一种光热超疏水防除冰涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光热超疏水防除冰涂层及其制备方法，包括：光热涂层，位于基材表面；超疏水涂层，位于所述光热涂层之上；其中，所述超疏水涂层附着在光热涂层表面并不影响光热性能，通过二者结合使冰在光照条件下通过光热涂层来融化成水，同时结合超疏水涂层在风吹或振动外力作用下迅速去除，实现防除冰的功能效果。本发明专利技术可应用于风电叶片、轨道交通、航空航天等领域，解决冰的形成和积累导致叶片、车辆和飞机等出现机械故障和结构破坏的问题。和飞机等出现机械故障和结构破坏的问题。和飞机等出现机械故障和结构破坏的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光热超疏水防除冰涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及风电防除冰的
，尤其是指一种光热超疏水防除冰涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年来，材料表面防/除冰问题已经成为全球性亟待解决的科学技术问题，因此研究可靠的防/除冰技术，已经成为一项重要且紧迫的课题，具有重要的意义。目前广泛使用的除冰方法有主动除冰和被动除冰两种，主动除冰包括机械除冰、化学溶剂除冰和电加热除冰等，这些除冰方式往往消耗大量能源，而且需要特殊除冰设备设计，极大地限制了它们的实际应用；被动除冰主要包括防除冰水凝胶表面、防除冰油凝胶表面、仿生防除冰表面和超疏水表面。
[0003]超疏水表面因其具有微纳结构，可以在冷凝阶段去除水滴以延缓冰成核并减少冰的积聚，但是微纳结构会与冰形成机械互锁结构，增加冰与材料表面黏附强度，使得冰很难在重力、风、振动的外力作用下去除，因此单一疏水表面在防除冰过程中存在一定的局限性。光热涂层具有较高的光热转换效率而且没有化学污染，具有节能、环保等优点，在防除冰材料领域逐渐受到关注。因此可以专利技术一种二者兼顾的材料来满足多功能防除冰的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种光热超疏水防除冰涂层及其制备方法，可应用于风电叶片、轨道交通、航空航天等领域，解决冰的形成和积累导致叶片、车辆和飞机等出现机械故障和结构破坏的问题。制备的该光热超疏水防除冰涂层同时具备超疏水特性和较高的光热转换效率，弥补了单一性能带来的不足，超疏水可以延缓结冰，降低冰粘附强度，同时，光热效应可以通过光照条件加热涂层，从而去除临时形成的冰。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种光热超疏水防除冰涂层，包括：
[0006]光热涂层，位于基材表面；
[0007]超疏水涂层，位于所述光热涂层之上；
[0008]其中，所述超疏水涂层附着在光热涂层表面并不影响光热性能，通过二者结合使冰在光照条件下通过光热涂层来融化成水，同时结合超疏水涂层在风吹或振动外力作用下迅速去除，实现防除冰的功能效果。
[0009]具体地，所述光热涂层由以下质量份数的成分制备得到：
[0010]去离子水100phr
[0011]化学氧化剂0.1
‑
1phr
[0012]聚合物单体0.1
‑
0.5phr。
[0013]具体地，所述超疏水涂层由A组分和B组分组成，其中：
[0014]A组分包含以下按质量份数计的成分：
[0015]第一溶剂100phr
[0016]低表面能树脂10
‑
20phr
[0017]疏水纳米颗粒10
‑
20phr
[0018]B组分包含以下按质量份数计的成分：
[0019]多异氰酸酯固化剂50phr
[0020]第二溶剂100phr。
[0021]具体地，所述基材选择高分子材料、木材、金属、玻璃钢中的一种。
[0022]具体地，所述化学氧化剂选择有三氯化铁(FeCl3)、高氯酸铁(Fe(ClO4))、过硫酸铵((NH4)S2O8)、过氧化氢(H2O2)中的一种；
[0023]所述所述聚合物单体选择吡咯、苯胺、多巴胺中的一种。
[0024]具体地，所述第一溶剂选择乙酸丁酯溶剂、乙酸甲酯溶剂、乙酸乙酯溶剂、乙酸丙酯溶剂中的一种；
[0025]所述低表面能树脂选择氟硅树脂、氟碳树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂中的一种；
[0026]所述疏水纳米颗粒选择氧化锌、二氧化钛、氧化锡、五氧化二钒、硫化锌、三氧化二铝或二氧化硅中的一种或多种组合。
[0027]具体地，所述第二溶剂选择乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲乙酮、甲苯、二甲苯中的一种。
[0028]本专利技术也提供了上述光热超疏水防除冰涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0029]1)将基材进行表面预处理，诱导其表面产生官能团，通过形成化学键，增加基材与涂层表面的附着力；
[0030]2)光热涂层的制备：
[0031]将0.1
‑
1phr化学氧化剂，加入100phr去离子水中，使化学氧化剂完全溶解，得到混合溶液，再将0.1
‑
0.5phr聚合物单体加入到混合溶液中，室温下持续搅拌，缓慢合成反应得到聚合物溶液；其中，合成反应的原理解释：在氧化剂的作用下，一个电中性的聚合物单体分子失去一个电子被氧化成阳离子自由基，接着，两个阳离子自由基结合生成二聚合物，然后，二聚合物再被氧化，与阳离子自由基结合，再歧化，生成三聚合物，这样反应下去，直到生成聚合度为n的链状聚合物分子；
