一种超耐磨光热相变复合防冰涂料及其制备方法

本发明涉及防冰涂料及制备方法，特别涉及一种超耐磨光热相变复合防冰涂料及其制备方法。

背景技术：

1、冰雪作为一种常规自然现象广泛存在于生活中，然而在低温冰冻灾害中，冰雪的积覆给能源电力、交通运输、建筑设施等重要基础民生领域造成大面积直接破坏。有研究表明，结冰使飞行阻力增加70％，飞行事故率增加15％，风电效率降低80％，换热效率降低20％。防冰过程可分为防结冰和除冰两个阶段，除冰主要是在物体表面发生结冰行为时，可以将表面的覆冰有效去除。传统的方法包括机械法、热力法、化学试剂法、超声导波法等，均为借助外部因素干预的主动除冰方式，存在能耗高、效率低、破坏性大、局限性强、污染重等诸多问题。尤其是目前仍在航空、风电、输电线路等多种场景广泛使用的机械除冰会给设备带来永久损伤，不是实际生产中理想的应用手段。随着表面涂层材料和技术的快速发展，通过在结构表面制备形成防冰涂层已经成为主要的防冰研究方向，已在电力、航空、船舶等领域成果应用。现阶段，防冰涂层主要有两种，一是利用材料特有属性制备涂层如具有低表面能、热量的储存交换、光电热等，二是利用在涂层表面构筑微纳结构形成仿生粗糙结构特性如超疏水、slips等。但前者存在防冰效果不足，自修复性能差等问题，后者存在机械性能与疏水性能失衡、填充介质损耗严重等问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于针对现有防冰涂料技术中存在的机械性能与防冰性能的矛盾缺陷，提供了一种超耐磨光热相变复合防冰涂料，该涂料在保证了较高机械强度的同时，有效提高了涂层的防冰性能的长效性。

2、技术方案：本发明一方面提供一种超耐磨光热相变复合防冰涂料，包括下述质量份组分原料：碳钛笼丙烯酸树脂40-60份、cnts1-5份、氧化石墨烯1-3份、相变微胶囊5-10份、纳米sio25-10份、硅烷偶联剂3-5份、氟硅烷偶联剂1-3份、分散剂1-3份、防闪锈剂0.5-1份、流平剂1-2份、消泡剂1-2份、增稠剂1-3份、乙醇2-5份、去离子水10-20份。

3、进一步地，所述相变微胶囊包括以下质量份数的原料：正十四烷6-10份、碳纳米管(cnts)2-5份、丙烯酸丁酯(ba)2-4份、甲基丙烯酸甲酯(mma)6-12份、月桂酸甲酯6-10份、十二烷基硫酸钠(sds)2-4份、乳化剂3-5份、过硫酸钾2-4份、去离子水25-35份。

4、进一步地，所述相变微胶囊的制备方法如下：

5、s4、在正十四烷中加入月桂酸甲酯、sds和去离子水，搅拌混合乳化，得到相变乳液；

6、s5、将cnts均匀分散到去离子水中，超声磁力搅拌，再依次加入ba，mma，乳化剂溶液，搅拌，分散，得到壳层预乳液；

7、将相变乳液、ba、mma、乳化剂溶液混合超声分散后，升至80-90℃磁力加热搅拌，滴加过硫酸钾，恒温静置反应，然后加入过硫酸钾和壳层预乳液，恒温静置反应，最后在室温下高速离心，经去离子水洗涤过滤得到正十四烷/cnts相变储能微胶囊。

8、进一步地，所述碳钛笼丙烯酸树脂为d008h碳钛笼水性丙烯酸树脂；所述cnts的管外径10-20nm，管长5-15μm；所述纳米sio2为氨基球形sio2纳米颗粒。

9、进一步地，所述氧化石墨烯的径厚比＞2000m2/g；所述氟硅烷偶联剂为dy-f0301、dy-f1702中的一种；所述的硅烷偶联剂为kh-550、kh-570中的一种；所述的氟硅烷偶联剂为dy-f0301、dy-f1702中的一种。

10、进一步地，所述乳化剂为dc-106，op-10中的一种；所述的分散剂为水性分散剂。

11、进一步地，所述水性分散剂为f497、f4190、synde-147b、synde-147t中的一种。

12、进一步地，所述的防闪锈剂为rolox-x151、pc-37中的一种；所述的消泡剂为synde-136、synde-138、synde-137e中的一种；所述的流平剂为synde-1248、synde-122x、6008、hx 425中的一种。

13、进一步地，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、卡波姆乳液sf-r、em-108中的一种。

