您暂无未读询盘信息!

陕西宝防建设工程有限公司

始自1984,专注行业30多年

防腐-防火-防水-保温-装饰-地坪涂装规模化供应商与施工服务商

全国联系电话:

13571725666 13571719331

新闻动态
当前位置 当前位置:首页 > 新闻动态 > 行业动态

聚合物基绝缘防水材料研究进展

所属分类:行业动态    发布时间: 2022-12-08    作者:admin
  分享到:   
二维码分享

电力设施的绝缘特性直接影响电网的安全运行。在特殊自然环境如雨雪、雷暴等条件下,电力设施常因吸收水分而发生绝缘破坏。因此,聚合物绝缘材料需要具备一定的防水性能。目前国内市场上的聚合物防水材料大致分为四类,即丙烯酸酯类、环氧树脂类、有机硅类及氟碳树脂类。这四类聚合物防水材料由于基体本身存在着一些固有缺陷,如粘接性能较差(丙烯酸类)、耐候性差(环氧类)、固化困难(丙烯酸类和有机硅类)和抗渗透性差(丙烯酸类和氟碳树脂),直接影响了其在电力设施的应用范围和效果。近年来,国内外对上述聚合物防水材料进行了较为深入的研究,通过多种改性技术不断提升其性能以满足各类应用需要。以下对这一进展进行梳理,以期为其在电力设备绝缘防水中的应用提供参考。

1丙烯酸及改性丙烯酸类材料

丙烯酸类防水材料多采用自交联的纯丙烯酸乳液及多元聚丙烯酸酯乳液为基料,掺加多种助剂配制而成。该类材料具有良好的成膜性,优越的耐()氧性、耐油性,且制备工艺简便、价格便宜,多用于国内普通防水领域。但其耐温性、防水性、表面张力以及渗透率较差,与金属基材粘接性能不佳,且在低温和高潮湿环境中固化困难,针对上述缺陷和问题,研究者进行了较多改性研究,取得了一定进展,但在电力设施应用领域仍受到一定限制。

1.1有机硅改性丙烯酸酯类材料

有机硅单体及其聚合物具有低表面张力、低玻璃化温度、良好的渗透率,以及耐水、耐温、耐候等性能,在高分子绝缘材料中有重要价值。通过丙烯酸类化合物与有机硅进行共聚,可实现材料耐候性、成膜性、黏接力、耐热性、耐低温性、疏水性等性能的全面提高。

有机硅改性丙烯酸树脂可以采用物理改性法和化学改性法。将有机硅氧烷单体直接加入到丙烯酸酯类中进行混合改性是.简单的物理改性法。化学改性则需要通过聚硅氧烷和丙烯酸酯之间的化学反应将有机硅分子和聚丙烯酸酯进行结合,一般有以下三种:(1)含双键的硅氧烷,特别是含双键的硅氧烷低聚物与丙烯酸单体共聚,生成侧链含有硅氧烷的梳型共聚物或主链含有硅氧烷的共聚物;(2)带羟基的硅氧烷与含羟基的丙烯酸树脂通过缩合反应生成接枝共聚物;(3)含氢聚硅氧烷与丙烯酸酯(铂催化剂)进行聚合反应而得的共聚物。近年来,随着有机硅-丙烯酸树脂共聚物研究的不断深入,各种聚合方法不断涌现。

