CN111019456A - 一种耐久性超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐久性超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法，该涂料按质量百分比计，由以下组分组成：丙烯酸树脂10％～30％，聚氨酯1％～5％，有机溶剂50％～70％，二氧化硅10％～20％，二氧化锆0.5％～10％，气相二氧化硅0.5％～9％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％‑5％，增稠增硬添加剂3％～8％。该涂料的制备方法是将各组分按顺序和配比搅拌混合并超声分散均匀即可。该涂料的使用方法是直接喷涂或刷涂于绝缘子和室外电力设施表面，涂层厚度以0.1～0.5mm最佳，常温固化60～120min即可。本发明提供的超疏水三防涂料，是一种制备方法简单、成本低廉、使用方便、具备超强疏水性、耐刮性、耐磨性和耐候性的自清洁纳米复合杂化常温固化涂料，可有效地达到绝缘子和室外电力设施防污、防闪和防腐的目的，具有广阔的应用前景。

Description

一种耐久性超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其是输电线路防污闪涂料技术领域，具体涉及一种超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
近年来，电力系统不断升级，环境污染持续加剧，输电线路外绝缘和变电站室外电力设施防污、防闪、防腐问题亟待解决。防污是防闪和防腐的前提，环境中的有机和无机污染物以粉尘、水汽为载体附着于电气设备表面，潮湿环境下，会在设备表面形成一层连续导电水膜，大大降低绝缘设备的绝缘性能和电力设施的防腐性能，严重者甚至造成绝缘子沿面闪络和大面积停电跳闸事故。
截止目前，涂覆防污闪涂料被认为是提高绝缘子防污闪能力、延长电力设备运行寿命的一种低成本、高效率措施。根据涂层表面静态水接触角(water contact angle,简称WCA)的不同，防污闪涂料可分为两种：一种是超亲水性防污闪涂料，如CN100999624A、CN104789003A、CN203055573U涉及到的纳米TiO2无机防污闪涂料，其WCA小于10°；另一种是疏水性防污闪涂料，如CN105086820A、CN105623503A、CN103333606A、CN101857771B、CN102702965B、CN102618138B涉及到的室温硫化硅橡胶(RTV)涂料，以及CN103242718A、CN104962143A、CN103224741B涉及到的氟碳涂料，它们能提供WCA介于90°～135°的疏水涂层，再有通过在基材外表面多层修饰达到WCA＞150°的超疏水涂层。
超亲水涂料和疏水涂料的目标都是防污闪，着力解决的都是电力设备表面防污的问题。超亲水涂料利用纳米TiO2溶胶的超亲水性和光催化性，使涂层表面形成连续水膜并具有光自洁性，在阳光作用下可有效降解电力设备表面附着的有机污染物，并通过风力、雨水等外力带走表面的无机污染物，达到防污闪的目的；但正式带电运行的效果不理想，其去污能力受到太阳光和自然作用力极大的限制，且无法排除静电效应对环境中粉尘的吸附，与普通绝缘子相比，往往积污更为严重。疏水涂料特别是RTV涂料在国内已推广运行二十余年，有着广泛的研究基础和实践经验，其疏水性和疏水迁移性可在一定时间内有效阻止电力设施表面形成连续水膜，防止形成干湿区，造成闪络事故；但RTV涂料90°～135°的WCA值无法满足高效去除无机污染物的要求，而亲油性又使其容易吸附大量环境中的有机污染物，正式带电运行后，往往也比普通绝缘子积累更厚的污秽层，它还存在耐候性差、耐腐蚀性差、重涂性差等缺陷，限制了其进一步的推广应用。
绝缘子和室外电力设施涂覆防污闪涂料带电运行的实践证明，如何同步有效地去除附着在电力设备表面的有机污染物和无机污染物，并保持涂层具有良好的耐候性、耐光和化学腐蚀性、重涂性，且制作和喷涂工艺上廉价、简便、无毒无污染，是今后电力设施防污闪涂料的主要发展方向。
发明内容
为了克服现有防污闪涂料的不足，本发明要解决的技术问题主要有三个方面，一是进一步增加涂料涂层的疏水性，以提升对水滴、粉尘等无机物的抗污染能力：二是提高涂料涂层的耐候性、耐光腐蚀性、耐化学腐蚀性、低摩擦性、电气性能、光自洁性能和机械强度，以增加涂料涂层的耐久性；三是提供本发明的涂料的制备方法和使用方法。
