CN109096914B - 一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法 - Google Patents

一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法，涉及疏水材料技术领域，本发明采用在超疏水涂料中引入具有迁移性的硅油的方法，在不减弱原超疏水涂料超疏水功能的情况下，赋予了超疏水涂料具有和RTV一样的憎水迁移特性。由本发明提供的具有憎水迁移性的超疏水涂料，涂布固化形成的超疏水绝缘薄膜与水的静态疏水角度可达167度，滚动角低至1.6度；在薄膜表面采用具有亲水性的硅藻土进行涂污，72小时硅藻土表面与水的静态接触角为151.2度，滚动角为7.2度，表现出了优异的憎水迁移性。本发明产品在高压绝缘子自清洁防污闪、电力防凝露、防覆冰等领域具有重大的应用价值。

Description

一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及疏水材料技术领域，具体涉及一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法。
背景技术
超疏水薄膜指与水滴接触角大于150度、滚动角小于10度的薄膜，其具有防水、自清洁、防污等功能，因而在日常生活及工业领域等具有广阔的应用前景。仿生超疏水表面利用荷叶及蝉翼等表面的仿生超疏水自洁净原理，通过在具有微纳粗糙结构的表面修饰低表面能成分或者在低表面能表面构造粗糙度的方式，实现固体表面的超疏水功能。由于超疏水特性，水滴在滑离固体表面时带走粘附在其上的粉尘粒子和污物，从而实现自清洁功能。超疏水薄膜材料可减少或避免灰尘等空气污染物的污染，在高湿度环境和雨天，因雨水的凝聚和滚落而带走表面灰尘实现自清洁功能。这种自洁防污的功能在现代工业和生活的许多领域，包括开发和构造自洁防污产品，比如应用于自清洁防污闪高压绝缘子等，具有重大的社会价值和商业价值。
憎水迁移性是电力防污闪绝缘子涂料产品所需具备的一个指标，它要求绝缘子表面被污秽物污染之后，由于涂层内部的有机物迁移分子向外表面扩散迁移，使得污秽表面也具有憎水功能。这种性能在室温硫化型硅橡胶(room temperature vulcanizedsilicone rubber，RTV)为代表的绝缘子防污闪涂层材料中，已经得到了广泛的研究。如专利CN105758767A公开了一种基于憎水迁移性测试的硅橡胶老化程度判断方法，去除自然污秽避免了原有自然污秽对后续憎水迁移性的影响，并采用曲线用于定性评价材料性能和老化程度，更准确地反映复合绝缘子和RTV防污闪涂料的运行性能。专利CN105067761A提供了一种硅橡胶绝缘材料憎水迁移性测试方法，通过在现场获取能够准确代表绝缘子表面状态的污秽、在实验室内对现场获取的绝缘子表面污秽进行预处理、去除污秽中的较大颗粒和称取定量污秽，根据污秽的浸润时间判定绝缘子表面的憎水迁移性能级别。
另一方面，近年来超疏水涂料及其涂层在电力防污闪领域中的研究和应用也得到了越来越多科研人员和企业的关注和重视。超疏水涂料及涂层产品替代传统的RTV应用于电力防污闪，将成为一种必然趋势。但是，一般超疏水涂料不具备类似RTV材料的憎水迁移性，如专利CN103965827A提供了一种超疏水防污闪单组份胶粘剂及其制备方法和用途，其超疏水防污闪单组份胶粘剂包括端羟基聚硅氧烷、阻燃剂、疏水增强剂、结构调节剂、交联剂和催化剂。将这些物质混合后，在80-150℃条件下真空干燥处理1-3小时；冷却，再加入交联剂和催化剂，混合均匀，制得超疏水防污闪单组份胶粘剂。该专利中的超疏水防污闪单组份胶粘剂不具备类似RTV材料的憎水迁移性。
因此，亟需一种使超疏水涂层同时具备憎水迁移性，以应用于电力防污闪领域的技术方案。
发明内容
针对上述问题和不足，本发明提供一种具有憎水迁移性的超疏水涂料和薄膜的制备方法，该超疏水涂料、薄膜具备优异的憎水迁移性，且工艺简单、简便易行，对电力防污闪领域新材料的研发和推广应用具有重大的社会价值和意义。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
在乙醇溶剂中加入浓氨水、硅酸乙酯，搅拌、陈化后再加入六甲基二硅胺烷，制备超疏水涂料；
在所述超疏水涂料中，加入具有憎水迁移性的硅油及硅烷偶联剂，制备具有憎水迁移性的超疏水涂料。
在上述技术方案的基础上，所述具有迁移性的硅油包括甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、羟基含氢硅油、甲基三氟丙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油、乙基含氢硅油、甲基羟基硅油中一种或几种。
在上述技术方案的基础上，所述硅油与超疏水涂料的质量比为1:2000～2:100。
在上述技术方案的基础上，所述硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
在上述技术方案的基础上，所述硅烷偶联剂与超疏水涂料的质量比为1:2000～1:100。
