有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料及其制备方法与应用与流程

本发明属于涂料，具体涉及有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、轨道交通基础设施和装备设施的安全性要求很高，其腐蚀存在隐蔽性和突发性，一旦发生事故，往往会造成灾难性的后果。轨道交通系统腐蚀的影响因素比较复杂，对于铁轨，主要受环境介质、杂散电流等因素影响。环境介质对钢铁的腐蚀主要是金属材料在大气中，受到水和氧的作用而发生电化学变化所致。电化学腐蚀环境介质包括盐离子、金属碎屑、雨水、凝露等。环境介质多数条件下很难人为控制，所以如何有效降低和控制杂散电流成为铁轨腐蚀保护的主要途径。杂散电流主要指不按照规定途径移动的电流，在铁路系统中，其主要来源于电位梯度和电流泄露。大部分城市轨道交通工程牵引供电系统采用dc1500v（或dc 750v）接触网（或接触轨）授流、走行轨回流的牵引供电制式。高铁则通常采用几千伏交流电然后再通过整流，然后经过逆变器变成交流电供交流电机使用的方法。然而上述方式皆会带来杂散电流。杂散电流叠加环境介质形成的电化学腐蚀，会对轨道运输中的电气设备、设施造成影响，还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线等造成严重的电化学腐蚀。当铁轨内部腐蚀形成孔洞，在孔洞处发生应力集中，即使施加的荷载本身尚未达到产生裂纹所需要的荷载值时，也可能引发铁轨裂纹甚至断裂，极大缩短其使用寿命，增加事故风险。

2、减少杂散电流对轨道、轨道设施带来的危害，要从源头上减少铁轨上面的泄露电流。当前主要措施之一是采用绝缘扣件和绝缘垫层，但它存在潜在腐蚀隐患，例如：当机车通过时，钢轨构件及钢轨本身的温度和湿度均有所提高，而钢轨温度的升高滞后于气温的升高，导致水蒸气在钢轨表面凝聚形成水膜，形成新的杂散电流通路；绝缘垫层通常为橡胶材料，虽然本身绝缘但表面耐沾污性能差，极易沾染腐蚀介质形成电化学腐蚀通路；新型绝缘扣件往往由多种材质构件（nr橡胶、尼龙、45#钢、硅锰钢、q235碳钢）组合构成，表面涂敷绝缘材料尚难协调，且涂层无疏水，同样会形成水膜。鉴于此提出在钢轨扣件和绝缘垫层表面涂敷疏水绝缘涂层的设想，但尚未出现适合现场应用场景的产品。目前疏水涂料体系（聚氨酯、氟碳、纯有机硅等）实验验证后无法实现橡胶、尼龙、金属等多种基材附着力好，韧性佳、底面合一的需求。因此，亟需新的涂料技术以解决上述问题，以有效控制杂散电流和腐蚀介质形成电化学腐蚀路径，减缓铁轨以及其他设备设施腐蚀，提高轨道交通运输安全性。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料，该涂料疏水性好，能够源头阻断水膜，还能满足多种基材（nr橡胶片、尼龙、45#钢、硅锰钢、q235碳钢）尤其是弹性橡胶垫层附着力的要求，兼具绝缘性好、易清洁、易施工、可底面合一的特点。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明第一方面在于提供有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料，包括重量比为5-8：1的a组分和b组分；按重量百分数计，a组分包括环氧树脂40-57.5%、活性稀释剂3-8%、分散剂0.1-0.5%、润湿剂0.1-0.3%、触变剂1-2%、消泡剂0.3-0.8%、改性疏水填料3-5%、绝缘惰性颜填料20-30%、混合溶剂a 15-25%；按重量百分数计，b组分包括聚酰胺固化剂30-60%、改性聚硅氧烷5-15%、硅烷偶联剂3-8%、环氧促进剂1-5%、混合溶剂b 25-55%；

