一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法技术

本发明专利技术属于超疏水或超双疏涂层制备领域，特别涉及一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，具体包括：步骤1、对基材表面进行清洗和喷砂粗化处理；步骤2、使用聚氨酯与第一溶剂进行共混后得到聚氨酯溶液；步骤3、将亚微级粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，再加入氟硅烷，得到了粒子复合悬浮液；步骤4、将步骤2所得的聚氨酯溶液喷涂步骤1处理过的基材表面，对聚氨酯胶进行半固化；步骤5、将粒子复合悬浮液喷涂到步骤4所得到的基材表面，进行完全固化；步骤6、得到可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术通过喷涂技术在各基材表面制备地超双疏涂层具有良好的耐久性和牢固性，且具有可持久的抗结冰性能。

Method for preparing spraying and durable anti icing ultra double sparse coating

The invention belongs to the super hydrophobic coating or superamphiphobic preparation field, especially relates to a spraying and durable anti icing coating superamphiphobic preparation method includes: Step 1, and cleaning of the substrate surface roughening treatment; step 2, the first use of polyurethane and solvent blend polyurethane solution; step 3, the sub micro level particles, nanoparticles dispersed in second solvent, adding fluorine silane, the particle composite suspension; step 4, step 2 of the surface of polyurethane solution spraying step 1 treated, semi curing of polyurethane rubber; step 5, the surface of the substrate particles composite suspension spraying to step 4 of the complete cure; step 6, can be sprayed and durable superamphiphobic coating anti icing. The invention has the advantages that the preparation of super double sparse coating on the surface of each base material by spraying technology has good durability and firmness, and has durable anti icing performance.

