CN114517053A - 一种高疏水性防污闪涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及防污闪涂料领域，具体公开了一种高疏水性防污闪涂料及其制备方法。一种高疏水性防污闪涂料，包括如下原料：有机硅树脂、气相二氧化硅、疏水改性剂、界面改性剂、聚四氟乙烯超微粉、表面处理剂、溶剂、交联剂、偶联剂以及催化剂；其制备方法为：在有机硅树脂中采用疏水改性剂和界面改性剂对气相二氧化硅处理，得到预处理气相二氧化硅；在有机硅树脂中采用表面处理剂对聚四氟乙烯超微粉进行处理，得到预处理聚四氟乙烯；将预处理气相二氧化硅和预处理聚四氟乙烯与其他原料共混即可。本申请的防污闪涂料可用于电力绝缘子的表面涂覆中，其具有优良的疏水性能、介电性能、绝缘性能以及力学性能的特点。

Description

一种高疏水性防污闪涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及防污闪涂料领域，更具体地说，它涉及一种高疏水性防污闪涂料及其制备方法。

背景技术

防污闪涂料又称室温硫化硅橡胶，其广泛应用于电力绝缘子的表面涂覆中，可以起到憎水、耐污、防闪络的作用；通常情况下，涂料的水接触角越高，其疏水性越高，可以起到更好的防污闪、耐污以及防覆冰的作用，因此人们致力于研发疏水性更高的防污闪涂料。

其中，聚四氟乙烯超微粉以其高憎水性、耐酸碱性、耐高温和阻燃性而应用于高疏水性防污闪涂料中，一般而言，聚四氟乙烯超微粉的添加量越高，涂料的憎水效果越好。但是聚四氟乙烯超微粉在实际应用中仍存在以下问题：一是增稠显著，阻碍了它的添加比例；二是为了使涂层达到所需的接触角，还需要对固化后的防污闪涂料进一步处理，操作比较繁琐。因此，以聚四氟乙烯为填料的防污闪涂料的憎水性的提高效果并不是很显著。

此外，为了提高防污闪涂料的力学性能，通常需要添加气相二氧化硅等补强剂，但是在聚四氟乙烯防污闪涂料中，因气相二氧化硅和聚四氟乙烯的界面能差异较大，共混时极易造成体系的黏度剧增，导致各原料的分散性下降，不仅难以获得高憎水的效果，而且还会恶化防污闪涂料的力学性能。

发明内容

为了提高防污闪涂料的疏水性，本申请提供一种高疏水性防污闪涂料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高疏水性防污闪涂料，采用如下的技术方案：

一种高疏水性防污闪涂料，以重量份数计，包括如下原料：有机硅树脂100份、气相二氧化硅10-30份、疏水改性剂1-9份、界面改性剂1-15份、聚四氟乙烯超微粉5-30份、表面处理剂0.5-15份、溶剂40-60份、交联剂8-12份、偶联剂8-12份以及催化剂0.5-2份。

本申请以聚四氟乙烯超微粉和气相二氧化硅为填料，通过疏水改性剂、界面改性剂以及表面处理剂的处理，再与交联剂、偶联剂和催化剂的混合，得到一种高疏水性防污涂料。通过采用上述技术方案，可以降低聚四氟乙烯超微粉和气相二氧化硅之间的界面能，降低填料的团聚现象，以提高其在有机硅树脂中的分散性，从而同时提高涂料的疏水性和力学性能。此外，在本申请的配方中，即使提高聚四氟乙烯超微粉的占比，也不易造成涂料粘度剧增的问题，从而实现了在保证加工分散性能的同时，进一步提高涂料的疏水性能。

