技术领域
[0001] 本
发明属于涂料领域，涉及一种防污闪涂料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 污闪事故破坏电
力系统的正常运行，造成大面积停电，进一步对人们正常的社会生产和生活造成较大影响，被视为电力系统安全运行的头号大敌，因而对污闪事故及其防
治的研究也得到越来越深入的研究。当前认为污闪事故的发生过程分为四个阶段：a.绝缘
子表面的积污；b.在潮湿环境条件下绝缘表面的润湿；c.在表面泄露
电流的热效应作用下
出现干区，从而改变
电压分布并引起局部放电；d.局部放电的发展并导致闪络。因此想要取得防污闪的效果，需采取一定的技术手段切断上述四个过程的一个或几个过程，即可取得
相应的防污闪效果。
[0003] 将室温硫化
硅橡胶涂料(RTV涂料)涂覆于绝缘子表面，可取得良好的防污闪效果，因而许多科研工作者和相关工程人员进行了大量的研究及应用。取得防污闪效果的原因在
于RTV涂料具有一定的憎
水性(水
接触角WCA＝108°)，可切断上述b过程；在RTV涂料中引入
吸收
电弧和热量的物质，可切断上述c、d过程，从而取得防污闪效果。因此憎水性和
阻燃性的提升，均可提升涂料的防污闪效果并延长其使用寿命。
[0004] 而目前关于防污闪RTV涂料的研究主要集中于提升涂料的憎水性。主要通过引入表面能更低的含氟硅橡胶，CN101942200A公开了一种用于防污闪涂料的组合物，按重量份
数计，该组合物包含端羟基聚硅
氧烷25～40份，端羟基含氟聚硅氧烷5～15份、纳米
二氧化硅6.0～8.0份，纳米
碳酸
钙2.5～3.5份，交联剂4.8～5.5份，润湿剂3.5～4.5份，硅烷
偶联剂0.8～1.3份和催化剂0.2～0.4份。采用低表面能含氟硅橡胶，使涂层表面能降低，憎水性提高，进而取得良好的防污闪效果和更长的使用寿命。这种方法是通过引入低表面能物质
如含氟聚硅氧烷后，提升疏水性。
[0005] CN108864934A公开了一种RTV防污闪涂料，包括如下
质量份数的各组分：基胶35～50份；硅油1.5～2份；氢氧化
铝7～11份；白
炭黑3.5～8.5份；
铁红1.5～2.5份；十溴联苯醚1～5份；稀释剂30～35份；催化剂0.2～1份；交联剂1～2.5份；偶联剂1.5～3.5份，但是此方法制备的RTV防污闪涂料憎水性仍然需要进一步提升。
[0006] 因此，如何开发一种具有良好的憎水性能，同时兼具阻燃和耐电弧性能的防污闪涂料对于其应用具有重要的价值。
发明内容
[0007] 针对
现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防污闪涂料及其制备方法和应用，以通过一种新的构建微纳结构的方式，提升涂层表面憎水性的同时又提升其阻燃性能。
[0008] 为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 第一方面，本发明提供了一种防污闪涂料，所述防污闪涂料按重量份计包括如下组分：
[0010]
[0011]
[0012] 本发明提供的防污闪涂料，通过引入具有微米级和
纳米级尺度的复配阻燃剂，提高阻燃剂用量，提升了阻燃性能，同时，复配阻燃剂与白炭黑、纳米碳酸钙的合理搭配，形成微纳结构，能够提升涂层的疏水性能，水接触角可达到120°以上，从而实现了阻燃性能与疏水性能的同时提升，最终大大提升涂层的防污闪性能，延长了涂层的使用寿命。
[0013] 本发明所述有机硅
聚合物的重量份为25～40份，例如可以是25份、26份、28份、30份、32份、33份、35份、38份或40份等。
[0014] 优选地，所述有机硅聚合物包括端羟基聚硅氧烷、二甲氧基封端聚硅氧烷或三甲氧基封端聚硅氧烷中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：端
羟基聚硅氧烷和二甲氧基封端聚硅氧烷；二甲氧基封端聚硅氧烷和三甲氧基封端聚硅氧
烷；端羟基聚硅氧烷、二甲氧基封端聚硅氧烷和三甲氧基封端聚硅氧烷。
[0015] 优选地，所述有机硅聚合物的
粘度为5000～80000mPa·s，例如可以是5000mPa·s、10000mPa·s、20000mPa·s、40000mPa·s、50000mPa·s、60000mPa·s、70000mPa·s或
