一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料及其應用的製作方法
2023-05-22 20:30:31 1
專利名稱：一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及二氧化鈦複合材料及其製備方法，尤其涉及一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料及其製備方法與應用，屬於特種複合材料技術領域。
背景技術：
冰凍天氣所引起的災害事故嚴重影響人們正常工作與生活，並產生一系列後果。 如電線或電纜上結冰將增加荷載，造成電力系統中斷；飛機機翼結冰會導致機毀人亡事故的發生；高速公路積冰將嚴重妨礙交通，威脅生命財產安全。因此抗結冰材料的研製與應用具有重要意義，前景廣闊。目前抑制道路結冰的主要方法是噴灑融雪劑，除冰主要靠人力或機械作用或通過表面加熱等手段。這些方法需要消耗大量能源、效率低且易損毀路面，過度使用融雪劑還會導致對周圍環境的破壞、損害交通工具等。研製具有抗結冰能力的複合材料以有效抑制防護對象表面的結冰或積冰是本發明的目的。基質表面的結冰現象與基質表面的性質密切相關。研究表明，基質表面材料具有低表面能與特殊的表面結構形態是抑制結冰的重要因素。2010年，美國哈佛大學研究人員開發了一種含氟的超疏水納米塗層，由於這種材料與水滴的接觸面積減小，能夠防止水滴侵入，即使形成冰後其底座也極不牢固，很易去除。國內報導了一種智能主動型抗結冰塗層材料(CN101701131A)，由溫敏相變材料與含醯脲基團的高分子量聚合物複合而成，其中溫敏相變材料受外界溫度變化，實現相轉變，釋放熱能，消除冰的結晶過程發生。國內曾報導志盛威華公司研製的防冰雪塗料產品，主要由交替排列的多嵌段無機-有機互穿網絡聚合物(IPN)基料與經過表面改性處理的高活性納米防冰雪添加劑組成，在被保護表面形成幾十微米厚的幹塗膜，可防冰雪附著，同時具有抗腐蝕、耐磨損、防老化和表面自潔等複合功能。然而，為解決抗結冰問題儘管採取了各種方法，但現有的措施仍存在各種不足。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供了一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料及其製備方法與應用。本發明所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料，其特徵在於，所述複合材料由如下重量份的組分製成納米二氧化鈦1 10、共聚物0. 1 20、環氧樹脂固化劑0. 1 10、有機溶劑10 90 ；其中，所述納米二氧化鈦為粒徑是100 300nm的二氧化鈦；所述共聚物由如下方法製得在三口瓶中，以重量份計，依次加入3士 1份苯乙烯、4士 1份甲基丙烯酸縮水甘油酯、15士3份甲基丙烯酸正丁酯和溶解量的溶劑甲苯，氮氣流保護下，攪拌並恆溫加熱至85士5°C，將0. 2 0. 3份偶氮二異丁腈(AIBN)溶解於溶劑甲苯中，通過恆壓滴液漏鬥緩慢滴入三口瓶中，滴加完畢後繼續恆溫加熱攪拌2. 5 3.證，然後將反應物滴加到石油醚(b. p. 60 90°C )中，形成的白色絮狀沉澱即為共聚物，室溫下真空乾燥共聚物，得無色透明結晶固體即為共聚物純品；所述有機溶劑為甲苯或丙酮或二者的混合物，其中所述混合物中兩組分的質量分數比為甲苯丙酮=1 100 100 1。進一步的，上述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料優選由如下重量份的組分製成 納米二氧化鈦2 10、共聚物0. 2 10、環氧樹脂固化劑0. 1 5、有機溶劑50 90。上述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料中，所述固化劑優選環氧樹脂固化劑T31。