專利名稱：一種低表面能抗覆冰涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低表面能抗覆冰涂料及其制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
覆冰和積雪是一種自然現(xiàn)象，但會對工業(yè)會造成巨大危害，如會導(dǎo)致各類大的電力系統(tǒng)的事故，極端情況下可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的完全癱瘓，給生產(chǎn)生活帶來極大的不便。輸電線路覆冰對電力系統(tǒng)造成的危害包括導(dǎo)線舞動、斷線、倒塌、絕緣子閃絡(luò)等機(jī)械及電氣故障，嚴(yán)重威脅電力、通信和航空等安全可靠運(yùn)行。一般來說，導(dǎo)線的覆冰現(xiàn)象是由于各種氣象原因而形成的，其中主要包括溫度、濕度、冷暖空氣對流、環(huán)流和風(fēng)速等因素。冬季雨中含有過冷的水滴，這種水滴極不穩(wěn)定，因沒有結(jié)晶核的存在而以液態(tài)形式存在，一旦下落到導(dǎo)線上，導(dǎo)線將作為結(jié)晶核的作用而使過冷水滴迅速結(jié)冰并且覆蓋在導(dǎo)線上，形成所謂的覆冰。從形成機(jī)理來看，覆冰可以分為如下幾種(1)大氣中的水汽在過飽和時附著和升華凝結(jié)，形成的放射狀的結(jié)晶稱為霧凇。一般來說，霧凇形成時水滴比相互緊密結(jié)合所需要的時間提前凍結(jié)，形成了包含許多空隙或者氣泡的干燥的冰。因此，這樣的冰密度較小，也比較松散。( 大氣中的過冷水滴在導(dǎo)線的迎風(fēng)面形成清澈光滑透明的覆冰稱為雨凇。這類水滴凍結(jié)的時間比碰撞的時間要長。因此， 形成的覆冰光滑而緊密，密度較大，并且與導(dǎo)線的附著力強(qiáng)。( 過冷水滴在迎風(fēng)面形成透明與不透明交替重疊或類似毛玻璃的冰層。這類覆冰的附著力也比較大，一般難以除去。覆冰的危害是人們有目共睹的，人們也努力尋找經(jīng)濟(jì)適用、環(huán)保、可操作性強(qiáng)的防治覆冰的方法。到目前為止，防治覆冰的方法主要有如下幾種(1)機(jī)械除冰在覆冰嚴(yán)重的地帶用木棍、竹竿等最原始的工具對覆冰進(jìn)行敲打、 撞擊等將覆冰除去。這種方法效果明顯，花費(fèi)比較小，針對性強(qiáng)，然而其可操作性不強(qiáng)，只能夠在覆冰嚴(yán)重的地區(qū)小范圍的應(yīng)急使用，難以在大范圍推廣使用。而且其操作過程中需要大量的人力物力，使用范圍受到很大的限制。(2)電熱除冰法所謂的電熱除冰法，即使用熱量將冰融化。如在部分覆冰嚴(yán)重的地區(qū)，在導(dǎo)線上通入大的直流電流，通過導(dǎo)線上產(chǎn)生的焦耳熱來將覆冰融化；與直流融冰基本類似，只是使用的是交流電；通過電線表面的放電而產(chǎn)生的熱量來保持導(dǎo)線的溫度從而防止覆冰的發(fā)生。電熱除冰法效果比較明顯，操作簡單，可操作性強(qiáng)，但是能耗非常大，而且在覆冰嚴(yán)重的地區(qū)，電力系統(tǒng)一般已經(jīng)崩潰，此時電熱除冰便不現(xiàn)實(shí)了。因此電熱除冰僅限于覆冰嚴(yán)重的地區(qū)小范圍使用，不可能大范圍推廣。(3)光熱除冰法使用光波的能量將覆冰融化的技術(shù)，使用的光主要有紅外和紫外光，還有激光除冰。由于在覆冰天氣，光線一般不強(qiáng)。因此，很難取得應(yīng)有的效果。如 CN101325321A采用激光對架空高壓輸電線路除冰，CN101478136A采用微波除冰，雖然可以遠(yuǎn)距離除冰，解決了機(jī)械除冰所需斷電和近距離接觸存在的安全隱患等問題，但激光和微波除冰的能耗比較大，而且技術(shù)還不完善，也難以取得好的效果。(4)防覆冰涂料主要包括光熱型防覆冰涂料、電熱型防覆冰涂料和憎水型涂料
