[發(fā)明專利]一種超疏水材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710018781.0
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106752462B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳凱;王強;夏祖西
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民用航空總局第二研究所
• 主分類號: C09D129/10
• 分類號: C09D129/10;C09D183/08;C09D7/61;C23G5/032;C23F1/20
• 代理公司: 51222 成都高遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 李高峽;左翔

本發(fā)明公開了一種超疏水材料，它包括基底和涂層，其中，所述涂層由以下重量份的組分組成：樹脂65～78份，納米顆粒8～16份。本發(fā)明還提供了該超疏水材料的制備方法。按照本發(fā)明的制備的超疏水材料具有抗紫外能力強、耐磨、有效延長表面結(jié)冰時間等優(yōu)點，同時延長了超疏水材料的使用壽命，具有廣闊的市場前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超疏水材料及其制備方法。

背景技術(shù)

飛機表面結(jié)冰對飛機飛行安全具有極大危害。機械除冰、電熱除冰、氣熱除冰及化學(xué)除冰液除冰等技術(shù)是常用的飛機表面除冰技術(shù)。這些技術(shù)雖在一定程度上解決了飛機表面結(jié)冰問題，但都以除冰、融冰為思路，待冰在飛機表面形成后，再將其從飛機表面移除，不能從根源上解決飛機表面結(jié)冰，且存在能耗高，環(huán)境污染大等問題。

過冷水撞擊飛機表面，長時間不能從飛機表面脫離是造成飛機表面結(jié)冰的關(guān)鍵。要從根本上解決飛機表面結(jié)冰問題，需減少過冷水與飛機表面的接觸時間，使其在結(jié)冰前從飛機表面脫落。受荷葉效應(yīng)影響，研究者們提出了超疏水表面概念。超疏水表面是一類具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的表面，其表面接觸角大于150°，滾動角小于10°，微小擾動即可使靜止在表面的液滴迅速滾落不殘留，這就為從源頭上解決飛機表面結(jié)冰提供了方法。丁桂甫等提出了一種用于飛機防冰除冰的納米超疏水表面制備方法(CN 101704410 A)，由該方法制備的飛機表面降低了水滴滑過機身表面的粘滯力，減少了水珠在機身表面凝結(jié)的數(shù)量，有效降低了飛機表面的結(jié)冰程度。

然而，大量研究表明超疏水表面耐久性差，在多個結(jié)冰除冰循環(huán)后，表面微納結(jié)構(gòu)被破壞，疏水能力下降。(見S.Farhadi,M.Farzaneh,S.A.Kulinich.Anti-icingperformance of superhydrophobic surface,Applied Surface Science 257(2011)6264-6269.S.A.Kulinich,S.Farhadi,K.Nose.X.W.DuSuperhydrophobic surface:arethey really ice-repellentLangmuir Letter 2011,27(1),25-29)。更有研究指出，超疏水表面長期在紫外光的照射下，疏水能力逐步尙失。Xiu的研究指出，在經(jīng)過數(shù)百小時的紫外光老化試驗后，涂覆有聚二甲基硅烷、聚丁烯等疏水涂料的超疏水表面，表面接觸角分別從153°，162°降為80°，70°，表面完全尚失其疏水能力。(Xiu Yonghao,Fabrication ofSurface Micro-and Nanostructures for superhydrophobic surfaces in electricand electronic applications,PhD Dissertation,Georgia Institute of Technology,2008)飛機在高空飛行，長時間受紫外線照射，如不能解決上述問題，將無法實現(xiàn)超疏水表面在民用客機上的應(yīng)用。美國專利US2015/0368496A1提出了一種抗紫外線超疏水涂層配方，該配方由聚氟化合物、有機硅、氧化鋅及二硫化鉬混合而成。由該混合物制備而成的超疏水表面，在1W/m²紫外光照射下150小時，表面接觸角至少不小于140°。

雖然上述發(fā)明在一定程度上解決了超疏水表面抗紫外性能差、耐久性差的問題，然而，專利US2015/0368496A1提出的配方僅能保證長時間在紫外光的照射下，表面接觸角不小于140°，而不是150°(注：當(dāng)表面接觸角大于90°，小于150°時，該表面被稱為是疏水表面，而不是超疏水表面)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，利用專利US2015/0368496A1制備的超疏水表面，當(dāng)紫外光照射強度提高到2W/m²，在150小時的老化實驗中，表面接觸角降低至120°，表面疏水性能下降。根據(jù)專利US2015/0368496A1制備的超疏水表面，雖具有一定程度的抗磨性，但專利案例8表明，即使最優(yōu)配方，對表面進行4.5分鐘的摩擦處理，表面的超疏水能力完全尚失。此外，上述配方主要用于電纜表面的防疏水/冰應(yīng)用，當(dāng)其應(yīng)用于飛機表面時，未必能同時實現(xiàn)疏水、抗紫外線、耐磨等多種功能。