[发明专利]含氟化笼型倍半硅氧烷的室温固化氟硅涂层及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及氟化笼型倍半硅氧烷、缩合型氟硅树脂的合成以及一种室温固化的氟硅防覆冰涂层的制备，属于氟硅树脂涂层制备及疏水、防覆冰涂层材料领域。

背景技术

冰在材料表面的附着和累聚会给人们的生产、生活带来诸多不便，甚至威胁生命财产安全，造成巨大的经济损失。覆冰带来的影响涉及航空、通信、电力和运输等众多领域，因此，开发低成本、高效率的防覆冰涂层产品具有重要的现实意义。

防覆冰涂层主要包括超疏水涂层、牺牲型涂层以及低表面能涂层。其中，超疏水涂层在低温高湿环境下的稳定性是限制其广泛应用的主要难题(Lv J,Song Y,Jiang L,Wang J,Bio-inspired strategies for anti-icing.ACS Nano,2014,8(4),3152-3169)；虽然牺牲型涂层具有较小的冰附着强度，但其不能够长久使用。低表面能涂层具有较低的表面能，良好的疏水性，可以减小冰在材料表面的附着力。将氟元素引入到柔性有机硅材料中得到的低表面能涂层，可以显著提高材料的疏水疏油性，降低冰的附着力(Li X H,Zhao Y H,Li H,Yuan X Y,Preparation and icephobic properties of polymethyltrifluoropropylsiloxane-polyacrylate block copolymers.Applied Surface Science,2014,316,222-231)。中国专利CN 103013331A公开了一种双组份氟硅橡胶防覆冰涂层材料及其制备方法，利用含氢硅油、氟改性硅油制备得到双组份氟硅橡胶涂层，可达到较好防覆冰效果(郑俊萍，方新，李石，袁晓燕.一种双组份氟硅橡胶防覆冰涂层材料及其制备方法.CN 103013331A,2006)。

笼型倍半硅氧烷的分子形态呈三维立体结构，是典型的无机-有机杂化材料，笼型的稳定结构使其具有高强度、抗冲击和不易变形等独特性能。将其引入氟硅涂料中不仅可以显著改善涂层的硬度、耐磨性、耐热性等(Shiao W K,Feng C C,POSS related polymer nanocomposites.Progress in Polymer Science,2011,36,1649-1696)，还能够降低冰在基材表面的附着强度。Meuler等将氟化笼型倍半硅氧烷(fluorodecyl POSS)分别引入氟橡胶和聚甲基丙烯酸乙酯涂层中，结果表明，随着fluorodecyl POSS含量的增加，两种涂层的冰附着强度不断降低，最小可达165±27kPa(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 Materials&Interfaces,2010,2(11),3100-3110)。

本发明首先制备氟化笼型倍半硅氧烷，然后将其引入到室温固化氟硅涂料中。氟化笼型倍半硅氧烷能够均匀分散在涂层中，不仅可以提高涂层的疏水性能，还可以降低涂层冰附着强度；此外，由于氟化笼型倍半硅氧烷与氟硅聚合物之间是通过共价键形成交联网络，其表面微观结构在经受多次结冰/除冰过程后不会被破坏，相关内容到目前为止鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氟化笼型倍半硅氧烷改性室温固化氟硅涂层的制备方法和应用，该涂层可在室温下固化成膜，施工方法简单，应用于疏水和防覆冰涂层材料领域。

本发明中，氟硅树脂及氟化笼型倍半硅氧烷利用自身所携带的乙氧基官能团水解，在催化剂作用下脱醇缩合得到涂层。所含氟链段能够在成膜过程中在表面富集，降低涂层表面能，提高涂层的疏水疏油性，同时涂层中氟化笼型倍半硅氧烷的加入和氟硅两种成份的协同作用有利于涂层表面冰附着强度的降低。

本发明的技术方案如下：一种含氟化笼型倍半硅氧烷的室温固化氟硅涂层，以质量百分比计，各组分及质量含量为：(各组分质量百分比之和为100％)

缩合型氟硅树脂：70～94％；

氟化笼型倍半聚硅氧烷：5～30％；

催化剂(二月桂酸二丁基锡)：0.5％；

上述的缩合型氟硅树脂的分子式为：