一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，通过硫代内酯与二胺化合物和单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷发生简单的多组分点击反应制备得到一种双羟基封端的嵌段，将其引入聚氨酯基体得到刷状有机硅改性聚氨酯涂层。这种特殊结构的涂层兼具了有机硅的低表面能和聚氨酯涂层与基底粘附性强的特点，并且特殊的刷状结构赋予了涂层特殊的类液体状的表面结构，使得其具有优越的自清洁防污性能。该涂层最高拉伸强度可达48.62MPa，断裂伸长率1233％，静态水接触角95

【技术实现步骤摘要】
一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于材料学领域，涉及一种涂层材料制备方法，具体涉及一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]结冰结霜是很常见的自然现象，然而却给人们的航空、海运、电力、汽车和能源行业带来安全隐患。比如飞机表面结冰，可能会降低飞机的操纵性、稳定性等安全性能，威胁飞行安全。据资料统计，由于结冰而导致空难事故的概率超过了15％。歼8和苏27飞机的结构腐蚀和结冰问题都严重影响过飞机的战备。另外，输电线路，尤其是高压输电线路的结冰现象也可能带来一系列很严重的经济损失。比如2008年初我国也出现了罕见的大范围、长时间冰冻天气，13个省电力系统运行受到影响，最严重地区电网近乎瘫痪，造成的间接经济损失难以估计。
[0003]现有的防冰/除冰方法主要包括主动与被动防护的方法。主动防护方法包括物理法(机械除冰、电热防/除冰系统)、化学法(喷洒盐水、除冰剂及防冰液)，被动防护方法即防冰涂层。被动防冰技术主要是通过在基体表面构建具有防冰、抗结冰功能性的涂层，减少水、冰等对基体表面的黏附，从而达到防冰、延迟结冰的防冰功效。基体表面结冰与其和水分子之间的相互作用力有关，分子间作用力越大，冰的黏附强度就越高。通过改变涂层表面的化学组成成分，降低涂层的表面能，使其成为疏水表面(即接触角＞90
°
)，可以降低冰或水(结冰前)与表面的黏附力，从而达到防冰或延迟结冰的效果。起初科研工作者从荷叶表面受到启发，得到可将部分空气捕捉在表面的超疏水结构，空气层的存在阻碍了水汽的进入，从而降低了冰黏附力，但是这种结构在冰霜环境长期存在时，表面完全结冰时超疏水表面与冰形成“机械互锁”结构，极大地增加了去冰的难度。另外科研工作者从猪笼草表面受到启发得到SLIPS防冰涂层，郭等利用三种常见的润滑层(全氟聚醚，液体石蜡和油酸乙酯)浸透超疏水表面，得到SLIPS涂层，这种涂层具有优越的延迟结冰能力(Nanoscale,2018,10,19879)。Arun K.Kota课题组制备了一种PDMS凝胶，这种凝胶拥有超低的表面能可利用脉冲分离的原理以较小的去冰力将冰从材料表面除去(J.Mater.Chem.A,2016,4,18253
–
18258)。但单独PDMS仍有力学性能不足，耐久性不长等问题。因此，针对结冰现象，怎样得到一种力学性能强，耐久性好同时可自清洁的防冰材料仍是本领域致力期待解决的问题。张秋禹等人利用巯基-烯点击化学方法设计一种氟硅树脂用以制备超疏水/双疏涂层(CN 2017107386707)，在织物上应用得到了较好的自清洁效果，不能用于防冰。

