專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種疏水性界面的制備方法，特別涉及一種在酸堿環(huán)境下可 提高表面疏水性能的高壓硅橡膠絕緣子涂層的制備方法，
背景技術(shù)：
疏水性涂層具有自清潔性能應(yīng)用廣泛，近年來(lái)人們對(duì)材料表面的疏水性
涂層研究越來(lái)越重視，已經(jīng)制備出了許多超疏水性(表面靜態(tài)接觸角大于150 度)涂層。但是，這些涂層有的制備方法工藝復(fù)雜，有的成本昂貴。并且這 些涂層都是在中性環(huán)境下具有超疏水性能，但在酸堿性環(huán)境下仍保持良好的 超疏水性能涂層的研究目前并未見(jiàn)有公開(kāi)報(bào)道。如用于高壓絕緣子上的硅橡 膠表面的涂層，特別是提高酸堿環(huán)境下疏水性能的涂層技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于高壓絕緣子上的硅橡膠表面在酸堿環(huán)境 下仍具有高的疏水性能涂層的制備方法。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，包括下述步驟
(1) 以正硅酸乙酯為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條件下，按 照正硅酸乙酯無(wú)水乙醇氨水=1: 20: 1的質(zhì)量比混合后，在30-65"C溫度 下攪拌，制備出二氧化硅溶膠；
(2) 將步驟(1)的二氧化硅溶膠進(jìn)行改性處理，加入5-10wt。/。的硅垸偶聯(lián)劑， 在室溫下攪拌，然后進(jìn)行真空除泡處理；
(3) 對(duì)硅橡膠絕緣子表面進(jìn)行清潔處理，在含有3wt。/。硅垸偶聯(lián)劑的甲醇溶 液中浸漬5-10分鐘，取出后自然晾干；(4) 將硅橡膠絕緣子在步驟(2)改性的二氧化硅溶膠中進(jìn)行提拉法鍍膜，在 瓷絕緣子表面形成一次涂層，自然晾干后放入烘箱中100-120攝氏度熱處理;
(5) 將三甲基氯硅烷(TMCS)、氫氟硅酸和去離子水按照摩爾比=5:2:30-50
混合后攪拌至少3小時(shí)，然后陳化得到黃色透明的氟硅烷溶膠；
(6) 把步驟(4〉制備好一次涂層的瓷絕緣子浸入到步驟(5)氟硅垸溶膠中提拉
法再次鍍膜，然后放入烘箱中100-120攝氏度熱處理，得到表面平整透明的 耐酸堿疏水性涂層。
上述方法中，所述步驟(2)中的硅垸偶聯(lián)劑可采用N- P -氨乙基-y -氨丙 基甲基二甲氧基硅烷、N- P -氨乙基-Y -氨丙基三甲氧基硅烷或 Coatosill770GE。所述步驟(3)中的硅垸偶聯(lián)劑采用N-0 -氨乙基-Y -氨丙基 甲基二甲氧基硅烷或N- 0 -氨乙基-Y -氨丙基三甲氧基硅烷的一種。所述步 驟(5)中的陳化是在攪拌4小時(shí)后在30±5攝氏度靜置一晝夜。
本發(fā)明根據(jù)疏水性原理，仿照自然界的具有超疏水性的生物的結(jié)構(gòu)與性 質(zhì)，自行配制了硅溶膠，并且加入偶聯(lián)劑使其改性，在硅橡膠絕緣子表面成 膜構(gòu)建出了與自然界超疏水性生物相似的粗超結(jié)構(gòu)，然后制備出具有較低表 面能的氟硅烷溶膠二次鍍膜。利用溶膠凝膠技術(shù)，采用簡(jiǎn)單的提拉法鍍膜， 并通過(guò)熱處理技術(shù)得到了在酸堿環(huán)境下仍具有疏水性的表面涂層。
本發(fā)明根據(jù)疏水性原理，利用溶膠凝膠技術(shù)，采用簡(jiǎn)單的提拉法鍍膜， 仿照自然界的具有超疏水性的生物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，自行配制了硅溶膠，并且 加入偶聯(lián)劑使其改性，并在硅橡膠絕緣子表面成膜，構(gòu)建出與自然界芋頭葉 子相似的微納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，然后再利用具有低表面能耐酸堿的氟硅垸溶膠 進(jìn)行二次涂膜修飾，并通過(guò)簡(jiǎn)單熱處理得到了在酸堿環(huán)境下仍具有高的疏水 性能的涂層。


圖1為硅橡膠絕緣子表面水滴接觸狀態(tài)對(duì)比照片。其中，圖1 (a)為未 鍍膜緣子表面水滴的接觸狀態(tài)；圖1 (b)為鍍膜后絕緣子表面水滴的接觸狀 態(tài)；圖l (c)為膜層經(jīng)過(guò)酸性溶液腐蝕5h后水滴的接觸狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