4、其中，环氧树脂由二聚酸改性环氧树脂和75%固含的e20固体环氧树脂混合而成；

5、改性聚硅氧烷选自氨基聚二甲基硅氧烷或乙烯基聚二甲基硅氧烷中的至少一种；

6、改性疏水填料包括以下制备步骤：往二甲基羟基硅油中加入疏水填料，超声混合后升温搅拌，过滤出固体，经甲醇清洗后烘干即得改性疏水填料。

7、需要说明的是，氨基聚二甲基硅氧烷可以选用dowsil op-8550 additive，添加改性聚硅氧烷可明显提高涂层疏水性进而提高抗污绝缘性能。

8、在一些实施方式中，二聚酸改性环氧树脂和75%固含的e20固体环氧树脂按重量比1-3：0-3混合。

9、需要说明的是，环氧树脂具有良好的物理化学性能、对金属和非金属材料的表面均有优异的粘接强度、介电性能良好、对碱及大部分溶剂、汽油稳定，非常适合作为目标产品用途的成膜物质。实验表明常规的普通绝缘漆使用的e20环氧树脂搭配115聚酰胺无法满足其韧性、附着力等需求，需要对体系进行增韧。环氧树脂体系增韧方法主要有物理添加法与化学改性法，或二者的结合：物理添加法主要是加入增韧剂或增塑剂，化学改性既可对固化剂也可对环氧树脂进行改性，而以后者效果较好。

10、本发明通过筛选试验后最终采用二聚酸改性环氧树脂搭配75%固含的e20固体环氧树脂混合溶液作为a组份环氧树脂。其中，二聚酸改性环氧树脂可以选用上海元邦的ypehp-75、韩国国都化工的yd-172x75或汉森的epikote 872-x-75；常规的75%固含的e20固体环氧树脂可以选用南亚的npsn-901x75、宏昌gesn-301-x75或国都yd-011x75。

11、在一些实施方式中，活性稀释剂选自腰果酚改性环氧活性稀释剂、1, 6-己二醇二缩水甘油醚、c12-14烷基缩水甘油醚中的至少一种。

12、需要说明的是，活性稀释剂主要是为了进一步增加漆膜韧性、降低体系粘度的作用，腰果酚改性环氧活性稀释剂是一款低粘度，单官能的环氧活性稀释剂，腰果酚的长疏水脂肪侧链特点赋予了产品较低的粘度和优异的耐水性，韧性和抗热冲击性，腰果酚改性环氧活性稀释剂可以选用卡德莱的nc-513。1,6-己二醇二缩水甘油醚为双官能度活性稀释剂，可以参与胺固化反应对环氧内增韧形成链状及网状结构、固化后树脂的抗张强度、抗弯曲程度、抗压强度、抗冲击强度等机械性能以及适应期均优于单环氧基缩水甘油醚固化后的树脂，可选用olin的d.e.r. 734、湖北绿色家园的ls632、安徽新远化工的xy632等。c12-14烷基缩水甘油醚可以选用绿色家园的ls-age。

13、分散剂选自嵌段高分子共聚物或多价羧酸盐类聚合物中的至少一种。

14、需要说明的是，本发明中主要是根据最终配方中选用的颜填料来选择适合的分散剂，以防止涂料出现储存絮凝、浮色发花等现象，例如byk-163、byk-9076、byk-104、efcona4063、efcona 5066等均可选用。

15、润湿剂选自聚醚改性二甲基硅氧烷或烷基改性二甲基硅氧烷中的至少一种，可选用byk-331、byk-378、afcona-3231、afcona-3252。

16、触变剂选自有机改性膨润土、聚酰胺蜡、气相二氧化硅中的至少一种，膨润土可选用海明斯的bentone 38、华特的megatone bp-183、海迪斯ht-s311，聚酰胺蜡可以选用disparlon6650、 monoral 8800，气相二氧化硅可以选用aerosil r 972。

17、消泡剂选自矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂中的至少一种，可选用byk-057、byk-066n、afcona-2720、afcona-s235。

18、在一些实施方式中，绝缘惰性颜填料选自钛白粉、氧化铁红、绝缘碳黑、云母粉、滑石粉、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氧化铝中的至少一种。

19、需要说明的是，本发明中绝缘惰性颜料的选取要点在于要控制好金属杂质的含量以免影响绝缘性能，可根据定制化颜色进行选配，在黑色绝缘涂料的制备时，绝缘炭黑的选择比较重要，其品质会显著影响漆膜绝缘性能，绝缘炭黑可选用三菱瓦斯的ma100r、卡博特的csx920、欧利隆的special black 4a。

