CN115725223B - 一种防覆冰疏水涂料和应用、防覆冰疏水涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于涂层材料技术领域，具体涉及一种防覆冰疏水涂料和应用、防覆冰疏水涂层的制备方法。本发明通过采用聚乙烯醇和环氧树脂作为粘合底漆，可以增强防覆冰疏水涂层和基材间的结合力；通过采用硅烷偶联剂对SiO₂表面进行改性，降低涂层表面能，同时通过粒径不同的纳米级二氧化硅和亚微米级碳化硅在低表面能的防覆冰疏水涂层表面构建多级微纳结构，增大涂层表面粗糙程度，提高防覆冰疏水涂层的疏水性能；此外，粒径大小不同的SiO₂和SiC粒子相互固定，增加了涂层体系内部的稳定性；硬质颗粒改性SiC可以有效增加防覆冰疏水涂层的强度和刚度，并提高其耐磨性能。

Description

一种防覆冰疏水涂料和应用、防覆冰疏水涂层的制备方法

技术领域

本发明属于涂层材料技术领域，具体涉及一种防覆冰疏水涂料和应用、防覆冰疏水涂层的制备方法。

背景技术

随着全球气候的复杂变化，极端天气频繁出现，输电线路及输电杆塔出现覆冰灾害的可能性加大，给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战。输电线路覆冰是电力系统最严重的灾害之一，输电杆塔及电缆等电力户外设备在严寒和湿冷地区应用时，其表面会由于附着水分而大量结冰，尤其在冰冻雨雪天气引起超过电缆设计标准的覆冰荷载时，会产生诸如杆塔压坏、拉坏、扭坏、屈曲失稳破坏以及拉扭共同破坏等各种形式的灾害。因输电线路覆冰导致的绝缘子冰闪、过载、线路舞动，甚至断线倒塔等事故，严重威胁着电网的安全稳定运行。

目前，颇受关注的输电线路防覆冰涂层技术是利用防覆冰疏水涂料在输电线路表面构造复合涂层，在覆冰期间主动抑制和缓解输电线路覆冰的形成和增长，可从根本上消除输电线路覆冰灾害的发生。但是，现有的超疏水防覆冰涂层，虽在制备方法和喷涂手段上都较为简单易行，但很少会考虑到涂层与各种基材间的附着力问题，在实际工作环境中涂层不稳定、易脱落，导致其耐磨性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防覆冰疏水涂料和应用、防覆冰疏水涂层的制备方法，本发明提供的防覆冰疏水涂料形成的防覆冰疏水涂层与基材间的结合力强，稳定性强，不易脱落，具有优异的疏水性能和耐磨性能。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种防覆冰疏水涂料，包括分装的粘合底漆和疏水面漆；

所述粘合底漆的制备原料包括聚乙烯醇、环氧树脂和水；

所述疏水面漆的制备原料包括硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉、聚四氟乙烯乳液和水；

所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的粒径为50～100nm；所述硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径为200～500nm。

优选的，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂。

优选的，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比为(1～2):(1～2)；所述水和聚乙烯醇的质量比为100:(5～10)。

优选的，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉和硅烷偶联剂改性SiC粉的质量比为(0.6～1.6):1；所述聚四氟乙烯乳液的固含量为50～65％；所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的质量和聚四氟乙烯乳液的体积之比为(0.6～1.6)g:10mL；所述水和聚四氟乙烯乳液的体积比为1:(1～2)。

