一种表面防冰材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。与现有技术相比，本发明专利技术提供的制备方法将抑制表面成核的分子、吸水高分子与含微纳复合结构的超疏水表面相结合，制备得到的表面防冰材料具有亲/疏水相间的表面，表面疏水部分使得水易从表面滑落，而亲水部分可起到抑制表面水结冰且形成水润滑层的作用，从而兼具低粘附、易滑落及抑制水结冰的特点，且稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种表面防冰材料及其制备方法
本专利技术涉及防冰材料
，更具体地说，是涉及一种表面防冰材料及其制备方法。
技术介绍
表面防冰技术是世界性难题，也是近年来研究的热点。随着对表面结冰机制认识的深入，表面防冰技术不断发展。机械除冰法、溶液法及热能法等防冰方法能有效的去除表面冰层，但这些方法不能从根本上解决问题，还需要外部提供能量来实现。因此，设计及制备表面防冰材料成为解决表面结冰问题的理想途径。表面防冰材料的设计以降低表面对水/冰的粘附和延缓表面水结冰为主要思路。对于以降低水/冰粘附为思路的表面防冰材料设计中，以超疏水表面和含润滑液的表面为典型。其中，超疏水表面主要通过低粘附特点降低对水/冰的粘附，与水滴静态接触角超过150°，滑移角小于5°，水滴很难在超疏水表面停留，在水滴释放自身潜热前能够迅速流走；然而，超疏水表面微纳结构易破坏，且在低温高湿环境下疏水性下降，导致防冰性能显著降低甚至消失。含有润滑液的表面分两类：一是在利用微纳结构附着低表面能润滑液，使得表面平滑且低粘附，此类表面可同时降低对水和冰二者的粘附，但低表面能润滑液会随表面液体流走而发生迁移，使得其在多次使用中效果不断下降；二是通过在表面引入吸水高分子，在表面形成一层自润滑水层，此类表面可有效降低冰粘附且具有耐磨性，但此类表面亲水，会导致过冷水在表面聚集而不易滑落。此外，以延缓表面水结冰为思路的设计中，主要是在表面引入可抑制冰成核和生长的高分子，此类表面可降低表面结冰温度以及延缓表面结冰进程，但此类表面一旦结冰，其表面冰层难以除去。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种表面防冰材料及其制备方法，本专利技术提供的表面防冰材料具有亲/疏水相间的表面，兼具低粘附、易滑落及抑制水结冰的特点，且稳定性好。本专利技术提供了一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。优选的，步骤a)中所述辐射接枝马来酸酐的辐射源为钴60源或电子加速器，辐照温度为10℃～50℃，辐射剂量率为0.3kGy/h～5kGy/h，辐射剂量为5kGy～100kGy。优选的，步骤a)中所述辐射接枝马来酸酐的方式为预辐射接枝或共辐射接枝。优选的，所述预辐射接枝的过程具体为：对高分子固相基底材料进行预辐射，得到辐照后的基底材料，再将所述辐照后的基底材料浸没在熔化后的马来酸酐中，在惰性气体保护下，进行接枝反应，最后过滤出固体产物，依次进行抽提、洗涤和干燥，得到接枝马酐的材料；所述接枝反应的温度为60℃～150℃，时间为4h～8h。优选的，所述共辐射接枝的过程具体为：将高分子固相基底材料浸没在马来酸酐的四氢呋喃溶液中，进行共辐射，得到辐照后的基底材料，再将所述辐照后的基底材料依次进行抽提、洗涤和干燥，得到接枝马酐的材料；所述马来酸酐的四氢呋喃溶液的质量分数为10％～70％。优选的，步骤b)中所述有机配体具有式(I)所示结构：式(I)中，-R-选自其中，所述X为包含氨基、羟基、羧基和巯基中的一种或多种的功能基团。优选的，所述步骤b)具体为：将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行反应，过滤后再经清洗、浸泡和干燥，得到MOF接枝材料；所述反应的温度为100℃～120℃，时间为16h～24h。优选的，步骤c)中所述亲水高分子的溶液为聚乙烯醇的水溶液或聚丙烯酸的水溶液；所述亲水高分子的溶液的质量浓度为0.1％～5％。优选的，步骤c)中所述接触吸附的方式为循环过滤或浸泡，时间为1h～24h。本专利技术还提供了一种表面防冰材料，由上述技术方案所述的制备方法制备得到。本专利技术提供了一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法将抑制表面成核的分子、吸水高分子与含微纳复合结构的超疏水表面相结合，制备得到的表面防冰材料具有亲/疏水相间的表面，表面疏水部分使得水易从表面滑落，而亲水部分可起到抑制表面水结冰且形成水润滑层的作用，从而兼具低粘附、易滑落及抑制水结冰的特点，且稳定性好。