摘要:以107硅橡膠為基礎聚合物、白炭黑為填料，經捏合制得基料。基于相變遷移原理，通過篩選一定摩爾質量的烷烴和經烷烴修飾的偶聯劑為低溫遷移助劑，制得低溫高遷移型防污閃涂料，研究了其憎水遷移性能。結果表明:添加烷烴、經烷烴修飾后的偶聯劑，或兩種助劑并用時，可大幅提升低溫下涂料的憎水遷移性，較佳用量為2.5%~5%，低溫高遷移型涂料不僅在低溫環境下有較好的憎水遷移性，且在常溫下24h內即可發揮憎水遷移性，其憎水分級可達HC1~HC2級，低溫高遷移型防污閃涂料具有一定“自清潔”作用，在防覆冰等領域有潛在應用。

　　關鍵詞:低溫，憎水遷移性，防污閃涂料，相變，烷烴

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　　室溫硫化(RTV)硅橡膠涂料作為一種電力設備外絕緣防護材料，長時間運行在戶外，使用過程中涂層要經受溫度變化、濕度變化、紫外光照射、風雨洗刷、放電燒蝕等多種環境因素的作用，往往會出現涂層憎水性下降或喪失、龜裂、電蝕損、剝落等現象[1]，但其中最受關注的是，RTV硅橡膠涂層在低溫下普遍不具備憎水遷移性，因而難以在低溫下較好發揮防污閃作用。

　　憎水遷移性是指硅橡膠表面臟污后，硅橡膠可以把本身的憎水性遷移到污穢層表面，使污穢層表面也具有憎水性。目前國內對憎水遷移機理的認識主要分為2種[2-3]:一是小分子遷移理論，另一種是硅橡膠分子理論。大部分觀點認為小分子物質的遷移是發揮憎水遷移性的主要機制，即涂層表面積污時，未與其它分子交聯的小分子硅氧烷從本體遷移到表面，進而再遷移到污穢表面，使污穢層也具備了疏水性能。評價方法按DL/T864—2004，測試染污樣品遷移96h后的表面靜態接觸角和噴水分級特征，當靜態接觸角大于110°，噴水分級為HC2~HC3級(新樣品)或HC3~HC4級(已運行樣品)，即表明其具有憎水遷移性。

　　基于對遷移機理的認識，研究者們嘗試通過調整小分子硅油的用量和種類來提高RTV硅橡膠涂層的憎水遷移性。如采用三甲基硅氧基封端低聚物[3]，或增加低摩爾質量硅橡膠的用量[4]，這些方法在常溫下能夠收到一些效果，但這些小分子物質在低溫下活性均會降低，難以發揮原有的憎水遷移性。在溫度對硅橡膠復合材料憎水遷移性的研究方面，很多學者注重的是常溫及更高溫度時的影響[5]，而忽略了較低溫度下的遷移特性。然而值得關注的是，污閃往往多發于冬季凌晨且多伴有強霧霾等天氣，溫度較低且環境污穢濃度較大。污穢濃度大進一步導致污層的快速積累，繼而導致硅橡膠材料憎水性能下降，且低溫環境又使得小分子物質活性降低，以至于慢到幾乎不出現明顯的憎水遷移現象，在這種快速積污和低溫雙重因素協同影響下的硅橡膠材料極易喪失防污閃作用[6]。

　　例如2001年東北、華北大面積污閃事故中，發生污閃的線路均在2000年11、12月分別進行過清掃，且很多線路已換為硅橡膠復合絕緣子，這表明冬季霧霾天氣極易造成污閃，如果僅靠清掃或采用小分子物質提升RTV硅橡膠涂層遷移性來預防污閃是遠遠不夠的。作為電力戶外設備表面長期服役的有機材料，其不僅應在春夏等季節發揮良好的憎水遷移性，還需要在其它環境下也發揮良好的憎水遷移作用。因此，考察涂料在冬季及霧霾環境下的憎水遷移性優良與否，并提升防污閃涂層在低溫下的憎水遷移速率顯得尤為重要[7]。相變材料在其相變溫度附近發生相變，釋放或吸收熱量，從一個相態轉變為另一個相態，同時從原相態中脫離出來,這一特征在許多領域具有應用價值，本實驗基于這一特征開展了低溫遷移性研發工作。因烷烴具有優異的疏水性，且實際環境的低溫條件與烷烴的相變溫度有較好的對應關系。當選擇適宜相變溫度的烷烴小分子時，可實現低溫下的快速憎水性遷移，因此選擇烷烴結構的小分子試劑作為疏水性遷移小分子。

