一种双组份防冰涂料及其制备方法、应用与流程

本发明涉及涂料，具体涉及一种双组份防冰涂料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、通过将防冰涂料喷涂在物体表面所形成的涂层具有较低表面能，具有防止冰雪附着的功能。防冰涂料主要用于寒冷环境（易结冰环境），例如：通过在动车、高铁车身上喷涂防冰涂料形成涂层，当遇到下雪、冰冻、冻雨天气时，可使动车、高铁车身的外表面不会结冰。

2、氟碳树脂是防冰涂料常见的组份，含氟碳树脂的涂料制成的涂层接触角通常在85-95°，虽然具有一定的防冰效果，但是，防冰效果较差，通过硅类改性添加剂对氟碳树脂涂料进行改性，能够降低氟碳树脂涂层的表面张力，提高氟碳树脂涂层的接触角，改性的后氟碳树脂涂层的接触角为110-125°。改性的后氟碳树脂涂层相比氟碳树脂涂层，虽然防冰效果得到了提高，但是，对于一些需要长时间处于寒冷环境的物件，改性的后氟碳树脂涂层也无法满足其防冰效果。

3、因此，需要研究一种制备的涂层具有更大接触角（接触角大于150°）、且能够确保涂层防冰效果长效性的涂料，使涂层能够适用于寒冷环境中的设备，例如：动车、高铁和电力设施（电线、电杆）等设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双组份防冰涂料及其制备方法、应用，通过该双组份防冰涂料制备的防冰涂层的接触角大于150°，且防冰涂层的防冰效果具有长效性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种双组份防冰涂料，包括独立分装的a组份和b组份；

4、a组份包括以下重量份组份：

5、有机硅改性氟碳树脂20-25份，炭黑粒子0.8-1.5份，纳米改性粒子2-3份，改性聚氨酯10-15份，纳米氧化铝3-5份，第一有机溶剂50-60份，助剂1-5份，其中，改性聚氨酯为有机硅改性聚氨酯，且在改性过程中引入经过苯并噻唑衍生物改性的聚硅氧烷；其中，纳米改性粒子包括纳米稀土氧化物和纳米二氧化钛，纳米改性粒子采用硅烷偶联剂进行改性；

6、b组份为多异氰酸酯类固化剂。

7、本发明的双组份防冰涂料为树脂涂料，具有绝缘性。

8、其中，有机硅改性氟碳树脂为通过有机硅改性的氟碳树脂，能够使氟碳树脂的接触角由85-95°提升到110-125°。

9、其中，通过在a组份中添加一定量的炭黑粒子，可提高防冰涂层的接触角，当时，仅仅添加炭黑粒子，无法使防冰涂层的接触角大于150°，通过a组份中添加一定量的纳米改性粒子，配合炭黑粒子，能够使防冰涂层的接触角大于150°，并且，炭黑具有很高的热导率，可以快速的将热量传递到冰层，即如果涂层表面结冰，也能实现在较短时间内熔化。

10、其中，通过在a组份中添加一定量的纳米氧化铝，能够提高防冰涂层的强度，进而在一定程度上提高防冰涂层的防冰效果的长效性。

11、其中，通过在a组份中添加一定量的改性聚氨酯，能提高防冰涂层的机械性能，进而在一定程度上提高防冰涂层的防冰效果的长效性。通过改性聚氨酯和纳米氧化铝的共同作用，使防冰涂层的防冰效果具有长效性。其中，通过将苯并噻唑基团引入聚硅氧烷，使制备的防冰涂层具有自修复功能，通过该聚硅氧烷改性聚氨酯能够提高制备的防冰涂层的机械性能，使防冰涂层的弹性模量和硬度均所有增加。

12、其中，第一有机溶剂为二甲苯或n ,n二甲基甲酰胺或n ,n二甲基已酰胺。

13、其中，b组份中的多异氰酸酯类固化剂可以为脂肪族异氰酸酯，可通过市售获得，例如：异氰酸酯类固化剂n3300。

14、综上，本发明的a组份通过添加有机硅改性氟碳树脂能够在一定程度上提高制备的防冰涂层的接触角，通过添加炭黑粒子、纳米改性粒子，进一步提高了防冰涂层的接触角，使接触角可大于150°；通过添加改性聚氨酯、纳米氧化铝能够使防冰涂层的防冰效果具有长效性。

15、同时，炭黑粒子的球状结构中包括石墨化碳和无定形碳，碳的结构在整个反应过程中会发生转化，使炭黑粒子赋予防冰涂层具有较好的光热性能。

16、在一种优选方式中，炭黑粒子与有机硅改性氟碳树脂的质量比为（0.05-0.06）：1。

17、本发明的防冰涂料所制备的防冰涂层随着炭黑粒子用量的增加拒水性能提升（接触角增大）；当炭黑粒子用量的增加到一定程度后，防冰涂层的接触角无明显变化，当炭黑粒子与有机硅改性氟碳树脂的质量比为（0.05-0.06）：1时，炭黑粒子对防冰涂层的接触角的增大效果达到最佳，此时，已经不能通过继续增加炭黑粒子用量来增加防冰涂层的接触角。而通过在a组份中添加纳米改性粒子，使防冰涂层的表面形成具有微纳米级的裂纹，形成粗糙表面，通过微纳米级的裂纹，进一步增强防冰涂层的超疏水性能，使防冰涂层的接触角大于150°。

