CN113755096A - 一种用于高压设施的长效防覆冰涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高压设施的长效防覆冰涂料及其制备方法，所述长效防覆冰涂料由下述重量份的原料组成：1)底涂料，包括端羟基聚硅氧烷100份、气相法白炭黑10‑20份、氢氧化铝5‑15份、十溴二苯乙烷5‑15份、交联剂2‑5份、催化剂0.1‑0.5份、偶联剂0.3‑1.0份、120号汽油100‑150份；2)面涂料，包括低表面能树脂3‑10份，纳米二氧化硅3‑8份，交联剂1‑3份，催化剂0.1‑0.3份，乙酸乙酯50‑80份。本发明通过采用底涂料和面涂料的结合，使得该长效防覆冰涂料具有优异的超疏水特性且持久性好。

Description

一种用于高压设施的长效防覆冰涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于防覆冰材料技术领域，具体涉及一种用于高压设施的长效防覆冰涂料及其制备方法。

背景技术

高压输电具备超远距离、超大容量低损能耗等优点，建设高压电网不仅能满足日益增长的电力需求，而且能推进资源的集约开发和高效利用，缓解环境压力，节约土地资源。我国高压输电线路绵延数千公里，途径大量的山地丘陵等，而山地和丘陵地带容易冰灾事故，而且遭受冰灾事故后修复比较困难，给电力系统带来巨大的直接和间接经济损失。因此，研究和开发防覆冰和除冰的方法是至关重要的，但是一般的除冰方法比如热力除冰、机械除冰等方法不适合高压输电线路，所以防覆冰涂料的研究备受关注。

输电线路的防覆冰涂料主要有两种类型，一种具有超疏水性的防覆冰涂料，这种涂料通过减少过冷却水滴与物体表面的相互作用达到防覆冰的作用；另一种是热力型防覆冰涂料，包括电热型和光热型防覆冰涂料，此类涂料是通过提升覆冰物体的温度达到防覆冰目的。

其中，超疏水性的涂料具有优良的憎水性和低的表面能，且无需附加能量，有助于限制冰灾从而达到防覆冰作用，所以应用更为广泛。如专利号201910469937.6公开的一种柔性可弯折、主动除冰的超疏水防覆冰复合材料及其制备方法与应用，该防覆冰复合材料由室温硫化液体硅橡胶基体与微纳米材料制备而成；室温硫化液体硅橡胶基体由室温硫化液体硅橡胶、有机溶剂、固化剂和催化剂制备得到，微纳米材料由无机微粉、碳纳米管、极性有机溶剂和疏水剂组成。该发明的材料可弯折，能够将主动光热除冰与超疏水防覆冰相结合，防冰效果显著。但是该超疏水防覆冰复合材料由于采用的全氟癸基三甲氧基硅烷作为超疏水剂，其在使用的过程中，容易受到外界环境的影响，导致其疏水性在2-3个月的疏水角度降至90°以下，或者直接丧失，进而使得该超疏水防覆冰复合材料的防覆冰效果大大下降，甚至起不到减少冰雪覆盖的作用。

发明内容

有鉴于背景技术所述，本发明的目的在于提供一种用于高压设施的长效防覆冰涂料，旨在解决现长效防覆冰涂料疏水效果好但持久性差的问题。同时，本发明还提供了该长效防覆冰涂料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于高压设施的长效防覆冰涂料，其由下述重量份原料组成的：

1)底涂料，包括100份端羟基聚硅氧烷、10-20份气相法白炭黑、5-15 份氢氧化铝、5-15份十溴二苯乙烷、2-5份交联剂、0.1-0.5份催化剂、 0.3-1.0份偶联剂及120号汽油100-150份；

2)面涂料，包括低表面能树脂3-10份，纳米二氧化硅3-8份、交联剂1-3份，0.1-0.3份催化剂及乙酸乙酯50-80份。

优选的，所述端羟基聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷，其粘度为 3000-6000mPa·s。

