Поверхностно-модифицированная электроизоляционная система
Поверхностно-модифицированная электроизоляционная система, используемая для электрической изоляции наружной установки, которая позволяет, чтобы мусор и загрязняющие вещества, осажденные на поверхности, были удалены дождем, т.е. самоочищалась, имеет сверхгидрофобную поверхность, содержащую композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, которая содержит, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости другие добавки, в которой по меньшей мере, один наполнитель выбран из группы, содержащей неорганические оксиды, неорганические гидроксиды и неорганические метагидроксиды, и поверхность электроизоляционной системы представляет собой структурированную поверхность с ее микро- и наноразмерными характеристиками, причем указанная поверхность покрыта жидким гидрофобным соединением; описан также способ изготовления электроизоляционной системы. Изобретение обеспечивает получение высокостойкой и долговечной электрической изоляции. 3 н. и 28 з.п. ф-лы.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к поверхностно-модифицированной электроизоляционной системе, включающей композицию синтетического полимера, содержащую выбранный наполнитель, причем поверхность указанной электроизоляционной системы является сверхгидрофобной. Также настоящее изобретение относится к способу получения поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы, имеющей сверхгидрофобную поверхность.
Уровень техники
Для электрической изоляции наружной установки обычно требуется, чтобы такая электрическая изоляция имела гидрофобную поверхность, которая позволяет, чтобы мусор и загрязняющие вещества, осажденные на поверхности, были удалены дождем, что приводит к самоочищению. Такие самоочищающиеся поверхности изготовляются, например, из силиконового каучука или композиций гидрофобных циклоалифатических эпоксидных смол. Эти материалы классифицируются как гидрофобные вследствие того, что они имеют поверхностный угол смачивания водой в диапазоне 90-140°. Эффективность самоочищения может быть увеличена за счет увеличения поверхностного угла смачивания водой выше 140°. Поверхность, имеющая поверхностный угол смачивания водой выше 140°, обычно относится с сверхгидрофобным поверхностям. Известно, что таких высоких поверхностных углов смачивания добиваются нанесением на изоляционный материал покрытия с так называемым эффектом лотоса. Чтобы получить сверхгидрофобную поверхность, внешний слой поверхности должен быть гидрофобным, и предпочтительно, чтобы этот слой был структурирован в микро- или нанодиапазоне толщины.
Документ WO 2006/044642 раскрывает способ применения материалов с эффектом лотоса в качестве сверхгидрофобного защитного покрытия для систем наружной электрической изоляции. Внесенный материал с эффектом лотоса формирует вторичное покрытие как дополнительный слой на материале подложки, в результате чего материал подложки не влияет на свойства поверхности, обеспечиваемые вторичным материалом покрытия. Существенным недостатком использования вторичного покрытия состоит в том, что долговечность материала покрытия часто зависит от степени прилипания покрытия к подложке. Другим недостатком является то, что свойства покрытия, например, диэлектрические свойства и стойкость к ультрафиолетовому облучению, будут неизбежно отличаться от тех же свойств подложки. Чтобы решить эту проблему, документ WO 2006/044642 предлагает добавить УФ-стабилизаторы и ингибиторы горения в материал с эффектом лотоса.
Раскрытие изобретения
В настоящее время установлено, что есть возможность получать поверхность электрического изолятора, которая проявляет эффект лотоса и в то же время обладает теми же свойствами, например, диэлектрическими свойствами и стойкостью к ультрафиолетовому излучению, как материал подложки электрического изолятора. Кроме того, устранена проблема, вызванная раздельным покрытием. В соответствии с настоящим изобретением это достигается с помощью обработки поверхности изолятора таким образом, что получается «структурированная поверхность» изолятора. Под структурированной поверхностью подразумевается, что поверхность находится в нативном (естественном) состоянии, т.е. поверхность изолятора присутствует со своими микромасштабными и наномасштабными характеристиками. Эти характеристики требуются для создания на их основе эффекта лотоса в соответствии с настоящим изобретением. Структурированная поверхность материала изолятора получается, например, путем пескоструйной обработки поверхности материала подложки. Структурированная поверхность материала изолятора обрабатывается жидким гидрофобным соединением. Таким жидким гидрофобным соединением может быть, например, жидкий полисилоксан, при помощи которого на поверхности создается тонкий слой гидрофобного соединения, причем в результате указанная поверхность становится сверхгидрофобной. Кроме того, жидким гидрофобным соединением может быть амфифильное соединение, которым структурированная поверхность материала изолятора обрабатывается в течение достаточно продолжительного промежутка времени, до тех пор, пока не сформируется поверхность с самоорганизующимся монослоем (SAM). Также возможна комбинированная обработка структурированной поверхности, т.е. структурированная поверхность обрабатывается амфифильным соединением и затем жидким гидрофобным соединением, например, жидким полисилоксаном.
