核壳型抗凝冰改性剂、其制造方法和包括其的抗凝冰涂料技术

本发明专利技术涉及一种核壳型抗凝冰改性剂、其制造方法和包括其的抗凝冰涂料。本发明专利技术的核壳型抗凝冰改性剂包括核芯和壳层，所述核芯为水溶性金属盐颗粒，所述壳层由氧化物颗粒形成并且所述壳层包覆所述核芯，其中，所述壳层的厚度为10nm以上。本发明专利技术的核壳型抗凝冰改性剂容易施工，并且在用于抗凝冰涂料时，由这样的抗凝冰涂料形成的抗凝冰涂层具有优异的抗凝冰性、疏水性、缓释性和持久的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
核壳型抗凝冰改性剂、其制造方法和包括其的抗凝冰涂料
本专利技术涉及一种核壳型抗凝冰改性剂、其制造方法和包括其的抗凝冰涂料。
技术介绍
冬季路面积雪结冰一直是困扰公路交通安全的问题。路面积雪结冰会导致路面抗滑能力大幅度降低，既削弱了道路的通行能力，容易产生恶性交通事故，又会破坏道路及其附属构造物，严重时会造成交通中断、使人们的生活和生产无法正常进行，甚至危害人民生命和财产的安全。目前，常用的路面除冰雪方法总体上分为被动抑制型和主动融冰雪型两大类。通常采用的被动抑制型除冰雪措施主要包括撒布融雪剂、人工除雪、机械除雪等措施。通常撒布的金属氯化物融雪剂的主要成分为氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等，其在保证交通畅通、行车安全的同时，也对基础设施造成腐蚀并破坏环境。人工除雪和机械除雪效率低、耗时长，尤其机械除雪需采购专业的除雪设备、对路面有损伤。主动融冰雪型技术主要是通过路面的特殊功能来实现除冰融雪，包括自应力弹性路面铺装技术、能量转化型融冰雪技术等。主动融冰雪型技术尚不成熟，并且实际操作存在困难。在经过长时间的科研和应用后，在考虑成本、维护、作用时间和使用效果的情况下，认为通过利用抗凝冰涂料涂覆沥青路面以在路面上获得抗凝冰涂层的技术为比较合理的技术。抗凝冰涂料是通过有机疏水型材料与抗凝冰改性剂配混而得到的新一代功能性路面涂料。该技术克服以往养护技术在冬季低温环境下难以施工的弊端。有机疏水型材料与路面具有优良的粘附性，且具有透气封水性和自清洁性能，从而可自动清除表面覆盖的灰尘，恢复抗凝冰改性剂对冰点的抑制作用，主动维持除冰功能。抗凝冰涂料中所包含的抗凝冰改性剂主要原理为在毛细管压力及车辆碾压作用下，内部的抑制冻结效果的成分逐渐析出，从而降低道路表面水的冰点，抑制道路表面积雪结冰。因此，出于使用成本和环境保护的需要，要求抗凝冰涂料中所使用的抗凝冰改性剂具有优异的缓释性。现有技术中对于抗凝冰涂料和抗凝冰改性剂已经进行了一些研究。专利文献1中公开了一种缓释型三组分路面除冰融雪涂料，其中所使用的树脂为有机硅材料并且采用包括负载于如沸石等多孔吸附载体上盐类和炭黑的抑冰组分。然而，尽管该涂料具有缓释性和抗凝冰性，但是其组成复杂且制备过程繁琐，导致不利于对于路面的现场施工；另外，抑冰组分的抗凝冰性和缓释性依然有待进一步提高。专利文献2中公开了一种具有缓释功能超疏水防覆冰涂料，其包括含氟聚合物和由吸附小分子防冰物质的无机中空或多孔纳米粒子。该涂料具有优异的疏水性和缓释性，但是含氟聚合物的成本较高并且由吸附小分子防冰物质的无机中空或多孔纳米粒子的抗凝冰和缓释性不足。专利文献3中公开了一种有机包覆缓释型长效环保融雪融冰剂，其可用于自融雪涂料中，其制备方法包括利用双螺杆挤出机加热并配混融雪盐和有机包覆剂。尽管该融雪融冰剂可以降低冰点，但是专利文献3中并未关注该融雪融冰剂在用于抗凝冰涂料时是否能保持其性能。另外，专利文献3采用双螺杆挤出机并存在加热和降温的过程，生产成本较高。此外，现有技术中还使用蜡、沥青等来包覆无机盐以赋予缓释性。然而，本专利技术人经过研究发现，在抗凝冰改性剂用于抗凝冰涂料时，因为所形成的抗凝冰涂层厚度在1mm以下，抗凝冰改性剂需要使用呈粉末状的无机盐颗粒(颗粒尺寸大约在5-20微米)。因而，现有技术存在以下问题：由于无机盐颗粒较小(比表面积大)，所使用的蜡、沥青或者各种树脂(如专利文献3)的用量会很大，不经济；采用这种简单的物理方式包裹，颗粒表面包裹难以均匀，并且有机物具有粘性，包裹后的颗粒会粘接在一起，为了使粘接的颗粒分散开，后续生产工作量会非常巨大，难以实现真正的工业化；进一步，在实际使用中发现，采用在使用聚合物包裹无机盐小颗粒的情况下，包裹后的无机盐颗粒表面上包裹材料的空隙比较多，遇水后会使缓释效果大大降低。现有技术文献专利文献1：CN103805059A专利文献2：CN102382536A专利文献3：CN107699199A
技术实现思路