优选的，所述有机硅树脂为端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为1000-50000厘泊。

优选的，所述有机硅树脂为端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为1000-20000厘泊。

通过采用上述技术方案，以端羟基聚二甲基硅氧烷为基体材料制得的涂料具有优良的疏水性能、介电性能、绝缘性能以及力学性能。

优选的，所述疏水改性剂的用量为气相二氧化硅用量的10-30wt％；

所述界面改性剂的用量为气相二氧化硅用量的10-50wt％；

所述表面处理剂的用量为聚四氟乙烯超微粉用量的10-50wt％。

优选的，所述气相二氧化硅的用量为有机硅树脂用量的10-30wt％。

优选的，所述聚四氟乙烯超微粉的用量为有机硅树脂用量的5-30wt％。

优选的，一种高疏水性防污闪涂料，以重量份数计，包括如下原料：有机硅树脂100份、气相二氧化硅12-30份、聚四氟乙烯超微粉5-30份、溶剂40-60份、交联剂8-12份、偶联剂8-12份以及催化剂0.5-2份；

所述疏水改性剂的用量为气相二氧化硅用量的15-30wt％；

所述界面改性剂的用量为气相二氧化硅用量的15-50wt％；

所述表面处理剂的用量为聚四氟乙烯超微粉用量的10-50wt％。

通过采用上述技术方案，各原料在上述比例下得到的涂料具有很好的疏水性、力学强度以及绝缘性能。

优选的，所述疏水改性剂为六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷中的一种。

优选的，所述界面改性剂为甲醇、乙醇中的一种。

优选的，所述表面处理剂为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。

优选的，所述聚四氟乙烯超微粉的粒径＜10μm。

优选的，所述聚四氟乙烯超微粉的粒径＜1μm。

优选的，所述有机溶剂为二甲苯。

优选的，所述交联剂为酮肟型交联剂。

优选的，所述交联剂为甲基三丁酮肟基硅烷。

优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

优选的，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

优选的，所述催化剂为有机锡类催化剂。

优选的，所述有机锡类催化剂可以选用二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或两种。

第二方面，本申请提供一种高疏水性防污闪涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高疏水性防污闪涂料的制备方法，按照以下步骤进行：

在有机硅树脂中，通过疏水改性剂以及界面改性剂对气相二氧化硅进行处理，得到预处理气相二氧化硅；

在有机硅树脂中，通过表面处理剂对聚四氟乙烯超微粉进行处理，得到预处理聚四氟乙烯；将所述预处理气相二氧化硅与所述预处理聚四氟乙烯混合后，加热后除去所述界面改性剂，得到预混物；

向所述预混物中加入溶剂、交联剂、偶联剂以及催化剂，混合后，得到高疏水性防污闪涂料。

通过采用上述技术方案，通过疏水改性剂对气相二氧化硅进行处理，可以使得气相二氧化硅具有更加稳定的疏水性能；通过界面改性剂处理气相二氧化硅可以降低其在有机硅树脂中分散时的粘度；通过表面处理剂对聚四氟乙烯超微粉进行处理，可以改善聚四氟乙烯超微粉的表面性能。将得到的预处理气相二氧化硅和预处理聚四氟乙烯超微粉混合后，可以降低二者的捏合阻力，从而降低涂料的粘度，改善涂料的加工性能。

优选的，所述预处理气相二氧化硅与所述预处理聚四氟乙烯混合后，在常温下密闭捏合30-90min，然后继续捏合并升温至70-90℃，同时抽真空90-150min，得到预混物。

通过采用上述技术方案，预处理气相二氧化硅和预处理聚四氟乙烯可以充分混合，在70-90℃的温度下捏合时，不仅可以提高原料混合的均匀性，而且也可以脱除低沸点的界面改性剂以及反应中产生的水分。

优选的，向所述预混物中加入溶剂后，先将其砂磨至颗粒细度为20μm以下的混合物后，再加入交联剂、偶联剂以及催化剂进行混合。

通过采用上述技术方案，通过砂磨降低混合物颗粒的细度，可以提高各原料的分散性，降低其分层或者沉淀的产生，有利于提高涂料的稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.本申请的防污闪涂料以聚四氟乙烯超微粉和气相二氧化硅作为填料，通过疏水改性剂、界面改性剂以及表面活性剂的配合，可以降低聚四氟乙烯超微粉和气相二氧化硅之间的界面能，降低填料的团聚现象，以提高其在有机硅树脂中的分散性，从而同时提高涂料的疏水性和力学性能。此外，在本申请的配方中，即使提高聚四氟乙烯超微粉的占比，也不易造成涂料粘度剧增的问题，从而实现了在保证加工分散性能的同时，进一步提高涂料的疏水性能。