本发明还公开了一种具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜的制备方法，采用如权利要求1～5任意一项所述的具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法制备的具有憎水迁移性的超疏水涂料，涂布于基材表面并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。
在上述技术方案的基础上，所述基材为玻璃、陶瓷、金属和塑料中的一种。
本发明还公开了一种具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
在超疏水涂料中，加入具有憎水迁移性的硅油及硅烷偶联剂，制备具有憎水迁移性的超疏水涂料。
在上述技术方案的基础上，所述具有迁移性的硅油包括甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、羟基含氢硅油、甲基三氟丙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油、乙基含氢硅油、甲基羟基硅油中一种或几种，所述硅油与超疏水涂料的质量比为1:2000～2:100；所述硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种，所述硅烷偶联剂与超疏水涂料的质量比为1:2000～1:100。
本发明还公开了一种采用所述的具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法制备的具有憎水迁移性的超疏水涂料，涂布于基材表面并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过在超疏水涂料中添加具有迁移性的硅油的方式，制得具有憎水迁移性的超疏水涂料；将具有憎水迁移性的超疏水涂料在基材表面涂布，形成超疏水绝缘薄膜之后，不但保持原超疏水涂料涂层自清洁的功能，还具有和RTV绝缘子一样的憎水迁移性，且憎水迁移后污秽层表面与水的接触角高于150度，也具有超疏水效果。
由本发明提供的具有憎水迁移性的超疏水涂料，涂布固化形成的超疏水绝缘薄膜与水的静态疏水角度可达167度，滚动角低至1.6度；在薄膜表面采用具有亲水性的硅藻土进行涂污，72小时硅藻土表面与水的静态接触角为151.2度，滚动角为7.2度，不但表现出了优异的憎水迁移性，且污秽层表面(硅藻土表面)具有超疏水功能。本发明及其产品在高压绝缘子自清洁防污闪领域中具有重大的应用价值。
(2)本发明适用于通过在各类超疏水涂料中引入具有迁移性的硅油的方式获得具有憎水迁移性的超疏水涂料和超疏水绝缘薄膜，操作工艺简单、简便易行，其对应的产品易于大规模生产和涂装。
附图说明
图1是本发明实施例3所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜表面水接触角照片；
图2是本发明实施例3所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜覆污后72小时污秽层(即硅藻土)表面水接触角照片；
图3是本发明实施例4所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜表面水接触角照片；
图4是本发明实施例4所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜覆污后72小时污秽层(即硅藻土)表面水接触角照片；
图5是本发明实施例5所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜表面水接触角照片；
图6是本发明实施例5所得的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜覆污后72小时污秽层(即硅藻土)表面水接触角照片。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例提供一种具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在乙醇溶剂中加入浓氨水、正硅酸四乙酯，搅拌、陈化后再加入六甲基二硅胺烷，制备超疏水涂料；
(2)在上述制备得到的超疏水涂料中，加入具有憎水迁移性的硅油及硅烷偶联剂，制备具有憎水迁移性的超疏水涂料。
硅油包括甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、羟基含氢硅油、甲基三氟丙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油、乙基含氢硅油、甲基羟基硅油中一种或几种。硅油与步骤(1)制备的超疏水涂料的质量比为1:2000～2:100。硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。硅烷偶联剂与步骤(1)制备的超疏水涂料的质量比为1:2000～1:100。
本发明实施例还提供一种具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜的制备方法，将采用具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法制备的具有憎水迁移性的超疏水涂料涂布于基材表面并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。基材为玻璃、陶瓷、金属和塑料中的一种。
