一種有機矽凝膠防覆冰塗料及其製備方法和用途
2023-05-31 16:38:01
一種有機矽凝膠防覆冰塗料及其製備方法和用途
【專利摘要】本發明屬於材料表面工程【技術領域】，具體涉及一類有機矽凝膠型防覆冰塗料及其製備方法和用途。本發明的低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料由可交聯的聚矽氧烷、交聯劑、催化劑、促進劑、非揮發性疏水液體和無機材料組成。將聚矽氧烷、交聯劑、催化劑、促進劑、非揮發性疏水液體和無機材料混合併球磨均勻，然後塗覆在基材上固化得到防覆冰塗層。其中可交聯的聚矽氧烷、交聯劑、催化劑和促進劑通過反應形成有機矽橡膠網絡，將非揮發性疏水液體有效固定在防覆冰塗層中；非揮發性疏水液體與交聯的有機矽橡膠網絡組成的凝膠是主要的防冰功能層，可以延緩水在表面的結冰和降低冰層與基底材料的結合力，使塗料表面達到防覆冰效果；並可有效提高了所述防覆冰塗層的機械性能。
【專利說明】一種有機矽凝膠防覆冰塗料及其製備方法和用途
【技術領域】
[0001] 本發明屬於材料表面工程【技術領域】，具體涉及一類有機矽凝膠型防覆冰塗料及其 製備方法和用途。
【背景技術】
[0002] 覆冰是自然界中一種十分常見的現象，空氣中的水蒸氣接觸到溫度低於冰點溫度 的材料表面時，就會發生相變形成冰霜。覆冰給人們的生產生活帶來了諸多問題，例如：冷 凍設備表面覆冰導致設備傳熱效率降低甚至失效；飛行器表面覆冰會導致航空航天領域的 飛行安全事故；嚴重的覆冰還會大量破壞生態環境、交通、電力設施等。2008年初我國南方 地區發生的大範圍冰凍災害，給工農業生產和人民生活造成了重大影響，直接經濟損失巨 大。因此，研究表面的結冰機理，探索有效的防結冰、除冰方法，開發新型的防冰材料一直倍 受:關注。
[0003]目前，主要防結冰方法有兩大類，第一類是主動方法，如機械除冰和加熱除 冰（包括電熱除冰（CN 101120217A;CN 102136710A)和光熱除冰（CN 101499635A;CN 101562320A)等方法）。然而，機械除冰的人力成本高，效率低；加熱除冰能耗大，工藝和設 備仍需完善。第二類被動方法，即使用防冰材料。這類材料主要包括：（1)親水防冰材料（CN 1104674A，CN 1632014A，CN 1916094A)，主要利用親水性物質吸附大量水，並加入可降低凝 固點的物質實現防止結冰；（2)疏水性防冰材料（CN 1556161A，CN 102660182A)，主要通過 增大水在表面的接觸角，減少水滴與冷表面的接觸面積，起到延緩水滴凝結過程，抑制冰霜 形成。兩類材料均能一定程度上抑制冰霜形成和減少冰霜厚度，但是，一旦表面被汙染、溫 度降低或時間延長，一旦表面形成冰層，其防護效果就會喪失。
[0004] 因此，目前的方法在防冰方面均具有一定的局限性。根據文獻（Wong T. S ;Kang S. H. ；Tang S. K. Υ. ；Smythe Ε. J. ；Hatton Β. D. ；Grinthal A. ；Aizenberg J. Nature 2011，477, 443-447)報導，在基體材料與冰層之間引入一層低凝固點的液體層，能夠起到阻 隔冰層與基體材料的接觸，延緩水滴結冰；而且液體層作為潤滑層還使冰層的粘附力大大 降低，即使冰層形成，也容易從基材表面脫離，達到防覆冰效果。其中，液體層在基材表面的 有效固定和長效穩定性是其防冰能力的重要指標，目前的使用的多孔材料均通過毛細作用 力使液體保持穩定。這種弱作用力使液體界面層的穩定性受到很大限制。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於提供一類低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料。
[0006] 本發明的另一目的在於提供一類低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料製備方法。
[0007] 本發明的還一目的在於提供低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料的應用。
[0008] 本發明的低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料能使冰和塗覆有該防覆冰塗料的基 材表面具有超低冰粘附力（冰層與基材之間提供一個凝膠潤滑層，大大降低冰層粘附力， 使冰層很容易從基材表面脫離）。
[0009]本發明的有機矽凝膠防覆冰塗料是由可交聯的聚矽氧烷、交聯劑、催化劑、促進 齊U、非揮發性疏水液體和無機材料組成；按質量百分比計，可交聯的聚矽氧烷佔所述的防覆 冰塗料總質量的20 %?60%，交聯劑佔所述的防覆冰塗料總質量的0. 5 %?2%，催化劑 佔所述的防覆冰塗料總質量的〇. 1%?1%，促進劑佔所述的防覆冰塗料總質量的〇. 1%? 1 %，非揮發性疏水液體佔所述防覆冰塗料總質量的20 %?70 %，無機材料佔所述防覆冰 塗料總質量的5%?30% ;