优选的，所述纳米二氧化硅的是比表面积为150-250m2/g的疏水性白炭黑。

优选的，所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基丁酮肟基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙酮基硅烷及乙烯基三丙酮基硅烷中的一种。

优选的，所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。

优选的，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡及乙酰丙酮铝中的一种。

优选的，所述纳米二氧化硅的粒径为50-150nm。

优选的，所述低表面能树脂为含硅改性氟树脂，其单一涂层的憎水角度≥110°，其分子结构式为：

其中n1，n2＝3-7。

优选的，所述氢氧化铝的粒径为15-45μm，十溴二苯乙烷的粒径为 3-15μm。

一种上述的用于高压设施的长效防覆冰涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将配方量的端羟基聚二甲基硅氧烷加入到捏合机中，以40-60rpm 的转速搅拌均匀，然后依次加入气相法白炭黑，氢氧化铝和十溴二苯乙烷，调节转速为80-120rpm；加热至80-120℃后，开启真空脱除气泡及小分子物质，于转速80-120rpm下，维持1.5-2h，使捏合机内的物料混合均匀；

S2、待S1所得的物料冷却至室温后，转移至三辊机中研磨，直至物料的研磨细度至20μm以下后，然后转移至第一搅拌釜中，然后加入配方量的120号汽油，以40-80rpm的转速初步分散后，转移至乳化机中反复乳化 3-5次混合均匀后，得半成品物料；

S3、将S2所得的半成品物料转移至第二搅拌釜中，然后加入配方量的硅烷偶联剂、交联剂和催化剂，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得底涂料；

S4、将配方量的低表面能树脂、乙酸乙酯、纳米二氧化硅、交联剂和催化剂依次加入搅拌釜中，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得面涂料。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1、本发明所提供的用于高压设施的长效防覆冰涂料，通过在端羟基聚硅氧烷中填充气相法白炭黑，使得该底涂料具有良好的机械强度和绝缘强度；

2、加入微米级的十溴二苯乙烷和氢氧化铝填料，则使得该底涂料具有良好的耐电蚀性能和体积电阻率；通过严格控制端羟基聚硅氧烷与交联剂、催化剂的质量比，使得该底涂料具有的处于未完全固化同时固化时间适中，使得面涂料能够很好的与底涂料黏附贴合形成一体结构；

3、在半固化的底涂料表面，喷涂面涂料，面涂料本身具有良好的疏水效果，同时通过面涂料中的纳米二氧化硅，使得底涂料中微米级的氢氧化铝、十溴二苯乙烷形成的微米结构与面涂料中的纳米二氧化硅形成的纳米结构在固化的过程中形成微/纳凹凸结构，即提高了该长效防覆冰涂料在被处理物件表面的粗糙度。

综上，本申请通过采用底涂料和面涂料的结合，使得该长效防覆冰涂料具有优异的超疏水特性，静态憎水角≥150°，滚动角≤5°；且该长效防覆冰涂料在试验路线试运行1年2个月，通过对其表面的憎水角度进行检测，其平均憎水角度依然高达138°。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围值在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。

除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。

本文的材料、方法和实施例均是示例性的，并且除非特别说明，不应理解为限制性的。

一种用于高压设施的长效防覆冰涂料，其是由下述重量份组成的：

1)底涂料，其组成包括100份端羟基聚硅氧烷、10-20份气相法白炭黑、5-15份氢氧化铝、5-15份十溴二苯乙烷、1-3份交联剂、0.1-0.5份催化剂、0.3-1.0份偶联剂、120号汽油100-150份；

2)面涂料，其组成包括低表面能树脂3-10份，纳米二氧化硅3-8份、交联剂2-3份，0.1-0.3份催化剂，乙酸乙酯50-80份。

其中所述端羟基聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷，其粘度为 3000-6000mPa·s。

其中所述纳米二氧化硅的是比表面积为150-250m2/g的疏水性白炭黑。

其中所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷，乙烯基丁酮肟基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，甲基三丙酮基硅烷，乙烯基三丙酮基硅烷中的一种。

