[发明专利]一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料、涂层及其制备与应用

说明书

本发明属于材料表面除冰的技术领域，公开了一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料、涂层及其制备与应用。所述涂料主要由碳化硅微粉、碳纳米管、粘接剂、疏水剂和溶剂组成，碳化硅微粉与碳纳米管的质量比为0.5～20:1，粘接剂与碳纳米管的质量比为40～100:1，疏水剂与碳纳米管的质量比为4～10:1；粘接剂为硅烷偶联剂，疏水剂为长氟碳链硅烷偶联剂。所述涂层由上述涂料制备而成。所述涂料在防止材料表面覆冰中的应用。本发明的防覆冰涂料制备的涂层延长了过冷液滴结冰时间，降低表面对冰的粘附，在近红外光照射下快速生热，达到快速光热除冰的效果，实现了涂层表面主动光热除冰与被动防覆冰相结合，有利于快速远程除冰。

技术领域

本发明涉及材料表面工程技术领域，具体涉及一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料、涂层及其制备方法与应用。

背景技术

冰的形成和堆积容易给设备带来致命性的破坏，如电线电缆、飞机发动机、风力发电机等。2008年，因寒潮引起的南方冰灾给国家带来了超过1500亿的损失，部分地区电线电缆和电话线因结冰不胜重荷而被压断，几公里以致几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地工农业生产。传统的除冰方式主要为高耗能的主动除冰方式，如电加热和机械除冰等，现今研究人员更多地聚焦于设计可以能耗低、环境友好、可以防止表面结冰的材料，即被动防冰材料。

具有粗糙结构的超疏水防覆冰涂层由于其对水具有较高的接触角和低接触滞后，被认为是理想的防覆冰材料，但是在结冰/除冰过程中超疏水的机械耐久性变差，粗糙结构受到破坏。超疏水防覆冰材料仍有待改善。而且现有的防覆冰材料存在着制备过程复杂、功能单一、难以大面积应用等不足之处。

本发明将将碳化硅刚性微粒与碳纳米管用于构建超疏水防覆冰涂料，涂料所形成的涂层既能主动光热除冰又能超疏水防覆冰。本发明的涂料和涂层为多功能防覆冰涂层。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供主动光热除冰的超疏水防覆冰涂层及其制备方法。所述涂层首次实现了超疏水涂层表面主动光热除冰与被动防覆冰相结合，在涂层表面实现绒毛状碳纳米管纳米结构包覆山峰状碳化硅微米结构的微纳米复合结构，使其不仅具有超疏水特性，而且可以延长表面过冷液滴结冰时间，降低表面对冰的粘附，同时在近红外光(700-1100nm)照射下还可以快速生热，达到快速光热除冰的效果。

本发明的再一目的在于上述主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料的应用。所述主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料在防止材料表面覆冰中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料，主要由碳化硅微粉、碳纳米管、粘接剂、疏水剂和溶剂组成，其中：碳化硅微粉与碳纳米管的质量比为0.5～20:1，粘接剂与碳纳米管的质量比为40～100:1，疏水剂与碳纳米管的质量比为4～10:1。

所述粘接剂为硅烷偶联剂，结构通式为：

其中，n为1～4的整数。

所述粘结剂优选为硅酸四乙酯。

所述疏水剂为长氟碳链硅烷偶联剂，结构通式为：

其中，m为1～3的整数，n为整数且n≥0，i为5～8的整数。

所述疏水剂优选为全氟癸基三甲氧基硅烷。

所述碳化硅微粉的粒径为200～3000目，优选为2000目。

所述碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，优选羧基化多壁碳纳米管；所述碳纳米管的直径为10～200纳米，优选为100纳米；长度为10～50微米，优选为10微米。