CN104098969A - 一种低表面能易除冰的涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低表面能易除冰的涂料，本发明通过采用具有优异的低表面能及耐候性能的氟改性丙烯酸树脂为基料，以纳米级疏水二氧化硅为填料，利用聚丙烯腈纳米纤维的末端针状结构，赋予涂层一定的强度和一定粗糙度的微观表面，在涂层表面形成荷叶效应，减少水与涂层表面的接触面积，使水滴难以在涂层上附着的同时，冰在涂层上的附着强度也大大降低，从而实现高的疏水性和易除冰性。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种涂料及其制备方法，具体涉及一种低表面能易除冰的涂料及其制备方法。
【背景技术】
已知的，随着现代工业的快速发展，对供电网络的可靠性提出了越来越高的要求，其中覆冰和积雪是严重威胁电力***安全的自然灾害之一，在俄罗斯、加拿大、美国、日本、英国、我国北部和中西部寒冷地带、甚至我国南部近年来都出现了严重的冰雪灾害，输电线塔的覆冰导致电路损坏给当地人们的生产和生活带来了极大的不便，并造成了严重的经济损失，因此有效地避免和防止冰灾对输电输电线塔造成的危害，是电力企业必须要面对的问题。目前，为了克服上述技术问题，国内外的除冰方式主要是（1）采用适当的除冰机械进行除冰；（2）通过对基材表面涂撒防结冰剂，降低冰点；（3）通过对基材表面加热除冰等。上述方法都需要很大的人力及物力，而且不能起到提前预防的作用。针对能有效地减少冰雪的覆盖和降低冰雪在线塔上附着力，行之有效的方法就是涂覆防覆冰涂层保护。
目前市场上已有的防覆冰涂料主要由改性丙烯酸酯类、有机硅类及含氟聚合物等组成。美国波音公司采用有机硅憎水体系，用含异氰酸酯基团的化合物对有机硅树脂进行改性，获得金属基材附着力好的防覆冰涂料；美国Microphase Coatings公司采用有机硅树脂与环氧树脂复配形成互穿网络的涂料，该系列产品已得到应用。日本涂料公司（Nippon Paint）在2003年曾成功地开发了可防冰雪形成沉积的涂料，他们是在有机硅－丙烯酸共聚物树脂中加入二氧化硅粒料等添加物，使得涂膜具有约160°的水接触角；国内主要有北京志盛威华化工涂料有限公司的防覆冰涂料，主要由交替排列的多嵌段无机－有机互穿网络聚合物（IPN）基料和经过表面改性处理的高活性纳米防冰雪剂组成；2008年海洋化工研究院合成出了含氟硅超低表面能丙烯酸树脂，并开发出了具有优异憎水性的涂料，应用方向主要为飞机表面防结冰。
经过检索发现，中国专利，公开号为CN102260444A及中国专利，公开号为CN102146249 A所公开的防覆冰涂层均具有良好的憎水型，减少涂层表面对水珠的吸附效应，从而达到防覆冰的目的，但是所公开的现有的防覆冰涂料主要以减少雨水及冰雪在涂层表面的驻留疏水性能为主，从而达到减少输电线塔表面冰雪的附着，但是不能从根本上阻止冰的形成，一旦输电线塔表面形成冰雪覆盖后，仍需花费大量的人力和物力进行清除，并且清除难度很大。
【发明内容】
为了克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种低表面能易除冰的涂料及其制备方法，本发明在涂层表面形成荷叶效应，减少水与涂层表面的接触面积，使水滴难以在涂层上附着的同时，冰在涂层上的附着强度也大大降低，从而实现高的疏水性和易除冰性。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种低表面能易除冰的涂料，所述涂料包括甲组分和乙组分，所述甲组分按质量百分比包括如下成分：
氟改性丙烯酸树脂 70～80%；
疏水SiO2 2～4%；
微晶体 6～10%；
颜填料 8～15%；
助剂 2～3%；
所述乙组分为异氰酸酯三聚体；
