用于架空输电线路的环保型自融冰组合物及其制备方法与流程

本发明属于涂料组合物技术领域，具体涉及用于架空输电线路的环保型自融冰组合物及其制备方法。

背景技术：

架空输电导线覆冰灾害是极为严重的自然灾害之一。在冬季冰冻雨雪条件下，架空输电线路、信号铁塔、风力发电机叶片等结构物将发生覆冰现象，在极端恶劣的覆冰条件下，结构物上的覆冰重量将严重超过其设计荷载，可能造成架空输电线路断线、倒杆(塔)、信号铁塔倒塌和风力发电机发电效率降低、甚至故障等严重灾害事故。

减少输电线路覆冰灾害的基本途径是输电线路的融冰和防冰。目前正在研究的防冰技术主要有临界电流防冰、导线表面涂抹防覆冰涂料、微波防冰等技术，但都处于研究阶段，尚未成功用于工程实践。

公开号为cn109111848a的专利文献提供了一种碳纤维复合硅橡胶电热超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤：对碳纤维进行等离子气体憎水改性；将改性后的碳纤维与硅橡胶涂料复合，得到碳纤维复合硅橡胶电热超疏水涂料。该发明将电热涂料的热效应、超疏水涂料的超疏水性以及超疏水涂料的低表面能特性相结合，制备出一种新型绝缘子半导体超疏水复合防冰涂料。通过实验表面碳纤维复合硅橡胶涂料制备成涂层后，具有优良的超疏水性，疏水角>140°，滑移角<15°，涂层具有良好的发热性能，在低温环境下具有延缓覆冰和融冰的功能，而且涂层的强度高耐磨性好，可靠性强，各项电气性能优良，满足低温环境下电气工程外绝缘领域的使用要求。该涂料主要侧重于对延缓覆冰效果的评价，融冰效果则有待进一步优化。

公开号为cn110229593a的专利文献提供了一种输电线绝缘涂料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该发明制备的绝缘树脂添加剂，具有较好的附着性能和机械性能，能保证涂膜对输电线路长久性的绝缘保护；在涂料中引入疏水添加剂，通过降低涂层表面的表面能，减小表面张力，产生对水滴、污染物在绝缘涂料表面的排斥和难附着的现象，减少了水分子的附着从而降低覆冰的可能性；制备的融冰添加剂，具有较好的除冰效果，使得覆盖于表面的冰层脱落，达到除冰效果；添加抗污活性剂，加入后控制表面生物质粘附产生的微生物对线路的腐蚀，提高防污效果。该发明解决了目前输电线路绝缘涂层的防覆冰、防污性能差的问题。该发明绝缘涂料通过添加不同的添加剂分别实现了降低覆冰与除冰之效果，原料种类很复杂，涂覆于电缆表面的表现性能尚不可知，而且置于多变的输电线路环境下，耐老化性能也有待考量与优化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，以改善架空输电线路的自融冰性能，降低覆冰。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂15-30份、聚四氟乙烯乳液10-25份、葡萄糖酸钠3-8份、醋酸钙镁5-12份、偶联剂0.5-3份、表面活性剂0.01-0.6份、三乙醇胺1-5份、乙二醇5-12份、丙二醇甲醚醋酸酯5-15份。

优选地，所述环氧改性有机硅树脂的环氧值为0.01-0.1eq/100g，25℃涂-4杯粘度为10-50s。

优选地，所述聚四氟乙烯乳液的树脂含量为55-65%，25℃运动粘度为5-20mm²/s，密度为1.4-1.6g/cm³。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂kh-791、a-172或kh-551。

优选地，所述表面活性剂为椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯中的一种或两种以上的组合物。

优选地，所述用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至65-75℃，搅拌30-45分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌20-30分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌50-60分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至50-58℃，加入三乙醇胺，继续搅拌30-40分钟，自然冷却至常温，即得。