(1) 以正硅酸乙酯(TE0S)為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條
件下，按照正硅酸乙酯無(wú)水乙醇氨水=1: 20: 1的質(zhì)量比混合后，在65 'C溫度下攪拌，制備出二氧化硅溶膠；
(2) 將步驟(1)的二氧化硅溶膠進(jìn)行改性處理，加入7wt9&的硅烷偶聯(lián)劑，在 室溫下攪拌，然后進(jìn)行真空除泡處理；
(3) 對(duì)硅橡膠絕緣子表面進(jìn)行清潔處理，在含有3w"/。N-(3-氨乙基i-氨丙基 甲基二甲氧基硅烷的甲醇溶液中浸漬5分鐘，取出后自然晾干；
(4) 將硅橡膠絕緣子在步驟(2)改性的二氧化硅溶膠中進(jìn)行提拉法鍍膜，在
瓷絕緣子表面形成一次涂層，自然晾干后放入烘箱中100攝氏度熱處理；
(5) 將三甲基氯硅烷(TMCS)、氫氟硅酸和去離子水按照摩爾比=5:2:40 混合后攪拌至少4小時(shí)，然后在30攝氏度靜置一晝夜，得到黃色透明的氟硅 垸溶膠；
(6) 把步驟(4)制備好一次涂層的瓷絕緣子浸入到步驟(5)氟硅垸溶膠中提拉 法再次鍍膜，然后放入烘箱中120攝氏度熱處理，得到表面平整透明的耐酸 堿疏水性涂層。
實(shí)施例2
(1) 以正硅酸乙酯(TEOS)為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條
件下，按照正硅酸乙酯無(wú)水乙醇氨水=1: 20: 1的質(zhì)量比混合后，在30 。C溫度下攪拌，制備出二氧化硅溶膠；
(2) 將步驟(1)的二氧化硅溶膠進(jìn)行改性處理，加入5wt。/。的N-j3-氨乙基-Y-氨丙基三甲氧基硅烷，在室溫下攪拌，然后進(jìn)行真空除泡處理；
(3) 對(duì)硅橡膠絕緣子表面進(jìn)行清潔處理，在含有3wty。N-P-氨乙基-Y-氨丙基 三甲氧基硅垸的甲醇溶液中浸漬5分鐘，取出后自然晾干；
(4) 將硅橡膠絕緣子在步驟(2)改性的二氧化硅溶膠中進(jìn)行提拉法鍍膜，在 瓷絕緣子表面形成一次涂層，自然晾干后放入烘箱中120攝氏度熱處理；(5) 將三甲基氯硅烷(TMCS)、氫氟硅酸和去離子水按照摩爾比二5:2:30 混合后攪拌至少6小時(shí)，然后在25攝氏度靜置一晝夜，得到黃色透明的氟硅 烷溶膠；
(6) 把步驟(4)制備好一次涂層的瓷絕緣子浸入到步驟(5)氟硅垸溶膠中提拉 法再次鍍膜，然后放入烘箱中IOO攝氏度熱處理，得到表面平整透明的耐酸 堿疏水性涂層。
實(shí)施例3
(1) 以正硅酸乙酯(TEOS)為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條 件下，按照正硅酸乙酯無(wú)水乙醇氨水=1: 20: l的質(zhì)量比混合后，在50 。C溫度下攪拌，制備出二氧化硅溶膠；
(2) 將步驟a)的二氧化硅溶膠進(jìn)行改性處理，加入10機(jī)％的
Coatosill770GE，在室溫下攪拌，然后進(jìn)行真空除泡處理；
(3) 對(duì)硅橡膠絕緣子表面進(jìn)行清潔處理，在含有3wt。/。N-p-氨乙基-y-氨丙基 甲基二甲氧基硅烷的甲醇溶液中浸漬8分鐘，取出后自然晾干；
(4) 將硅橡膠絕緣子在步驟(2)改性的二氧化硅溶膠屮進(jìn)行提拉法鍍膜，在 瓷絕緣子表面形成一次涂層，自然晾干后放入烘箱中H0攝氏度熱處理；
(5) 將三甲基氯硅烷(TMCS)、氫氟硅酸和去離子水按照摩爾比=5:2:50 混合后攪拌3小時(shí)，然后在35攝氏度靜置一晝夜，得到黃色透明的氟硅烷溶 膠；
(6) 把步驟(4)制備好一次涂層的瓷絕緣子浸入到步驟(5)氟硅烷溶膠中提拉 法再次鍍膜，然后放入烘箱中uo攝氏度熱處理，得到表面平整透明的耐酸 堿疏水性涂層。
如圖1所示，硅橡膠表面鍍膜(實(shí)施例1)后接觸角明顯高于未鍍膜的 表面。鍍膜前硅橡膠表面的靜態(tài)接觸角僅為102.3° [圖1 (a)]，鍍膜后接觸 角達(dá)到128.9° [圖1 (b)]。在酸堿環(huán)境下，隨著腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)，靜態(tài)接觸 角發(fā)生變化。在堿性條件下，腐蝕lh以下，硅橡膠鍍膜前后靜態(tài)接觸角均降 低，但鍍膜后降低比較小，腐蝕lh以上鍍膜前后靜態(tài)接觸角均增大。腐蝕 3h時(shí)，靜態(tài)接觸角達(dá)到最大。腐蝕3h以上，鍍膜前后的硅橡膠表面的靜態(tài)接觸角均變化不大，保持穩(wěn)定。但此時(shí)鍍膜后的硅橡膠的靜態(tài)接觸角比未鍍 膜的大。在酸性環(huán)境下，在腐蝕前2h內(nèi)，鍍膜前后硅橡膠的靜態(tài)接觸角均減 小，但鍍膜后的硅橡膠表面靜態(tài)接觸角減小的較慢，在腐蝕2h后，鍍膜前后 靜態(tài)接觸角隨腐蝕時(shí)間的增加而增加，在腐蝕5h時(shí)，靜態(tài)接觸角均達(dá)到最大