其中所述硅烷偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ- 甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。

其中所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、乙酰丙酮铝中的一种。

其中还包括3-12份的碳纳米管，所述碳纳米管为羧基化碳纳米管，直径为10-200nm；长度为10-50μm。

其中所述低表面能树脂为含硅改性氟树脂，其单一涂层的憎水角度≥110°，其分子结构式为：

其中n1，n2＝3-7。

其中所述氢氧化铝的粒径为15-45μm，十溴二苯乙烷的粒径为3-15 μm。

上述的用于高压设施的长效防覆冰涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)将配方量的端羟基聚二甲基硅氧烷加入到捏合机中，以40-60rpm 的转速搅拌均匀，然后依次加入白炭黑，氢氧化铝和十溴二苯乙烷，调节转速为80-120rpm；加热至80-120℃后，开启真空脱除气泡及小分子物质，于转速80-120rpm下，维持1.5-2h，使捏合机内的物料混合均匀；

2)待步骤2)所得的物料冷却至室温后，转移至三辊机中研磨，直至物料的研磨细度至20μm以下后，然后转移至第一搅拌釜中，然后加入配方量的120号汽油，以40-80rpm的转速初步分散后，转移至乳化机中反复乳化3-5次混合均匀后，得本成品物料；

3)将步骤3)所得的半成品物料转移至第二搅拌釜中，然后加入配方量的

硅烷偶联剂、交联剂和催化剂，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得底涂料；

4)将配方量的低表面能树脂、乙酸乙酯、交联剂和催化剂依次加入搅拌釜中，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得面涂料。

实施例1-实施例5的长效防覆冰涂料的配比如表1所示：

本实施例还提供一种上述用于高压设施的长效防覆冰涂料的制备方法，包括如下步骤：

1)将配方量的端羟基聚二甲基硅氧烷加入到捏合机中，以40-60rpm 的转速搅拌均匀，然后依次加入白炭黑，氢氧化铝和十溴二苯乙烷，调节转速为80-120rpm；加热至80-120℃后，开启真空脱除气泡及小分子物质，于转速80-120rpm下，维持1.5-2h，使捏合机内的物料混合均匀；

2)待步骤2)所得的物料冷却至室温后，转移至三辊机中研磨，直至物料的研磨细度至20μm以下后，然后转移至第一搅拌釜中，然后加入配方量的120号汽油，以40-80rpm的转速初步分散后，转移至乳化机中反复乳化3-5次混合均匀后，得本成品物料；

3)将步骤3)所得的半成品物料转移至第二搅拌釜中，然后加入配方量的

硅烷偶联剂、交联剂和催化剂，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得底涂料。

4)将配方量的低表面能树脂、乙酸乙酯、交联剂和催化剂依次加入搅拌釜中，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得面涂料。

对上述实施例1-5中所得的密封填缝剂的性能进行测试，结果如下表 2所示：

技术指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						憎水角度	153	158	151	152	156
滚动角	5°	4°	5°	5°	5°
						憎水性	HC1	HC1	HC1	HC1	HC1
室内憎水持久性	三年	三年	三年	三年	三年
						室外憎水持久性	18个月	18个月	18个月	18个月	18个月
拉伸强度	≥3MPa	≥3MPa	≥3MPa	≥3MPa	≥3MPa
						扯断伸出率	≥350％	≥350％	≥350％	≥350％	≥350％
附着力	1级	1级	1级	1级	1级

该表格中的室内憎水性持续性，在室内测试三年后，测试其憎水角度为148°，几乎无变化；室外憎水性持续性，在室外测试18个月后，测试其憎水角度为118°，依然较好；因为现有技术中，超疏水涂层在室外使用一般为3-6个月，1年的已经是非常好了，因此本申请在测试18个月后即未进行更长时间的测试。