2.本申请的方法通过疏水改性剂对气相二氧化硅进行处理，可以使得气相二氧化硅具有更加稳定的疏水性能；通过界面改性剂处理气相二氧化硅可以降低其在有机硅树脂中分散时的粘度；通过表面处理剂对聚四氟乙烯超微粉进行处理，可以改善聚四氟乙烯超微粉的表面性能。将得到的预处理气相二氧化硅和预处理聚四氟乙烯超微粉混合后，可以降低二者的捏合阻力，从而降低涂料的粘度，改善涂料的加工性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

除特别说明外，实施例中的原料均可通过市售获得。其中，有机硅树脂为端羟基聚二甲基硅氧烷，型号为107胶；表面处理剂选用3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷；溶剂选用二甲苯；交联剂选用甲基三丁酮肟基硅烷；偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷；催化剂选用二月桂酸二丁基锡。

实施例1-8

如表1所示，实施例1-8的区别在于气相二氧化硅、疏水改性剂、界面改性剂、聚四氟乙烯超微粉、表面处理剂的用量不同，以下以实施例1为例进行说明。

实施例1提供的一种高疏水性防污闪涂料的制备方法如下：

S1、在500g有机硅树脂中加入250g气相二氧化硅，再加入50g疏水改性剂，常温密闭捏合30min；然后加入60g界面改性剂，继续常温密闭捏合30min，得到预处理气相二氧化硅；

S2、在500g有机硅树脂中加入150g粒径为5μm的聚四氟乙烯超微粉，常温密闭捏合30min；再加入30g表面处理剂，常温密闭捏合30min，得到预处理聚四氟乙烯；

S3、将S2的预处理聚四氟乙烯全部倒入S1的预处理气相二氧化硅中，继续常温密闭捏合60min；继续捏合并升温至80℃，同时抽真空120min，得到预混物；

S4、向预混物中加入500g溶剂，以5000rpm的速度搅拌20min，高速分散均匀后，再使用砂磨机将颗粒细度砂磨至20μm；

S5、在500rpm的转速下，在S4已经砂磨至颗粒细度为20μm的混合物中，依次加入100g交联剂、100g偶联剂以及10g催化剂，继续搅拌60min，得到高疏水性防污闪涂料。

表1实施例中的原料配料表(用量单位：g)

对比例

对比例1：一种防污闪涂料采用如下方法制备：

S1、在500g有机硅树脂中加入120g气相二氧化硅，常温密闭捏合30min，得到气相二氧化硅混合物；

S2、在500g有机硅树脂中加入200g粒径为500nm的聚四氟乙烯超微粉，常温密闭捏合30min，得到聚四氟乙烯混合物；

S3、将S2的聚四氟乙烯混合物全部倒入S1的气相二氧化硅混合物中，继续常温密闭捏合60min；继续捏合并升温至80℃，同时抽真空120min，得到预混物；

S4、向预混物中加入500g溶剂，以5000rpm的速度高速分散60min后，再使用砂磨机砂磨，无法砂磨至颗粒细度小于100μm；

S5、在5000rpm的转速下，在S4已经砂磨至颗粒细度为100μm的混合物中，依次加入100g交联剂、100g偶联剂以及10g催化剂，继续高速搅拌60min，得到涂料。

采用上述方法制备防污闪涂料时，由于气相二氧化硅和聚四氟乙烯超微粉之间的界面能具有明显差异，在S3中，聚四氟乙烯混合物和气相二氧化硅混合物混合捏合时的粘度极大，常温下难以混合均匀，即使经过后续的升温处理以及高速搅拌，体系仍然存在分散不均的问题，难以得到符合使用标准的涂料。