本发明的技术方案是：
一种耐久性超疏水三防涂料，所述涂料由以下组分按相应的质量百分比组成：丙烯酸树脂10％～30％，聚氨酯1％～5％，有机溶剂50％～70％，二氧化硅10％～20％，二氧化锆0.5％～10％，气相二氧化硅0.5％～9％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％～5％，增粘增硬添加剂3％～8％。可根据污区分布图确定电力设备所处环境的污秽等级，调整涂料中各组分的配比，制备适合相应污区环境的耐久性超疏水三防涂料。
其中，所述丙烯酸酯树脂为热塑性丙烯酸树脂，可反复受热软化和冷却凝固，添加后可使涂层耐候性好(接近交联型丙烯酸涂料的水平)，保光、保色性优良，耐水、耐酸、耐碱良好。
所述聚氨酯为热塑性聚氨酯，拥有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，而且是种成熟的环保材料。受热熔化后可与丙烯酸树脂分子键合，易溶于有机溶剂。
所述有机溶剂为醋酸丁酯、N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、石油醚、丙酮、丁酮中的至少一种。
所述二氧化硅为经过烷基改性的超疏水纳米SiO2，一次粒径为15～50nm，比表面积为80～300m2/g。使用烷基改性的纳米SiO2能够在较长一段时间内具备WCA＞150°的超疏水性，包裹在外的烷基结构与有机树脂和溶剂相容性好，同时利用超声波的高频振动产生的强冲击波和微射流等作用于固液介质，使液体产生振荡，较大程度地弱化纳米颗粒间的纳米作用能，有效地防止纳米颗粒团聚从而起到混匀液态物料的作用，使纳米SiO2更稳定地分散在涂料中；添加超疏水纳米SiO2有助于提高涂料的触变性、耐磨性和超疏水性能，可以选用硅烷偶联剂、含氟硅氧烷等改性过的纳米SiO2。
所述二氧化锆为纳米级单斜晶型ZrO2或四方晶型的ZrO2，一次粒径为20～50nm，比表面积为10～40m2/g，具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，所以添加纳米ZrO2有助于提高涂料的光自洁性能、耐紫外光性能和耐细菌侵蚀性能。可选用单斜晶型的纳米ZrO2粉体、四方晶型的纳米ZrO2粉体，以及单斜晶型与立方晶型混合的纳米ZrO2中的至少一种。
所述氟碳树脂为FEVE常温固化氟碳树脂，其作用是为涂层提供良好的成膜性能，并提升涂层的耐候性、流平性、耐光和化学腐蚀性以及低温柔韧性等性能，配合相应的添加剂，可控制涂层在所需的时间内固化成膜。所述FEVE常温固化氟碳树脂可以选用三氟氯乙烯-乙烯基酯多元共聚物，三氟氯乙烯-乙烯基醚多元共聚物，四氟乙烯-乙烯基酯多元共聚物，四氟乙烯-乙烯基醚多元共聚物中的至少一种。
所述硅烷偶联剂具有一个硅烷氧基和一个有机官能基，硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。所述硅烷偶联剂可选用的为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种。
所述气相二氧化硅为通过硅烃基改性的气相SiO2，其特征在于，制备方法为：选用不同型号的气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅作为原料，通过硅烃基基团与合适的化合物反应得到。硅羟基具有较高的活性，可以形成氢键，与其它介质之间具有良好地相互作用，提高体系中的低剪切粘度，从而在涂料中主要起到增稠和防沉降作用。此外也可以提高材料的物理机械性能。所述气相二氧化硅可选用HL-150，HL-200，HL-300；HB-215，HB-615，HB-620，HB-630，HB-139中的其中一种。
所述添加剂为增粘剂和增硬剂，其特征在于：增粘剂相对分子质量为200～1500，通过表面扩散或内部扩散湿润粘接表面，使被粘物料之间粘接强度提高；增硬剂可增加涂层的刚性及硬度，提升耐划伤性能。
优选地，所述丙烯酸树脂选用热塑性丙烯酸树脂。
优选地，所述聚氨酯选用常州磊乐塑料厂的TPU新料64D。
优选地，所述有机溶剂选用醋酸丁酯。
优选地，所述二氧化硅选用南京天行化工有限公司的经过烷基改性的超疏水纳米SiO2。
优选地，所述二氧化锆选自杭州万景新材料有限公司的VK-R30单斜高纯纳米二氧化锆，粒径20-40nm，比表面积10-30m2/g.
