南方沿海地區(qū)電網(wǎng)標(biāo)識牌褪色模糊機(jī)理分析

李宇峰，陳震霖，吳培騁，趙志剛，黃慶淡，王茂春，林宏輝

(中國南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司湛江供電局，廣東 湛江 524000)

0 引言

標(biāo)識牌在電網(wǎng)中運(yùn)用較為廣泛，包括相序牌、線路桿塔號牌、警示牌、禁止標(biāo)識牌等。由于線路眾多，桿塔分布面廣，金具和不同相序是桿塔的數(shù)倍，使得電網(wǎng)標(biāo)識牌總體數(shù)量極為龐大。

現(xiàn)階段，電網(wǎng)標(biāo)識牌主要采用平面噴漆制作而成，可分為塑料制品、鋁質(zhì)制品、搪瓷制品三大類。由于電網(wǎng)的特殊性，電網(wǎng)標(biāo)識牌需要常年固定懸掛于戶外配電線路電線桿、輸電線路鐵塔塔材及金具、變電站設(shè)備等部位，但電網(wǎng)標(biāo)識牌本體及上面的圖文隨著時間推移會發(fā)生褪色模糊，致使標(biāo)識牌內(nèi)容信息丟失從而失去電網(wǎng)標(biāo)識牌本身的標(biāo)識作用，輕則造成運(yùn)維檢修難以開展，重則造成人員傷亡、國家財產(chǎn)損失、線路跳閘引發(fā)大面積停電事故，給經(jīng)濟(jì)社會運(yùn)轉(zhuǎn)帶來負(fù)面影響。

我國廣東、廣西、福建、海南等南方沿海省份，氣候濕熱、空氣鹽度較高，夏秋季高溫多雨、多臺風(fēng)，冬季低溫少雨，最熱月和最冷月溫差可達(dá)25 ℃，故而受以上多種因素以及本身材質(zhì)的影響，這些地區(qū)電網(wǎng)標(biāo)識牌的性能劣化速率明顯加快，因此，必須重視電網(wǎng)標(biāo)識牌褪色模糊問題的研究并對癥下藥，加以有效防治。

1 電網(wǎng)標(biāo)識牌褪色模糊機(jī)理分析

1.1 油漆乳液酸堿性的影響

現(xiàn)階段，除部分塑料制品外，絕大多數(shù)電網(wǎng)標(biāo)識牌采用平面噴漆制作而成，其油漆性能的好壞由乳液種類和配比決定，但另外一個影響因素是乳液的pH值。乳液pH值與所噴涂材質(zhì)表面的pH值有較強(qiáng)的影響關(guān)系，因為pH值直接影響堿溶脹型增稠劑的開鏈，pH值過高或過低都不利于油漆的養(yǎng)護(hù)。

若噴涂油漆為弱酸性而標(biāo)識牌底板為弱堿性，兩者結(jié)合制作的標(biāo)識牌在開始使用后前期不會有異樣，但電網(wǎng)標(biāo)識牌底板的弱堿性會隨著時間的推移逐漸被油漆本身的弱酸性所中和，導(dǎo)致底板出現(xiàn)“變灰、變黃、掉粉”等掉色現(xiàn)象。

此外，若乳液pH值過高，制作中新沉積形成的成膜會發(fā)生“溶解”使油漆漆膜變??；若乳液pH值過低，電網(wǎng)標(biāo)識牌底板表面光澤明顯不均勻，油漆穩(wěn)定性不好，使得已經(jīng)溶解的樹脂等次成膜材料析出，造成油漆漆膜表面粗糙以致電網(wǎng)標(biāo)識牌表面漆膜附著力下降，在雨水和風(fēng)吹外力作用下加速褪色模糊，從而影響電網(wǎng)標(biāo)識牌使用壽命。