【技术实现步骤摘要】
一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法
本专利技术属于超疏水或超双疏涂层制备领域，特别涉及一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法。
技术介绍
表面润湿性是固体表面的重要特征之一，润湿性可以用表面上水的接触角来衡量；超疏水表面因其对水的接触角大于150°、滚动角小于10°，且具有自清洁的特性而引起了学术界和工业界极大的兴趣。在自然界中，许多植物的叶子和花瓣、昆虫的翅膀、以及鸟类的羽毛等均是天然的超疏水材料。超疏水表面的自清洁功能，即表面污染物如灰尘等可以被滚落的水滴带走而不留下任何痕迹。自清洁涂层具有节水、节能、环保等优势，越来越受到人们的广泛关注，是目前材料学科研究的热点之一。随着人们对超疏水和超双疏表面的研究兴趣与日俱增，尤其是近年来雨雪冰冻灾害对输电通信电路、航空、航海或高铁运输造成的不同程度的损失，更使人们加大了对超疏水或超双疏表面防覆冰和抗结冰的研究力度。在现实环境中，如高空中悬挂的电线、云层中飞行的飞机机翼、风力发电机的机翼等，在遭遇低温和大湿度的情况下，往往表面容易结冰，从而造成重大的经济损失。因此，加强对固体表面的超疏水或超双疏性能在抗结冰方面的相关研究就显得尤为重要。研究发现，与传统的融冰和除冰方法相比超疏水技术的一个重要应用就是抗结冰结霜，即延迟、降低甚至完全阻止冰霜在固体堆积，能够较好地解决问题。经过大量的研究证明，表面的超疏水化降低了冰在表面的粘附强度。但是最近的研究又表面，大部分已制备的超疏水或超双疏表面并不能持久抗结冰：尤其是当超疏水表面遇到环境温度极低和湿度很大情况时超疏水表面抗结冰的情况并不是很理想，有时甚至其表面一旦结冰更难除去。目前这方面的研究并不是很多，发表的相关的文章以及授权的专利，尤其是针对这种低温和大湿度等多种因素对超疏水表面疏水性能影响的研究更是少之又少。此外，喷涂技术相较于刻蚀法、模板法、溶液浸泡法以及电化学法等以往制备超疏水或超双疏涂层的方法，它有很大的技术优势。对于各种形状的基材，不论是平面、立面还是顶面，不论是圆形，球形还是其它不规则形状的复杂物体，都可以直接实施喷涂，不需要昂贵的模具制造费用；并且，喷涂技术生产效率高，尤其适用于大面积、异形物体的处理。因此，本专利旨在专利技术一种可喷涂的，且在低温、大湿度环境下可持久的抗结冰超双疏表面。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，在解决在低温和大湿度环境的情况下，固体表面的超双疏涂层仍能保持优良的超双疏性以及抗结冰性。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、对基材表面进行清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的基材；步骤2、使用聚氨酯树脂与第一溶剂进行共混后得到聚氨酯溶液；步骤3、将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，超声及搅拌后，加入氟硅烷，继续超声及搅拌，得到了粒子复合悬浮液；步骤4、将步骤2所得的聚氨酯溶液喷涂步骤1处理过的基材表面，再将该基材干燥，对聚氨酯胶进行半固化；步骤5、将步骤3所得的粒子复合悬浮液喷涂到步骤4所得到的基材表面，再将该基材烘干进行完全固化；步骤6、对步骤5所得到的基材表面进行冲洗，即可得到可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层。进一步的，所述步骤1中，所述基材为平面、曲面或不规则形状的硅片、金属、玻璃、塑料、木材或石材。本专利技术中的制备方法不受基材的形状、大小和种类的影响，也并不限于上述基材，同时，金属基材可以是铁、铝、或铝合金，但不仅限于这几种，玻璃基材可以是石英或普通玻璃；本专利技术基材可以是纸板，纸板只需要擦洗即可。进一步的，所述步骤1中，所述对基材表面进行清洗是采用丙酮、去离子水、乙醇依次清洗。进一步的，所述步骤1中，喷砂粗化处理的工艺参数为：空气压力0.5～1.0MPa，喷砂时间10秒～1分钟，喷砂用砂丸目数40～200目。本专利技术将基体表面进行喷沙粗化处理，可以增大基体表面的粗糙度，提高涂层与基体的结合强度，进而提高超疏水涂层表面的牢固性和耐久性。进一步的，所述步骤2中，聚氨酯为单组分溶剂型聚氨酯；所述第一溶剂是甲苯、二甲苯、丙酮、甲乙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸叔丁酯的一种或多种混合溶剂。进一步的，所述聚氨酯以及第一溶剂的质量比为(4～10)：100。为了在光滑表面构建出超疏水或超双疏表面，目前常用的方法是将无机纳米粒子和含氟聚合物共混或将纳米粒子氟化，然后将氟化后的纳米粒子涂到材料表面从而构建超疏水或超双疏表面。这些方法中，聚合物和无机粒子与基底之间很难通过化学健作用粘接在一起，仅仅是靠物理吸附作用，粘接力不强，从而导致所构建的超疏水或超双疏表面存在不牢固，耐摩擦、耐洗涤性不强。本专利技术采用底层涂料和面层涂料进行超双疏涂层制备，其中，底层涂料采用聚氨酯。聚氨酯胶粘剂具有万能胶的功能，它还具有韧性可调节、且有极佳的耐低温性能及优良的稳定性。在本专利技术中，一方面它可以牢固地粘接在基材表面，另一方面它将无机二氧化硅粒子牢固地粘接上，起一个中间胶粘体的作用，实现了超双疏所需粗糙结构的构筑，从而使得所构建的超双疏涂层具有良好的耐久性和牢固性，具有可持久的抗结冰性能。进一步的，所述步骤3中，将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，超声及搅拌1～3小时后，加入氟硅烷，继续超声及搅拌1～3小时，得到了粒子复合悬浮液；所述步骤4中将基材置于25～80℃下干燥0.5～2h进行半固化；所述步骤5中将基材在温度为25～80℃下烘干0.5～24h进行完全固化。进一步的，所述亚微米粒子为粒径200～500nm的二氧化硅粒子；所述的纳米粒子为粒径7～40nm的亲水型气相二氧化硅粒子；所述第二溶剂为丙酮、乙醇、正己烷、乙酸甲酯、四氯化碳的一种或多种混合溶剂。本专利技术中将200～500nm亚微级的二氧化硅和7～40nm的气相二氧化硅粒子分散于面层溶液中，喷涂后在基材表面及聚氨酯层表面形成了精细的二元粗糙微纳结构；当涂层仅有小粒径二氧化硅时，外界在外力施加于此涂层时，小粒径二氧化硅很容易被外力冲散，从而丧失超双疏性能；当仅使用大粒径的二氧化硅时，涂层表面达不到实现超双疏的微纳精细结构，从而无法实现基材表面的超双疏化；本专利技术中，两种粒径的二氧化硅粒子由于相互交叉绑定于一块，当外界在外力施加于此涂层时，大粒径的亚微级的二氧化硅粒子会对小粒径的纳米气相二氧化硅受到的力有一定的分散作用，因此此结构可以提高涂层的耐久性和牢固性能，从而延长涂层的使用寿命。进一步的，所述的亚微米粒子、纳米粒子、氟硅烷以及第二溶剂的质量比为(1～3)：(1～3)：(2～10)：100。优选的，所述纳米粒子与亚微米粒子的质量比控制在(1～0.5)：(0.5～0.1)范围内。本专利技术中，粒径为7～40nm气相二氧化硅与粒径为200～500nm的亚微级二氧化硅的这一恰当比例控制为1～0.5：0.5～0.1，通过对比亚微级二氧化硅和气相二氧化硅不同比例的实验结果，发现在此粒子比例下，所制备的超双疏涂层，对水雾具有超疏水、不黏附的特性。当用喷枪将雾化后的水雾连续喷于样品表面时，在这种大湿度的情况下，水雾到涂层表面上的小水滴能迅速从涂层上滚动或弹跳离开，且不会凝聚成大液滴，从而实现涂层表面防雾的效果；当将涂层置于零下10℃的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、对基材表面进行清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的基材；步骤2、使用聚氨酯与第一溶剂进行共混后得到聚氨酯溶液；步骤3、将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，超声及搅拌后，加入氟硅烷，继续超声及搅拌，得到了粒子复合悬浮液；步骤4、将步骤2所得的聚氨酯溶液喷涂步骤1处理过的基材表面，再将该基材干燥，对聚氨酯胶进行半固化；步骤5、将步骤3所得的粒子复合悬浮液喷涂到步骤4所得到的基材表面，再将该基材烘干进行完全固化；步骤6、对步骤5所得到的基材表面进行冲洗，即可得到可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层。