优选地，所述氟碳树脂选自日本大金氟化工(中国)有限公司广州分公司的ZEFFLE系列GK570氟碳树脂，其成分为四氟乙烯-乙烯基醚多元共聚物。
优选地，所述硅烷偶联剂选自南京创世化工助剂有限公的KH570。
优选地，所述气相二氧化硅选自南京天行化工有限公司。
优选地，所述添加剂中增粘剂选自东莞毅胜化工有限公司GA35；增硬剂选自枞阳县三金颜料有限责任公司的SJ-32F(高温耐磨陶瓷树脂)。
一种耐久性超疏水三防涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
耐久性超疏水三防涂料由以下组分按质量百分比组成：丙烯酸树脂10％～30％，聚氨酯1％～5％，有机溶剂50％～70％，二氧化硅10％～20％，二氧化锆0.5％～10％，气相二氧化硅0.5％～9％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％-5％，添加剂3％～8％。具体制备方法为：
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
一种耐久性超疏水三防涂料的使用方法，其特征在于，使用方法如下：
(1)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料使用喷枪喷涂于绝缘子或室外电力设施表面，喷涂厚度为0.1～0.5mm，所述涂料的使用量为0.02～0.40Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的喷涂；
(2)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料使用刷子或滚筒分别通过刷涂或滚涂的方式涂敷于室外电力设施表面，涂层厚度为0.3～0.6mm，所述涂料使用量为0.05～0.50Kg/m2，室温固化20～60min，完成耐久性超疏水三防涂料的涂覆。
(3)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料盛于涂料槽中，将被涂物体全部浸没在盛有涂料的槽中，经过2S，再从槽中取出，并将多余的涂液重新流回槽内，涂层厚度为0.5～0.6mm，所述涂料使用量为0.08～0.60Kg/m2，室温固化40～60min，完成耐久性超疏水三防涂料的涂覆。
本发明提供的耐久性超疏水三防涂料及其制备方法和使用方法，具有如下优点：
1、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，以氟碳树脂和氟硅树脂为主要成膜物质，添加纳米ZrO2、纳米SiO2、气相SiO2等多种填料，大大提高了涂层的综合性能，使涂层具备优异的耐候性、耐光腐蚀性、耐化学腐蚀性、低摩擦性、电气性能、光自洁性能和机械强度。
2、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，表面具备二元微/纳粗糙结构，突起与突起的间距为纳米级，疏水性纳米SiO2粉体的固有WCA＞160°，涂层表面WCA可达167°，极大地提升了对水滴、粉尘等无机物的抗污染能力。
3、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，为单组份涂料，制备方法和使用方法工艺简单，成本低廉，且绿色环保。涂料配方的所有组分对环境和人体无直接毒害和长期残留作用，低挥发性有机化合物(VOC)排放，涂完常温固化20～60min表干后，即可实现涂层的超疏水性能，无需多层涂敷、长时间晾晒和高温烘干等耗时耗力的操作，因此也不需要搭建昂贵的烘干设备并投入巨额的热能消耗。可使用喷涂、刷涂、滚涂和浸涂等多种方式直接涂敷于绝缘子和室外电力设施表面，涂层成膜性能好，无拉丝和流挂，成膜厚度可控，表干时间短，涂层实干前后涂料质量失重率极低(0.5％～1.2％)，重涂性好。
4、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，可直接应用于玻璃、陶瓷绝缘子以及其它室外电力设施的外表面，涂层与玻璃、陶瓷、铁质、铝质等基底有良好的附着力；涂层以含氟树脂为主要成膜物质，能提供长达20年的使用寿命；涂层同时具备抵御无机污染物和光降解有机污染物附着和侵蚀的性能，能在极长一段时间内免清洗、免维护，有效保证输电线路的安全运行；涂层在发生局部破损或整体失效的情况下，可通过补涂或重涂的方法，进行现场维护，无需更换绝缘子串或其它室外电力设备，如此可大大降低线路的维护运行成本，并有效减少污闪事故和工伤事故的发生率。
5、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，可搭配污区分布图，调整各组分的配比进行应用。涂料中除少量的具有高温导电性的纳米ZrO2以外，其余组分全部为绝缘材料，通过调整涂料中各组分的配比，可满足不同电压等级和不同污区环境的输电线路防污、防闪、防腐的需求。如针对无机污染物重、电压等级高的输电线路，可降低纳米ZrO2的添加量，甚至不予添加；相反地，针对有机污染物多、电压等级相对较低的输电线路，则可适当增大纳米SiO2和ZrO2的添加量。
