一种具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法，将环氧树脂溶液和碳酸氢铵溶液混合并加入环氧树脂固化剂，得到环氧树脂

【技术实现步骤摘要】
一种具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于光热超疏水涂层材料制备
，具体涉及到一种具有隔热功能的超疏水光热涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]结冰作为一种客观的自然现象，在航空航天、交通运输、电力通信等领域给人类生产、生活带来众多不便和危害，因此如何防止户外设备表面覆冰结冰已成为户外设备在冬季持久稳定运行急需解决的问题。传统的除冰方法，如机械除冰、热能除冰、化学试剂除冰等，具有作业危险、成本高、效率低、环境不友好等诸多局限性，且难以从根本上有效解决覆冰难题。利用防结冰材料除冰具有能耗低、使用范围广等优点，已成为众多学者关注的热点。利用荷叶自清洁效应制备的超疏水材料因具有优异的疏水性能，使液滴在结冰前就脱离壁面，具有一定的防结冰性能。此外，超疏水材料微纳复合结构内部空洞的存在会阻碍热量传递，起到延迟结冰的作用。同时，微纳复合结构也会减小冰与壁面之间的黏附力，从而使覆冰黏附力变小，积冰容易在重力、风、振动作用下去除，因此超疏水材料被认为是一种理想的防结冰材料。然而由于自然界结冰条件比较复杂，超疏水表面在极端环境条件下会在微结构内结霜，最终大面积结冰。在超疏水微结构内结冰将加大冰与壁面之间的黏附力，多次结冰除冰后会使表面微结构破坏从而失去超疏水性能。即便如此，超疏水表面因为结冰黏附力低、结冰延迟时间长仍具有一定的防结冰性能。近几年学者们提出新一代的防结冰材料应该具有优异的防结冰和除冰性能。因此开发一种既可以防冰又可以主动融冰的表面受到了广泛关注，人们尝试将具有光热效应的材料，如金属半导体材料、碳基材料、等离子体纳米材料等嵌入到超疏水表面上，在太阳光的照射下实现冰晶的快速去除。
[0003]近期也有众多学者开展光热除冰的相关研究工作，但常见的光热超疏水材料具有力学性能弱、使用范围受限、基片黏附性较差等众多缺陷。近几年开发的防结冰表面可以在一定程度上缓解表面结冰，但是该表面存在着耐久性差、环境污染等缺陷，而且一旦在表面结冰会造成更大的结冰现象，并且破坏光热超疏水涂层表面结构。由此为了保证户外设备在低温环境下可以正常使用，需要开发出一种可以在户外持久稳定，具有防结冰与除冰功能，并具有隔热功能的光热疏水涂层。本专利技术所公开的一种具有隔热功能的超疏水光热涂层不仅具有优异超疏水、自清洁和光热性能，并且还具有优秀的隔热性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在为解决户外设备表面结冰问题提供一种具有隔热功能的超疏水光热涂层及其制备方法，该方法主要通过碳酸氢铵在涂层内生成大小不一的孔洞，从而显著提高其隔热性能、疏水性能以及通过大小孔洞结合还能形成机械互锁结构，由此提升其粘附性能。
[0005]本专利技术的技术关键和主要技术特征是通过碳酸氢铵在高温下分解，生成的气体在涂层内部以及涂层表面生成大小不一的空洞结构。根据烘干加热温度和时间的不同可以使
第一层环氧树脂涂层拥有较大的孔洞，这种大孔洞不仅可以使环氧树脂涂层具有较好的隔热性能，还能使环氧树脂涂层与超疏水光热涂层之间产生机械互锁结构，由此提升光热涂层与基底间的粘附力。另一方面，通过设置不同的烘干温度和烘干时间也可使上层隔热超疏水光热涂层内部以及表面产生较小的孔洞，内部小孔洞同样可以使其拥有良好的隔热性能，表面形成的小孔洞还可使其表面粗糙结构更为复杂，能锁住更多的空气，提升其超疏水性能。这种涂层除了具有优异的超疏水和光热转换性能还具有优异的耐腐蚀、耐磨和耐酸碱性能。该涂层及其制备方法在航空航天、交通运输、电力通信等方面解决设备表面结冰问题具有很好的潜力。
[0006]本专利技术所制备的一种具有隔热功能的超疏水光热涂层可通过刮涂法在各种基片上制备带有优秀粘附特性的隔热超疏水光热涂层，该方法包括下述步骤：（1）按照0.9~1.0：9.0~10.0的质量比，在室温条件下将型号为E
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44环氧树脂添加在丙酮中并超声处理10～15分钟，之后对其进行磁性搅拌25～35分钟，得到质量浓度为9~12%的环氧树脂A溶液；（2）按照1.5~2.0：4.5~5.0的质量比，在室温条件下将碳酸氢铵溶解在DMF溶液中，之后对其进行磁性搅拌25~30分钟，得到质量浓度为30~45%的碳酸氢铵B溶液；（3）将步骤（1）中所制备的环氧树脂A溶液、步骤（2）中所制备的碳酸氢铵B溶液、环氧树脂固化剂按照8.0~10.0：2.0~2.5：0.2~0.3的质量比进行混合，在室温条件下将该混合物超声处理15~20分钟后，再对其进行50~60分钟的磁性搅拌，由此得到环氧树脂
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碳酸氢铵胶质混合 C 溶液，C 溶液作为底层浆料备用。
