[發(fā)明專利]一種POSS交聯(lián)改性氟硅涂層的制備方法及疏水防冰應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410461462.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN104277713B
• 公開（公告）日: 2016-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁曉燕;羅程皞;陶超;朱孔營;趙蘊(yùn)慧;李曉暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C09D183/08
• 分類號(hào): C09D183/08;C09D183/07;C09D7/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種POSS交聯(lián)改性氟硅防覆冰涂層的制備方法，屬于疏水、防冰涂層及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

結(jié)冰結(jié)霜現(xiàn)象一直以來都嚴(yán)重影響著社會(huì)的發(fā)展和人類的正常生活，冰的粘附和堆積會(huì)對(duì)戶外設(shè)備如電子通信塔、輸電線系統(tǒng)、海底管道、渦輪機(jī)、風(fēng)車等造成不同程度的破壞而影響其正常運(yùn)作，也會(huì)造成路面濕滑引起交通事故，甚至于造成飛機(jī)失事導(dǎo)致墜毀事故。

從十九世紀(jì)五十年代起，結(jié)冰結(jié)霜問題就已經(jīng)開始得到科學(xué)界的重視，對(duì)于除冰防冰方法的研究也逐漸開展起來。目前來說主要分為兩種，第一種是傳統(tǒng)除冰法，包括熱力學(xué)除冰法、化學(xué)除冰法、機(jī)械除冰法等，也可以稱之為主動(dòng)除冰法。第二種方法是在基體表面涂覆或構(gòu)建防覆冰涂層，通過延緩結(jié)冰時(shí)間、增大結(jié)冰成核勢(shì)壘、降低冰粘附強(qiáng)度來減少覆冰量，也可稱之為被動(dòng)防冰法[Lv?JY,Song?Y,Jiang?L,Wang?JJ,Bio-inspired?strategies?for?anti-icing.ACS?Nano,2014,8(4):3152-3169；Olivier?P,Adrian?I,Anti-icing?and?de-icing?techniques?for?wind?turbines:Critical?review.Cold?Regions?Science?and?Technology,2011,65:88-96]。傳統(tǒng)的主動(dòng)除冰法因?yàn)橘M(fèi)用昂貴、能耗巨大、操作復(fù)雜、環(huán)境污染等問題已難以滿足社會(huì)需求，而通過構(gòu)建具有表面微納結(jié)構(gòu)的低表面能涂層材料的被動(dòng)防冰法成為了研究熱點(diǎn)。

低表面能材料因其特殊的疏水性能得到廣泛關(guān)注，其中含氟材料和有機(jī)硅材料是目前已知的兩種常用的低表面能材料。采用有機(jī)硅樹脂制備得到的涂層水接觸角一般在100°左右，但Si-O鍵通常被端位-CH₃基團(tuán)包覆，使得有機(jī)硅表面與水分子作用力非常小；此外，有機(jī)硅材料極低的玻璃化溫度使得在低溫下硅氧烷鏈段依舊具有柔順性和向外遷移能力，但通常需要將有機(jī)硅材料與其他納米粒子進(jìn)行復(fù)合以起到增強(qiáng)效果。Meuler等人對(duì)聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、氟橡膠、氟化多面體低聚等21種常見材料進(jìn)行了冰剪切強(qiáng)度與表面潤濕性參數(shù)之間關(guān)系的研究。結(jié)果表明，大部分的低表面能涂層的冰剪切強(qiáng)度在200-500kPa范圍內(nèi)，而鐵片表面冰剪切強(qiáng)度達(dá)到698kPa，說明低表面能涂層材料確實(shí)能夠一定程度降低基材與冰之間的剪切強(qiáng)度[Meuler?AJ,Smith?JD,Varanasi?KK,et?al.,Relationships?between?water?wettability?and?ice?adhesion.ACS?Applied?Materials&Interfaces,2010,2(11):3100]。Yang等人對(duì)一系列含氟材料進(jìn)行了防冰性能的研究，包括聚四氟乙烯平板、噴砂處理后的聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯涂層、室溫固化含氟硅橡膠、含氟聚氨酯涂層。結(jié)果顯示，表面光滑的含氟材料可以顯著減小冰粘附強(qiáng)度，但在-8℃溫度下并不能明顯減少覆冰量，而具有一定表面結(jié)構(gòu)的含氟材料不僅能提高疏水性，在-8℃溫度下也能有效降低覆冰量[Yang?S,Xia?Q,Zhu?L,et?al.,Research?on?the?icephobic?properties?of?fluoropolymer-based?materials.Applied?Surface?Science,2011,257(11):4956]。美國專利[Bhamidipati?MV,Methods?and?compositions?for?inhibiting?surface?icing.US7514017,2009]中公布了一種含相變材料的低表面能涂層材料，該涂層材料主體由疏水性有機(jī)硅樹脂構(gòu)成，并加入一定含量的具有特殊結(jié)構(gòu)的硅氧烷小分子相變物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合，當(dāng)外界溫度降低到結(jié)冰凝固點(diǎn)附近時(shí)，具有特殊結(jié)構(gòu)的硅氧烷小分子相變物質(zhì)發(fā)生固-固相變而發(fā)生體積膨脹，有機(jī)硅氧烷樹脂基體隨著溫度降低體積不斷收縮，這種內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致原本就不大的冰粘附強(qiáng)度遭到破壞，從而使冰層從涂層表面脫離。