[0010] 所述的可交聯的聚矽氧烷其結構式為：
【權利要求】
1. 一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：由可交聯的聚矽氧烷、交聯劑、催化劑、促 進劑、非揮發性疏水液體和無機材料組成；按質量百分比計，可交聯的聚矽氧烷佔所述的防 覆冰塗料總質量的20 %?60 %，交聯劑佔所述的防覆冰塗料總質量的0. 5 %?2 %，催化劑 佔所述的防覆冰塗料總質量的〇. 1%?1%，促進劑佔所述的防覆冰塗料總質量的〇. 1%? 1 %，非揮發性疏水液體佔所述防覆冰塗料總質量的20 %?70%，無機材料佔所述防覆冰 塗料總質量的5%?30% ;所述的可交聯的聚矽氧烷的結構式為：
其中η為聚娃氧燒的重複單兀數，為5?1000, Rl，R2為甲基、乙基、苯基、乙稀基、丙稀 基、氧基、乙氧基、氣苯基、二氣丙基中的一種或兩種，R3，R4為輕基、甲基、乙基，乙稀基，丙 烯基中的一種或兩種；所述的非揮發性疏水性液體為矽油、液體聚丁烯、液體氟碳、液體氟 矽中的一種或幾種。
2. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：所述的非揮發性疏 水液體在室溫下的粘度範圍為〇. 1?l〇〇〇cm2/s。
3. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：所述的交聯劑選自 含三官能團或四官能團的的矽烷中的一種或幾種；所述的官能團選自乙醯氧基、烷氧基、肟 基、胺基、醯胺基、酮基中的一種或幾種。
4. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：所述的催化劑選自 乙烯基鉬絡合物，氯鉬酸、二丁基月桂酸錫，辛基錫中的一種或幾種。
5. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：所述的促進劑選自 胺丙基三甲氧基矽烷、胺丙基三乙氧基矽烷、甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷、烯丙基三甲 氧基矽烷、丙磺酸三甲氧基矽烷、丙磺酸三乙氧基矽烷、Y-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽 烷、Y-甲基丙烯醯氧丙基三乙氧基矽烷、Y-甲基丙烯醯氧丙基三（異丙氧基）矽烷中的 一種或幾種。
6. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：所述的無機材料選 自硅藻土、活性氧化鋁、活性炭、粘土、蒙脫土、矽膠、二氧化鈦中的一種或幾種。
7. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：可交聯的聚矽氧烷 佔所述的防覆冰塗料總質量的20 %?45%，非揮發性疏水液體佔所述防覆冰塗料總質量 的 40%?50%。
8. 根據權利要求1所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料，其特徵是：無機材料佔所述防 覆冰塗料總質量的8%?26%。
9. 一種製備權利要求1-8任一項所述的低冰粘附力有機矽凝膠防覆冰塗料的製備方 法，其特徵是：將可交聯聚矽氧烷、交聯劑、催化劑、促進劑、非揮發性疏水液體和無機材料， 混合併球磨均勻，得到所述的防覆冰塗料。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特徵是：所述的球磨時間為6?120小時。
11. 根據權利要求10所述的方法，其特徵是：所述的球磨時間為24?48小時。
12. -種根據權利要求1?8任意一項所述的一種有機矽凝膠防覆冰塗料的應用，其特 徵是：將所述的防覆冰塗料直接塗覆在基材表面，固化成膜得到將非揮發性疏水液體固定 於有機矽橡膠網絡中的有機矽凝膠防覆冰塗層。
13. 根據權利要求12所述的應用，其特徵是：所述的固化是在室溫?120°C的環境中發 生固化反應2?48小時。
14. 根據權利要求12所述的應用，其特徵是：所述的固化是在80?120°C的環境中發 生固化反應6?24小時。
15. 根據權利要求12所述的應用，其特徵是：所述的基材為金屬及其氧化物材料、非金 屬材料或有機材料； 所述的金屬及其氧化物材料為銅、鋁、鐵、鈦金屬或其氧化衍生物； 所述的非金屬材料為玻璃或陶瓷； 所述的有機材料為木材或高分子聚合物材料。
【文檔編號】C09D183/06GK104212339SQ201410461389
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】吳俊傑, 周舟, 查方林, 劉凱, 馮兵, 何鐵祥 申請人:國家電網公司, 國網湖南省電力公司, 國網湖南省電力公司電力科學研究院