优选的，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的制备方法包括：

将无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯混合，进行水解和改性，得到改性SiO₂溶胶；

将所述改性SiO₂溶胶依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉。

优选的，所述硅烷偶联剂包括G617、KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种。

优选的，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的替换制备方法包括：将所述盐酸溶液替换为氨水。

优选的，所述硅烷偶联剂改性SiC粉的制备方法包括：

将无水乙醇、水和正硅酸四乙酯混合，调节所得混合液的pH值至7～8后，依次加入SiC纳米粒子和硅烷偶联剂，进行改性，得到混合体系；

将所述混合体系依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiC粉。

本发明还提供了上述技术方案所述防覆冰疏水涂料在输电设备中的应用。

本发明还提供了一种防覆冰疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

将粘合底漆涂覆在输电设备表面，进行第一固化，形成底漆层；

在所述底漆层表面涂覆疏水面漆，进行第二固化，形成面漆层，得到防覆冰疏水涂层；

所述粘合底漆和疏水面漆为上述技术方案所述防覆冰疏水涂料中的粘合底漆和疏水面漆。

本发明提供了一种防覆冰疏水涂料，包括分装的粘合底漆和疏水面漆；所述粘合底漆的制备原料包括聚乙烯醇、环氧树脂和水；所述疏水面漆的制备原料包括硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉、聚四氟乙烯乳液和水；所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的粒径为50～100nm；所述硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径为200～500nm。本发明通过采用聚乙烯醇和环氧树脂作为粘合底漆，可以增强防覆冰疏水涂层和基材间的结合力，通过不同配比的调配使防覆冰疏水涂层和各种金属基材间的附着力都较为理想；本发明通过采用硅烷偶联剂对SiO₂表面进行改性，使SiO₂粒子表面带有低表面能的环氧基，提高防覆冰疏水涂层的疏水性能，改性的纳米级二氧化硅和亚微米级碳化硅的粒径不同，能够在低表面能的防覆冰疏水涂层表面构建微纳结构，微纳结构效仿自然界中的“荷叶效应”，通过增大表面粗糙程度提高了防覆冰疏水涂层的疏水性能；此外，粒径大小不同的SiO₂和SiC粒子起到了一定的固定作用，增加了防覆冰疏水涂层体系内部的稳定性，使涂层不易脱落；硅烷偶联剂改性SiC是硬质颗粒，其可以有效增加防覆冰疏水涂层的强度和刚度，并提高其耐磨性能；此外，硅烷偶联剂还有良好的自成膜性能，能改善涂层的粘合性能，提高防覆冰疏水涂层与界面的附着力，而且聚四氟乙烯形成的有机柔性层能避免龟裂而保持涂层的完整性和牢固度。

附图说明

图1为本发明实施例1中面漆层的结构示意图；

图2为本申请实施例1中面漆层的扫描电镜图；

图3为本发明实施例1的防覆冰疏水涂层的表面形貌图；

图4为本发明实施例1的防覆冰疏水涂层的疏水性能图；

图5为本发明实施例1的防覆冰疏水涂层的耐磨性能图；

图6为KH-550改性SiO₂的反应流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种防覆冰疏水涂料，包括分装的粘合底漆和疏水面漆；

所述粘合底漆的制备原料包括聚乙烯醇、环氧树脂和水；

所述疏水面漆的制备原料包括硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉、聚四氟乙烯乳液和水；

所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的粒径为50～100nm；所述硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径为200～500nm。

如无特殊说明，本发明对所用原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。

本发明提供的防覆冰疏水涂料包括粘合底漆。

在本发明中，所述粘合底漆的制备原料包括聚乙烯醇、环氧树脂和水；所述环氧树脂优选包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂，更优选为双酚A型环氧树脂。

在本发明中，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比优选为(1～2):(1～2)，更优选为1:1；所述水和聚乙烯醇的质量比优选为100:(5～10)，更优选为100:(8～10)。

在本发明中，所述粘合底漆的制备方法优选包括：

将聚乙烯醇、环氧树脂和水混合，在搅拌的条件下进行加热后静置，得到粘合底漆。

在本发明中，所述聚乙烯醇、环氧树脂和水的混合过程优选为先将聚乙烯醇和环氧树脂混合，再加入水；所述加热的温度优选为80～100℃，更优选为80～90℃；所述加热的时间优选为1～4h，更优选为2h；所述搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为800～900r/min；所述静置优选在室温下进行。