优选地，步骤s1中所述加热的温度为65-75℃，所述搅拌的转速为300-500rpm。

目前对输电导线自融冰的研究多集中在对导线或电缆的结构和输电线路进行改进，如公开号为cn106229059a以及公开号为cn109903890a的专利文献，均是对电缆和导线结构进行改进，以达到在通电状态下制热实现融冰及减少覆冰的效果，但是这类技术尚存在系列问题亟待进一步深入研究，如发热材料性能研究、自融冰导线的性能研究、输电导线覆冰预测与监测、融冰控制方法、实时融冰对电网安全稳定的影响等。因此，通过改变导线或电缆的结构来实现自融冰还有相当多的困难需要克服，相对而言，在导线表面涂抹防覆冰涂料这种方法无需改变导线的原有结构，且不会影响到电网的安全运行，即安全易操作。然而，本领域对在导线表面涂抹防覆冰涂料以实现自融冰的技术缺乏广泛的研究基础与理论支撑，开发中的自融冰涂料，其用于导线的融冰效果及其稳定性尚有待进行进一步的研究，例如公开号为cn109111848a以及公开号为cn110229593a的专利文献，因此，开发一种能够显著改善架空输电线路尤其是导线的自融冰效果、且性能稳定的组合物尤为重要。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过上述技术方案提供了一种用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，以改善架空输电线路的自融冰性能，降低覆冰，融冰实验结果显示，本发明自融冰组合物融冰速度快，融冰量多，在一定温度及时间下，表现出良好的融冰能力。而且，本发明自融冰组合物耐候性能突出，能够较好地抵御外界环境的侵蚀，这对使用于架空输电线路而言是非常重要的。本发明使用偶联剂，尤其是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，增强有机组分之间以及有机组分与无机组分之间的粘结性，提高了产品的耐水以及抗老化性能。表面活性剂采用椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯中的一种或两种以上的组合物，渗透和润湿性能优异，同时能够提高环氧改性有机硅树脂和聚四氟乙烯乳液的乳化性能，促进葡萄糖酸钠和醋酸钙镁在上述组分中稳定分散，再加上本发明配方中溶剂乙二醇和丙二醇甲醚醋酸酯的配合，使得本发明获得了性能稳定且耐老化的涂料。

本发明首先将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯进行初步混合，得到初混组合物，降低了葡萄糖酸钠和醋酸钙镁的溶和阻力，在加入葡萄糖酸钠和醋酸钙镁的同时，将乙二醇也加入，乙二醇对葡萄糖酸钠和醋酸钙镁具有润湿作用，能够加速葡萄糖酸钠和醋酸钙镁与初混组合物的混合均匀，同时乙二醇兼具融冰作用，也同时实现与初混组合物的均匀混合，之后再加入偶联剂和表面活性剂进行混合，较之直接将各原料一次性加入混合而言，各原料之间尤其是不同的有机组分之间以及有机组分与无机组分之间的溶和更为高效，使得体系的稳定性更好，涂覆粘结性更强，为融冰效果的提高奠定了良好的基础，这些可从涂料的优异性能中得以印证。

附图说明

图1：本发明用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的融冰效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。

本发明下述实施例所用原材料说明：

环氧改性有机硅树脂，主要技术指标如下表所示：

。

聚四氟乙烯乳液，主要技术指标如下表所示：

。

醋酸钙镁，自制，参阅文献：肖进兵,邢军,孙永正,etal.醋酸钙镁冰雪融化剂的制备及融冰效果小试[j].大连大学学报,2003,24(4):32-34；钙镁比为7/3。

实施例1

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂20份、聚四氟乙烯乳液15份、葡萄糖酸钠5份、醋酸钙镁8份、偶联剂1.5份、表面活性剂0.1份、三乙醇胺3份、乙二醇8份、丙二醇甲醚醋酸酯10份。

偶联剂为硅烷偶联剂a-172，化学名称：乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，对应牌号：a-172（美国联碳）。

表面活性剂为椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠与甲基丙烯酸月桂酯的组合物，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠与甲基丙烯酸月桂酯的重量比为1：（1-3），即椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠与甲基丙烯酸月桂酯的重量比可以为1：1；1：1.5；1：2；1：2.5或1：3。在本实施例中，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠与甲基丙烯酸月桂酯的重量比为1：1.8。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至70℃，搅拌40分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌25分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌55分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至55℃，加入三乙醇胺，继续搅拌35分钟，自然冷却至常温，即得。

