绝缘子超疏水表面的制备方法技术

本发明专利技术公开了绝缘子超疏水表面的制备方法，属于材料化学制备技术领域。绝缘子超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：Ⅰ对绝缘子表面进行羟基化处理和硅烷化处理，得到表面改性的绝缘子；Ⅱ将改性F

【技术实现步骤摘要】
绝缘子超疏水表面的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料化学制备
，特别是涉及绝缘子超疏水表面的制备方法。

技术介绍

[0002]输电线路的覆冰灾害是威胁电网安全运行的主要因素之一。与其它类型的电网事故相比，冰灾事故给电网造成的损失更为严重。输电线路覆冰易造成绝缘子闪络、线路跳闸、导线舞动、断线、倒塔(杆)、甚至使电网瘫痪等事故。
[0003]超疏水表面具有大量微米级别的突起，而每个微米级别的突起中又包含许多纳米级别的突起，形成一种独特的微纳复合粗糙结构。具有这种独特微纳结构的表面涂层不仅可以大大提高其疏水性能，同时还大大减少了涂层与污染物的实际接触面积，且利于水珠在涂层表面的形成以及滚动，水珠在自由滚落时可以将表面吸附的大部分污染物一起带走，从而使得该涂层可以较好地实现自清洁防污闪功能。输电线路冰冻灾害的防治方法分为防冰和除冰两大类。防冰是指通过采取各种有效措施，阻止或延缓电力设备覆冰过程，减少电力设备覆冰量，常用的防冰方法就是制备超疏水涂层。目前，超疏水涂层的制备方法也开始被广泛地研究，主要包括：刻蚀法、模板法、自组装法、溶胶
‑
凝胶法、化学气相沉积法、相分离法、静电纺丝法、喷涂法等。但以上方法不是需要特定的设备，就是工艺条件较为苛刻，并且制备成本相对较高，难以用于超疏水涂层的高性价比批量生产，更难以在输电线路现场进行施工。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供绝缘子超疏水表面的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]固体表面的浸润性是由表面化学组成(F
‑
SiO2纳米粒子)和表面粗糙度(羟基化处理和硅烷化处理)共同决定的，因此，超疏水表面可以通过两种方法来制备，即在表面有效构建二元微纳粗糙结构以及在粗糙表面上通过化学、物理方法修饰低表面能物质。本专利技术的超疏水表面的制备工艺简单，对设备和工艺条件要求较低，适合绝缘子超疏水表面制备，克服了现有技术制备绝缘子超疏水表面成本高，效率低，耗时长等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一：一种改性F
‑
SiO2纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将SiO2纳米粒子加入硅烷偶联剂溶液A中，搅拌反应后离心、干燥，得到硅烷化SiO2纳米粒子(硅烷化改性)；
[0009](2)将硅烷化SiO2纳米粒子加入疏水改性剂溶液中，搅拌反应后离心、干燥，得到所述改性F
‑
SiO2纳米粒子(疏水改性)。
[0010]进一步地，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂溶液A由体积比为1:100:5的硅烷偶联剂、乙醇和氨水组成；所述SiO2纳米粒子和硅烷偶联剂溶液A中的硅烷偶联剂的质量/体积比为5g:1mL；所述搅拌反应的时间为24h；所述离心的转速为4000r/min，时间为20min；所述干燥
的温度为80℃，时间为6h。
[0011]进一步地，步骤(2)中，所述疏水改性剂溶液由体积比为1:100:5的疏水改性剂、乙醇和氨水组成；所述硅烷化SiO2纳米粒子和疏水改性剂溶液中的疏水改性剂的质量/体积比为5g:1mL；所述搅拌反应的时间为24h；所述离心的转速为4000r/min，时间为15min；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。
[0012]进一步地，所述疏水改性剂为2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷。
[0013]更进一步地，所述氨水的质量分数为25～28％。
[0014]本专利技术的技术方案之二：一种上述制备方法制备的改性F
‑
SiO2纳米粒子。
[0015]本专利技术的技术方案之三：绝缘子超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：
[0016]Ⅰ对绝缘子表面进行羟基化处理(羟基化改性)和硅烷化处理，得到表面改性的绝缘子；
