阅读说明：本技术 一种防腐蚀光伏电缆涂层及其制备方法 (Anti-corrosion photovoltaic cable coating and preparation method thereof ) 是由 王剑英 刘丹 于 2019-08-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种防腐蚀光伏电缆涂层,包括以下重量份组分：环氧树脂20-40份、CeO<Sub>2</Sub>@GO复合粉体0.02-5份、稀释剂8-20份、固化剂1.5-8份、消泡剂0.1-0.5份、流平剂0.1-0.5份。本发明通过表面接枝的方法,利用CeO<Sub>2</Sub>纳米粒子对氧化石墨烯GO进行改性,制备得到CeO<Sub>2</Sub>@GO复合粉体,使CeO<Sub>2</Sub>纳米粒子能够稳定地负载于GO表面,CeO<Sub>2</Sub>纳米粒子穿插在GO层片之间,起到阻碍GO团聚的作用,使GO在环氧树脂基体中的分散性和相容性得以改善,同时GO的存在又为CeO<Sub>2</Sub>纳米粒子提供了良好的支撑体,促进其均匀分散于环氧树脂基体中,使GO和CeO<Sub>2</Sub>均能够更好地发挥各自的抗腐蚀效果及增强作用,进一步提高涂层的防腐蚀性能,能够有效确保光伏电缆的防水性、防腐蚀性、耐候性、化学稳定性、粘附性等综合性能。(The invention provides an anti-corrosion photovoltaic cable coating which comprises the following components in parts by weight: 20-40 parts of epoxy resin and CeO 2 0.02-5 parts of @ GO composite powder, 8-20 parts of diluent, 1.5-8 parts of curing agent, 0.1-0.5 part of defoaming agent and 0.1-0.5 part of flatting agent. The invention utilizes CeO by a surface grafting method 2 Graphene oxide GO is modified by nano particles to prepare CeO 2 @ GO composite powder of CeO 2 The nano particles can be stably loaded on the surface of GO and CeO 2 The nanoparticles are inserted between GO layers to block GO agglomeration, so that the dispersity and compatibility of GO in an epoxy resin matrix are improved, and the GO is CeO 2 The nanoparticles provide good support to promote uniform dispersion in the epoxy resin matrix, resulting in GO and CeO 2 The coating can better exert respective corrosion resistance and enhancement effect, further improve the corrosion resistance of the coating, and effectively ensure the comprehensive properties of the photovoltaic cable such as waterproofness, corrosion resistance, weather resistance, chemical stability, adhesiveness and the like.)

一种防腐蚀光伏电缆涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及光伏电缆材料领域，尤其涉及一种防腐蚀光伏电缆涂层及其制备方法。

背景技术

光伏系统中的光伏电缆作为主要的电工部件，常常在恶劣环境条件下(如高温、紫外线辐射、臭氧、剧烈温度变化和化学侵蚀等)使用，因此光伏电缆必须具有良好的耐高低温、耐紫外线、耐候以及耐臭氧侵蚀等性能，以确保光伏电缆乃至整个光伏系统的使用寿命。现有的光伏电缆，为了改善其耐候性能和防腐蚀性能，通常是对电缆料以及电缆护套材料进行的改进，而较少采用防腐蚀的有机涂料，即使使用涂料其防腐性能仍有欠缺。

环氧树脂涂料是一种常用的防腐涂料，具有良好的耐化学性、耐高温性、韧性和粘结能力，但存在户外耐候性差、涂膜脆性大等缺点，另外，溶剂在固化过程中挥发会使涂层内部形成许多微孔道，使涂层的抗腐蚀性能降低，通常需要对其改性。

石墨烯作为新兴的纳米材料，具有良好的阻隔性能和屏蔽性能，常作为功能填料应用于防腐蚀涂料中。由于石墨烯具有稳定的sp2杂化结构，使其能在所涂抹材料和活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，其特殊的片层状结构，对水、氧气和粒子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对所涂抹材料的防腐蚀功能。石墨烯还具有很好的热稳定性和化学稳定性，在600度高温下和腐蚀性环境中均能保持相对稳定，保证了涂料在极端环境下仍具有较好的防护作用。氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，在保留石墨烯二维结构的基础上，又接枝上部分含氧官能团，包括羟基、羧基、环氧基等，这使得氧化石墨烯的活性和相容性显著增强。此外，石墨烯以及氧化石墨烯除了单独作为防腐蚀涂层，还可以作为填料添加到聚合物或者合金中，作为增强相来改善涂料在防腐蚀性能方面的不足。

