[发明专利]一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法，采取简易共混喷涂工艺制备超疏水防覆冰涂层，具体是将碳纳米管、疏水纳米二氧化硅、树脂粘结剂、硅烷偶联剂和溶剂共混得到的纳米粒子复合悬浮液喷涂至基材表面，后经干燥固化得到涂层。本发明涂层具有光热效应、持久性好、耐摩擦、附着力强、重复使用率高、使用寿命长和环保等特点，具有快速光热除冰的效果，实现了耐磨超疏水涂层表面主动光热除冰与被动防覆冰相结合，有利于实现表面快速远程除冰，制备过程不使用含氟试剂，工艺简单，成本低廉，环境友好，适合大规模生产应用，对提高超疏水涂层的抗冰性能具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种具有光热效应无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法，具体属于防覆冰涂料技术领域。

背景技术

超疏水材料定义为表面接触角大于150°、滚动角小于10°的材料。构建超疏水材料的两大关键因素分别是微纳米粗糙结构与低表面能物质，因其在自清洁、油水分离、防覆冰等领域被大量使用而被人们所熟知。其制备方法主要有等离子刻蚀法、相分离法、层层自组装法、平版印刷法、化学气相沉淀法、溶液浸泡法以及溶胶凝胶法等。机械耐久性是超疏水涂层需要主要克服的缺点，目前大部分耐磨超疏水涂层要么只能在同一基材上使用，要么满足耐磨条件，但是表面超疏水功能不均匀，且更有可能添加难以降解的氟类偶联剂作为疏水改性剂，从而对环境造成危害。

严重的冰雪灾害往往给人类生活带来许多不便之处，甚至造成巨大的经济损失。传统的除冰方式主要为高耗能的主动除冰方式，如机械除冰和电加热除冰等。超疏水防覆冰涂料被认为是理想的被动防覆冰材料，但是在结冰/除冰过程中超疏水的机械耐久性易变差。现有的防覆冰材料存在着制备过程复杂、功能单一、难以大规模生产应用等不足。喷涂技术相较于刻蚀法、模板法、溶液浸泡法以及电化学法等制备超疏水涂层的方法，具有明显的技术优势。喷涂技术不需要昂贵的模具制造费用，生产效率高，尤其适用于大面积、异形物体的处理。有鉴于此，本发明在耐磨超疏水的基础上，将主动除冰与被动防冰相结合，通过简易共混喷涂方法制备超疏水防覆冰涂层，不仅更具耐磨性，可以经受住200g重压下在800目砂纸上磨损200 cm而不失超疏水性，且制备过程不含氟，更具环境保护性，在满足涂层耐磨性能同时，兼顾环境友好，且还具有低成本，多基材实用性的特点，对提高超疏水涂层的抗冰性能具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动光热除冰的耐磨超疏水防覆冰涂料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种具有光热效应的无氟耐磨超疏水防覆冰涂层的制备方法采取简易共混喷涂工艺制备超疏水防覆冰涂层，具体包括以下步骤：

步骤1：将树脂粘结剂与溶剂超声共混30-60min，得到树脂混合溶液；其中树脂粘结剂和溶剂的质量比为3-10∶100；

步骤2：将碳纳米管和粒径为7-40nm的疏水纳米二氧化硅按照比例分散于树脂混合液中，超声搅拌30-60min后，再加入硅烷偶联剂，继续超声搅拌30-60min，得到纳米粒子复合悬浮液；其中，碳纳米管、纳米二氧化硅、硅烷偶联剂和树脂混合液的质量比为0.1-0.5∶1-10∶0.02-0.2∶100；

步骤3：将纳米粒子复合悬浮液喷涂至打磨、清洗预处理好的基材表面，然后经干燥固化，得到无氟耐磨超疏水防覆冰涂层。

所述的树脂粘结剂为热塑性树脂丙烯酸酯共聚物。

所述溶剂是无水乙醇、丙酮、乙酸乙酯中的一种或多种。

所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。

所述的纳米粒子复合悬浮液的喷涂工艺为：喷涂用喷嘴口径1.2 mm，喷涂压力0.3-1 Mpa，喷嘴与基材距离10-20 cm。

所述的基材为高分子聚合物、金属、玻璃、硅片、石材或纸板。