CN109233618A - 一种防冰涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的防冰涂层的制备方法，通过将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒按比例进行混合并且去气泡，制成涂层，然后固化以制备防冰涂层。该防冰涂层的制备方法成本低、生产工艺简单，并且制备的防冰涂层具有低冰粘附强度，防冰性能好且耐久性好，可作为主动防冰系统，广泛地应用于航空航天、高速机车、输电线、风力发电等领域。

Description

一种防冰涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体而言，一种防冰涂层及其制备方法。
背景技术
降水覆冰、升华覆冰等覆冰现象给人们的生产和生活带来极大的不便，并且会造成巨大的经济损失，特别是对于电力系统，不仅会导致输电线路中断，杆塔倒塌、断线等，甚至会导致输电线路瘫痪，对电力系统的安全运营产生严重的危害，我国是输电线路覆冰严重的国家之一，线路覆冰事故发生的概率居于世界前列。此外，铁路线路覆冰、机翼覆冰等也可能对人们的生命财产造成巨大的威胁。因此，开展防覆冰材料的研究，具有重大的社会意义和经济价值。
目前为止，国内在防覆冰涂料方面也有一定研究。现有的技术大都通过制备超疏水防覆冰涂料来实现，超疏水防覆冰涂料是指涂膜的表面对水的接触角大于150°，同时滚落角小于10°的涂料。当水滴在涂层表面的接触角较大且滚落角相对较小时，水滴和涂层之间的粘附力远远小于其和一般涂层间的粘附力，水滴受重力的影响就会自动滚落涂层表面，从而达到了防止水滴在涂层表面结冰的目的。但是，在潮湿的环境中，当超疏水防覆冰涂料结冰后，会使其失去原有的超疏水性质，而且冰的粘附强度往往比较大，使得除冰难度增加。同时，防覆冰材料在使用多次后，防冰性能大大下降，因此，现有的防冰材料往往存在防冰效果差以及耐久性差的缺点。
发明内容
本发明为了解决现有防冰涂层在结冰后不易除去以及涂层耐久性差的问题，提供了一种具有低冰粘附强度的防冰涂层及其制备方法。
本发明提供的防冰涂层的制备方法，包括：将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒混合均匀并去除气泡，制得混合物；将混合物制成涂层；固化涂层，制得防冰涂层。
在上述制备方法中，按质量份数，将10-100份端乙烯基硅油、1-10份端氢硅油、10-500份甲基硅油、0.01-1份卡斯特催化剂、1-50份二氧化硅纳米微粒混合均匀并去除气泡。
在上述制备方法中，将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒在4000～6000rpm的搅拌速率下，搅拌25～35min以混合均匀。
在上述制备方法中，将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒在5000rpm的搅拌速率下，搅拌30min以混合均匀。
在上述制备方法中，采用抽真空的方法去除气泡。
在上述制备方法中，端乙烯基硅油的粘度为10000～50000里斯，端氢硅油的粘度为10～200里斯以及甲基硅油的粘度为1000～5000里斯。
在上述制备方法中，采用刮涂、辊涂、喷射、溅射的方法将混合物制成涂层。
在上述制备方法中，在将混合物制成涂层的步骤中，涂层的厚度为1～5毫米。
在上述制备方法中，将涂层在60～80℃温度下，固化20～28小时，然后冷却至室温，制得防冰涂层。
在上述制备方法中，将涂层在70℃温度下，固化24小时，然后冷却至室温，制得防冰涂层
在上述制备方法中，防冰涂层的水接触角为110°～150°，滚动角为5°～10°，冰粘附强度为30～80kPa。
根据上述制备方法制得的防冰涂层。
本发明提供的防冰涂层的制备方法，通过将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒按比例进行混合并且去气泡，制成涂层，然后固化以制备防冰涂层。在本发明中通过将合适比例的端乙烯基硅油、端氢硅油和甲基硅油进行混合，来保证所制备的涂层具有合适的剪切强度，加入合适比例的卡特斯催化组分，来控制涂层的固化时间，此外，通过加入合适比例的二氧化硅纳米微粒来保证所制备的涂层具有良好的疏水性和良好的力学性能。因此，该防冰涂层的制备方法成本低、生产工艺简单，并且制备的防冰涂层具有低冰粘附强度，防冰性能好且耐久性好，可作为主动防冰系统，广泛地应用于航空航天、高速机车、输电线、风力发电等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的实施例的制备防冰涂层的方法的工艺流程图。