Обработка жидким гидрофобным соединением, таким как жидкий полисилоксан, может осуществляться или путем обработки структурированной поверхности непосредственно гидрофобным соединением, или путем введения гидрофобной добавки в подложку, или с помощью комбинирования обоих способов. Жидкий гидрофобный материал может диффундировать изнутри композиции изолятора на поверхность изолятора и создавать тонкий слой жидкого гидрофобного материала на структурированной поверхности, превращая указанную поверхность в сверхгидрофобную.
Существенным признаком настоящего изобретения также является то, что материал изолятора содержит неорганический наполнитель, такой как двуокись кремния или оксид алюминия, который, по меньшей мере, частично наносят на поверхность и вводят в естественной форме с помощью пескоструйной обработки.
Самоорганизующиеся монослои (SAM) формируются из так называемых амфифильных молекул, то есть молекул, которые имеют различные химические свойства на каждом конце молекулы. Типичными примерами являются соединения, соответственно молекулы, которые на одном конце являются водоотталкивающими, т.е. являются гидрофобными из-за наличия водоотталкивающей концевой группы, и на другом конце являются гидрофильными благодаря наличию сродства к воде на этом другом конце. При применении самоорганизующегося монослоя (SAM) к поверхности, такие свойства поверхности, как поверхностная энергия, могут изменяться, и в связи с этим гидрофильная поверхность может быть преобразована в гидрофобную поверхность.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение определяется формулой изобретения. Настоящее изобретение относится к поверхностно-модифицированной электроизоляционной системе, имеющей сверхгидрофобную поверхность, причем изоляционная система содержит композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, которая содержит, по меньшей мере, один наполнитель и, при необходимости, дополнительные добавки, характеризующаяся тем, что:
(i) указанный синтетический полимер выбран из электроизолирующих термопластичных и термореактивных полимеров;
(ii) по меньшей мере, один наполнитель выбран из группы, содержащей неорганические оксиды, неорганические гидроксиды и неорганические метагидроксиды;
(iii) по меньшей мере, один наполнитель присутствует в электроизоляционной системе в количестве в диапазоне около 60-80 масс.%, рассчитанного по отношению к общему весу электроизоляционной системы; и
(iv) поверхность электроизоляционной системы находится в виде структурированной поверхности с ее микро- и наноразмерными характеристиками, причем указанная структурированная поверхность покрывается жидким гидрофобным соединением.
Указанное жидкое гидрофобное соединение, которым покрыта или обработана структурированная поверхность электроизоляционной системы, соответственно которое покрывает структурированную поверхность электроизоляционной системы, предпочтительно выбрано из жидких органополисилоксанов, и предпочтительней из циклических органополисилоксанов и/или олигомерных органополисилоксанов с низким молекулярным весом. Кроме того, указанная структурированная поверхность, покрытая жидким гидрофобным соединением, может быть покрыта самоорганизованным монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения, причем указанный самоорганизованный монослой (SAM) при необходимости может быть дополнительно покрыт жидким гидрофобным соединением.
Настоящее изобретение также относится к способу получения поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы, имеющей сверхгидрофобную поверхность. Еще настоящее изобретение относится к применению указанной поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы в качестве электроизоляционной системы в электрической аппаратуре. Кроме того, настоящее изобретение относится к электрическим изделиям, содержащим указанную поверхностно-модифицированную электроизоляционную систему.