步骤s1中加热的温度为70℃，搅拌的转速为400rpm。

实施例2

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂15份、聚四氟乙烯乳液10份、葡萄糖酸钠3份、醋酸钙镁5份、偶联剂0.5份、表面活性剂0.01份、三乙醇胺1份、乙二醇5份、丙二醇甲醚醋酸酯5份。

偶联剂为硅烷偶联剂kh-791，化学名称：n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

表面活性剂为聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的组合物，聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的重量比为1：2。

根据实验效果，聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的重量比可选择范围为1：（1.2-3），即聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的重量比可以为1：1.2，1：1.5，1：2.5，1：3。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至65℃，搅拌30分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌20分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌50分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至50℃，加入三乙醇胺，继续搅拌30分钟，自然冷却至常温，即得。

步骤s1中加热的温度为65℃，搅拌的转速为300rpm。

实施例3

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂30份、聚四氟乙烯乳液25份、葡萄糖酸钠8份、醋酸钙镁12份、偶联剂3份、表面活性剂0.6份、三乙醇胺5份、乙二醇12份、丙二醇甲醚醋酸酯15份。

偶联剂为硅烷偶联剂kh-551，化学名称：3-氨丙基三甲氧基硅烷，对应牌号：a-1110(联碳)；z-6011(道康宁)；kbm-903(信越)。

表面活性剂为椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的组合物，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的重量比为2：（0.5-1.5）：（1-3），即可以选择2：0.5：1或2：1：2或2：1.5：3。在本实施例中，椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠、聚氧乙烯烷基醚和甲基丙烯酸月桂酯的重量比为2：1：1.5。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至75℃，搅拌45分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌30分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌60分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至58℃，加入三乙醇胺，继续搅拌40分钟，自然冷却至常温，即得。

步骤s1中加热的温度为75℃，搅拌的转速为500rpm。

实施例4

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂18份、聚四氟乙烯乳液12份、葡萄糖酸钠4份、醋酸钙镁6份、偶联剂1份、表面活性剂0.05份、三乙醇胺2份、乙二醇6份、丙二醇甲醚醋酸酯6份。

偶联剂为钛酸酯偶联剂pn-130，cas：61417-49-0。

表面活性剂同实施例2。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至68℃，搅拌35分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌25分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌55分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至53℃，加入三乙醇胺，继续搅拌35分钟，自然冷却至常温，即得。

步骤s1中加热的温度为68℃，搅拌的转速为350rpm。

实施例5

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂23份、聚四氟乙烯乳液18份、葡萄糖酸钠5份、醋酸钙镁7份、偶联剂1.2份、表面活性剂0.2份、三乙醇胺3份、乙二醇7份、丙二醇甲醚醋酸酯8份。

偶联剂为钛酸酯偶联剂pn-105，化学名：异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，cas：61417-49-0。

表面活性剂同实施例1。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，包括如下步骤：

s1：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液与丙二醇甲醚醋酸酯混合，加热至70℃，搅拌42分钟后，依次加入葡萄糖酸钠、醋酸钙镁和乙二醇；搅拌28分钟后，加入偶联剂和表面活性剂，继续搅拌55分钟；

s2：将步骤s1所得组合物降温至52℃，加入三乙醇胺，继续搅拌35分钟，自然冷却至常温，即得。

步骤s1中加热的温度为70℃，搅拌的转速为450rpm。

实施例6

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂25份、聚四氟乙烯乳液20份、葡萄糖酸钠6份、醋酸钙镁9份、偶联剂2份、表面活性剂0.3份、三乙醇胺4份、乙二醇10份、丙二醇甲醚醋酸酯12份。

偶联剂同实施例1。

表面活性剂为椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，其具体步骤及其参数同实施例1。

实施例7

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂28份、聚四氟乙烯乳液23份、葡萄糖酸钠7份、醋酸钙镁10份、偶联剂2.5份、表面活性剂0.4份、三乙醇胺3份、乙二醇11份、丙二醇甲醚醋酸酯13份。

偶联剂同实施例2。

表面活性剂为聚氧乙烯烷基醚。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，其具体步骤及其参数同实施例2。

