一种防覆冰雪易脱冰雪常温固化光能涂料以及制备方法与流程

1.本发明涉及涂料制备领域，具体涉及一种防覆冰雪易脱冰雪常温固化光能涂料以及制备方法。


背景技术：

2.电力运输的输电线路难免会经过海拔高湿气重的地方，冬季受极端恶劣天气的影响出现雨凇、雾凇、霜、雪现象遇低温使大面积电线被冰包裹，造成电力线路出现覆冰、覆雪现象。由于覆冰时杆(塔)两侧的张力不平衡造成的。在一些地形起伏较大的地区，两相邻的杆(塔)在高度和距离上存在很大的差距,在还未覆冰时两侧就形成了较大的不平衡张力，当线路上出现大密度的覆冰时，杆(塔)两侧的不平衡张力加剧，当张力不断加大，直至到达杆(塔)、导线所能承受的极限时，就出现了导线断落或杆(塔)倒塌的现象，严重影响电网的正常运行，甚至会出现大面积停电，造成不可估量的经济损失。很多线路地处偏远地区，地质环境恶劣，加之冰雪覆盖下的崎岖小路交通极其不方便，这给检修带来巨大困难甚至威胁检修人员的人身安全。除电力线路覆冰以外，绝缘子冰闪是污闪的一种特殊形式，较大范围的降雪导致的融冰雪、雾凇、雨凇和区域性的持续大雾，是一种特殊形式的污秽，易形成大范围的绝缘子冰闪故障。绝缘子串结冰后形成贯穿整串的冰柱，严重覆冰的情况下，绝缘子伞形出现冰凌桥接，使绝缘强度降低，泄露距离缩短。融冰过程中，冰体或者冰晶体的表面水膜很快溶解污秽中的电解质，并提高融冰水或者冰面水膜的电导率，引起绝缘子串电压分布及单片绝缘子表面电压分布的畸变，从而降低覆冰绝缘子串的闪络电压，发生冰闪事故，同样能严重影响电力系统的正常运行。电力是所有产业的基础，高压线以及超高压线越来越多，保证电力系统正常运行，改善输电线上覆冰、覆雪问题势在必行。
3.现在电力行业采取的去除冰雪方法主要分为四类：(1)热力融冰法；(2)机械破冰法；(3)自然被动法；(4)其他法。但是这些处理覆冰的方式有着很大的劣势，比如处理覆冰的速度很慢，而且动用大量人力，尤其是很多高压输电线所在位置比较恶劣，因此不能及时有效解决覆冰问题，无法保证电力系统正常运行。
4.对于目前存在的关于超疏水的专利，存在很多明显问题，比如生产工艺比较苛刻，无法达到量化生产，比如施工比较麻烦，需要高温烘烤，而且涂层只是简单地达到超疏水效果，延迟液滴在介质表面的停留，无法真正达到易融雪融冰及脱冰的效果。


技术实现要素：

5.为了解决电力方面（线路、绝缘子等）的防覆冰雪，以及在极寒天气下，达到快速脱冰的目的，本发明提供一种防覆冰雪易脱冰雪常温固化光能涂料以及制备方法，施工操作简单；本技术专门用于电力系统、铁路及轨道交通、公共建筑、新能源发电等领域上，涂覆到设备表面，采用单纯的涂刷，喷涂、浸泡、辊涂均可；脱离温度的严苛要求，涂层附着力好，耐磨性能好，耐老化，使用寿命长，兼顾超疏水涂料的对水的接触角达到≥150
°
，滚动角≤10
°
的效果达到防覆冰、雪的状态，同时其特殊的吸光材料能高效吸收太阳光能，提高介质温
度，加速融雪融冰及脱冰状况，保证电力在极寒天气下的正常运行，消除安全隐患。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：涂料由两部分构成，底漆和面漆，底漆分为（a组分、b组分）。在使用时，现将a组分和b组分按照比例进行混合，陈化30min后进行喷涂，等待表干后15min，在喷涂面漆，使用简单，不需要其他辅助工具，以及操作步骤。
7.（一）组成面漆组成：由低表面能的氟硅树脂、聚乙烯醇缩丁醛、聚二甲基硅氧烷（端羟基聚二甲基硅氧烷、含氢聚二甲基硅氧烷或羟基氟聚二甲基硅氧烷）中的一种、偶联剂（正硅酸乙酯、硅酸乙酯）的一种、交联剂（二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺、多功能碳化二亚胺交联剂）、全氟有机化合物（十三氟烷基三甲氧基硅烷、十三氟烷基三乙氧基硅烷、十二氟烷基三甲氧基硅烷、十二氟烷基三乙氧基硅烷、六氟烷基三甲氧基硅烷和六氟烷基三乙氧基硅烷）一种或者两种、抗氧剂((2,4-二叔丁基苯)酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯、四[β-(3.5-二叔丁基,4-羟基苯基)丙酸]季戊四酯醇、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯一种、酸性化合物(冰醋酸，35%盐酸混合物、30%氢氟酸)一种、纳米级二氧化硅、微米级光能材料（微米四氧化三铁、微米级石墨、微米级氧化钴、微米级氧化锌）两种或者多种、溶剂(无水乙醇、丙二醇、丁醇、异丙醇)一种或者多种。
