【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶涂层及其制备方法与应用
本专利技术属于表面加工和涂层
，具体涉及一种水凝胶涂层及其制备方法与应用。
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。在换热、交通、电力、通讯、航空以及国防等领域中发生的结冰现象，经常引起能耗提高、效率降低等问题，还会形成安全隐患，严重时导致灾难性事故。因此，防冰材料的研究与制备对经济、社会和国防安全具有重要意义。除了加热以外，冷表面的防冰可以在结冰前或结冰后分别采取针对性措施：结冰前防止水滴在冷表面的积累或防止已积累水滴的冻结，结冰后减小冰层与基材的粘附作用使其脱落，通常包括喷洒结冰抑制剂、进行表面处理、或者涂覆防冰涂层的方式。专利CN102134475A公开了一种防结冰添加剂，按一定比例混合聚丙烯酸盐类聚电解质和甲基丙烯酰胺与丙烯酸甲酯共聚物，聚丙烯酸盐类的化学基团能够与冰晶发生氢键作用而吸附到冰晶表面，抑制冰晶生长，甲基丙烯酰胺与丙烯酸甲酯共聚物提高了添加剂的疏水作用，能有效吸附到冰晶表面，从而抑制冰晶生长，是防止二元冰溶液重结晶的一种有效措施。但是，结冰抑制剂通常为有机液体，不能长期稳定存在，作...
【技术保护点】
1.一种水凝胶涂层，其特征在于，所述水凝胶涂层是在聚电解质多层膜的基础上运用化学交联的方法得到的。
【技术特征摘要】
1.一种水凝胶涂层，其特征在于，所述水凝胶涂层是在聚电解质多层膜的基础上运用化学交联的方法得到的。2.根据权利要求1所述的水凝胶涂层，其特征在于，所述聚电解质选自阴离子聚电解质、阳离子聚电解质或两性聚电解质中的一种或多种(如两种或两种以上)；优选地，所述聚电解质选自弱聚电解质；所述阴离子聚电解质选自：聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸(PMAA)、聚甲基丙烯酸盐、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸盐、聚乙烯磺酸、聚乙烯磺酸盐、聚乙烯磷酸、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中的一种或多种(如两种或两种以上)；优选地，所述阴离子聚电解质选自聚(4-苯乙烯磺酸钠)、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐中的一种或多种(如两种或三种)；所述阳离子聚电解质选自：聚乙烯吡咯烷酮(PVPON)、聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺盐、聚乙烯胺、聚乙烯胺盐、聚乙烯吡啶、聚乙烯吡啶盐、聚乙烯胺盐、聚烯丙基胺、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中的一种或多种(如两种或两种以上)；所述聚烯丙基胺盐优选为聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)；优选地，所述阳离子聚电解质选自聚乙烯亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚烯丙基胺盐酸盐中的一种或多种(如两种或三种)；优选地，所述聚电解质为带有官能团的聚电解质；所述带有官能团的聚电解质的官能团选自环氧基、氨基、羧基、羟基、双键等中的至少一种；优选地，所述聚电解质多层膜的制备采用层层自组装的方式，利用聚电解质的静电吸引力、氢键、碱基配对相互作用、电荷转移相互作用或共价键中的至少一种使其组装在一起；优选地，所述水凝胶涂层带有反离子；所述反离子选自Fe3+、Li+、Cu2+、NH4+、Ag+、Ca2+、CTAB+中的一种或多种(如两种或两种以上)。3.根据权利要求1或2所述的水凝胶涂层，其特征在于，所述水凝胶涂层包括基底层和主要涂层；所述基底层是从基材侧往外由一层阳离子聚电解质层，一层阴离子聚电解质层，依次交替形成的多层涂层，用以增强后续主要涂层的吸附力；优选地，所述基底层以如下组成单元依次交替形成：阳离子聚电解质层/阴离子聚电解质层/阳离子聚电解质层；所述组成单元的个数可以为1-20，优选为2-7，例如2-5；优选地，基底层的阴离子聚电解质选自聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)，基底层的阳离子聚电解质选自聚乙烯亚胺和/或聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)；所述主要涂层是从阳离子聚电解质层侧往外由一层阴离子聚电解质层，一层阳离子聚电解质层，依次交替形成的聚电解质多层膜；优选地，所述主要涂层中的阳离子聚电解质与基底层中的阳离子聚电解质不同；所述主要涂层中的阴离子聚电解质与基底层中的阴离子聚电解质不同；优选地，所述主要涂层的阴离子聚电解质选自聚甲基丙烯酸(PMAA)，所述主要涂层的阳离子聚电解质选自聚乙烯吡咯烷酮(PVPON)；优选地，所述主要涂层以如下n个组成单元依次交替形成：阴离子聚电解质层/阳离子聚电解质层；记为n层；所述n为2-200，优选为2-60，进一步优选为2-40，更进一步优选为2-30；例如从基材侧往外，交联前所述水凝胶涂层的组成为：PAH/PSS/PAH/PSS/PAH/PSS/PAH/PMAA/PVPON/PMAA……PMAA/PVPON/PMAA/PVPON……，最外层是PVPON。4.一种防冰材料，其特征在于，所述防冰材料包括基材和基材表面的水凝胶涂层；所述基材选自金属材料、非金属材料、无机材料、有机材料、以及复合材料等，例如硅、玻璃、铜、铝、铁、金属氧化物材料、高分子聚合物有机材料；所述水凝胶涂层具有权利要求1-3任一项定义。5.一种制备权利要求1-3任一项所述水凝胶涂层或者权利要求4所述防冰材料的方法，其特征在于，所述方法包括：制备聚电解质多层膜的步骤和化学交联的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将聚电解质以层层组装方式涂覆于基材表面，形成聚电解质多层膜；(2)通过化学交联，使部分聚电解质形成三维网络结构；(3)将未交联的聚电解质抽提去除。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚电解质优选为不同聚电解质；所述不同聚电解质交替涂覆于基材表面；所述聚电解质优选为带有官能团的聚电解质；步骤(1)中，所述层层组装为通过浸泡、喷涂、刷涂、旋涂等方式，将不同聚电解质溶液交替涂覆于基材表面形成聚电解质多层膜；步骤(1)中，所述基材具有权利要求4所述定义；步骤(2)中，所述化学交联为聚电解质的官能团，在特定酸碱环境下与交联剂反应，以化学键的形式使聚电解质之间连接起来；步骤(3)中，所述抽提为特定酸碱环境下不同聚电解质间氢键作用破坏，未交联的聚电解质脱落。8.根据权利要求5-7任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭倩，贺志远，吕健勇，王健君，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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