一种自清洁型防覆冰涂料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种自清洁型防覆冰涂料的制备方法，属于涂料制备技术领域。本发明以米糠粕为原料分离出木质素经炭化后研磨得自制纳米炭黑粉末，再将丙烯酸酯氟化改性制得涂层基料乳液，添加纳米炭黑粉末和纳米二氧化钛粉末，辅以其他助剂，混合后，从而得到自清洁型防覆冰涂料的制备方法。实例证明，本发明操作简便，制备过程简单易行，方便控制，最终制得的防覆冰涂料防覆冰效果高，绝缘性能好，不仅具有良好的耐酸、耐碱以及绝缘性能，而且还具有显著的自清洁能力，减少了雨雪天闪污事故，可大规模生产应用。
【专利说明】
一种自清洁型防覆冰涂料的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种自清洁型防覆冰涂料的制备方法，属于涂料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的迅猛发展，对电网供电的可靠性要求越来越高。覆冰和积雪是一种自然现象，然而对于电力系统覆冰则是自然灾害，线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行。输电线路覆冰对电力系统造成的危害包括导线舞动、断线、杆塔倒塌、闪络等机械及电气事故。输电线路覆冰积雪严重威胁着电力及通信网络的安全可靠运行。
[0003]—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:(I)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。(2)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。(3)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。
[0004]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。目前电力系统中运用较为广泛的防覆冰涂料有憎水性涂料和热力型涂料两种。普通憎水性涂料的水滴静态接触角低于120°，没有防覆冰效果;超疏水涂料的接触角超过155°，在雨凇条件下具有一定的防覆冰效果，但由于该涂料表面结构及化学成分的原因，不能完全阻止覆冰;电热涂料可提升绝缘子温度，达到防覆冰目的，但普通电热涂料表面憎水性差，易积污，在雨雪天气易造成闪污事故。
[0005]因此，探寻一种合适的防覆冰涂料是非常有必要的。
【发明内容】
[0006]本发明主要解决的技术问题:针对目前传统防覆冰涂料虽具有一定的防覆冰效果，但是由于涂料表面结构及化学成分原因，不能够完全防止覆冰，且普通电热涂料表面憎水性差，易积污，在雨雪天气易造成闪污事故的现状，提供了一种以米糠柏为原料分离出木质素经炭化后研磨得自制纳米炭黑粉末，再将丙烯酸酯氟化改性制得涂层基料乳液，添加纳米炭黑粉末和纳米二氧化钛粉末，辅以其他助剂，混合后，从而得到自清洁型防覆冰涂料的制备方法。该方法操作简便，制备过程简单易行，方便控制，最终制得的防覆冰涂料防覆冰效果高，绝缘性能好，不仅具有良好的耐酸、耐碱以及绝缘性能，而且还具有显著的自清洁能力，减少了雨雪天闪污事故，可大规模生产应用。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是: (1)称取400?500g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入15?20g氢氧化钠和5?1g硫化钠，加热升温至150?200°(:，在10?1210^下保温反应3?5h;
(2)反应结束后将反应液转入卧式离心机，以3000?4000r/min转速离心15?18min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至2?3，于4?6°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗3?5次后放入喷雾干燥机，在170?180°C下，以0.1?0.2L/h的流量进行干燥；
(3)将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于100?150°C下预氧化30?50min，再以5°C/min速率程序升温至450?500°C保温预炭化50?60min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1200?1300°C煅烧炭化2?3h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨20?30min，得自制炭黑粉末，备用；
(4)向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入I?3mL辛基酚聚氧乙烯醚和800?900mL去离子水，于80?90 °C的油浴锅中搅拌10?15min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气100?120min;
(5)通气完毕后，再加入60?80mL甲基丙烯酸十二氟庚酯、80?10mL丙烯酸月桂酯、50?70mL甲基丙烯酸羟丙酯和10?15mL聚二甲基硅氧烷，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加10?15mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液；
(6)称取80?10g上述制得的改性涂层基料乳液、40?50g丙稀酸甲酯乳液、5?1g纳米二氧化钛、I?2g二乙稀三胺、8?12g备用的自制炭黑粉末和0.5?0.8g钠基膨润土以及I?2g乳化娃油一起装入卧式祸轮砂磨机中，以800?1000r/min转速混合搅拌I?3h后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
[0008]本发明的应用方法是:取200?300mL本发明制得的自清洁型防覆冰涂料，倒入空气喷枪中，以2?3mL/s的速率涂喷在钢芯铝绞线上，涂抹结束，测其耐酸、耐碱度均为普通防覆冰涂料的2?3倍，黏度达到1200?HOOmPs.S，在雾凇条件下，抗冰性能能够保持12?16h0
[0009]本发明的有益效果是:
(1)本发明方法独特新颖，工艺简单易行，在制备的过程中无污染，属于绿色环保工艺；
(2)本发明制得的防覆冰涂料防覆冰效果高，绝缘性能好，不仅具有良好的耐酸、耐碱以及绝缘性能，而且还具有显著的自清洁能力，减少了雨雪天闪污事故的发生；