80000mPa·s等。
[0016] 本发明所述交联剂的重量份为4～5份，例如可以是4份、4.1份、4.2份、4.3份、4.4份、4.5份、4.6份、4.7份、4.8份、4.9份或5份等。
[0017] 优选地，所述交联剂包括甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三丁
酮肟基硅烷或乙烯基丁酮肟基硅烷中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷；甲基三丁酮肟基硅烷和乙烯基丁酮肟
基硅烷。
[0018] 本发明所述催化剂的重量份为0.2～0.5份，例如可以是0.2份、0.3份、0.4份或0.5份等。
[0019] 优选地，所述催化剂包括有机
钛化合物和/或有机
锡化合物。
[0020] 优选地，所述有机钛化合物包括钛酸丁酯、钛酸四异丙酯、二烷氧基钛双(β-二酮酯)配合物、钛酸二元醇酯β-二酮配合物中的任意一种或至少两种的组合。
[0021] 优选地，所述有机锡化合物包括二月
硅酸二丁基锡和/或辛酸亚锡。
[0022] 本发明所述白炭黑的重量份为4～7份，例如可以是4份、5份、6份或7份等。
[0023] 优选地，所述白炭黑为疏水性白炭黑。
[0024] 优选地，所述疏水性白炭黑的
比表面积为200～350m2/g，例如可以是200m2/g、230m2/g、250m2/g、280m2/g、300m2/g、330m2/g、或350m2/g等。
[0025] 在本发明中，白炭黑可赋予涂料良好的力学性能，并且其具有纳米级的尺度。
[0026] 本发明所述纳米碳酸钙的重量份为5～8份，例如可以是5份、6份、7份或8份等。
[0027] 优选地，所述纳米碳酸钙为表面经有机
脂肪酸改性后的疏水性碳酸钙。
[0028] 本发明所述表面经有机脂肪酸改性后的疏水性碳酸钙指的是：将常规的碳酸钙经过有机脂肪酸修饰改性得到的产品。
[0029] 优选地，所述纳米碳酸钙的粒径为20～500nm，例如可以是20nm、50nm、100nm、150nm200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm等。
[0030] 本发明所述复配阻燃剂的重量份为60～90份，例如可以是60份、65份、70份、75份、80份、85份、90份等。
[0031] 优选地，所述复配阻燃剂为纳米级的无机阻燃剂和微米级的无机阻燃剂复配而成。
[0032] 在边长为L的正方体中，以直径为L的球填充后，该球最多可填充的空间体积为
[0033] 而在边长为L的正方体中，以直径为L/n的球填充后，球体最多可填充的数量为n3个，最多可填充的空间体积为
[0034] 由式I和式II的结果可知，V1＝V2，这意味着，在相同的空间体积V0下，以单一粒径的球体所能填充的最大空间相同；进一步地，如果采用较小的球体去填充正方体的空间，则可以获得更高的填充比例。
[0035] 而在实际的有机硅防污闪涂料中存在多种的填料，除白炭黑外，并无填料与有机硅分子主链化学结构相同，因而填料与有机硅分子之间始终存在一定的界面排斥，如果填
料表面存在羟基，界面排斥将会更大，而这有助于填料颗粒之间的相互聚集靠近。导致多个球径小的填料将分布于球径大的填料表面形成一大-多小的二级结构，而控制大的球体处
于微米级，小的球体处于纳米级，最终可在涂层表面形成微纳结构，微纳结构的形成有助于提升疏水性能。
[0036] 优选地，所述无机阻燃剂为氢氧化铝和/或氢氧化镁。
[0037] 优选地，所述纳米级的无机阻燃剂的粒径为10～1000nm，例如可以是10nm、50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或
1000nm等，进一步优选为20～500nm。
[0038] 优选地，所述微米级的无机阻燃剂的粒径为1～16μm，例如可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或16μm等，进一步优选为1～10μm。