[0017]经过羟基化改性后，玻璃表面的接触角由53.1
°
降为21.5
°
，表明玻璃表面硅羟基的数量增加，羟基化效果显著。经羟基化处理后，玻璃表面的硅羟基显著增多，因此，经过羟基化处理的玻璃基体较未经处理的玻璃基体更为亲水。另外，其表面大量的硅羟基也为玻璃基体的硅烷化改性提供了接枝位点。
[0018]Ⅱ将上述改性F
‑
SiO2纳米粒子与有机溶剂混合均匀后加入环氧树脂胶粘剂，搅拌混合均匀后喷涂在表面改性的绝缘子上，得到具有超疏水表面的绝缘子。
[0019]喷涂具有工艺简单、适合大面积制备的优点。
[0020]进一步地，步骤Ⅰ中，所述羟基化处理和硅烷化处理具体包括：将绝缘子依次浸入水和乙醇中清洗、烘干后放入紫外臭氧机中进行紫外照射，然后加入硅烷偶联剂溶液B中浸泡，取出烘干，得到所述表面改性的绝缘子。
[0021]进一步地，所述紫外照射的时间为10min；所述硅烷偶联剂溶液B由体积比为1:49的硅烷偶联剂和无水乙醇组成，pH值为4.5～5.5；所述浸泡的时间为2h。
[0022]进一步地，步骤Ⅱ中，所述有机溶剂为乙酸乙酯；所述改性F
‑
SiO2纳米粒子、有机溶剂和环氧树脂胶粘剂的质量/体积比为0.7g:30mL:(0.4～1.0)g。
[0023]本专利技术的技术方案之四：一种上述制备方法制备的具有超疏水表面的绝缘子。
[0024]本专利技术公开了以下技术效果：
[0025](1)本专利技术制备的改性F
‑
SiO2纳米粒子可以形成仿荷叶的超疏水表面，具有大量微米级别的突起，而每个微米级别的突起中又包含许多纳米级别的突起形成一种独特的微纳复合粗糙结构。具有这种独特微纳结构的表面涂层不仅可以大大提高其疏水性能，同时还大大减少了涂层与污染物的实际接触面积，且利于水珠在涂层表面的形成以及滚动，水珠在自由滚落时可以将表面吸附的大部分污染物一起带走，从而使得该涂层可以较好地实现自清洁防污闪功能。
[0026](2)本专利技术的绝缘子超疏水表面的制备方法，对设备和工艺条件要求较低，适合大范围的绝缘子疏水涂层制备，克服了现有技术制备绝缘子超疏水表面成本高，效率低，耗时长等问题。
[0027](3)本专利技术制备的具有超疏水表面的绝缘子疏水性能更强，并且可以延长绝缘子的使用时间及抗污能力。
具体实施方式
[0028]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0029]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0030]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性F
‑
SiO2纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将SiO2纳米粒子加入硅烷偶联剂溶液A中，搅拌反应后离心、干燥，得到硅烷化SiO2纳米粒子；(2)将硅烷化SiO2纳米粒子加入疏水改性剂溶液中，搅拌反应后离心、干燥，得到所述改性F
‑
SiO2纳米粒子。2.根据权利要求1所述的改性F
‑
SiO2纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂溶液A由体积比为1:100:5的硅烷偶联剂、乙醇和氨水组成；所述SiO2纳米粒子和硅烷偶联剂溶液A中的硅烷偶联剂的质量/体积比为5g:1mL；所述搅拌反应的时间为24h；所述离心的转速为4000r/min，时间为20min；所述干燥的温度为80℃，时间为6h。3.根据权利要求1所述的改性F
‑
SiO2纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述疏水改性剂溶液由体积比为1:100:5的疏水改性剂、乙醇和氨水组成；所述硅烷化SiO2纳米粒子和疏水改性剂溶液中的疏水改性剂的质量/体积比为5g:1mL；所述搅拌反应的时间为24h；所述离心的转速为4000r/min，时间为15min；所述干燥的温度为80℃，时间为12h。4.根据权利要求3所述的改性F
‑
SiO2纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述疏水改性剂为2H<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，荣汝钞，王敏珍，倪虹霞，张萧，刘丽，赵立英，齐恩铁，刘爽，孙晓婷，武鹏飞，陈海燕，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：