图2是根据本发明的实施例的防冰涂层的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的防冰涂层的制备方法,如图1所示，包括以下步骤：
S1：将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒混合均匀并去除气泡，制得混合物。在该步骤中，按质量份数，将10-100份端乙烯基硅油、1-10份端氢硅油、10-500份甲基硅油、0.01-1份卡斯特催化剂、1-50份二氧化硅纳米微粒，放入玻璃器皿中，在4000～6000rpm的搅拌速率下剧烈搅拌25～35min，优选地，在5000rpm的搅拌速率下剧烈搅拌30min，以混合均匀，然后抽真空除去气泡。其中，端乙烯基硅油、端氢硅油和甲基硅油三者比例的变化，会改变产品的交联度，从而影响涂层的剪切强度，该步骤中，选用该比例的端乙烯基硅油、端氢硅油和甲基硅油可以使制得的产品具有合适的交联度，从而保证涂层具有合适的剪切强度。卡斯特催化组分的变化会直接影响固化交联的时间，通过控制催化剂的比例，在保证涂层能够充足交联的情况下，使涂层的固化时间不会过长或过短。此外，在该步骤中，由于二氧化硅纳米微粒的组分变化会影响疏水性能和涂层的力学性能，因此选择该比例的二氧化硅纳米微粒可以在保证制得的涂层具有良好疏水性的同时也兼具良好的力学性能。因此，在此过程中，需要严格控制各个组分的用量和比例。端乙烯基硅油的粘度为10000～50000里斯(cst)、端氢硅油的粘度为10～200里斯、甲基硅油的粘度为1000～5000里斯，优选地，端乙烯基硅油的粘度为20000里斯、端氢硅油的粘度为50里斯、甲基硅油的粘度为1000里斯。
S2：将混合物制成涂层。在该步骤中，通过刮涂、辊涂、喷射、溅射的方法制备出厚度为1～5毫米的涂层，且可以将混合物刮涂、辊涂、喷射、溅射在基底1上以制备涂层2(如图2所示)，基底可以选用本领域常用的基底。
S3：固化涂层，制得防冰涂层。在该步骤中，将涂层放在温度为60～80℃的烘箱中固化20～28小时，然后冷却至室温，制得防冰涂层，优选地，将涂层在70℃温度下，固化24小时，然后冷却至室温，制得防冰涂层。
对所制得的防冰涂层进行水接触角、滚动角、冰粘附强度和耐久性测试，测试结果为：防冰涂层的水接触角为110°～150°，滚动角为5°～10°，冰粘附强度为30～80kPa，因此，本发明的防冰涂层防冰性能好。经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降15％～20％，可见，防冰涂层具有好的耐久性。
本发明提供的防冰涂层的制备方法，通过将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒按比例进行混合并且去气泡，制成涂层，然后固化以制备防冰涂层。该防冰涂层的制备方法成本低、生产工艺简单，并且制备的防冰涂层具有低冰粘附强度，防冰性能好且耐久性好，可作为主动防冰系统，广泛地应用于航空航天、高速机车、输电线、风力发电等领域。
实施例1
按质量份数，分别称取100份粘度为10000里斯的端乙烯基硅油、10份粘度为100里斯的端氢硅油、200份粘度为3500里斯的甲基硅油、0.01份卡斯特催化剂和50份二氧化硅纳米微粒，加入到玻璃器皿中，在5000rpm的搅拌速率下，剧烈搅拌30分钟以混合均匀，抽真空除去气泡。然后采用刮涂的方法，制备出厚度2毫米的涂层。放在60℃烘箱中固化26小时，冷却至室温，得到具有低冰粘附强度的防冰涂层。制得的防冰涂层的水接触角为110°，滚动角为8°，冰粘附强度为50kPa，经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降20％。
实施例2
按质量份数，分别称取10份粘度为50000里斯的端乙烯基硅油、1份粘度为10里斯的端氢硅油、100份粘度为1500里斯的甲基硅油、0.1份卡斯特催化剂和5份二氧化硅纳米微粒，加入到玻璃器皿中，在4000rpm的搅拌速率下，剧烈搅拌35分钟以混合均匀，抽真空除去气泡。然后采用辊涂的方法，制备出厚度1毫米的涂层。放在70℃烘箱中固化24小时，冷却至室温，得到具有低冰粘附强度的防冰涂层。制得的防冰涂层的水接触角为120°，滚动角为10°，冰粘附强度为30kPa，经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降20％。
实施例3