6、本发明提供的耐久性超疏水三防涂料，还具备一定的防覆冰功能。涂层表面WCA＞160°，表面能极低，普通的水滴很难停留其上，即便水滴凝结成冰，涂层表面与冰的粘附作用力也极小，因此冰层很难附着于电力设备表面。
附图说明
图1是本发明耐久性超疏水三防涂料制备方法的流程图；
图2是本发明耐久性超疏水三防涂料半自动喷涂方法装置的剖面图；
图3是表面涂覆本发明涂料的U70BL/146型玻璃绝缘子示意图；
图4是本发明实施例1中耐久性超疏水三防涂料静态水接触角测试结果图；
图5是本发明实施例1中耐久性超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为2500倍)；
图6是本发明实施例1中耐久性超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为5000倍)；
图7是本发明实施例1中耐久性超疏水三防涂料所制备涂层试样的SEM图(放大倍数为24000倍)；
图8和图9是涂层表面泡水前及进行水中完全浸泡7天后的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表1所示：
表1：实施例1耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000061
注：百分比为质量百分比，在下述的实施例中均为与表1相同的百分比计算方法，不再赘述。
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内(如图2)，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子(如图3)，完成喷涂。
本实施例耐久性超疏水三防涂料的喷涂方法，可有效保证涂层覆盖绝缘子整体，避免局部漏涂、涂层厚度不均匀以及气候环境对同一批次绝缘子喷涂效果的影响，还可覆盖至绝缘子玻璃面与钢帽边缘处，大大提升了绝缘子的防污、防闪和防腐性能，喷涂工艺简单、易操作、无污染，便于小批量喷涂和制备。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为半透明、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～167°；附着力：1级；固含量：89％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1980g；表干时间：20min，实干时间2h。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料与长效室温硫化硅橡胶(FRTV)涂料性能对比结果如下表2所示：
表2：耐久性超疏水三防涂料与FRTV涂料性能对比的试验结果
Figure BDA0002295382880000071
由上表2可知：本发明耐久性超疏水三防涂料在成膜性能、附着力、耐化学品性、可燃性等方面与FRTV涂料的性能基本相当，在疏水性能方面显著优于FRTV涂料，且固化时间快、重涂性好，但在耐磨性方面略差于FRTV涂料；所有性能指标均符合国家和行业对电网设备防污闪涂料的使用管理规定和验收规范。
如图4所示，本实施例涂层表面静态水接触角的测试结果为：WCA变化范围为163°～167°，平均值为163.6°，是当前疏水性能最佳的超疏水涂料。
本实施例涂层表面微观形貌检测结果为：将涂敷有本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料涂覆于铝片表面，进行扫描电镜检测，如图5、6和7所示：涂层表面密布纳米级突起，突起的分布非常均匀，它们由纳米级粒子构成，自身具备超疏水性，突起与突起之间的间距也为纳米级，有利于降低水滴接触面积，有效保证涂层不受环境中水滴、粉尘、煤灰等无机污染物的附着和侵蚀。
本实施例涂层表面电气性能测试结果如下表3，将本实施例使用耐久性超疏水三防涂料喷涂得到的U70BL/146型玻璃绝缘子串与普通绝缘子串进行常规电气性能试验(GB/T775.2-2003)，试验项目为耐受电压和湿闪络电压：
表3：涂覆实施例1的XWP-70型陶瓷绝缘子电气性能测试结果
表面涂层 绝缘子型号 片数 湿闪络电压 湿耐受电压
实施例1 U70BL/146型 4片串 245.7kV 234.5kV
无 U70BL/146型 4片串 244.3kV 232.4kV
注：根据GB/T 775.2-2003进行的常规电气性能试验。
上表3结果表明：涂覆了耐久性超疏水三防涂料的U70BL/146型绝缘子串，湿闪络电压值和耐受电压值都略优于普通同型号的绝缘子串，符合绝缘子的国家及行业标准，可应用于高压输电线路。
将本实施例使用耐久性超疏水三防涂料喷涂得到的U70BL/146型玻璃绝缘子串与普通绝缘子串，于三级污秽区进行室外非带电挂网自然积污对比实验，半年后取下对比结果显示：涂覆本实施例耐久性超疏水三防涂料的绝缘子上表面仅有少量直径约为1mm的水渍印，侧面和下表面洁净如初，钢帽与瓷体交接处没有腐蚀痕迹；无涂层的普通绝缘子上、下表面都积累了较多灰尘，钢帽与瓷体交接处堆积了较多水渍和灰黑色粘稠物，必须使用清洁剂清洗才能去除。以上结果说明，涂覆本实施例超疏水三防涂料的绝缘子具有优异的防污、防腐性能。
