一种低温高湿环境用防结冰涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温高湿环境用防结冰涂料，该防结冰涂料包括甲组分和乙组分，甲组分按质量百分比包括如下成分：聚氨酯树脂45~65wt%、功能性多孔纳米材料10~20wt%、耐磨填料17~25wt%、溶剂10~15wt%、助剂2~3wt%；乙组分为异氰酸酯固化剂，甲、乙组分的质量比为（5~5.5）:1。其制备方法包括如下步骤：制备功能性多孔纳米材料，将弹性聚氨酯树脂、助剂、占总量70%的溶剂以及功能性多孔纳米材料低速搅拌均匀；然后加入耐磨填料高速搅拌均匀；搅拌均匀后再研磨0.5~4h，最后加入剩余溶剂调整粘度，得到甲组分；使用前将甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，即得到防结冰涂料。该涂料成膜性好，结构致密，涂层表面具有较低的结冰温度和较好的疏水特性，在低温高湿环境下具有良好的防结冰性。

【技术实现步骤摘要】
一种低温高湿环境用防结冰涂料及其制备方法
本专利技术涉及一种涂料
，具体的说是一种低温高湿环境用防结冰涂料及其制备方法。
技术介绍
极地船舶主要在极地低温的环境下使用，极地环境不仅温度低而且湿度较大，尤其在船舶的运行过程中溅起的水浪等会增加空气湿度。在低温高湿环境下主要是由于水蒸气在涂层表面凝结形成冰晶，随着冰晶的大量聚集最终在涂层表面形成结冰层，从而导致极地船舶上层建筑覆盖厚厚的冰层，不仅会增加船体重量，造成能耗增加，而且会存在安全隐患。目前国内外研究的抗结冰涂层，从抗结冰原理以及影响冰黏附力这两个方面来讲，可分为牺牲性涂层和疏水涂层。牺牲性涂层主要利用涂层表面释放出抗结冰剂，降低水的凝固点，在冰与涂层表面间形成一层薄薄的水膜，致使冰不易黏附到涂层表面，但牺牲性涂层应用局限性比较大，并且不能够长久使用，需要定期涂装。疏水涂层是基于涂层表面的微纳结构实现涂层的超疏水性能，但微纳结构在低温高湿环境下，由于水汽的进入，不仅不能起到防结冰性能，反而会增大冰层与涂层的结合力，不易除冰，因此，针对低温高湿环境应该以牺牲性涂层为主，结合涂层表面的疏水特性，实现防结冰性。国外技术美国、加拿大、俄罗斯等寒冷国家利用有机无机杂化的方式结合抗冰剂已经研制出接触角达150°以上的超疏水涂层。专利号为US20181619568的专利“ICEPHOBICCOATINGFORMULATIONSANDUSETHEREOF”采用弹性体、填料颗粒及低温保护剂实现防结冰性；专利号为US201815863222的专利“ACTIVEANTI-ICECOATING,COATINGMATERIALANDMETHOD”利用抗结冰剂的释放实现防结冰，但该专利需要采用紫外固化实现防结冰的持续性。国内技术国内在防结冰涂料方面的研究主要是疏水性涂层，公开号为CN104449317A的中国专利公开了一种防冰雪覆盖涂料，该涂料采用低表面能树脂结合抗冰剂聚乙二醇制备疏水性涂层，降低冰雪的覆盖，但该涂层在受到磨损后，随着抗冰剂的消耗，涂层失去防结冰性能。公开号为CN109722150A的中国专利公开了一种防结冰风电叶片及其制备方法，其是采用导电填料的加入降低凝固点或升高基质表面温度来有效地延缓冰晶形成，达到防结冰效果，但该涂层需要防闪电保护，不能广泛应用。现有技术中，利用表面刻蚀或微-纳结构结合等方式形成表面微结构，使其具备荷叶效应的疏水涂层也在防结冰领域广泛研究，但目前制备的涂层表面耐久性较差，且不适用于强风、高湿等环境下。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种低温高湿环境用防结冰涂料及其制备方法，该涂料能够实现低温高湿环境下的防结冰要求。为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种低温高湿环境用防结冰涂料，该防结冰涂料包括甲组分和乙组分，其中，甲组分按质量百分比包括如下成分：聚氨酯树脂45～65wt％；功能性多孔纳米材料10～20wt％；耐磨填料17～25wt％；溶剂10～15wt％；助剂2～3wt％；所述的乙组分为异氰酸酯固化剂；所述甲、乙组分的质量比为(5～5.5):1。进一步地，所述聚氨酯树脂为含有羟基的聚氨酯树脂。聚氨酯树脂可赋予涂层低温条件下良好的柔韧性，解决涂层低温脆性问题，保证涂层在低温条件下的应用。进一步地，所述功能性多孔纳米材料的制备方法为：在容器内加入100g乙醇溶液中，通入氮气作为保护气，将5～10g的有机金属醇盐与40～45g低表面能改性剂一起分散于乙醇溶液中，超声分散均匀，加入质量为低表面能改性剂质量40％～50％的多孔纳米材料，继续超声分散均匀，然后置于温度为60℃的真空烘箱内干燥，即得到功能性多孔纳米材料。进一步地，所述有机金属醇盐为乙二醇铝盐、异丙醇铝盐、正已醇铝盐中的任意一种。进一步地，所述低表面能改性剂为全氟硅烷、全氟辛酸、全氟乙烯丙烯共聚物中的任意一种。进一步地，所述多孔纳米材料为多孔纳米二氧化硅、多孔纳米二氧化钛、碳纳米管中的任意一种。进一步地，所述耐磨材料为氧化铝、氧化锆、玻璃微珠、聚四氟乙烯中的任意一种或两种。