Поверхностно-модифицированная электроизоляционная система в соответствии с настоящим изобретением содержит композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера. Указанный полимер может быть выбран из полимеров, известных в технике и применяемых в электроизоляционных композициях, таких как полиэфиры, например, поли(метил-метакрилат) или поли(алкилакрилонитрил), или термореактивные полимеры, такие как полиуретаны или композиции эпоксидных смол. Предпочтительными являются композиции эпоксидных смол, особенно циклоалифатические композиции эпоксидных смол. Указанные композиции эпоксидных смол обычно содержат эпоксидную смолу, отвердитель, отверждающий агент для ускорения процесса отверждения, а также другие добавки. Эти соединения известны сами по себе.
Циклоароматические и циклоалифатические соединения на основе эпоксидной смолы могут быть использованы в пределах объема настоящего изобретения. Предпочтительными являются циклоалифатические соединения на основе эпоксидной смолы. Такие соединения на основе эпоксидной смолы содержат, по меньшей мере, две 1,2-эпокси группы в молекуле. Используемые в настоящем изобретении соединения на основе эпоксидной смолы содержат незамещенные глицидильные группы и/или глицидильные группы, замещенные метиловыми группами. Эти глицидильные соединения имеют эпоксидное число (эквивалент/кг) предпочтительно от, по меньшей мере, трех, предпочтительно, по меньшей мере, четыре и особенно предпочтительно около пяти и выше, предпочтительно от 5.0 до 6.1. Предпочтительными являются, например, при необходимости замещенные эпоксидные смолы формулы (I):
где D=-O-, SO2-, -CO-, -CH2-, -С(СН3)2-, -С(СF3)2-,
n=0 или 1.
Соединения согласно формуле (1), в которой D представляет собой -(CH2)- или [-С(СН3)2-], являются предпочтительными. Другими циклоалифатическими эпоксидными смолами для применения в пределах объема настоящего изобретения, кроме того, являются, например, бис-глицидиловые эфиры гекса-гидро-о-фталиевой кислоты, бис-глицидиловые эфиры гекса-гидро-м-фталиевой кислоты или бис-глицидиловые эфиры гекса-гидро-п-фталиевой кислоты. Предпочтительные циклоалифатические соединения на основе эпоксидной смолы являются жидкими при комнатной температуре или при нагревании до температуры 65°С. Предпочтительным циклоалифатическим соединением на основе эпоксидной смолы является, например, диглицидиловый эфир Araldite® CY 184 (Huntsman Advanced Materials Ltd.), имеющий содержание эпоксидных групп 5,80-6,10 (эквив/кг), или Araldite® CY 5622 (Huntsman Advanced Materials Ltd.), причем модифицированное соединение на основе эпоксидной смолы имеет содержание эпоксидных групп 5,80-6,10 (эквив./кг). Araldite® CY 5622 является составом гидрофобной циклоалифатической смолы для придания гидрофобности и использования в композициях на основе эпоксидной смолы при наружном применении. Состав гидрофобной циклоалифатической смолы означает, что наполнитель обработан силаном или в композицию введены силановые добавки.
Композиция эпоксидной смолы, подлежащей отверждению, обычно содержит эпоксидную смолу, отвердитель и отверждающий агент. Отвердителями являются, например, гидроксил и/или карбоксилсодержащие полимеры, такие как полиэфир с концевой карбоксильной группой и/или карбоксилатные полимеры на основе акрилатов или метакрилатов и/или ангидритов карбоновой кислоты. Используемыми отвердителями также являются алифатическая, циклоалифатическая поликарбонатная кислоты. Предпочтительными ангидридами являются жидкие циклоалифатические ангидриды с вязкостью при 25°С, около 70-80 мПа·с. Таким жидким отвердителем на основе циклоалифатического ангидрида является, например, Aradur® HY 1235 (Huntsman Advanced Materials Ltd.). Выбираемый отвердитель может применяться в концентрациях в диапазоне от 0,2 до 1,2 эквивалентов присутствующих отверждающих групп, например, одна ангидридная группа на 1 эпоксидный эквивалент.
Неорганический наполнитель имеет такой средний размер частиц, какой обычно применяется в электроизоляционных системах, обычно в диапазоне от 1 мкм (микрон) до 3 мм. Предпочтительным является средний размер частиц в диапазоне от около 5 мкм до 300 мкм, предпочтительно от 10 мкм до 100 мкм или подобранное сочетание частиц с такими средними размерами. Предпочтительным является наполнитель с высокой площадью поверхности.