实施例2
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表4所示：
表4：实施例2耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000091
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为无色、哑光、致密，肉眼观察表面粗糙度高，局部有粒子团聚情况，存在较轻微的粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～165°；附着力：1级；固含量：92％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2646g；表干时间：20min，实干时间1.6h。
实施例3
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表5所示：
表5：实施例3耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000092
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料为半透明粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为无色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：160°～163°；附着力：1级；固含量：80％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1998g；表干时间：17min，实干时间1.2h。
实施例4
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法(如图1)具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表6所示：
表6：实施例4耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000101
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，刷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：158°～163°；附着力：1级；固含量：80％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.1988g；表干时间：30min，实干时间2h。
对比实施例1～4耐久性超疏水三防涂料制备的涂层干燥前后的失重率结果如下表7所示：
表7：耐久性超疏水三防涂料烘干前后失重率测试结果
实施例 1 2 3 4
干燥前重量(g) 4.8790 4.8096 4.7989 4.8369
干燥后重量(g) 4.8366 4.7728 4.7760 4.7790
失重(g) 0.0424 0.0368 0.0229 0.0579
失重率(％) 0.87 0.76 0.48 1.20
注：涂料涂敷于载玻片表面，于90℃烘干1小时；所述重量包括基底载玻片的重量，载玻片规格76mm×26mm。
表7结果表明：实施例1～4中涂层实干前后涂料只有0.48％～1.20％的极低质量失重率，说明涂料VOC值较低，涂料中易挥发成分较少，对环境污染小，符合清洁生产、绿色环保的要求。
实施例5
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表8所示：
表8：实施例5耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000111
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒20～30min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料为无色透明粘稠状液体，喷涂完成2min～5min后，涂层宏观表面形态为无色、哑光、致密，表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：163°～165°；附着力：1级；固含量：90％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2227g；表干时间：20min，实干时间2h。
实施例6
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的制备方法具体包括如下步骤，其中各组分配比如下表9所示：
表9：实施例6耐久性超疏水三防涂料各组分配比
