防结冰及防结霜的聚氨酯涂料及其制备方法技术

本发明专利技术属于航空航天、低温制冷、热泵空调的节能领域，涉及具有良好成膜性、耐低温、高疏水的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料及其制备方法。以含氟硅聚氨酯树脂的重量份为基准，将20～45重量份的含氟硅聚氨酯树脂、40～50重量份的有机溶剂、0.2～1重量份的消泡剂、0.2～1重量份的防沉剂和0.3～1重量份的流平剂搅拌配制成混合溶液；将3～10重量份的硅烷偶联剂、1～10重量份的纳米无机氧化物颗粒及5～10重量份的钛白粉加入到上述混合溶液中进行球磨后，得到所述的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料。本发明专利技术的涂料中含氟硅聚氨酯树脂的采用不仅使得该涂料与基底具有良好的粘接性，同时使得涂料表面具有良好的疏水性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空航天、低温制冷、热泵空调的节能领域，涉及具有良好成膜性、耐低温、高疏水的涂料，更涉及可有效。
技术介绍
冷表面上的结冰、结霜现象广泛存在于航空、低温制冷、热泵空调等领域。冰霜层的存在使设备传热效率降低，压损增加，对系统产生较大的影响，甚至导致系统失效，对于航空航天领域来说则会给飞机带来飞行安全问题。所以这类设备需要定期或不定期的进行除冰、除霜操作，这给生产、生活带来了很多不便。融冰、融霜过程需要耗费大量的能源和人力，因此结冰、结霜问题受到人们的广泛关注。对于现有的航空、低温制冷、热泵空调等领域采用的防结冰/霜技术，常是利用机械或加热方式来融冰、融霜，这些方法多需要设备停止运行或在设备中添加专门的防结冰及防结霜的系统设计，这样的防结冰及防结霜技术给生 产带来了诸多不便，增加了设备成本。因此，科学家们探索了各种抑冰霜的方法，其中在表面涂以涂料防护就是一种有效和便利的方法。北京工业大学刘中良等人在CN1632014中公开了一种强亲水性抑霜涂料，该涂料采用吸水性交联树脂来吸收水分，通过添加氯化钠或氯化钾颗粒来降低水的冰点，使吸收到涂料内的水分可以长时间保持不冻结状态，从而抑制初始霜晶的出现，起到抑制结霜的作用。但有关研究表明，亲水表面在结霜、融霜的循环中存在表面水滴不易挥发，容易在融霜后重新结冰的缺陷，因此不适合在反复结霜、融霜的环境中使用。舒宏纪在CN1817990中公开了一种高疏水性、高导热性和高粘附界面的涂料。该涂料采用疏水性聚甲基苯基硅氧烷为成膜物质，添加纳米级二氧化硅和碳黑来增加涂膜表面粗糙度，以达到涂料疏水的效果。由于该专利技术所用成膜物质机械性能极差，与基底粘附力低，使得该涂料的应用受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能应用于低温环境中的防冰霜效果明显、使用寿命长的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料。本专利技术的另一目的在于提供一种防结冰及防结霜的聚氨酯涂料的制备方法。本专利技术利用掺杂在涂料中的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉获得粗糙的涂膜表面，采用低表面能物质，如成膜物质中的氟硅链段来提高涂层的疏水性，采用聚醚链段来提高涂层与基底的粘附性。喷涂过该涂料的基底表面具有高疏水性，能抑制初始霜晶的形成，从而起到防结冰及防结霜的作用。冷冻设备中产生的冰霜降低了系统的冷冻效率，加大了能耗。本专利技术利用具有高热导率的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉填充在聚合物基体中，提高了涂层的热导率，在霜层形成后能缓解结霜带来的系统传热效率降低的问题。本专利技术的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料的组分及含量为(以含氟硅聚氨酯树脂的重量份为基准)含氟硅聚氨酯树脂20 45重量份有机溶剂40 50重量份消泡剂0.2 I重量份防沉剂0.2 I重量份流平剂0.3 I重量份硅烷偶联剂3 10重量份 纳米无机氧化物颗粒I 10重量份钛白粉5 10重量份所述的含氟硅聚氨酯树脂是由以下方法制备得到的以含氟二元醇的重量份为基准，室温下，将10 20重量份的含氟二元醇、10 30重量份的端羟基聚二甲基硅氧烷、30 40重量份的聚醚二元醇及10 25重量份的异氰酸酯加入到反应爸中，升温至60 90°C，反应3 5小时，然后加入I 10重量份的扩链剂，反应2 4小时，出料得到所述的含氟硅聚氨酯树脂。上述含氟二元醇、端羟基聚二甲基硅氧烷和聚醚二元醇的选用，使含氟硅聚氨酯树脂具有良好的力学性能和表面疏水性能。所述的含氟二元醇的数均分子量范围为1000 4000 ;选自聚三氟氯乙烯二醇、聚氟乙烯二醇、聚偏氟乙烯二醇、聚全氟乙丙烯二醇、乙烯-四氟乙烯共聚物二醇、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物二醇、乙烯-三氟氯乙烯共聚物二醇中的一种或几种。所述的端羟基聚二甲基硅氧烷的数均分子量范围为1000 4000。所述的聚醚二元醇的数均分子量范围为1000 4000。