[发明专利]一种具有长效疏冰特性的超滑涂层的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种具有长效疏冰特性的超滑涂层及其应用。这种涂层具有双层结构，其中上层为含疏冰剂分子、表面平整的交联聚合物；下层为存储疏冰剂的多孔结构。此涂层制备包括以下步骤：首先将可交联前体和制孔剂按质量比10：(3～10)混合搅拌，涂于表面预固化20‑40分钟；在其完全固化前，在其表面浇筑一层可交联聚合物前体，然后让所得复合涂层完全固化和致孔剂完全挥发，得到双层结构；最后让涂层接触吸收疏冰剂分子，获得双层超滑涂层。光滑疏冰无孔层提供平滑表面、有效控制疏冰剂的释放；疏冰剂多孔储存层存储大量疏冰剂，这些疏冰剂在涂层表面疏冰剂损耗后自动释放出来，维持表面疏冰性能。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，具体涉及一种具有长效疏冰特性的超滑涂层及其应用。

背景技术

降水覆冰，升华覆冰等覆冰现象给人们的生活出行、交通运输以及电力设施等各个领域都带来了严重威胁，并且会造成巨大的经济损失。飞机机翼覆冰造成气动外形改变，影响飞行，增加油耗，甚至于影响安全飞行。在电力系统，轻则损耗增加、输电线断裂、杆塔倒塌，重则导致整个输电线路的瘫痪。此外，在交通运输行业，如铁路运输线路的结冰、公路桥梁材料等，对人们的生命财产安全造成巨大的威胁。因此，探索有效的疏冰技术具有重大的社会意义和经济价值。

现有的疏冰技术分为主动除冰与被动除冰，主动除冰包括机械除冰、热力除冰与溶液除冰。机械除冰技术一般应用于道路，其除净率不高且易损伤路面；热力除冰成本较高，能耗大；溶液除冰利用的除冰剂会造成汽车、公路桥梁材料的腐蚀以及生态系统的改变。相比于主动除冰，近年来发展起来的被动除冰技术因其能耗小、成本低、应用方式简便、环保等优势受到广泛的关注。涂层防覆冰就是一种典型的被动除冰技术。

目前的涂层防覆冰技术主要有两种：一种是仿生荷叶表面的超疏水涂层，一种是仿生猪笼草的表面光滑疏冰涂层(Nat.Rev.Mater.,2016,1,15003)。超疏水涂层利用表面微纳结构使液滴处于滚动的气-液-固三相接触的Cassie态，减小液滴与基底的接触面积，实现了疏冰性能。但超疏水涂层易受到微尘颗粒污染和外力作用而使其结构破坏，且在低温高湿的复杂多变环境中性能易受影响，因此稳定性欠佳。表面光滑疏冰涂层因为表面Cassie态结构中的空气层置换为低表面能物质，形成液-液接触的光滑表面，液滴易于滑走，并且疏冰剂的流动性使得涂层具有自我修复能力，在实现优异的抗污、抗粘性的同时兼具极低的冰粘附强度和较高的压力稳定性。

目前，许多防覆冰涂层已经被制备，但是仍然存在着几个问题，首先是已经报道的涂层不能很好地解决疏冰剂的损耗，超滑涂层由于疏冰剂本身的挥发以及在除冰过程中的疏冰剂流失，使其使用寿命大大缩短。其次是储油能力的问题，涂层材料中储油能力直接影响着涂层的使用寿命。虽然有一些报道，但是其储油能力太弱，严重影响了使用寿命。再者，疏冰能力也是面临的一大难题，目前已经报道的一些防覆冰涂层的冰层粘附力仅仅能达到5kPa，更低地冰层粘附力更有利于其实际应用。

因此，发明一种简单、低成本、储油能力强、使用寿命长、防覆冰效果好的超滑长效疏冰涂层具有相当重要的现实意义和应用前景。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种具有长效疏冰性能的超滑涂层及其制备方法，所发明的涂层具有一体化复合层结构(如图1)。光滑疏冰无孔层提供平滑表面、有效控制疏冰剂的释放，赋予该涂层长效疏冰性能；疏冰剂多孔储存层存储有大量疏冰剂，这些疏冰剂会在涂层表面疏冰剂损耗后自动释放出来，维持表面疏冰性能，此外，多孔基底能在温度降低时收缩促进疏冰剂释放，在温度升高时吸收疏冰剂，防止疏冰剂流失，这两种机制大幅度延长了涂层的服役寿命。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种具有长效疏冰特性的超滑涂层的方法，其特征在于：