[发明专利]防结冰及防结霜的聚氨酯涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天、低温制冷、热泵空调的节能领域，涉及具有良好成膜性、耐低温、高疏水的涂料，更涉及可有效防结冰及防结霜的聚氨酯涂料及其制备方法。

背景技术

冷表面上的结冰、结霜现象广泛存在于航空、低温制冷、热泵空调等领域。冰霜层的存在使设备传热效率降低，压损增加，对系统产生较大的影响，甚至导致系统失效，对于航空航天领域来说则会给飞机带来飞行安全问题。所以这类设备需要定期或不定期的进行除冰、除霜操作，这给生产、生活带来了很多不便。融冰、融霜过程需要耗费大量的能源和人力，因此结冰、结霜问题受到人们的广泛关注。对于现有的航空、低温制冷、热泵空调等领域采用的防结冰/霜技术，常是利用机械或加热方式来融冰、融霜，这些方法多需要设备停止运行或在设备中添加专门的防结冰及防结霜的系统设计，这样的防结冰及防结霜技术给生产带来了诸多不便，增加了设备成本。因此，科学家们探索了各种抑冰霜的方法，其中在表面涂以涂料防护就是一种有效和便利的方法。

北京工业大学刘中良等人在CN1632014中公开了一种强亲水性抑霜涂料，该涂料采用吸水性交联树脂来吸收水分，通过添加氯化钠或氯化钾颗粒来降低水的冰点，使吸收到涂料内的水分可以长时间保持不冻结状态，从而抑制初始霜晶的出现，起到抑制结霜的作用。但有关研究表明，亲水表面在结霜、融霜的循环中存在表面水滴不易挥发，容易在融霜后重新结冰的缺陷，因此不适合在反复结霜、融霜的环境中使用。

舒宏纪在CN1817990中公开了一种高疏水性、高导热性和高粘附界面的涂料。该涂料采用疏水性聚甲基苯基硅氧烷为成膜物质，添加纳米级二氧化硅和碳黑来增加涂膜表面粗糙度，以达到涂料疏水的效果。由于该发明所用成膜物质机械性能极差，与基底粘附力低，使得该涂料的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能应用于低温环境中的防冰霜效果明显、使用寿命长的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料。

本发明的另一目的在于提供一种防结冰及防结霜的聚氨酯涂料的制备方法。

本发明利用掺杂在涂料中的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉获得粗糙的涂膜表面，采用低表面能物质，如成膜物质中的氟硅链段来提高涂层的疏水性，采用聚醚链段来提高涂层与基底的粘附性。喷涂过该涂料的基底表面具有高疏水性，能抑制初始霜晶的形成，从而起到防结冰及防结霜的作用。

冷冻设备中产生的冰霜降低了系统的冷冻效率，加大了能耗。本发明利用具有高热导率的纳米无机氧化物颗粒和钛白粉填充在聚合物基体中，提高了涂层的热导率，在霜层形成后能缓解结霜带来的系统传热效率降低的问题。

本发明的防结冰及防结霜的聚氨酯涂料的组分及含量为(以含氟硅聚氨酯树脂的重量份为基准)：

所述的含氟硅聚氨酯树脂是由以下方法制备得到的：以含氟二元醇的重量份为基准，室温下，将10～20重量份的含氟二元醇、10～30重量份的端羟基聚二甲基硅氧烷、30～40重量份的聚醚二元醇及10～25重量份的异氰酸酯加入到反应釜中，升温至60～90℃，反应3～5小时，然后加入1～10重量份的扩链剂，反应2～4小时，出料得到所述的含氟硅聚氨酯树脂。

上述含氟二元醇、端羟基聚二甲基硅氧烷和聚醚二元醇的选用，使含氟硅聚氨酯树脂具有良好的力学性能和表面疏水性能。

所述的含氟二元醇的数均分子量范围为1000～4000；选自聚三氟氯乙烯二醇、聚氟乙烯二醇、聚偏氟乙烯二醇、聚全氟乙丙烯二醇、乙烯-四氟乙烯共聚物二醇、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物二醇、乙烯-三氟氯乙烯共聚物二醇中的一种或几种。

所述的端羟基聚二甲基硅氧烷的数均分子量范围为1000～4000。

所述的聚醚二元醇的数均分子量范围为1000～4000。

所述的异氰酸酯选自4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4′-二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。

所述的扩链剂选自乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、1，4-环己二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇、1，6-己二醇中的一种或几种。

所述的有机溶剂选自甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、乳酸丁酯、丁酮、环己酮、甲基异丁基酮、异佛尔酮、乙二醇乙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇甲醚丙酸酯中的一种或几种。