按质量份数，分别称取50份粘度为20000里斯的端乙烯基硅油、4份粘度为50里斯的端氢硅油、500份粘度为1000里斯的甲基硅油、0.5份卡斯特催化剂和1份二氧化硅纳米微粒，加入到玻璃器皿中，在6000rpm的搅拌速率下，剧烈搅拌25分钟以混合均匀，抽真空除去气泡。然后采用溅射的方法，制备出厚度4毫米的涂层。放在80℃烘箱中固化20小时，冷却至室温，得到具有低冰粘附强度的防冰涂层。制得的防冰涂层的水接触角大于140°，滚动角为5°，冰粘附强度为80kPa，经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降20％。
实施例4
按质量份数，分别称取35份粘度为12000里斯的端乙烯基硅油、8份粘度为200里斯的端氢硅油、300份粘度为2500里斯的甲基硅油、0.7份卡斯特催化剂和20份二氧化硅纳米微粒，加入到玻璃器皿中，在4500rpm的搅拌速率下，剧烈搅拌33分钟以混合均匀，抽真空除去气泡。然后采用喷射的方法，制备出厚度3毫米的涂层。放在65℃烘箱中固化28小时，冷却至室温，得到具有低冰粘附强度的防冰涂层。制得的防冰涂层的水接触角大于120°，滚动角为9°，冰粘附强度为30kPa，经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降15％。
实施例5
按质量份数，分别称取75份粘度为35000里斯的端乙烯基硅油、3份粘度为150里斯的端氢硅油、10份粘度为5000里斯的甲基硅油、1份卡斯特催化剂和15份二氧化硅纳米微粒，加入到玻璃器皿中，在5500rpm的搅拌速率下，剧烈搅拌28分钟以混合均匀，抽真空除去气泡。然后采用刮涂的方法，制备出厚度5毫米的涂层。放在75℃烘箱中固化23小时，冷却至室温，得到具有低冰粘附强度的防冰涂层。制得的防冰涂层的水接触角大于130°，滚动角为6°，冰粘附强度为30kPa，经过100次结冰/除冰循环，防冰涂层的冰粘附强度仅下降18％。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种防冰涂层的制备方法，其特征在于，包括：
将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒混合均匀并去除气泡，制得混合物；
将所述混合物制成涂层；
固化所述涂层，制得防冰涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量份数，将10-100份端乙烯基硅油、1-10份端氢硅油、10-500份甲基硅油、0.01-1份卡斯特催化剂、1-50份二氧化硅纳米微粒混合均匀并去除气泡。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒在4000～6000rpm的搅拌速率下，搅拌25～35min以混合均匀。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将端乙烯基硅油、端氢硅油、甲基硅油、卡斯特催化剂、二氧化硅纳米微粒在5000rpm的搅拌速率下，搅拌30min以混合均匀。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用抽真空的方法去除所述气泡。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述端乙烯基硅油的粘度为10000～50000里斯，所述端氢硅油的粘度为10～200里斯以及所述甲基硅油的粘度为1000～5000里斯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用刮涂、辊涂、喷射、溅射的方法将所述混合物制成所述涂层。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将所述混合物制成所述涂层的步骤中，所述涂层的厚度为1～5毫米。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述涂层在60～80℃温度下，固化20～28小时，然后冷却至室温，制得所述防冰涂层。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述涂层在70℃温度下，固化24小时，然后冷却至室温，制得所述防冰涂层。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述防冰涂层的水接触角为110°～150°，滚动角为5°～10°，冰粘附强度为30～80kPa。
12.根据权利要求1～12任一项所述的制备方法制得的防冰涂层。
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