一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種涂層，尤其涉及一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層。
【背景技術】
[0002]覆冰是自然界十分普遍的現象，結構物大氣覆冰，如飛機的機翼和外殼結冰、導線覆冰、道路覆冰、風機葉片覆冰、鐵路軌道覆冰等，均是常見的自然現象。但這種現象嚴重時會給人們生產生活帶來諸多不便，甚至威脅人們的生命財產安全。因此，防覆冰技術研究意義重大。防冰技術研究主要有四種類型即溶液防冰、機械除冰、熱能防冰和涂層防冰。其中涂層防冰因為能耗小、適用范圍廣、且屬于被動型防護，因此相比其他三種方法，涂層防冰是一種很理想的防冰方法。
[0003]仿豬籠草的超光滑涂層，由于液滴易從表面上滑落，而且可有效地降低冰與表面的附著力，成為了防覆冰領域的研究熱點。目前的超光滑涂層，多是通過在表面上構建多孔結構，然后采用潤滑油浸潤表面，所得的表面具有明顯的疏冰效果。然而，在使用過程中，液體潤滑層會從表面脫落，冰與表面的粗糙結構鉚合，從而大大增加冰與表面附著力，從而涂層失去防覆冰性能。常用的潤滑液為全氟聚醚或長碳鏈全氟烷烴類，價格昂貴。
[0004]聚乙二醇類、甘油等常被用作抗凍劑，但是將抗凍劑直接使用，在結冰嚴重的情況下，會失去防覆冰性能，使用量大，污染環境。因此，在本專利有以下優點:①采用抗凍劑作為潤滑層，會大大降低冰點，使得液滴不易在表面上結冰;②潤滑層在表面形成連續相會極大的降低冰與表面的附著力;③采用具有磁熱效應和光熱效應的粒子填充，可使表面溫度保持在(TC以上，從而不結冰，并當表面上結冰后可增強融冰過程。

【發明內容】

[0005]本發明針對覆冰的危害，提供了一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層。本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，制備方法如下:
[0006](I)交聯兩親性涂層的制備:將20-69重量份的兩親性聚合物、1-5重量份的交聯劑、30-75重量份的無機粒子，攪拌均勻后，在室溫(20?30°C)下預交聯，得到防覆冰涂料；
[0007](2)將步驟(I)所得到的涂料涂于基材表面，然后在125-170°C下高溫固化，得到兩親涂層;然后采用潤滑液浸潤兩親涂層表面，即在基材表面得到具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層。
[0008]進一步地，所述的無機粒子由15?100重量份的磁性粒子和O?85重量份的非磁性粒子的混合組成，所述的磁性粒子由四氧化三鐵、三氧化二鈷中的一種或兩種按照任意配比混合組成;所述非磁性粒子由炭黑、二氧化硅、ZnO中的一種或多種按照任意配比組成;無機粒子的粒徑為20nm?50μηι。
[0009]進一步地，所述的兩親性聚合物為環氧改性后的聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂。其中，環氧改性劑與聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂的質量比為1:5?5:1。
[0010]進一步地，所述聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂由一種或多種聚乙二醇類單體按照任意配比聚合而成，所述聚乙二醇類單體為甲基丙烯酸酯類單體、聚乙二醇丙烯酸酯類單體。
[0011]進一步地，所述環氧改性采用的改性劑由甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯中的一種或兩種按照任意配比組成。
[0012]進一步地，所述交聯劑選自乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、己二胺、間苯二甲胺、異佛爾酮二胺、4，4’-二氨基二苯甲烷、鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐中的一種或多種。
[0013]進一步地，所述潤滑液選自水、多元醇、甘油、硅油、脂肪酸類。
[0014]進一步地，所述多元醇為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、PEG400、PEG600。
[0015]本發明的有益效果在于:本發明主要利用聚乙二醇丙烯酸酯類，富含羥基與水，多元醇類，甘油，硅油，油酸等都具有良好的親和性;所添加的含環氧基丙烯酸酯類，與油類具有較好的親和力，并且可增強涂層的機械強度。另外涂層中添加無機粒子，可為涂層構建出復合微納結構，可增大潤滑液與表面的接觸面積。更重要的是，利用該無機顆粒具有磁熱性能和光熱性能，使得涂層在可見光或者外加交變磁場下產熱，從而能夠緩解結冰或者除去在涂層表面上形成的冰，并且保護涂層的微納結構不會被破壞。
【具體實施方式】
[0016]為了更好的理解本發明，下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0017]實施例1
