CN117736646A - 一种高分子纳米绝缘自洁材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机涂料领域，具体涉及一种高分子纳米绝缘自洁材料，由如下重量份组分组成：α,ω‑二羟基聚硅氧烷100份；聚二甲基硅氧烷2‑8份；钛白粉2‑6份；阻燃粉30‑60份；气相二氧化硅10‑20份；纳米碳酸钙10‑30份；抗静电剂1‑6份；含氟硅树脂15‑30份；硅烷偶联剂2‑6份；交联剂0.2‑0.5份；稀释剂20‑30份；所述交联剂由四丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷的重量比为3‑5：1。其具有优异的快干性能和抗污闪能力、优异的附着粘结力，且能够保持长时间的超疏水性和自洁性。本发明的第二个目的在于提供上述有机硅涂料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于有机硅领域，具体涉及一种高分子纳米绝缘自洁材料及其制备方法。
背景技术
目前，铁路线路及列车上绝缘子是在表面涂上防污闪涂料来保证清洁和防污闪。PRTV防污闪涂料的基料是一种特殊的硅氧烷高分子化合物,分子链为Si-O-Si,取代基或侧链为CH2结构.聚硅氧烷分子中的甲基(有机基)与主链相连,在Si原子外形成了一个倒立正四面体的伞状空间构形,由于H原子是范德华原子半径最小的原子,它们所形成的伞状甲基结构,紧密地排列在一起,形成一道封闭屏障,把水分子拒之“帐”外,当雨水或露珠接触到涂层表面时,就会变成水珠自动滚落,或一颗颗散落在涂层表面上,不会形成连续的水链或铺展成水膜,表现出极其优良的憎水性能.
PRTV涂料具有较优异的增水性及憎水迁移性，同时具有一定的憎油性和良好的不粘性。在恶劣气候条件下，沿潮湿脏污绝缘子表面会出现连续水膜而发生闪络。当涂敷PRTV涂料时由于其具有憎水迁移性，使污层表面也具有憎水性，污层表面只存在有不连续的小水珠，而不会被浸润、连片，使电力设备的抗污闪性能得到了极大的提高。仅有憎水性的物质还不能做为绝缘子防污闪涂料,还必须有优良的憎水迁移性.当表面积累污秽后,PRTV内游离态憎水物质逐渐向污秽表面扩展,从而使污秽层也具有憎水性,不被雨水或潮雾中的水分所润湿,不被离子化,因而能有效抑制泄漏电流,极大地提高了绝缘子的防污闪能力.因此,憎水迁移性是PRTV涂料防污闪性能的关键指标之一。
由于憎水迁移需要一个过程，在这个过程中也会导致绝缘子的抗污闪性能下降，对不粘尘或少粘尘有自洁性能的自洁涂料的需求越来越大。
本申请人在先提出了一项专利申请CN116218365A，公开了一种有机硅涂料及其制备方法，其配方为：信越KP-549丙烯酸(酯)类/聚二甲基硅氧烷共聚物30-50份，低粘度α，ω-二羟基聚硅氧烷50-100份；聚二甲基硅氧烷2-10份，白油10-30份，气相二氧化硅20-40份，聚甲基九氟己基硅氧烷10-15份，甲氧基PEG-10丙基三甲氧基硅烷10-40份，交联剂2-5份，偶联剂0.5-1份，催化剂0.01-0.05份，溶剂油100-300份；
其中，低粘度α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为1000mPa.s～5000mPa.s；所述聚二甲基硅氧烷的相对分子质量为20000～50000；
所述聚甲基九氟己基硅氧烷的粘度为3000～7500mPa.s所述偶联剂为由异丙基三异硬脂酸钛酸酯与γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷按质量比3∶2混合而成。
该涂料主要用于电箱，因此其更考验长期处于高电压、封闭、风吹日晒雨淋等条件下的防护作用。
本项目主要用于铁路线路及列车上绝缘子上，其基本要求包括但不限于：快干、优异的附着粘结性、长时间的超疏水性和自洁性，当然绝缘和阻燃性也是不可缺少的选项。
在本申请人的在先申请CN201911135161.0公开了一种防腐耐磨有机硅涂料及其制备方法中明确提出了以羟基硅油和二甲基硅油为主胶，以甲基三丁酮肟基硅烷和四丁酮肟基硅烷为交联剂进行组合。
在本申请人在先申请CN201911134306.5公开了一种有机硅防水耐老化材料及其制备方法，其公开降低四丁酮肟基硅烷的用量，引入甲基三丁酮肟基硅烷，可在相当长的一段时间内避免结晶现象的发生，并将表干时间缩短到5min。
本申请人在前期研究中，针对甲基三丁酮肟基硅烷和四丁酮肟基硅烷的研究比较充分。
但是上述研究均基于有催化剂存在的情况，催化剂本身能够促进主胶内部的交联反应，能够表现出较好的快干性能。
但是对于污闪电压提高到200％以上的涂料来说，一般避免使用有机锡类催化剂，因为这类催化剂虽然会加速交联反应的进行，但是其对于耐污闪电压能力的提高并不利，在一些实验验证中，特别是在有大量阻燃粉、二氧化硅、碳酸钙等填料存在的情况下，想要达到稳定、可靠的涂层以提高耐污闪电压能力并不容易。
所以，本案解决的主要的技术问题是：在保证粘结力、疏水性、自洁性的前提下，如何提高有机硅涂料的快干性能和抗污闪电压能力。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种有机硅涂料，其具有优异的快干性能和抗污闪能力、优异的附着粘结力，且能够保持长时间的超疏水性和自洁性。
