一种超疏水防覆冰涂料及涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及一种超疏水防覆冰涂料及涂层的制备方法，属于材料表面工程技 术领域。
【背景技术】
[0002] 2008年初，一场冰雪灾害袭击中国南方数十个省区，导致南方大部分地区输电通 信设备、铁路运输设施遭受重创，群众生活受到了严重的影响，因灾害而造成的直接经济损 失达1111亿元。覆冰是自然界十分普遍的现象，结构物大气覆冰，如飞机的机翼和外壳 结冰、导线覆冰、军舰的甲板覆冰、桅杆和天线的覆冰、铁路轨道覆冰等，均是常见的自然现 象。但这种现象严重时会使得输电通信线路中断、铁路运输受阻，给人们生产生活带来诸多 不便，甚至威胁生命财产安全。因此，防覆冰技术研究意义重大。
[0003]目前的防冰技术研究主要有四种类型即溶液防冰、机械除冰、热能防冰和涂层防 冰。其中涂层防冰因为能耗小、适用范围广、且属于主动型防护，因此相比其他三种方法，涂 层防冰是一种很理想的防冰方法。
[0004] 疏水材料是防覆冰涂层研究的主流。根据Young's方程[Philosophical TransactionsoftheRoyalSocietyofLondon, 1805, 95:65-87]，水的静态接触角 9 >90°的固体表面不能被水浸润，为疏水表面；当0 >150°且滚动接触角0/10°时，该 表面为超疏水表面[LANGMUIR, 2007，23 (4): 2169-2174]。超疏水表面较大的静态接触角 有利于增大水凝固的势垒，延长结冰时间，较小的滚动角有利于液滴迅速滚落不残留。而且 由于超疏水表面纳微粗糙结构所具有的气垫，使得液滴在超疏水表面形成固-液-气三相 共存界面，与液体接触的气垫具有良好的绝热作用，当液滴滴到低温的界面上时，结冰速度 大大降低。因此，目前超疏水防覆冰涂层已成为最活跃的研究主题和热点问题。
[0005]在超疏水防覆冰涂层研究中，有机氟材料因为具有优越的低表面能，在疏水防覆 冰涂料中有广泛应用[高等学校化学学报，2013 (03):703-707]。如：0附02660182八发 明了一种利用纳米粒子的特殊结构与低表面能的含氟聚丙烯酸酯共聚物相结合，获得超疏 水、低粘附、均匀的纳微粗糙结构的防覆冰材料，该涂层材料获得良好的防覆冰效果；再如 CN102443326A公开了一种利用微米玻璃粉末与聚四氟乙烯结合获得疏水性能，从而制备具 有较好防覆冰性能的涂层。但是这些防覆冰涂层利用的均为0=8的氟碳链结构的有机氟 材料，这种长氟碳链结构的有机材料对环境危害大、不易分解、且分解产物对环境具有长期 的危害。
[0006] 另外目前文献报道的超疏水防覆冰涂料或涂层的制备工艺，大多复杂多步，涂膜 工艺要求苛刻，不易实际大范围应用。
【发明内容】
[0007] 为克服现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种环境友好、且制备工艺简单、 易于操作的超疏水防覆冰涂料及涂层的制备方法。
[0008] 本发明提供了一种超疏水防覆冰涂料的制备方法，其制备步骤为：在氮气保护下， 将硅烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂混合均匀，40°C~80°C下边反应边滴加 水，滴加完毕继续反应3_5h，制得所述超疏水防覆冰涂料；且各混合物质按质量比计，硅烷 偶联剂：硅溶胶：短氟碳链取代的硅烷偶联剂：水为1 :〇. 20~0. 50 :0. 01~0. 05 :1~3。
[0009] 优选的，所述的硅烷偶联剂的结构通式为：
【主权项】
1. 一种超疏水防覆冰涂料的制备方法，其特征在于制备步骤为：在氮气保护下，将硅 烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂混合均匀，40°C~80°C下边反应边滴加水，滴 加完毕继续反应3-5h，制得所述超疏水防覆冰涂料；且各混合物质按质量比计，硅烷偶联 剂 :硅溶胶：短氟碳链取代的硅烷偶联剂：水为1 :〇. 20~0. 50 :0. 01~0. 05 :1~3。