18、另外，水滴的结冰主要依靠与固体表面的热交换，本发明的防冰涂料所制备的防冰涂层由于其独特的微纳米粗糙结构，在水滴与表面之间形成了部分气垫，使水滴与固体表面接触面积大大减小，而且空气的导热效果较差，所以导致了水滴结冰的时间极大地延长。相较于其它没有微纳米粗糙结构的表面，本发明的防冰涂层的水滴结冰温度大大降低，结冰时间大大延长。

19、在一种优选方式中，纳米二氧化钛和纳米稀土氧化物的质量比为（10-12）：（1-2）。

20、虽然纳米稀土氧化物的添加能够提高防冰涂层的接触角，但是纳米稀土氧化物的成本较高，应尽可能少用。

21、通过上述质量比的纳米二氧化钛和纳米稀土氧化物制备成的纳米改性粒子已经能够使防冰涂层的接触角提升到较佳程度，再增加纳米稀土氧化物的用量，对防冰涂层的接触角提升没有明显效果。

22、在一种优选方式中，纳米二氧化钛和纳米稀土氧化物的质量比为5.5：1。

23、在一种优选方式中，改性聚氨酯与纳米改性粒子的质量比为（5.5-6.0）：1。

24、纳米改性粒子是通过在防冰涂层表面形成纳米级的裂纹实现提高防冰涂层的接触角，随着防冰涂层的使用，使用过程中受到打磨、压力等作用，可能会导致粗糙表面被磨平或者压力过大使纳米级的裂纹在应力作用下有扩大趋势，导致防冰涂层的疏水性变差（接触角降低），无法维持防冰涂层防冰效果的长效性。

25、本发明通过在a组份中添加纳米氧化铝和改性聚氨酯来提高防冰涂层的硬度和机械性能，使防冰涂层的耐磨性和硬度均有所提高，从而使冰涂层的防冰效果具有长效性；而改性聚氨酯与纳米改性粒子的质量比会影响到防冰涂层防冰效果的长效性，如果改性聚氨酯的用量太少，会降低防冰涂层防冰效果的长效性，将改性聚氨酯与纳米改性粒子的质量比设置为（5.5-6.0）：1，能够较好的平衡防冰涂层具有较大接触角和防冰效果的长效性。

26、在一种可选方式中，助剂包括颜料、流平剂和防沉剂。

27、其中，颜料可根据需要进行选择，可以是二氧化钛等；流平剂可以是byk-333；防沉剂为有机膨润土、疏水气硅、聚酰胺蜡中的一种或多种。助剂中还可以添加分散剂，利于颜料分散。

28、一种双组份防冰涂料的制备方法，包括如下步骤：

29、s1、制备纳米改性粒子：将纳米稀土氧化物和纳米二氧化钛的混合物干燥后在第二有机溶剂中进行超声分散1-2h，然后加入硅烷偶联剂和三乙胺，搅拌回流24-36h，反应结束后，抽滤、干燥研磨，获得纳米改性粒子；

30、s2、制备改性聚氨酯：

31、s21：制备改性聚硅氧烷：惰性氛围中，在搅拌条件下，将苯并噻唑衍生物和聚硅氧烷加入第三有机溶剂中，经过催化反应，获得改性聚硅氧烷；

32、s22：制备改性聚氨酯：通过聚醚多元醇、异氰酸酯反应获得，并在反应过程中引入步骤s21制备的改性聚硅氧烷进行有机硅改性，获得改性聚氨酯；

33、s3、制备a组份：

34、s31、将炭黑粒子分散在部分所述第一有机溶剂中，然后加入纳米氧化铝，混匀，然后向混匀的体系中加入有机硅改性氟碳树脂，搅拌，使炭黑粒子和纳米氧化铝在体系中分散均匀；

35、s32、向步骤s31获得的体系中加入所述助剂，搅拌混匀，获得第一分散体系；

36、s33、将纳米改性粒子加入剩余第一有机溶剂中，混匀，然后向混匀的体系中加入改性聚氨酯，搅拌，使纳米改性粒子在体系中分散均匀，获得第二分散体系；

37、s34、将第一分散体系和第二分散体系混合均匀，获得a组份。

38、在一种优选方式中，步骤s31中，第一有机溶剂的用量为40-50份。

39、一种双组份防冰涂料的应用，将双组份防冰涂料用于制备防冰涂层。使用时，将a组份和b组份混合均匀后，采用喷涂方式将双组份防冰涂料涂覆于物体表面，形成防冰涂层。

40、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

41、1、本发明通过在a组份中添加机硅改性氟碳树脂、炭黑粒子、纳米改性粒子、改性聚氨酯、纳米氧化铝和助剂，实现制备的防冰涂层具有较大的接触角，接触角可大于150°，且能够使防冰涂层的防冰效果具有长效性，同时具有绝缘性。

42、2、本发明通过合理控制各个组份的用量比，能够较好的平衡防冰涂层具有较大接触角和防冰效果的长效性，同时合理控制成本。