本发明通过采用聚乙烯醇和环氧树脂作为粘合底漆，其中，聚乙烯醇成膜性好，可用于制造水溶性胶粘剂；环氧树脂对于各种金属材料(如铝、铁、铜)和非金属材料(如玻璃、木材、混凝土)都有优良的粘接性能。但是，聚乙烯醇中含有大量的亲水性基团羟基，在外部的干湿变化中，表现出强烈的对水亲合作用，采用粘结强度高、稳定性好的环氧树脂对聚乙烯醇进行改性，环氧树脂中的环氧基团可以与聚乙烯醇中的羟基发生反应生成醚，从而使粘度更加稳定，可以增强防覆冰疏水涂层和基材间的结合力，通过不同配比的调配使防覆冰疏水涂层和各种金属基材间的附着力都较为理想。

在本发明中，对于铝基材来说，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比优选为2:1，对于铁基材来说，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比优选为1:1，对于铜基材来说，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比优选为1:2。

本发明提供的防覆冰疏水涂料包括与所述粘合底漆分装的疏水面漆；所述疏水面漆的制备原料包括硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉、聚四氟乙烯乳液和水。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的制备方法包括：

将无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯混合，进行水解和改性，得到改性SiO₂溶胶；

将所述改性SiO₂溶胶依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉。

本发明优选将无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯混合。

在本发明中，所述硅烷偶联剂优选包括G617、KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种，更优选为G617、KH-560或KH-570；当硅烷偶联剂为上述几种时，本发明对不同种类硅烷偶联剂的配比没有特殊限定，任意配比即可。

在本发明中，所述盐酸溶液的质量浓度优选为36～38％，更优选为36.8％。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的替换制备方法优选包括：将所述盐酸溶液替换为氨水；所述氨水的质量浓度优选为23～25％，更优选为24.6％。

在本发明中，所述硅烷偶联剂优选以硅烷偶联剂醇溶液的形式使用；所述硅烷偶联剂醇溶液的溶剂优选为无水乙醇和水；所述无水乙醇和水的体积比优选为(0.5～0.7):(0.06～0.08)，更优选为0.612:0.068；所述硅烷偶联剂醇溶液中硅烷偶联剂和无水乙醇的体积比优选为(0.15～0.20):(0.6～0.8)，更优选为0.17:0.612。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的替换制备方法优选包括：将所述正硅酸四乙酯替换为四甲氧基硅烷。

在本发明中，所述无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯混合所得混合液中盐酸的浓度优选为0.005～0.03mol/L，更优选为0.01mol/L，正硅酸四乙酯的浓度优选为0.5～2mol/L，更优选为1mol/L，硅烷偶联剂的浓度优选为0.05～0.2mol/L，更优选为0.1mol/L；所述无水乙醇、盐酸溶液和水的体积比优选为1:1:1。

在本发明中，所述无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯的混合优选为先将无水乙醇、盐酸溶液和水混合，进行第一搅拌，得到混合溶液；将硅烷偶联剂滴加至所述混合溶液中，进行第二搅拌，再滴加正硅酸四乙酯，进行第三搅拌。

在本发明中，所述第一搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～950r/min；所述第一搅拌的时间优选为10～50min，更优选为15～20min；所述第二搅拌的速率优选为600～1500r/min，更优选为800～1000r/min；所述第二搅拌的时间优选为10～40min，更优选为15～20min；所述第三搅拌的速率优选为800～1200r/min，更优选为900～1000r/min；所述第三搅拌的时间优选为10～60min，更优选为15～20min；所述第一搅拌、第二搅拌和第三搅拌的设备均优选为磁力搅拌器；所述滴加正硅酸四乙酯的方式优选为采用分液漏斗逐滴进行滴加；所述滴加正硅酸四乙酯优选在搅拌的条件下进行。

所述混合后，本发明优选将所述混合所得混合液进行水解和改性，得到改性SiO₂溶胶。

在本发明中，所述水解和改性的温度独立地优选为70～90℃，更优选为85℃；所述水解和改性的时间独立地优选为5～8h，更优选为6h；所述水解和改性优选在水浴加热的条件下进行。

在水解和改性过程中，正硅酸四乙酯在酸或碱条件下进行水解，生成SiO₂溶胶，硅烷偶联剂水解后与二氧化硅表面的硅羟基作用，对二氧化硅进行改性，使硅烷偶联剂的一端与二氧化硅表面相连，另一端可以与有机基体(粘合底漆)相连。