[0007]（4）按照0.6~0.8：0.1~0.15：0.3~0.4：0.06~0.08的质量比将PDMS、碳纳米管、硫化铜纳米颗粒、PDMS固化剂加入到乙酸乙酯溶剂中，并且超声处理25~30分钟，之后对其磁性搅拌55~60分钟，得到一种混合浆料D（其中硫化铜纳米颗粒的尺寸为200~500纳米）；乙酸乙酯作为溶剂为形成混匀状态，其添加量相对于原料稍过量。
[0008]（5）按照0.5~0.8：1.0~1.5的质量比将PVDF、碳酸氢铵加入到DMF溶剂中，混合均匀后配制成PVDF
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碳酸氢铵混合溶液E，DMF作为溶剂为形成混匀状态，其添加量相对于原料稍过量。
[0009]（6）按照9.0~10.0：5.0~6.0的质量比将D浆料和E溶液混合并搅拌，由此制备PDMS、碳纳米管、硫化铜纳米颗粒、PVDF和碳酸氢铵混合浆料F；混合浆料F作为上层浆料备用。
[0010]（7）设置高度为2.0~2.5 mm的刮刀把C溶液在基片上均匀刮涂，在室温条件下静置5~10分钟后放入已经加热到110~120℃的烘箱中烘干3~4分钟，由此在基片上便可获得一种内部和表面带有较大孔洞的环氧树脂涂层。
[0011]（8）设置高度为2.5~3.0 mm的刮刀把混合浆料F在步骤（8）中内部和表面带有较大孔洞的环氧树脂底层上均匀刮涂，在室温条件下静置5~10分钟后放入烘箱，将烘箱温度设置为120~130℃，对其进行120~150分钟的烘干。
[0012]以上各种物质的质量单位一致。
[0013]通过上述步骤，便可获得一种具有隔热功能的超疏水光热涂层。
[0014]本专利技术首先通过在环氧树脂溶液中加入较大质量比的碳酸氢铵，直接在高温下短时间烘干使底层环氧树脂涂层内部以及表面生成较大尺寸的孔洞，再通过在环氧树脂底层上均匀刮涂含有少量碳酸氢铵的光热超疏水胶质浆料，烘干结束后得到下层是较大孔洞的
环氧树脂涂层，上层是较小孔洞的超疏水涂层，这两层涂层通过加热烘干在界面处形成机械互锁结构且融为一体，最终形成一种具有隔热功能的超疏水光热涂层。
[0015]需要进一步解释的是底层环氧树脂涂层内部生成较大的的孔洞一方面起到了隔热作用，另一方面这种较大孔洞可以使上层的超疏水光热涂层与底层的环氧树脂涂层通过大小孔洞结合形成机械互锁结构，增强上层光热涂层与底层的粘附力；上层涂层光热超疏水涂层较小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）将环氧树脂溶解在丙酮中，形成环氧树脂溶液A；（2）将碳酸氢铵溶解在二甲基甲酰胺（简称为DMF）溶剂中形成碳酸氢铵溶液B；（3）将环氧树脂溶液A、碳酸氢铵溶液B混合并加入环氧树脂固化剂，搅拌直至溶液均匀，由此得到环氧树脂
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碳酸氢铵胶质混合溶液C；（4）将聚二甲基硅氧烷（简称为PDMS）、碳纳米管、硫化铜纳米颗粒、PDMS固化剂按一定质量比加入乙酸乙酯溶剂中制备混合浆料D；（5）在DMF溶剂中加入一定质量的聚偏氟乙烯以及碳酸氢铵制备PVDF
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碳酸氢铵混合溶液E；（6）将混合浆料D和溶液E混合并搅拌，由此制备PDMS、碳纳米管、硫化铜纳米颗粒、PVDF和碳酸氢铵混合浆料F；（7）采用刮涂法将基片表面涂满步骤（3）所制备环氧树脂
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碳酸氢铵胶质混合溶液C，之后将刮涂镀膜后的基片放入烘箱中进行烘烤干燥，烘烤结束后便可获得一种内部和表面带有孔洞的环氧树脂涂层；（8）将步骤（7）中所制备的内部和表面带有孔洞的环氧树脂涂层涂满步骤（6）中所制备的混合浆料F，之后放入烘箱中进行烘烤干燥，烘烤结束后获得一种具有隔热功能的超疏水光热涂层。2.根据权利要求1所述的具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中在室温条件下将型号为E
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44环氧树脂添加在丙酮中并超声处理10～15分钟后，磁性搅拌25～35分钟，得到环氧树脂A溶液，其中，环氧树脂的质量浓度为9~12%。3.根据权利要求1所述的具有隔热功能的超疏水光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中在室温条件下将碳酸氢铵溶解在DMF溶液中，对其进行磁性搅拌2...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼华，龚梦天，陈潇潇，王声容，董先君，田洪先，肖婷，陈卫丰，谭新玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：