现有的一些防腐涂料，采用环氧树脂为基体，以石墨烯或氧化石墨烯为防腐蚀添加剂，有效弥补了环氧树脂的缺陷，并起到物理屏蔽作用及增强作用，具有防腐效果好，涂层厚度低，附着力高，漆膜重量轻，耐盐雾性能极佳等优势。然而，由于石墨烯和氧化石墨烯自身容易发生团聚，在环氧树脂基体中分散性和相容性较差，因此限制了其使用效果，难以充分发挥防腐蚀性能及增强作用。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种防腐蚀光伏电缆涂层及其制备方法，以环氧树脂为基体，改性氧化石墨烯为功能性添加剂，制备得到的涂层应用于光伏电缆表面，对光伏电缆表面形成较好的防护，能够进一步提升光伏电缆的耐腐蚀性、耐候性、化学稳定性等性能，以确保光伏电缆的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是：一种防腐蚀光伏电缆涂层，包括以下重量份组分：

进一步的，所述CeO₂@GO复合粉体的制备包括以下步骤：

a)采用改进的Hummers方法合成得到氧化石墨烯(GO)；

b)对纳米CeO₂表面进行改性处理，分别取一定量去离子水、乙醇和纳米CeO₂，混合后超声分散1h后置于烧瓶中备用，另取一定量乙醇，向其中加入硅烷偶联剂，用醋酸调节pH至3-4，搅拌1h后，加入到上述烧瓶中，将烧瓶置于75℃恒温水浴中搅拌4h，抽滤，用乙醇重复洗涤多次后，置于60℃真空干燥箱中干燥24h，研磨后得到表面改性的纳米CeO₂；

c)制备CeO₂@GO复合粉体，将表面改性的纳米CeO₂加入到DMF中，超声分散30min后，向其中加入GO，继续超声分散30min，将上述混合液置于105℃的油浴中搅拌4h，抽滤，用乙醇重复洗涤多次后，置于60℃真空干燥箱中干燥24h，研磨后得到CeO₂@GO复合粉体。

进一步的，所述步骤b)中硅烷偶联剂为KH550，且硅烷偶联剂与纳米CeO₂的质量比为0.15-1:1。

进一步的，所述步骤c)中纳米CeO₂与GO的质量比为1:3。

进一步的，所述稀释剂为丙酮、乙醇中的一种。

进一步的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

进一步的，所述流平剂为聚醚改性有机硅氧烷。

进一步的，所述固化剂为酸酐类固化剂、胺类固化剂中的一种。

所述的一种防腐蚀光伏电缆涂层的制备方法，包括以下步骤：按质量配比称取环氧树脂、CeO₂@GO复合粉体和稀释剂，混合均匀后超声分散1h，在机械搅拌下依次加入消泡剂、流平剂和固化剂，搅拌均匀后，刷涂于光伏电缆表面，经过固化后得到防腐蚀光伏电缆涂层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过表面接枝的方法，利用CeO₂纳米粒子对氧化石墨烯GO进行改性，纳米CeO₂作为一种稀土化合物，其具有较强的氧化还氧能力、优异的储放氧性能和化学稳定性，因此可作为防腐涂料的活性填料。本发明首先通过硅烷偶联剂对纳米CeO₂表面进行包覆改性，硅烷偶联剂发生水解后产生的硅羟基和纳米CeO₂表面的羟基键合，然后将该表面处理后的纳米CeO₂与GO进行复合制备得到CeO₂@GO复合粉体，硅烷偶联剂的氨基与氧化石墨烯表面的羧基反应形成酰胺基，使CeO₂纳米粒子能够稳定地负载于GO表面，CeO₂纳米粒子穿插在GO层片之间，起到阻碍GO团聚的作用，使GO在环氧树脂基体中的分散性和相容性得以改善，同时GO的存在又为CeO₂纳米粒子提供了良好的支撑体，促进其均匀分散于环氧树脂基体中，使GO和CeO₂均能够更好地发挥各自的抗腐蚀效果及增强作用，有效提高了涂层的防腐蚀性能，将该涂层应用于光伏电缆表面，能够有效确保光伏电缆的防水性、防腐蚀性、耐候性、化学稳定性、粘附性等综合性能，从而延长其使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种防腐蚀光伏电缆涂层，包括以下重量份组分：环氧树脂20份、CeO₂@GO复合粉体0.02份、稀释剂丙酮8份、酸酐类固化剂1.5份、有机硅消泡剂0.1份、聚醚改性有机硅氧烷流平剂0.1份。

