专利名称：一种低表面能抗覆冰涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低表面能抗覆冰涂料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术：
覆冰和积雪是一种自然现象，但会对工业会造成巨大危害，如会导致各类大的电力系统的事故，极端情况下可能导致电力系统的完全瘫痪，给生产生活带来极大的不便。输电线路覆冰对电力系统造成的危害包括导线舞动、断线、倒塌、绝缘子闪络等机械及电气故障，严重威胁电力、通信和航空等安全可靠运行。一般来说，导线的覆冰现象是由于各种气象原因而形成的，其中主要包括温度、湿度、冷暖空气对流、环流和风速等因素。冬季雨中含有过冷的水滴，这种水滴极不稳定，因没有结晶核的存在而以液态形式存在，一旦下落到导线上，导线将作为结晶核的作用而使过冷水滴迅速结冰并且覆盖在导线上，形成所谓的覆冰。从形成机理来看，覆冰可以分为如下几种(1)大气中的水汽在过饱和时附着和升华凝结，形成的放射状的结晶称为雾凇。一般来说，雾凇形成时水滴比相互紧密结合所需要的时间提前冻结，形成了包含许多空隙或者气泡的干燥的冰。因此，这样的冰密度较小，也比较松散。( 大气中的过冷水滴在导线的迎风面形成清澈光滑透明的覆冰称为雨凇。这类水滴冻结的时间比碰撞的时间要长。因此， 形成的覆冰光滑而紧密，密度较大，并且与导线的附着力强。( 过冷水滴在迎风面形成透明与不透明交替重叠或类似毛玻璃的冰层。这类覆冰的附着力也比较大，一般难以除去。覆冰的危害是人们有目共睹的，人们也努力寻找经济适用、环保、可操作性强的防治覆冰的方法。到目前为止，防治覆冰的方法主要有如下几种(1)机械除冰在覆冰严重的地带用木棍、竹竿等最原始的工具对覆冰进行敲打、 撞击等将覆冰除去。这种方法效果明显，花费比较小，针对性强，然而其可操作性不强，只能够在覆冰严重的地区小范围的应急使用，难以在大范围推广使用。而且其操作过程中需要大量的人力物力，使用范围受到很大的限制。(2)电热除冰法所谓的电热除冰法，即使用热量将冰融化。如在部分覆冰严重的地区，在导线上通入大的直流电流，通过导线上产生的焦耳热来将覆冰融化；与直流融冰基本类似，只是使用的是交流电；通过电线表面的放电而产生的热量来保持导线的温度从而防止覆冰的发生。电热除冰法效果比较明显，操作简单，可操作性强，但是能耗非常大，而且在覆冰严重的地区，电力系统一般已经崩溃，此时电热除冰便不现实了。因此电热除冰仅限于覆冰严重的地区小范围使用，不可能大范围推广。(3)光热除冰法使用光波的能量将覆冰融化的技术，使用的光主要有红外和紫外光，还有激光除冰。由于在覆冰天气，光线一般不强。因此，很难取得应有的效果。如 CN101325321A采用激光对架空高压输电线路除冰，CN101478136A采用微波除冰，虽然可以远距离除冰，解决了机械除冰所需断电和近距离接触存在的安全隐患等问题，但激光和微波除冰的能耗比较大，而且技术还不完善，也难以取得好的效果。(4)防覆冰涂料主要包括光热型防覆冰涂料、电热型防覆冰涂料和憎水型涂料
4三类。光热型防覆冰涂料通过吸收太阳光而提高导线的温度，从而使导线温度在水的冰点以上，从而达到防覆冰的要求。这类涂料由于受天气原因限制，在冰雪的天气，一般光线都不强，很难起到应有的作用，故而研究较少，应用前景较小。电热型防覆冰涂料通过导线上的电热而保持导线的温度，从而使导线在水的冰点以上。这类涂料一般是在涂料中掺入少量导电物质，从而使涂层形成一半导体层，导线形成微小的漏泄电流从而产生电热。此类涂料由于对电能的损耗较大，应用前景有一定的限制。憎水型涂料通过降低水或冰与导线之间的结合力，从而防止结冰。由于一般憎水的也比较憎冰，就算冰在其表面附着结合力也不强，后续处理也方便的多。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等采用有机氟硅高分子材料制备出防覆冰涂料，由于疏水性能有限，而且对金属导线、陶瓷、玻璃和杆塔的等基材附着力较小，难以应用于生产实践。本发明的低表面能抗覆冰涂料，既能有效增加与基材附着力，又具有较高的接触角和较小的滚动角。因此，本发明的抗覆冰涂料具有较好的抗覆冰实用效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种疏水性能好、和基材附着力强的抗覆冰涂料及其制备方法。本发明的低表面能抗覆冰涂料，其中各组分及其质量百分含量如下
核壳型的Si02@含氟丙烯酸酯乳液80 90%
阻燃剂0 5%
流平剂0 5%
防腐剂0 0.8%
消泡剂0 9%
去离子水10 20%其制备方法分三步进行第一步硅溶胶的表面改性在磁力搅拌下，将硅溶胶、硅烷偶联剂、乙醇和氨水加入反应容器中，反应温度 25-60°C，反应时间1-12小时，即得表面改性的硅溶胶，反应物各组分的质量百分含量如下组份硅溶胶硅烷偶联剂乙醇氨水水
质量百分含量％ 50 0.5 45 0.01 4.99第二步核壳型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液的制备在反应容器中，加入去离子水、乳化剂、改性硅溶胶、丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和含氟单体，搅拌0.证得到预乳化乳液；取40%的预乳化液，加入部分过硫酸铵溶液， 加热搅拌Ih得到种子乳液；然后将剩余的预乳化液和引发剂溶液，在池之内滴加完毕，反应温度55-85°C，聚合完毕后得核壳型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液，反应物各组分的质量百
