[發明專利]一種用于防除冰的超疏水涂層復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911042978.3
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110734700A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 黃小彬;劉洪;洪時泉;孔維梁
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C09D183/04
• 分類號: C09D183/04;C09D7/65
• 代理公司: 31227 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 周一新

本發明公開了一種用于防除冰的超疏水涂層復合材料及其制備方法，所得材料接觸角大于150°，厚度為2～5μm，其表面具有粗糙凹凸微納結構，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為粘合劑，通過與環交聯型聚膦腈微球一步聚合反應后經浸涂、涂刷或噴涂于基材表面得到，環交聯型聚膦腈微球表面富含?CF₃基團，平均直徑為0.5～2μm，且其和PDMS質量比為1～3：5。所得超疏水涂層復合材料具有荷葉超疏水自清潔性能，在濕冷環境(?15℃、相對濕度＝70％)下表現出良好的自潔性和抗結冰性，結冰延遲時間長、結冰后附著力低，機械耐久性能好，適合于大面積施工用于防除冰領域。

技術領域

本發明屬于功能復合材料技術領域，具體涉及一種具有高效耐久防除冰功能的超疏水涂層復合材料及其制備方法。

背景技術

航空、電力、通信和運輸系統表面的結冰積冰對人類生活造成巨大的不便，特別在航空航天領域，結冰是造成飛行事故的重要原因，已被航空界認定為影響飛機飛行的六大氣象因素之一，而且由于經常在云層中穿越或飛行，飛機結冰會嚴重影響飛機的空氣動力性能和航空發動機安全性能。據統計，2009-2017年共發生了75起飛行事故，其中結冰導致了8％的嚴重事故，20％的普通事故，造成了巨大的損失。因此，研究冰的形成機理以及除冰方法意義重大。

目前，傳統防除冰方法包括機械除冰、溶液除冰以及熱力除冰，這些方法耗能高，效率低，防冰持續時間短，并且會對環境造成影響。新型防除冰方法主要通過設計材料表面特殊的形貌結構和化學組成達到防除冰目的，具有能耗低、效率高的特點。防冰涂層的原理是在過冷液滴結冰之前通過微弱的外力移除表面未凍結的液滴，從而達到抗結冰的效果。現有的超疏水涂層具有優異的防覆冰性能，較大的接觸角和較小的滾動角可以有效促進液滴滾落，表面微納粗糙結構的氣墊絕熱作用可以延長液滴的結冰時間。

專利申請(CN101475173A)公開了在硅片表面以銀或金納米粒子為阻擋進行化學刻蝕，得到微米和納米復合結構表面，再對復合表面進行化學修飾等獲得超疏水表面，其缺點是對被刻蝕的表面具有選擇性，而且需要化學修飾。專利申請(CN106521465A)公開了用于防冰的三級結構超疏水表面及其制備方法，具有較高的動態斥水性能，撞擊液滴在其表面接觸反彈時間大幅下降，但該材料機械性能不穩定，制備過程復雜。雖然這類超疏水表面具有一定的防冰效果，但在實際使用時仍存在兩方面問題：

(1)制備工藝復雜，往往需要特殊設備，過程繁瑣，對材料具有選擇性，不適合于大面積制備超疏水涂層；

(2)涂層的超疏水持久性差，導致涂層的自清潔功能壽命較短。

發明內容

針對現有超疏水涂層存在的上述不足，本發明提出了一種用于防除冰的超疏水涂層復合材料，該材料機械耐久性能好，可應對近百次結冰除冰循環實驗，在濕冷環境(-15℃、相對濕度＝70％)下表現出良好的自潔性和抗結冰性。

另外，本發明還提出上述超疏水涂層復合材料的制備方法，方法簡單便捷，成本低，實用性強，彌補了現有防除冰技術存在的缺陷和應用限制。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

本發明的超疏水涂層復合材料，所述超疏水涂層復合材料的接觸角大于150°，厚度為2～5μm，其表面具有粗糙凹凸的微納結構，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為粘合劑，通過與環交聯型聚膦腈微球一步聚合反應后經浸涂、涂刷或噴涂于基材表面得到；其中：

所述環交聯型聚膦腈微球和PDMS的質量比為1～3：5；

所述環交聯型聚膦腈微球表面富含-CF₃基團，平均直徑為0.5～2μm。