技术实现思路

[0004]要解决的技术问题
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，主要得到长耐久性自清洁防冰涂层。
[0006]技术方案
[0007]一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0008]步骤1、改性硫代内酯的制备：氮气保护下，依次将溶剂A、硫代内酯、巯基醇和碱催化剂A在常温下进行巯基-烯加成反应，1-3h后得到改性硫代内酯，其中硫代内酯与巯基醇按照摩尔比1:1进行混合；
[0009]步骤2、硅氧烷嵌段的制备：在反应容器中依次加入改性硫代内酯、二元胺、硅氧烷，进行硫代内酯的胺基亲核开环反应和巯基点击反应，反应6-24h后得到硅氧烷嵌段，其中改性硫代内酯、二元胺、硅氧烷按照摩尔比2:1:2进行混合；
[0010]步骤3、聚氨酯基体的制备：氮气保护下，在反应容器中依次加入溶剂A、硅氧烷嵌段、二元醇、二异氰酸酯、催化剂B和扩链剂在50～80℃反应，3-12h得到聚氨酯基体，其中二异氰酸酯、二元醇和硅氧烷嵌段混合物、扩链剂按照摩尔比2～4:1:1～3进行混合，二元醇和硅氧烷嵌段混合物中二元醇和硅氧烷嵌段以1:0.01～0.2进行混合，其中溶剂中占总质量的30％～80％；
[0011]步骤4、刷状自清洁防冰涂层：将聚氨酯基体，溶于溶剂A中配得浓度为10％-50％混合溶液，采用流涎法铺于基底上，放置到鼓风烘箱中采用退火法从50-120℃梯度升温的方式加热18-36h，后于60-80℃真空干燥6-24h除去残余溶剂，得到刷状自清洁防冰涂层。
[0012]所述的硫代内酯为丙烯酰胺硫代内酯。
[0013]所述的巯基醇为3-巯基-1-丙醇、2-巯基乙醇或6-巯基-1-己醇。
[0014]所述的碱催化剂A包括但不限于：三乙胺、二甲基苯基膦或三丁基膦碱性化合物。
[0015]所述的硅氧烷为单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷。
[0016]所述的溶剂A包括但不限于：四氢呋喃、二氧六环或乙酸正丁酯。
[0017]所述的二元胺包括但不限于：聚醚胺D 400、聚醚胺D 2000或己二胺。
[0018]所述的催化剂B包括但不限于：三乙胺、二月桂酸二丁基锡DBTDL或三亚乙基二胺碱性化合物。
[0019]所述的二异氰酸酯包括但不限于：甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI、六亚甲基二异氰酸酯HDI或赖氨酸二异氰酸酯LDI。
[0020]所述的扩链剂为乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、一缩二乙二醇，1，4-环己二醇、氢化双酚A、二亚甲基苯基二醇、对苯二酚双-β-羟乙基醚、间苯二酚羟基醚等二醇类扩链剂。
[0021]有益效果
[0022]本专利技术提出的一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，通过硫代内酯与二胺化合物和单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷发生简单的多组分点击反应制备得到一种双羟基封端的嵌段，将其引入聚氨酯基体得到刷状有机硅改性聚氨酯涂层。这种特殊结构的涂层兼具了有机硅的低表面能和聚氨酯涂层与基底粘附性强的特点，并且特殊的刷状结构赋予了涂层特殊的类液体状的表面结构，使得其具有优越的自清洁防污性能。该涂层最高拉伸强度可达48.62MPa，断裂伸长率1233％，静态水接触角95
°
以上，该涂层表面冰粘附力最小可至15.4kPa.
[0023]本专利技术的优点：
[0024]1.本专利技术的自清洁防冰涂层具有良好的低表面能性能，可用于建筑、船舶。飞机等表面的自清洁防污；
[0025]2.本专利技术的自清洁防冰涂层采用了一种制备方法简单，制作周期短，可大批量制备的刷状聚合物，利于自分层的发生，得到表面低表面能聚合物富集，基体富含大量氨酯键与氢键，可以涂覆在大部分基底上而具有良好的粘结性。
[0026]3.本专利技术的自清洁防冰涂层具有良好的防冰性能。
[0027]4.本专利技术的自清洁防冰涂层具有良好的耐磨性能，经过纺织布多次打磨后仍能保持自清洁防冰性能。
附图说明
[0028]图1：冰黏附力装置示意图
[0029]图2：实施例3表面自清洁性能测试
具体实施方式
[0030]现结合实施例、附图对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，其特征在于步骤如下：步骤1、改性硫代内酯的制备：氮气保护下，依次将溶剂A、硫代内酯、巯基醇和碱催化剂A在常温下进行巯基-烯加成反应，1-3h后得到改性硫代内酯，其中硫代内酯与巯基醇按照摩尔比1:1进行混合；步骤2、硅氧烷嵌段的制备：在反应容器中依次加入改性硫代内酯、二元胺、硅氧烷，进行硫代内酯的胺基亲核开环反应和巯基点击反应，反应6-24h后得到硅氧烷嵌段，其中改性硫代内酯、二元胺、硅氧烷按照摩尔比2:1:2进行混合；步骤3、聚氨酯基体的制备：氮气保护下，在反应容器中依次加入溶剂A、硅氧烷嵌段、二元醇、二异氰酸酯、催化剂B和扩链剂在50～80℃反应，3-12h得到聚氨酯基体，其中二异氰酸酯、二元醇和硅氧烷嵌段混合物、扩链剂按照摩尔比2～4:1:1～3进行混合，二元醇和硅氧烷嵌段混合物中二元醇和硅氧烷嵌段以1:0.01～0.2进行混合，其中溶剂中占总质量的30％～80％；步骤4、刷状自清洁防冰涂层：将聚氨酯基体，溶于溶剂A中配得浓度为10％-50％混合溶液，采用流涎法铺于基底上，放置到鼓风烘箱中采用退火法从50-120℃梯度升温的方式加热18-36h，后于60-80℃真空干燥6-24h除去残余溶剂，得到刷状自清洁防冰涂层。2.根据权利要求1所述基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，其特征在于：所述的硫代内酯为丙烯酰胺硫代内酯。3.根据权利要求1所述基于刷状有机硅自清洁防冰涂层的制备方法，其特征在于：所述的巯基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋禹，田艺，张和鹏，张宝亮，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：