[0018]四氧化三鐵的質量75g;聚乙二醇甲基丙烯酸與甲基丙烯酸縮水甘油酯的共聚物以質量比為5:1制備共聚物，聚合物為20g; 二亞乙基三胺的質量比為5g;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后140°C，真空烘箱內固化9h，退火。最后采用乙二醇浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0019]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至_36°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至3000s。冰與表面附著力為0.01N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至500s。
[0020]實施例2
[0021]四氧化三鐵與Si02粒子的總質量為30g(其中Si02粒子的質量為3.9g);聚乙二醇甲基丙烯酸與丙烯酸縮水甘油酯以質量比為4:2制備共聚物，聚合物為19g;馬來酸酐為Ig;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后170°C，真空烘箱內固化5h，退火。最后采用二縮三乙二醇浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0022]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至-40°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至3080s。冰與表面附著力為0.12N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至520s。
[0023]實施例3
[0024]四氧化三鐵與炭黑粒子的總質量含量10g(其中炭黑的質量為23g);聚乙二醇甲基丙烯酸與丙烯酸縮水甘油酯以質量比為3:3制備共聚物，聚合物為94g;己二胺為6g;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后125°C，真空烘箱內固化14h，退火。最后采用PEG400浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0025]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至_34°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至2080s。冰與表面附著力為0.15N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至530s。
[0026]實施例4
[0027]四氧化三鐵與炭黑粒子的總質量為Sg(其中炭黑占四氧化三鐵粒子的3.6g);聚乙二醇甲基丙烯酸與丙烯酸縮水甘油酯的共聚物以質量比為2: 4制備共聚物，聚合物為
11.2g;鄰苯二甲酸酐為4%;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后130°C，真空烘箱內固化12h，退火。最后采用PEG600浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0028]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至_25°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至1080s。冰與表面附著力為0.12N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至610s。
[0029]實施例5
[0030]四氧化三鐵與ZnO粒子的總質量為40.5g(其中ZnO粒子的質量為13.5g);聚乙二醇甲基丙烯酸與丙烯酸縮水甘油酯以質量比為1:5制備共聚物，聚合物為93.15g;4，4’_二氨基二苯甲烷為1.35g;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后160°C，真空烘箱內固化8h，退火。最后采用甘油浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0031]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至_28°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至1030s。冰與表面附著力為0.12N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至650s。
[0032]實施例6
[0033]四氧化三鐵與炭黑的總質量為320g，其中炭黑的質量為120g;聚乙二醇丙烯酸與甲基丙烯酸縮水甘油酯以質量比為3:3，聚合物為400g;異佛爾酮二胺為Sg;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后150°C，真空烘箱內固化5h，退火。最后采用水浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0034]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面瞬間鋪展。通過DSC測試發現，降低冰點至_26°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至2080s。冰與表面附著力為0.65N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至680s。