得到改性SiO₂溶胶后，本发明优选将所述改性SiO₂溶胶进行固液分离，得到改性SiO₂固体。

在本发明中，所述固液分离包括依次进行的离心和过滤；所述离心的速率优选为8000～13000r/min，更优选为10000r/min；所述离心的时间优选为20～40min，更优选为25min。本发明对所述过滤的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的过滤过程即可。

得到改性SiO₂固体后，本发明优选将所述改性SiO₂固体进行洗涤。

在本发明中，所述洗涤所用的洗涤液优选为无水乙醇；所述洗涤的次数优选为3次。本发明洗涤至固体表面干净无残留物即可。

所述洗涤后，本发明优选将所述洗涤后的改性SiO₂固体进行干燥。

在本发明中，所述干燥的温度优选为60～90℃，更优选为80℃；所述干燥的时间优选为1～4h，更优选为2h；所述干燥的设备优选为烘箱。

所述干燥后，本发明将干燥后的改性SiO₂固体进行研磨，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的粒径为50～100nm，更优选为50～80nm。本发明对所述研磨的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的研磨过程即可。

本发明通过采用硅烷偶联剂对SiO₂进行改性，使SiO₂粒子表面带有低表面能的环氧基，提高其疏水性能。此外，硅烷偶联剂除了对SiO₂表面进行改性外，还有良好的自成膜性能，能提高疏水面漆与界面的附着力，而且聚四氟乙烯有机柔性层能避免龟裂而保持涂层的完整性和牢固度。以KH-550改性SiO₂为例，其反应流程如图6所示。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiC粉的制备方法优选包括：

将无水乙醇、水和正硅酸四乙酯混合，调节所得混合液的pH值至7～8后，依次加入SiC纳米粒子和硅烷偶联剂，进行改性，得到混合体系；

将所述混合体系依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiC粉。

本发明优选将无水乙醇、水和正硅酸四乙酯混合，得到混合液。

在本发明中，所述混合的过程优选为先将无水乙醇和水混合，然后在搅拌的条件下滴加正硅酸四乙酯，继续搅拌10～20min，得到混合液。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiC粉的替换制备方法优选包括：将所述正硅酸四乙酯替换为四甲氧基硅烷。

在本发明中，所述无水乙醇和水的体积比优选为1:(3～8)，更优选为1:5；所述搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～1000r/min。

得到混合液后，本发明优选调节所述混合液的pH值至7～8，得到混合体系。

在本发明中，所述调节pH值所用的试剂优选为氢氧化钠、氧化钙、氢氧化钙或乙酸，更优选为氧化钙。

得到所述混合体系后，本发明优选在所述混合体系中加入SiC纳米粒子，进行搅拌，得到SiC纳米粒子分散液。

在本发明中，所述SiC纳米粒子的粒径优选为200～500nm，更优选为300nm。

在本发明中，所述搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～1000r/min；所述搅拌的时间优选为1～4h，更优选为2h；所述搅拌的方式优选为磁力搅拌。

得到SiC纳米粒子分散液后，本发明优选在所述SiC纳米粒子分散液加入硅烷偶联剂，进行改性，得到改性SiC分散液。

在本发明中，所述硅烷偶联剂优选包括G617、KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种，更优选为KH-560或KH-570；当硅烷偶联剂为上述几种时，本发明对不同种类硅烷偶联剂的配比没有特殊限定，任意配比即可；所述硅烷偶联剂优选以硅烷偶联剂醇溶液的形式使用；所述硅烷偶联剂醇溶液的溶剂优选为无水乙醇和水；所述无水乙醇和水的体积比优选为(0.5～0.7):(0.06～0.08)，更优选为0.612:0.068；所述硅烷偶联剂醇溶液中硅烷偶联剂和无水乙醇的体积比优选为(0.15～0.20):(0.6～0.8)，更优选为0.17:0.612。

在本发明中，所述无水乙醇、水、正硅酸四乙酯、SiC纳米粒子和硅烷偶联剂混合所得混合液中硅烷偶联剂的浓度优选为0.05～0.2mol/L，更优选为0.1mol/L，正硅酸四乙酯的浓度优选为0.5～1.5mol/L，更优选为1mol/L，SiC纳米粒子的浓度优选为1～5g/L，更优选为2g/L。