[0039] 优选地，所述纳米级的无机阻燃剂与微米级的无机阻燃剂的质量比为(0.1～5):1，例如可以是0.1:1、0.5:1、0.8:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等，进一步优选为(0.5～3):1。
[0040] 本发明所述的防污闪涂料，处于纳米级尺度的白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂中的纳米级的无机阻燃剂，处于微米级尺度的为复配阻燃剂中的微米级的无机阻燃剂，通
过配比的合理搭配，构建出微纳结构，而如果三种组分的含量配比不在本发明限定的范围
内时，接触角无法达到120°，疏水性降低；复配阻燃剂中的纳米级无机阻燃剂和微米级无机阻燃剂混合时，用量较大，不仅可以提升疏水性，而且可提升阻燃性和耐电弧耐漏电性，实际使用寿命大大增加，可达20年以上。
[0041] 优选地，所述防污闪涂料还包括硅烷偶联剂1～1.5份，例如可以是1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等。
[0042] 优选地，所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570中的任意一种或至少两种的组合。
[0043] 在本发明中，添加一定量的硅烷偶联剂，可赋予涂料与绝缘子表面良好的粘接效果。
[0044] 优选地，所述防污闪涂料还包括
溶剂50～80份，例如可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份或80份等。
[0045] 优选地，所述溶剂包括芳
烃类溶剂、聚醚类溶剂或烷烃类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
[0046] 本发明所述芳烃类溶剂可以是
甲苯、二甲苯等等，聚醚类溶剂可以是石油醚等，烷烃类溶剂可以是二氯甲烷等，还可以是丙酮、丁酮等常用溶剂。
[0047] 优选地，所述防污闪涂料还包括润湿剂5～15份，例如可以是5份、7份、8份、10份、12份、13份、14份或15份等。
[0048] 优选地，所述润湿剂包括小分子量甲基硅油和/或小分子量苯基硅油。
[0049] 本发明所述小分子量可以用粘度间接进行表征。粘度大，分子量大；粘度小，分子量小。
[0050] 优选地，所述润湿剂的粘度在25℃下为50～500mPa·s，例如可以是50mPa·s、100mPa·s、150mPa·s、200mPa·s、250mPa·s、300mPa·s、350mPa·s、400mPa·s、
450mPa·s或500mPa·s等。
[0051] 优选地，所述防污闪涂料按重量份计包括如下组分：
[0052]
[0053] 优选地，所述防污闪涂料为脱醇型防污闪涂料，按重量份计包括如下组分：
[0054]
[0055]
[0056] 优选地，所述防污闪涂料为脱醇型防污闪涂料，按重量份计包括如下组分：
[0057]
[0058] 在本发明中，单组份脱醇型防污闪涂料一般不使用有机锡催化剂。如果使用该催化剂，则该体系即使在完全密封的条件下，会逐渐产生交联
固化，影响实际使用。
[0059] 第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的防污闪涂料的制备方法，将有机硅聚合物、白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合均匀后脱低得到基胶，而后加入交联剂、催化剂和任选地硅烷偶联剂、任选地润湿剂、任选地溶剂混合得到所述防污闪涂料。
[0060] 优选地，所述混合的
温度为120～150℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等。
[0062] 优选地，所述混合在搅拌状态下进行。
[0063] 优选地，基胶的混合均匀为：在120～150℃下，室温放置1天后，加入交联剂、催化剂、偶联剂、润湿剂和溶剂搅拌均匀，搅拌时控制温度需在30～60℃之间。
[0064] 在本发明中，将各组分混合高速搅拌后，经过灌装、出料最终得到防污闪涂料。
[0065] 本发明所述脱低的含义为：高温真空下脱除小分子低聚物。
