[發(fā)明專利]一種具有長效疏冰特性的超滑涂層的制備及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113528010A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔家喜;徐松子;楊莉;王宏;吳倩
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: C09D183/04
• 分類號: C09D183/04
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發(fā)明公開了一種具有長效疏冰特性的超滑涂層及其應(yīng)用。這種涂層具有雙層結(jié)構(gòu)，其中上層為含疏冰劑分子、表面平整的交聯(lián)聚合物；下層為存儲疏冰劑的多孔結(jié)構(gòu)。此涂層制備包括以下步驟：首先將可交聯(lián)前體和制孔劑按質(zhì)量比10：(3～10)混合攪拌，涂于表面預(yù)固化20?40分鐘；在其完全固化前，在其表面澆筑一層可交聯(lián)聚合物前體，然后讓所得復(fù)合涂層完全固化和致孔劑完全揮發(fā)，得到雙層結(jié)構(gòu)；最后讓涂層接觸吸收疏冰劑分子，獲得雙層超滑涂層。光滑疏冰無孔層提供平滑表面、有效控制疏冰劑的釋放；疏冰劑多孔儲存層存儲大量疏冰劑，這些疏冰劑在涂層表面疏冰劑損耗后自動釋放出來，維持表面疏冰性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有長效疏冰特性的超滑涂層及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

降水覆冰，升華覆冰等覆冰現(xiàn)象給人們的生活出行、交通運輸以及電力設(shè)施等各個領(lǐng)域都帶來了嚴重威脅，并且會造成巨大的經(jīng)濟損失。飛機機翼覆冰造成氣動外形改變，影響飛行，增加油耗，甚至于影響安全飛行。在電力系統(tǒng)，輕則損耗增加、輸電線斷裂、桿塔倒塌，重則導(dǎo)致整個輸電線路的癱瘓。此外，在交通運輸行業(yè)，如鐵路運輸線路的結(jié)冰、公路橋梁材料等，對人們的生命財產(chǎn)安全造成巨大的威脅。因此，探索有效的疏冰技術(shù)具有重大的社會意義和經(jīng)濟價值。

現(xiàn)有的疏冰技術(shù)分為主動除冰與被動除冰，主動除冰包括機械除冰、熱力除冰與溶液除冰。機械除冰技術(shù)一般應(yīng)用于道路，其除凈率不高且易損傷路面；熱力除冰成本較高，能耗大；溶液除冰利用的除冰劑會造成汽車、公路橋梁材料的腐蝕以及生態(tài)系統(tǒng)的改變。相比于主動除冰，近年來發(fā)展起來的被動除冰技術(shù)因其能耗小、成本低、應(yīng)用方式簡便、環(huán)保等優(yōu)勢受到廣泛的關(guān)注。涂層防覆冰就是一種典型的被動除冰技術(shù)。

目前的涂層防覆冰技術(shù)主要有兩種：一種是仿生荷葉表面的超疏水涂層，一種是仿生豬籠草的表面光滑疏冰涂層(Nat.Rev.Mater.,2016,1,15003)。超疏水涂層利用表面微納結(jié)構(gòu)使液滴處于滾動的氣-液-固三相接觸的Cassie態(tài)，減小液滴與基底的接觸面積，實現(xiàn)了疏冰性能。但超疏水涂層易受到微塵顆粒污染和外力作用而使其結(jié)構(gòu)破壞，且在低溫高濕的復(fù)雜多變環(huán)境中性能易受影響，因此穩(wěn)定性欠佳。表面光滑疏冰涂層因為表面Cassie態(tài)結(jié)構(gòu)中的空氣層置換為低表面能物質(zhì)，形成液-液接觸的光滑表面，液滴易于滑走，并且疏冰劑的流動性使得涂層具有自我修復(fù)能力，在實現(xiàn)優(yōu)異的抗污、抗粘性的同時兼具極低的冰粘附強度和較高的壓力穩(wěn)定性。

目前，許多防覆冰涂層已經(jīng)被制備，但是仍然存在著幾個問題，首先是已經(jīng)報道的涂層不能很好地解決疏冰劑的損耗，超滑涂層由于疏冰劑本身的揮發(fā)以及在除冰過程中的疏冰劑流失，使其使用壽命大大縮短。其次是儲油能力的問題，涂層材料中儲油能力直接影響著涂層的使用壽命。雖然有一些報道，但是其儲油能力太弱，嚴重影響了使用壽命。再者，疏冰能力也是面臨的一大難題，目前已經(jīng)報道的一些防覆冰涂層的冰層粘附力僅僅能達到5kPa，更低地冰層粘附力更有利于其實際應(yīng)用。

因此，發(fā)明一種簡單、低成本、儲油能力強、使用壽命長、防覆冰效果好的超滑長效疏冰涂層具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供了一種具有長效疏冰性能的超滑涂層及其制備方法，所發(fā)明的涂層具有一體化復(fù)合層結(jié)構(gòu)(如圖1)。光滑疏冰無孔層提供平滑表面、有效控制疏冰劑的釋放，賦予該涂層長效疏冰性能；疏冰劑多孔儲存層存儲有大量疏冰劑，這些疏冰劑會在涂層表面疏冰劑損耗后自動釋放出來，維持表面疏冰性能，此外，多孔基底能在溫度降低時收縮促進疏冰劑釋放，在溫度升高時吸收疏冰劑，防止疏冰劑流失，這兩種機制大幅度延長了涂層的服役壽命。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明提供一種具有長效疏冰特性的超滑涂層的方法，其特征在于：