[发明专利]抗覆冰罩光涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种抗覆冰罩光涂层及其制备方法，抗覆冰罩光涂层主体是丙烯酸聚氨酯层，丙烯酸聚氨酯层的表面覆有一层纳米级憎水性有机硅单分子层。丙烯酸聚氨酯层的玻璃化转变温度高于50℃，厚度为1～10μm。纳米级憎水性有机硅单分子层厚度小于5nm。本发明的涂层充分地保留了丙烯酸聚氨酯涂层的突出的硬度、良好的光泽以及优异的力学性能，能够适应多种底材的涂覆要求；同时通过调控涂层的物理性质和几何参数以降低其与冰的界面韧性，获得了显著的抗覆冰性能又避免了复杂的化学组成设计所导致的应用局限性。

技术领域

本发明涉及一种抗覆冰罩光涂层及其制备方法。

背景技术

在低温和高湿地区，环境中的水或水蒸气倾向于附着在物体的表面，并在低温下冻结形成牢固粘附的表面覆冰。难以清除的覆冰不仅增加粘附部件的重量，而且使透光部件丧失透光性。另外，结冰对飞机、船舶、电网系统、交通运输和能源设备的危害也非常大。

传统的被动除冰方法包括电热法、气热法、机械手动法和液体混合法等，这些方法普遍存在费时、耗能、成本高和效率低下等不足。

基于特殊的物理化学性质和微观形貌构建抗结冰表面是一种行之有效的方法，这种微/纳米结构的粗糙涂层具有较好的防水性，但耐久性较差。1996年，Onda等首次提出并构建了具有微结构及低表面能的超疏水表面（SHS），以气-液界面取代固-液界面，减少了表面与冰之间的接触面积，使得水滴的粘附力降低，显示出较好的防雾/冰及自清洁等性能。具有微米级或纳米级粗糙结构的超疏水表面在一定条件下可以防止冰的粘附，但在高湿、低温环境下，水分子易在其表面的粗糙结构中凝聚并冻结产生冰层，由于机械联锁作用，导致冰的粘附非常牢固。此外，超疏水表面的微纳结构易受到破坏，使得抗结冰性能下降。可以肯定的是，这些具有复杂、精巧表面结构的涂层的表面是比较脆弱的，其抗覆冰性能很容易随着表面的受损而变差，同时，其表面不具备良好的光泽和透光性。如今，没有单一的涂层能够同时具备优异的防冰性能、高耐久性、良好的力学性能以及优异的透光性和表面光泽。

在抗覆冰涂层的开发中，人们秉持涂层应具有低表面能和疏水的理念，所以，以抗覆冰为目的的涂层大多以有机硅或含氟高分子为主体成份。但是，在对覆冰表现出低粘附性的同时，这种涂层的显著不足就是对底材的附着力差，这对于涂层材料来讲是致命的缺陷。同时，涂层的其它力学性能（如硬度、耐磨性、强度等）也并不尽如人意。以有机硅涂层为例，其本身具有远低于室温的玻璃化转变温度，在室温附近的力学性能较差，也不能提供较高的硬度。

综上所述，大量的研究人员都是基于合成具有特殊界面性质的涂层以得到抗覆冰的目的，从而很难兼顾制造成本、涂层的耐久性、涂层的力学性能和涂层的透光性等多方因素。

罩光涂层是用于固体材料表面以增加表面光泽和保护内层的一种涂层，被用于很多领域，如汽车、高铁等的表面。罩光涂层的要求是对底材的附着力好，具有较高的透明度、丰满度、光泽和硬度，同时具有优异的耐水、耐汽油、耐化学品性能。丙烯酸聚氨酯涂层正是其中的杰出代表。如果赋予丙烯酸聚氨酯涂层以良好的抗覆冰能力，则可以制备出抗覆冰的罩光涂层，满足诸多领域的应用。

针对具有抗覆冰能力的丙烯酸聚氨酯涂层，申请人于2015年7月提交了专利申请“一种防覆冰涂料、其制备方法和应用”（CN 105315870B，申请号201510383687.6）。该发明包括组分A和组分B，所述组分A包括下列组分：羟基丙烯酸树脂、硅烷偶联剂、含硅低表面能助剂、表面改性助剂、稀释剂、其他助剂，所述组分B为脂肪族异氰酸酯。所述羟基丙烯酸树脂为羟基丙烯酸树脂与含氟、含硅类丙烯酸树脂形成的复合物中的一种；所述表面改性助剂为聚乙烯蜡粉、聚乙烯蜡浆、聚四氟乙烯改性的聚乙烯蜡粉、气相二氧化硅中的至少一种。制备时先使用稀释剂溶解羟基丙烯酸树脂，得到羟基丙烯酸树脂体系；在混合处理条件下依次向所述羟基丙烯酸树脂体系中添加硅烷偶联剂、含硅低表面能助剂、表面改性助剂和其他助剂，混合分散处理后得到组分A体系；将所述组分A体系与组分B脂肪酸异氰酸酯进行混合处理，得到防覆冰涂料，这种涂料不具备透光性，表面光泽低，适用范围窄。