一种具有防冰功能的高透明材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有防冰功能的高透明材料及其制备方法。同时具有主动防冰和被动防冰功能的高透明材料，含有三层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的主动防冰产热层，设置于所述主动防冰产热层上的被动防冰结构层。所述高透明材料在自然环境下可以利用太阳能产热，通过材料的产热性能和被动防冰性能的结合，提高了材料在低温环境和没有太阳光照环境下的应用性能，实现了更先进的被动防冰和主动防冰材料。防冰材料。防冰材料。

【技术实现步骤摘要】
一种具有防冰功能的高透明材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能性光热除冰材料
，具体涉及同时具有主动和被动防冰功能，或含有主动或被动防冰其中一种功能的高透明材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在交通运输、航空航天、太阳能发电等领域，结冰会带来一定程度的危害，甚至可以导致灾难性的结果，例如车辆的风挡玻璃结冰会影响视线，飞机的机翼结冰会影响飞行安全，太阳能发电板结冰会降低发电效率等。目前为解决结冰问题主要有主动除冰和被动防冰两种策略，然而，主动式除冰(电热、光热、化学除冰等)存在能耗高、效率低、污染环境等缺点，同样被动式防冰(超疏水表面等)在极端恶劣的环境下极易失效。因此，为了更好的提高材料的防冰/除冰效率，将主动防冰与被动防冰功能有机结合的光热材料不失为一种极好的策略。
[0003]目前已经开发出了多种主动被动相结合的光热材料，所利用的光热粒子包括黑色氧化物、等离子体纳米粒子和碳基材料等，但这些光热材料基本都是通过吸收全光谱太阳能保证其光热效果，但光热效果提高的同时忽略了其透光性。在很多情况下对于窗户、汽车挡风玻璃、太阳能电池板等方面的防冰/除冰应用不仅需要良好的光热效果，同时还要保证高透明度。现阶段开发出的透明光热涂层主要是通过减少光热粒子的用量来提高透明度，但这样就无法保证光热效果。同时，目前与光热涂层结合的被动防冰方式主要是超疏水表面和光滑液体注入多孔表面等。但是超疏水表面容易与液滴形成机械互锁，光滑液体注入多孔表面容易丧失润滑层严重影响防冰效果。因此，开发出一种可以强烈吸收紫外光和近红外光以产生热量的高可见光透射率光热涂层，并且赋予该涂层被动防冰的功能，在防覆冰领域具有较高的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一方面是提供一种具有防冰功能的高透明材料。
[0005]所述具有防冰功能的高透明材料同时具有主动防冰和被动防冰功能，或者具备主动防冰或被动防冰其中一种功能。
[0006]根据本专利技术，所述同时具有主动防冰和被动防冰功能的高透明材料，含有三层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的主动防冰产热层，设置于所述主动防冰产热层上的被动防冰结构层。
[0007]根据本专利技术，所述具备主动防冰或被动防冰其中一种功能的高透明材料，含有两层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的主动防冰产热层或者被动防冰结构层。
[0008]根据本专利技术，所述基底层的材料有良好的水浸润性和可加工性，所述材料包括但不限于，硅、金属、玻璃、陶瓷等。
[0009]根据本专利技术，所述主动防冰产热层通过化学方法或所述被动防冰结构层通过静电吸附接枝于所述基底层表面，具体的，所述基底层接触被动防冰结构层的一面进行硅烷偶
联剂修饰处理。
[0010]优选地，所述基底层接触主动防冰产热层的一面可以进行硅烷偶联剂修饰处理。
[0011]根据本专利技术，所述主动防冰产热层由聚合物基质和紫外吸收剂以及光谱选择性吸收粒子组成，其中，聚合物基质、紫外吸收剂、光谱选择性吸收粒子的质量比依次可为1.25
‑
20：0.065
‑
1：1；
[0012]所述聚合物基质几乎不吸收太阳光，可选自：丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂中的至少一种，具体可为丙烯酸树脂；
[0013]所述光谱选择性吸收粒子和紫外光吸收剂对太阳光中的近红外光和紫外光选择性吸收，所述光谱选择性吸收粒子具体可为铯钨青铜纳米颗粒，
[0014]所述紫外光吸收剂具体可为水杨酸酯类、三嗪类、二苯甲酮类、苯并三唑类中的至少一种。
[0015]根据本专利技术，所述被动防冰结构层是在主动防冰产热层表面或基底层表面构筑的一层纳米级凸起，具体的，所述纳米级凸起的构筑方法可以是接枝纳米颗粒、刻蚀法、模板法等。
[0016]根据本专利技术，所述纳米级凸起的曲率半径小于10nm。
[0017]所述具有纳米级凸起的被动防冰结构层是在主动防冰产热层或基底层的表面通过吸附作用接枝纳米颗粒，具体的可以为静电作用。
[0018]在本专利技术的一种具体实施方式中，为通过静电吸附作用在主动防冰产热层表面接枝了纳米颗粒。
[0019]根据本专利技术，所述静电作用吸附纳米颗粒具体可以为在主动防冰产热层或基底层表面修饰硅烷偶联剂来吸附SiO2纳米颗粒。