在本发明中，所述改性的时间优选为15min；所述改性优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～1000r/min；所述搅拌的方式优选为磁力搅拌。

本发明先用正硅酸四乙酯对SiC纳米粒子进行表面修饰，使其表面具有硅羟基，硅烷偶联剂水解后与SiC表面的硅羟基作用，对SiC进行改性，使硅烷偶联剂的一端与SiC表面相连，另一端可以与有机基体(粘合底漆)相连。

得到改性SiC分散液后，本发明优选将所述改性SiC分散液进行固液分离，得到改性SiC固体。

在本发明中，所述固液分离优选包括依次进行的离心和过滤；所述离心的速率优选为8000～12000r/min，更优选为9000～10000r/min；所述离心的时间优选为20～40min，更优选为25～30min。

本发明对所述过滤的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的过滤过程即可。

得到改性SiC固体后，本发明优选将所述改性SiC固体进行洗涤。

在本发明中，所述洗涤所用的洗涤液优选为无水乙醇；所述洗涤的次数优选为3次。本发明洗涤至固体表面干净无残留物即可。

所述洗涤后，本发明优选将所述洗涤后的改性SiC固体进行干燥。

在本发明中，所述干燥的温度优选为60～90℃，更优选为70～80℃；所述干燥的时间优选为1～4h，更优选为2～3h；所述干燥的设备优选为烘箱。

所述干燥后，本发明将所述干燥后的改性SiC固体进行研磨，得到硅烷偶联剂改性SiC粉。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径为200～500nm，优选为300nm。本发明对所述研磨的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的研磨过程即可。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉和硅烷偶联剂改性SiC粉的质量比优选为(0.6～1.6):1，更优选为1:1；所述聚四氟乙烯乳液的固含量优选为50～65％，更优选为60％；所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的质量和聚四氟乙烯乳液的体积之比优选为(0.6～1.6)g:10mL，更优选为0.6g:10mL；所述水和聚四氟乙烯乳液的体积比为1:(1～2)，更优选为1:1。

在本发明中，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉和硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径比优选为1:6。

本发明通过含硅偶联剂和硅烷偶联剂对SiC表面进行改性，可以提高防覆冰疏水涂层的强度、改善其疏水性能。

在本发明中，所述疏水面漆的制备方法优选包括：

将所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉和水混合，进行第一搅拌，然后加入聚四氟乙烯乳液，进行第二搅拌，得到面漆体系；

将所述面漆体系依次进行超声分散和静置，得到疏水面漆。

在本发明中，所述第一搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～1000r/min；所述第一搅拌的时间优选为10～30min，更优选为20min；所述第二搅拌的速率优选为800～1000r/min，更优选为900～1000r/min；所述第二搅拌的时间优选为10～40min，更优选为30min；所述第一搅拌和第二搅拌的方式均优选为磁力搅拌。

在本发明中，所述超声分散的速率优选为40～50KHz，更优选为42～45KHz；所述超声分散的时间优选为20～40min，更优选为30min；所述静置的时间优选为20～40min，更优选为30min；所述静置优选在室温下进行。

图1为本发明实施例1提供防覆冰疏水涂料中疏水面漆形成的面漆层的结构示意图。由图1所示，本发明中使用不同粒径的硅烷偶联剂改性SiO₂粉和硅烷偶联剂改性SiC粉能通过聚四氟乙烯乳液互相环绕，这样的结构起到了一定的固定作用，增加了防覆冰疏水涂层体系内部的稳定性，使纳米粒子不易扩散。

本发明还提供了上述技术方案所述防覆冰疏水涂料在输电设备中的应用。

在本发明中，所述输电设备优选为输电杆塔或输电线路。

本发明还提供了一种防覆冰疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

将粘合底漆涂覆在输电设备表面，进行第一固化，形成底漆层；

在所述底漆层表面涂覆疏水面漆，进行第二固化，形成面漆层，得到防覆冰疏水涂层；

所述粘合底漆和疏水面漆为上述技术方案所述防覆冰疏水涂料中的粘合底漆和疏水面漆。

在本发明中，所述涂覆的方式优选为喷涂；本发明对所述喷涂的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的喷涂过程即可。