对比例2：一种防污闪涂料采用如下方法制备：

S1、在500g有机硅树脂中加入120g气相二氧化硅，再加入36g六甲基二硅氧烷，常温密闭捏合30min；然后加入60g乙醇，继续常温密闭捏合30min，得到预处理气相二氧化硅；

S2、在500g有机硅树脂中加入200g粒径为500nm的聚四氟乙烯超微粉，常温密闭捏合30min，得到聚四氟乙烯混合物；

S3、将S2的聚四氟乙烯混合物全部倒入S1的预处理气相二氧化硅中，继续常温密闭捏合60min；继续捏合并升温至80℃，同时抽真空120min，得到预混物；

S4、向预混物中加入500g溶剂，以5000rpm的速度搅拌20min，高速分散均匀后，再使用砂磨机将颗粒细度砂磨至20μm；

S5、在500rpm的转速下，在S4已经研磨至颗粒细度为20μm的混合物中依次加入100g交联剂、100g偶联剂以及10g催化剂，继续搅拌60min，得到防污闪涂料。

对比例3：一种防污闪涂料采用如下方法制备：

S1、在500g有机硅树脂中加入120g气相二氧化硅，常温密闭捏合30min，得到气相二氧化硅混合物；

S2、在500g有机硅树脂中加入200g粒径为500nm的聚四氟乙烯超微粉，常温密闭捏合30min；再加入60g表面处理剂，得到预处理聚四氟乙烯；

S3、将S2的预处理聚四氟乙烯全部倒入S1的气相二氧化硅混合物中，继续常温密闭捏合60min；继续捏合并升温至80℃，同时抽真空120min，得到预混物；

S4、向预混物中加入500g溶剂，以5000rpm的速度搅拌20min，高速分散均匀后，再使用砂磨机砂磨，无法砂磨至颗粒细度小于100μm；

S5、在5000rpm的转速下，在S4已经研磨至颗粒细度为100μm的混合物中依次加入100g交联剂、100g偶联剂以及10g催化剂，继续搅拌60min，得到防污闪涂料。

采用上述方法制备防污闪涂料时，由于气相二氧化硅和聚四氟乙烯超微粉之间的界面能具有明显差异，在S3中，聚四氟乙烯混合物和气相二氧化硅混合物混合捏合时的粘度极大，常温下难以混合均匀，即使经过后续的升温处理以及高速搅拌，体系仍然存在分散不均的问题，难以得到符合使用标准的涂料。

对比例4

本对比例与实施例2的不同之处在于，表面处理剂用六甲基二硅氧烷代替等量的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。

对比例5

本对比例与实施例3的不同之处在于，疏水改性剂六甲基二硅氧烷的用量为9.6g。

性能检测试验

将实施例以及对比例制得的防污闪涂料在室温下固化72h制得样品，按照如下方法，测试样品的接触角、力学性能以及绝缘性能，测试结果如表2所示。

接触角：按照DL/T 864-2004《标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用导则》中的附录A中的方法进行测试。

体积电阻率：按照GB/T1692-2008《硫化橡胶绝缘电阻率的测定》中的方法进行测试。

介电强度：按照GB/T1408.1-2016《固体绝缘材料电气强度试验方法》中的方法进行测试。

耐漏电起痕及电蚀损性：按照GB/T6553-2014《严酷环境条件下使用的电气绝缘材料评定耐电痕化和蚀损的试验方法》中的方法进行测试。

机械扯断强度：按照GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》中的方法进行测试。

拉断伸长率：按照GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》中的方法进行测试。

抗撕裂强度：按照GB/529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》中的方法进行测试。

表2实施例以及对比例的涂层的性能测试表

根据表2数据，结合实施例1-5可以看出，涂料的接触角≥142°，体积电阻率≥2.2×10¹⁴Ω·m，介电强度≥26kV/mm，耐漏电起痕及电蚀损性为TMA2.5，机械扯断强度≥3.0MPa，拉断伸长率≥260％，抗撕裂强度≥12.5kN/m。说明采用本申请的方法以及产品配比制得的不仅具有很好的憎水性能，而且还具有很好的力学性能。