其中，所述CeO₂@GO复合粉体的制备包括以下步骤：

a)采用改进的Hummers方法合成得到氧化石墨烯(GO)，具体操作如下：将石墨粉和硝酸钠混合，加入浓硫酸，在温度为4℃下搅拌30min，然后缓慢加入高锰酸钾，其中石墨粉、硝酸钠、浓硫酸和高锰酸钾的配比为2g:1g:100mL:10g，继续搅拌2h，使其混合均匀，将混合均匀后的反应物移入提前预热的35℃恒温水浴中并搅拌1.5h，然后缓慢加入温度为35℃的去离子水，该去离子水与浓硫酸体积比为1:1，去离子水添加完毕后移入98℃的高温水浴中，继续搅拌5-15min，停止搅拌，向其中再次加入去离子水，此时去离子水与浓硫酸体积比为5:1，去离子水添加完毕后再向其中加入浓度为30％的过氧化氢溶液，直至溶液变为亮黄色并不再产生气泡，之后加入盐酸，盐酸与浓硫酸体积比为1:1，超声分散15min，用去离子水重复洗涤，置于60℃真空干燥箱中干燥24h，得到GO；

b)对纳米CeO₂表面进行改性处理，分别取去离子水、乙醇和纳米CeO₂，其中去离子水、乙醇和纳米CeO₂的配比为5mL:15mL:2g，混合后超声分散1h后置于烧瓶中备用，另取一定量乙醇，该乙醇和纳米CeO₂的配比为5mL:1g，向其中加入硅烷偶联剂KH550，硅烷偶联剂KH550与纳米CeO₂的质量比为0.15:1，用醋酸调节pH至3-4，搅拌1h后，加入到上述烧瓶中，将烧瓶置于75℃恒温水浴中搅拌4h，抽滤，用乙醇重复洗涤多次后，置于60℃真空干燥箱中干燥24h，研磨后得到表面改性的纳米CeO₂；

c)制备CeO₂@GO复合粉体，将表面改性的纳米CeO₂加入到DMF中，超声分散30min后，向其中加入GO，纳米CeO₂、DMF和GO的配比为0.1g:200mL:0.3g,继续超声分散30min，将上述混合液置于105℃的油浴中搅拌4h，抽滤，用乙醇重复洗涤多次后，置于60℃真空干燥箱中干燥24h，研磨后得到CeO₂@GO复合粉体。

所述的一种防腐蚀光伏电缆涂层的制备方法，包括以下步骤：按质量配比称取环氧树脂、CeO₂@GO复合粉体和稀释剂丙酮，混合均匀后超声分散1h，在机械搅拌下依次加入有机硅消泡剂、聚醚改性有机硅氧烷流平剂和酸酐类固化剂，搅拌均匀后，刷涂于光伏电缆表面，经过固化后得到防腐蚀光伏电缆涂层。

实施例2

一种防腐蚀光伏电缆涂层，包括以下重量份组分：环氧树脂40份、CeO₂@GO复合粉体5份、稀释剂乙醇20份、胺类固化剂8份、有机硅消泡剂0.5份、聚醚改性有机硅氧烷流平剂0.5份。

其中，所述CeO₂@GO复合粉体的制备包括以下步骤：

a)采用改进的Hummers方法合成得到氧化石墨烯(GO)，具体操作同实施例1；

b)对纳米CeO₂表面进行改性处理，其中硅烷偶联剂KH550与纳米CeO₂的质量比为1:1，其他操作同实施例1；

c)制备CeO₂@GO复合粉体，具体操作同实施例1；

所述的一种防腐蚀光伏电缆涂层的制备方法，包括以下步骤：按质量配比称取环氧树脂、CeO₂@GO复合粉体和稀释剂乙醇，混合均匀后超声分散1h，在机械搅拌下依次加入有机硅消泡剂、聚醚改性有机硅氧烷流平剂和胺类固化剂，搅拌均匀后，刷涂于光伏电缆表面，经过固化后得到防腐蚀光伏电缆涂层。

实施例3

一种防腐蚀光伏电缆涂层，包括以下重量份组分：环氧树脂30份、CeO₂@GO复合粉体2.5份、稀释剂丙酮14份、酸酐类固化剂5份、有机硅消泡剂0.3份、聚醚改性有机硅氧烷流平剂0.6份。

其中，所述CeO₂@GO复合粉体的制备包括以下步骤：

a)采用改进的Hummers方法合成得到氧化石墨烯(GO)，具体操作同实施例1；

b)对纳米CeO₂表面进行改性处理，其中硅烷偶联剂为KH550与纳米CeO₂的质量比为0.6:1，其他操作同实施例1；

c)制备CeO₂@GO复合粉体，具体操作同实施例1；

所述的一种防腐蚀光伏电缆涂层的制备方法，包括以下步骤：按质量配比称取环氧树脂、CeO₂@GO复合粉体和稀释剂丙酮，混合均匀后超声分散1h，在机械搅拌下依次加入有机硅消泡剂、聚醚改性有机硅氧烷流平剂和酸酐类固化剂，搅拌均匀后，刷涂于光伏电缆表面，经过固化后得到防腐蚀光伏电缆涂层。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。