[0066] 第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述的防污闪涂料在电力系统中的应用。
[0067] 本发明所述电力领域中的应用，优选为在玻璃或陶瓷绝缘子表面的
喷涂应用。
[0068] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0069] 本发明提供的防污闪涂料，通过引入具有微米级和纳米级尺度的复配阻燃剂，提高阻燃剂用量，提升了阻燃性能，同时，复配阻燃剂与白炭黑、纳米碳酸钙的合理搭配，形成微纳结构，能够提升涂层的疏水性能，水接触角可达到120°以上，从而实现了阻燃性能与疏水性能的同时提升，最终大大提升涂层的防污闪性能，延长了涂层的使用寿命。
具体实施方式
[0070] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述
实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0071] 实施例1
[0072] 本实施例提供的防污闪涂料包括以下组分
[0073]
[0074]
[0075] 其中，端羟基聚硅氧烷的粘度为50000mPa·s，疏水性白炭黑的比表面积为300m2/g，纳米碳酸钙的粒径为60nm，复配阻燃剂为粒径为80nm的纳米级氢氧化铝和粒径为6μm的微米级氢氧化铝的组合，纳米级阻燃剂与微米级阻燃剂的质量比为2:1。
[0076] 制备方法：将端羟基聚硅氧烷、疏水性白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合反应，升温至130℃抽真空2h，脱低得到基胶，室温放置1天后，加入甲基三甲氧基硅烷、钛酸四异丙酯、硅烷偶联剂KH550、小分子甲基硅油和溶剂混合，高速搅拌，得到防污闪涂料。
[0077] 实施例2
[0078] 本实施例提供的防污闪涂料包括以下组分
[0079]
[0080]
[0081] 其中，端羟基聚硅氧烷、二甲氧基封端聚硅氧烷、三甲氧基封端聚硅氧烷的粘度均为10000mPa·s，疏水性白炭黑的比表面积为350m2/g，纳米碳酸钙的粒径为20nm，复配阻燃剂为粒径为200nm的纳米级氢氧化铝、粒径为150nm的纳米级氢氧化镁、粒径为16μm的微米级氢氧化镁、粒径为3μm的微米级氢氧化铝的组合，纳米级阻燃剂总质量与微米级阻燃剂的总质量的比为0.5:1。
[0082] 制备方法：将端羟基聚硅氧烷、二甲氧基封端聚硅氧烷、三甲氧基封端聚硅氧烷、疏水性白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合反应，升温至120℃抽真空2h，脱低得到基胶，室温放置1天后，加入甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、钛酸丁酯、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570、小分子苯基硅油和溶剂混合，高速搅拌，得到防污闪涂料。
[0083] 实施例3
[0084] 本实施例提供的防污闪涂料包括以下组分
[0085]
[0086]
[0087] 其中，端羟基聚硅氧烷、二甲氧基封端聚硅氧烷、三甲氧基封端聚硅氧烷的粘度均2
为80000mPa·s，疏水性白炭黑的比表面积为200m /g，纳米碳酸钙的粒径为40nm，复配阻燃剂为粒径为1000nm的纳米级氢氧化铝、粒径为10nm的纳米级氢氧化铝、粒径为1μm的微米级氢氧化镁、粒径为5μm的微米级氢氧化铝的组合，纳米级阻燃剂总质量与微米级阻燃剂的总质量的比为3:1。
[0088] 制备方法：将端羟基聚硅氧烷、疏水性白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合反应，升温至150℃抽真空2h，脱低得到基胶，室温放置1天后，加入甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基丁酮肟基硅烷、二月硅酸二丁基锡、硅烷偶联剂KH560、小分子甲基硅油和溶剂混合，高速搅拌，得到防污闪涂料。