上述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料中，所述有機溶劑優選甲苯與丙酮的混合物，其中所述混合物中兩組分的質量分數比為甲苯丙酮=2 6 1。本發明所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料作為抗結冰塗層材料在高速公路、城市道路設施冬季抗結冰以及電力設備、衛星天線設備冬季抗結冰中的應用。本發明所述複合材料的製備先將共聚物和固化劑溶解於一定量的甲苯與丙酮的混合溶劑中製得聚合物粘結劑，同時將納米二氧化鈦分散於一定量甲苯與丙酮的混合溶劑中，然後將二者混合攪拌均勻，即得本發明所述抗結冰納米二氧化鈦複合材料。將得到的抗結冰納米二氧化鈦複合材料，利用手工塗制或靜電噴塗方式附著於如高速公路、城市道路設施以及電力設備、衛星天線設備基體表面，室溫乾燥後即實現對所述設施及設備的冬季抗結冰防護。本發明充分利用了無機納米二氧化鈦和聚合物的優點，使聚合物的柔韌性與納米二氧化鈦的剛性等優勢實現完美結合，得到的納米二氧化鈦複合材料具有抗結冰、抗老化、 抗腐蝕、耐磨損等多種功能。同時，製備方法簡單、實用和方便。將得到的抗結冰納米二氧化鈦複合材料作為抗結冰塗層材料塗制於基質表面，基質表面具有抗結冰能力，可廣泛適用於航空、電力、交通等行業。綜上，本發明突出的優點在於1.製備方法具有簡單、實用和方便，成本低。2.可現場製備，使用方便。3.複合材料具有良好的抗結冰、抗老化、抗腐蝕、耐磨損等性能。
具體實施例方式為易於進一步理解本發明，下列實施例將對本發明作進一步闡述。實施例1(1)共聚物的製備配以溫度計、恆壓滴液漏鬥的IOOmL三口瓶，以重量份計(單位克)，依次向三口瓶中加入3份苯乙烯、4份甲基丙烯酸縮水甘油酯、15份甲基丙烯酸正丁酯和35mL甲苯，氮氣流保護下，磁力攪拌，恆溫加熱至85°C，將0. 2份偶氮二異丁腈(AIBN)溶解於5mL甲苯中，通過恆壓滴液漏鬥緩慢滴入三口瓶中，滴加完畢後繼續恆溫加熱攪拌2. 5h。將反應物滴加到石油醚(b. p. 60 90°C )中，形成的白色絮狀沉澱即為共聚物，室溫下真空乾燥共聚物，得無色透明結晶固體即為共聚物純品。(2)聚合物粘結劑的製備以重量份計(單位克)，將2份步驟⑴製得的共聚物、2份甲苯、1份丙酮和1份環氧樹脂固化劑混合均勻，得到聚合物粘結劑，在室溫下即可固化。(3)納米二氧化鈦-聚合物複合材料的製備以重量份計(單位克)，將2份納米二氧化鈦分散於15份甲苯與3份丙酮的混合溶液中，取上述聚合物粘結劑1. 35份與其混合，攪拌均勻，得到納米二氧化鈦-聚合物的複合物。將其塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表1。比較例1(1)共聚物的製備與聚合物粘結劑的製備同實施例1。(2)直接將聚合物粘結劑塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表1。比較例2(1)共聚物的製備與聚合物粘結劑的製備同實施例1。(2)納米二氧化鈦-聚合物複合材料的製備以重量份計(單位克)，將0. 1份納米二氧化鈦分散於15份甲苯與3份丙酮的混合溶液中。取上述聚合物粘結劑1份與其混合，攪拌均勻，得到納米二氧化鈦-聚合物的複合物。將其塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表1。比較例3(1)共聚物的製備與聚合物粘結劑的製備同實施例1。(2)納米二氧化鈦-聚合物複合材料的製備以重量份計(單位克)，將0. 5份納米二氧化鈦分散於15份甲苯與3份丙酮的混合溶液中。取上述聚合物粘結劑1份與其混合，攪拌均勻，得到無機納米化合物-聚合物的複合物。將其塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表1。