Figure BDA0002295382880000121
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
本实施例中耐久性超疏水三防涂料的使用方法如下：
(1)将绝缘子表面擦洗干净，去油去污后，置于特制的半自动绝缘子喷涂装置内，将上述制备方法得到的超疏水三防涂料从上、中、下三个方向同步喷涂到绝缘子表面，涂层厚度为0.1～0.3mm；
(2)取出绝缘子，常温下晾晒30～60min，得到表面涂覆超疏水涂料的绝缘子，完成喷涂。
本实施例制备得到的耐久性超疏水三防涂料为纯白色粘稠状液体，喷涂完成后涂层宏观表面形态为白色、哑光、致密、均匀，肉眼观察表面光滑平整，且无粉化现象。基本性能测试如下：疏水性：WCA：152°～155°；附着力：1级；固含量：90％；可燃性：FV-0级；耐磨性：0.2211g；表干时间：60min，实干时间3h。本实施例超疏水三防涂料没有加入增硬剂，表干时间增加，耐磨性下降，并且进行疏水性试验时，静态水接触角显著降低，涂层表面水滴无法即刻滚落，存在粘滞甚至残留现象。
对比实施例1～6耐久性超疏水三防涂料所制备涂层的疏水性、表干时间和耐磨性结果如下表10所示：
表10：实施例1～6涂层性能的对比
实施例 1 2 3 4 5 6
疏水性(°) 161～165 163～165 160～163 158～163 163～165 152～155
表干时间 20min 20min 17min 30min 20min 30min
耐磨性 0.1980g 0.2646g 0.1998g 0.1988g 0.2227g 0.2211g
由上表10结果表明：
(1)氟碳树脂对涂层的成膜性能和疏水性起着较为重要的作用，适当的氟碳树脂用量，如实施例1，可以获得最佳的成膜效果和疏水性；氟碳树脂用量过少，涂层会出现粉化问题；氟碳树脂用量过多，会增加涂层的表干时间，且造成疏水性下降。
(2)涂料中是否含有纳米ZrO2和气相SiO2微粉，对涂层的疏水性没有明显的影响作用；但不含纳米ZrO2的涂料，喷涂完成后2min～5min左右，涂层开始固化而颜色转成白色，即喷涂完成后，是否添加纳米ZrO2对涂层表面性状没有显著影响；但不添加纳米ZrO2，将降低涂层的附着力及硬度，且使涂层耐久性及耐刮性严重下降。
(3)添加剂对涂层的耐刮性性、耐磨性、疏水性及表干时间影响较大，加入适量的添加剂，可控制涂层的硬度及干燥时间，节时省力；过量的添加剂，如实施例4，将导致涂层无法采用喷涂的施工方式，涂料很粘稠；而不加添加剂、或固化剂量过少，如实施例6，将导致涂层表硬度降低，耐久性下降，严重降低涂层的使用寿命。
结合本发明要解决的技术问题分析，本发明的耐久性超疏水三防涂料优选的组分(按质量百分比)组成：丙烯酸树脂10％～15％，聚氨酯1％～3％，有机溶剂60％～70％，二氧化硅10％～15％，二氧化锆0.5％～1％，气相二氧化硅0.5％～1％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％-5％，增粘增硬添加剂3％～8％。
上述优选的组分组成具有的显著进步表现在：
进行水中完全浸泡7天，实验后，检测涂层表面疏水角及表面微观机构，疏水角下降不明显，二元微/纳米突起结构保持良好。
(1)WCA：如图4所示，泡水前检测疏水角167°；泡水后：疏水角拟合为164°。
(2)耐久性：泡水前如图8所示，泡水后如图9所示。
以上所述实施例中，除半自动喷涂装置为自组装外，其它所有仪器设备和实验原材料均为市售。静态水接触角检测仪器为东莞市普赛特检测设备有限公司的CAPST-2000At型全自动水滴角测试仪。涂层微观表面形貌检测仪器为荷兰FEI公司的Phenom ProX扫描电子显微镜。U70BL/146型绝缘子串的电气性能对比实验在昆明高海拔电气检测有限公司完成。
以上所述实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。凡在本发明的精神和原则之内，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐久性超疏水三防涂料，其特征在于，所述涂料由以下组分按相应的质量百分比组成：丙烯酸树脂10％～30％，聚氨酯1％～5％，有机溶剂50％～70％，二氧化硅10％～20％，二氧化锆0.5％～10％，气相二氧化硅0.5％～9％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％～5％，增粘增硬添加剂3％～8％。
2.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述聚氨酯为热可塑性聚氨酯甲酸酯，所述热可塑性聚氨酯甲酸酯可以选用聚酯型热塑性聚氨酯、聚醚型热塑性聚氨酯的至少一种；所述热塑性聚氨酯是是由含NCO官能基的MDI与含OH官能基的POLYOL、1.4BG，经押出混炼而制成，可加热塑化，化学结构上没有或很少交联，其分子基本是线性的，然而却存在一定的物理交联；所述有机溶剂为醋酸丁酯、N，N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、石油醚、丙酮和丁酮中的至少一种。