耐磨填料能够提高涂层表面耐磨性，保障涂层在冰层磨损下的稳定性。进一步地，所述溶剂为二甲苯、丙酮、正丁醇、醋酸乙酯中的任意一种或几种。溶剂主要满足涂层生产及施工要求。一种制备低温高湿环境用防结冰涂料的方法，其制备方法包括如下步骤：步骤一、在三口烧瓶中加入乙醇溶液，通氮气保护，将5～10g的有机金属醇盐与40～45g低表面能改性剂一起分散于乙醇溶液中，超声分散均匀，加入质量为低表面能改性剂质量40％～50％的多孔纳米材料，继续超声分散均匀，然后置于温度为60℃的真空烘箱内干燥，即得到功能性多孔纳米材料；步骤二、将弹性聚氨酯树脂、助剂、占总量70％的溶剂以及步骤一制备的功能性多孔纳米材料按配方称量加入料桶，用搅拌设备低速搅拌均匀；步骤三、然后将耐磨填料加入到步骤二得到的混合物中，高速搅拌均匀；搅拌均匀后再研磨0.5～4h至涂料细度降至40μm以下，最后加入剩余溶剂调整粘度，得到甲组分；步骤四、使用前将甲组分与乙组分混合，搅拌均匀，即得到防结冰涂料。所述助剂包括触变剂、流平剂、消泡剂、分散剂。其中，触变剂提供了良好的抗流挂性和储存稳定性；流平剂提供了优异的表面平整性和施工性，消泡剂能够消除涂料在生产及运输过程中产生的气泡，分散剂能够提高有机树脂与无机填料之间良好的分散兼容性。其中，触变剂为气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡中的任意一种或几种，流平剂为BYK-320、Glide450、EFKA-3777中的任意一种或几种，消泡剂为6800、6600、BYK-066中的任意一种或几种，分散剂为BYK-110、BYK-163中的任意一种或几种。异氰酸酯固化剂可赋予涂层优异的弹性、耐候性、常温固化性，对涂层高韧性、耐磨性及减阻性均具有重要作用。需要说明的是：本专利技术中的低温高湿环境指的是：温度低于-5℃，空气相对湿度高于70％的环境。有益效果：1、本专利技术利用多孔纳米材料负载有机金属醇盐与低表面能改性剂，该有机醇盐在涂层中稳定存在，但当其释放至涂层表面后，该有机金属醇盐遇到涂层表面的水会发生水解，从而释放出有机小分子醇类，有机小分子醇类可降低涂层表面冰的凝固点，从而实现防结冰性。同时，低表面能改性剂的添加，使涂层表面具有疏水性，易于水滴及冰层从涂层表面滑落，实现涂层的防结冰性能。由于多孔纳米材料具有存储和释放功能，将有机金属醇盐和低表面能改性剂通过多孔纳米材料的存储和释放引入到疏水涂层中，一旦涂层表面的疏水性和低冰点性物质被消耗或破坏后，存储在多孔纳米材料中的有机金属醇盐和低表面能改性剂可自发的释放并迁移至涂层表面并发生水解，实现涂层的防结冰性能的自修复和耐久性。2、本专利技术生产工艺简单、无需复杂设备，且施工方便、常温可固化；由该涂料制备的涂层成膜性好，结构致密，涂层表面具有较低的结冰温度和较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于，该防结冰涂料包括甲组分和乙组分，其中，甲组分按质量百分比包括如下成分：/n聚氨酯树脂 45~65wt%；/n功能性多孔纳米材料 10~20wt%；/n耐磨填料 17~25wt%；/n溶剂 10~15wt%；/n助剂 2~3wt%；/n所述的乙组分为异氰酸酯固化剂；/n所述甲、乙组分的质量比为（5~5.5）:1。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于，该防结冰涂料包括甲组分和乙组分，其中，甲组分按质量百分比包括如下成分：
聚氨酯树脂45~65wt%；
功能性多孔纳米材料10~20wt%；
耐磨填料17~25wt%；
溶剂10~15wt%；
助剂2~3wt%；
所述的乙组分为异氰酸酯固化剂；
所述甲、乙组分的质量比为（5~5.5）:1。


2.根据权利要求1所述的一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于：所述聚氨酯树脂为含有羟基的聚氨酯树脂。


3.根据权利要求1所述的一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于：所述功能性多孔纳米材料的制备方法为：在容器内加入100g乙醇溶液中，通入氮气作为保护气，将5~10g的有机金属醇盐与40~45g低表面能改性剂一起置于乙醇溶液中，超声分散均匀，加入质量为低表面能改性剂质量40%~50%的多孔纳米材料，继续超声分散均匀，然后置于温度为60℃的真空烘箱内干燥，即得到功能性多孔纳米材料。


4.根据权利要求3所述的一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于：所述有机金属醇盐为乙二醇铝盐、异丙醇铝盐、正已醇铝盐中的任意一种。


5.根据权利要求3所述的一种低温高湿环境用防结冰涂料，其特征在于：所述低表面能改性剂为全氟硅烷、全氟辛酸、全氟乙烯丙烯共聚物中的任意一种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：亓海霞，张心悦，陈小平，朱励，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41