一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料、涂層及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于化學化工、材料技術領域，涉及一種由核殼結構聚合物乳液組成的耐磨、低冰粘附防覆冰涂層的制備與應用。
【背景技術】
[0002]在公路、飛機、船舶、海上石油平臺、風力渦輪機、水壩、電力線、以及電信設備等表面結冰及堆積給人們的生命財產安全帶來巨大危害和安全隱患。如道路結冰增加發生交通事故的幾率；大規模降雪、霜凍天氣引起的電纜電線結冰，從而導致電力運輸系統破壞，給國民經濟帶來巨大損失；飛機表面與機翼結冰威脅飛行安全，如近些年在中國包頭、美國以及俄羅斯西伯利亞的多起飛機失事都與機翼結冰有關。目前所采用的防覆冰方法一般存在耗能大和環境污染等問題。因此，亟需開發出一種涂層能夠有效降低冰在其表面的粘附強度，以利于除冰。
[0003]目前，防覆冰材料主要集中于利用超疏水表面或者在材料表面添加油性潤滑劑來降低冰粘附強度。而這些手段雖然能夠降低冰粘附強度，但是在應用中都存在著一些問題:(1)超疏水表面隨溫度的降低，會失去了防冰霜的作用；同時，根據文獻報道(S.A.Kulinich, S.Farhadi, K.Nose, and X.ff.Du.Langmuir, 2011, 27 (I), 25 - 29)超疏水表面會在除冰過程中遭到不斷破壞，失去超疏水性，從而增大冰粘附強度；(2)表面涂抹的油性潤滑劑難以持久，會揮發或者在除冰過程中逐漸損耗，且這種油性潤滑劑通常污染較大，給環境造成很大負擔(Konrad Rykaczewski, Kripa K.Varanas1.Langmuir, 2013, 29，5230-5238)。為了克服上述缺陷，本發明提供一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料及其涂層的制備方法。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料及其制備方法。
[0005]本發明的目的還在于提供一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂層及其制備方法。
[0006]本發明的目的還在于提供一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料與涂層的應用。
[0007]本發明通過以下技術方案實現:
[0008]一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料，由含核殼結構聚合物乳液與無機納米粒子的A組分，和含固化劑的B組分組成。
[0009]根據本發明，所述A組分中的核殼結構聚合物乳液選自聚氨酯乳液、丙烯酸酯乳液、環氧樹脂乳液、環氧樹脂-聚丙烯酸酯乳液、環氧樹脂-聚氨酯乳液和環氧樹脂-丙烯酸酯-聚氨酯乳液、有機硅樹脂乳液、醇酸樹脂乳液、聚烯烴乳液等中的一種或幾種。優選地，所述乳液選自聚氨酯乳液、環氧樹脂乳液、丙烯酸酯乳液中的一種或幾種。
[0010]根據本發明，所述A組分中的核殼結構聚合物乳液由核殼結構聚合物乳膠粒子穩定分散在水中獲得。所述核殼結構是指聚合物乳膠粒子包括由親水單元構成的內核和由疏水單元構成的外殼。所述疏水單元為聚氨酯、丙烯酸酯、環氧樹脂、有機硅樹脂、醇酸樹脂、聚烯烴等一種或幾種聚合物的疏水單元，如上述聚合物的疏水性分子主鏈。所述親水單元為聚氨酯、聚丙烯酸酯、環氧樹脂、有機硅樹脂、醇酸樹脂、聚烯烴等一種或幾種聚合物上的親水單元，如上述聚合物側鏈上的羧基、磺酸基、氨基等，或由這些基團成鹽之后形成的離子基團。
[0011]本發明中，所述無機納米粒子均勻分散于核殼結構聚合物乳液中形成A組分。A組分與B組分混合均勻得到防覆冰涂料。
[0012]根據本發明，所述A組分中的無機納米粒子均勻分散于核殼結構聚合物乳液中。所述的無機納米粒子選自硅藻土、氧化鋁、氧化鋅、二氧化硅、炭黑、碳納米管、粘土或蒙脫土等，優選為粘土，氧化鋁，二氧化硅和蒙脫土中的一種或幾種。
