亚胺3份；填料：四氯乙烯30份；溶剂：正硅酸乙脂10份；微量元素：改性白炭黑20份和钛白粉1.5份；抗静电剂：纳米聚四氟乙烯微粉18份；氢氧化铝8份；十溴联苯醚9份；催化剂0.6份；有机助剂20份；阻燃材料25份；甲基硅油15份。所述有机助剂为N-(β-氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷；所述阻燃材料为氢氧化铝。
所述抗静电防污闪涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷的添加量的比例为2:5；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于甲基硅油和溶剂中，然后加入填料、调色剂和阻燃剂捏合2.5小时，研磨，形成待反应料；所述研磨为放入三辊研磨机中进行研磨，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后将粘度调节至100，固体含量调节至60；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中加入聚酰亚胺并反应脱除低沸物2个小时，聚酰亚胺放入前先加温至400℃以上进行熔化，在密闭容器中再加入有机助剂和催化剂进行混合并反应，再次调节粘度至100，即得所述抗静电防污闪涂料。
对比例1
本对比例为市售的一种常用的抗静电防污闪涂料。
对比例2
本对比例与对比例4的区别是原料中的不含成膜物质，主体材料由氟碳树脂、改性树脂组成。填料、溶剂、微量元素、抗静电剂、催化剂和有机助剂与实施例4相同。
对比例3
本对比例与实施例4的唯一区别在于原料中的成膜物质不同，本对比例的成膜物质为苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液。
对比例4
本对比例与实施例4的唯一区别在于原料中的成膜物质不同，本对比例的成膜物质为甲基乙烯基硅橡胶和烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷。
对比例5
本对比例与实施例4的唯一区别在于原料中的成膜物质不同，本对比例的成膜物质为丙烯-乙烯共聚物。
本发明的的抗静电防污闪涂料与对比例的涂料的性能比较，如表1所示：
表1抗静电防污闪涂料与其他产品的性能比较
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述抗静电防污闪涂料由以下原料制备而成，所述原料包括成膜物质、填料、溶剂、微量元素、抗静电剂、催化剂和有机助剂，所述成膜物质为甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物。
2.根据权利要求1所述的抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述填料包括有机氟材料；所述溶剂为四氯乙烯。
3.根据权利要求1所述的抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述原料还包括阻燃材料，所述阻燃材料为氢氧化铝。
4.根据权利要求1-3任一所述的抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述原料按重量份包括：
成膜物质：甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物100-120份；溶剂：四氯乙烯22-34份；微量元素：正硅酸乙脂5-6份和聚酰亚胺粉1-2份；阻燃材料：氢氧化铝20-40份；填料：十溴联苯醚6-12份；改性白炭黑15-25份；纳米聚四氟乙烯微粉15-20份和钛白粉1-2份；抗静电剂5-6份；催化剂0.1-1份；有机助剂5-6份。
5.根据权利要求1所述的抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述有机助剂为硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的结构式如(Ⅰ)所示：
Y-R-SiX3 (Ⅰ)
其中，Y为有机反应基，X为可以进行水解反应生成Si-OH的基团，R为烷基或芳基。
6.根据权利要求5所述的抗静电防污闪涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为N-(β-氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷。
7.制备权利要求1-6任一所述的抗静电防污闪涂料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷预混，形成甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物；
(2)将步骤(1)得到的所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后加入填料捏合1.5-2.5小时，研磨，形成待反应料；
(3)向步骤(2)得到的所述待反应料中加入催化剂和其他原料进行混合并反应，即得所述抗静电防污闪涂料。
8.根据权利要求7所述的抗静电防污闪涂料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷的添加量的比例为2-8:5-9。
9.根据权利要求7所述的抗静电防污闪涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚酰亚胺放入前先加温至400℃以上进行熔化。
10.根据权利要求7所述的抗静电防污闪涂料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述研磨为放入三辊研磨机中进行研磨，所述甲基乙烯基硅橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷共混物溶解于溶剂中，然后调节粘度和固体含量。
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