一种聚电解质涂层及其调控冰传递的应用制造技术

技术编号:18440548 阅读:30 留言:0更新日期:2018-07-14 06:23
本发明专利技术提供了一种调控冰传递时间的聚电解质多层涂层,由两种或两种以上不同的聚电解质组成,可以通过层层自组装的方法制备获得。该涂层具有制备过程简单,造价低廉,厚度可控以及几乎可以涂覆于任何基底上等优点,可以实现冰传递时间在多个数量级差别范围内的调控。

Polyelectrolyte coating and its application in regulating ice transport

The present invention provides a polyelectrolyte multilayer coating that regulates the time of ice transfer, consisting of two or more than two different polyelectrolytes, and can be prepared by a layer of self-assembly. The coating has the advantages of simple preparation process, low cost, controllable thickness and almost can be coated on any substrate. It can realize the regulation of ice transfer time within the range of different orders of magnitude.

【技术实现步骤摘要】
一种聚电解质涂层及其调控冰传递的应用
本专利技术涉及一种聚电解质涂层,以及采用该涂层调控冰传递的方法,属于表面加工和涂层

技术介绍
结冰现象广泛存在于自然界中,尤其是在低温高湿的环境中,然而在交通运输、电力设备以及航空航天等领域中发生结冰行为时,经常会导致高能耗或灾难性事故,因此,在包括这些领域在内的应用领域中研究和开发防冰材料,或者抑制结冰行为,是非常必要的。目前,对防冰材料的研究多数集中在冰黏附与冰成核两个环节。最近,哈佛大学的Aizenberg.J等人通过将润滑油填充到聚合物或者凝胶里,有效降低了冰的粘附力,但其表面结构复杂,润滑油容易流失,以及热传递效率降低,使得该方法的应用受到了很大的限制。在冰成核方面的研究中,具有纳米结构或者微纳结构的超疏水表面可以使得落在超疏水表面的水滴跳起而延缓冰的形成,但在高湿环境下,水滴与超疏水表面的接触模式转变为Wenzel模式会使得防冰效果大大降低。另一方面,科研人员通过表面改性来降低表面的异相成核温度来达到防冰的目的。但是材料表面通常会存在污染物或缺陷,某些污染物或者缺陷很容易导致冰成核,随后以这个成核的冰为中心,冰会逐渐蔓延开来,使得材料表面完全覆冰。因此,冰传递在防结冰研究中,同样是一个非常重要的课题。任何事物都有它的两面性和应用价值,对于结冰现象也同样如此。在某些领域则需要促进冰的形成,例如冰蓄冷中央空调。冰蓄冷空调是一种利用夜间用电低负荷电力来制冰并且储存在蓄冰装置中,到白天时融冰将所储存冷量释放出来,从而减少电网高峰时段制冷空调的用电负荷,实现“削峰填谷”的目的。但是由于纯水在凝固成冰的过程中存在过冷度,即在-6℃左右时才开始凝固成冰,直至冰晶核形成后才回升到0℃直至完全冻结,这就使得耗能大大增强。为真正实现降低能耗,就需要寻求能够迅速结冰的方法。层层自组装方式的优点在于制备过程简单,组装后的产物功能多样,造价低廉,组装物的厚度可控,并且几乎可以涂覆到任何基底上,这些优点使其具有很大的实际应用价值。本专利技术希望通过研究,开发出简便有效的调控冰传递的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调控冰传递时间的聚电解质多层涂层,该涂层具有制备过程简单,造价低廉,厚度可控以及几乎可以涂覆于任何基底上等优点,可以实现冰传递时间在多个数量级差别范围内的调控。术语本专利技术的“冰传递时间”是指从第一个冰成核到所有水结成冰所需的时间。在本专利技术的具体实施例中,通过显微镜观察,计算第一个水滴结冰到最后一个水滴结冰所需要的全部时间,记为相应的冰传递时间。本专利技术的“聚电解质”与本领域中该技术术语的含义一致,是带有可电离基团的长链高分子,在极性溶剂中会发生电离,使高分子链上带上电荷。链上带正电荷的聚电解质又称为聚阳离子或正聚电解质,链上带负电荷的聚电解质又称为聚阴离子或负聚电解质。本专利技术第一个方面是提供一种能调控冰传递时间的涂层。根据本专利技术,所述涂层是由两种或两种以上的聚电解质形成的多层涂层。根据本专利技术,所述涂层的层数至少为两层,例如可以是2-100层,优选3-30层,例如5层、6层、7层、8层、9层、10层、11层、12层、13层、14层、15层、16层、17层、18层、19层、20层、21层、22层、23层、24层、25层、26层、27层、28层、29层、30层。根据本专利技术,所述聚电解质可以选自聚阳离子,聚阴离子。所述聚阴离子可以是合成的聚阴离子化合物,也可以是天然的聚阴离子化合物,例如:聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐、聚磷酸盐、聚硅酸盐、带负电荷的核酸或蛋白质等。所述盐可以是钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铵盐等。在本专利技术的一个实施方式中,所述聚阴离子是聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)。所述聚阳离子可以是合成的聚阳离子化合物,也可以是天然的聚阳离子化合物,例如:聚乙烯亚胺或其盐、聚乙烯胺盐、聚乙烯吡啶盐、聚烯丙基胺盐、聚二丙烯基二甲基铵盐、带正电荷的蛋白质等。所述盐可以是盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐等。在本专利技术的一个实施方式中,所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)、聚二丙烯基二甲基氯化铵(PDAD)。也可以是在上述聚电解质上进行部分官能团修饰后的聚电解质。在本专利技术的一些实施方式中,所述涂层从基底侧往外由一层聚阳离子层,一层聚阴离子层,依次交替形成多层涂层;或者,从基底侧往外由一层聚阴离子层,一层聚阳离子层,依次交替形成多层涂层。在本专利技术的一些具体实施方式中,所述聚阴离子是聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS),所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)和/或聚二丙烯基二甲基氯化铵(PDAD)。例如从基底侧往外,涂层的组成为:PSS/PAH/PSS/PAH……PSS/PAH/PSS/PAH……,最外层可以是PSS或PAH或PDAD;或者,为PSS/PDAD/PSS/PDAD……PSS/PDAD/PSS/PDAD……,最外层可以是PSS或PDAD或PAH;或者,为PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH……PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH……,最外层可以是PSS或PDAD或PAH;或者,为PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD……PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD……,最外层可以是PSS或PDAD或PAH;或者,为PAH/PSS/PAH/PSS……PAH/PSS/PAH/PSS……,最外层可以是PSS或PAH或PDAD;或者,为PDAD/PSS/PDAD/PSS……PDAD/PSS/PDAD/PSS……,最外层可以是PSS或PAH或PDAD;或者,为PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS……PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS……,最外层可以是PSS或PDAD或PAH;或者,为PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS……PAH/PSS/PDAD/PSS/PAH/PSS/PDAD/PSS……,最外层可以是PSS或PDAD或PAH。在本专利技术的一个实施方式中,所述多层涂层采用层层自组装的方式制备而成。在层层自组装中,聚电解质层之间通过一定的相互作用力结合在一起,包括但不限于静电力、氢键、配位作用、电荷转移、分子特异性识别等。在本专利技术的一个实施方式中,优选采用静电力将聚电解质层之间结合在一起。根据本专利技术,所述涂层适用的基底选自无机材料、有机材料、复合材料。所述无机材料包括但不限于硅、金属或合金、玻璃、陶瓷等,所述金属包括但不限于铜、铝、铁、锰、镁、锌等,所述合金包括但不限于不锈钢、球墨铸铁、铝合金、锌合金、锰合金、镁合金、钛合金等。在本专利技术的一个实施方式中,所述基底为硅、铜、铝、玻璃。所述有机材料包括但不限于高分子材料、竹、木等,所述高分子材料包括但不限于塑料或树脂、橡胶等。在本专利技术的一个实施方式中,所述基底为聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)的聚合物刷(例如,参见文献Li,B.;Yu,B.;Ye,Q.;Zhou,F.TappingthePotentialofPolymerBrushesthroughSynthesis.Acc.本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种能调控冰传递时间的多层涂层,其特征在于由两种或两种以上的聚电解质形成。优选所述涂层的层数至少为两层,优选为2‑100层,更优选为3‑30层。优选所述聚电解质选自聚阳离子,聚阴离子。优选所述聚阴离子为聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐、聚磷酸盐、聚硅酸盐、带负电荷的核酸或蛋白质;优选所述盐是钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铵盐。优选所述聚阴离子是聚(4‑苯乙烯磺酸钠)。优选所述聚阳离子为聚乙烯亚胺或其盐、聚乙烯胺盐、聚乙烯吡啶盐、聚烯丙基胺盐、聚二丙烯基二甲基铵盐、带正电荷的蛋白质;优选所述盐是盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐。优选所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐、聚二丙烯基二甲基氯化铵。优选所述涂层从基底侧往外,由一层聚阳离子层,一层聚阴离子层,依次交替形成多层涂层;或者,从基底侧往外,由一层聚阴离子层,一层聚阳离子层,依次交替形成多层涂层。优选所述聚阴离子是聚(4‑苯乙烯磺酸钠),所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐和/或聚二丙烯基二甲基氯化铵。