Наполнитель выбирается из тех наполнителей, которые имеют структурированную поверхность после пескоструйной обработки. Обнаружено, что подобная структурированная поверхность имеет удивительно высокую прочность связи с жидким гидрофобным соединением. Структурированная поверхность также способна на химические реакции с гидрофильным концом амфифильной молекулы так, что формируются самоорганизованные монослои (SAM). Для достижения этого эффекта минеральный наполнитель предпочтительно выбирают из группы, содержащей неорганические оксиды, неорганические гидроксиды и неорганические метагидроксиды, предпочтительно диоксид кремния, кварц, известные силикаты, оксид алюминия, тригидрат алюминия [АТН] и оксид титана. Предпочтительными являются двуокись кремния, кварц, окись алюминия, тригидрат алюминия [АТН], из них предпочтительны диоксид кремния, оксид алюминия и тригидрат алюминия [АТН] и из них предпочтителен диоксид кремния. Указанные наполнители в каждом случае имеют минимальное содержание SiO2, или соответственно минимальное содержание Аl2О3 около 95-98 масс.%, предпочтительно 96-98 масс.%.
Неорганический наполнитель присутствует в композиции синтетического полимера в диапазоне от около 60 масс.% до около 80 масс.%, предпочтительно в диапазоне 60-70 масс.% и предпочтительно около 65 масс.%, вычисленном по отношению к общему весу композиции синтетического полимера.
Поверхность электроизоляционной системы представляет собой структурированную поверхность в своем естественном состоянии со своими микро- и наноразмерными характеристиками. Такая структурированная поверхность может быть изготовлена с помощью пескоструйной обработки поверхности изоляции до тех пор, пока не будут получены все микро- и наномасштабные характеристики.
В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения поверхность электроизоляционной системы, присутствующая в виде структурированной поверхности, покрыта жидким гидрофобным соединением. Такое жидкое гидрофобное соединение предпочтительно выбирают из жидких органополисилоксанов, предпочтительно из циклического органополисилоксана и/или низкомолекулярного олигомерного органополисилоксана.
Жидкое гидрофобное соединение в виде циклического огранополисилоксана состоит из звеньев химической формулы -[Si(R)(R)О]-, которые формируют кольцо, предпочтительно состоящее из 4-12 таких звеньев. Обычно такой циклический органополисилоксан является смесью таких циклических соединений, которые известны специалистам в данной области техники. Предпочтительными являются циклические органополисилоксаны от 4 до 8 таких органосилоксановых звеньев. Заместители R в формуле -[Si(R)(R)О]- независимо друг от друга представляют собой линейный, разветвленный или циклический алкил или фенил, причем алкиловая группа имеет предпочтительно от 1 до 8 атомов углерода и при необходимости может замещаться хлором и/или фтором; предпочтительно фенил, (С1-С4)-алкил, который может замещаться фтором; предпочтительно фенил, 3,3,3-трифторопропил, монофторометил, дифторометил, трифторометил или незамещенный (С1-С2)-алкил; предпочтительно метил.
Жидкое гидрофобное соединение в виде низкомолекулярного олигомерного органополисилоксана состоит из звеньев с химической формулой -[Si(R)(R)О]-, которые заканчиваются конечными группами формулы -OSi(R)3-, в которой R представляет собой то же, что и заместитель R в циклических полисилоксановых соединениях, упомянутых выше. Низкомолекулярные жидкие олигомерные органополисилоксаны обычно представляют собой смесь таких соединений и могут содержать вплоть до 50 звеньев -[Si(R)(R)О]-, предпочтительно от 8 до 20 таких звеньев. Это известно специалистам в данной области техники.
Жидкое гидрофобное соединение может добавляться к структурированной поверхности само по себе без растворителя или растворяться в соответствующем растворителе, таком как любой органический растворитель, предпочтительно алифатический углеводород с низкой точкой кипения, и наноситься на структурированную поверхность электроизоляционной системы в результате того, что растворитель затем испаряется. Жидкое гидрофобное соединение наносится в таком количестве, что формируется слой толщиной в пределах нано- или микродиапазонов.