所述甲组分和乙组分的比例为10～15:1。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述氟改性丙烯酸树脂基料的固含量为40～80%。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述疏水SiO2为表面羟基50～80%被硅烷基团取代的SiO2。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述微晶体为具有针状结构的晶须。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述颜填料中的颜料为炭黑或酞青蓝或氧化铁黄或钛白粉中的任意一种，填料为滑石粉或绢云母粉或重晶石粉中的一种或两种。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述助剂为BYK系列消泡剂或流平剂或分散剂或氟助剂中的任意一种。
所述的低表面能易除冰的涂料，所述异氰酸酯三聚体为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390。
一种低表面能易除冰的涂料的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
一、制备甲组分：
将准确称量的氟改性丙烯酸树脂、疏水SiO2、微晶体和助剂放入料桶内，用高速分散机低速搅拌10～15min，分散均匀后再按照先轻后重、先少后多的原则加入颜填料，然后高速搅拌30～60min，分散均匀后再研磨2～3h至涂料细度在40μm以下，然后进行检测粘度，检测合格后经过滤、出料、包装获得甲组分；
二、制备涂料：
接上步，将第一步获取的甲组分和乙组分按10～15:1的配比混合，采用搅拌机搅拌均匀后即可获得所需涂料。
所述的低表面能易除冰的涂料的制备方法，所述高速搅拌的速度为1500～2000r/min。
所述的低表面能易除冰的涂料的制备方法，所述低速搅拌的速度为400～800 r/min。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明所述的一种低表面能易除冰的涂料及其制备方法，本发明采用具有优异的低表面能及耐候性能的氟改性丙烯酸树脂为基料，以纳米级疏水二氧化硅为填料，利用聚丙烯腈纳米纤维的末端针状结构，赋予涂层一定的强度和一定粗糙度的微观表面，在涂层表面形成荷叶效应，减少水与涂层表面的接触面积，使水滴难以在涂层上附着的同时，冰在涂层上的附着强度也大大降低，从而实现高的疏水性和易除冰性。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例：
本发明所述的一种低表面能易除冰的涂料，所述涂料包括甲组分和乙组分，所述甲组分按质量百分比包括如下成分：
氟改性丙烯酸树脂 70～80%； 疏水SiO2 2～4%；
微晶体 6～10%； 颜填料 8～15%；助剂 2～3%；
所述乙组分为异氰酸酯三聚体，所述异氰酸酯三聚体为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390；
所述甲组分和乙组分的比例为10～15:1。
其中所述氟改性丙烯酸树脂基料的固含量为40～80%，树脂固含量是指一定温度下，蒸发掉溶剂后剩余的树脂重量占原总重量的百分数。
其中所述疏水SiO2为表面羟基50～80%被硅烷基团取代的SiO2。
其中所述微晶体为具有针状结构的晶须。
其中所述颜填料中的颜料为炭黑或酞青蓝或氧化铁黄或钛白粉中的任意一种，填料为滑石粉或绢云母粉或重晶石粉中的一种或两种。
其中所述助剂为BYK系列消泡剂或流平剂或分散剂或氟助剂中的任意一种。
一种低表面能易除冰的涂料的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
一、制备甲组分：
将准确称量的氟改性丙烯酸树脂、疏水SiO2、微晶体和助剂放入料桶内，用高速分散机低速搅拌10～15min，所述低速搅拌的速度为400～800 r/min，分散均匀后再按照先轻后重、先少后多的原则加入颜填料，然后高速搅拌30～60min，所述高速搅拌的速度为1500～2000r/min，分散均匀后再研磨2～3h至涂料细度在40μm以下，然后进行检测粘度，检测合格后经过滤、出料、包装获得甲组分；
二、制备涂料：
接上步，将第一步获取的甲组分和乙组分按10～15:1的配比混合，采用电动搅拌机搅拌均匀后即可获得所需涂料。
本发明的产品的主要技术指标如下表所示：
| 序号 | 项目 | 技术指标 | 检验方法 |
| 1 | 柔韧性，mm | 2 | GB/T1731-1993 |