[0008]
底漆a组分组成：羟基丙烯酸树脂、氟碳树脂、纳米级填充剂（纳米级硫酸钡、纳米级碳酸钙、纳米级氢氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化锌一种或者两种、微米级填充剂（滑石粉、云母粉、硅灰粉、石英粉、钛白粉）一种或者两种、纳米级光能材料（碳化硅、碳纳米管、炭黑、纳米级四氧化三铁、钴黑、铁铬黑、铜铬黑）两种或者多种、偶联剂(γ-氨丙基三甲氧基硅烷、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、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷)一种、渗透剂（c12-14醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、乙氧基化辛醇、乙氧基化c12-14醇）其中一种、消泡剂（聚氧丙烯甘油醚、c16-18醇聚醚酯化合物其中一种、分散剂(三乙基己基磷酸、纤维素衍生物、脂肪酸聚乙二醇酯、乙撑基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯）、溶剂（甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸丁酯、乙酸甲酯）一种或者多种。
[0009]
底漆b组分组成：固化剂（六亚甲基二异氰酸、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯及二环己基甲烷二异氰酸酯）、偶联剂(γ-氨丙基三甲氧基硅烷、 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、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷)一种、溶剂（丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲酯）一种或二种。
[0010]
（二）具体组分以及生产步骤对于面漆的具体质量组分：由低表面能的氟硅树脂2-3份、聚乙烯醇缩丁醛5-6份、偶联剂0.5-3份、交联剂1-2份、全氟有机化合物0.5-3份、抗氧剂4-7份、酸性化合物0.1-2份（保证面漆整体ph5-6）、纳米级二氧化硅1-2份、微米级光能材料3-4份、聚二甲基硅氧烷4.5-7、溶剂64-78.4份。
[0011]
面漆生产步骤：对于面漆的生产：1.在真空离心分散装置中加入溶剂，然后加入酸性化合物调节
ph5-6，加入纳米二氧化硅、全氟化合物、聚二甲基硅氧烷、偶联剂、聚乙烯醇缩丁醛，抽真空，离心分散高速搅拌6000-8000r/min，温度在60℃-80℃，搅拌30min，使其混合均匀；2.向步骤1中加入微米级光能材料，抽真空，高速搅拌1000-1200r/min，温度在60℃-80℃，搅拌30min；3.加入氟硅树脂、交联剂、抗氧剂，高速搅拌1000-1200r/min，温度在60℃-80℃，搅拌2h；4.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0012]
底漆底漆a组分的具体质量组分：羟基丙烯酸树脂10-18份、氟碳树脂8-10份、纳米级填充剂2-4份、微米级填充剂5-6份、纳米级光能材料6-10份、偶联剂0.5-2份、渗透剂0.5-2份、消泡剂0.5-1份、分散剂0.5-1份、溶剂46-67.5份。