[0020]本专利技术的第二个方面是提供所述同时具有主动防冰和被动防冰功能，以及具备主动防冰或被动防冰其中一种功能的高透明材料的制备方法。
[0021]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0022]同时具有主动防冰和被动防冰功能的高透明材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)混合分散液的制备：将聚合物树脂及其固化剂、紫外吸收剂、光谱选择性吸收粒子以及溶剂混匀，得到混合分散液；
[0024](2)主动防冰产热层的制备：将步骤(1)中所述混合分散液涂敷于基底的一个表面上，加热固化后得到主动防冰产热层；
[0025](3)被动防冰结构层的构筑：在步骤(2)所得主动防冰产热层的另一个表面接枝单分子层硅烷偶联剂，浸泡于SiO2纳米颗粒分散液中构筑纳米级凸起，干燥，即得同时具有主动防冰和被动防冰功能的高透明材料。
[0026]具有主动防冰一种功能的高透明材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027](1
’
)混合分散液的制备：将聚合物树脂及其固化剂、紫外吸收剂、光谱选择性吸收粒子以及溶剂混匀，得到混合分散液；
[0028](2
’
)主动防冰产热层的制备：将步骤(1)中所述混合分散液涂敷于基底的一个表面上，加热固化后得到主动防冰产热层，从而得到具有主动防冰一种功能的高透明材料。
[0029]具有被动防冰一种功能的高透明材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1”)被动防冰结构层的构筑：在基底层的一个表面接枝单分子层硅烷偶联剂，浸
泡于SiO2纳米颗粒分散液中构筑纳米级凸起，干燥，即得具有被动防冰功能的高透明材料。
[0031]上述方法进一步包括在被动防冰结构层的表面进行疏水化处理的操作。
[0032]具体可为：将低表面能氟化物接枝在吸附了SiO2纳米颗粒的表面。
[0033]上述方法步骤(1)、(1
’
)中，所述聚合物树脂及其固化剂为可以在加热条件下发生交联的聚合物和小分子固化剂组合，具体可为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂中的至少一种，所对应的固化剂分别为氨基树脂、双氰胺、六亚甲基二异氰酸酯三聚体和正硅酸乙酯，聚合物树脂和固化剂的重量比均为(2.5
‑
4：1)，具体可以为3：1。
[0034]所述光谱选择性吸收粒子用于选择性吸收太阳光中近红外光，透射可见光和紫外光，具体可以为铯钨青铜纳米颗粒。
[0035]所述溶剂为无水乙醇，
[0036]所述聚合物树脂及其固化剂、光谱选择性吸收粒子、无水乙醇按照质量比为1.25本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.同时具有主动防冰和被动防冰功能的高透明材料，含有三层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的主动防冰产热层，设置于所述主动防冰产热层上的被动防冰结构层；其特征在于：所述主动防冰产热层由聚合物基质和紫外吸收剂以及光谱选择性吸收粒子组成；所述被动防冰结构层是在主动防冰产热层表面构筑的一层纳米级凸起。2.具备主动防冰一种功能的高透明材料，含有两层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的主动防冰产热层；其特征在于：所述主动防冰产热层由聚合物基质和紫外吸收剂以及光谱选择性吸收粒子组成。3.具备被动防冰一种功能的高透明材料，含有两层结构，包括基底层，设置于所述基底层上的被动防冰结构层；其特征在于：所述被动防冰结构层是在基底层表面构筑的一层纳米级凸起。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的材料，其特征在于：所述基底为硅、金属、玻璃、陶瓷中的任一种，所述主动防冰产热层通过化学方法或所述被动防冰结构层通过静电吸附接枝于所述基底层表面；所述基底层接触被动防冰结构层的一面进行硅烷偶联剂修饰处理。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的材料，其特征在于：聚合物基质、紫外吸收剂、光谱选择性吸收粒子的质量比依次为1.25
‑
20：0.065
‑
1：1；所述聚合物基质为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂中的至少一种；所述光谱选择性吸收粒子为铯钨青铜纳米颗粒；所述紫外光吸收剂为水杨酸酯类、三嗪类、二苯甲酮类、苯并三唑类中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的材料，其特征在于：所述具有纳米级凸起的被动防冰结构层通过在主动防冰产热层或基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：白国英，李东升，赵新琦，高冬，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：