【技术特征摘要】
1.一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、对基材表面进行清洗和喷砂粗化处理，得到处理好的基材；步骤2、使用聚氨酯与第一溶剂进行共混后得到聚氨酯溶液；步骤3、将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，超声及搅拌后，加入氟硅烷，继续超声及搅拌，得到了粒子复合悬浮液；步骤4、将步骤2所得的聚氨酯溶液喷涂步骤1处理过的基材表面，再将该基材干燥，对聚氨酯胶进行半固化；步骤5、将步骤3所得的粒子复合悬浮液喷涂到步骤4所得到的基材表面，再将该基材烘干进行完全固化；步骤6、对步骤5所得到的基材表面进行冲洗，即可得到可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层。2.根据权利要求1所述的一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述对基材表面进行清洗是采用丙酮、去离子水、乙醇依次清洗。3.根据权利要求2所述的一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，聚氨酯为单组分溶剂型聚氨酯；所述第一溶剂是甲苯、二甲苯、丙酮、甲乙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乙酸叔丁酯的一种或多种混合溶剂。4.根据权利要求3所述的一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯以及第一溶剂的质量比为(4～10)：100。5.根据权利要求1-4所述的一种可喷涂且持久抗结冰的超双疏涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将亚微米粒子、纳米粒子分散于第二溶剂，超声及搅拌1～3小时后，加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成毓，刘峰，胡海涛，
申请(专利权)人：黑龙江凯恩琪新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23