[0013]
底漆a组分生产步骤：1.将羟基丙烯酸树脂、纳米级填充剂、微米级填充剂、纳米级光能材料、溶剂放入真空管中，抽真空，充入氮气，高速搅拌1000-1200r/min，温度在70℃-80℃，搅拌30min；2.加入氟碳树脂、偶联剂，抽真空，充入氮气，高速搅拌1000-1200r/min，温度在70℃-80℃，搅拌1h；3.加入消泡剂、渗透剂、分散剂，抽真空，充入氮气，高速搅拌1000-1200r/min，温度在70℃-80℃，搅拌1h；4.待生产设备冷却至室温，一直通氮气，保持真空状态，陈化1d，转至密封包装桶中。
[0014]
底漆底漆b组分的具体组分：固化剂8-15份、偶联剂0.5-3份、溶剂82-92份。
[0015]
底漆b组分生产步骤：1.将固化剂、偶联剂、溶剂加入抽真空的搅拌罐中，高速搅拌1000-1200r/min，温度在60℃-80℃，搅拌1h；2.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0016]
备注：使用时底漆a组分和底漆b组分质量之比是5-8:2-4。
[0017]
有益效果：1.本专利借鉴“荷叶效应”仿生技术，用简单的施工方法在介质表面构建多重纳米-微米的结构，涂层在常温下固化，紧密的附着在介质表面，使介质表面达到超疏水、超自洁效果，即使是冷雨在介质表面也形成球状快速滚落，如果有附着在表面的水珠，在冷风作用下，快速的滑落，薄膜表面与水的静态接触角可达150
°
，滚动角低至4.8
°
，显示出非常好的超疏水功能。
[0018]
2.涂层采用的低表面能的氟硅树脂使其对水的附着力大大降低。即使冷雨雪在导线、绝缘子上覆盖，其接触层附着力存在相斥状态，不会完全附着，覆着的冰雪与介质表面粘结力大大降低，从而达到很容易脱冰效果。
[0019]
3.涂层采用层层叠加的技术，使其涂料整体不仅仅具备疏水效果，本技术中通过各种成分的协同作用，生成的面漆不仅具有较好的疏水效果，而且能够与底漆紧密结合；底漆中加入的羟基丙烯酸树脂与固化剂固化后，与其他成分协同作用，提高了涂层与基体的
结合力；同时增加了涂层的耐腐蚀性、耐摩擦性以及踩踏性，能很好地面对大自然的恶劣天气，以及增强其使用寿命。
[0020]
4.涂料添加的特殊吸光材料，不仅是涂料的填充剂，还是涂料纳米-微米结构的构成部分，同时还能吸光储存光能，提高涂层表面温度，促进冰雪融化，加之冰雪与介质表面只有微弱的附着力，因此极易脱冰雪。该吸光材料还能同时提高涂料的骨架的性能稳定性，增加其机械性能以及物理特性。
[0021]
5.本产品与陶瓷、塑料、橡胶、金属制品等有优异的附着力，而且施工通过简单的喷涂、辊涂、浸泡工艺即可得到耐腐蚀、耐老化、超疏水、高自洁、防覆冰易脱冰的涂层，因此应用范围比较广阔。
具体实施方式
[0022]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0023]
实施例1面漆具体生产实施方式：1.在真空离心分散装置中加入乙醇76.1份，然后加入盐酸溶液1.2份，调节ph6，加入纳米二氧化硅1.2份、十三氟烷基三甲氧基硅烷2份、端羟基聚二甲基硅氧烷4.5份、聚乙烯醇缩丁醛4份、正硅酸乙酯0.5份，抽真空，离心分散高速搅拌6000r/min，温度在80℃，搅拌30min，使其混合均匀；2.向步骤1中加入微米四氧化三铁3份，抽真空，高速搅拌1000r/min，温度在80℃，搅拌30min；3.向步骤2中加入氟硅树脂2.5份、二月桂酸二丁基锡1份、(2,4-二叔丁基苯)酯4份，高速搅拌1000r/min，温度在80℃，搅拌2h；4.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0024]
底漆a组分具体生产实施方式：1.将羟基丙烯酸树脂12份、纳米级硫酸钡3份、微米级滑石粉5份、碳纳米管7份、甲基丙烯酸羟乙酯11份、乙酸丁酯30份、乙酸甲酯20份放入真空管中，抽真空，充入氮气，高速搅拌1000r/min，温度在70℃，搅拌30min；碳纳米管选用通过盐酸和过氧化氢处理后烘干得到。