值。鍍膜后硅橡膠表面經(jīng)過(guò)酸性環(huán)境腐蝕5h后靜態(tài)接觸角達(dá)到140.7° [圖l (c)]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未鍍膜硅橡膠的表面的靜態(tài)接觸角113° 。
權(quán)利要求
1、一種硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，其特征在于，包括下述步驟(1)以正硅酸乙酯為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條件下，按照正硅酸乙酯無(wú)水乙醇氨水＝1201的質(zhì)量比混合后，在30-65℃溫度下攪拌，制備出二氧化硅溶膠；(2)將步驟(1)的二氧化硅溶膠進(jìn)行改性處理，加入5-10wt％的硅烷偶聯(lián)劑，在室溫下攪拌，然后進(jìn)行真空除泡處理；(3)對(duì)硅橡膠絕緣子表面進(jìn)行清潔處理，在含有3wt％硅烷偶聯(lián)劑的甲醇溶液中浸漬5-10分鐘，取出后自然晾干；(4)將硅橡膠絕緣子在步驟(2)改性的二氧化硅溶膠中進(jìn)行提拉法鍍膜，在瓷絕緣子表面形成一次涂層，自然晾干后放入烘箱中100-120攝氏度熱處理；(5)將三甲基氯硅烷(TMCS)、氫氟硅酸和去離子水按照摩爾比＝5:2:30-50混合后攪拌至少3小時(shí)，然后陳化得到黃色透明的氟硅烷溶膠；(6)把步驟(4)制備好一次涂層的瓷絕緣子浸入到步驟(5)氟硅烷溶膠中提拉法再次鍍膜，然后放入烘箱中100-120攝氏度熱處理，得到表面平整透明的耐酸堿疏水性涂層。
2、 如權(quán)利要求1所述的硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，其特征在于， 所述步驟(2)中的硅烷偶聯(lián)劑可采用N-3 -氨乙基-y -氨丙基甲基二甲氧基硅 烷、N- 3 -氨乙基-y -氨丙基三甲氧基硅烷或Coatosill770GE。
3、 如權(quán)利要求1所述的硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，其特征在于， 所述步驟(3)中的硅烷偶聯(lián)劑采用N- P -氨乙基-y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷 或N- P -氨乙基-y -氨丙基三甲氧基硅烷的一種。
4、 如權(quán)利要求1所述的硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，其特征在于， 所述步驟(5)中的陳化是在攪拌4小時(shí)后在30±5攝氏度靜置一晝夜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅橡膠表面疏水性涂層的制備方法，該方法以正硅酸乙酯為前軀體，無(wú)水乙醇為熔劑，在堿性催化的條件下，制備出二氧化硅溶膠，并加入硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)其進(jìn)行改性處理；硅橡膠絕緣子表面清潔處理后，浸入改性的二氧化硅溶膠中進(jìn)行提拉法鍍膜，形成一次涂層，得到具有類(lèi)似于芋頭葉子的微納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)；干燥后再浸入自制的氟硅烷溶膠中提拉法二次鍍膜，然后放入烘箱中100-120攝氏度熱處理。一次涂層微納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)具有低表面氟硅烷溶膠二次鍍膜修飾，得到能耐酸堿的透明的的疏水性涂層。
文檔編號(hào)C08J7/00GK101434709SQ20081023274
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者喬冠軍, 蕊 周, 彭宗仁, 金志浩, 金海云, 高乃奎 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)