一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用

本发明涉及涂料，尤其涉及一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用。

背景技术：

1、积雪冰冻天气对电力系统的安全运行存在严重威胁，影响工农业生产和日常生活。目前常用的防结冰方法包括：(1)热力融冰法：采用过电流、短路电流或直流的方式加热融冰；该方法运行成本高，效率低；(2)机械除冰法：采用“adhoc”法、滑轮铲刮法、电磁力除冰法和机器人除冰法等进行机械除冰；这种方法虽然运行成本低，但是效率低、工作强度大；(3)自然除冰法：不借助外界能量仅靠自然力实现除冰；如在输电线路上安装阻雪环、平衡锤等装置，在积雪或覆冰达到一定程度时，借助风力、重力等作用自行脱落；这种除冰方法简单易行，但偶然性强、可靠性低；(4)涂层除冰：在导线的表面刷涂憎水性材料或吸热涂层进行除冰，这种方法简单易行、成本低，但是有效时间短。例如专利cn112852289a公开了一种具有光热效应的超疏水防冰除冰涂层及其制备方法，利用生物质材料黑色素纳米粒子与聚二甲基硅氧烷硅氧烷的混合溶液制备了光热超疏水涂层，之后通过在光热涂层上喷涂疏水化处理的二氧化硅纳米粒子制备了具有光热性能的超疏水防冰除冰涂层。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用。本发明提供的面漆可以与底漆配合制备双层涂覆的防覆冰涂层，其固化后在碳钢基材、铝合金材质、不锈钢材质以及其他金属材质和硅橡胶材质上均具有良好的附着力，解决了现有技术中尤其是输电线路的防覆冰涂层效果不佳、耐久性差的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一方面，本发明提供一种面漆；所述面漆的制备原料按重量份数计包括1～5份第一填料、8～25份硅酸酯、2～10份疏水改性剂和60～90份第一溶剂；

4、其中，所述第一填料为粒径20～50nm(不包括50nm)的纳米材料和粒径为50～100nm的纳米材料按照质量比(0.1～2/3)：1组合使用。

5、作为优选地实施方式，所述第一填料的种类选自纳米炭黑、氧化石墨烯、纳米富勒烯、纳米氧化钼和纳米黑色氧化钛中的一种或多种；

6、和/或，所述硅酸酯为正硅酸四甲酯和/或正硅酸四乙酯；

7、和/或，所述疏水改性剂选自全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷和全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种或多种；

8、和/或，所述第一溶剂为水和有机溶剂的混合溶剂；所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和丙酮中的一种或多种；所述混合溶剂中的有机溶剂的质量百分比优选为85％～98％。

9、又一方面，本发明提供上述面漆的制备方法，包括以下步骤：

10、(1)将第一填料分散于第一溶剂中，调节ph至4～6；

11、(2)将硅酸酯分散至步骤(1)的混合体系中，调节ph至8～10，加热反应；

12、(3)加入疏水改性剂后加热反应。

13、在某些具体的实施方式中，步骤(1)中，所述调节ph用酸调节；所述酸可以为硫酸。

14、在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，所述调节ph用碱调节；所述碱可以为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

15、作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述加热的温度为50～60℃，所述加热反应的时间为24～36h；在本发明的技术方案中，酸性条件下，硅酸酯能够发生水解反应。

16、作为优选地实施方式，步骤(3)中，所述加热的温度为65～85℃，所述加热反应的时间为24～36h。

17、又一方面，本发明提供一种由上述面漆固化后形成的面漆固化层。

18、在本发明的技术方案中，所述面漆无需加热，常温下即可以实现固化。

19、又一方面，本发明提供一种涂层，包括上述面漆固化层。

20、作为优选地实施方式，所述涂层还包括形成于所述面漆固化层下的底漆固化层；

21、优选地，所述面漆固化层的厚度为5～10μm；所述底漆固化层的厚度为100～200μm。

22、作为优选地实施方式，所述底漆固化层由底漆组合物固化得到；所述底漆组合物按重量份计包括30～70份树脂、5～20份第二填料、2～8份助剂和10～50份第二溶剂。

23、作为优选地实施方式，所述树脂选自丙烯酸树脂、氟碳树脂、多异氰酸酯树脂、环氧树脂和有机硅树脂中的一种或多种；

24、和/或，所述第二填料的种类选自白炭黑、碳酸钙、滑石粉、二氧化钛和硅微粉中的一种或多种；所述第二填料的粒径优选为30～300nm；

25、和/或，所述助剂选自消泡剂、流平剂和分散剂中的一种或多种；

26、和/或，所述第二溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、n甲基吡咯烷酮和正丁醇中的一种或多种。

27、在本发明的技术方案中，所述底漆固化层由混合均匀的底漆组合物固化得到；所述固化无需加热，常温即可以实现。

28、在某些具体的实施方式中，所述涂层的制备方法包括以下步骤：将所述底漆组合物混合均匀后涂覆于基材的表面，然后涂覆面漆，常温下固化，即得到所述涂层。

29、又一方面，本发明提供上述面漆、面漆固化层、涂层在制备防覆冰涂层中的应用。

30、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

31、本发明通过不同粒径组合使用的第一填料，并与其余组分配合使用制备得到了面漆，该面漆能够与底漆组合物通过双层涂覆的方式形成具有特殊粗糙结构的超双疏防覆冰涂层，这种特殊的微纳结构，既能有效提高涂层的超疏水性，同时还能延长超疏水性能的使用寿命。

32、相较于现有技术，本发明具备以下优点：

33、1、本发明提供的面漆以不同粒径的纳米材料组合使用，形成粒度梯度，引入特殊的粗糙结构，提高涂层的超疏水性和延长使用寿命；包含该面漆固化层的涂层表现出优异的超双疏性：水接触角(ca)＞160°，水滚动角(sa)＜2°，油接触角(ca)＞160°，油滚动角(sa)＜2°；此外，该面漆还能够抵抗空气中的污染物以及细菌的侵蚀，有效延长涂层的超双疏持久性；

34、2、本发明提供的涂层采用底漆、面漆双层涂覆的方式，有效提高超疏水涂料的附着力，其在碳钢基材、铝合金材质、不锈钢材质以及其他金属材质和硅橡胶材质上均具有良好的附着力；

35、3、本发明提供的涂层能够延迟结冰：超疏水特性使水珠不易停留在基材表面，有效降低了表面的润湿程度；基材的表面即使沾附上水珠，水滴也能够在小角度倾斜或风吹等外力作用下从表面滚落；同时，由于超疏水基材表面的冷凝水滴与基材表面的接触面积较小，基材与冷凝水滴之间的热传递受到抑制，在过冷度不太大时，冷凝水滴在超疏水材料表面的结冰时间得以延长；

36、4、本发明提供的涂层能够减少结冰量：该涂层具有低表面能和特殊的粗糙结构，大大减少了挂水量以及液滴与表面的实际接触面积，水珠容易在自然外力作用下滚落、滑落，从而减少冻结前的挂水量；

37、5、本发明提供的涂层能够利用黑色的纳米填料吸收太阳光，在光照下，即使温度在冰点以下，涂层表面的温度也会比环境温度高2～5℃，因此，冰层与涂层表面连接处更易融化，融化后的冰层基于涂层的超疏水性，随即发生脱落。