【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物涂层制备，尤其是一种光热自愈抗冰涂层材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、结冰是常见的物理现象，但表面附着的冰、霜对设备运行和交通运输造成不利影响。目前常用的除冰技术包括机械除冰、化学除冰和热力除冰等，但存在效率低、腐蚀和能耗大等问题。因此迫切需要能够避免设备表面结冰、霜和快速去除设备表面冰、霜的绿色、高效方案。四氧化三铁纳米颗粒(fe3o4 nps)具有大的比表面积，能够利用太阳光中占比大的近红外光波段转换为热量，有效抑制表面结冰、霜和融化表面冰、霜。但其易被氧化为氧化铁，使其无法长期稳定保持其光热性能。
2、聚二甲基硅氧烷(pdms)以其优异的光学透明度、化学稳定性和低表面能著称，既能保证光顺利四氧化三铁纳米颗粒，又能避免四氧化三铁纳米颗粒(fe3o4 nps)氧化，保证其长期稳定的光热性能。但聚二甲基硅氧烷与基体的黏附强度不足，所制备的涂层易从基体表面脱落；同时其模量较低，表面易被破坏，一方面会形成机械互锁使防冰性能下降，另一方面使其性能进一步恶化，同时易造成材料的大面积脱落，无法保证其长期有效性。将动态共价键和非共价相互作用引入网络中，有望增加涂层的使用寿命和与基体的黏附强度。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，为了减少聚合物涂层因机械损伤或剥落引起的性能劣化，实现长效防、除冰，本专利技术提出了一种以氨基封端的聚二甲基硅氧烷(nh2-pdms)和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、均苯三甲醛(ba)和四氧化三铁纳米颗粒(fe3o4 np
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种光热自愈抗冰涂层材料，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；其中，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷上的氨基和六亚甲基二异氰酸酯上的异氰酸根发生缩聚反应，生成聚合物长链，氨基和异氰酸根产生的脲基团之间有氢键作用；同时，氨基封端的聚二甲基硅氧烷与均苯三甲醛发生缩聚反应，形成聚合物网络，所产生的动态亚胺键能够动态形成与断裂反应。
3、进一步，所述光热纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒；所述聚合物为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和四氧化三铁纳米颗粒制备出的改性聚二甲基硅氧烷复合四氧化三铁多功能聚合物。
4、进一步，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷为链状高分子，其平均分子量为3000g/mol。
5、一种可替代方案中，本专利技术提供一种光热自愈抗冰涂层材料，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯和光热纳米颗粒制备出的聚合物；其中，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷上的氨基和六亚甲基二异氰酸酯上的异氰酸根发生缩聚反应，生成聚合物长链，氨基和异氰酸根产生的脲基团之间有氢键作用；所述光热纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒；所述聚合物为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯和四氧化三铁纳米颗粒制备出的改性聚二甲基硅氧烷复合四氧化三铁多功能聚合物。
6、另一种可替代方案中，本专利技术提供一种光热自愈抗冰涂层材料，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；其中，氨基封端的聚二甲基硅氧烷与均苯三甲醛发生缩聚反应，形成聚合物网络，所产生的动态亚胺键能够动态形成与断裂反应；所述光热纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒；所述聚合物为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、均苯三甲醛和四氧化三铁纳米颗粒制备出的改性聚二甲基硅氧烷复合四氧化三铁多功能聚合物。
7、第二方面，本专利技术提供一种上述光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
8、s1、将六亚甲基二异氰酸酯和/或均苯三甲醛溶解于四氢呋喃中获得混合溶液；
9、s2、将所述混合溶液超声至完全溶解，得到六亚甲基二异氰酸酯混合溶液、均苯三甲醛混合溶液或均苯三甲醛六亚甲基二异氰酸酯-均苯三甲醛混合溶液；
10、s3.将氨基封端的聚二甲基硅氧烷加入所述混合溶液，获得pdms前驱体溶液，经过磁力搅拌、加热后获得均匀的pdms预聚液；
11、s4.将四氧化三铁纳米颗粒加入pdms预聚液中，经振荡、超声后获得均匀的pdms@fe3o4预聚液；
12、s5.将所述的pdms@fe3o4预聚液涂覆到材料表面，室温常压下固化，获得光热自愈抗冰涂层。
13、进一步，步骤s1中，六亚甲基二异氰酸酯和均苯三甲醛的比例为1：0-0：1。
14、进一步，步骤s2中，超声处理参数如下：将混合溶液在功率为60w的超声设备中处理5分钟，将六亚甲基二异氰酸酯和/或均苯三甲醛溶解。
15、进一步，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷为链状高分子，其平均分子量为3000g/mol
