本发明涉及防锈材料技术领域，尤其是涉及一种防锈耐侯刷涂高分子材料及其制备方法和应用。
背景技术：
电力设备长期运行在风、霜、雨、雪、高温、严寒和化学腐蚀等自然环境中，受外界因素作用下，电力设备性能会出现劣化、金属锈蚀和雨水渗漏，严重威胁电力设备的安全运行。现有常用的电力设备室外防锈材料都为油漆类，但其存在以下缺陷：具有强烈的刺鼻气味，有毒且不环保，施工时对人体危害大；油漆不防火，遇火助燃且自燃，在火灾时易造成致命的危害；油漆施工繁杂，要刷底漆，工艺技术要求高，不易施工；油漆的耐侯性和防腐性差，长期户外经过风吹、日晒、酸雨淋和阳光照射之后容易起皮，开裂，脱落，使用寿命不长，雨水进入电力箱内后，因锈蚀和潮湿而短路易发生故障和火灾，从而对电力设备达不到理想的保护效果，急需一种耐侯防锈的新材料来提高电力设备的防腐耐久性，延长设备的使用寿命，减少电力事故发生。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种防锈耐侯刷涂高分子材料，解决了传统刷涂材料防锈性、防火性、耐候性和防水性差，易起皮、开裂和脱落，使用寿命短，成本高，有毒且不环保，施工工艺复杂且不易施工的技术问题。
本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶70-130份、纳米硅粉10-30份、第一硅烷偶联剂0.5-2份、第二硅烷偶联剂0.3-1.5份、硅酸乙酯1-5份和有机锡0.2-1份。
进一步的，所述防锈耐侯刷涂高分子材料包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶80-120份、纳米硅粉13-27份、第一硅烷偶联剂0.8-1.7份、第二硅烷偶联剂0.5-1.3份、硅酸乙酯1.5-4.5份和有机锡0.4-0.8份。
进一步的，所述防锈耐侯刷涂高分子材料包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶90-110份、纳米硅粉16-24份、第一硅烷偶联剂1.1-1.4份、第二硅烷偶联剂0.7-1.1份、硅酸乙酯2-4份和有机锡0.5-0.7份。
进一步的，所述第一硅烷偶联剂为含乙烯基和/或乙氧基的硅烷；
优选地，第一硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷或乙烯基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种，优选为乙烯基甲基二乙氧基硅烷。
进一步的，所述第二硅烷偶联剂为含氨基的硅烷；
优选地，第二硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，优选为氨丙基三乙氧基硅烷。
进一步的，所述有机锡选自二丁基氧化锡、二丁酸二丁基锡、二丁酸二甲基锡、二丁酸二辛基锡、二乙酸二甲基锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二甲基锡、二油酸二甲基锡、二硫基乙酸异辛酯二甲基锡、二辛癸酸二甲基锡、二醋酸二甲基锡、氧化二甲基锡、马来酸二甲基锡或癸酸锡中的至少一种，优选为癸酸锡。
进一步的，所述防锈耐侯刷涂高分子材料还包括按质量份数计的阻燃剂20-60份；
优选地，所述防锈耐侯刷涂高分子材料还包括按质量份数计的阻燃剂25-55份；
优选地，所述防锈耐侯刷涂高分子材料还包括按质量份数计的阻燃剂30-50份；
优选地，所述阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、硼酸、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、氯化聚乙烯、二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷或五溴乙基苯中的至少一种，优选为氢氧化铝。
本发明的第二目的在于提供一种防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)将107硅橡胶、纳米硅粉、第一硅烷偶联剂和任选的阻燃剂混合均匀，得到a剂；
(b)将第二硅烷偶联剂、硅酸乙酯和有机锡混合均匀，加热反应后得到b剂；
(c)将a剂和b剂混合均匀，即制得防锈耐侯刷涂高分子材料。
进一步的，所述a剂与b剂的质量比为5-15:1，优选为10:1；
和/或，在步骤(b)中，加热反应的温度为100-120℃，优选为110℃；
和/或，在步骤(b)中，加热反应的时间为1-3h，优选为2h。
本发明的第三目的在于提供本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料在电力钢架构、电力设备和各类户外电力箱的防火防水防锈中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料通过各组份之间的协同作用，使得防锈耐侯刷涂高分子材料不仅具有良好的防火性、耐候性和防水性，在风、霜、雨、雪、高温、严寒和化学腐蚀等自然环境中不起皮、开裂和脱落，粘结性好，可带锈涂刷，使用寿命长，而且无毒、绿色环保，施工成本低，未来应用前景良好。
本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法工艺简单，操作简便，易于大规模产业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶70-130份、纳米硅粉10-30份、第一硅烷偶联剂0.5-2份、第二硅烷偶联剂0.3-1.5份、硅酸乙酯1-5份和有机锡0.2-1份。
