一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法。第一步先由含氢聚二甲基硅氧烷与单端乙烯基聚二甲基硅氧烷反应形成刷型接枝聚合物；第二步由刷型接枝聚合物为主要原料，并以双端乙烯基聚二甲基硅氧烷为交联剂，以不参与交联反应的聚二甲基硅氧烷为添加剂，配成均一的反应溶液，在Karstedt't催化剂作用下，制备具有润滑性的耐久有机硅防覆冰涂层。由上述“两步法”制得的润滑性耐久有机硅防覆冰涂层具有超低的冰剪切强度，冰剪切强度最低为2.4kPa和优异的耐磨损性能。本发明专利技术制备方法简便，材料易得，制备出的防覆冰涂层透明性好，用于疏水、防冰涂层领域。

A preparation method of \two step\ lubricity durable silicone anti icing coating

The invention discloses a preparation method of a \two step\ lubricity durable silicone anti icing coating. In the first step, a brush graft polymer is formed by the reaction of hydrogen-containing polydimethylsiloxane with single-ended vinyl polydimethylsiloxane; in the second step, the brush graft polymer is used as the main raw material, and the double-ended vinyl polydimethylsiloxane is used as the crosslinking agent, and the polydimethylsiloxane which does not participate in the crosslinking reaction is used as the additive. A durable organosilicon anti-icing coating with lubricity was prepared by the reaction solution with Karstedt't catalyst. The lubricating and durable silicone anti-icing coating prepared by the two-step method has ultra-low ice shear strength, the lowest ice shear strength is 2.4 kPa and excellent wear resistance. The preparation method is simple, the material is easy to obtain, and the prepared anti-icing coating has good transparency, and is used in the field of hydrophobic and anti-icing coating.

【技术实现步骤摘要】
一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法
本专利技术涉及一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法，属于有机硅涂层制备及疏水、防覆冰涂层材料应用领域。
技术介绍
在航空航天、交通运输、电力通讯等领域，基体的表面覆冰给人类和社会带来严重的经济损失和重大危害。虽然传统的主动除冰方法，如机械除冰、加热除冰、喷洒防冻液等已广泛运用，但消耗大且效率低、污染环境的缺点也制约了其在防覆冰领域的应用。在基体表面构筑防结冰、疏冰功能涂层的方法，成本低，应用实施简便，具有更大的发展应用价值。按组分和性能特征可将防覆冰涂层分为三类：低表面能涂层、表面润滑涂层和超疏水防覆冰涂层。润滑液体浸润多孔表面是目前防覆冰涂层研究的热点(KrederMJ,AlvarengaJ,KimP,AizenbergJ.Designofanti-icingsurfaces:smooth,texturedorslippery？NatureReviewsMaterials,2016,1:15003)，其中的油性液体润滑性涂层通过释放油性润滑层使其迁移到涂层表面来降低冰粘附强度，但防冰过程中有机液体会发生流失(ZhangSN,HuangJY,ChengY,YangH,ChenZ,LaiYK.Bioinspiredsurfaceswithsuperwettabilityforanti-icingandice-phobicapplication:concept,mechanism,anddesign.Small,2017,13,1701867)。