其中：

附着力测试：采用GB/T9286-88测试长效防覆冰涂料的附着力；

憎水角度的测试：采用DL/T627测试长效防覆冰涂料的憎水性和憎水角度和滚动角；

室内憎水性保持时间：将制备所得的长效防覆冰涂料涂覆于塑料板、金属(马口铁皮)和陶瓷片表面，待其固化后放置室内通风处，间隔1个月、3个月、半年、一年……采用DL/T627的测试方法检测上述测试件表面的憎水性和憎水角度，当憎水角度低于100°或者憎水性低于HC 2级时，测试结束；

室外憎水性保持时间：将制备所得的长效防覆冰涂料涂覆于塑料板、金属(马口铁皮)和陶瓷片表面，待其固化后放置室外倾斜30°角放置(模拟绝缘子在自然环境下的使用状态)，间隔1个月、3个月、半年、一年……采用DL/T627的测试方法检测上述测试件表面的憎水性和憎水角度，当憎水角度低于100°或者憎水性低于HC 2级时，测试结束；

采用DL/T627中的测试标准测试长效防覆冰涂料的拉伸强度、撕裂强度和扯断伸长率。

对比例1：底涂料的配比中，端羟基聚硅氧烷100份，交联剂为1份，其余组分不变，产品的室内憎水持久性为三年，室外憎水持久性为18个月。

对比例2：底涂料的配比中，端羟基聚硅氧烷100份，交联剂为6份，其余组分不变，产品的憎水角度低于130°，室内憎水持久性为三年，室外憎水持久性为6个月。

对比例3：专利号201910469937.6的产品在室温3个月其表面的憎水角度低于100°，憎水性为HC2级。

对比例4，单纯采用底涂料时，面涂料的憎水角度达128°，但其附着力为4级，室外憎水性持久性为1个月。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，其由下述重量份的原料组成：

1)底涂料，包括端羟基聚硅氧烷100份、气相法白炭黑10-20份、氢氧化铝5-15份、十溴二苯乙烷5-15份、交联剂2-5份、催化剂0.1-0.5份、偶联剂0.3-1.0份、120号汽油100-150份；

2)面涂料，包括低表面能树脂3-10份，纳米二氧化硅3-8份，交联剂1-3份，催化剂0.1-0.3份，乙酸乙酯50-80份。

2.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述端羟基聚硅氧烷为端羟基聚二甲基硅氧烷，其粘度为3000-6000mPa·s。

3.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述气相法白炭黑是比表面积为150-250m²/g的疏水性白炭黑。

4.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基丁酮肟基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙酮基硅烷及乙烯基三丙酮基硅烷中的一种。

5.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述偶联剂为γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷及γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、乙酰丙酮铝中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为50-150nm。

8.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述低表面能树脂为含硅改性氟树脂，其单一涂层的憎水角度≥150°，其分子结构式为：

其中n1，n2＝3-7。

9.根据权利要求1所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料，其特征在于，所述氢氧化铝的粒径为15-45μm，十溴二苯乙烷的粒径为3-15μm。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的用于高压设施的长效防覆冰涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将配方量的端羟基聚二甲基硅氧烷加入到捏合机中，以40-60rpm的转速搅拌均匀，然后依次加入气相法白炭黑，氢氧化铝和十溴二苯乙烷，调节转速为80-120rpm；加热至80-120℃后，开启真空脱除气泡及小分子物质，于转速80-120rpm下，维持1.5-2h，使捏合机内的物料混合均匀；

S2、待S1所得的物料冷却至室温后，转移至研磨机中研磨，直至物料的研磨细度至20μm以下后，然后转移至第一搅拌釜中，然后加入配方量的120号汽油，以40-80rpm的转速初步分散后，转移至乳化机中反复乳化3-5次混合均匀后，得半成品物料；

S3、将S2所得的半成品物料转移至第二搅拌釜中，然后加入配方量的硅烷偶联剂、交联剂和催化剂，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得底涂料；

S4、将配方量的低表面能树脂、乙酸乙酯、纳米二氧化硅、交联剂和催化剂依次加入搅拌釜中，以40-150rpm的转速搅拌均匀后，出料，即得面涂料。