一种具有长效疏冰特性的超滑涂层的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有长效疏冰特性的超滑涂层及其应用。这种涂层具有双层结构，其中上层为含疏冰剂分子、表面平整的交联聚合物；下层为存储疏冰剂的多孔结构。此涂层制备包括以下步骤：首先将可交联前体和制孔剂按质量比10：(3～10)混合搅拌，涂于表面预固化20

【技术实现步骤摘要】
一种具有长效疏冰特性的超滑涂层的制备及其应用


[0001]本专利技术涉及涂层制备
，具体涉及一种具有长效疏冰特性的超滑涂层及其应用。

技术介绍

[0002]降水覆冰，升华覆冰等覆冰现象给人们的生活出行、交通运输以及电力设施等各个领域都带来了严重威胁，并且会造成巨大的经济损失。飞机机翼覆冰造成气动外形改变，影响飞行，增加油耗，甚至于影响安全飞行。在电力系统，轻则损耗增加、输电线断裂、杆塔倒塌，重则导致整个输电线路的瘫痪。此外，在交通运输行业，如铁路运输线路的结冰、公路桥梁材料等，对人们的生命财产安全造成巨大的威胁。因此，探索有效的疏冰技术具有重大的社会意义和经济价值。
[0003]现有的疏冰技术分为主动除冰与被动除冰，主动除冰包括机械除冰、热力除冰与溶液除冰。机械除冰技术一般应用于道路，其除净率不高且易损伤路面；热力除冰成本较高，能耗大；溶液除冰利用的除冰剂会造成汽车、公路桥梁材料的腐蚀以及生态系统的改变。相比于主动除冰，近年来发展起来的被动除冰技术因其能耗小、成本低、应用方式简便、环保等优势受到广泛的关注。涂层防覆冰就是一种典型的被动除冰技术。
[0004]目前的涂层防覆冰技术主要有两种：一种是仿生荷叶表面的超疏水涂层，一种是仿生猪笼草的表面光滑疏冰涂层(Nat.Rev.Mater.,2016,1,15003)。超疏水涂层利用表面微纳结构使液滴处于滚动的气
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液
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固三相接触的Cassie态，减小液滴与基底的接触面积，实现了疏冰性能。但超疏水涂层易受到微尘颗粒污染和外力作用而使其结构破坏，且在低温高湿的复杂多变环境中性能易受影响，因此稳定性欠佳。表面光滑疏冰涂层因为表面Cassie态结构中的空气层置换为低表面能物质，形成液
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液接触的光滑表面，液滴易于滑走，并且疏冰剂的流动性使得涂层具有自我修复能力，在实现优异的抗污、抗粘性的同时兼具极低的冰粘附强度和较高的压力稳定性。
[0005]目前，许多防覆冰涂层已经被制备，但是仍然存在着几个问题，首先是已经报道的涂层不能很好地解决疏冰剂的损耗，超滑涂层由于疏冰剂本身的挥发以及在除冰过程中的疏冰剂流失，使其使用寿命大大缩短。其次是储油能力的问题，涂层材料中储油能力直接影响着涂层的使用寿命。虽然有一些报道，但是其储油能力太弱，严重影响了使用寿命。再者，疏冰能力也是面临的一大难题，目前已经报道的一些防覆冰涂层的冰层粘附力仅仅能达到5kPa，更低地冰层粘附力更有利于其实际应用。
[0006]因此，专利技术一种简单、低成本、储油能力强、使用寿命长、防覆冰效果好的超滑长效疏冰涂层具有相当重要的现实意义和应用前景。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种具有长效疏冰性能的超滑涂层及其制备方法，所专利技术的涂层具有一体化复合层结构(如图1)。光滑疏冰无孔层提供平滑表
面、有效控制疏冰剂的释放，赋予该涂层长效疏冰性能；疏冰剂多孔储存层存储有大量疏冰剂，这些疏冰剂会在涂层表面疏冰剂损耗后自动释放出来，维持表面疏冰性能，此外，多孔基底能在温度降低时收缩促进疏冰剂释放，在温度升高时吸收疏冰剂，防止疏冰剂流失，这两种机制大幅度延长了涂层的服役寿命。
[0008]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一方面，本专利技术提供一种具有长效疏冰特性的超滑涂层的方法，其特征在于：
[0010]一种具有长效疏冰特性的超滑涂层，其具有双层结构，其中上层为具有含疏冰剂分子、表面平整的交联聚合物；下层为多孔结构，孔中存储有疏冰剂分子。上层提供光滑疏冰表面，控制疏冰剂分子的释放速度；下层多孔结构存储的大量疏冰剂分子，不断补充涂层表面疏冰剂分子在使用过程中的损耗，使得涂层长期保持防覆冰能力和低的冰粘附力。
[0011]进一步地，所述双层结构为统一的整体，其厚度范围为50～5000μm。所述上层的厚度占涂层总厚度的比例为5％～25％,下层占涂层总厚度的比例为75％～95％。
[0012]进一步地，所述疏冰剂分子是液体疏冰剂或蜡状疏冰剂；所使用的疏冰剂相溶或微溶于上层聚合物材质，所使用的疏冰剂分子相容或不容于下层聚合物材料；优选为液体小分子、液态聚合物、各种有机蜡中的一种或多种。疏冰剂主要储存在疏冰剂多孔储存层中的大小孔洞中，由光滑疏冰无孔层控制疏冰剂分泌速率，扩散至涂层表面，形成一层稳定疏冰防护膜；当表面疏冰防护膜随外力损耗后，涂层会自发向外分泌疏冰剂，重新形成稳定疏冰防护膜。