Предпочтительно, чтобы жидкое гидрофобное соединение вводилось в электроизоляционную систему. Жидкое гидрофобное соединение способно затем диффундировать изнутри системы к структурированной поверхности изолятора, образуя сверхгидрофобную поверхность, а также восстанавливать гидрофобность. В этом случае рекомендуется раздельное введение гидрофобного соединения на поверхность, однако это абсолютно не обязательно. Количество жидкого полисилоксанового соединения при введении в электроизоляционную систему находится в диапазоне предпочтительно от 0,1 масс.% до 5 масс.%, предпочтительно от 0,5 масс.% до 5 масс.% и особенно около 1 масс.%, вычисленного по отношению к общему весу композиции изолятора.
Предпочтительный вариант изобретения заключается в том, что жидкое гидрофобное соединение вводится в электроизоляционную систему. Поверхность изолятора затем подвергается пескоструйной обработке для образования структурированной поверхности. На указанную структурированную поверхность электроизоляционной системы затем наносится жидкое гидрофобное соединение так, что указанная поверхность становится покрытой тонким слоем указанного жидкого гидрофобного соединения.
Другой предпочтительный вариант изобретения состоит в том, что жидкое гидрофобное соединение вводится в электроизоляционную систему. Затем поверхность изолятора подвергается пескоструйной обработке для получения структурированной поверхности. Указанная структурированная поверхность электроизоляционной системы затем покрывается самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения, как описано выше. При необходимости жидкое гидрофобное соединение затем наносится на поверхность электроизоляционной системы, на которую был предварительно нанесен самоорганизующийся монослой.
Следовательно, структурированная поверхность электроизоляционной системы может либо покрываться жидким гидрофобным соединением, либо покрываться самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения, либо покрываться самоорганизующимся монослоем совместно с жидким гидрофобным соединением. Самоорганизующиеся монослои имеют толщину в пределах нано- и микродиапазона, который известен, причем указанное тонкое покрытие является неэлектропроводным.
Самоорганизующиеся монослои (SAM) создаются либо из раствора, либо из газообразной фазы. Реакционно-способная группа амфифильного соединения вступает в химическую реакцию со структурированной поверхностью материала изолятора, тем самым формируя самоорганизующийся монослой. В соответствии с настоящим изобретением предпочтительными являются самоорганизующиеся монослои на основе силана, полученные из алкилтрихлоросиланов. Предпочтительными являются самоорганизующиеся монослои, полученные из (С4-С22) - алкилтрихлоросиланов, предпочтительно из (С12-С22)-алкилтрихлоросиланов, например, из октадецилтрихлоросилана (OTS). Эти силаны химически связываются с гидроксилированными поверхностями так, что гидроксилированная двуокись кремния (SiO2) или композиции на основе эпоксидной смолы, имеющей свободные реакционно-способные группы, такие как гидроксильные группы, путем отщепления атомов хлора и формирования связей Si-О-Si, которые приводят к образованию самоорганизующегося монослоя, являющегося сверхгидрофобным.
Если самоорганизующийся монослой формируется из раствора, то могут быть использованы различные растворы-носители. Предпочтительными растворами-носителями для упомянутых трихлоросиланов являются обычно безводные органические растворители, такие как бензол, толуол, бициклогексил, 2,2,4-триметилпентан или подобные им растворители.
Если самоорганизующийся монослой формируется из газообразной фазы, т.е. химическим осаждением из газовой фазы, то поверхность, подлежащая обработке, помещается, например, в вакуумную камеру при комнатной температуре вместе с сосудом, содержащим силановое соединение, например, октадецилтрихлоросилана (OTS). Затем давление уменьшается ниже давления насыщенных паров (OTS), например, до 6,7 мбар (при комнатной температуре). По истечении около 24 часов поверхность полностью покрыта, т.е. самоорганизующийся монослой получен.
Необходимые добавки в композицию могут дополнительно содержать ускоритель отверждения для усиления полимеризации эпоксидной смолы с отвердителем. Другие добавки могут выбираться из смачивающих/диспергирующих агентов, пластификаторов, смягчителей, антиоксидантов, светоабсорберов, пигментов, огнезащитных средств, волокон и других добавок, обычно применяемых в электрических устройствах. Они известны специалистам и не являются критичными в отношении настоящего изобретения.