1.2 抗氧化物鈦白粉的影響

鈦白粉的化學(xué)組分主要為TiO2，由于TiO2具有較強(qiáng)的抗氧化性和光化學(xué)活性，是良好的抗氧化劑，加入油漆、塑料中可以增強(qiáng)材料的抗氧化能力和吸收紫外線能力。在電網(wǎng)標(biāo)識牌表面圖文所使用的顏色涂料和底板塑料中，通常加入鈦白粉來防止涂料氧化褪色，但副作用較為明顯。電網(wǎng)標(biāo)識牌底板材料和漆料在室溫下短期內(nèi)幾乎不與其他元素發(fā)生化合物反應(yīng)，但在室外自然光照條件下，光化學(xué)活性較強(qiáng)，內(nèi)部的鈦白粉會發(fā)生連續(xù)的氧化還原反應(yīng)，這正是電網(wǎng)標(biāo)識牌在室內(nèi)使用時壽命較長而在野外使用時卻較快褪色模糊的原因。

1.3 油漆本體使用顏料的影響

通常電網(wǎng)標(biāo)識牌面層字體和圖案的顏色多樣，最常用的是黑色、黃色、紅色和綠色。然而，噴漆所使用的漆料并非單一色漆料，通常是由多種彩色著色顏料按不同比例混合而成，因此，電網(wǎng)標(biāo)識牌褪色的原因不單單與所使用涂料有關(guān)，更與所使用的彩色著色顏料有關(guān)。

從制備工藝及成色理論來看，通常是紅色、黃色和藍(lán)色三種顏料組成了漆料的彩色三原色，用量最多也是這三種顏料，其他顏色均是由彩色三原色復(fù)合而來的復(fù)色，但漆料中的彩色三原色顏料屬于水性顏料，在制備中需要加入溶劑和分散劑將顏料分散溶解成為均勻體系，由于其本身也具備一定的pH值，或小于7，或大于7，在噴涂電網(wǎng)標(biāo)識牌底板時，以及在后續(xù)的使用中，均無法避免漆料出現(xiàn)顏色變異、圖案變色、文字掉色等問題。從結(jié)果來看，紅色漆料褪色模糊速率最快，其次是黃色，最后是綠色。

1.4 太陽光照的影響

南方沿海地區(qū)全年高溫多雨，光照時間長，最熱月溫度可到38 ℃以上，電網(wǎng)標(biāo)識牌懸掛于野外，表面溫度最高可達(dá)40 ℃以上。通常，電網(wǎng)標(biāo)識牌對太陽光照的影響較為敏感，通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)塑料標(biāo)識牌、鋁制標(biāo)識牌和搪瓷標(biāo)識牌褪色有2個指標(biāo)與光照直接相關(guān)，即耐光性和耐熱性。

(1) 耐光性表現(xiàn)為電網(wǎng)標(biāo)識牌對太陽光紫外線的耐受程度。由于塑料制品的主要成分是樹脂等人工或天然大分子，在紫外線照射下，大分子結(jié)構(gòu)會發(fā)生降解，導(dǎo)致塑料制品發(fā)生顏色變異現(xiàn)象。此外，電網(wǎng)標(biāo)識牌面層噴涂的油漆顏料和塑料本身顏料的著色劑受到紫外線照射后，顏料著色劑大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生解聚反應(yīng)，變成小分子無色或黃色的物質(zhì)而失去著色作用，有機(jī)和無機(jī)的小分子著色劑則與其發(fā)生氧化或還原反應(yīng)而生成其他化合物。因此，受到太陽光照射的電網(wǎng)標(biāo)識牌，無論是何種材質(zhì)，在野外環(huán)境中都很容易褪色，通常來說，褪色模糊速率從大到小依次為塑料標(biāo)識牌、鋁制標(biāo)識牌、搪瓷標(biāo)識牌。