比較例4(1)共聚物的製備與聚合物粘結劑的製備同實施例1。(2)納米二氧化鈦-聚合物複合材料的製備以重量份計(單位克)，將1份納米二氧化鈦分散於15份甲苯與3份丙酮的混合溶液中。取上述聚合物粘結劑1份與其混合，攪拌均勻，得到納米二氧化鈦-聚合物的複合物。將其塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表 1。比較例5(1)共聚物的製備與聚合物粘結劑的製備同實施例1。(2)納米二氧化鈦-聚合物複合材料的製備以重量份計(單位克)，將1. 5份納米二氧化鈦分散於15份甲苯與3份丙酮的混合溶液中。取上述聚合物粘結劑1份與其混合，攪拌均勻，得到納米二氧化鈦-聚合物的複合物。將其塗制於載玻片上，室溫下乾燥12h，測試其水接觸角和對冰層的附著能力。見表1。表1複合材料塗層水接觸角和對冰層的附著能力測試結果
權利要求
1.一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料，其特徵在於，所述複合材料由如下重量份的組分製成納米二氧化鈦1 10、共聚物0.1 20、環氧樹脂固化劑0. 1 10、有機溶劑 10 90 ；其中，所述納米二氧化鈦為粒徑是100 300nm的二氧化鈦；所述共聚物由如下方法製得在三口瓶中，以重量份計，依次加入3士 1份苯乙烯、4士 1份甲基丙烯酸縮水甘油酯、15士3份甲基丙烯酸正丁酯和溶解量的溶劑甲苯，氮氣流保護下，攪拌並恆溫加熱至 85士5°C，將0.2 0.3份偶氮二異丁腈(AIBN)溶解於溶劑甲苯中，通過恆壓滴液漏鬥緩慢滴入三口瓶中，滴加完畢後繼續恆溫加熱攪拌2. 5 3. 5h，然後將反應物滴加到石油醚 (b.p.60 90°C )中，形成的白色絮狀沉澱即為共聚物，室溫下真空乾燥共聚物，得無色透明結晶固體即為共聚物純品；所述有機溶劑為甲苯或丙酮或二者的混合物，其中所述混合物中兩組分的質量分數比為甲苯丙酮=1 100 100 1。
2.如權利要求1所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料，其特徵在於，所述複合材料由如下重量份的組分製成納米二氧化鈦2 10、共聚物0. 2 10、環氧樹脂固化劑0. 1 5、 有機溶劑50 90。
3.如權利要求1或2所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料，其特徵在於，所述固化劑為環氧樹脂固化劑T31。
4.如權利要求1或2所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料，其特徵在於，所述有機溶劑為甲苯與丙酮的混合物，其中所述混合物中兩組分的質量分數比為甲苯丙酮=2 6 1。
5.權利要求1所述的抗結冰納米二氧化鈦複合材料作為抗結冰塗層材料在高速公路、 城市道路設施冬季抗結冰以及電力設備、衛星天線設備冬季抗結冰中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種抗結冰納米二氧化鈦複合材料，由如下重量份的組分製成納米二氧化鈦1～10、共聚物0.1～20、環氧樹脂固化劑0.1～10、有機溶劑10～90；是先將共聚物和固化劑溶解於一定量的甲苯與丙酮的混合溶劑中製得聚合物粘結劑，同時將納米二氧化鈦分散於一定量甲苯與丙酮的混合溶劑中，然後將二者混合攪拌均勻製得。本發明的納米二氧化鈦複合材料具有抗結冰能力強、耐老化、耐磨、成本低等優勢，將所述複合材料作為抗結冰塗層材料塗制於基質表面，基質表面具有顯著的抗結冰能力，可廣泛適用於航空、電力、交通等行業。
文檔編號C08F212/08GK102408656SQ20111025552
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者唐新德, 孔祥利, 龐來學, 李君 , 陳虹 申請人:山東交通學院