所述的异氰酸酯选自4，4' -二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4_甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、1，5_萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4' - 二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。所述的扩链剂选自乙二醇、丙二醇、1，4_ 丁二醇、1，4_环己二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇、I，6-己二醇中的一种或几种。所述的有机溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乳酸丁酯、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、异佛尔酮、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇甲醚丙酸酯中的一种或几种。所述的消泡剂选自2，4，7，9_四甲基-5-癸炔-4，7-二醇、3，6_ 二甲基-4-辛炔-3，6- 二醇、3，5- 二甲基-I-己炔-3-醇中的一种或几种。所述的防沉剂用以防止涂料溶液中的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉在放置期间发生沉降，保持其均一性；选自有机膨润土、改性聚酰胺蜡粉、蓖麻油酸锌、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液中的一种或几种。所述的流平剂用以改善涂料表面的流平性能；选自聚丙烯酸酯、氟改性聚丙烯酸酯、磷酸酯改性聚丙烯酸酯、丙烯酸碱溶树脂中的一种或几种。所述的硅烷偶联剂用于提高涂料的粘接性、疏水性及耐候性，提高聚合物与纳米无机氧化物颗粒及钛白粉间的粘接力；选自Y-巯基丙基三甲氧基硅烷、N- P -氨乙基-Y-氨丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3，4_环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3，4_环氧环己烷基)乙基二乙氧基娃烧中的一种或几种。所述的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉在涂料体系中可提高涂层表面的粗糙度，使形成的水滴与涂层表面接触处存在大量空气层，这能显著提高涂层表面的疏水性。利用球磨分散法将所述的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉均匀分散在混合溶液中，由于上述纳米无机氧化物颗粒和钛白粉的低膨胀系数，可以调节树脂干燥后以及低温使用情况下的受热膨胀和低温收缩，减少由于涂层与基底的热膨胀系数不同所形成的热应力和收缩应力，提高涂层与基底的粘附力。所述的纳米无机氧化物颗粒的粒径为IOnm lOOnm。所述的纳米无机氧化物颗粒选自氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的一种或几种。 所述的钛白粉的粒径范围为0. Iiim 20iim。所述的钛白粉为金红石型二氧化钛。本专利技术的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料的制备方法为(以含氟硅聚氨酯树脂的重量份为基准)(I)将20 45重量份的含氟娃聚氨酯树脂、40 50重量份的有机溶剂、0. 2 I重量份的消泡剂、0. 2 I重量份的防沉剂和0. 3 I重量份的流平剂搅拌配制成混合溶液；(2)将3 10重量份的硅烷偶联剂加入到步骤⑴所制得的混合溶液中并搅拌，然后加入I 10重量份的纳米无机氧化物颗粒及5 10重量份的钛白粉，经球磨后出料，得到所述的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料。所述的球磨的转速优选为1200 1400转/分。所述的球磨的时间优选为48 120小时。在应用本专利技术的涂料时，可直接将涂料在基底上涂膜(喷涂或滚涂等)，干燥后即得到防结冰及防结霜涂层。在本专利技术的涂料中，含氟硅聚氨酯树脂的采用不仅使得本专利技术的涂料与基底具有良好的粘接性，同时使得涂层表面具有良好的疏水性。涂料中采用的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉提高了涂层表面的粗糙度，粗糙的表面使形成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防结冰及防结霜的聚氨酯涂料，其特征在于，以含氟硅聚氨酯树脂的重量份为基准，所述的涂料的组分及含量为：FDA0000055968940000011.tif

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭朋，宋延林，王京霞，王健君，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：