電力設(shè)施的絕緣特性直接影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在特殊自然環(huán)境如雨雪、雷暴等條件下,電力設(shè)施常因吸收水分而發(fā)生絕緣破壞。因此，聚合物絕緣材料需要具備一定的防水性能。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的聚合物防水材料大致分為四類,即丙烯酸酯類、環(huán)氧樹脂類、有機(jī)硅類及氟碳樹脂類。這四類聚合物防水材料由于基體本身存在著一些固有缺陷,如粘接性能較差(丙烯酸類)、耐候性差(環(huán)氧類)、固化困難(丙烯酸類和有機(jī)硅類)和抗?jié)B透性差(丙烯酸類和氟碳樹脂)等,直接影響了其在電力設(shè)施的應(yīng)用范圍和效果。近年來,國(guó)內(nèi)外對(duì)上述聚合物防水材料進(jìn)行了較為深入的研究,通過多種改性技術(shù)不斷提升其性能以滿足各類應(yīng)用需要。以下對(duì)這一進(jìn)展進(jìn)行梳理,以期為其在電力設(shè)備絕緣防水中的應(yīng)用提供參考。

1丙烯酸及改性丙烯酸類材料

丙烯酸類防水材料多采用自交聯(lián)的純丙烯酸乳液及多元聚丙烯酸酯乳液為基料，摻加多種助劑配制而成。該類材料具有良好的成膜性，優(yōu)越的耐(臭)氧性、耐油性,且制備工藝簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜,多用于國(guó)內(nèi)普通防水領(lǐng)域。但其耐溫性、防水性、表面張力以及滲透率較差,與金屬基材粘接性能不佳,且在低溫和高潮濕環(huán)境中固化困難,針對(duì)上述缺陷和問題,研究者進(jìn)行了較多改性研究,取得了一定進(jìn)展，但在電力設(shè)施應(yīng)用領(lǐng)域仍受到一定限制。

1.1有機(jī)硅改性丙烯酸酯類材料

有機(jī)硅單體及其聚合物具有低表面張力、低玻璃化溫度、良好的滲透率，以及耐水、耐溫、耐候等性能,在高分子絕緣材料中有重要價(jià)值。通過丙烯酸類化合物與有機(jī)硅進(jìn)行共聚,可實(shí)現(xiàn)材料耐候性、成膜性、黏接力、耐熱性、耐低溫性、疏水性等性能的全面提高。

有機(jī)硅改性丙烯酸樹脂可以采用物理改性法和化學(xué)改性法。將有機(jī)硅氧烷單體直接加入到丙烯酸酯類中進(jìn)行混合改性是.簡(jiǎn)單的物理改性法?；瘜W(xué)改性則需要通過聚硅氧烷和丙烯酸酯之間的化學(xué)反應(yīng)將有機(jī)硅分子和聚丙烯酸酯進(jìn)行結(jié)合,一般有以下三種:(1)含雙鍵的硅氧烷,特別是含雙鍵的硅氧烷低聚物與丙烯酸單體共聚,生成側(cè)鏈含有硅氧烷的梳型共聚物或主鏈含有硅氧烷的共聚物;(2)帶羥基的硅氧烷與含羥基的丙烯酸樹脂通過縮合反應(yīng)生成接枝共聚物;(3)含氫聚硅氧烷與丙烯酸酯(鉑催化劑)進(jìn)行聚合反應(yīng)而得的共聚物。近年來,隨著有機(jī)硅-丙烯酸樹脂共聚物研究的不斷深入,各種聚合方法不斷涌現(xiàn)。

