CN114933853A - 一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料及其制备方法 - Google Patents

一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料及其制备方法，该超疏水涂料主要包括以下组分：聚硅氧烷50~80份、氟硅橡胶5~40份、填料15~40份、催化剂0.01~0.02份、溶剂20~50份、色浆0.01~0.02份、固化剂8~15份、偶联剂5~10份；该制备方法成本较低且易于制备。在本发明中，利用含氟硅橡胶的低表面能，再辅以添加不同粒径大小的微纳米颗粒，构筑了一层纳米超疏水涂层。该超疏水涂料利用仿生原理，使其表面粗糙度增加，故而提高其表面憎水性。通过调节微纳米填料的粒径大小和添加量，可使其表现出不同憎水程度，实现涂料的超疏水，扩大RTV涂料的应用范围。

Description

一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂料及其制备方法，尤其涉及一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料及其制备方法。
背景技术
绝缘设备在不同恶劣的环境下容易发生污秽闪络的现象。污秽闪络是指大气中的尘埃微粒等沉积到在户外长期运行的绝缘子表面，逐渐形成污秽层，在小雨、雪、雾、霾、露等气象条件下，污秽层渐渐湿润，其中的可溶物质逐渐溶于水，而在绝缘子表面形成一层导电膜，从而增加了表面电导率，使绝缘性能下降，造成的绝缘子湿润表面的闪络放电(简称污闪)。2001年2月，大雾笼罩我国北方地区，造成了覆盖辽宁中部、河北南北部、京津唐电网等地区的大面积污闪停电事故，辽宁电网500kV与220kV输电线路共跳闸168条次，豫西、豫北电网500kV和220kV线路共跳闸155条次，仅辽宁省电量损失就高达9370MW·h。2005年1月广东电网发生大面积污闪停电事故，涉及220kV线路5条、500kV线路12条，致使500kV南部环网解环运行。2011年初，新疆电网遭受连续大雾天气侵袭，9座110～220kV变电站的母线失电压停电，导致新疆电网解裂。据统计，目前由于污秽而引起的绝缘子闪络事故在电网总事故中位居第二，仅次于雷击事故。由于污闪事故发生区域广、停电时间长、重合闸成功率低，将带来巨大的经济损失和社会影响，目前我国污闪事故造成的损失是雷击事故的十倍以上。
目前针对于绝缘设备的污秽闪络等一系列问题主要采取涂敷RTV涂料和清洗剂结合的方法，但是对于雨雪天气，绝缘设备仍然面临着结冰、积雪、漏电等严重缺陷，从而导致导线发生蠕变等不良影响，降低绝缘部件的使用寿命。
现有的防污闪涂料主要是以大分子量的硅橡胶作为基材，通过添加增强填料和阻燃填料以及其他化学助剂得以实现，该方案目前可以较好地实现防止绝缘设备发生闪络现象，但是在雨雪环境下，其稳定性不佳，容易受到影响。尤其是在受到雨雪天气的侵害时，绝缘设备表面憎水性下降。形成冰柱时，严重损害绝缘部件的机械性能和电气性能。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种超疏水且耐低温的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料；本发明的另一目的在于提供一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料的制备方法。
技术方案：本发明所述的一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：聚硅氧烷50～80份、氟硅橡胶5～40份、填料15～40份、催化剂0.01～0.02份、溶剂20～50份、色浆0.01～0.02份、固化剂8～15份、附着力促进剂5～20份。
优选地，所述聚硅氧烷为含氢聚硅氧烷、端含氢聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷、端羟基含氟聚硅氧烷、端羟基含氯聚硅氧烷、端羟基聚二甲基硅氧烷、羟基甲基苯基聚硅氧烷中的至少一种。
优选地，所述聚硅氧烷的粘度为6000～20000cs。
优选地，所述填料为纳米二氧化钛、氢氧化铝、氢氧化铁、白炭黑、碳化硅、氧化铝、氮化铝、熟石膏、氮化硼、碳化硅、陶土、硅微粉、石棉绒或碳酸钙中的至少一种。
优选地，所述附着力促进剂为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、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
优选地，所述催化剂为铂催化剂、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、钛酸酯或四甲基氢氧化铵中的至少一种。
优选地，所述固化剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙基)丙基甲基二甲氧基硅烷或氯化镁中的至少一种。
优选地，所述溶剂为苯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、甲醇、乙醇、乙二醇、三氟三氯乙烷中的至少一种。
所述基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氟硅橡胶溶于溶剂中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加微米级和纳米级的填料，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加填料，得到初混胶；
(3)在真空，80℃～120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶混合物和初混胶再放入到捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入溶剂，使其分散开，并加入固化剂、偶联剂、催化剂、附着力促进剂和色浆进行搅拌，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
优选地，步骤(3)和(4)中所述搅拌速度为60～120r/min。
优选地，步骤(5)中反应条件为室温，搅拌时间为1～2h。
该超疏水涂料利用仿生原理在传统RTV涂料表面形成的一层微纳米结构，使其表面粗糙度增加，故而提高其表面憎水性。在本发明中，利用含氟硅橡胶的低表面能，再辅以添加不同粒径大小的微纳米颗粒，从而在传统RTV表面上构筑一层纳米超疏水涂层。通过调节微纳米填料的粒径大小和添加量，使其表现出不同憎水程度的超疏水RTV涂料，实现涂料的超疏水，扩大RTV涂料的应用范围。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)涂料的憎水性能以及耐低温性能优异，静态接触角最大为163.2°，同时可耐-10℃低温；本发明根据仿生原理，在涂层表面构造微纳米结构，主要利用具有低表面能的小分子附着在硅橡胶分子表面使其具有超疏水的效果和特性，防止绝缘设备在雨雪环境下受到侵蚀危害，延长绝缘部件的使用寿命；(2)涂料的制备方法成本低廉且工艺简单，易于形成操作流水线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷50份、氟硅橡胶5份、二氧化钛5份、白炭黑30份、氢氧化铝5份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.01份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)将氟硅橡胶溶于三氟三氯乙烷中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加二氧化钛和白炭黑，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(3)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶和初混胶再捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入乙烯基三乙酰氧基硅烷、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、二月桂酸二丁基锡、铁红等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
