[发明专利]防结冰离子液体凝胶薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于防结冰功能涂层制备与应用领域，涉及利用离子液体凝胶薄膜制备防结冰涂层的方法。

背景技术

结冰现象广泛存在于寒冷地区路面、航空航天、低温制冷、低温液体储运及等领域中的冷表面上。防结冰涂层对于减少结冰引起的交通事故、预防通讯线路以及电网塔的损毁、提高冰箱及传热设备的传热效率等都具有重要意义。传统制备防结冰涂层的方法包括电化学方法、溶胶-凝胶法、机械除冰法，由于生产成本高，长效性差、除冰效率低、存在安全隐患，极大限制了实际应用。近年来，受自然界生命体系中特殊浸润性的启发，研究者们设计制备了一系列仿生防结冰涂层（D. Quéré et al. Langmuir, 25, 7214-7216 （2009）；J. Aizenberg et al. ACS Nano, 4, 7699-7707 （2010）；J. Aizenberg et al. Nature, 477, 443-447 （2011）; J. Wang et al. ACS Nano, 8, 3152-3169 （2014））。如受荷叶启发的超疏水涂层凭借其微结构中的空气层，可极大限制冰的形成；而受猪笼草启发的易滑动表面上的液体润滑层极大减小了冰与界面之间的粘附力，从而在微小外力作用下可以很容易将形成的冰除去。尽管如此，上述防结冰材料也存在致命弱点。如超疏水表面需要构筑复杂的微纳米结构，使得其稳定性和机械强度差，不能满足实际需要。易滑动表面虽然具有良好的稳定性，但在简便易行的大面积制备方面还面临巨大挑战。因此急需发展一种新型防结冰材料，既能满足长期使用的要求，又能解决大面积制备困难的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用离子液体凝胶薄膜制备防结冰涂层的方法。其特征在于：该方法无需构筑微纳米多尺度结构，稳定性好；制备方法简单，采用光或热固化的自由基共聚交联反应，适合大面积制备；通过设计离子液体的化学结构，其凝固点可将至-80^oC，保证液体润滑层在超低温条件的稳定存在；离子液体凝胶的机械强度可通过原料配比调节，达到优异的力学性能。

本发明通过以下技术方案实现。

一种防结冰薄膜，为离子液体凝胶薄膜，其特征在于：所述离子液体凝胶薄膜以疏水性聚合物或聚离子液体为三维网络骨架，非聚合疏水性离子液体为连续相。

本发明所述防结冰薄膜的制备方法包括以下三种：

（1）聚合物单体在非聚合离子液体中自由基共聚交联制备离子液体凝胶

将疏水性聚合物单体、疏水性非聚合离子液体、引发剂、交联剂溶解于溶剂中，混合搅拌均匀，氮气鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或热的条件下反应，制备离子液体凝胶薄膜。

（2）聚合物直接与非聚合离子液体物理交联形成离子液体凝胶

将疏水性聚合物、溶剂、疏水性非聚合离子液体混合，搅拌至均匀溶胶，涂敷在基底上，溶剂挥发完全后得到离子液体凝胶薄膜。

（3）离子液体单体在非聚合离子液体中自由基共聚交联制备离子液体凝胶

将离子液体单体、疏水性非聚合离子液体、引发剂、交联剂溶解于溶剂中，混合搅拌均匀，氮气鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或热的条件下反应，制备离子液体凝胶薄膜。

本发明中所述的制备方法（1）中，疏水性聚合物单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、4-乙烯基吡啶、苯乙烯中的一种或多种。

本发明中所述的制备方法（2）中，疏水性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。

本发明中所述的制备方法（3）中，离子液体单体为1-乙烯基-3-丁基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双（三氟甲烷磺酰）亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑二腈胺盐中的一种或多种。