研究表明,在丙烯酸體系中加入有機(jī)硅單體進(jìn)行共聚,可大幅度提高丙烯酸類樹脂的耐水、防水性能。在羥基丙烯酸樹脂的合成過程中引入乙烯基三異丙氧基硅烷單體，制備有機(jī)硅改性的丙烯酸樹脂，涂膜具有優(yōu)良的耐水性和耐溶劑性能。甘孟瑜等以八甲基環(huán)四硅氧烷和乙烯基三乙氧基硅烷為核，丙烯酸類單體為殼,制備了核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液,固化后得到了吸水率極低的優(yōu)質(zhì)涂膜。李淑娟運(yùn)用種子乳液聚合方法,將有機(jī)硅單體引入到丙烯酸酯的主鏈或側(cè)鏈中,大幅度提高了丙烯酸樹脂的防水耐酸堿性能。蔣柏泉等采用預(yù)乳液種子乳液聚合技術(shù)制備了乙烯基三乙氧基硅烷改性的丙烯酸酯乳液，所制備的涂膜與水接觸角可達(dá)到93°,說明其具有良好的疏水性能。Zou等制備了聚硅氧烷-丙烯酸酯復(fù)合材料,其薄膜具有良好的防水性能。這些研究表明,通過在丙烯酸酯的聚合過程中引入硅氧烷單體進(jìn)行共聚,或?qū)⒐柩跬閱误w接枝到聚丙烯酸酯主鏈或側(cè)鏈中，或制備核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅-丙烯酸酯類共聚物,通過硅組分的引入可提高材料的耐水性和耐候性，涂膜的耐水接觸角.高可接近100°。但由于采用的是乳液聚合方法，在制備過程中會(huì)引入大量的表面活性劑、分散劑或其他成分,耐水性能提高的同時(shí)會(huì)影響其電絕緣性能,同時(shí)乳液聚合操作較為復(fù)雜,在生產(chǎn)中易出現(xiàn)批次質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象,且其固化條件較為苛刻,室溫或低溫固化緩慢,因而限制了其在電力設(shè)施防水絕緣中的應(yīng)用。

1.2氟改性的丙烯酸酯類材料

氟原子具有極強(qiáng)的電負(fù)性,共價(jià)鍵鍵能大,與碳原子形成的C-F鍵非常穩(wěn)定,且氟原子在碳鏈外層緊密排列,可有效防止碳鏈的暴露。因此,含氟聚合物表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性、耐腐蝕性和抗氧化等性能。含氟共聚物中的氟烷基具有自動(dòng)向表面富集的趨勢(shì),形成層狀結(jié)構(gòu),從而降低共聚物的表面能,使得含氟聚合物顯示出較強(qiáng)的憎水特性。由于含氟側(cè)鏈有向表面優(yōu)先擴(kuò)散的趨勢(shì),從而使得共聚物膜表面氟含量超過其在共聚物中的平均含量,正是由于這種優(yōu)先的擴(kuò)散,使得用較少含氟單體得到的共聚物就具有良好的抗水、抗油性能。

陳松林等以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯為主要單體,丙烯酸全氟烷基酯為含氟單體，甲基丙烯酸羥乙酯為交聯(lián)單體,采用種子乳液聚合的方法制備了含氟丙烯酸酯共聚物,發(fā)現(xiàn)在氟單體質(zhì)量為總單體質(zhì)量的10%(wt,質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí),膠膜的對(duì)水接觸角能夠達(dá)到92°。鄒鑫等以甲基丙烯酸十二氟庚酯為含氟單體制備了含氟丙烯酸酯乳液，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氟單體含量為25%時(shí)，成膜對(duì)水的接觸角為107°。已有研究表明,通過制備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,在一定含量范圍內(nèi),膠膜表面的含氟量和耐水接觸角隨著氟單體質(zhì)量的提高而提高;而當(dāng)氟單體含量超過20%后這種變化趨勢(shì)不明顯,膠膜對(duì)水的接觸角.高可達(dá)107°。此外,通過先將含氟丙烯酸酯與丙烯酸單體共聚,然后在聚合物側(cè)鏈上引入長(zhǎng)氟碳鏈,使涂膜與水的接觸角高達(dá)120°,極大地提高了其防水性能。上述研究表明,氟改性的丙烯酸酯類材料耐水性能明顯優(yōu)于有機(jī)硅改性的丙烯酸酯類共聚物，耐水接觸角高達(dá)120°，具有非常好的防水效果。

盡管含氟聚合物具有疏水性、疏油性、耐候性、耐腐蝕性和抗氧化性等性能;而含硅聚合物具有較低的玻璃化溫度,優(yōu)良的耐高低溫性、耐氧化降解性和耐候性,以及優(yōu)異的疏水性能。但近年來研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)氟聚合物耐低溫性差,有機(jī)硅聚合物耐化學(xué)介質(zhì)差。因此研究人員提出,在丙烯酸體系中同時(shí)引入氟元素和硅元素,以有效結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)制備出綜合性能優(yōu)異的防水材料。周曉東等在含氟丙烯酸類單體與常規(guī)丙烯酸單體共聚的過程中,引入硅烷偶聯(lián)劑,制備了有機(jī)硅改性的含氟丙烯酸酯樹脂,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單體，然后將氟硅單體與內(nèi)烯酸類單體共聚,當(dāng)氟硅單體含量為15%時(shí),涂膜的耐水接觸角可達(dá)110°以上。但由于所用的改性方法主要是乳液聚合,體系中會(huì)殘留乳化劑等雜質(zhì)而影響材料的電絕緣性能。韓東曉等重點(diǎn)探討了自由基聚合等制備方法對(duì)氟改性丙烯酸酯疏水性能的影響,李文婷則重點(diǎn)探討了接枝反應(yīng)、自由基聚合及RAFT聚合等不同反應(yīng)方法對(duì)丙烯酸酯含氟共聚物的結(jié)構(gòu)與性能的影響。因此，可通過不同反應(yīng)制備方法調(diào)控改性材料的組成結(jié)構(gòu)及電絕緣性能。