实施例8

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂20份、聚四氟乙烯乳液20份、葡萄糖酸钠6份、醋酸钙镁9份、偶联剂1.5份、表面活性剂0.2份、三乙醇胺3份、乙二醇10份、丙二醇甲醚醋酸酯10份。

偶联剂同实施例2。

表面活性剂为甲基丙烯酸月桂酯。

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物的制备方法，其具体步骤及其参数同实施例2。

对比例1

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，与实施例1不同的是：偶联剂为硅烷偶联剂kh-901，其化学名称：n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

对比例2

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂20份、聚四氟乙烯乳液15份、醋酸钙镁13份、偶联剂1.5份、表面活性剂0.1份、三乙醇胺3份、乙二醇8份、丙二醇甲醚醋酸酯10份。

对比例3

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，其原料及组成与实施例1相同，制备方法中采用步骤s1’替代实施例1中的s1，步骤s1’为：

s1’：将环氧改性有机硅树脂、聚四氟乙烯乳液、丙二醇甲醚醋酸酯、葡萄糖酸钠、醋酸钙镁、乙二醇、偶联剂和表面活性剂混合，加热至70℃，搅拌2小时。

对比例4

用于架空输电线路的环保型自融冰组合物，由下述重量份的原料制成：环氧改性有机硅树脂20份、聚四氟乙烯乳液15份、葡萄糖酸钠5份、醋酸钙镁8份、偶联剂1.5份、表面活性剂0.1份、三乙醇胺3份、乙二醇8份、尼龙酸二甲酯10份。

效果评价

1、将制备好的自融冰组合物喷涂在表面洁净的绝缘底板上，厚度控制在50±5微米，然后室温固化，干燥，进行如下检测：

1）表面形貌观察：表面形貌观察用目测；

2）耐水性测定：参照gb/t甲法测试；目视检查试板，并记录是否有失光、变色、起泡、起皱、脱落、生锈等现象；

3）人工加速老化试验参照gb/t1865-2009“色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射”和gb/t16422.3-2014“塑料实验室光源暴露试验方法第3部分荧光紫外灯”规定的方法进行。

粉化等级、开裂等级以及剥落等级参照gb/t1766-2008“色漆和清漆涂层老化的评级方法”规定的方法进行。

检测项目及结果见下表1和2所示：

表1实施例1-8的测试结果

表2对比例1-4的测试结果

上述检测试验结果显示，本发明自融冰组合物光泽鲜明，表面平整；常温720h条件下具有很好的耐水性；在1000h以及2000h的人工加速老化试验中，本发明实施例1-实施例5所得自融冰组合物表现性能更佳；实施例6-8具有很轻微的粉化或剥落现象；总体而言，本发明组合物耐老化性能良好。

2、融冰效果测试

测试本发明实施例1-3、实施例6-8以及对比例1-4自融冰组合物的融冰效果，具体步骤如下：

①取12个相同规格的塑料烧杯，分别加入30ml水，置于-8℃±1℃的低温环境中直至完全结冰。

②分别称取本发明实施例1-3、实施例6-8以及对比例1-4的自融冰组合物5g，分别倒入相同规格的烧杯中，将烧杯放置于-8℃±1℃的低温环境中，保温12h。

③从步骤②的低温环境中取出自融冰组合物，均匀撒入步骤①成冰的塑料烧杯中，放置于实验环境中，每隔30min测量一次出水体积，单位为ml，数值精确至1ml。

实验环境的温度为-24℃，温度的浮动范围均为±2℃。

取平行测试结果的算术平均值为测试结果，两次平行测试结果前后误差不超过5%。

图1结果显示，本发明自融冰组合物在-24℃条件下，具有良好的融冰能力。其中实施例3的融冰速度最快，在270min的统计时间里，融冰量也是最多的；总体上本发明自融冰组合物的融冰量均大于15ml，占到原水总体积的50%以上，融冰效果显著。

对比例3的融冰量仅为5ml左右，融冰量是最少的，融冰效果最差。对比例1、对比例2及对比例4的融冰量均小于15ml，融冰效果较之本发明具有明显的下降。

综上，本发明用于架空输电线路的环保型自融冰组合物具有良好的耐候性能，耐水性良好，且融冰能力显著。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。