[0013]进一步地，所述上层和下层为弹性聚合物或者聚合物为基底的复合材料，聚合物为聚氨酯、甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、双组分室温硫化硅橡胶、有机硅材料、高温型有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、聚甲基硅树脂、有机硅
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环氧树脂、有机硅聚酯树脂、乙烯基硅树脂中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述疏冰剂分子被固定在表面，当疏冰剂为液态分子时，形成具有分子水平平整表面，达到延缓冰成核的效果，以及在冰形成后降低冰粘附强度的效果；这层疏冰剂分子可以与上层的交联聚合物通过分子间相互作用而自发形成表面聚合物刷，这种聚合物刷的结构在保证低的冰粘附强度的同时，可以减少内部疏冰剂的过度分泌造成的使用寿命低等问题；也可以通过在上层聚合物表面处理出微结构来固定，通过微结构和表面疏冰防护双重作用实现降低冰粘附强度的目标。
[0015]进一步地，所述交联聚合物为三维网状结构，疏冰剂分子固定在交联聚合物网络结构中，可以通过控制聚合物的交联度来调整表面的硬度、韧性等，其选取包括含氟硅氧烷聚合物、环氧树脂
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硅胶聚合物、聚氨酯中的一种或多种；所述聚合物刷通过疏冰剂的混合与聚合物之间的分子作用力自发地在涂层表面形成，得到具有超滑功能的液态聚合物刷，其具有优异的表面疏冰防护性、良好的可控性和刺激响应性，能够降低表面的动摩擦系数，提高表面疏冰剂分子的稳定性，其选取包括天然生物大分子、聚电解质、双亲性硅基功能聚合物、两性离子聚合物和中性聚合物中的一种或多种；
[0016]进一步地，所述聚合物微结构为能锁住液体分子的cassie态表面，液体分子被固定在微结构的凹槽中，提高表面疏冰剂的稳定性，其处理方法包括等离子刻蚀、相分离、模板法、旋涂、电纺织、溶胶
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凝胶法、自组装法中的一种或多种，处理后的上层聚合物表面粗糙度≤20μm。
[0017]进一步地，疏冰剂多孔储存层可为普通聚合物多孔结构或可逆聚合物多孔结构，多孔结构由致孔剂致孔的方法制得，多孔结构可为闭合的独立孔或连续的通孔；可以通过控制加热固化时间以及加热固化温度来控制疏冰剂多孔储存层的孔径与孔隙率，孔隙率为50％～90％，孔径范围为100μm以内。
[0018]进一步的，以动态有机硅聚合物作为疏冰剂多孔储存层时，可以通过控制固化时间以及固化温度来控制疏冰剂多孔储存层的孔径与孔隙率。
[0019]进一步地，所述上层和下层可为同种或不同种材质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有长效疏冰特性的超滑涂层，其特征在于，具有双层结构，上层为含疏冰剂分子、表面平整的交联聚合物；下层为多孔结构，孔中存储有疏冰剂分子；上层提供光滑疏冰表面，控制疏冰剂分子的释放速度；下层多孔结构存储有大量疏冰剂分子，补充涂层表面疏冰剂分子在使用过程中的损耗，使得涂层长期保持防覆冰能力和低的冰粘附力。2.根据权利要求1所述的具有长效疏冰特性的超滑涂层，其特征在于，所述双层结构为统一的整体，其厚度范围为50～5000μm；所述上层的厚度占涂层总厚度的比例为5％～25％,下层占涂层总厚度的比例为75％～95％。3.根据权利要求1所述的具有长效疏冰特性的超滑涂层，其特征在于，所述疏冰剂分子为液体小分子、液态聚合物、各种有机蜡中的一种或多种；所述疏冰剂相溶或微溶于上层聚合物材质，所述疏冰剂分子相容或不容于下层聚合物材料。4.根据权利要求1所述的具有长效疏冰特性的超滑涂层，其特征在于，所述上层和下层为弹性聚合物或者聚合物为基底的复合材料，聚合物为聚氨酯、甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、双组分室温硫化硅橡胶、有机硅材料、高温型有机硅树脂、有机硅聚酯改性树脂、聚甲基硅树脂、有机硅
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环氧树脂、有机硅聚酯树脂、乙烯基硅树脂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的具有长效疏冰特性的超滑涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔家喜，徐松子，杨莉，王宏，吴倩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：