16、进一步，步骤s3中，所述pdms前驱体溶液中氨基封端的聚二甲基硅氧烷与四氢呋喃的质量比例为1：3。
17、进一步，步骤s3中所述搅拌、加热参数如下：将所述的pdms前驱体溶液经过磁力搅拌30分钟，加热温度设定为50℃，得到均匀的pdms预聚液。
18、进一步，所述四氧化三铁纳米颗粒的直径为20nm。
19、进一步，所述pdms@fe3o4预聚液中四氧化三铁纳米颗粒的质量为0g-3g。
20、进一步，步骤s4中所述振荡、超声参数如下：将pdms@fe3o4预聚液振荡1分钟后在200w的超声设备中处理15分钟，重复上述过程3次。
21、第三方面，本专利技术提供一种光热自愈抗冰涂层材料的应用，所述光热自愈抗冰涂层材料可应用于航空领域、海洋工程、电力行业和/或航空航天领域中需要在寒冷环境中工作的电子元器件和/或结构件。
22、进一步，所述涂层材料应用于飞机、风力发电机、输电线路或寒冷区域使用的室外电子产品、航行的船舶、海上作业平台的电子元器件和/或结构件。
23、根据本专利技术的光热自愈抗冰涂层材料，为了实现长效的防除冰、霜性能，将自愈合性能和光热性能引入具有低表面能的聚二甲基硅氧烷材料体系中。通过交联氨基封端的聚二甲基硅氧烷(nh2-pdms)和六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、均苯三甲醛(ba)，将含有自愈合性能的动态亚胺键和氢键引入聚合物网络中，通过控制聚合物网络中六亚甲基二异氰酸酯与均苯三甲醛的比例来控制涂层的机械强度、热稳定性和自愈性能，借助四氧化三铁纳米颗粒在近红外区域优异的光热性能，涂层能快速自愈以恢复其性能，同时赋予了涂层光热防除冰、霜的能力。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
25、(1)将脲基基团和动态亚胺键引入聚合物网络中，使其获得优良的自愈合性能。
26、(2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
2.根据权利要求1所述的光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述光热纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒；所述聚合物为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和四氧化三铁纳米颗粒制备出的改性聚二甲基硅氧烷复合四氧化三铁多功能聚合物。
3.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
4.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
5.一种光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，六亚甲基二异氰酸酯和均苯三甲醛的比例为1：0-0：1。
7.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备
8.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，超声处理参数如下：将混合溶液在功率为60W的超声设备中处理5分钟，将六亚甲基二异氰酸酯和/或均苯三甲醛溶解；步骤S3中所述搅拌、加热参数如下：将所述的PDMS前驱体溶液经过磁力搅拌30分钟，加热温度设定为50℃，得到均匀的PDMS预聚液；步骤S4中所述振荡、超声参数如下：将PDMS@Fe3O4预聚液振荡1分钟后在200W的超声设备中处理15分钟，重复上述过程3次。
9.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，所述氨基封端的聚二甲基硅氧烷为链状高分子，其平均分子量为3000g/mol；所述四氧化三铁纳米颗粒的直径为20nm，所述PDMS@Fe3O4预聚液中四氧化三铁纳米颗粒的质量为0g-3g。
10.根据权利要求1-4任一项所述的光热自愈抗冰涂层材料的应用，其特征在于，所述涂层材料应用于航空领域、海洋工程、电力行业和/或航空航天领域中需要在寒冷环境中工作的电子元器件和/或结构件。
...【技术特征摘要】
1.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
2.根据权利要求1所述的光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述光热纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒；所述聚合物为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯、均苯三甲醛和四氧化三铁纳米颗粒制备出的改性聚二甲基硅氧烷复合四氧化三铁多功能聚合物。
3.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、六亚甲基二异氰酸酯和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
4.一种光热自愈抗冰涂层材料，其特征在于，所述涂层材料为利用氨基封端的聚二甲基硅氧烷、均苯三甲醛和光热纳米颗粒制备出的聚合物；
5.一种光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，六亚甲基二异氰酸酯和均苯三甲醛的比例为1：0-0：1。
7.根据权利要求5所述的光热自愈抗冰涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔辛，黄俊，沈超杰，张佩佩，梁秀兵，胡振峰，张志彬，李程程，张则凯，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。