本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料通过各组份之间的协同作用，使得防锈耐侯刷涂高分子材料不仅具有良好的防锈性、防火性、耐候性和防水性，在风、霜、雨、雪、高温、严寒和化学腐蚀等自然环境中不起皮、开裂和脱落，可带锈涂刷，使用寿命长，而且无毒、绿色环保，施工成本低，应用前景良好。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，107硅橡胶的典型但非限制性的质量份数如为70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129或130份。
107硅橡胶学名α,ω-二羟基聚硅氧烷，是双组分和单组分缩合型硅橡胶的基础胶，市场上通常称为107胶。该生胶可以直接作为商品使用，可以作为中间体生产各种缩合型硅橡胶产品。在本发明中，107硅橡胶为防锈耐侯刷涂高分子材料的基料，为防锈耐侯刷涂高分子材料提供缩合反应的基团(羟基)，在催化剂的作用下发生缩合反应，最终固化，通过覆盖粘结箱体材料使电力钢架构、电力设备、各类户外电力箱设备不被锈蚀，从而延长电力箱使用寿命的目的，减少电力事故。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，纳米硅粉的典型但非限制性的质量份数如为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30份。
纳米硅粉指的是粒径为纳米级的晶体硅颗粒。纳米硅粉具有纯度高，粒径小，分布均匀比表面积大，高表面活性，无毒，无味，活性好等特点，广泛应用于充电锂电池负极材料、耐高温涂层、耐火材料和涂料等领域。在本发明中，纳米硅粉的粒径为1-10nm，可以提高防锈耐侯刷涂高分子材料的产品强度、防锈性、耐侯性和耐火性，从而提高防锈耐侯刷涂高分子材料的性能。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，第一硅烷偶联剂的典型但非限制性的质量份数如为0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45、1.5、1.55、1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95或2份。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，第二硅烷偶联剂的典型但非限制性的质量份数如为0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95、1、1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.4、1.45或1.5份。
硅烷偶联剂是一类具有两种不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。硅烷偶联剂广泛应用于玻纤、玻璃钢、胶粘剂和涂料、橡胶、密封胶和纺织等领域，添加硅烷偶联剂能提高材料的粘接强度、分散性、耐水和耐气候等性能。在本发明中，通过添加合适配比的第一硅烷偶联剂可以提高纳米硅粉在防锈耐侯刷涂高分子材料中的分散性，使防锈耐侯刷涂高分子材料的性能更佳；通过添加合适配比的第二硅烷偶联剂，可以提高防锈耐侯刷涂高分子材料的粘结强度，有利于防锈耐侯刷涂高分子材料与各类金属材料、锈、涂料等材料的粘结，涂刷后不起皮、开裂和脱落。两种硅烷偶联剂的添加同时还能提高防锈耐侯刷涂高分子材料的耐水、耐火和耐候性，从而达到延长使用寿命的目的。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，硅酸乙酯的典型但非限制性的质量份数如为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5份。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，有机锡的典型但非限制性的质量份数如为0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95或1份。
在本发明中，硅酸乙酯和有机锡为催化剂体系，通过添加合适配比的硅酸乙酯和有机锡，可以催化防锈耐侯刷涂高分子材料的缩合反应，加速防锈耐侯刷涂高分子材料的固化，一方面通过缩合反应与涂刷材料表面快速粘结，另一方面促使材料快速自然流平固化，保证固化后的美观性和牢固性。
在本发明的一种优选实施方式中，第一硅烷偶联剂为含乙烯基和/或乙氧基的硅烷。
在本发明中，含乙烯基的硅烷选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的至少一种，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他含乙烯基的硅烷。
含乙氧基的硅烷选自甲基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷或乙烯基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他含乙氧基的硅烷。
在本发明的进一步优选实施方式中，第一硅烷偶联剂为乙烯基甲基二乙氧基硅烷。
在本发明的一种优选实施方式中，第二硅烷偶联剂为含氨基的硅烷。
在本发明中，含氨基的硅烷选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基氨丙基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他含氨基的硅烷。
在本发明的进一步优选实施方式中，第二硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。