研究表明,在丙烯酸体系中加入有机硅单体进行共聚,可大幅度提高丙烯酸类树脂的耐水、防水性能。在羟基丙烯酸树脂的合成过程中引入乙烯基三异丙氧基硅烷单体,制备有机硅改性的丙烯酸树脂,涂膜具有优良的耐水性和耐溶剂性能。甘孟瑜等以八甲基环四硅氧烷和乙烯基三乙氧基硅烷为核,丙烯酸类单体为壳,制备了核壳结构的有机硅改性丙烯酸酯乳液,固化后得到了吸水率极低的优质涂膜。李淑娟运用种子乳液聚合方法,将有机硅单体引入到丙烯酸酯的主链或侧链中,大幅度提高了丙烯酸树脂的防水耐酸碱性能。蒋柏泉等采用预乳液种子乳液聚合技术制备了乙烯基三乙氧基硅烷改性的丙烯酸酯乳液,所制备的涂膜与水接触角可达到93°,说明其具有良好的疏水性能。Zou等制备了聚硅氧烷-丙烯酸酯复合材料,其薄膜具有良好的防水性能。这些研究表明,通过在丙烯酸酯的聚合过程中引入硅氧烷单体进行共聚,或将硅氧烷单体接枝到聚丙烯酸酯主链或侧链中,或制备核壳结构的有机硅-丙烯酸酯类共聚物,通过硅组分的引入可提高材料的耐水性和耐候性,涂膜的耐水接触角.高可接近100°。但由于采用的是乳液聚合方法,在制备过程中会引入大量的表面活性剂、分散剂或其他成分,耐水性能提高的同时会影响其电绝缘性能,同时乳液聚合操作较为复杂,在生产中易出现批次质量不稳定现象,且其固化条件较为苛刻,室温或低温固化缓慢,因而限制了其在电力设施防水绝缘中的应用。

1.2氟改性的丙烯酸酯类材料

氟原子具有极强的电负性,共价键键能大,与碳原子形成的C-F键非常稳定,且氟原子在碳链外层紧密排列,可有效防止碳链的暴露。因此,含氟聚合物表现出优异的化学稳定性、耐候性、耐腐蚀性和抗氧化等性能。含氟共聚物中的氟烷基具有自动向表面富集的趋势,形成层状结构,从而降低共聚物的表面能,使得含氟聚合物显示出较强的憎水特性。由于含氟侧链有向表面优先扩散的趋势,从而使得共聚物膜表面氟含量超过其在共聚物中的平均含量,正是由于这种优先的扩散,使得用较少含氟单体得到的共聚物就具有良好的抗水、抗油性能。

陈松林等以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主要单体,丙烯酸全氟烷基酯为含氟单体,甲基丙烯酸羟乙酯为交联单体,采用种子乳液聚合的方法制备了含氟丙烯酸酯共聚物,发现在氟单体质量为总单体质量的10%(wt,质量分数,下同),胶膜的对水接触角能够达到92°。邹鑫等以甲基丙烯酸十二氟庚酯为含氟单体制备了含氟丙烯酸酯乳液,发现当氟单体含量为25%时,成膜对水的接触角为107°。已有研究表明,通过制备甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物,在一定含量范围内,胶膜表面的含氟量和耐水接触角随着氟单体质量的提高而提高;而当氟单体含量超过20%后这种变化趋势不明显,胶膜对水的接触角.高可达107°。此外,通过先将含氟丙烯酸酯与丙烯酸单体共聚,然后在聚合物侧链上引入长氟碳链,使涂膜与水的接触角高达120°,极大地提高了其防水性能。上述研究表明,氟改性的丙烯酸酯类材料耐水性能明显优于有机硅改性的丙烯酸酯类共聚物,耐水接触角高达120°,具有非常好的防水效果。

尽管含氟聚合物具有疏水性、疏油性、耐候性、耐腐蚀性和抗氧化性等性能;而含硅聚合物具有较低的玻璃化温度,优良的耐高低温性、耐氧化降解性和耐候性,以及优异的疏水性能。但近年来研究发现,有机氟聚合物耐低温性差,有机硅聚合物耐化学介质差。因此研究人员提出,在丙烯酸体系中同时引入氟元素和硅元素,以有效结合两者优点制备出综合性能优异的防水材料。周晓东等在含氟丙烯酸类单体与常规丙烯酸单体共聚的过程中,引入硅烷偶联剂,制备了有机硅改性的含氟丙烯酸酯树脂,涂膜的耐水性有了很大的提高。邱俊英等先用氟醇和乙烯基三乙氧基硅烷合成氟硅单体,然后将氟硅单体与内烯酸类单体共聚,当氟硅单体含量为15%,涂膜的耐水接触角可达110°以上。但由于所用的改性方法主要是乳液聚合,体系中会残留乳化剂等杂质而影响材料的电绝缘性能。韩东晓等重点探讨了自由基聚合等制备方法对氟改性丙烯酸酯疏水性能的影响,李文婷则重点探讨了接枝反应、自由基聚合及RAFT聚合等不同反应方法对丙烯酸酯含氟共聚物的结构与性能的影响。因此,可通过不同反应制备方法调控改性材料的组成结构及电绝缘性能。