本发明的第二个目的在于提供上述有机硅涂料的制备方法。
为达到第一个发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种有机硅涂料，由如下重量份组分组成：
α,ω-二羟基聚硅氧烷100份；
聚二甲基硅氧烷2-8份；
钛白粉2-6份；
阻燃粉30-60份；
气相二氧化硅10-20份；
纳米碳酸钙10-30份；
抗静电剂1-6份；
含氟硅树脂15-30份；
硅烷偶联剂2-6份；
交联剂0.2-0.5份；
稀释剂20-30份；
所述交联剂由四丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷的重量比为3-5：1。
在上述的有机硅涂料中，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为2000mPa.s～10000mPa.s；所述聚二甲基硅氧烷的粘度为50cs-1000cs。
在上述的有机硅涂料中，所述含氟硅树脂为聚甲基九氟己基硅氧烷。
在上述的有机硅涂料中，所述阻燃粉为次磷酸铝、聚磷酸铵、α煅烧氧化铝中的一种或多种；所述抗静电剂为硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸盐、烷基二羧甲基铵乙内酯、十二烷基二甲基季乙内盐中的一种。
在上述的有机硅涂料中，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和/或氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷。
在上述的有机硅涂料中，所述稀释剂为120号、150号、200号溶剂油中的一种或几种。
同时，本发明还公开了一种如上任一所述的有机硅涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各原料脱水至0.3wt％以下的含水量；
(2)将α,ω-二羟基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、含氟硅树脂、钛白粉、阻燃粉、气相二氧化硅、纳米碳酸钙投入行星桶内，搅拌升温至115-125℃，抽真空2h，得均匀混合物；
(3)将所得混合物研磨至粒径≤40μm；
(4)向研磨后的混合物加入抗静电剂、硅烷偶联剂、交联剂、稀释剂，抽真空，搅拌1h，出料包装。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的主要改进点是针对主胶选择了较为合适的交联剂和硅烷偶联剂，以达到较好的快干效果，通过选择低粘度的聚二甲基硅氧烷和α,ω-二羟基聚硅氧烷改善附着粘结力，通过含氟硅树脂的加入改善涂层自洁性能。
在本发明中，为了达到较好的抗污闪电压能力因此加入了较多的填料，但是较多的填料又导致涂层稳定性降低，为了解决这个问题，本发明不得降低甲基三丁酮肟基硅烷的用量，适当延长快干时间，通过交联剂和偶联剂的组合选用，达到了快干效果好、涂层稳定性优、附着力大的优势。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1-5
一种有机硅涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各原料脱水至0.3wt％以下的含水量；
(2)将α,ω-二羟基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、含氟硅树脂、钛白粉、阻燃粉、气相二氧化硅、纳米碳酸钙投入行星桶内，搅拌升温至115-125℃，抽真空2h，得均匀混合物；
(3)将所得混合物研磨至粒径≤40μm；
(4)向研磨后的混合物加入抗静电剂、硅烷偶联剂、交联剂、稀释剂，抽真空，搅拌1h，出料包装。
实施例1-8的配方参考如下表1
表1配方表
其中，α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为5000mPa.s；
所述聚二甲基硅氧烷为道康宁PMX-350；
阻燃粉为：次磷酸铝；
抗静电剂为：烷基二羧甲基铵乙内酯；
含氟硅树脂为：聚甲基九氟己基硅氧烷5000mPa.s；
硅烷偶联剂为：甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷
稀释剂为：150号溶剂油。
实施例6
参考实施例1-5的制备方法，配方用量同实施例4；
不同的是：硅烷偶联剂为氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷；阻燃粉为聚磷酸铵。
实施例7
参考实施例1-5的制备方法，配方用量同实施例4；
不同的是：α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为3000mPa.s；所述聚二甲基硅氧烷为道康宁PMX-200。
实施例8
参考实施例1-5的制备方法，配方用量同实施例4；
不同的是：硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷，两者重量比为2:1。
实施例9