在本发明中，通过添加合适配比的乙烯基甲基二乙氧基硅烷可以提高纳米硅粉在防锈耐侯刷涂高分子材料中的分散性，使防锈耐侯刷涂高分子材料的性能更佳；通过添加合适配比的氨丙基三乙氧基硅烷，可以提高防锈耐侯刷涂高分子材料的粘结强度，有利于防锈耐侯刷涂高分子材料与各类金属材料、锈、涂料等材料的粘结，涂刷后不起皮、开裂和脱落。乙烯基甲基二乙氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷的添加同时还能提高防锈耐侯刷涂高分子材料的耐水、耐火和耐候性，提高了防锈耐侯刷涂高分子材料的综合性能，从而达到延长使用寿命的目的。
在本发明的一种优选实施方式中，有机锡选自二丁基氧化锡、二丁酸二丁基锡、二丁酸二甲基锡、二丁酸二辛基锡、二乙酸二甲基锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二甲基锡、二油酸二甲基锡、二硫基乙酸异辛酯二甲基锡、二辛癸酸二甲基锡、二醋酸二甲基锡、氧化二甲基锡、马来酸二甲基锡或癸酸锡中的至少一种，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他有机锡。
在本发明的进一步优选实施方式中，有机锡为癸酸锡。
在本发明的一种优选实施方式中，防锈耐侯刷涂高分子材料还包括按质量份数计的阻燃剂20-60份。
在本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的主要原料中，阻燃剂的典型但非限制性的质量份数如为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60份。
阻燃剂，赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要是针对高分子材料的阻燃设计的；阻燃剂有多种类型，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。在本发明中，通过添加合适配比的阻燃剂，可以显著提高防锈耐侯刷涂高分子材料的阻燃性能和耐热性能，达到良好的防火效果。
在本发明的进一步优选实施方式中，阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑、硼酸、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、氯化聚乙烯、二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷或五溴乙基苯中的至少一种，或者本领域技术人员熟知的与上述作用类似的其他阻燃剂。
在本发明的进一步优选实施方式中，阻燃剂为氢氧化铝。
氢氧化铝为无机阻燃剂中的一种，在本发明中，通过添加合适配比的氢氧化铝，可以显著提高防锈耐侯刷涂高分子材料的阻燃性能，使防锈耐侯刷涂高分子材料阻燃而不助燃，不燃烧，更加安全环保。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
(a)将107硅橡胶、纳米硅粉、第一硅烷偶联剂和任选的阻燃剂混合均匀，得到a剂；
(b)将第二硅烷偶联剂、硅酸乙酯和有机锡混合均匀，加热反应后得到b剂；
(c)将a剂和b剂混合均匀，即制得防锈耐侯刷涂高分子材料。
本发明提供的防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法工艺简单，操作简便，易于大规模产业化生产。
在本发明中，通过制备成a剂和b剂并控制两者的比例，可以避免防锈耐侯刷涂高分子材料提前发生反应并固化，便于贮藏和运输，方便使用。
在本发明的一种优选实施方式中，a剂与b剂的质量比为5-15:1。
在本发明中，a剂与b剂的典型但非限制性的质量比为5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、11:1、12:1、13:1、14:1或15:1。
通过对a剂与b剂的质量比进行控制，可以制备得到性能更加优异的防锈耐侯刷涂高分子材料。a剂与b剂的质量比在5-15:1范围内，防锈耐侯刷涂高分子材料的性能较好。
在本发明的进一步优选实施方式中，a剂与b剂的质量比为10:1。
通过对a剂与b剂的质量比的更进一步调整和优化，使得到的防锈耐侯刷涂高分子材料的性能更好。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(b)中，加热反应的温度为100-120℃。
在本发明中，加热反应的典型但非限制性的温度为100、105、110、115或120℃。
通过对加热反应的温度进行控制，可以制备得到性能更加优异的防锈耐侯刷涂高分子材料。加热反应的温度在100-120℃范围内，防锈耐侯刷涂高分子材料的性能较好。
在本发明的进一步优选实施方式中，加热反应的温度为110℃。
通过对加热反应的温度的更进一步调整和优化，使得到的防锈耐侯刷涂高分子材料的性能更好。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤(b)中，加热反应的时间为1-3h。
在本发明中，加热反应的典型但非限制性的时间为1、1.5、2、2.5或3h。
通过对加热反应的时间进行控制，可以制备得到性能更加优异的防锈耐侯刷涂高分子材料。加热反应的时间在1-3h范围内，防锈耐侯刷涂高分子材料的性能较好。
在本发明的进一步优选实施方式中，加热反应的时间为2h。
通过对加热反应的时间的更进一步调整和优化，使得到的防锈耐侯刷涂高分子材料的性能更好。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料在电力钢架构、电力设备和各类户外电力箱的防火防水防锈中的应用。