　　常溫下，烷烴可均勻分散于涂層體系中，當環境溫度降低時，烷烴分子會因放熱而發生相變從橡膠體系中脫離出來，并遷移到涂層表面。由于烷烴具有較高疏水性，因此可以使涂層和遷移后的涂層表面具備良好的疏水性。此外，當涂層表面附有污穢時，烷烴疏水小分子可以相變遷移到污穢層，使得污穢也具有疏水性，從而發揮防污閃的作用，且烷烴小分子在相變遷移過程中可間接發揮一定的降低污穢附著力的效果，起到“自清潔”作用。當環境溫度回升到常溫時，烷烴分子吸熱熔融，又重新相變回到硅橡膠體系中，由此實現基于環境溫度的自動調控。除上述烷烴之外，還可以其它方式將烷烴這種特質間接引入體系，如烷烴接枝改性的硅烷偶聯劑、烷烴改性硅油以及含氟烷烴改性的硅油等。

　　本實驗基于材料相變遷移原理，開發了一種在低溫下能夠快速發揮憎水遷移性的防污閃涂料，并對其低溫和常溫時的憎水遷移性能進行了考察，以期解決染污硅橡膠絕緣材料在低溫下無法發揮憎水遷移作用而喪失防污閃性能的問題。

　　1實驗

　　1.1主要原料及設備

　　107硅橡膠:黏度3000~100000mm2/s，瓦克化學股份有限公司，氣相法白炭黑、甲基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷、壬烷~二十四烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十四烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷及乙氧基硅烷:AR，市售，長鏈烷烴改性硅油、含氟硅油:黏度300~1000mPa􀅰s，市售。捏合機:NH，山東龍興化工集團，三輥機:SM-65，山東龍興化工集團，分散砂磨多用機:SF400，常州自力化工機械有限公司，低溫及霧霾模擬實驗室:自建。

　　1.2防污閃涂料的制備

　　基料:取107硅橡膠80~200份，白炭黑8~30份，氫氧化鋁30~60份，顏料0~10份等加入捏合機中混合均勻，130℃高溫捏合脫水處理后即得基料。防污閃涂料:取上述基料100份，加入80~200份稀釋劑高速分散混合均勻后，按后續實驗設計的配比和數量加入各種遷移助劑、緩釋劑0~10份，充分攪拌均勻后，加入交聯劑3~10份、催化劑0.02~1份，混合均勻后出料灌裝。樣片:將上述涂料倒入模具，室溫硫化成型，待完全干燥后形成厚度約3~6mm的樣片備用。

　　1.3性能測試

　　低溫遷移性:本實驗在自搭建的低溫及霧霾模擬實驗室進行，其實驗溫度條件根據北方冬季特征溫度(-10~10℃)確定[8-10]，實驗中選擇-10~-5℃溫度范圍進行低溫遷移性實驗。按DL/T864—2004將涂層樣片在室溫下用浸涂方法染污，染污后的樣片需放置在干燥環境下2h，使表面水分蒸發完全，然后放入上述低溫環境中96h后取出測試。低溫下憎水遷移性:測試憎水遷移性時應該盡量保證環境溫度不宜太高，將試片置于0~5℃環境下，在10min內完成測試。否則應再次放入低溫環境放置1h后再取出測試。