在本发明中，所述第一固化和第二固化的过程独立优选为先自然干燥，再进行烘干。在本发明中，自然干燥优选在室温下的通风环境中进行；所述自然干燥的时间优选为2～4h；所述烘干的设备优选为烘箱；所述烘干的温度优选为150℃；所述烘干的时间优选为1～2h。

在本发明中，所述底漆层的厚度优选为45～100nm，更优选为50～60nm；所述面漆层的厚度优选为50～100nm，更优选为50～60nm。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

将聚乙烯醇和双酚A型环氧树脂按体积比1:1的混合后，加入去离子水(去离子水与聚乙烯醇的质量比为10:1)，加热至80℃，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌1h，室温下静置，得到粘合底漆；

将无水乙醇、36.8wt.％的盐酸溶液和去离子水按体积比1:1:1共混，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌15min得到混合溶液，向混合溶液中缓慢滴加硅烷偶联剂G617醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)，继续搅拌15min，再将正硅酸四乙酯用分液漏斗在搅拌条件下逐滴添加至混合溶液(其中盐酸0.01mol/L，硅烷偶联剂G6170.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)中，继续15min后，在85℃下水浴加热6h，得到改性SiO₂溶胶，将改性SiO₂溶胶以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉(粒径为50nm)；

将无水乙醇和去离子水按体积比1:5共混，以800r/min磁力搅拌20min得到混合溶液，将1mol/L的正硅酸四乙酯运用分液漏斗在搅拌的条件下逐滴添加至所述混合溶液中，继续搅拌20min后，用CaO调节pH值至7，加入SiC纳米粒子，继续磁力搅拌1h后，向混合体系中缓慢滴入硅烷偶联剂KH-570醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)(混合液中SiC纳米粒子2g/L，硅烷偶联剂KH-5700.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)，继续磁力搅拌15min，以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiC粉(粒径为300nm)；

将1.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉和1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉加入10mL去离子水中，以1000r/min磁力搅拌10min，再加入10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液(固含量为60％)继续磁力搅拌10min后，以42KHz超声分散30min，在室温下静置30min，得到疏水面漆。

实施例2

与实施例1的区别在于，疏水面漆中含有0.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例1一致。

实施例3

与实施例1的区别在于，疏水面漆中含有1.0g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例1一致。

实施例4

将聚乙烯醇和双酚A型环氧树脂按体积比2:1的混合后，加入去离子水(去离子水与聚乙烯醇的质量比为10:1)，加热至80℃，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌1h，室温下静置，得到粘合底漆；

将无水乙醇、36.8wt.％的盐酸溶液和去离子水按体积比1:1:1共混，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌15min得到混合溶液，向混合溶液中缓慢滴加硅烷偶联剂KH-570醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)，继续搅拌15min，再将正硅酸四乙酯用分液漏斗在搅拌条件下逐滴添加至混合溶液(其中盐酸0.01mol/L，硅烷偶联剂KH-5700.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)中，继续15min后，在85℃下水浴加热6h，得到改性SiO₂溶胶，将改性SiO₂溶胶以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉(粒径为50nm)；

将无水乙醇和去离子水按体积比1:5共混，以1000r/min磁力搅拌20min得到混合溶液，将正硅酸四乙酯运用分液漏斗在搅拌的条件下逐滴添加至所述混合溶液中，继续搅拌20min后，用CaO调节pH值至7，加入SiC纳米粒子，继续磁力搅拌1h后，向混合体系中缓慢滴入硅烷偶联剂KH-570醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)(混合液中SiC纳米粒子2g/L，硅烷偶联剂KH-5700.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)，继续磁力搅拌15min，以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiC粉(粒径为300nm)；

将1.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉和1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉加入10mL去离子水中，以1000r/min磁力搅拌10min，再加入10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液(固含量为60％)继续磁力搅拌10min后，以42KHz超声分散30min，在室温下静置30min，得到疏水面漆。