| 2 | 冲击强度，cm | 50 | GB/T1732-1993 |
| 3 | 附着力，级 | 1 | GB/T 9286-1998 |
| 4 | 耐盐雾，1000h | 漆膜不起泡、不脱落、无锈蚀 | GB/T 1771-2007 |
| 5 | 耐湿热，1000h | 47±1℃，1000h | GB/T 1740-2007 |
| 6 | 耐人工加速老化，1000h | 粉化0级，变色1级，开裂0级 | GB/T 1865-2009 |
| 7 | 对淡水接触角，θ | ≥120° | ASTMD 724-2003 |
| 8 | 耐人工污染性 | ≥70% | MIL-PRF-85285D |
| 9 | 易除冰性 | ≤1×104N | 涂层表面冰块直径为6cm,垂直下拉 |
本发明应用于输电线塔表面低表面能氟改性丙烯酸双组份面漆涂料，主要采用双组份喷涂（无气喷涂、空气喷涂均可），每道涂装干膜厚度60μm，建议涂装两道。本发明的技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括具体实施方式间的任意组合。
实施例一:
甲、乙组分配比为10:1，其中乙组分为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390；甲组份的组成如下表：
| 原材料 | 配方(质量百分数) |
| 氟改性丙烯酸树脂 | 70 |
| 疏水SiO2 | 5 |
| 微晶体晶须 | 10 |
| 滑石粉 | 11 |
| 钛白粉 | 2 |
| BYK氟助剂 | 0.3 |
| BYK消泡剂 | 0.5 |
| BYK分散剂 | 0.5 |
| BYK流平剂 | 0.7 |
| 共计 | 100 |
由上述配方所制成的涂料，其颜色为白色，其涂层柔韧性达1mm，划圈附着力可到2级，涂层表面的淡水接触角可达130°，冰的附着力仅为9.5×103N，其与基材的附着力可达到4MPa以上，耐盐雾1000h漆膜不起泡、不脱落、无锈蚀，但是由于涂料颜色为白色，容易发生黄变及被污染等。
实施例二：甲、乙组分配比为12.5:1，其中乙组分为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390；
甲组份的组成如下表：
| 原材料 | 配方(质量百分数) |
| 氟改性丙烯酸树脂 | 75 |
| 疏水SiO2 | 3 |
| 微晶体晶须 | 8 |
| 滑石粉 | 9 |
| 钛白粉 | 3 |
| 乙炔黑 | 0.18 |
| 酞靑蓝 | 0.02 |
| 氧化铁黄 | 0.30 |
| BYK氟助剂 | 0.1 |
| BYK消泡剂 | 0.4 |
| BYK分散剂 | 0.4 |
| BYK流平剂 | 0.6 |
| 共计 | 100 |
由此配方得到的涂料为浅灰色，性能与实施例一涂料性能相似，但是其耐候性能更好，耐盐雾、耐湿热1500h漆膜不起泡、不脱落、无锈蚀，但其疏水性能略有下降，涂层表面的淡水接触角为124°。
实施例三：甲、乙组分配比为15:1，其中乙组分为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390；
甲组份的组成如下表：
| 原材料 | 配方(质量百分数) |
| 氟改性丙烯酸树脂 | 80 |
| 疏水SiO2 | 2 |
| 微晶体晶须 | 5 |
| 滑石粉 | 6 |
| 钛白粉 | 2 |
| 乙炔黑 | 0.2 |
| BYK氟助剂 | 0.3 |
| BYK消泡剂 | 0.5 |
| BYK分散剂 | 0.3 |
| BYK流平剂 | 0.7 |
| 共计 | 100 |
在此配方中涂料的PVC小于前两个实施例，其附着力可达到6MPa以上，涂层表面的淡水接触角为120°，但是其成本提高了20%左右。
本发明为了使涂层具有良好的疏水性和易除冰性等低表面能特性，及与基材优异的附着性能和优异的耐候性能，本发明通过以下技术方案实现：
（1）选用具有优异的低表面能和耐候性的氟改性丙烯酸树脂：
有机氟涂料由于致密的分子结构，具有表面摩擦系数低，漆膜表面的诱起电压高(电阻率高)、表面能低，不易引起静电等，灰尘、水分很难附着在涂膜表面，从而具有卓越的抗污染性能。同时，有机氟树脂的光透射率高，化学稳定性好，能够抵抗光催化剂的氧化还原作用，不至于短期粉化、脱落。