　　2結果與討論

　　2.1利用烷烴提升

　　涂料低溫時的憎水遷移性按1.2中制備涂料的步驟配制樣品，其中添加的遷移助劑配比及數量和測試的硫化后樣片的遷移，添加烷烴后，涂料可實現低溫下的憎水遷移性，且較佳用量為涂料質量的2.5%~5%。應用緩蝕劑減緩釋放速率時，可延長材料的服役壽命。同時選擇其它種類的烷烴，如壬烷~二十四烷，測試后發現其均能不同程度發揮低溫憎水遷移作用，但添加總量不宜超過40份。

　　2.2利用烷烴改性偶聯劑提升涂料低溫時的憎水遷移性

　　為了發揮更久的低溫遷移性能，考慮將烷烴分子鏈接枝到偶聯劑或交聯劑上。本實驗以十六烷基三甲氧基硅烷為例，對涂料的室溫和低溫憎水遷移性能進行了測試，十六烷基三甲氧基硅烷對提升涂料的室溫和低溫下的憎水遷移性都有較好效果，較佳添加量為2.5%~5%。另對其它烷基修飾的偶聯劑作了測試，效果類似。此外，添加低含氟硅油和長烷基鏈改性硅油等助劑，也都對涂料的低溫憎水遷移性有一定提升作用。

　　2.3低溫高遷移性防污閃涂料的性能

　　2.3.1涂層外觀將新制備涂料鋪成的樣片S1，置于-10~-5℃環境中，1h后取出并觀察其表面變化,溫度不斷升高時，表面發生的變化，可見低溫下小分子烷烴發生相變后富集到樣片表面，當樣片溫度升高，小分子烷烴從表面消失，又重新發生相變熔融，滲透回硅橡膠體系中。通過這種隨溫度而發生的相變，能夠較好地解決在低溫環境下小分子硅油分子無法快速遷移的問題。

　　2.3.2低溫時涂層的憎水遷移性

　　按DL/T810—2002附錄B中刷涂染污方法對新配制的樣品S2和樣品S3進行涂污，污層干燥后于低溫(-10~-5℃)下放置96h，測其憎水遷移性。其中，S2采用普通RTV硅橡膠涂料，S3則同時采用烷烴和經烷烴修飾的偶聯劑處理的涂料。由圖5可見，噴水測試發現，向放入低溫環境遷移的染污普通涂層上噴水時能完全浸潤污穢，向研制的新涂層表面噴水時無法浸潤污穢，而是呈分離的水珠狀態，這說明該涂層在低溫下仍然能夠發揮憎水遷移作用，疏水性物質能夠遷移到表面的污穢上，從而使得污穢也具有憎水作用。

　　由此表明，添加烷烴和烷烴修飾過的偶聯劑可以較好地提高涂料的憎水遷移性，而普通樣片不具備低溫下的憎水遷移性。此外，上述涂污樣片的實測等值附鹽密度達到1.25mg/cm2，比標準規定的0.1mg/cm2高出10倍。如果通過調整涂刷方式，將涂污樣片的灰密和鹽密的實際濃度控制在0.1mg/cm2和0.5mg/cm2，則測得的憎水遷移效果將更好。改善積污后的憎水遷移性，當水珠以靜態方式滴到污層上時，水滴不會鋪展，而是以水珠形態滾動，污層的靜態接觸角很大，可達到142°，但噴水分級測試時，水珠形狀不及靜態水珠接觸角大，這可能是噴水時水束的沖擊力破壞了表面結構造成的。

　　3結論

　　利用烷烴的相變遷移性質，研制了低溫下憎水遷移性大幅提升的低溫高遷移型防污閃涂料，且通過實現發現:添加烷烴、經烷烴修飾后的偶聯劑，或兩種助劑并用時，可大幅提升低溫下涂料的憎水遷移性，較佳用量為2.5%~5%，低溫高遷移型涂料不僅在低溫環境下有較好的憎水遷移性，且在常溫下24h內即可發揮憎水遷移性，其憎水分級可達HC1~HC2級，低溫高遷移型防污閃涂料具有一定“自清潔”作用，在防覆冰等領域有潛在應用。