为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例和对比例对本发明效果做进一步详细的说明。本发明涉及的各原料均可通过商购获取。
实施例1
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶70份、纳米硅粉30份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷0.5份、氨丙基三乙氧基硅烷1.5份、硅酸乙酯1份、有机锡1份和氢氧化铝20份。
实施例2
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶130份、纳米硅粉10份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷2份、氨丙基三乙氧基硅烷0.3份、硅酸乙酯5份、有机锡0.2份和氢氧化铝60份。
实施例3
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶80份、纳米硅粉27份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷0.8份、氨丙基三乙氧基硅烷1.3份、硅酸乙酯1.5份、有机锡0.8份和氢氧化铝25份。
实施例4
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶120份、纳米硅粉13份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷1.7份、氨丙基三乙氧基硅烷0.5份、硅酸乙酯4.5份、有机锡0.4份和氢氧化铝55份。
实施例5
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶90份、纳米硅粉24份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷1.1份、氨丙基三乙氧基硅烷1.1份、硅酸乙酯2份、有机锡0.7份和氢氧化铝30份。
实施例6
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶110份、纳米硅粉16份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷1.4份、氨丙基三乙氧基硅烷0.7份、硅酸乙酯4份、有机锡0.5份和氢氧化铝50份。
实施例7
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶100份、纳米硅粉20份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷1.3份、氨丙基三乙氧基硅烷0.9份、硅酸乙酯3份、有机锡0.6份和氢氧化铝40份。
实施例8
本实施例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法，实施例1-7提供的防锈耐侯刷涂高分子材料均按照如下步骤进行制备：
(a)将107硅橡胶、纳米硅粉、乙烯基甲基二乙氧基硅烷和任选的氢氧化铝混合均匀，得到a剂；
(b)将氨丙基三乙氧基硅烷、硅酸乙酯和有机锡混合均匀，110℃加热反应2h后得到b剂；
(c)将a剂和b剂混合均匀，即制得防锈耐侯刷涂高分子材料。
a剂与b剂的质量比为10:1。
对比例1
本对比例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶50份、纳米硅粉35份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷0.2份、氨丙基三乙氧基硅烷1.8份、硅酸乙酯0.5份、有机锡1.2份和氢氧化铝10份。
对比例2
本对比例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，包括按质量份数计的如下原料：107硅橡胶140份、纳米硅粉5份、乙烯基甲基二乙氧基硅烷2.2份、氨丙基三乙氧基硅烷0.1份、硅酸乙酯5.5份、有机锡0.1份和氢氧化铝70份。
对比例3
本对比例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，与实施例7的不同之处在于未加入纳米硅粉。
对比例4
本对比例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，与实施例7的不同之处在于未加入乙烯基三甲氧基硅烷。
对比例5
本对比例提供了一种防锈耐侯刷涂高分子材料，与实施例7的不同之处在于未加入氨丙基三乙氧基硅烷。
对比例1-5中防锈耐侯刷涂高分子材料的制备方法与实施例8相同，在此不再赘述。
对比例6
本对比例提供了一种市售plh53-2环氧铁红防锈漆。
试验例1
将实施例1-7和对比例1-6提供的防锈材料的性能进行测定，参照标准gb/23864-2009《防火封堵材料》，对材料的耐水性、阻燃性和耐候性进行评价；参照标准gb/t2794-2013《粘结剂粘度的测定单圆通旋转粘度计法》，对材料的粘度进行评价，具体结果如表1：
表1不同防锈材料的性能对比
从表1可以看出，实施例1-7提供的防锈耐侯刷涂高分子材料防锈性能优异，耐水性能好，粘度高，阻燃性能优异，耐候性能好且使用寿命长，明显优于对比例1-6提供的防锈材料的相关性能，具有良好的防水防火耐候等综合性能，应用前景广泛。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。