1.3聚氨酯改性的丙烯酸酯類材料

Hu等針對(duì)丙烯酸酯耐溶劑性和物理機(jī)械性能較差等缺點(diǎn),將水性聚氨酯通過乳液共混引人丙烯酸樹脂體系中,實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),所制備的涂膜硬度較高，且具有良好的耐介質(zhì)性和回粘性能。有研究表明,丙烯酸酯與水性聚氨酯進(jìn)行共聚,所得復(fù)合乳液的涂膜性能中,耐溶劑性大大提高。瞿金清等通過水性聚氨酯與甲基丙烯酸甲酯共聚的辦法來改善該類材料的涂膜耐水性。張求學(xué)則是通過制備超支化聚酯多元醇改性的聚氨酯/丙烯酸脂復(fù)合乳液提升材料的耐水性及力學(xué)性能。上述研究中,通過丙烯酸酯類單體與聚氨酯共聚的方法提高了材料的耐溶劑性和機(jī)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環(huán)氧樹脂及改性環(huán)氧樹脂類材料

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的機(jī)械性能、粘接性能、耐腐蝕性及易成型等優(yōu)點(diǎn)，但其耐水性能差,耐候性及韌性也較差,單獨(dú)使用不能滿足各種防水需要。因此，需要通過改性賦予其優(yōu)良的防水、耐候性能及力學(xué)柔韌性。

2.1.有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂類材料

有機(jī)硅具有優(yōu)異的電絕緣性能,且熱穩(wěn)定性好、表面能低,可賦予環(huán)氧樹脂良好的憎水防污性、耐候性、耐熱性和耐腐蝕性.并降低環(huán)氧樹脂的內(nèi)應(yīng)力，提高其韌性。

黃月文等用含氫硅油與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，制備了有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂;材料的耐水接觸角可達(dá)到96°。Shon 等研究了端氨基和側(cè)氨基聚二甲基硅氧烷對(duì)環(huán)氧樹脂涂膜的改性:發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改性后的材料對(duì)水接觸角可達(dá)105%。采用端羥基聚二甲基硅氧烷與雙酚A型環(huán)氧樹脂進(jìn)行開環(huán)聚合制備有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂,其耐水耐酸堿性能也明顯提高。雖然硅氧烷改性的環(huán)氧樹脂類材料具有優(yōu)異的耐水和耐候性，但聚硅氧烷對(duì)環(huán)氧樹脂耐水性能的提高程度不盡滿意,且在環(huán)氧樹脂固化時(shí),硅氧烷鏈段會(huì)發(fā)生相分離而向涂膜表面遷移。盡管這一過程有助于提高疏水效果,但聚硅氧烷自身耐介質(zhì)性差和強(qiáng)度較低的缺陷會(huì)影響材料的綜合性能,限制其在電氣絕緣領(lǐng)域應(yīng)用。

2.2氟改性環(huán)氧樹脂類材料

含氟環(huán)氧樹脂由于表面張力低，可提高樹脂的浸潤(rùn)性、粘結(jié)強(qiáng)度、抗水和抗油性，在高性能防水涂料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。氟樹脂與環(huán)氧樹脂混合制備含氟環(huán)氧涂料的方法也多見應(yīng)用，目的是利用環(huán)氧樹脂優(yōu)良的粘接性能彌補(bǔ)氟樹脂粘接力差的缺點(diǎn),在保持氟樹脂優(yōu)良耐腐蝕性、低表面能的同時(shí)提高樹脂粘接力。雖然材料的性能有顯著提高,但兩種樹脂在固化時(shí)容易分層而影響性能。因此，研究者嘗試將含氟單體接枝到環(huán)氧樹脂分子鏈中，或改進(jìn)含氟單體與環(huán)氧樹脂的相容性使其能夠與環(huán)氧基體進(jìn)行均勻共混，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)氟改性環(huán)氧樹脂類材料的性能優(yōu)化。

