专利名称：一种高压输电线路防覆冰涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及室温固化型环氧树脂基功能涂料研究领域，特别涉及一种高压输电线 路防覆冰涂料及其制备方法。
背景技术：
高压电网线路在雨雪、低温等条件下易形成覆冰而导致电网垂直负载过重，继而 发生倒塔、断线、直至整体结构垮塌而使电网瘫痪。快速、高效、经济的解决覆冰问题是目前 亟待攻克的重大技术之一。采用防覆冰涂料可以通过附着在导线表面的强疏水性涂料减缓 或避免覆冰形成。从覆冰形成机理分析，依靠疏水表面对推迟大滴冻雨结成冰圈有效果，但细滴雨 会很快变成细小冰珠层，一但细小冰珠层将疏水表面隔离，即可形成薄层冰圈。一旦形成薄 层冰圈，涂料的疏水表面就对延缓结冰失去作用。可以设想，如果疏水涂料具有优异的疏水性，同时又具有一定的导热功能，将导线 输送电过程中的发热量传递至表面，不但可以抑制大滴冻雨结成冰圈，同时可以抑制细滴 雨形成冰珠层，达到高效防覆冰目的。研制一种同时具有高疏水性和导热功能的高分子涂 料，用于现有钢芯铝绞线的表面涂敷，可以提高防覆冰效果，解决高压输电线路防覆冰问 题。国内已有的防覆冰涂料主要由改性丙烯酸酯类、有机硅类以及含氟聚合物等组 成。如以丙烯酸酯乳液为主要成膜物质，聚氨酯、丁苯和有机硅乳液等为改性剂构成的涂 料，涂膜干燥后具有良好的憎水性(翟广玉，CN1664032，改性丙烯酸防水涂料)。由聚二甲 基硅氧烷，导电填料和硅烷偶联剂等构成的一种防绝缘子覆冰涂料，能大大减少绝缘子上 的覆冰量并延缓覆冰的形成(贾志东，廖伟焱，王黎明，关志成，CN1995251，防绝缘子覆冰 涂料及其制备方法)。将RTV防污闪涂料应用在电网导线上，同样可取得明显减轻覆冰的良 好效果(陈浩，石和平，杨爱民，河南电力，2006，03，？；3)。用改性的硅溶胶-苯丙乳液制备具 有一定防覆冰性能的疏水、防冰涂料，发现在-20 0°C和较高相对湿度的实验室条件下具 有减缓铝线表面结冰的作用(胡小华，魏锡文，陈蓓，材料保护，2006，03，p36-38+76-77)。 采用聚合物互穿网络结构，利用氟化物的抗静电吸附性和憎水性以及有机硅的憎水性，制 备的涂料可使涂层表面明显减少对水珠的吸附效应，且有良好的自洁性而达到防覆冰目的 (罗俊华，梁江东，李建建，周涛，史振嘉，CN1077474,增水防污闪涂料)。上述涂料无论采用何种聚合物基体，均以改变涂层的憎水性来实现防覆冰的目 的。如前所述从覆冰形成的机理分析，单纯依靠疏水表面对推迟大滴冻雨结冰有效，但当细 滴雨形成薄层冰圈时，涂料的疏水表面就对延缓结冰失去作用。因此，在改进涂料疏水性的 同时赋予涂层一定的导热性，利用导线内部的发热量传输至疏水涂层，有助于抑制细雨滴 形成薄冰层，提升涂料的防覆冰效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压输电线路防覆冰涂料。它具有高疏水性，导热性， 室温固化性。解决了目前防覆冰涂料涂膜防覆冰性较差，无导热性能，以及低温时涂层易产 生龟裂粉化等问题。本发明的另一目的在于提供一种上述高疏水性导热性防覆冰涂料的生产工艺，适 用于工业化生产。本发明的技术解决如下将氟碳脂肪长链通过甲苯二异氰酸酯引入到有机硅改性 环氧树脂分子链中，实现对环氧树脂基体的改性，并且将膨胀石墨超声处理后得到的纳米 石墨作为导热填料加入到改性环氧树脂中。其配方主要是由以下重量配比的原料制成(按重量分数比)甲苯二异氰酸酯5. 5-9. 5 ；十三氟辛醇12-18，有机硅改性环氧树脂20-38 ；有机溶剂35-65 ；环氧树脂固化剂1-3. 5 ；纳米石墨0. 5-2. 5 ；纳米碳管0. 1-0. 5。所述有机溶剂选自以下原料中的一种或多种(1)酮类如甲基异丁酮、丙酮、环己酮等(2)醇类如乙醇、丁醇、异丙醇等(3)酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯等所述环氧树脂固化剂选自以下原料中的一种或多种(1)聚酰胺类:#500、#651、V115 等(2)脂肪族胺类H6688、T31 等(3)酸酐类PA、PMDA、TMA 等具体生产工艺包括以下步骤(d)按上述比例称取甲苯二异氰酸酯和十三氟辛醇，将甲苯二异氰酸酯加入到反 应釜中，升温至55-80°C，在搅拌下滴加十三氟辛醇，转速为400-560转/分，滴加完毕后，将 反应釜升温至65-95°C继续反应1-3小时。(e)将步骤(a)的体系升温至80-120°C后，分批加入按照重量配比称取的有机硅 改性环氧树脂和有机溶剂，加料完成后反应2-3小时，转速为400-550转/分。待反应完毕 后加入比例量的有机硅改性环氧树脂，常温静置12-M小时。(f)在步骤(b)的体系中加入重量配比的有机溶剂以及对膨胀石墨超声处理 24-48小时后得到的纳米石墨，以及纳米碳管，搅拌混合完全后放料出釜即可。本发明的积极效果在于制备出的新型防覆冰涂料由于在有机硅改性环氧树脂分 子结构中引入了长氟碳链段，能够在保持与基材强附着性的同时大大提高涂层的疏水性， 同时纳米石墨、纳米碳管的添加能够更好的提高涂层的导热性能。与现有的丙烯酸类防冰 涂料相比，具有以下优点(1)就制备工艺而言，丙烯酸类涂料制备过程非常复杂，反应程 度难以控制；而本发明提供的合成方法非常简便，无需引入乳化剂或分散剂，生产的连续性 强，反应程度容易控制。( 本发明制备的新型防覆冰涂料，是基于对环氧树脂的改性而 制备出来的，因此涂膜具备环氧涂料本身所具有的优良性能，表面平整光滑，与基材附着力 强，涂膜与水的接触角可达110°，耐水耐老化性能优良，同时具有优良的导热性。( 就涂 料的固化工艺而言，丙烯酸类防水涂料室温或低温下固化较为困难，而本发明制备的新型 防覆冰涂料能够通过改变固化剂的种类和用量来控制涂膜的固化程度，冬季施工时可以选用环氧树脂的低温固化剂来固化涂膜，并且固化剂用量的改变还可以用于控制涂膜表干的 时间，进一步扩大了施工操作的灵活性。
具体实施例方式通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离 本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实施的任何改 动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。实施例1取丙酮15-30克，正丁醇5-15克，乙酸丁酯300-450克，在室温下混合搅拌均勻， 制成混合有机溶剂。实施例2取膨胀石墨15-25克，乙酸丁酯100-150克，混合搅拌均勻后，在功率为100W的超 声波下处理M-48小时，得到纳米石墨。实施例3取甲苯二异氰酸酯55-75克，将其加入到反应釜中，升温至55_65°C，在搅拌下滴 加150-182克十三氟辛醇，转速为350-460转/分，滴加完毕后，将反应釜升温至85°C继续 反应2小时实施例4将实施例3的反应液升温至100_120°C后，分批加入有机硅改性环氧树脂140-160 克和乙酸丁酯110-130克，加料完成后继续反应2-3小时，转速为500转/分。待反应完毕 后加入164-170克有机硅改性环氧树脂，搅拌均勻后常温静置12-M小时。最后加入实施 例1的混合有机溶剂和实施例2的纳米石墨、以及纳米碳管并搅拌混合均勻，即可制成具有 疏水导热性能的高压输电线路防覆冰涂料。实施例5取实施例4的疏水导热防覆冰涂料1000-1200克，加入#651聚酰胺类环氧树脂固 化剂22-27克，常温下搅拌充分混合，转速为600转/分，分散时间10-20分，即可作为防覆 冰涂料进行涂刷。涂膜在室温下表干时间1小时，实干72小时。本发明一种高压输电线路防覆冰涂料，经过对比性能测试表明，未使用过钢芯铝 绞线基材涂覆后的耐水接触角由79.4°提高到110.2° ；架空电网使用后的钢芯铝绞线涂 覆后的耐水接触角由66. 5°提高到98. 4° ；在_20°C -10°C的低温潮湿环境下处理一周 后，涂覆后的导线的接触角基本没有变化，并且表面没有出现结霜、结冰的现象，说明其在 低温下仍然具有优异的憎水性和防覆冰性能，能很好的满足气候寒冷地区冬季电网正常运 转的有关技术要求。将纳米石墨、纳米碳管作为导热组分添加到涂层中后，涂膜的热导率由 0. 20瓦每米开提高到0. 51瓦每米开，说明本发明的防覆冰涂层能够更好的将电网运行过 程中产生的热量迅速传导，在提高电网导线防覆冰性能的同时不会影响其正常运转。实施例6取实施例4的疏水导热防覆冰涂料1000-1500克，加入#651聚酰胺类环氧树脂固 化剂18-27克和T31脂肪胺类环氧树脂固化剂4-6克，常温下搅拌充分混合，转速为600转 /分，分散时间10-20分，即可作为防覆冰涂料进行涂刷。涂膜在室温下表干时间1小时，实干72小时。本发明一种高压输电线路防覆冰涂料，经过对比性能测试表明，未使用过钢芯铝 绞线基材涂覆后的耐水接触角由79.4°提高到110.2° ；架空电网使用后的钢芯铝绞线涂 覆后的耐水接触角由66. 5°提高到98. 4° ；在_20°C -10°C的低温潮湿环境下处理一周 后，涂覆后的导线的接触角基本没有变化，并且表面没有出现结霜、结冰的现象，说明其在 低温下仍然具有优异的憎水性和防覆冰性能，能很好的满足气候寒冷地区冬季电网正常运 转的有关技术要求。将纳米石墨、纳米碳管作为导热组分添加到涂层中后，涂膜的热导率由 0. 20瓦每米开提高到0. 51瓦每米开，说明本发明的防覆冰涂层能够更好的将电网运行过 程中产生的热量迅速传导，在提高电网导线防覆冰性能的同时不会影响其正常运转。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所 提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
1.一种高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，该涂料由以下原料制成5. 5-9. 5重量份的甲苯二异氰酸酯；12-18重量份的十三氟辛醇，20-38重量份的含氟 有机硅改性环氧树脂；35-65重量份的有机溶剂；1-3. 5重量份的环氧树脂固化剂；0. 5-2. 5 重量份的纳米石墨；0. 1-0. 5重量份的纳米碳管。
2.根据权利要求1所述一种高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述环氧树脂固 化剂选自聚酰胺类固化剂、脂肪族胺类固化剂或酸酐类固化剂中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述一种高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述有机溶剂选 自酮类有机溶剂、醇类有机溶剂或酯类有机溶剂中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述一种高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述酮类有机溶 剂是甲基异丁酮、丙酮或环己酮；所述醇类有机溶剂是乙醇、丁醇或异丙醇；所述酯类有机 溶剂是乙酸乙酯或乙酸丁酯。
5.根据权利要求1所述一种新型高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，含氟有机硅 改性环氧树脂的分子结构如下图 5.根据权利要求1-4所述的一种高压输电线路防覆冰涂料，其特征在于，所述纳米石 墨是通过将膨胀石墨在有机溶剂中超声处理对-48小时得到的，其中超声波功率为100W。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种高压输电线路防覆冰涂料的制备方法，其特 征在于，包括以下步骤(a)按上述比例称取甲苯二异氰酸酯和十三氟辛醇，将甲苯二异氰酸酯加入到反应釜 中，升温至55-80°C，在搅拌下滴加十三氟辛醇，转速为400-560转/分，滴加完毕后，将反应 釜升温至65-95°C继续反应1-3小时；(b)将步骤(a)中的反应釜升温至80-120°C后，分批加入按照重量配比称取的有机硅 改性环氧树脂和有机溶剂，加料完成后反应2-3小时，转速为400-550转/分；待反应完毕 后加入比例量的有机硅改性环氧树脂，常温静置12-24小时；(c)在步骤(b)中的反应釜中加入重量配比的有机溶剂和纳米石墨、纳米碳管，搅拌混 合完全后放料出釜即可。
7.根据权利要求1所述的一种高压输电线路防覆冰涂料的应用方法，其特征在于包 括将生产出的防覆冰涂料与固化剂按照重量配比进行搅拌混合即可用于涂刷。
全文摘要
本发明公开了一种高压输电线路防覆冰涂料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤以甲苯二异氰酸酯、十三氟辛醇、乙酸丁酯、有机硅改性环氧树脂、环氧树脂固化剂、有机溶剂和纳米石墨、纳米碳管为原料，通过反应将长碳链氟醇接枝到环氧树脂分子链中，并将纳米石墨、纳米碳管添加到改性环氧树脂中，制备出疏水性和导热性能优良的涂料。该涂料主要用于高压输电导线涂覆，也可用于绝缘子、变压器外壳等设备的涂覆，涂层附着力强，防覆冰，抗腐蚀，抗紫外线，耐老化，环保无污染。与传统的丙烯酸类涂料相比，制备工艺简单，施工操作方便，室温和低温固化性能优异。
文档编号C08G59/14GK102146249SQ20111000832
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者于德梅, 崔威, 李寿山, 李建华, 杨青峰, 胡春梅, 郑永平, 钟庆卫, 闵超, 陈虎刚, 靳丹 申请人:甘肃省电力公司天水超高压输变电公司, 西安交通大学