实施例2
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷80份、氟硅橡胶20份、二氧化钛5份、白炭黑30份、氢氧化铝5份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.01份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)将氟硅橡胶溶于三氟三氯乙烷中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加二氧化钛和白炭黑，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(3)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶和初混胶再捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入乙烯基三乙酰氧基硅烷、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、二月桂酸二丁基锡、铁红等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
实施例3
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷85份、端羟基含氟聚硅氧烷5份、二氧化钛5份、白炭黑30份、氢氧化铝5份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、铁红0.05份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)将氟硅橡胶溶于三氟三氯乙烷中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加二氧化钛和白炭黑，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(3)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶和初混胶再捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入乙烯基三乙酰氧基硅烷、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、二月桂酸二丁基锡、铁红等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
实施例4
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷60份、端羟基含氟聚硅氧烷40份、二氧化钛5份、白炭黑30份、氢氧化铝5份、铂催化剂0.01份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.01份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)将氟硅橡胶溶于三氟三氯乙烷中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加二氧化钛和白炭黑，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(3)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶和初混胶再捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入铂催化剂、二月桂酸二丁基锡、铁红、乙烯基三乙酰氧基硅烷、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等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
实施例5
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷70份、端羟基含氟聚硅氧烷30份、二氧化钛15份、白炭黑20份、氢氧化铝5份、铂催化剂0.01份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.02份、甲基三丁酮肟基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)将氟硅橡胶溶于三氟三氯乙烷中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加二氧化钛和白炭黑，得到氟硅橡胶混合物；
(2)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(3)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
(4)将氟硅橡胶和初混胶再捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
(5)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入铂催化剂、二月桂酸二丁基锡、铁红、甲基三丁酮肟基硅烷、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等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
对比例1
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基聚二甲基硅氧烷100份、白炭黑30份、氢氧化铝5份、二月桂酸二丁基锡0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.02份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(2)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h，得到复合胶；
(3)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入乙烯基三乙酰氧基硅烷、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、二月桂酸二丁基锡、铁红等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到防污闪涂料。
对比例2
一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，包括以下重量份的组分：端羟基乙烯基聚硅氧烷100份、白炭黑15份、氢氧化铝5份、铂催化剂0.01份、三氟三氯乙烷45份、色浆0.02份、乙烯基三乙酰氧基硅烷10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷6份。
上述超疏水防污闪涂料，通过以下制备方法制得：
(1)在聚硅氧烷中添加白炭黑和氢氧化铝等填料，得到初混胶；
(2)在真空，120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h，得到复合胶；
(3)在复合胶中加入三氟三氯乙烷，使其分散开，并加入乙烯基三乙酰氧基硅烷、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、铂催化剂、铁红等加工助剂，最后进行过滤，干燥，得到防污闪涂料。
实施例及对比例的疏水和耐低温性能实验数据如表1所示。
表1实施例及对比例的实验数据
序号 静态接触角(°) 滚动角(°) 涂4粘度(s) 耐低温性能(℃)
实施例1 153.1 4.8 54 -10
实施例2 150.6 5.3 59 -7
实施例3 152.9 2.9 60 -11
实施例4 156.9 2.3 62 -9
实施例5 163.2 2.5 64 -10
对比例1 120.4 19.4 80 10
对比例2 118.5 25.8 120 6