4三類。光熱型防覆冰涂料通過吸收太陽光而提高導(dǎo)線的溫度，從而使導(dǎo)線溫度在水的冰點(diǎn)以上，從而達(dá)到防覆冰的要求。這類涂料由于受天氣原因限制，在冰雪的天氣，一般光線都不強(qiáng)，很難起到應(yīng)有的作用，故而研究較少，應(yīng)用前景較小。電熱型防覆冰涂料通過導(dǎo)線上的電熱而保持導(dǎo)線的溫度，從而使導(dǎo)線在水的冰點(diǎn)以上。這類涂料一般是在涂料中摻入少量導(dǎo)電物質(zhì)，從而使涂層形成一半導(dǎo)體層，導(dǎo)線形成微小的漏泄電流從而產(chǎn)生電熱。此類涂料由于對電能的損耗較大，應(yīng)用前景有一定的限制。憎水型涂料通過降低水或冰與導(dǎo)線之間的結(jié)合力，從而防止結(jié)冰。由于一般憎水的也比較憎冰，就算冰在其表面附著結(jié)合力也不強(qiáng)，后續(xù)處理也方便的多。在上述方法中，防覆冰涂料研制是防覆冰的主要方向之一。如CN1010358106A、 CN101230224A、US20020139956A1和CN101514270A等采用有機(jī)氟硅高分子材料制備出防覆冰涂料，由于疏水性能有限，而且對金屬導(dǎo)線、陶瓷、玻璃和桿塔的等基材附著力較小，難以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。本發(fā)明的低表面能抗覆冰涂料，既能有效增加與基材附著力，又具有較高的接觸角和較小的滾動角。因此，本發(fā)明的抗覆冰涂料具有較好的抗覆冰實(shí)用效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種疏水性能好、和基材附著力強(qiáng)的抗覆冰涂料及其制備方法。本發(fā)明的低表面能抗覆冰涂料，其中各組分及其質(zhì)量百分含量如下
核殼型的Si02@含氟丙烯酸酯乳液80 90%
阻燃劑0 5%
流平劑0 5%
防腐劑0 0.8%
消泡劑0 9%
去離子水10 20%其制備方法分三步進(jìn)行第一步硅溶膠的表面改性在磁力攪拌下，將硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇和氨水加入反應(yīng)容器中，反應(yīng)溫度 25-60°C，反應(yīng)時間1-12小時，即得表面改性的硅溶膠，反應(yīng)物各組分的質(zhì)量百分含量如下組份硅溶膠硅烷偶聯(lián)劑乙醇氨水水
質(zhì)量百分含量％ 50 0.5 45 0.01 4.99第二步核殼型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液的制備在反應(yīng)容器中，加入去離子水、乳化劑、改性硅溶膠、丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和含氟單體，攪拌0.證得到預(yù)乳化乳液；取40%的預(yù)乳化液，加入部分過硫酸銨溶液， 加熱攪拌Ih得到種子乳液；然后將剩余的預(yù)乳化液和引發(fā)劑溶液，在池之內(nèi)滴加完畢，反應(yīng)溫度55-85°C，聚合完畢后得核殼型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液，反應(yīng)物各組分的質(zhì)量百
分含量如下
組份改性硅溶膠
丙烯酸酯
質(zhì)量百分含量％
0.1-20-
-30 60
含氟單體0.1 20
二甲基丙烯酸乙二醇酯0 1.5 乳化劑 1 5
過硫酸銨0.2 1
去離子水40 75第三步低表面能抗覆冰涂料的制備室溫下，向反應(yīng)容器中加入核殼型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液、分散劑、顏料、成膜助劑、潤濕劑、流平劑、防腐劑、消泡劑和去離子水，攪拌均勻。更具體的方案是上述反應(yīng)中的硅溶膠的尺寸為5nm-500 μ m,形貌為球狀或鏈珠狀。上述反應(yīng)中的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷、丙烯基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧丙基三(異丙氧基)硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、 三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟辛基三甲(乙)氧基硅烷中的一種或一種以上的混合物。上述反應(yīng)中的的丙烯酸酯具有下式結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.一種低表面能抗覆冰涂料，其特征在于其中各組分及其質(zhì)量百分含量如下 核殼型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液80 90阻燃劑0 5%流平劑0 5%防腐劑0 0. 8%消泡劑0 9%去離子水10 20% 。