1.3聚氨酯改性的丙烯酸酯类材料

Hu等针对丙烯酸酯耐溶剂性和物理机械性能较差等缺点,将水性聚氨酯通过乳液共混引人丙烯酸树脂体系中,实现两者的优势互补,所制备的涂膜硬度较高,且具有良好的耐介质性和回粘性能。有研究表明,丙烯酸酯与水性聚氨酯进行共聚,所得复合乳液的涂膜性能中,耐溶剂性大大提高。瞿金清等通过水性聚氨酯与甲基丙烯酸甲酯共聚的办法来改善该类材料的涂膜耐水性。张求学则是通过制备超支化聚酯多元醇改性的聚氨酯/丙烯酸脂复合乳液提升材料的耐水性及力学性能。上述研究中,通过丙烯酸酯类单体与聚氨酯共聚的方法提高了材料的耐溶剂性和机械性能,但其耐水性提高幅度不大,吸水率降低的幅度也不大。

2环氧树脂及改性环氧树脂类材料

环氧树脂具有优良的机械性能、粘接性能、耐腐蚀性及易成型等优点,但其耐水性能差,耐候性及韧性也较差,单独使用不能满足各种防水需要。因此,需要通过改性赋予其优良的防水、耐候性能及力学柔韧性。

2.1.有机硅改性环氧树脂类材料

有机硅具有优异的电绝缘性能,且热稳定性好、表面能低,可赋予环氧树脂良好的憎水防污性、耐候性、耐热性和耐腐蚀性.并降低环氧树脂的内应力,提高其韧性。

黄月文等用含氢硅油与环氧树脂反应,制备了有机硅改性环氧树脂;材料的耐水接触角可达到96°。Shon 等研究了端氨基和侧氨基聚二甲基硅氧烷对环氧树脂涂膜的改性:发现经过改性后的材料对水接触角可达105%。采用端羟基聚二甲基硅氧烷与双酚A型环氧树脂进行开环聚合制备有机硅改性环氧树脂,其耐水耐酸碱性能也明显提高。虽然硅氧烷改性的环氧树脂类材料具有优异的耐水和耐候性,但聚硅氧烷对环氧树脂耐水性能的提高程度不尽满意,且在环氧树脂固化时,硅氧烷链段会发生相分离而向涂膜表面迁移。尽管这一过程有助于提高疏水效果,但聚硅氧烷自身耐介质性差和强度较低的缺陷会影响材料的综合性能,限制其在电气绝缘领域应用。

2.2氟改性环氧树脂类材料

含氟环氧树脂由于表面张力低,可提高树脂的浸润性、粘结强度、抗水和抗油性,在高性能防水涂料领域应用广泛。氟树脂与环氧树脂混合制备含氟环氧涂料的方法也多见应用,目的是利用环氧树脂优良的粘接性能弥补氟树脂粘接力差的缺点,在保持氟树脂优良耐腐蚀性、低表面能的同时提高树脂粘接力。虽然材料的性能有显著提高,但两种树脂在固化时容易分层而影响性能。因此,研究者尝试将含氟单体接枝到环氧树脂分子链中,或改进含氟单体与环氧树脂的相容性使其能够与环氧基体进行均匀共混,由此实现对氟改性环氧树脂类材料的性能优化。