14、本发明另一方面提供所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

15、(1)：将cnts和氧化石墨烯分别加入到乙醇和氟硅烷偶联剂中分散，后超声处理，最后烘干获得氟硅改性cnts和氟硅改性氧化石墨烯；

16、(2)：将改性cnts、改性氧化石墨烯、纳米sio2、相变微胶囊依次加入去离子水中分散，再加入碳钛笼丙烯酸树脂，在1000-1200r/min下高速分散20-30mins得到混合液；

17、(3)：在混合液中依次加入硅烷偶联剂、分散剂、防闪锈剂、消泡剂、流平剂，在800-1000r/min下高速均匀分散30-40mins，最后加入增稠剂调节粘度，制备得到超耐磨光热相变复合防冰涂料。

18、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

19、1、本发明基体树脂为超支化的碳钛笼丙烯酸树脂，其具有较强的附着力、耐磨性、耐腐蚀性、耐老化、双疏性等特性且表面本身具备微突结构，同时增强了微纳级乳凸体粗糙结构赋予涂层表面极佳的抗附着能力，促进水分子和冰层的滚动脱落，涂层复合填料增强了涂层疏水性，其水接触角＞155°，水滚动接触角＜5°，硬度＞2h，耐摩擦次数800次以上，具有较好的耐磨性、超疏水性、光热性、防污性。静态水接触角达到158°，动态水接触角最低达3°。

20、2、在光热除冰方面，涂层内石墨烯复合碳纳米管增加了光吸收比表面积，提升了涂层的光热转化吸能特性，相变微胶囊在碳纳米管包裹改性后有效提升了光热吸收与转换效率，相变材料热量释放性能得到增强。通过阳光的照射涂层表面温度可以快速升高延缓结冰，并融化覆冰，形成自发跳跃，实现动态除冰。结冰延时1200s已上，无光照后仍保持4-6h涂层表面温度高于环境3-5℃。

21、3、具有较强机械性能的碳钛笼树脂复合石墨烯、纳米sio2进一步提升涂层服役的机械性能，在50次摩擦后仍保持151°和5°。

技术特征：

1.一种超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于：包括下述质量份组分原料：碳钛笼丙烯酸树脂40-60份、cnts1-5份、氧化石墨烯1-3份、相变微胶囊5-10份、纳米sio25-10份、硅烷偶联剂3-5份、氟硅烷偶联剂1-3份、分散剂1-3份、防闪锈剂0.5-1份、流平剂1-2份、消泡剂1-2份、增稠剂1-3份、乙醇2-5份、去离子水10-20份。

2.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述相变微胶囊包括以下质量份数的原料：正十四烷6-10份、碳纳米管(cnts)2-5份、丙烯酸丁酯(ba)2-4份、甲基丙烯酸甲酯(mma)6-12份、月桂酸甲酯6-10份、十二烷基硫酸钠(sds)2-4份、乳化剂3-5份、过硫酸钾2-4份、去离子水25-35份。

3.根据权利要求2所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述相变微胶囊的制备方法如下：

4.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述碳钛笼丙烯酸树脂为d008h碳钛笼水性丙烯酸树脂；所述cnts的管外径10-20nm，管长5-15μm；所述纳米sio2为氨基球形sio2纳米颗粒。

5.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述氧化石墨烯的径厚比＞2000m2/g；所述氟硅烷偶联剂为dy-f0301、dy-f1702中的一种；所述的硅烷偶联剂为kh-550、kh-570中的一种；所述的氟硅烷偶联剂为dy-f0301、dy-f1702中的一种。

6.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述乳化剂为dc-106，op-10中的一种；所述的分散剂为水性分散剂。

7.根据权利要求6所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述水性分散剂为f497、f4190、synde-147b、synde-147t中的一种。

8.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述的防闪锈剂为rolox-x151、pc-37中的一种；所述的消泡剂为synde-136、synde-138、synde-137e中的一种；所述的流平剂为synde-1248、synde-122x、hx 6008、hx425中的一种。

9.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料，其特征在于，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、卡波姆乳液sf-r、em-108中的一种。

10.根据权利要求1所述的超耐磨光热相变复合防冰涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种超耐磨光热相变复合防冰涂料，成分包括：碳钛笼丙烯酸树脂、CNTs、氧化石墨烯、相变微胶囊、纳米SiO2、硅烷偶联剂、氟硅烷偶联剂、分散剂、防闪锈剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、乙醇、去离子水。上述原料进行混合、改性、搅拌等操作获得产品。本发明制备的涂料产品在保证了较高机械强度的同时，有效提高了涂层的防冰性能的长效性。其水接触角＞155°，水滚动接触角＜5°，硬度＞2H，耐摩擦次数800次。结冰延时1200s已上，无光照后仍保持4‑6h涂层表面温度高于环境3‑5℃。技术研发人员：赵忠贤,赵远涛,胡肇炜,姜涛,李晓峰,李文戈受保护的技术使用者：上海海事大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14