参考实施例1-5的制备方法，配方用量同实施例4；
不同的是：硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷，两者重量比为1:2。
对比例1-5
对比例参考实施例1-5的制备方法，配方参考下表2；
表2配方表
物料使用同实施例1-5。
对比例6
大体同实施例4，不同的是，采用甲基三(甲基异丁基酮肟基)硅烷替代甲基三丁酮肟基硅烷。
对比例7
大体同实施例4，不同的是，采用二甲基二丁酮肟基硅烷替代甲基三丁酮肟基硅烷。
性能测试
检测项目供12项，包括外观、粘度、挥发份、密度、适用期、流动性、阻燃性、邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率、污闪电压、表干时间，其相关合格标准可见表3。其中，粘度、挥发份、密度、适用期、流动性各样品均能符合标准，因此不再在表格中单独列出。
表3客户性能要求表
| 序号 | 项目 | 技术指标 |
| 1 | 外观 | 细腻，均匀流动物，不应有气泡、结皮和杂质 |
| 2 | 阻燃性 | V0 |
| 3 | 邵氏硬度/A | ≤60 |
| 4 | 拉伸强度/MPa | ≥0.4 |
| 5 | 断裂伸长率/％ | ≥100％ |
| 6 | 污闪电压 | U1/U2≥1.5 |
| 7 | 表干时间 | ≤30min |
实施例1-9以及对比例1-7的检测结果如下表4；
表4检测结果
结果分析：
1.通过实施例3-实施例5可见，随着交联剂的增加，硬度逐渐增加、断裂伸长率逐渐降低，污闪电压逐渐升高，说明膜层交联程度越高，对于抗污闪能力提高越大；
2.通过实施例4、实施例8和实施例9的对比可见，当硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷且两者重量比为1:2时，其整体的抗拉伸长率、表干时间、抗污闪能力综合较优；
3.通过实施例4、对比例1-4可见，随着甲基三丁酮肟基硅烷的升高，表干时间越短，但是整体抗抗污闪能力不能突破2，说明甲基三丁酮肟基硅烷能够提高快干速度，也就是说，必须在快干速度和抗污闪能力之间做出取舍；基于绝缘子本身在施工过程中对于表干要求并非苛刻，因此本发明的配方是合适的。
4.对比例5可见，聚二甲基硅氧烷的用量不能过多，否则表干时间、断裂伸长率均会受影响；通过对比例6和7可见，采用其他的交联剂的复配并不能优于本发明。
Claims (7)
1.一种高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，由如下重量份组分组成：
α,ω-二羟基聚硅氧烷100份；
聚二甲基硅氧烷2-8份；
钛白粉2-6份；
阻燃粉30-60份；
气相二氧化硅10-20份；
纳米碳酸钙10-30份；
抗静电剂1-6份；
含氟硅树脂15-30份；
硅烷偶联剂2-6份；
交联剂0.2-0.5份；
稀释剂20-30份；
所述交联剂由四丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷的重量比为3-5：1。
2.根据权利要求1所述的高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，所述α，ω-二羟基聚硅氧烷的粘度为2000mPa.s～10000mPa.s；所述聚二甲基硅氧烷的粘度为50cs-1000cs。
3.根据权利要求1所述的高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，所述含氟硅树脂为聚甲基九氟己基硅氧烷。
4.根据权利要求1所述的高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，所述阻燃粉为次磷酸铝、聚磷酸铵、α煅烧氧化铝中的一种或多种；所述抗静电剂为硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸盐、烷基二羧甲基铵乙内酯、十二烷基二甲基季乙内盐中的一种。
5.根据权利要求1所述的高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和/或氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的高分子纳米绝缘自洁材料，其特征在于，所述稀释剂为120号、150号、200号溶剂油中的一种或几种。
7.一种如权利要求1-6任一所述的高分子纳米绝缘自洁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将各原料脱水至0.3wt％以下的含水量；
(2)将α,ω-二羟基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、含氟硅树脂、钛白粉、阻燃粉、气相二氧化硅、纳米碳酸钙投入行星桶内，搅拌升温至115-125℃，抽真空2h，得均匀混合物；
(3)将所得混合物研磨至粒径≤40μm；
(4)向研磨后的混合物加入抗静电剂、硅烷偶联剂、交联剂、稀释剂，抽真空，搅拌1h，出料包装。
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