[發明專利]一種可長效防結冰的超疏水復合涂層的制備方法及其恢復防冰性方法

有效

• 申請號: 202211025885.1
• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115304965B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 王成毓;劉峰;王鑫
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C09D127/12
• 分類號: C09D127/12;C09D7/62
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種可長效防結冰的超疏水復合涂層的制備方法及其恢復防冰性方法，它屬于防結冰領域。本發明要解決現有超疏水表面的粗糙結構在多次結冰?除冰循環后遭到損壞，表面粗糙結構無法再生恢復，進而無法長久防結冰的問題。方法：一、將有機樹脂及固化劑溶解于有機溶劑中，得溶液I；二、制備氟化疏水微納米無機粒子；三、氟化疏水微納米無機粒子超聲分散于有機溶劑中，得溶液II；四、將溶液I和溶液II超聲混合，得到混合溶液；五、噴涂于基材表面。本發明用于可長效防結冰的超疏水復合涂層的制備及其恢復防冰性。

技術領域

本發明屬于防結冰領域。

背景技術

通常，材料表面結冰不是人們所希望看到的。在日常生活中，材料表面結冰會導致嚴重的經濟、能源效率和安全問題。因此，到目前為止，科研人員已經開發了多種可防冰的方案來緩解這些問題。當前最先進和最常用的防冰策略包括：在材料表面涂覆具有低表面能的聚合物涂層、利用超疏水涂層的水滴和冰滴的低粘附性、利用低界面韌性涂層和將潤滑性能優異的液體注入多孔表面等多種方式進行防冰。這其中，第一，通過簡單地降低表面能，即降低表面的親水性是無法實現長期防冰的。例如通過用疏水聚合物如聚二甲基硅氧烷(即PDMS)涂覆材料表面，可以一定程度上實現防冰；然而，這種方式也增加了冰凍后冰與表面的附著力。第二，通過添加增塑劑來降低聚合物涂層的韌性可以最大限度地減小冰層與表面的附著力，但不能防止結冰。第三，將潤滑性能優異的液體注入到多孔表面雖然展示出一定程度的防冰性能，但是，潤滑液體的注入會改變材料本身固有的表面形態，并且注入的液體在長期使用后會有一定的損失，即長期使用后冰的粘附力呈上升趨勢，這限制此法潛在的應用價值。

當將材料表面賦予超疏水性能后，即可以實現表面的防冰，也可以降低冰層與表面的附著力。超疏水涂層可通過噴涂法或刷涂法，簡單方便地制備于各種材料表面，其表面粗糙結構通常是通過微納米粒子的堆積或聚集來實現的。

然而，對于超疏水涂層表面的粗糙結構，在多次結冰-除冰循環后容易受到損壞，進而降低了涂層的防冰效果，并提高了冰層的粘附力，因而限制了它的實際應用。具體來說，粗糙結構的損壞，主要是由于兩種原因所造成的，一種來自于水冰相變所產生的膨脹力，另一種來自于在外力除冰過程中，除冰力導致的微納米顆粒與底層的脫離。

現有采用多種策略來提高超疏水涂層的耐久性，但添加的微納米顆粒與有機樹脂之間的弱粘合力仍然使超疏水涂層不穩定。因此，將注意力轉向可恢復的超疏水表面。然而，以往的研究側重于涂層中低表面能材料的再生，而不是粗糙度損壞的修復。大多數可恢復的超疏水表面的粗糙結構在多次結冰-除冰循環后仍然會遭到損壞，因此，必須進行特殊設計。雖然在超疏水防冰表面粗糙結構的再生恢復仍然是一個挑戰，但迄今為止，尚未有通過表面粗糙結構的再生恢復制備可應用于防冰領域的超疏水涂層。

發明內容

本發明要解決現有超疏水表面的粗糙結構在多次結冰-除冰循環后遭到損壞，表面粗糙結構無法再生恢復，進而無法長久防結冰的問題，進而提供一種可長效防結冰的超疏水復合涂層的制備方法及其恢復防冰性的方法。

一種可長效防結冰的超疏水復合涂層的制備方法，它是按以下步驟進行的：

一、將有機樹脂及固化劑溶解于有機溶劑中，得溶液I；

所述的有機樹脂的質量與有機溶劑的體積比為1g:(5～20)mL；

二、將微納米無機粒子分散于有機溶劑，超聲及攪拌均勻，然后加入氟硅烷及酸，繼續超聲及攪拌，最后離心并干燥，得到氟化疏水微納米無機粒子；

所述的氟硅烷與微納米無機粒子的質量比為(0.5～1):1；所述的酸的體積與微納米無機粒子的質量比為(0.5～5)mL:1g；

三、氟化疏水微納米無機粒子超聲分散于有機溶劑中，得溶液II；

所述的氟化疏水微納米無機粒子的質量與有機溶劑的體積比為1g:(5～20)mL；