【技术特征摘要】
1.一种能调控冰传递时间的多层涂层,其特征在于由两种或两种以上的聚电解质形成。优选所述涂层的层数至少为两层,优选为2-100层,更优选为3-30层。优选所述聚电解质选自聚阳离子,聚阴离子。优选所述聚阴离子为聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸盐、聚磷酸盐、聚硅酸盐、带负电荷的核酸或蛋白质;优选所述盐是钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铵盐。优选所述聚阴离子是聚(4-苯乙烯磺酸钠)。优选所述聚阳离子为聚乙烯亚胺或其盐、聚乙烯胺盐、聚乙烯吡啶盐、聚烯丙基胺盐、聚二丙烯基二甲基铵盐、带正电荷的蛋白质;优选所述盐是盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐。优选所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐、聚二丙烯基二甲基氯化铵。优选所述涂层从基底侧往外,由一层聚阳离子层,一层聚阴离子层,依次交替形成多层涂层;或者,从基底侧往外,由一层聚阴离子层,一层聚阳离子层,依次交替形成多层涂层。优选所述聚阴离子是聚(4-苯乙烯磺酸钠),所述聚阳离子是聚烯丙基胺盐酸盐和/或聚二丙烯基二甲基氯化铵。2.如权利要求1所述的多层涂层,其为3-30层的PSS/PAH多层涂层,从基底侧往外由一层PSS涂层,一层PAH涂层,依次交替重复形成;或者,其为3-30层的PAH/PSS多层涂层,从基底侧往外由一层PAH涂层,一层PSS涂层,依次交替重复形成。3.如权利要求1所述的多层涂层,其为3-30层的PSS/PDAD多层涂层,从基底侧往外由一层PSS涂层,一层PDAD涂层,依次交替重复形成;或者,其为3-30层的PDAD/PSS多层涂层,从基底侧往外由一层PDAD涂层,一层PSS涂层,依次交替重复形成。4.一种能调控冰传递时间的材料,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员:靳袁凯贺志远王亚玲王健君
申请(专利权)人:中国科学院化学研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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