2.權(quán)利要求1所述涂料的制備方法，其特征在于 第一步硅溶膠的表面改性在磁力攪拌下，將硅溶膠、硅烷偶聯(lián)劑、乙醇和氨水加入反應(yīng)容器中，反應(yīng)溫度 25-60°C，反應(yīng)時間1-12小時，即得表面改性的硅溶膠，反應(yīng)物各組分的質(zhì)量百分含量如下組份質(zhì)量百分含量％硅溶膠50硅烷偶聯(lián)劑0. 5乙醇45氨水0.01水4.99第二步核殼型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液的制備在反應(yīng)容器中，加入去離子水、乳化劑、改性硅溶膠、丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和含氟單體，攪拌0. 5h得到預(yù)乳化乳液；取40%的預(yù)乳化液，加入部分過硫酸銨溶液，加熱攪拌Ih得到種子乳液；然后將剩余的預(yù)乳化液和引發(fā)劑溶液，在池之內(nèi)滴加完畢， 反應(yīng)溫度55-85°C，聚合完畢后得核殼型的含氟丙烯酸酯乳液，反應(yīng)物各組分的質(zhì)量百分含量如下組份改性硅溶膠丙烯酸酯質(zhì)量百分含量％ 0. 1 30 20 60 0. 1 20含氟單體二甲基丙烯酸乙二醇酯0 1.5乳化劑1 5過硫酸銨0. 2 1去離子水40 75第三步低表面能抗覆冰涂料的制備室溫下，向反應(yīng)容器中加入核殼型的含氟丙烯酸酯乳液、分散劑、顏料、成膜助齊U、潤濕齊 、流平齊 、防腐劑、消泡劑和去離子水，攪拌均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述硅溶膠的尺寸為5ηπι-500μπι，形貌為球狀或鏈珠狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷、丙烯基三乙氧基硅烷、Y —甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、Y —甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酰氧丙基三 (異丙氧基)硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷、1H，1H, 2H, 2H-全氟辛基三甲(乙)氧基硅烷中的一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于所述的丙烯酸酯具有下式結(jié)構(gòu)
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于所述的含氟單體選自三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷、1H，1H, 2H, 2H-全氟辛基三甲(乙)氧基硅烷以及具有下列結(jié)構(gòu)的氟單體中的一種或一種以上的混合物
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低表面能抗覆冰涂料及其制備方法。該防覆冰涂料包含核殼型SiO2@含氟丙烯酸酯乳液、阻燃劑、流平劑、防腐劑、消泡劑和去離子水。其制備方法是采用半連續(xù)自由基乳液聚合的方法分步合成核殼型含氟丙烯酸酯乳液，將按配比稱量的去離子水和阻燃劑攪拌均勻，加入到乳液中，再加入防腐劑和消泡劑磨勻，過濾得到產(chǎn)品。本防覆冰涂料表面能低、高憎水、憎冰性，可最大限度地減少水和冰的附著力，使其極易脫落，而且無毒無害，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合環(huán)保要求，在工程上簡單易行、方便控制、成本較低，使用效果良好。
文檔編號C09D151/10GK102220063SQ201110123468
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者劉興海, 易生平, 黃馳, 黎厚斌 申請人:武漢大學(xué)