有机硅材料具有较低的表面能和良好的疏水性，广泛应用于防覆冰涂层的制备。有机硅具有较低的玻璃化转变温度，柔性好，使得在低温下硅氧烷链段仍具有柔顺性及向外迁移的能力，具有良好的耐低温性能。Kota等将乙烯基封端、硅氢封端和三甲基封端的聚二甲基硅氧烷混合成均一的溶液，通过硅氢加成反应制备出具有优异的力学持久性和超低冰粘附强度的润滑性耐用聚二甲基硅氧烷凝胶，其中三甲基封端的聚二甲基硅氧烷作为增塑剂来调控体系的交联密度，同时起到一定的润滑作用，使得冰粘附强度最低达到5.2kPa(BeemerDL,WangW,KotaAK.Durablegelswithultra-lowadhesiontoice.JournalofMaterialsChemistryA,2016,4:18253-18258)。聚硅氧烷的低温柔性好，广泛应用在防覆冰材料领域，但力学性能相对较差，且冰剪切强度一般在50kPa以上。为了改善有机硅涂层的耐磨损等力学性能，并制备具有超低冰剪切强度的防覆冰涂层，本专利技术以聚二甲基硅氧烷为原料，首先将主链和支链通过硅氢加成反应制备成刷型接枝聚合物，之后在该体系中加入不同组分及含量的交联剂和添加剂，采用“两步法”制备润滑性耐久有机硅防覆冰涂层。结合刷型接枝聚合物规整的分子排列、低温下较好的柔韧性等力学性能和添加剂的润滑作用，使得涂层在经过多次磨损后仍具有超低的冰剪切强度，冰在涂层上可以借助风和重力的作用而除去，提高涂层的耐磨损性能。该项工作目前未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法。本专利技术以聚二甲基硅氧烷-聚甲基氢硅氧烷作为主链，单乙烯基聚二甲基硅氧烷作为支链，乙烯基双封端的聚二甲基硅氧烷作为交联剂，以不参与交联反应的聚二甲基硅氧烷作为添加剂。以上述几种物质为原料，首先将作为主链和支链的聚硅氧烷通过硅氢加成合成出具有不同接枝度的PDMS刷型接枝聚合物，然后在该体系中加入不同组分及含量的交联剂和添加剂，采用“两步法”制备润滑性耐久有机硅防覆冰涂层。为达到上述目的，本专利技术提供了一种“两步法”制备润滑性耐久有机硅防覆冰涂层，其特征在于所制备的有机硅防覆冰涂层具有超低的冰剪切强度(冰剪切强度可低于10kPa)和优异的耐磨损性能。本专利技术的“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法：包括步骤如下：1)PDMS刷型聚合物的合成，物料组分和含量如下：含氢聚二甲基硅氧烷：4～30wt％；单乙烯基聚二甲基硅氧烷：6～20wt％；余量为溶剂；将主链含氢聚二甲基硅氧烷(PDMS-PMHS)和支链单端乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMS-V)按照上述质量比与溶剂混合配制成反应溶液；在氮气保护下将Karstedt's催化剂(反应物质量的0.001％)与溶剂的混合溶液(溶液质量分数为0.5～5wt％)加入到上述体系中；升温至60～90℃，在搅拌下冷凝回流反应10～58h；反应结束后将粗产物取出，在30～70℃下旋蒸，尽可能的除去溶剂，于真空干燥箱中干燥24～48h来除去残留溶剂，即得到不同接枝度的PDMS刷型接枝聚合物。2)润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备，物料组分和含量如下：聚二甲基硅氧烷刷型接枝聚合物：8～30wt％；双端乙烯基聚二甲基硅氧烷：3～15wt％；聚二甲基硅氧烷：4～15wt％；Karstedt’s催化剂：0.01～0.12wt％；余量为溶剂。将PDMS刷型接枝聚合物、交联剂双端乙烯基聚二甲基硅氧烷(V-PDMS-V)和添加剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)，按照确定的质量比进行称量，与溶剂配制成反应溶液，超声搅拌1～2h以混合均匀，使溶液呈均匀透明状；取适量溶液涂覆于基材表面，室温下表干1～4h，随后将其放入温度为70～120℃鼓风干燥箱中交联固化3～6h成膜，“两步法”制备出润滑性耐久有机硅防覆冰涂层。所用溶剂为甲苯、二甲苯、二氯甲烷、乙酸乙酯和四氢呋喃中的一种。涂覆方法采用滴涂、旋涂、喷涂或者浸涂等方法。上述的主链PDMS-PMHS的分子式为：式中，m＝5～60，n/m＝0～324，分子量为4000～120000。上述的支链PDMS-V的分子式为：式中，q＝4～93，分子量为500～7000。上述由支链PDMS-V制备出的PDMS刷型接枝聚合物的分子式为：式中，x＝0～60，y＝0～60，z＝4～93，p/x＝0～533，分子量为8000～200000。