实施例5

与实施例4的区别在于，疏水面漆中含有0.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例4一致。

实施例6

与实施例4的区别在于，疏水面漆中含有1.0g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例4一致。

实施例7

将聚乙烯醇和双酚A型环氧树脂按体积比1:2的混合后，加入去离子水(去离子水与聚乙烯醇的质量比为10:1)，加热至80℃，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌1h，室温下静置，得到粘合底漆；

将无水乙醇、36.8wt.％的盐酸溶液和去离子水按体积比1:1:1共混，用磁力搅拌器以1000r/min搅拌15min得到混合溶液，向混合溶液中缓慢滴加硅烷偶联剂G617醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)，继续搅拌15min，再将正硅酸四乙酯用分液漏斗在搅拌条件下逐滴添加至混合溶液(其中盐酸0.01mol/L，硅烷偶联剂G6170.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)中，继续15min后，在85℃下水浴加热6h，得到改性SiO₂溶胶，将改性SiO₂溶胶以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉(粒径为50nm)；

将无水乙醇和去离子水按体积比1:5共混，以1000r/min磁力搅拌20min得到混合溶液，将正硅酸四乙酯运用分液漏斗在搅拌的条件下逐滴添加至所述混合溶液中，继续搅拌20min后，用CaO调节pH值至7，加入SiC纳米粒子，继续磁力搅拌1h后，向混合体系中缓慢滴入硅烷偶联剂KH-570醇溶液(硅烷偶联剂、无水乙醇和水的体积比为0.17:0.612:0.068)(混合液中SiC纳米粒子2g/L，硅烷偶联剂KH-5700.1mol/L，正硅酸四乙酯1mol/L)，继续磁力搅拌15min，以10000r/min离心20min后，过滤、洗涤后，在80℃下干燥2h，得到硅烷偶联剂改性SiC粉(粒径为300nm)；

将1.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉和1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉加入10mL去离子水中，以1000r/min磁力搅拌10min，再加入10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液(固含量为60％)继续磁力搅拌10min后，以42KHz超声分散30min，在室温下静置30min，得到疏水面漆。

实施例8

与实施例7的区别在于，疏水面漆中含有0.6g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例7一致。

实施例9

与实施例7的区别在于，疏水面漆中含有1.0g硅烷偶联剂改性SiO₂粉、1.0g硅烷偶联剂改性SiC粉和10mL聚四氟乙烯(PTFE)乳液，其余内容与实施例7一致。

对比例1

与实施例1的区别在于，使用未改性的SiO₂粉和SiC粉，其余内容与实施例1一致。

对比例2

与实施例1的区别在于，硅烷偶联剂改性SiO₂粉与硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径相同，为300nm，其余内容与实施例1一致。

应用例1

将实施例1制备的粘合底漆和疏水面漆分别压缩至喷瓶中，然后按照先喷粘合底漆、后喷疏水面漆的顺序依次喷涂于玻璃片表面2次直至表面覆盖均匀，喷涂时需保持喷瓶正立，与玻璃片表面垂直，朝同一方向匀速移动喷涂，喷瓶与水平面之间的夹角为45°，喷嘴与玻璃片的距离为15cm。喷涂粘合底漆后，在室温自然干燥2h，再置于烘箱中150℃烘干固化1h后再喷涂疏水面漆，喷涂后的玻璃片在通风环境下室温自然干燥4h，再置于烘箱中150℃烘干固化1h，每一涂层的厚度为100nm，得到防覆冰疏水复合涂层。

对比应用例1

与应用例1的区别在于，喷涂实施例1制备的粘合底漆和疏水面漆，其余内容与应用例1一致。

对比应用例2

与应用例1的区别在于，喷涂实施例2制备的粘合底漆和疏水面漆，其余内容与应用例1一致。

性能测试

(1)通过扫描电子显微镜对实施例1的疏水面漆层的表面形貌进行表征，结果如图2所示。

由图2可知，本发明制备的疏水面漆层中含有SiO₂、SiC。

(2)通过扫描电子显微镜对应用例1得到的防覆冰疏水涂层的表面形貌进行表征，结果如图3所示。

由图3可知，在低倍数下能够观察到防覆冰疏水涂层表面凹凸不平的微米级结构，进一步放大观察到密集的纳米级结构，这是由疏水性二氧化硅复合尺度纳米粒子团聚并与树脂结合形成，这些凹凸不平的微纳米级结构提高了防覆冰疏水涂层的疏水性。