(3)本发明制得的自清洁型防覆冰涂料具有良好的防覆冰性能，可用于电力系统、铁路、航空以及输电通信设备等领域。
【具体实施方式】
[0010]首先称取400?500g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入15?20g氢氧化钠和5?1g硫化钠，加热升温至150?200 °C，在10?12MPa下保温反应3?5h;反应结束后将反应液转入卧式离心机，以3000?4000r/min转速离心15?18min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至2?3，于4?6°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗3?5次后放入喷雾干燥机，在170?180°C下，以0.1?0.2L/h的流量进行干燥;然后将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于100?150°(^下预氧化30?50111；[11，再以5°(^/111；[11速率程序升温至450?500°C保温预炭化50?60min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1200?1300°C煅烧炭化2?3h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨20?30min，得自制炭黑粉末，备用；接下来向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入I?3mL辛基酚聚氧乙烯醚和800?900mL去离子水，于80?90 °C的油浴锅中搅拌10?15min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气100?120min;通气完毕后，再加入60?80mL甲基丙稀酸十二氟庚酯、80?10mL丙稀酸月桂酯、50?70mL甲基丙稀酸轻丙酯和10?15mL聚二甲基娃氧烧，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加10?15mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液；最后称取80?10g上述制得的改性涂层基料乳液、40?50g丙稀酸甲酯乳液、5?1g纳米二氧化钛、I?2g二乙稀三胺、8?12g备用的自制炭黑粉末和0.5?0.8g钠基膨润土以及I?2g乳化硅油一起装入卧式涡轮砂磨机中，以800?100r/min转速混合搅拌I?3h后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
[0011]实例I
首先称取400g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入15g氢氧化钠和5g硫化钠，加热升温至150°C，在1MPa下保温反应3h;反应结束后将反应液转入卧式离心机，以3000r/min转速离心15min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至2，于4°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗3次后放入喷雾干燥机，在170°C下，以0.lL/h的流量进行干燥;然后将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于100°C下预氧化30min，再以5°C/min速率程序升温至450°C保温预炭化50min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1200°C煅烧炭化2h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨20min，得自制炭黑粉末，备用；接下来向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入ImL辛基酚聚氧乙烯醚和800mL去离子水，于80 °C的油浴锅中搅拌1min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气10min;通气完毕后，再加入60mL甲基丙烯酸十二氟庚酯、SOmL丙烯酸月桂酯、50mL甲基丙烯酸羟丙酯和1mL聚二甲基硅氧烷，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加1mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液;最后称取SOg上述制得的改性涂层基料乳液、40g丙烯酸甲酯乳液、5g纳米二氧化钛、Ig二乙烯三胺、Sg备用的自制炭黑粉末和
0.5g钠基膨润土以及Ig乳化娃油一起装入卧式祸轮砂磨机中，以800r/min转速混合搅拌Ih后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
[0012]本实例操作简单易行，使用时，取200mL本发明制得的自清洁型防覆冰涂料，倒入空气喷枪中，以2mL/s的速率涂喷在钢芯铝绞线上，涂抹结束，可其耐酸、耐碱度均为普通防覆冰涂料的2倍，黏度达到1200mPs.S，在雾凇条件下，抗冰性能能够保持12h。
[0013]实例2
首先称取450g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入18g氢氧化钠和8g硫化钠，加热升温至180°C，在I IMPa下保温反应4h;反应结束后将反应液转入卧式离心机，以3500r/min转速离心17min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至2.5，于5°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗4次后放入喷雾干燥机，在175°C下，以0.15L/h的流量进行干燥;然后将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于135°C下预氧化40min，再以5°C/min速率程序升温至480°C保温预炭化55min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1250°C煅烧炭化2.5h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨25min，得自制炭黑粉末，备用；接下来向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入2mL辛基酚聚氧乙烯醚和850mL去离子水，于85 °C的油浴锅中搅拌13min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气IlOmin ；通气完毕后，再加入70mL甲基丙稀酸十二氟庚酯、90mL丙稀酸月桂酯、60mL甲基丙烯酸羟丙酯和13mL聚二甲基硅氧烷，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加13mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液;最后称取90g上述制得的改性涂层基料乳液、45g丙烯酸甲酯乳液、Sg纳米二氧化钛、1.5g 二乙烯三胺、1g备用的自制炭黑粉末和0.7g钠基膨润土以及1.5g乳化硅油一起装入卧式涡轮砂磨机中，以900r/min转速混合搅拌2h后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
[0014]本实例操作简单易行，使用时，取250mL本发明制得的自清洁型防覆冰涂料，倒入空气喷枪中，以2.5mL/s的速率涂喷在钢芯铝绞线上，涂抹结束，可其耐酸、耐碱度均为普通防覆冰涂料的2.4倍，黏度达到1300mPs.S，在雾凇条件下，抗冰性能能够保持14h。
[0015]实例3
首先称取500g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入20g氢氧化钠和1g硫化钠，加热升温至200°C，在12MPa下保温反应5h;反应结束后将反应液转入卧式离心机，以4000r/min转速离心18min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至3，于6°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗5次后放入喷雾干燥机，在180 °C下，以0.2L/h的流量进行干燥;然后将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于150°C下预氧化50min，再以5°C/min速率程序升温至500°C保温预炭化60min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1300°C煅烧炭化3h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨30min，得自制炭黑粉末，备用；接下来向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入3mL辛基酚聚氧乙烯醚和900mL去离子水，于90°C的油浴锅中搅拌15min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气120min;通气完毕后，再加入SOmL甲基丙烯酸十二氟庚酯、10mL丙烯酸月桂酯、70mL甲基丙烯酸羟丙酯和15mL聚二甲基硅氧烷，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加15mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液;最后称取10g上述制得的改性涂层基料乳液、50g丙烯酸甲酯乳液、1g纳米二氧化钛、2g二乙烯三胺、12g备用的自制炭黑粉末和0.8g钠基膨润土以及2g乳化娃油一起装入卧式祸轮砂磨机中，以1000r/min转速混合搅拌3h后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
[0016]本实例操作简单易行，使用时，取300mL本发明制得的自清洁型防覆冰涂料，倒入空气喷枪中，以3mL/s的速率涂喷在钢芯铝绞线上，涂抹结束，可其耐酸、耐碱度均为普通防覆冰涂料的3倍，黏度达到HOOmPs.S，在雾凇条件下，抗冰性能能够保持16h。
【主权项】
1.一种自清洁型防覆冰涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)称取400?500g米糠柏装入高压反应釜中，按固液比为1:5向釜中加入去离子水，边搅拌边加入15?20g氢氧化钠和5?1g硫化钠，加热升温至150?200°(:，在10?1210^下保温反应3?5h; (2)反应结束后将反应液转入卧式离心机，以3000?4000r/min转速离心15?18min，分离去除下层沉淀得上层滤液，用浓度为0.5mol/L盐酸溶液调节pH至2?3，于4?6°C冰水浴下静置过夜，将析出的木质素沉淀用去离子水反复冲洗3?5次后放入喷雾干燥机，在170?180°C下，以0.1?0.2L/h的流量进行干燥； (3)将上述干燥后的木质素粉末放入管式电阻炉，先于100?150°C下预氧化30?50min，再以5°C/min速率程序升温至450?500°C保温预炭化50?60min，最后向炉中通入氮气置换出所有空气，升温至1200?1300°C煅烧炭化2?3h后，自然冷却至室温，放入刚玉研钵研磨20?30min，得自制炭黑粉末，备用； (4)向带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的2L三口烧瓶中，分别加入I?3mL辛基酚聚氧乙烯醚和800?900mL去离子水，于80?90 °C的油浴锅中搅拌10?15min，搅拌结束后向烧瓶中以20mL/min速率通入氮气100?120min; (5)通气完毕后，再加入60?80mL甲基丙烯酸十二氟庚酯、80?10mL丙烯酸月桂酯、50?70mL甲基丙烯酸羟丙酯和10?15mL聚二甲基硅氧烷，再从滴液漏斗向烧瓶中滴加10?15mL质量浓度为60%过硫酸钾溶液，启动搅拌器保温搅拌反应过夜，得到改性涂层基料乳液； (6)称取80?10g上述制得的改性涂层基料乳液、40?50g丙稀酸甲酯乳液、5?1g纳米二氧化钛、I?2g二乙稀三胺、8?12g备用的自制炭黑粉末和0.5?0.8g钠基膨润土以及I?2g乳化娃油一起装入卧式祸轮砂磨机中，以800?1000r/min转速混合搅拌I?3h后出料，装罐即得自清洁型防覆冰涂料。
【文档编号】C09D151/08GK105820698SQ201610267263
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】郭伟明, 张明, 林茂平
【申请人】常州市好利莱光电科技有限公司