上述的交联剂V-PDMS-V的分子式为：式中，r＝4～268，分子量为500～20000。上述的未参与交联反应的添加剂PDMS的分子式为：式中，t＝5～404，分子量为532～30000。性能测试方法：1)水接触角测试以去离子水作为测试液体，用静态液滴法来测量涂层在室温下的静态水接触角，接触角计算利用五点拟合法，每个涂层样品测试五次取其平均值。接触角测试仪的型号为JC2000D。2)冰剪切强度测试采用侧推法来测试涂层的冰剪切强度。测试过程如下：每组样品取三个，放置于冷台上；将用全氟辛基三氯硅烷处理过的平均直径为9.84mm的空心玻璃圆柱垂直放置于涂层表面，滴入450μL去离子水；将冷台以2℃/min的速率降温至-15℃，并保温2～3h，确保空心玻璃圆柱内的去离子水全部结冰；以0.1～0.5mm/s的速率向前推进测试冰剪切力，记录最大剪切力及测试曲线。推拉力计的型号为日本ImadaZP-50N，每种组分的涂层测三次取其平均值。3)耐磨损测试将涂覆有机硅涂层的基材固定在Taber线性磨损试验机上，研磨器总重约1100g。每次测试前都需使用砂纸重修研磨器表面，以25cycles/min的速度进行25cycles。测试时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法：包括如下步骤：1)PDMS刷型聚合物的合成，物料组分和含量如下：含氢聚二甲基硅氧烷：4～30wt％；单乙烯基聚二甲基硅氧烷：6～20wt％；余量为溶剂；将主链含氢聚二甲基硅氧烷(PDMS‑PMHS)和支链单端乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMS‑V)按照上述质量比与溶剂混合配制成反应溶液；在氮气保护下将Karstedt's催化剂(反应物质量的0.001％)与溶剂的混合溶液(溶液质量分数为0.5～5wt％)加入到上述体系中；升温至60～90℃，在搅拌下冷凝回流反应10～58h；反应结束后将粗产物取出，在30～70℃下旋蒸，尽可能的除去溶剂，于真空干燥箱中干燥24～48h来除去残留溶剂，即得到不同接枝度的PDMS刷型接枝聚合物；2)润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备，物料组分和含量如下：聚二甲基硅氧烷刷型接枝聚合物：8～30wt％；双端乙烯基聚二甲基硅氧烷：3～15wt％；聚二甲基硅氧烷：4～15wt％；Karstedt’s催化剂：0.01～0.12wt％；余量为溶剂；将PDMS刷型接枝聚合物、交联剂双端乙烯基聚二甲基硅氧烷(V‑PDMS‑V)和添加剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)，按照确定的质量比进行称量，与溶剂配制成反应溶液，超声搅拌1～2h以混合均匀，使溶液呈均匀透明状；取适量溶液涂覆于基材表面，室温下表干1～4h，随后将其放入温度为70～120℃鼓风干燥箱中交联固化3～6h成膜，“两步法”制备出润滑性耐久有机硅防覆冰涂层。...

【技术特征摘要】
1.一种“两步法”润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备方法：包括如下步骤：1)PDMS刷型聚合物的合成，物料组分和含量如下：含氢聚二甲基硅氧烷：4～30wt％；单乙烯基聚二甲基硅氧烷：6～20wt％；余量为溶剂；将主链含氢聚二甲基硅氧烷(PDMS-PMHS)和支链单端乙烯基聚二甲基硅氧烷(PDMS-V)按照上述质量比与溶剂混合配制成反应溶液；在氮气保护下将Karstedt's催化剂(反应物质量的0.001％)与溶剂的混合溶液(溶液质量分数为0.5～5wt％)加入到上述体系中；升温至60～90℃，在搅拌下冷凝回流反应10～58h；反应结束后将粗产物取出，在30～70℃下旋蒸，尽可能的除去溶剂，于真空干燥箱中干燥24～48h来除去残留溶剂，即得到不同接枝度的PDMS刷型接枝聚合物；2)润滑性耐久有机硅防覆冰涂层的制备，物料组分和含量如下：聚二甲基硅氧烷刷型接枝聚合物：8～30wt％；双端乙烯基聚二甲基硅氧烷：3～15wt％；聚二甲基硅氧烷：4～15wt％；Karstedt’s催化剂：0.01～0.12wt％；余量为溶剂；将PDMS刷型接枝聚合物、交联剂双端乙烯基聚二甲基硅氧烷(V-PDMS-V)和添加剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)，按照确定的质量比进行称量，与溶剂配制成反应溶液，超声搅拌1～2h...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓燕，高淑辉，刘波，彭杰，李晓晖，朱孔营，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12