韓靜等以環(huán)氧樹脂，全氟辛酸，丙烯酸單體等為原料制備了可光固化的環(huán)氨全氟辛酸酯丙烯酸酯，涂膜在氟含量為17.5%時(shí),接觸角能夠夠達(dá)到107°。同時(shí),研究表明利用端異氰酸酯含氟化合物接枝到環(huán)氧樹脂分子鏈中,制備得到的含氟環(huán)氧樹脂具有良好的耐水效果。Sangermano 等在光固化的環(huán)氧樹脂體系中制備了鏈段含氟的環(huán)氧樹脂三維交聯(lián)結(jié)構(gòu),其涂膜與水的接觸角高達(dá)120°。目前已有的研究結(jié)果表明,引入少量的含氟單體就可以明顯提高環(huán)氧樹脂類材料的耐水性能,因此對(duì)于氟改性環(huán)氧樹脂類涂料的制備工藝和性能研究更具有意義。胡春梅等采用接枝反應(yīng)研制了氟、硅同時(shí)改性的環(huán)氧樹脂室溫固化高壓輸電線路防覆冰涂料,材料具有優(yōu)異超琉水性能及防覆冰效果。

3有機(jī)硅類材料

有機(jī)硅化合物主要有硅樹脂（聚合物）、硅橡膠（聚合物）和硅油三種。用于防水涂層的有機(jī)硅聚合物主要是有機(jī)硅樹脂及有機(jī)硅改性的樹脂，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氨酯樹脂等。有機(jī)硅橡膠自身及其涂層在電力設(shè)施中應(yīng)用較多，如有機(jī)硅橡膠絕緣子和有機(jī)硅橡膠防污閃涂料（RTV涂料）等。硅油只在特定條件下使用，如甲基含氫硅油在催化劑作用下縮聚成抗水、防粘膜層?？捎米龇浪蚩拐惩繉?。

有機(jī)硅材料具有優(yōu)良的電絕緣型、耐高低溫、耐電暈、耐潮濕和抗水性，對(duì)臭氧、紫外線和大氣的穩(wěn)定性良好，對(duì)一般化學(xué)藥品的抵抗力也好，因而在電力設(shè)備特別是絕緣子中廣泛使用。但該類材料也存在不少缺點(diǎn)，如涂膜固化時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)底層材料附著力差而易于脫落，耐有機(jī)溶液性差，溫度較高時(shí)漆膜機(jī)械強(qiáng)度不高，以及價(jià)格較貴等。陳勁宇等比較了聚合物材料輸水性能對(duì)其耐酸堿性的影響，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)固化有機(jī)硅橡膠（RTV）涂層與含氟材料涂層的性能接近，但其耐鹽性能較差。郝犇珂等探討了室溫固化有機(jī)硅橡膠涂層的防覆冰特性，指出新型超疏水材料涂層防冰性能大幅度優(yōu)于RTV涂層。因此采用其他聚合物與有機(jī)硅樹脂通過物理或化學(xué)方法制成改性樹脂，可提升其綜合性能。

4氟碳樹脂類材料

在丙烯酸酯或聚氨酯聚合物的側(cè)鏈上引入全氟基團(tuán)，就可以制的全氟碳材料。由于所有元素中氟元素電負(fù)性.大，原子半徑很小，且形成的C-F鍵鍵長(zhǎng)短、鍵能大，因此全氟碳材料具有較好的耐候性、耐寒性、耐高溫、耐腐蝕、耐化學(xué)及表面自潔性能等。同時(shí)，由于側(cè)鏈所含的全氟基團(tuán)既憎水又憎油，所以全氟碳材料在防水防油方面可獲得廣泛應(yīng)用。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上應(yīng)用的氟碳樹脂，主要以氟烯烴為含氟單體與烷基乙烯醚類共聚，涂膜性能優(yōu)良，能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，但存在施工難度較大、抗?jié)B透性差、耐堿性較差等缺點(diǎn)。研究者試圖通過各種改性方法，完善氟碳材料的各類性能以滿足應(yīng)用需求。例如，馬慧榮等研究了氟樹脂涂料的常溫固化反應(yīng)與其性能關(guān)系；張華秋則系統(tǒng)探討了氟樹脂復(fù)合涂層的制備與其耐水性能；翁莉等研究了乙烯基硅烷對(duì)氟氟碳樹脂的改性。

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