[0025]
2.加入氟碳树脂9份、γ-氨丙基三甲氧基硅烷0.5份，抽真空入氮气，高速搅拌1000r/min，温度在70℃，搅拌1h；3.加入聚氧丙烯甘油醚0.5份、c12-14醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚1份、三乙基己基磷酸1份，抽真空，充入氮气，高速搅拌1000r/min，温度在70℃，搅拌1h；4.待生产设备冷却至室温，一直通氮气，保持真空状态，陈化1d，转至密封包装桶中。
[0026]
底漆b组分具体生产实施方式：1.将六亚甲基二异氰酸9份、γ-氨丙基三甲氧基硅0.5份、丙二醇甲醚醋酸酯40.5份、乙酸乙酯50份加入抽真空的搅拌罐中，高速搅拌1000r/min，温度在60℃，搅拌1h；2.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0027]
现场使用时：现将底漆a组分和底漆b组分按质量之比4：1混合搅拌均匀后，陈化
羟基苯基)丙酸]季戊四酯醇4份，高速搅拌1200r/min，温度在75℃，搅拌2h；4.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0033]
底漆a组分具体生产实施方式：1.将羟基丙烯酸树脂16份、纳米级硫酸钡2份、纳米级氢氧化铝2份、微米级滑石粉2份、微米级石英粉1份、纳米级炭黑3份、纳米级四氧化三铁3份、丙二醇甲醚醋酸酯10份、乙酸丁酯30份、乙酸甲酯20份放入真空管中，抽真空，充入氮气，高速搅拌1200r/min，温度在80℃，搅拌30min；2.加入氟碳树脂8份、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷1份，抽真空，充入氮气，高速搅拌1200r/min，温度在80℃，搅拌1h；3.加入c16-18醇聚醚酯化合物0.5份、乙氧基化c12-14醇0.5份、脂肪酸聚乙二醇酯1份，抽真空，充入氮气，高速搅拌1200r/min，温度在80℃，搅拌1h；4.待生产设备冷却至室温，一直通氮气，保持真空状态，陈化1d，转至密封包装桶中。
[0034]
底漆底漆b组分的具体生产实施方式：1.将二苯甲烷多异氰酸酯13份、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷2份、乙酸丁脂35份、乙酸甲酯50份加入抽真空的搅拌罐中，高速搅拌1100r/min，温度在80℃，搅拌1h；2.待生产装置冷却至室温，将其灌装至密封包装桶。
[0035]
现场使用时：现将底漆a组分和底漆b组分按质量之比5：3混合搅拌均匀后，陈化15min，喷涂于介质表面，等待表干后，将面漆喷涂于底漆表面，实干后介质表面涂层具有超疏水、超自洁、防覆冰易脱冰性能。
[0036]
对比例1与实施例1不同的是：不加入聚乙烯醇缩丁醛，面漆的制备时采用的搅拌速度是1000-1200 r/min。
[0037]
对比例2与实施例1不同的是：不加入微米四氧化三铁。
[0038]
对比例3与实施例1不同的是：不加入碳纳米管。
[0039]
对比例4实施例1不同的是：不加入盐酸。
[0040]
对实施例1-3和对比例1-4的涂层涂于相同的钢板表面进行表面接触角和附着力测定，涂层厚度为40μm，结果如下（其中gb/t9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》来测定）。
[0041]
对实施例1-3和对比例1-4的涂层按照t∕cec 184-2018 绝缘子用防覆冰涂层的测试进行测试，可以得出，实施例1-3的涂层与对比例1-4相比覆冰的垂直粘着强度降低了32-55％，本技术的涂层防覆冰能力明显提高。
[0042]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。