实施例2
本发明实施例提供一种具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：
在超疏水涂料中，加入具有憎水迁移性的硅油及硅烷偶联剂，制备具有憎水迁移性的超疏水涂料。未加硅油的超疏水涂料可通过网购等途径购买得到，比如尚蒙科技(张家港)有限公司生产的SM-supercoat-SHFC3150，由氧化硅、蒙脱石等纳米原料与改性的高性能氟碳树脂组成；广州希森美克新材料科技有限公司生产的“CCP002&CCP003-
Figure BDA0001731652060000061
超疏水超疏油纳米涂层”常温自干型超疏水涂料；常州市纳罗可涂料有限公司生产的NC317型超疏水涂料。
硅油包括甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、羟基含氢硅油、甲基三氟丙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油、乙基含氢硅油、甲基羟基硅油中一种或几种，硅油与超疏水涂料的质量比为1:2000～2:100；硅烷偶联剂包括氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种，硅烷偶联剂与超疏水涂料的质量比为1:2000～1:100。
本发明实施例还提供一种具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜的制备方法，将采用本实施例中具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法制备的具有憎水迁移性的超疏水涂料涂布于基材表面并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。基材为玻璃、陶瓷、金属和塑料中的一种。
实施例3
本发明实施例提供一种具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)疏水性SiO2纳米颗粒的制备：在100mL乙醇中加入8mL浓氨水并升温至40℃，然后加入18mL正硅酸四乙酯，搅拌1.5h后冷却，陈化24h，再加入20mL六甲基二硅胺烷，搅拌4h即得超疏水涂料。
(2)搅拌状态下，在步骤(1)中制备获得的超疏水涂料中加入聚二甲基硅油0.3g及硅烷偶联剂(KH560)0.1g，即得具有憎水迁移性的超疏水涂料。
(3)将步骤(2)中制备获得的超疏水涂料喷涂并固化于玻璃衬底上并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。
本发明实施例还提供一种具有憎水迁移性的超疏水镀膜玻璃，玻璃的外表面上布设有具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。具体的，参见图1所示，本实施例提供的超疏水镀膜玻璃表面的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜与水的静态接触角为167.0度，滚动角为1.6度。参见图2所示，在该镀膜玻璃表面覆上300目的亲水性的硅藻土后，其表面与水的静态接触角为151.2度，滚动角为7.2度。
实施例4
本实施例提供的具有憎水迁移性的超疏水涂料和超疏水绝缘薄膜的制备方法与实施例3相同，区别在于基材采用陶瓷绝缘子。
具体的，参见图3所示，本实施例提供的具有憎水迁移性的陶瓷绝缘子表面上的超疏水绝缘薄膜与水的静态图接触角为163.7度，滚动角为2.4度。参见图4所示，该超疏水绝缘薄膜表面采用300目的硅藻土覆污后，污秽表面与水的接触角为150.3度，滚动角为4.6度。
实施例5
本实施例提供的具有憎水迁移性的超疏水涂料和超疏水绝缘薄膜的制备方法与实施例3相同，区别在于超疏水涂料为购得的美国UltraTech公司生产的Ultra-Ever Dry-4001超级干超疏水涂料。
具体的，参见图5所示，本实施例提供的具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜与水的静态接触角为157.3度，滚动角为5.4度。参见图6所示，该超疏水绝缘薄膜表面采用300目的硅藻土覆污后，污秽表面与水的接触角为144.4度，滚动角为8.6度。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在100mL乙醇中加入8mL浓氨水并升温至40℃，然后加入18mL正硅酸四乙酯，搅拌1.5h后冷却，陈化24h，再加入20mL六甲基二硅胺烷，搅拌4h制得超疏水涂料；
搅拌状态下，在所述超疏水涂料中加入聚二甲基硅油0.3g及硅烷偶联剂KH560 0.1g，得到具有憎水迁移性的超疏水涂料。
2.一种具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜的制备方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的具有憎水迁移性的超疏水涂料的制备方法制备的具有憎水迁移性的超疏水涂料，涂布于玻璃表面并自然干燥，即得具有憎水迁移性的超疏水绝缘薄膜。
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