(2) 耐熱性主要表現(xiàn)為在太陽光照射下溫度升高，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，化學(xué)活性增強(qiáng)，導(dǎo)致著色劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)降解或分子逃逸。顏料中有機(jī)化合物的顏料在高溫環(huán)境下變得不穩(wěn)定，在一定溫度下會發(fā)生分子結(jié)構(gòu)變化和少量分解，因此，應(yīng)盡量避免選用有機(jī)化合物顏料著色劑。

1.5 標(biāo)識牌材料氧化反應(yīng)的影響

常年懸掛于野外的電網(wǎng)標(biāo)識牌容易發(fā)生老化，其中很大的原因是與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)。鋁制品暴露在空氣中會發(fā)生氧化反應(yīng)生成Al2O3；塑料制品及漆料內(nèi)部結(jié)構(gòu)或組分含有較多的不飽和雙鍵、支鏈、羰基、末端上的羥基等，在太陽光紫外線、臭氧、高壓電磁輻射、海水鹽霧、細(xì)菌真菌等綜合因素下會與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，聚合物分子薄弱環(huán)節(jié)處的C-H鍵發(fā)生斷裂，聚合物與氧分子反應(yīng)：RHO2→RH2O。微量變價金屬化合物對氫過氧化物分解具有催化作用，能夠生成新的氧化物，同時殘留催化劑分解變成自由基，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散、顏色變異。

1.6 污染性粉塵粘附的影響

工業(yè)區(qū)周邊的線路和設(shè)備明顯可見表面嚴(yán)重積灰，公路旁邊、建筑項目周邊的線路標(biāo)識牌表面也都可見很厚的粉塵粘附。一方面，污染性粉塵粘附會導(dǎo)致電網(wǎng)標(biāo)識牌變得模糊；另一方面，污染性粉塵內(nèi)部攜帶的大量腐蝕性化合物，如有機(jī)溶劑、SO2、H2S、HCl、氮氧化合物、碳?xì)浠衔铩⒘蜓趸?、含氟化物、重金屬類等，都會造成電網(wǎng)標(biāo)識牌被腐蝕而導(dǎo)致褪色模糊。

1.7 風(fēng)吹雨淋的影響

南方沿海地區(qū)降雨量較多，每年都會有臺風(fēng)災(zāi)害天氣。電網(wǎng)標(biāo)識牌在野外環(huán)境面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一是風(fēng)吹雨淋。風(fēng)吹雨淋是一種往復(fù)的外力沖擊作用，會導(dǎo)致電網(wǎng)標(biāo)識牌表層分子氧化降解而褪色，同時雨水中攜帶的酸性物質(zhì)對電網(wǎng)標(biāo)識牌材質(zhì)和漆料也會造成直接腐蝕并導(dǎo)致褪色模糊。

1.8 海水鹽霧和微生物的影響

海水是一種很強(qiáng)的腐蝕介質(zhì)，內(nèi)部的鹵族化合物含量很高，對所有物質(zhì)都會有一定的腐蝕性。南方沿海地區(qū)空氣潮濕，空氣中的海水鹽分較高，并攜帶一定量的海洋微生物，尤其是對于矗立在海邊的輸電線路鐵塔和配電線路來說，電網(wǎng)標(biāo)識牌的褪色模糊速率極快，其原因是海水鹽霧中攜帶一定的腐蝕性鹽，會對鋁制品、塑料制品、搪瓷制品及漆料進(jìn)行直接腐蝕，同時鹽霧中海洋微生物會直接或借助代謝產(chǎn)物間接對電網(wǎng)標(biāo)識牌造成腐蝕，加上海邊的風(fēng)較大、攜帶的鹽霧密度較高，以及長年累月的低頻往返應(yīng)力和外力沖擊作用，使得電網(wǎng)標(biāo)識牌快速變得褪色模糊。

2 電網(wǎng)標(biāo)識牌褪色模糊防治措施

2.1 提高材料和漆料的抗氧化能力

材料和漆料與空氣或空氣中的氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)被降解褪色模糊，底板材料和漆料的老化直接造成電網(wǎng)標(biāo)識牌使用壽命嚴(yán)重縮減。對此，可以在電網(wǎng)標(biāo)識牌材料制作和漆料配備過程中摻和適當(dāng)比例的抗氧化劑。