韩静等以环氧树脂,全氟辛酸,丙烯酸单体等为原料制备了可光固化的环氨全氟辛酸酯丙烯酸酯,涂膜在氟含量为17.5%,接触角能够够达到107°。同时,研究表明利用端异氰酸酯含氟化合物接枝到环氧树脂分子链中,制备得到的含氟环氧树脂具有良好的耐水效果。Sangermano 等在光固化的环氧树脂体系中制备了链段含氟的环氧树脂三维交联结构,其涂膜与水的接触角高达120°。目前已有的研究结果表明,引入少量的含氟单体就可以明显提高环氧树脂类材料的耐水性能,因此对于氟改性环氧树脂类涂料的制备工艺和性能研究更具有意义。胡春梅等采用接枝反应研制了氟、硅同时改性的环氧树脂室温固化高压输电线路防覆冰涂料,材料具有优异超琉水性能及防覆冰效果。

3有机硅类材料

有机硅化合物主要有硅树脂(聚合物)、硅橡胶(聚合物)和硅油三种。用于防水涂层的有机硅聚合物主要是有机硅树脂及有机硅改性的树脂,如聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂等。有机硅橡胶自身及其涂层在电力设施中应用较多,如有机硅橡胶绝缘子和有机硅橡胶防污闪涂料(RTV涂料)等。硅油只在特定条件下使用,如甲基含氢硅油在催化剂作用下缩聚成抗水、防粘膜层。可用做防水或抗粘涂层。

有机硅材料具有优良的电绝缘型、耐高低温、耐电晕、耐潮湿和抗水性,对臭氧、紫外线和大气的稳定性良好,对一般化学药品的抵抗力也好,因而在电力设备特别是绝缘子中广泛使用。但该类材料也存在不少缺点,如涂膜固化时间长、对底层材料附着力差而易于脱落,耐有机溶液性差,温度较高时漆膜机械强度不高,以及价格较贵等。陈劲宇等比较了聚合物材料输水性能对其耐酸碱性的影响,发现室内固化有机硅橡胶(RTV)涂层与含氟材料涂层的性能接近,但其耐盐性能较差。郝犇珂等探讨了室温固化有机硅橡胶涂层的防覆冰特性,指出新型超疏水材料涂层防冰性能大幅度优于RTV涂层。因此采用其他聚合物与有机硅树脂通过物理或化学方法制成改性树脂,可提升其综合性能。

4氟碳树脂类材料

在丙烯酸酯或聚氨酯聚合物的侧链上引入全氟基团,就可以制的全氟碳材料。由于所有元素中氟元素电负性.大,原子半径很小,且形成的C-F键键长短、键能大,因此全氟碳材料具有较好的耐候性、耐寒性、耐高温、耐腐蚀、耐化学及表面自洁性能等。同时,由于侧链所含的全氟基团既憎水又憎油,所以全氟碳材料在防水防油方面可获得广泛应用。

目前国内市场上应用的氟碳树脂,主要以氟烯烃为含氟单体与烷基乙烯醚类共聚,涂膜性能优良,能够适应国内市场需求,但存在施工难度较大、抗渗透性差、耐碱性较差等缺点。研究者试图通过各种改性方法,完善氟碳材料的各类性能以满足应用需求。例如,马慧荣等研究了氟树脂涂料的常温固化反应与其性能关系;张华秋则系统探讨了氟树脂复合涂层的制备与其耐水性能;翁莉等研究了乙烯基硅烷对氟氟碳树脂的改性。

5结语

上述研究进展表明,当聚合物材料中含有氟或者硅原子的基团或单体时,其输水性能、成膜性能和耐候性能等显著提升。单独使用含氟或含硅基团或化合物进行材料改性时,尚存在一些制备工艺及性能方面的不足。采用常规乳液共聚将两种元素或基团同时引入了聚合物体系,在提供材料耐水、耐候、机械强度等综合性能同时,易引入杂质而影响材料的研制中,通过在聚合物基体中同时引入氟、硅基团,探索新的制备方法或工艺除去反应体系中的杂质,在提高防水性能的同时其电源性能及施工条件,有望满足聚合物防水材料在电力行业的应用需求。

联系我们

服务电话: 0917-6652108
服务手机: 13571719331
公司地址: 陕西宝鸡陈仓区阳平火车站西宝防公司
城市分站:  陕西  西安  咸阳 版权所有:Copyright© 2020 陕西宝防建设工程有限公司 备案号:陕ICP备2020014342号技术支持:   万家灯火