[0013]根據本發明，所述無機納米粒子添加量為A組分質量的1_20%，優選為2-15%，更優選為3-10%。
[0014]根據本發明，所述核殼結構聚合物乳液的添加量為A組分質量的80-99%，優選為85-98%,更優選為 90-97%。
[0015]根據本發明，所述B組分中的固化劑與所述的聚合物乳液配套使用。所述的固化劑是本領域公知的固化劑，可以通過商購或自行合成。例如Bayhydur3100, YW-50,或氮丙啶交聯劑(XR-100)。
[0016]根據本發明，所述B組分中的固化劑選自但不限于多異氰酸酯，氨基樹脂、環氧樹月旨、聚氨酯、氮丙啶，脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、有機酸、酸酐等中的一種或幾種。更優選地，所述多異氰酸酯為二異氰酸酯，三異氰酸酯或異氰酸酯的低聚物，例如六甲基二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，異佛爾酮二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種。
[0017]根據本發明，所述B組分中的固化劑，當所述的核殼結構聚合物乳液為聚氨酯乳液時，固化劑優選但不限于多異氰酸酯；當所述的核殼結構聚合物乳液為環氧樹脂乳液時，固化劑優選自但不限于脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、有機酸、酸酐等中的一種或幾種；當所述的核殼結構聚合物乳液為丙烯酸酯乳液時，固化劑優選自但不限于氨基樹脂、環氧樹脂、聚氨酯、氮丙啶等中的一種或幾種。
[0018]根據本發明，所述B組分中的固化劑添加量為所述的核殼結構聚合物乳液的5-20%，優選為 8-15%，更優選 10-12%。
[0019]根據本發明，所述B組分中的固化劑，非水溶性或非水分散性固化劑可以分散于甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丁內酯等水溶性介質中；水溶性或水分散性固化劑可以溶解或分散在水中，也可以不分散。
[0020]根據本發明，所述防覆冰涂料還可以含有其他助劑，如潤濕劑、流平劑、消泡劑、成膜助劑、增稠劑等本領域的常規助劑，以及顏料和填料等。
[0021]根據本發明，所述A組分與B組分于施工前混合均勻得到防覆冰涂料。
[0022]根據本發明，所述的防覆冰涂料通過刷涂、輥涂、噴涂或浸涂的施工方式涂覆在基材表面，經固化成膜即得到防覆冰涂層。
[0023]本發明中，防覆冰包括兩個方面，一方面是指防止基材表面結冰現象的發生，從而基材表面沒有冰層的覆蓋；另一方面是指如果基材表面發生結冰，冰可以在很小的外力，如風力，或自身重力的作用下從表面脫落，從而難以在基材表面覆蓋過厚的冰層。
[0024]本發明還提供一種防覆冰涂層，其特征在于，所述涂層包括基材以及涂覆在基材上的上述涂料。
[0025]根據本發明，所述涂料通過刷涂、輥涂、噴涂或浸涂的施工方式涂覆在金屬及合金、陶瓷等無機材料和高分子材料等基材表面，經固化成膜即得到防覆冰涂層。
[0026]本發明中，所述涂層的主要成膜物質是核殼結構聚合物乳液中的核殼結構聚合物乳膠粒子。核殼結構聚合物乳膠粒子以親水單元為殼層，固化成膜形成涂層之后親水單元能夠吸收環境中的水并發生溶脹，在涂層表面形成一層水潤滑層，而此類水潤滑層具有較低的冰點，能夠在零度以下保持液態。這一涂層和水潤滑層還能降低基材的表面粗糙度，減少基材與冰的接觸面積，從而大大降低冰在基材表面的粘附強度。剛性無機納米粒子的加入能夠提高所述防覆冰涂層的機械性能和耐磨性，延長了其使用壽命。
[0027]本發明還提供一種雙組分水性耐磨、低冰粘附防覆冰涂料的制備方法，包括以下步驟:
[0028]( I)制備具有疏水單元內核和親水單元外殼的核殼結構聚合物乳液；
[0029](2)將占A組分總質量1-20%的無機納米粒子，與占A組分總質量80_99%的所述核殼結構聚合物乳液攪拌混合均勻，即得到所述的防覆冰涂料的A組分。
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