目前，市場上的抗氧化劑種類繁多，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，可以劃分為酚類和胺類兩大類，如四季戊四醇脂(抗氧化劑1010)、亞磷酸三苯酯(抗氧化劑TPPI)、抗氧化劑168等，其中抗氧化劑168揮發(fā)性低、耐熱性好、無污染、不變色，能夠和污染物中的過氧化物反應(yīng)，生成性質(zhì)更加穩(wěn)定的磷酸酯，能夠阻止氧化反應(yīng)鏈增值，同時也能夠增強(qiáng)聚合物對光的穩(wěn)定性，還會與聚合物中殘留的金屬催化劑組分反應(yīng)，使金屬離子失去活性從而在空氣中更加穩(wěn)定。

2.2 漆料制備時添加光穩(wěn)定劑

太陽光中的紫外線輻射是加速標(biāo)識牌褪色模糊的重要原因，為此，必須提高電網(wǎng)標(biāo)識牌材料和漆料的抗紫外線能力，在制備電網(wǎng)標(biāo)識牌時，可以適當(dāng)?shù)靥砑庸夥€(wěn)定劑。

光穩(wěn)定劑作用是屏蔽或吸收紫外線的能量、猝滅單線態(tài)氧及將氫過氧化物分解成非活性物質(zhì)。材料和漆料在光穩(wěn)定劑的作用下，能夠排除或減緩光化學(xué)反應(yīng)、阻止或延遲光老化的過程，從而達(dá)到延長電網(wǎng)標(biāo)識牌使用壽命的效果。

按作用機(jī)理可將光穩(wěn)定劑分為光屏蔽劑、紫外線吸收劑、猝滅劑及自由基捕獲劑。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可分為水楊酸脂類、二苯甲酮類、苯并三唑類、三嗪類、取代丙烯晴類、草酰胺類、有機(jī)鎳化合物類、受阻胺(HAL)類等。

2.3 增設(shè)外置隔離裝置

除了從材料本身的性質(zhì)和組分進(jìn)行調(diào)整外，還可以通過物理隔離的方式來提升電網(wǎng)標(biāo)識牌的使用壽命。

(1) 可以在電網(wǎng)標(biāo)識牌外表面，增設(shè)一個包裹的隔離裝置，裝置既要滿足透明、可看見標(biāo)識牌表面字體和圖案的要求，同時又要不影響巡維人員開展巡視和維護(hù)檢修。

(2) 隔離裝置必須是密封結(jié)構(gòu)，這樣能夠?qū)㈦娋W(wǎng)標(biāo)識牌與空氣、污染物、雨水、鹽霧、微生物等相互隔離，使內(nèi)部保持相對穩(wěn)定無害的微環(huán)境，從而避免鹽霧、微生物、空氣和污染物灰塵粘附的氧化和腐蝕傷害。

(3) 隔離裝置表面材料應(yīng)具備一定的防紫外線、吸收太陽光熱量和反射太陽光的能力，使透過隔離裝置的紫外線強(qiáng)度降至50 %及以下。

2.4 研發(fā)新型標(biāo)識牌

研發(fā)功能更實用的新型標(biāo)識牌十分必要。

(1) 可研發(fā)新型反光型電網(wǎng)標(biāo)識牌來提高夜間巡視檢修效率，制作原理是在底板材料和漆料中添加更高比例的反光粉，確保在光線照射時能夠反射更多的光線，使字體顯得更亮、更白。

(2) 可研發(fā)新型自發(fā)光型標(biāo)識牌，比如太陽能LED自發(fā)光標(biāo)識牌，用LED顯示替代傳統(tǒng)標(biāo)識牌顯示，既可避免標(biāo)識牌褪色模糊，又能夠利用太陽能這樣的清潔能源。