（2）选用可形成“荷叶效应”的具有针状结构的微米、纳米级颜填料：
利用马兰各尼效应（Marangonic effect），在固化过程中，通过选用纳米无机物粒子、微米级颜填料及针状微晶体形成交错结构，引起涂膜固化过程中的相分离和纳米粒子的聚集，使得固化漆膜表面形成微米结构和纳米结构相结合的双重结构，这种结构能使水滴与固体的接触面内截留大量的空气泡，形成一种复合界面，从而达到表面超疏水性能和易除冰性。
本发明通过采用具有最佳低表面能氟改性丙烯酸树脂为基料，以纳米级疏水二氧化硅为填料，利用聚丙烯腈纳米纤维的末端针状结构，赋予涂层一定的强度和一定粗糙度的微观表面，使涂层在潮湿环境下减少水与其表面的接触面积，使水滴难以在涂层上附着的同时，冰在涂层上的附着强度也大大降低，从而实现高的疏水性和除冰性。本发明合成的低表面能防覆冰涂料，涂层表面具有良好的憎水性和易除冰性，在常温下与淡水接触角可达130°，冰在其表面的附着力仅为9.5×103N，而现有的低表面能氟碳涂料，冰在其表面的附着力为 2.1×104N，相比之下，本专利所申请涂料的易除冰性能得到很好表现，并且涂层与基材的附着强度可到达4MPa以上。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (10)
1.一种低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述涂料包括甲组分和乙组分，所述甲组分按质量百分比包括如下成分：
氟改性丙烯酸树脂 70～80%；
疏水SiO2 2～4%；
微晶体 6～10%；
颜填料 8～15%；
助剂 2～3%；
所述乙组分为异氰酸酯三聚体；
所述甲组分和乙组分的比例为10～15:1。
2.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述氟改性丙烯酸树脂基料的固含量为40～80%。
3.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述疏水SiO2为表面羟基50～80%被硅烷基团取代的SiO2。
4.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述微晶体为具有针状结构的晶须。
5.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述颜填料中的颜料为炭黑或酞青蓝或氧化铁黄或钛白粉中的任意一种，填料为滑石粉或绢云母粉或重晶石粉中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述助剂为BYK系列消泡剂或流平剂或分散剂或氟助剂中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的低表面能易除冰的涂料，其特征是：所述异氰酸酯三聚体为异氰酸酯“HDI”三聚体N3390。
8.利用权利要求1～7任一权利要求所述的一种低表面能易除冰的涂料的一种低表面能易除冰的涂料的制备方法，其特征是：所述制备方法具体包括如下步骤：
一、制备甲组分：
将准确称量的氟改性丙烯酸树脂、疏水SiO2、微晶体和助剂放入料桶内，用高速分散机低速搅拌10～15min，分散均匀后再按照先轻后重、先少后多的原则加入颜填料，然后高速搅拌30～60min，分散均匀后再研磨2～3h至涂料细度在40μm以下，然后进行检测粘度，检测合格后经过滤、出料、包装获得甲组分；
二、制备涂料：
接上步，将第一步获取的甲组分和乙组分按10～15:1的配比混合，采用搅拌机搅拌均匀后即可获得所需涂料。
9.根据权利要求8所述的低表面能易除冰的涂料的制备方法，其特征是：所述高速搅拌的速度为1500～2000r/min。
10.根据权利要求8所述的低表面能易除冰的涂料的制备方法，其特征是：所述低速搅拌的速度为400～800 r/min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141015 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |