多级微纳米粒子增强硅橡胶涂料的制备及其梯度涂覆工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种憎水涂层的配方及施工工艺。具体采用不同尺度的微米和纳米粒子对室温硫化硅橡胶进行复合改性，构造表面多级微纳米复合结构。通过底涂硅橡胶与氟硅氧烷共混胶、面涂120#溶剂油及有机化处理的复合粒子三道喷涂工艺形成氟硅复合梯度层结构及表面微纳米多级粗糙结构，与传统工艺相比，本发明的原料来源广泛，造价低，可以大幅度降低涂料生产成本；所获得的涂层静态疏水角为154度，滚动角为4度，实现了超疏水自清洁功能；憎水迁移性达到HC1级；本发明在防冻雨、防污闪和其他疏水自清洁领域具有广阔的产业化前景。
【专利说明】多级微纳米粒子增强硅橡胶涂料的制备及其梯度涂覆工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于涂料领域，具体涉及一种憎水涂层的配方及施工工艺。
【背景技术】
[0002] 室温硫化硅橡胶因特有的室温硫化特性、憎水性、憎水迁移性等优点，成为电力系 统输变电设备防污闪的首选涂料。在电力设备绝缘层上涂覆的室温硫化硅橡胶涂料，因其 配方的不同，其性能差异很大，其防污闪效果和经济效益差别也很大。
[0003] 当前市场广泛使用的室温硫化硅橡胶防污闪涂料主料含有一定数量的小分子憎 水基团，此基团具有憎水迁移特性，这是室温硫化硅橡胶涂料的核心机理。但是由于外部的 不利环境，如风吹、日晒、霜冻等。小分子憎水基团逐渐流失，久而久之，基团全部消失，涂料 憎水迁移特性全部消失，此时涂料将失去防污闪的功能。目前国内多数厂家所用配方，涂料 的使用寿命一般在5年，无法满足快速发展的超高压、超超高压输变电设备的需要。为了 提高室温硫化硅橡胶的防污闪性能，有研究者采用复合无机纳米粒子的方法提高室温硫化 硅橡胶的疏水性能，中国专利200810150685介绍了一种纳米加强型氟硅橡胶防污闪涂料， 该涂料在憎水迁移速度、均衡性、持续性等方面，均较室温硫化硅橡胶防污闪涂料有较大提 高。可以一次成膜，使用寿命可达20年以上。然而，单纯的纳米结构虽然在一定程度上能够 提高室温硫化硅橡胶的疏水角，但是仍难以达到超疏水的效果，此外该涂料全部采用氟硅 橡胶作为基料，因氟硅橡胶生产工艺复杂，价格较高，所以该涂料的生产成本也较高，产业 化推广会受到成本约束。基于荷叶表面精细微米纳米多级结构的优良疏水性能，本发明采 用成本较低的不同尺度的微米和纳米粒子对室温硫化硅橡胶进行复合改性，构造表面多级 微纳米复合结构。此外，本发明通过底涂硅橡胶与氟硅氧烷共混胶、面涂120#溶剂油及有 机化处理的复合粒子三道喷涂工艺形成氟硅复合梯度层结构及表面微纳米多级粗糙结构， 实现表面超疏水性能和优良的自清洁功能并保证涂层较长的使用寿命。因本发明添加的氟 硅氧烷量较少，而且整个生产过程均在常温不需加热，因此与传统工艺相比，本发明可以降 低涂料生产成本，属于绿色环保产品。
【发明内容】
[0004] 本发明涉及的复合涂层的制备主要包括两方面内容，即复合粒子的制备及防污闪 复合涂层的制备。
[0005] 其中复合粒子的制备及表面处理包括如下步骤：
[0006] (1)选用10um玻璃微珠、200nm碳酸H20nm二氧化娃作为原料，通过高速捏合机 制备多级复合粒子，转速1000-10000转/分，温度：20-50摄氏度，时间：1-3小时。玻璃微 珠、碳酸钙和二氧化硅的质量比介于10 : 1 : 1?10 : 1 : 3之间。
[0007] (2)复合粒子采用改性剂六甲基二硅氮烷（HDMS)进行表面处理，处理工艺步骤 及参数如下：将一定比例的HDMS加入到复合粒子中，用增力电动搅拌器搅拌，二氧化硅与 HDMS质量比介于0. 6?1. 0之间，搅拌速度500-1000转/分，混合温度150摄氏度，持续搅 拌时间为5小时。
[0008] 防污闪复合涂层的制备包括如下步骤：
[0009] (1)采用107#硅橡胶与氟硅氧烷共混，共混的质量份数分别为107#硅橡胶100 份，粘度6000mPa · s (25摄氏度）；氟硅氧烷100份；室温下共混0. 5-1. 5小时获得室温硫 化硅橡胶与氟硅氧烷的共混物。
[0010] (2)向混合好的共混物中加入重量比为20份的甲基硅油；20份的交联剂；2份的 催化剂；400份的120#溶剂油，搅拌均匀，开始计时2-4分钟。
[0011] (3) 2-4分钟后将（2)配好的混合物喷涂在待处理的基材表面，喷涂厚度1毫米，立 即在其表面喷涂120#溶剂油，控制油量为0. 8-1. 2千克每平方米。
[0012] (4)采用喷粉器向步骤（3)获得的表面喷涂经过表面改性的复合粒子，喷涂的复 合粒子层厚度为1. 0-2. 0_，室温硫化5小时，即可得到具有超疏水性能的防污闪涂料。
[0013] 本发明获得的显著性效果：本发明所获得的涂层静态疏水角大于150度，滚动角 小于10度，实现了超疏水自清洁功能；憎水迁移性达到HC1级；本产品具有原料来源广泛、 制备工艺简单且价格低廉的优势，涂料成本比采用纯含氟聚硅氧烷成本减少50%。本产品 适用于电力设备绝缘涂层，保障电力设备运行安全，有效防污闪，绝缘性能优异、附着力强、 抗灰尘附着、耐腐蚀、寿命长、耐电晕、耐老化，具有广阔的产业化前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的静态接触角照片。
[0015] 图2为本发明的宏观疏水照片。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合实施例对本发明进行详细说明，本发明不受这些制造实例所限。
[0017] 实施例1
[0018] (1)选用10um玻璃微珠、200nm碳酸H20nm二氧化娃作为原料，通过高速捏合机 制备多级复合粒子，转速1〇〇〇转/分，温度：20摄氏度，时间1小时。玻璃微珠、碳酸钙和 二氧化硅的质量比10 : 1 : 1
[0019] (2)复合粒子采用改性剂六甲基二硅氮烷（HDMS)进行表面处理，处理工艺步骤及 参数如下：称二氧化硅与HDMS质量比为0. 6的HDMS和复合粒子混合，用增力电动搅拌器搅 拌，搅拌速度500转/分，混合温度150摄氏度，持续搅拌时间5小时。
[0020] (3)采用107#硅橡胶与氟硅氧烷共混，共混的质量份数分别为107#硅橡胶100 份，粘度6000mPa · s (25摄氏度）；氟硅氧烷100份；室温下共混0. 5小时获得室温硫化硅 橡胶与氟硅氧烷的共混物。
[0021] (2)向混合好的共混物中加入重量比为20份的甲基硅油；20份的交联剂；2份的 催化剂；400份的120#溶剂油，搅拌均匀，开始计时2分钟。
[0022] (3) 2分钟后将（2)配好的混合物喷涂在待处理的基材表面，喷涂厚度1毫米，立即 在其表面喷涂120#溶剂油，控制油量为0. 8千克每平方米。
[0023] (6)采用喷粉器向步骤（5)获得的表面喷涂步骤（2)获得的改性复合粒子，喷涂的 复合粒子层厚度为1. 〇_，室温硫化5小时，即可得到具有超疏水性能的防污闪涂料。
[0024] 实施例2
[0025] (1)选用10um玻璃微珠、200nm碳酸H20nm二氧化娃作为原料，通过高速捏合机 制备多级复合粒子，转速10000转/分，温度：50摄氏度，时间3小时。玻璃微珠、碳酸钙和 二氧化硅的质量比10 : 1 : 3
[0026] (2)复合粒子采用改性剂六甲基二硅氮烷（HDMS)进行表面处理，处理工艺步骤及 参数如下：称二氧化硅与HDMS质量比为1. 0的HDMS和复合粒子混合，用增力电动搅拌器搅 拌，搅拌速度1000转/分，混合温度150摄氏度，持续搅拌时间5小时。
[0027] (3)采用107#硅橡胶与氟硅氧烷共混，共混的质量份数分别为107#硅橡胶100 份，粘度6000mPa · s (25摄氏度）；氟硅氧烷100份；室温下共混1. 5小时获得室温硫化硅 橡胶与氟硅氧烷的共混物。
[0028] (4)向混合好的共混物中加入重量比为20份的甲基硅油；20份的交联剂；2份的 催化剂；400份的120#溶剂油，搅拌均匀，开始计时4分钟。
[0029] (5) 4分钟后将（2)配好的混合物喷涂在待处理的基材表面，喷涂厚度1毫米，立即 在其表面喷涂120#溶剂油，控制油量为1. 2千克每平方米。
[0030] (6)采用喷粉器向步骤（5)获得的表面喷涂步骤（2)获得的改性复合粒子，喷涂的 复合粒子层厚度为2. 0_，室温硫化5小时，即可得到具有超疏水性能的防污闪涂料。
[0031] 实施例3
[0032] (1)选用10um玻璃微珠、200nm碳酸H20nm二氧化娃作为原料，通过高速捏合机 制备多级复合粒子，转速5000转/分，温度：25摄氏度，时间2小时。玻璃微珠、碳酸钙和 二氧化硅的质量比10 : 1 : 2。
[0033] (2)复合粒子采用改性剂六甲基二硅氮烷（HDMS)进行表面处理，处理工艺步骤及 参数如下：称二氧化硅与HDMS质量比为1. 0的HDMS和复合粒子混合，用增力电动搅拌器搅 拌，搅拌速度800转/分，混合温度150摄氏度，持续搅拌时间5小时。
[0034] (3)采用107#硅橡胶与氟硅氧烷共混，共混的质量份数分别为107#硅橡胶100 份，粘度6000mPa · s (25摄氏度）；氟硅氧烷100份；室温下共混1小时获得室温硫化硅橡 胶与氟硅氧烷的共混物。
[0035] (2)向混合好的共混物中加入重量比为20份的甲基硅油；20份的交联剂；2份的 催化剂；400份的120#溶剂油，搅拌均匀，开始计时3分钟。
[0036] (3) 3分钟后将（2)配好的混合物喷涂在待处理的基材表面，喷涂厚度1毫米，立即 在其表面喷涂120#溶剂油，控制油量为1. 0千克每平方米。
[0037] (6)采用喷粉器向步骤（5)获得的表面喷涂步骤（2)获得的改性复合粒子，喷涂的 复合粒子层厚度为1. 5_，室温硫化5小时，即可得到具有超疏水性能的防污闪涂料。
【权利要求】
1. 一种多级微纳米粒子增强硅橡胶涂料的制备及其梯度涂覆工艺，其特征在于所获得 的涂层静态疏水角大于150度，滚动角小于10度，具有超疏水自清洁功能。
2. 按权利要求1所述的多级微纳米粒子增强硅橡胶涂料的制备，其特征在于具有梯度 结构，是通过底涂硅橡胶与氟硅氧烷共混胶、面涂120#溶剂油及有机化处理的复合粒子三 道喷涂工艺形成的。
3. 按权利要求2所述的多级微纳米粒子增强硅橡胶涂料的梯度涂覆工艺包括如下步 骤： (1)采用107#硅橡胶与氟硅氧烷共混，共混的质量份数分别为107#硅橡胶100份，粘 度6000mPa · s (25摄氏度）；氟硅氧烷100份；室温下共混0. 5-1. 5小时。 ⑵向混合好的共混物中加入重量比为20份的甲基硅油；20份的交联剂；2份的催化 剂；400份的120#溶剂油，搅拌均匀，开始计时2-4分钟。 (3) 2-4分钟后将（2)配好的混合物喷涂在待处理的基材表面，喷涂厚度1毫米，立即在 其表面喷涂120#溶剂油，控制油量为0. 8-1. 2千克每平方米。 (4) 采用喷粉器向步骤（3)获得的表面喷涂经过表面改性的复合粒子，喷涂的复合粒 子层厚度为1. 0-2. 0_，室温硫化5小时，即可得到具有超疏水性能的防污闪涂料。
4. 按权利要求2所述的表面改性复合粒子，其特征在于它的制备包括如下步骤： (1) 选用粒径为l〇um玻璃微珠、200nm碳酸钙、20nm二氧化硅作为原料，通过高速捏合 机制备多级复合粒子，转速1000-10000转/分，温度：20-50摄氏度，时间：1-3小时。玻璃 微珠、碳酸钙和二氧化硅的质量比介于10 : 1 : 1?10 : 1 : 3之间。 (2) 复合粒子采用改性剂六甲基二硅氮烷（HDMS)进行表面处理，处理工艺步骤及参数 如下：将一定比例的HDMS加入到复合粒子中，用增力电动搅拌器搅拌，二氧化硅与HDMS质 量比0. 6-1. 0,搅拌速度500-1000转/分，混合温度150摄氏度，持续搅拌时间为5小时，得 到改性的复合粒子。
5. 按权利要求2所述的氟硅氧烷，其特征在于它可能为以下物质：三氟丙基三甲基环 三硅氧烷、端羟基含氟聚硅氧烷、聚（十七葵基）甲基硅氧烷、聚（九氟己基）硅氧烷、聚甲 基（二氣丙基）娃氧烧。
【文档编号】C09D5/16GK104087162SQ201410285645
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】左桂福, 沈毅, 沈巍, 徐建, 李品一, 张丽丽, 邢丹丹 申请人:河北联合大学