Claims (10)

1.一种基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚硅氧烷50~80份、氟硅橡胶5~40份、填料15~40份、催化剂0.01~0.02份、溶剂20~50份、色浆0.01~0.02份、固化剂8~15份、附着力促进剂5~20份。
2.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述聚硅氧烷为含氢聚硅氧烷、端含氢聚硅氧烷、端羟基乙烯基聚硅氧烷、端羟基含氟聚硅氧烷、端羟基含氯聚硅氧烷、端羟基聚二甲基硅氧烷、羟基甲基苯基聚硅氧烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述聚硅氧烷的粘度为6000~20000cs。
4.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述填料为纳米二氧化钛、氢氧化铝、氢氧化铁、白炭黑、碳化硅、氧化铝、氮化铝、熟石膏、氮化硼、碳化硅、陶土、硅微粉、石棉绒或碳酸钙中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述附着力促进剂为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、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或n-β-（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述催化剂为铂催化剂、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、钛酸酯或四甲基氢氧化铵中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述固化剂为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-（2，3-环氧丙基）丙基甲基二甲氧基硅烷或氯化镁中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料，其特征在于，所述溶剂为苯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、三乙醇胺、甲醇、乙醇、乙二醇、三氟三氯乙烷中的至少一种。
9.一种权利要求1-8任一所述的基于微纳米结构的超疏水防污闪涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将氟硅橡胶溶于溶剂中，充分混合，搅拌，使氟硅橡胶完全分散开，再添加微米级和纳米级的填料，得到氟硅橡胶混合物；
（2）在聚硅氧烷中添加填料，得到初混胶；
（3）在真空，80℃~120℃条件下，将初混胶放入捏合机中，进行搅拌，搅拌1-2h；
（4）将氟硅橡胶混合物和初混胶再放入到捏合机中混合，搅拌，得到复合胶；
（5）在复合胶中加入溶剂，使其分散开，并加入固化剂、偶联剂、催化剂、附着力促进剂和色浆进行搅拌，最后进行过滤，干燥，得到超疏水防污闪涂料。
10.根据权利要求9所述的一种超疏水防污闪涂料的制备方法，其特征在于，步骤（3）和（4）中所述搅拌速度为60~120r/min，步骤（5）中反应条件为室温，搅拌时间为1~2h。
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CN115785757A (zh) * 2022-10-28 2023-03-14 贵州电网有限责任公司 一种界面低粘附绝缘涂层及其制备方法

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CN101942200A (zh) * 2009-07-07 2011-01-12 佛山市皇冠化工有限公司 一种用于防污闪涂料的组合物及防污闪涂料
CN110054988A (zh) * 2019-04-28 2019-07-26 浙江新安化工集团股份有限公司 一种防污闪涂料及其制备方法和应用

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