专利技术要解决的问题鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种核壳型抗凝冰改性剂，其容易施工，并且在用于抗凝冰涂料时，由这样的抗凝冰涂料形成的抗凝冰涂层具有优异的抗凝冰性、疏水性、缓释性和持久的使用寿命。本专利技术的另一目的是提供前述抗凝冰剂的制造方法，其可以以简便的方式来实施。本专利技术的又一目的是提供包含前述抗凝冰剂的抗凝冰涂料，由这样的抗凝冰涂料形成的抗凝冰涂层可以具有优异的抗凝冰性、疏水性、缓释性和持久的使用寿命。用于解决问题的方案通过本专利技术的专利技术人的深入研究，已经做出了本专利技术，具体如下。[1]一种核壳型抗凝冰改性剂，其包括核芯和壳层，所述核芯为水溶性金属盐颗粒，所述壳层由氧化物颗粒形成并且所述壳层包覆所述核芯；所述壳层的厚度为10nm以上。[2]根据[1]所述的核壳型抗凝冰改性剂，所述氧化物颗粒为二氧化硅颗粒或二氧化钛颗粒。[3]根据[1]或[2]所述的核壳型抗凝冰改性剂，所述水溶性金属盐为选自氯化钠、氯化钙、氯化镁、乙酸钙、乙酸镁、乙酸钾的至少一种。[4]一种根据[1]-[3]任一项所述的核壳型抗凝冰改性剂的制造方法，包括：使水溶性金属盐均匀分散在作为初始分散介质的醇类溶剂中，然后向其中添加碱性催化剂，任选加入去离子水，得到预分散液；在搅拌下，向所述预分散液中，添加氧化物颗粒的前驱体并进行反应；过滤得到固体组分，并进行洗涤和干燥。[5]根据[4]所述的制造方法，所述碱性催化剂为选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的至少一种。[6]一种抗凝冰涂料，包括：相对于100质量份的有机硅系材料，10-70质量份的沥青、0.5-5.0质量份的固化催化剂、10-55质量份的根据[1]-[3]任一项所述的核壳型抗凝冰改性剂。[7]根据[6]所述的抗凝冰涂料，所述有机硅系材料为选自有机硅树脂、有机硅改性聚氨酯树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸酯系树脂、氟改性的有机硅树脂、有机硅改性聚酯树脂、有机硅改性酚醛树脂、有机硅改性苯丙橡胶、有机硅改性丁苯橡胶的至少一种。[8]根据[6]或[7]所述的抗凝冰涂料，其还包括填料。[9]根据[8]所述的抗凝冰涂料，其还包括硅烷偶联剂。专利技术的效果本专利技术的核壳型抗凝冰改性剂容易施工。该核壳型抗凝冰改性剂对周围环境友好，在用于抗凝冰涂料时，由这样的抗凝冰涂料形成的抗凝冰涂层可以在0～-30℃的低温下还具有优异的抗凝冰性；该核壳型抗凝冰改性剂具有由氧化物颗粒形成的壳层，因而具有优异的疏水性，还可以大幅减缓释放出水溶性金属盐的速度，即具有优异的缓释性。本专利技术的制造方法中的原料来源广泛，价格便宜，同时工艺过程中无需加入偶联剂、表面活性剂等助剂，反应条件温和，实验周期短。附图说明图1为生产例中所使用的工业NaCl的扫描电镜(SEM)图片。图2为生产例1中NaCl/SiO2核壳复合粒子的扫描电镜(SEM)图片。图3为生产例2中NaCl/SiO2核壳复合粒子的扫描电镜(SEM)图片。图4示出当水滴分别滴到未涂覆的载玻片和具有由实施例1的抗凝冰涂料形成的涂层的载玻片上时的水滴状态。图5示出当水滴分别滴到未涂覆的普通路面和具有由实施例1的抗凝冰涂料形成的涂层的路面上的情况。图6示出由参考涂料形成的涂层和由实施例1的抗凝冰涂料形成的涂层的除冰效果。具体实施方式<<核壳型抗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核壳型抗凝冰改性剂，其特征在于，其包括核芯和壳层，所述核芯为水溶性金属盐颗粒，所述壳层由氧化物颗粒形成并且所述壳层包覆所述核芯；所述壳层的厚度为10nm以上。

【技术特征摘要】
1.一种核壳型抗凝冰改性剂，其特征在于，其包括核芯和壳层，所述核芯为水溶性金属盐颗粒，所述壳层由氧化物颗粒形成并且所述壳层包覆所述核芯；所述壳层的厚度为10nm以上。2.根据权利要求1所述的核壳型抗凝冰改性剂，其特征在于，所述氧化物颗粒为二氧化硅颗粒或二氧化钛颗粒。3.根据权利要求1或2所述的核壳型抗凝冰改性剂，其特征在于，所述水溶性金属盐为选自氯化钠、氯化钙、氯化镁、乙酸钙、乙酸镁、乙酸钾的至少一种。4.一种根据权利要求1-3任一项所述的核壳型抗凝冰改性剂的制造方法，其特征在于，包括：使水溶性金属盐均匀分散在作为初始分散介质的醇类溶剂中，然后向其中添加碱性催化剂，任选加入去离子水，得到预分散液；在搅拌下，向所述预分散液中，添加氧化物颗粒的前驱体并进行反应；过滤得到固体组分，并进行洗涤和干...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠嘉，朱宝林，江睿南，石艳，赵锡森，严世祥，周彬，谷云辉，张翠，刚红润，王曈，付立，边莉，
申请(专利权)人：交通运输部科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11