分含量如下
组份改性硅溶胶
丙烯酸酯
质量百分含量％
0.1-20-
-30 60
含氟单体0.1 20
二甲基丙烯酸乙二醇酯0 1.5 乳化剂 1 5
过硫酸铵0.2 1
去离子水40 75第三步低表面能抗覆冰涂料的制备室温下，向反应容器中加入核壳型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液、分散剂、颜料、成膜助剂、润湿剂、流平剂、防腐剂、消泡剂和去离子水，搅拌均勻。更具体的方案是上述反应中的硅溶胶的尺寸为5nm-500 μ m,形貌为球状或链珠状。上述反应中的硅烷偶联剂为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(异丙氧基)硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、 三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、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)氧基硅烷中的一种或一种以上的混合物。上述反应中的的丙烯酸酯具有下式结构
权利要求
1.一种低表面能抗覆冰涂料，其特征在于其中各组分及其质量百分含量如下 核壳型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液80 90阻燃剂0 5%流平剂0 5%防腐剂0 0. 8%消泡剂0 9%去离子水10 20% 。
2.权利要求1所述涂料的制备方法，其特征在于 第一步硅溶胶的表面改性在磁力搅拌下，将硅溶胶、硅烷偶联剂、乙醇和氨水加入反应容器中，反应温度 25-60°C，反应时间1-12小时，即得表面改性的硅溶胶，反应物各组分的质量百分含量如下组份质量百分含量％硅溶胶50硅烷偶联剂0. 5乙醇45氨水0.01水4.99第二步核壳型的SiO2O含氟丙烯酸酯乳液的制备在反应容器中，加入去离子水、乳化剂、改性硅溶胶、丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和含氟单体，搅拌0. 5h得到预乳化乳液；取40%的预乳化液，加入部分过硫酸铵溶液，加热搅拌Ih得到种子乳液；然后将剩余的预乳化液和引发剂溶液，在池之内滴加完毕， 反应温度55-85°C，聚合完毕后得核壳型的含氟丙烯酸酯乳液，反应物各组分的质量百分含量如下组份改性硅溶胶丙烯酸酯质量百分含量％ 0. 1 30 20 60 0. 1 20含氟单体二甲基丙烯酸乙二醇酯0 1.5乳化剂1 5过硫酸铵0. 2 1去离子水40 75第三步低表面能抗覆冰涂料的制备室温下，向反应容器中加入核壳型的含氟丙烯酸酯乳液、分散剂、颜料、成膜助齐U、润湿齐 、流平齐 、防腐剂、消泡剂和去离子水，搅拌均勻。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述硅溶胶的尺寸为5ηπι-500μπι，形貌为球状或链珠状。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于所述硅烷偶联剂为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 (异丙氧基)硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、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)氧基硅烷中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于所述的丙烯酸酯具有下式结构
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于所述的含氟单体选自三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷、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结构的氟单体中的一种或一种以上的混合物
全文摘要
本发明涉及一种低表面能抗覆冰涂料及其制备方法。该防覆冰涂料包含核壳型SiO2@含氟丙烯酸酯乳液、阻燃剂、流平剂、防腐剂、消泡剂和去离子水。其制备方法是采用半连续自由基乳液聚合的方法分步合成核壳型含氟丙烯酸酯乳液，将按配比称量的去离子水和阻燃剂搅拌均匀，加入到乳液中，再加入防腐剂和消泡剂磨匀，过滤得到产品。本防覆冰涂料表面能低、高憎水、憎冰性，可最大限度地减少水和冰的附着力，使其极易脱落，而且无毒无害，各项性能指标均符合环保要求，在工程上简单易行、方便控制、成本较低，使用效果良好。
文档编号C09D151/10GK102220063SQ201110123468
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘兴海, 易生平, 黄驰, 黎厚斌 申请人:武汉大学