[0035]實施例7
[0036]四氧化三鐵與炭黑粒子的總質量為225g(其中炭黑的質量為51.9g);聚乙二醇甲基丙烯酸與丙烯酸縮水甘油酯的共聚物以質量比為2:4制備共聚物，聚合物為255g ；鄰苯二甲酸酐為20g;攪拌均勻之后，涂膜與基材表面，室溫下溶劑揮發，然后130°C，真空烘箱內固化16h，退火。最后采用硅油浸潤表面形成光滑的液體浸潤表面形成光滑的液體浸潤層。
[0037]對所制的樣品，接觸角進行了測定，液滴在涂層表面的接觸角為68°。通過DSC測試發現，降低冰點至_15°C。在溫度為-18°C條件下，延長結霜時間至600s。冰與表面附著力為
5.4N。當涂層表面形成冰層后，降低融冰時間至610s。
[0038]從以上具體實施例中的產品數據可以看出，本發明制備的涂料具有較長的抗結霜性能使得液滴在結冰之前就能被去除冰與表面附著力低使得液滴在涂層表面結冰之后也容易除去，同時，還具有很好的光熱性能和磁熱性能能夠有效的提高表面溫度，可增強表面的除冰性能。
[0039]以上內容描述了本發明的基本原理、主要特征、工藝流程和本發明的優勢。本行業的技術員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述得只是說明發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。
【主權項】
1.一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于，制備方法如下: (1)交聯兩親性涂層的制備:將20-69重量份的兩親性聚合物、1-5重量份的交聯劑、30-75重量份的無機粒子，攪拌均勻后，在室溫(20?30°C)下預交聯，得到防覆冰涂料； (2)將步驟I所得到的涂料涂于基材表面，然后在125-170°C下高溫固化，得到兩親涂層;然后采用潤滑液浸潤兩親涂層表面，即在基材表面得到具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層。2.根據權利要求1所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述的無機粒子由15?100重量份的磁性粒子和O?85重量份的非磁性粒子的混合組成，所述的磁性粒子由四氧化三鐵、三氧化二鈷中的一種或兩種按照任意配比混合組成;所述非磁性粒子由炭黑、二氧化硅、ZnO中的一種或多種按照任意配比組成;無機粒子的粒徑為20nm?50μmD3.根據權利要求1所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述的兩親性聚合物為環氧改性后的聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂。其中，環氧改性采用的環氧改性劑與聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂的質量比為1:5?5:1。4.根據權利要求3所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述聚乙二醇丙烯酸酯類樹脂由一種或多種聚乙二醇類單體按照任意配比聚合而成，所述聚乙二醇類單體為甲基丙烯酸酯類單體、聚乙二醇丙烯酸酯類單體。5.根據權利要求3所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述環氧改性劑由甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯中的一種或兩種按照任意配比組成。6.根據權利要求1所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述交聯劑選自乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、己二胺、間苯二甲胺、異佛爾酮二胺、4，4’_二氨基二苯甲烷、鄰苯二甲酸酐或馬來酸酐中的一種或多種。7.根據權利要求1所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述潤滑液選自水、多元醇、甘油、硅油、脂肪酸類。8.根據權利要求7所述的具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，其特征在于:所述多元醇為乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇、PEG400、PEG600。
【專利摘要】本發明公開了一種具有熱能除冰性能的超光滑防覆冰涂層，該涂層的質量百分含量是：20?69重量份的聚乙二醇丙烯酸環氧樹脂，1?5重量份的交聯劑；30?75重量份的無機顆粒，且該無機粒子為磁性粒子或磁性粒子與非磁性粒子的混合；潤滑液。其中，超光滑防覆冰涂層通過聚乙二醇環氧丙烯酸樹脂、無機粒子、交聯劑三部分的交聯反應構成的兩親性涂層，然后通過潤滑液浸潤兩親性表面而形成的。本發明的涂料與基材具有良好的附著力，抗結冰效果持久穩定，冰與表面的附著力極低易從表面上去除，并在外加磁場或光照條件下能夠被加熱從而達到熱能除冰的效果。制備工藝簡單，操作方便，環境友好，價格低廉，適宜工業化應用。
【IPC分類】C09D7/12, C09D151/08
【公開號】CN105713476
【申請號】CN201610073429
【發明人】張慶華, 程甜甜, 詹曉力, 陳豐秋
【申請人】浙江大學