[0089] 实施例4
[0090] 本实施例提供的防污闪涂料包括以下组分
[0091]
[0092]
[0093] 其中，端羟基聚硅氧烷的粘度为5000mPa·s，疏水性白炭黑的比表面积为240m2/g，纳米碳酸钙的粒径为55nm，复配阻燃剂为粒径为100nm的纳米级氢氧化铝、粒径为20nm的纳米级氢氧化镁、粒径为6μm的微米级氢氧化铝的组合，纳米级阻燃剂总质量与微米级阻燃剂的总质量的比为5:1。
[0094] 制备方法：将端羟基聚硅氧烷、疏水性白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合反应，升温至150℃抽真空2h，脱低得到基胶，室温放置1天后，加入乙烯基丁酮肟基硅烷、辛酸亚锡、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570、小分子苯基硅油和溶剂混合，高速搅拌，得到防污闪涂料。
[0095] 实施例5
[0096] 本实施例提供的防污闪涂料包括以下组分
[0097]
[0098]
[0099] 其中，端羟基聚硅氧烷的粘度为45000mPa·s，疏水性白炭黑的比表面积为315m2/g，纳米碳酸钙的粒径为35nm，复配阻燃剂为粒径为10nm的纳米级氢氧化铝、粒径为20nm的纳米级氢氧化镁、粒径为5μm的微米级氢氧化铝的组合，纳米级阻燃剂总质量与微米级阻燃剂的总质量的比为0.1:1。
[0100] 制备方法：将端羟基聚硅氧烷、疏水性白炭黑、纳米碳酸钙和复配阻燃剂混合反应，升温至150℃抽真空2h，脱低得到基胶，室温放置1天后，加入甲基三丁酮肟基硅烷、辛酸亚锡、硅烷偶联剂KH550、小分子甲基硅油和溶剂混合，高速搅拌，得到防污闪涂料。
[0101] 实施例6
[0102] 本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例中阻燃剂仅使用单一组分的粒径为80nm的纳米级氢氧化铝，其余均与实施例1相同制备得到防污闪涂料。
[0103] 实施例7
[0104] 本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例中阻燃剂仅使用单一组分的粒径为6μm的微米级氢氧化铝，其余均与实施例1相同制备得到防污闪涂料。
[0105] 对比例1
[0106] 本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不包括纳米碳酸钙，其余均与实施例1相同制备得到防污闪涂料。
[0107] 对比例2
[0108] 本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不包括疏水性白炭黑，其余均与实施例1相同制备得到防污闪涂料。
[0109] 对比例3
[0110] 本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中不包括复配阻燃剂，其余均与实施例1相同制备得到防污闪涂料。
[0111] 将实施例1-7与对比例1-3制备的防污闪涂料进行憎水性测试(实验方法及标准参考DL/T 864附录A)、可燃性测试(测试标准GB/T 10707)，得到的结果如下表1所示：
[0112] 表1
[0113]
[0114]
[0115] 由表1的数据可知，本发明的复配阻燃剂对于涂料的疏水性能起到了决定性作用，实施例6-7中，单独使用纳米级的颗粒或者微米级的颗粒，涂料的疏水性下降，仅有113°和
115°，而如果不包括复配阻燃剂，其疏水性能急剧下降，仅有109°。
[0116] 而由对比例1-2可知，缺少了纳米碳酸钙或疏水性白炭黑时，疏水性能有所下降。即说明了，纳米碳酸钙、疏水性白炭黑与复配阻燃剂的混合使用，可以促进涂料疏水性能的提升。
[0117]
申请人
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的防污闪涂料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能
实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