结合实施例3、对比例2和对比例3可以看出，实施例3中涂层的接触角、体积电阻率、介电强度、机械扯断强度、拉断伸长率、抗撕裂强度的性能均优于对比例2和对比例3，说明预处理气相二氧化硅和预处理聚四氟乙烯之间具有协同配合效果，相较于仅对气相二氧化硅或聚四氟乙烯超微粉中的一种进行预处理，将二者先进行预处理再进行混合时，可以降低颗粒物的团聚现象，得到的涂料具有更好的分散性，从而可以提高涂料的憎水性以及力学性能。

结合实施例3和对比例4可以看出，实施例3中涂层的接触角、体积电阻率、介电强度、机械扯断强度、拉断伸长率、抗撕裂强度的性能均优于对比例4，说明采用3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷对聚四氟乙烯的处理效果要优于六甲基二硅氧烷对聚四氟乙烯的处理效果，本申请的原料配方之间具有更好的协同配合效果。

结合实施例3、实施例6、对比例5可以看出，实施例3中涂层的接触角、体积电阻率、介电强度、机械扯断强度、拉断伸长率、抗撕裂强度的性能均优于实施例6、对比例5，说明当疏水改性剂的用量为气相二氧化硅用量的30wt％时，具有较佳的综合性能。

结合实施例3、实施例7、实施例8可以看出，实施例3中涂层的接触角、体积电阻率、介电强度、机械扯断强度、拉断伸长率、抗撕裂强度的性能均优于实施例7、实施例8，说明当表面处理剂的用量为聚四氟乙烯用量的30wt％时，具有较佳的综合性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，以重量份数计，包括如下原料：有机硅树脂100份、气相二氧化硅10-30份、疏水改性剂1-9份、界面改性剂1-15份、聚四氟乙烯超微粉5-30份、表面处理剂0.5-15份、溶剂40-60份、交联剂8-12份、偶联剂8-12份以及催化剂0.5-2份。

2.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述有机硅树脂为端羟基聚二甲基硅氧烷，粘度为1000-50000厘泊。

3.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述疏水改性剂的用量为气相二氧化硅用量的10-30wt%；

所述界面改性剂的用量为气相二氧化硅用量的10-50wt%；

所述表面处理剂的用量为聚四氟乙烯超微粉用量的10-50wt%。

4.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述疏水改性剂为六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述界面改性剂为甲醇、乙醇中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述表面处理剂为3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。

7.根据权利要求1所述的一种高疏水性防污闪涂料，其特征在于，所述聚四氟乙烯超微粉的粒径＜10μm。

8.权利要求1所述的高疏水性防污闪涂料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

在有机硅树脂中，通过疏水改性剂以及界面改性剂对气相二氧化硅进行处理，得到预处理气相二氧化硅；

在有机硅树脂中，通过表面处理剂对聚四氟乙烯超微粉进行处理，得到预处理聚四氟乙烯；

将所述预处理气相二氧化硅与所述预处理聚四氟乙烯混合后，加热后除去所述界面改性剂，得到预混物；

向所述预混物中加入溶剂、交联剂、偶联剂以及催化剂，混合后，得到高疏水性防污闪涂料。

9.根据权利要求8所述的一种高疏水性防污闪涂料的制备方法，其特征在于，所述预处理气相二氧化硅与所述预处理聚四氟乙烯混合后，在常温下密闭捏合30-90min，然后继续捏合并升温至70-90℃，同时抽真空90-150min，除去所述界面改性剂，得到预混物。

10.根据权利要求8所述的一种高疏水性防污闪涂料的制备方法，其特征在于，向所述预混物中加入溶剂后，先将其砂磨至颗粒细度为20μm以下的混合物后，再加入交联剂、偶联剂以及催化剂进行混合。