Настоящее изобретение также относится к способу изготовления поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы, имеющей сверхгидрофобную поверхность, причем электроизоляционная система содержит композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, который содержит, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости другие добавки, причем способ содержит следующие стадии: (i) получение композиции затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, содержащего, по меньшей мере, один наполнитель и при необходимости другие добавки, как описано выше; (ii) обработку поверхности электроизоляционной системы для формирования структурированной поверхности со своими микро- и наноразмерными характеристиками; и (iii) покрытие указанной структурированной поверхности жидким гидрофобным соединением; или самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения; или покрытие указанной поверхности самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения и жидким гидрофобным соединением.
Предпочтительно применять поверхностно-модифицированную электроизоляционную систему, описанную в настоящем изобретении, для изоляции при передаче и распределении энергии, особенно в области пропитанных электрических обмоток и изготовления таких электрических элементов, как трансформаторы, вмонтированные контакты, изоляционные втулки, высоковольтные изоляторы для внутреннего и наружного использования, особенно для наружных изоляторов, соединенных с высоковольтными линиями, такие как длинностержневые, комбинированные и колпачковые изоляторы, датчики, преобразователи, для концевой заделки кабеля, а также для опорных изоляторов в сетях среднего напряжения, при изготовлении изоляторов, связанных с наружными силовыми выключателями, измерительных преобразователей, проходных втулок, средств защиты от перенапряжения, в распределительных устройствах. Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.
Пример 1
(А) Получение подложки
Состав циклоалифатической эпоксидной композиции, применяемой в качестве материала изолятора в данном примере, приведен в таблице 1. Все компоненты, кроме катализатора, предварительно нагреваются до 45°С. Затем они тщательно перемешиваются между собой при давлении окружающей среды с помощью пропеллерной мешалки. Затем полностью перемешанная смесь дегазируется в вакуумной печи, при перемешивании в течение 20 минут под действием давления 5 мбар при 60°С. Затем смесь отливается в пластины толщиной 6 мм с использованием стальной литейной формы, предварительно нагретой до 90°С и покрытой присадкой Huntsman QZ13, облегчающей выемку изделий из формы. Применяется 2-часовой цикл отверждения при 90°С, за которым следует 24-часовой цикл при 140°С с целью обеспечения полного отверждения. Поверхностный угол смачивания между структурированной поверхностью этого наполненного диоксидом кремния циклоалифатического эпоксидного материала и водой измеряется после пескоструйной обработки и очистки от любой грязи и не превышает 90°.
| Таблица 1 | |
| Компоненты | Частей на 100 частей смолы |
| Huntsman CY 184 (смола) | 100 |
| Huntsman HY1235 (отвердитель) | 90 |
| Huntsman DY062 (катализатор) | 0,54 |
| Huntsman DW9134 (пигмент, TiO2) | 2,7 |
| Quarzwerke W12EST (наполнитель) | 359 |
| Araldite CY 184: циклоалифатическая эпоксидная смола (Huntsman) | |
| Aradur® HY 1235: модифицированный циклоалифатический ангидрид (Huntsman) | |
| Ускоритель DY062: третичный амин | |
| W12EST:SiO2 (Quarzwerke GmbH) |
(В) Пескоструйная обработка и обработка октадецилтрихлоросиланом
Отвержденный материал изоляции на основе циклоалифатической эпоксидной смолы, приготовленный в примере 1, раздел (А), подвергается пескоструйной обработке и очистке от любой оставшейся грязи. Затем полученная структурированная поверхность обрабатывается путем погружения ее в раствор октадецилтрихлоросилана (OTS) в бициклогексиле с концентрацией 4 мМоль на литр бициклогексила при температуре и давлении окружающей среды в аргоновой среде в течение 24 часов для формирования самоорганизующегося монослоя, который химически связывается с подвергаемой обработке поверхностью. Полученная в результате поверхность имеет угол смачивания по отношению к дистиллированной воде больше 140°.