20、混合溶剂a和混合溶剂b均选自芳烃类、醇类、酮类中的至少一种，均可选用深圳江海天的产品。

21、需要说明的是，采用上述混合溶剂可以在一定程度上溶胀橡胶表面，形成界面咬合层，增加该疏水绝缘涂料和构件之间的结合力。

22、在一些实施方式中，聚酰胺固化剂为改性聚酰胺固化剂。

23、需要说明的是，本发明中选择的固化剂要和选用的环氧树脂搭配后具有多种基材附着力好、抗疲劳、表面耐磨、耐刮擦强度的功能，聚酰胺固化剂对多种基材具有优良的粘结性能和附着力，在制备过程中通过加入改性成分，使固化物具有良好的耐水性及耐盐雾性能。聚酰胺分子中含有较长的脂肪烃碳链，脂肪碳烃链隔离了环氧树脂分子内刚性的内苯环，在受负荷或冲击时能使键有较大的自由度，使漆膜具有优良的柔韧性。常规胺固化剂可选用arkema的crayamid 115 x70、kukdo的g-5022x70、evonik的ancamide 3015，2766。

24、硅烷偶联剂为n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

25、需要说明的是，n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷可以提高漆膜在多种基材上面的附着力，增加漆膜抗疲劳性和使用寿命。

26、环氧促进剂为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚。

27、在一些实施方式中，疏水填料选自硅藻土、介孔分子筛sba-15、有序介孔材料mcm-41、介孔二氧化硅中的至少一种，其中硅藻土可以选用barrian™g18。

28、在一些实施方式中，改性疏水填料制备步骤中，超声时间为10-20min，升温温度为45-65℃，搅拌转速为1000-1500r/min，搅拌时间为20-30min，甲醇清洗2-4次，烘干条件为真空烘干，烘干温度为40-50℃，烘干时间为5-12h。

29、需要说明的是，本发明通过物理添加方式改变涂层微观结构，改性疏水填料的表面具有微米、纳米级的凹凸结构以及低表面自由能，可以增加涂层疏水效果，疏水性能的增加可使涂膜具有防水、防冰、防雾、自清洁等性能。

30、本发明第二方面在于提供有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

31、s1：加入环氧树脂、活性稀释剂、分散剂、润湿剂进行第一次混合，第一次混合结束后加入触变剂进行第二次混合，第二次混合结束后加入消泡剂、改性疏水填料、绝缘惰性颜料进行研磨，研磨过程中根据粘度加入混合溶剂a得到混合物，混合物研磨完成后保温加入剩余混合溶剂a，即得a组分；

32、s2：在氮气保护下，加入聚酰胺固化剂、改性聚硅氧烷、硅烷偶联剂、环氧促进剂、混合溶剂b搅拌混合，即得b组分；

33、s3：将s1制得的a组分和s2制得的b组分混合均匀，即得有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料。

34、在一些实施方式中，s1中，第一次混合条件为转速400-600r/min，搅拌4-8min，第二次混合条件为转速800-1000 r/min，搅拌8-12min，研磨转速为2500-3000 r/min，研磨完成条件为混合物温度达到65-70℃，混合物细度达到40um以下，保温时间为20min；s2中，搅拌转速为400-500r/min。

35、本发明第三方面在于提供有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料在轨道交通基础设施领域的应用。

36、需要说明的是，本发明提供的有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料在使用前需先取小块面积做试验，在补涂前必须确保得到了恰当的预处理，例如用适当的清洁剂除去灰尘，粉化表面物，油脂等，用砂轮和旋转钢丝刷或者喷砂方式对基材进行打磨等。施工方法可以采用滚涂、刷涂和喷涂，常温固化。

37、本发明包含以下有益效果：

38、1、本发明提供的有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料，具备疏水性好、源头阻断水膜的优异性能，能够满足多种基材，如nr橡胶片、尼龙、45#钢、硅锰钢、q235碳钢等，尤其是能够满足弹性橡胶垫层附着力的要求，兼具绝缘性好、易清洁、易施工、可底面合一的特点。

39、2、本发明提供的有机硅改性柔性环氧疏水绝缘涂料具有“表面容忍性”，对表面处理的要求不高，对于只进行了机械清理的表面，本发明产品与其它涂料相比具有更好的施工性能，可以与除环氧漆与聚氨酯漆外的其它类型的油漆联用，也可以在清洁后涂敷于旧漆表面。