2. 根据权利要求1所述一种超疏水防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的硅烷 偶联剂的结构通式为：
其中，1为1~4的整数，s为1~18的整数。
3. 根据权利要求1所述一种超疏水防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的硅溶 胶是以水为溶剂、二氧化硅为溶质的酸性硅溶胶，其pH值为2~6、固含量为30%~50%、二氧化 娃颗粒的粒径为10~100nm。
4. 根据权利要求1所述一种超疏水防覆冰涂料的制备方法，其特征在于：所述的短氟 碳链取代的硅烷偶联剂的结构通式为：
其中，η为1~4的整数，m为2~6的整数；X为链状或环装的亚烷基、亚芳基、磺酰胺基、 磺酰基、磺酰氧基、碳酰胺基和碳氧基中的一种或几种的组合。
5. -种制备超疏水防覆冰涂层的方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 在氮气保护下，将硅烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂混合均匀， 40°C ~80°C下边反应边滴加水，滴加完毕继续反应3-5h，得疏水改性的防覆冰涂料；其中 所述硅烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂以及水的质量比为1 :〇. 20~0. 50 : 0. 01-0. 05 ：1~3 ； (2) 将步骤（1)制得的防覆冰涂料通过浸渍涂层的方法涂覆在基材表面，再在 80~120°C下热处理3~5小时，制得超疏水防覆冰涂层。
6. 根据权利要求5所述的一种制备超疏水防覆冰涂层的方法，其特征在于：所述的硅 烷偶联剂的结构通式为：
其中，1为1~4的整数，S为1~18的整数。
7. 根据权利要求5所述的一种制备超疏水防覆冰涂层的方法，其特征在于：所述的硅 溶胶是以水为溶剂、二氧化硅为溶质的酸性硅溶胶，溶胶pH值为2~6、固含量为30%~50%、二 氧化硅颗粒的粒径为l〇~l〇〇nm。
8. 根据权利要求5所述的一种制备超疏水防覆冰涂层的方法，其特征在于：所述的短 氟碳链取代的硅烷偶联剂的结构通式为：
其中，η为1~4的整数，m为2~6的整数；X为链状或环装的亚烷基、亚芳基、磺酰胺基、 磺酰基、磺酰氧基、碳酰胺基和碳氧基中的一种或其组合。
9. 根据权利要求5至8任一项所述的一种制备超疏水防覆冰涂层的方法，其特征在于： 所述的超疏水防覆冰涂层的制备步骤还包括所述基材表面的处理；所述基材表面的处理为 在将所述步骤（1)制得的涂料涂覆在基材表面前，将基材表面经过PH为9~11的碱性无水 乙醇浸泡3~7天。
10. 根据权利要求9所述的一种制备超疏水防覆冰涂层的方法，所述的基材为玻璃、硅 片、金属。
【专利摘要】本发明公开了一种超疏水防覆冰涂料及涂层的制备方法，其制备原料包括硅烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂以及水。其步骤包括：在氮气保护下，将硅烷偶联剂、硅溶胶、短氟碳链取代的硅烷偶联剂混合均匀，40℃~80℃下边反应边滴加水，滴加完毕继续反应3-5h，便完成了本发明的超疏水防覆冰涂料的制备；继续将该涂料通过浸渍涂层的方法涂覆至基材表面；再经过热处理，得到具有持久的低表面能和超疏水性能的涂层；进一步还包括在涂料涂覆前，将基材表面经过pH为9~11的碱性无水乙醇浸泡3~7天。本发明制得的涂层表现出良好的防覆冰性能，可用于输电通信设备、铁路、航空等领域。本发明的优点在于工艺简单，易于操作，环境友好。
【IPC分类】C08G77-44, B05D3-02, C09D183-10, B05D1-18, C09D7-12
【公开号】CN104629620
【申请号】CN201510063187
【发明人】张庆华, 唐永强, 詹晓力, 陈丰秋
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月6日