Пример 2
Изоляционный материал из отвержденной гидрофобной циклоалифатической эпоксидной смолы приготавливается таким же способом, как описано в примере 1. Затем поверхность подвергается пескоструйной обработке и очистке от грязи. Затем в материал поверхности вводят гидрофобную добавку, т.е. циклический диметилсилоксан, содержащий в среднем от 6 до 8 диметилсилоксановых звеньев. После этого материал изоляции нагревают до 80°С для улучшения миграции гидрофобной добавки по всей поверхности материала и затем опять охлаждается до комнатной температуры. Гидрофобная добавка в эпоксидной смоле также распределяется по структурированной поверхности. Полученная в результате поверхность имеет угол смачивания с дистиллированной водой более 140°. Состав материала изоляции из гидрофобной циклоалифатической эпоксидной смолы приведен в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Компоненты | Частей на 100 частей смолы |
| Huntsman CY5622 (смола) | 100 |
| Huntsman HY1235 (отвердитель) | 82 |
| Huntsman DY062 (катализатор) | 0,54 |
| Huntsman DW9134 (пигмент ТiO2) | 2,7 |
| Quarzwerke W12EST (наполнитель) | 344 |
Araldite® CY5622: Гидрофобная циклоалифатическая эпоксидная смола (Huntsman), содержащая жидкий полидиметилсилоксан.
1. Поверхностно-модифицированная электроизоляционная система, содержащая:
композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, которая содержит синтетический полимер, включающий, по меньшей мере, один из электроизоляционного термопластичного полимера и электроизоляционного термореактивного полимера, и, по меньшей мере, один наполнитель, включающий, по меньшей мере, один из неорганического оксида, неорганического гидроксида и неорганического метагидроксида, причем количество, по меньшей мере, одного наполнителя, присутствующего в электроизоляционной системе, составляет от 60 мас.% до 80 мас.% по отношению к общему весу электроизоляционной системы; и
поверхность, которая сформирована как структурированная поверхность с микро- и нано-размерными характеристиками, покрытая жидким гидрофобным соединением.
2. Электроизоляционная система по п.1, в которой указанное жидкое гидрофобное соединение, покрывающее структурированную поверхность электроизоляционной системы, представляет собой жидкий органополисилоксан.
3. Электроизоляционная система по п.1, в которой указанное жидкое гидрофобное соединение, покрывающее структурированную поверхность электроизоляционной системы, представляет собой самоорганизующийся монослой (SAM), состоящий из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения.
4. Электроизоляционная система по п.1, в которой указанное жидкое гидрофобное соединение, покрывающее структурированную поверхность электроизоляционной системы, представляет собой самоорганизующийся монослой (SAM), состоящий из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения, причем указанный самоорганизующийся монослой (SAM) дополнительно покрыт жидким гидрофобным соединением, которое представляет собой жидкий органополисилоксан.
5. Электроизоляционная система по п.1, в которой синтетический полимер выбран из полимеров, применяющихся в электроизоляционных композициях.
6. Электроизоляционная система по п.5, в которой синтетический полимер представляет собой композицию циклоалифатической эпоксидной смолы.
7. Электроизоляционная система по п.1, в которой наполнитель выбран из материалов наполнителей, которые имеют структурированную поверхность после пескоструйной обработки.
8. Электроизоляционная система по п.7, в которой наполнитель имеет минимальное содержание SiO2 около 95-98 мас.%.
9. Электроизоляционная система по п.1, в которой наполнитель присутствует в композиции синтетического полимера в пределах от около 60 мас.% до около 80 мас.% в расчете на общий вес композиции синтетического полимера.
10. Электроизоляционная система по п.1, в которой наполнитель имеет средний размер частиц в пределах от 1 мкм до 3 мм или выбранное сочетание частиц с такими средними размерами.
11. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение представляет собой циклический огранополисилоксан, который состоит из звеньев химической формулы -[Si(R)(R)O]-, которые образуют кольцо, где заместители R независимо друг от друга означают линейный, разветвленный или циклический алкил или фенил, алкильный остаток, имеющий от 1 до 8 атомов углерода, при необходимости замещенный хлором и/или фтором.
12. Электроизоляционная система по п.11, в которой каждый R представляет собой фенил, 3,3,3-трифторопропил, монофторометил, дифторометил, трифторометил или незамещенный (С1-С2)-алкил.
13. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение представляет собой низкомолекулярный олигомерный органополисилоксан, который состоит из звеньев химической формулы -[Si(R)(R)O]-, которые заканчиваются концевыми группами формулы -OSi(R)3-, где каждый R независимо друг от друга означает линейный, разветвленный или циклический алкил или фенил, алкильный остаток, имеющий от 1 до 8 атомов углерода, при необходимости замещенный хлором и/или фтором.
14. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение введено в электроизоляционную систему в количестве от 0,1 мас.% до 5 мас.% в расчете на общий вес электроизоляционной системы.
15. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение введено в электроизоляционную систему, и структурированная поверхность изолятора обработана жидким гидрофобным соединением.
16. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение введено в электроизоляционную систему, и структурированная поверхность покрыта самоорганизующимся монослоем, состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения.
17. Электроизоляционная система по п.3, в которой самоорганизующийся монослой создан из раствора или газообразной фазы.
18. Электроизоляционная система по п.17, в которой самоорганизующийся монослой представляет собой самоорганизующийся монослой на основе силана, полученный из алкилтрихлоросиланов.
19. Способ изготовления поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы включающий следующие стадии:
(i) получение композиции затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, содержащей, по меньшей мере, один наполнитель;
(ii) обработку поверхности электроизоляционной системы для формирования структурированной поверхности со своими микро- и нано-размерными характеристиками; и
(iii) покрытие указанной структурированной поверхности жидким гидрофобным соединением; или самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения; или покрытие указанной поверхности самоорганизующимся монослоем (SAM), состоящим из, по меньшей мере, одного амфифильного соединения в комбинации с жидким гидрофобным соединением.
20. Способ по п.19 дополнительно включающий стадию:
создания конфигурации поверхностно-модифицированной электроизоляционной системы для использования для передачи и распределения электроэнергии.
21. Электрические изделия, содержащие поверхностно-модифицированную электроизоляционную систему, содержащую:
композицию затвердевшего или отвержденного синтетического полимера, которая содержит синтетический полимер, включающий, по меньшей мере, один из электроизоляционного термопластичного полимера и электроизоляционного термореактивного полимера, и, по меньшей мере, один наполнитель, включающий, по меньшей мере, один из неорганического оксида, неорганического гидроксида и неорганического метагидроксида, причем количество, по меньшей мере, одного наполнителя, присутствующего в электроизоляционной системе, составляет от 60 мас.% до 80 мас.% по отношению к общему весу электроизоляционной системы; и
поверхность, которая сформирована как структурированная поверхность с микро- и нано-размерными характеристиками, покрытая жидким гидрофобным соединением.
22. Электроизоляционная система по п.1, в которой указанное жидкое гидрофобное соединение представляет собой, по меньшей мере, один циклический органополисилоксан и/или олигомерный органополисилоксан с низким молекулярным весом.
23. Электроизоляционная система по п.4, в которой указанное жидкое гидрофобное соединение, покрывающее самоорганизующийся монослой, представляет собой, по меньшей мере, один циклический органополисилоксан и/или олигомерный органополисилоксан с низким молекулярным весом.
24. Электроизоляционная система по п.5, в которой синтетический полимер представляет собой сложный полиэфир или термореактивный полимер.
25. Электроизоляционная система по п.24, в которой синтетический полимер представляет собой поли(метил-метакрилат), или поли(алкилакрилонитрил), или полиуретан, или композицию эпоксидной смолы.
26. Электроизоляционная система по п.5, в которой наполнитель выбран из группы содержащей диоксид кремния, кварц, известные силикаты, оксид алюминия, тригидрат алюминия и оксид титана.
27. Электроизоляционная система по п.7, в которой наполнитель имеет минимальное содержание SiO2 около 96-98 мас.%.
28. Электроизоляционная система по п.1, в которой наполнитель имеет средний размер частиц в пределах от 10 мкм до 100 мкм или выбранное сочетание частиц с такими средними размерами.
29. Электроизоляционная система по п.1, в которой жидкое гидрофобное соединение введено в электроизоляционную систему в количестве около 1 мас.% в расчете на общий вес электроизоляционной системы.
30. Электроизоляционная система по п.17, в которой самоорганизующийся монослой представляет собой октодецилтрихлоросилан.
31. Способ по п.19, в котором обработка поверхности включает:
пескоструйную обработку поверхности изоляции до тех пор, пока не сформируются, по существу, все ее микро- и нано-размерные характеристики.