(3)防覆冰疏水涂层的疏水性测试

在室温下使用接触角测量仪检测应用例1得到的防覆冰疏水涂层的接触角，水滴大小为5μL，拟合方式为五点拟合法，计算方法为切线法，选取5个点进行测量。玻璃片表面的滚动角采用斜板法测量，测量前先将样品台调平，用微量计取5μL的去离子水，滴在涂层表面，缓缓转动样品台至水滴开始移动，记录此时样品台转过的角度作为滚动角，测量5次取平均值。结果如图4所示，其中每张图片间隔时间为0.6s。

由图4可知，应用例1得到的防覆冰疏水涂层表面的接触角为156.6°。

(4)防覆冰疏水涂层的耐磨性测试

将玻璃片置于800目的砂纸上，使应用例1得到的防覆冰疏水涂层表面与砂纸接触，在玻璃片上放置一个100g的砝码以施加压力，用镊子水平推动，推动距离为10cm，再从另一侧反方向推动回到原点，此过程为一次摩擦循环。每10个摩擦循环记录一次表面润性变化及质量损失情况，结果如图5所示。

由图5可知，重复以上摩擦循环600次后，应用例1得到的防覆冰疏水涂层表面的接触角依然大于150°，超疏水性能仍未失效。而且涂层质量损失较少，在100次摩擦循环后质量损失不超过10％。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种防覆冰疏水涂料，其特征在于，包括分装的粘合底漆和疏水面漆；

所述粘合底漆的制备原料包括聚乙烯醇、环氧树脂和水；

所述疏水面漆的制备原料包括硅烷偶联剂改性SiO₂粉、硅烷偶联剂改性SiC粉、聚四氟乙烯乳液和水；

所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的粒径为50～100nm；所述硅烷偶联剂改性SiC粉的粒径为200～500nm；

所述硅烷偶联剂改性SiC粉的制备方法包括：

将无水乙醇、水和正硅酸四乙酯混合，调节所得混合液的pH值至7～8后，依次加入SiC纳米粒子和硅烷偶联剂，进行改性，得到混合体系；

将所述混合体系依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiC粉。

2.根据权利要求1所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂。

3.根据权利要求1或2所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述聚乙烯醇和环氧树脂的质量比为(1～2):(1～2)；所述水和聚乙烯醇的质量比为100:(5～10)。

4.根据权利要求1所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉和硅烷偶联剂改性SiC粉的质量比为(0.6～1.6):1；所述聚四氟乙烯乳液的固含量为50～65％；所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的质量和聚四氟乙烯乳液的体积之比为(0.6～1.6)g:10mL；所述水和聚四氟乙烯乳液的体积比为1:(1～2)。

5.根据权利要求1所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的制备方法包括：

将无水乙醇、盐酸溶液、水、硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯混合，进行水解和改性，得到改性SiO₂溶胶；

将所述改性SiO₂溶胶依次进行固液分离、洗涤、干燥和研磨，得到硅烷偶联剂改性SiO₂粉。

6.根据权利要求1或5所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括G617、KH-550、KH-560和KH-570中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的防覆冰疏水涂料，其特征在于，所述硅烷偶联剂改性SiO₂粉的替换制备方法包括：将所述盐酸溶液替换为氨水。

8.权利要求1～7任一项所述防覆冰疏水涂料在输电设备中的应用。

9.一种防覆冰疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

将粘合底漆涂覆在输电设备表面，进行第一固化，形成底漆层；

在所述底漆层表面涂覆疏水面漆，进行第二固化，形成面漆层，得到防覆冰疏水涂层；

所述粘合底漆和疏水面漆为权利要求1～7任一项所述防覆冰疏水涂料中的粘合底漆和疏水面漆。