[发明专利]一种紫外光固化POSS含氟丙烯酸酯嵌段共聚物涂层及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外光固化POSS含氟丙烯酸酯嵌段共聚物复合有机硅涂层及制备和应用，属于疏水防冰及应用技术领域。

背景技术

在航空航天、电力通信、交通运输等领域，基体的表面覆冰给人类和社会带来重大危害和经济损失。虽然传统的物理除冰法(如机械除冰、加热除冰)和化学除冰法(喷洒盐水、加入抗结冰剂)等已广泛运用，但存在效率低、污染环境等诸多问题。在基体表面构建抗结冰功能涂层的方法，成本低、耗能小、易于实施，具有极大的应用价值。

含氟材料凭借其极低的表面能，较低的介电常数，且能够显著降低涂层与冰之间的相互作用力等性能，广泛应用于防覆冰涂层的制备。Sojoudi等采用化学气相沉积的方法在硅片或钢板表面形成双分子层，下层为聚二乙烯基苯，上层为聚丙烯酸十七氟癸酯，硅片和钢板表面涂层的冰粘附强度分别为185.3kPa和158.5kPa,冰粘附强度显著降低(Sojoudi H,McKinley G H,Gleason K K.Linker-free grafting of fluorinated polymeric cross-linked network bilayers for durable reduction of ice adhesion.Materials Horizons,2015,2(1),91-99)。中国专利(黄驰，李岩，胡铭杰，赵宇明，刘兴海，黎小林，黄荣华，罗运柏.一种防覆冰涂层及其制备方法.CN102205680B,2014)公布了一种防覆冰复合涂层，共包含三层，内层为有机硅改性环氧树脂层，中间层为聚电解质盐层，外层为氟硅改性的丙烯酸酯层。

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有纳米分子尺寸和有机-无机杂化结构的化合物。这种以无机键组成的框架为核，外围被有机取代基所包围的特殊结构，赋予其独特的物理性质和化学反应性。Meuler等将聚甲基丙烯酸乙酯与十七氟癸烷基POSS(F-POSS)以质量比为80:20共混，并旋涂于钢板表面，其表面冰粘附强度为165kPa，接触角滞后为5.6°，表现为较好的防覆冰性(Meuler A J,Smith J D,Varanasi K K,Mabry J M,McKinley G H,Cohen R E.Relationships between water wettability and ice adhesion.ACS Applied Material Interfaces,2010,2(11):3100-3110)。本发明人前期以功能化POSS为交联剂，以氟烷基聚硅氧烷和乙烯基聚硅氧烷为基体，构建了具有表面微纳结构的氟硅树脂涂层，冰附着力明显下降(袁晓燕，罗程皞，陶超，朱孔营，赵蕴慧，李晓晖.一种POSS交联改性氟硅涂层的制备方法及疏水防冰应用.CN104277713A,2015)。

紫外光(UV)固化技术是利用紫外光的能量引发涂层中的低分子预聚体或齐聚体及作为活性稀释剂的单体分子之间的链式聚合及交联反应。相比于传统固化技术，UV固化技术拥有固化迅速，固化品质高，运行成本低，所需储存空间小，清洁高效等优势。例如，中国专利(段晶晶.一种疏水紫外光固化漆.CN 103666207A,2014)公布了一种采用光固化的方式，利用硅烷改性的树脂，使得所成漆膜具有疏水性的方法。巯基-烯点击反应因固化产率高、氧阻聚作用小等特点，成为备受关注的一种紫外光固化方法。Goswami等利用巯基-烯反应将两端含有乙烯基的聚硅氧烷和巯基聚硅氧烷进行光固化交联。所生成的聚硅氧烷弹性体具有较低的粘性损耗，具有高弹性(Goswami K,Skov A L,Daugaard A E.UV-cured,platinum-free,soft poly(dimethylsiloxane)networks.Chemistry European Journal,2014,20(30),9230-9233)。此外，Xue等将侧链含有乙烯基的聚硅氧烷、巯基聚硅氧烷和气相二氧化硅共混，并采用紫外光固化的方法交联形成硅橡胶。结果表明，生成的硅橡胶具有良好的机械性能和热稳定性(Xue L,Zhang Y,Zuo Y,Diao S,Zhang J,Feng,S.Preparation and characterization of novel UV-curing silicone rubber via thiol-ene reaction.Materials Letters,2013,106,425-427)。