[0032]将表面预处理好的基材放入聚合物溶液中，实现合成的聚合物在基材表面的附着，聚合物聚合时间2h
‑
10h，最后取出带光热涂层的基材，其中，光热涂层厚度为100nm
‑
400nm；
[0033]3)超疏水涂层的制备：
[0034]取10
‑
20phr疏水纳米颗粒加入到100phr第一溶剂中，搅拌直至疏水纳米颗粒完全溶解，得到混合溶液，然后将10
‑
20phr低表面能树脂加入到混合溶液中，再次搅拌得到混合均匀的涂料；
[0035]疏水纳米颗粒的特点：进行疏水化处理，涂敷在基材表面产生凸起且数量众多的微纳结构，每个凸起的结构都是由纳米粒子堆积而成，其尺寸在几十纳米到几微米不等，展
现超疏水特性；
[0036]低表面能树脂的特点：采用含氟、含硅的羟基树脂制备的涂层，由于氟硅链段表面能低，易于向涂层表面迁移和聚集，表面具有更高的疏水性；
[0037]在混合均匀的涂料中加入40～60％玻璃微珠，采用研磨分散一体机以800
‑
1600r/min转速搅拌1
‑
3h，充分搅拌后过滤玻璃微珠，得到A组分；
[0038]研磨分散作用：通过搅拌器搅动研磨介质产生不规则运动，对物料施加撞击或冲击、剪切、磨擦等作用使涂料充分混合；
[0039]将多异氰酸酯固化剂中加入第二溶剂中，缓慢稀释至固化剂含量占溶剂质量含量的40
‑
60％，得到B组分；
[0040]将A、B组分按照n(
‑
OH):n(
‑
NCO)＝1:0.95～1:2进行配制，充分搅拌混合均匀，得到所需的超疏水涂料，将制得的超疏水涂料通过喷涂、刷涂或旋涂的方式在带光热涂层的基材上涂覆制得超疏水涂层；
[0041]4)将涂覆完毕的基材放置于50～100℃真空干燥箱中固化1～3h，再在室温下放置1～3天后即可得到所需的光热超疏水防除冰涂层，其中，光热超疏水涂层整体厚度为150nm
‑
500nm。
[0042]具体地，在步骤1)中，将基材进行表面预处理，处理方式有等离子处理、表面火焰处理或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，包括：光热涂层，位于基材表面；超疏水涂层，位于所述光热涂层之上；其中，所述超疏水涂层附着在光热涂层表面并不影响光热性能，通过二者结合使冰在光照条件下通过光热涂层来融化成水，同时结合超疏水涂层在风吹或振动外力作用下迅速去除，实现防除冰的功能效果。2.根据权利要求1所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述光热涂层由以下质量份数的成分制备得到：去离子水100phr化学氧化剂0.1
‑
1phr聚合物单体0.1
‑
0.5phr。3.根据权利要求1所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述超疏水涂层由A组分和B组分组成，其中：A组分包含以下按质量份数计的成分：第一溶剂100phr低表面能树脂10
‑
20phr疏水纳米颗粒10
‑
20phrB组分包含以下按质量份数计的成分：多异氰酸酯固化剂50phr第二溶剂100phr。4.根据权利要求1所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述基材选择高分子材料、木材、金属、玻璃钢中的一种。5.根据权利要求2所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述化学氧化剂选择有三氯化铁FeCl3、高氯酸铁Fe(ClO4)、过硫酸铵(NH4)S2O8、过氧化氢H2O2中的一种；所述所述聚合物单体选择吡咯、苯胺、多巴胺中的一种。6.根据权利要求3所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述第一溶剂选择乙酸丁酯溶剂、乙酸甲酯溶剂、乙酸乙酯溶剂、乙酸丙酯溶剂中的一种；所述低表面能树脂选择氟硅树脂、氟碳树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂中的一种；所述疏水纳米颗粒选择氧化锌、二氧化钛、氧化锡、五氧化二钒、硫化锌、三氧化二铝或二氧化硅中的一种或多种组合。7.根据权利要求3所述的一种光热超疏水防除冰涂层，其特征在于，所述第二溶剂选择乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲乙酮、甲苯、二甲苯中的一种。8.权利要求1
‑
7任意一项所述光热超疏水防除冰涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将基材进行表面预处理，诱导其表面产生官能团，通过形成化学键，增加基材与涂层表面的附着力；2)光热涂层的制备：将0.1
‑
1phr化学氧化剂，加入100phr去离子水中，使化学氧化剂完全溶解，得到混合溶
液，再将0.1
‑
0.5phr聚合物单体加入到混合溶液中，室温下持续搅拌，缓慢合成反应得到聚合物溶液；将表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁镇宇，朱亚坤，陈文光，顾育慧，李军向，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：