3.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述二氧化硅为经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，一次粒径为15～50nm，比表面积为80～300m2/g；所述二氧化锆为纳米级ZrO2粉体，一次粒径为20～50nm，比表面积为10～40m2/g，可选用单斜晶型的纳米ZrO2粉体、四方晶型的纳米ZrO2粉体，以及单斜晶型与立方晶型混合的纳米ZrO2中的至少一种。
4.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述氟碳树脂为FEVE常温固化氟碳树脂，所述FEVE常温固化氟碳树脂可以选用三氟氯乙烯－乙烯基酯多元共聚物、三氟氯乙烯－乙烯基醚多元共聚物、四氟乙烯－乙烯基酯多元共聚物和四氟乙烯－乙烯基醚多元共聚物中的至少一种；所述氟硅树脂含有多个羟基，可以选用普通的氟改性聚硅氧烷型氟硅树脂和二甲苯型氟硅树脂中的至少一种。
5.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述丙烯酸树脂为热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂和水性丙烯酸树脂中的一种或其中两种按一定比例混合的混合物。
6.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述气相二氧化硅为通过硅烃基改性的气相SiO2，其制备方法为：选用不同型号的气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅作为原料，通过硅烃基基团与合适的化合物反应得到；所述气相二氧化硅可选用HL-150、HL-200、HL-300、HB-215、HB-615、HB-620、HB-630和HB-139中的其中一种。
7.如权利要求1所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述添加剂为增粘剂和增硬剂，所述增粘剂相对分子质量为200～1500；所述增硬剂为高温耐磨陶瓷树脂。
8.如权利要求1至7任一项所述的耐久性超疏水三防涂料，其特征在于：所述涂料由以下组分按相应的质量百分比组成：丙烯酸树脂10％～30％，聚氨酯1％～5％，有机溶剂50％～70％，二氧化硅10％～20％，二氧化锆0.5％～10％，气相二氧化硅0.5％～9％，氟碳树脂7％～9％，硅烷偶联剂1％～5％，增粘增硬添加剂3％～8％。
9.如权利要求1至8任一项所述的耐久性超疏水三防涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将丙烯酸树脂、聚氨酯和增粘剂热熔，全部熔化后加入有机溶剂，超声分散20～40min；
(2)加入经过烷基改性的超疏水纳米SiO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(3)加入纳米级ZrO2粉体，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(4)加入硅烷偶联剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入氟硅树脂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(6)加入增硬剂，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min；
(5)加入气相SiO2，磁力搅拌5～20min，超声分散10～30min，制备得到超疏水三防涂料。
10.如权利要求1至8任一项所述的耐久性超疏水三防涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料使用喷枪喷涂于绝缘子或室外电力设施表面，喷涂厚度为0.1～0.5mm，所述涂料的使用量为0.02～0.40Kg/m2，室温固化20～60min，完成超疏水三防涂料的喷涂；
(2)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料使用刷子或滚筒分别通过刷涂或滚涂的方式涂敷于室外电力设施表面，涂层厚度为0.3～0.6mm，所述涂料使用量为0.05～0.50Kg/m2，室温固化20～60min，完成耐久性超疏水三防涂料的涂覆；
(3)将制备得到的耐久性超疏水三防涂料盛于涂料槽中，将被涂物体全部浸没在盛有涂料的槽中，经过数秒，再从槽中取出，并将多余的涂液重新流回槽内，涂层厚度为0.5～0.6mm，所述涂料使用量为0.08～0.60Kg/m2，室温固化40～60min，完成耐久性超疏水三防涂料的涂覆。
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