另外，本专利技术提供的制备方法工艺路线清楚，条件温和、易于控制，适合大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例提供的表面防冰材料的制备流程图；图2为本专利技术实施例提供的原位生长制备MOF接枝材料的示意图；图3为本专利技术实施例1提供的MOF接枝无纺布表面形貌的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1提供的含聚乙烯醇的MOF接枝无纺布表面形貌的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例2提供的MOF接枝超高分子量聚乙烯表面形貌的扫描电镜图；图6为本专利技术实施例2提供的含聚丙烯酸的MOF接枝超高分子量聚乙烯表面形貌的扫描电镜图；图7为本专利技术实施例3提供的MOF接枝PI膜表面形貌的扫描电镜图；图8为本专利技术实施例3提供的含聚乙烯醇的MOF接枝PI膜表面形貌的扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。请参阅图1，图1为本专利技术实施例提供的表面防冰材料的制备流程图。本专利技术首先在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料。在本专利技术中，所述高分子固相基底材料的种类优选为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTEF)或聚酰亚胺(PI)，更优选为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯(PP)或聚酰亚胺(PI)；所述高分子固相基底材料的状态优选为无纺布或薄膜。在本专利技术优选的实施例中，所述高分子固相基底材料为无纺布材料(PP)；在本专利技术另一个优选的实施例中，所述高分子固相基底材料为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)；在本专利技术另一个优选的实施例中，所述高分子固相基底材料为聚酰亚胺(PI)膜材料。本专利技术对所述高分子固相基底材料的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述辐射接枝马来酸酐的辐射源优选为钴60源或电子加速器，更优选为钴60源。在本专利技术中，所述辐射接枝马来酸酐的辐照温度优选为10℃～50℃，更优选为25℃～35℃；所述辐射接枝马来酸酐的辐射剂量率优选为0.3kGy/h～5kGy/h，更优选为0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面防冰材料的制备方法，包括以下步骤：a)在高分子固相基底材料表面辐射接枝马来酸酐，得到接枝马酐的材料；b)将步骤a)得到的接枝马酐的材料浸没在金属盐和有机配体的混合溶液中，进行原位生长，得到MOF接枝材料；c)将步骤b)得到的MOF接枝材料与亲水高分子的溶液接触吸附，干燥后得到表面防冰材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述辐射接枝马来酸酐的辐射源为钴60源或电子加速器，辐照温度为10℃～50℃，辐射剂量率为0.3kGy/h～5kGy/h，辐射剂量为5kGy～100kGy。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述辐射接枝马来酸酐的方式为预辐射接枝或共辐射接枝。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述预辐射接枝的过程具体为：对高分子固相基底材料进行预辐射，得到辐照后的基底材料，再将所述辐照后的基底材料浸没在熔化后的马来酸酐中，在惰性气体保护下，进行接枝反应，最后过滤出固体产物，依次进行抽提、洗涤和干燥，得到接枝马酐的材料；所述接枝反应的温度为60℃～150℃，时间为4h～8h。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述共辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张依帆，尹园，柳美华，沃伊切赫斯坦尼斯瓦夫·古托夫斯基，邓鹏飏，魏巍，郑春柏，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22