CN109486332A - 一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用，属于防除冰材料技术领域。本发明提供的电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，通过A组分和B组分中各原料之间的相互作用，使电热自润滑防除冰涂层在基于优异的自润滑性能的基础上，能够延缓表面结冰，降低覆冰在表面附着强度；对涂层施加较小的电压，即可快速升温，实现涂层表面的融冰除冰的目的。并且，本发明提供的电热自润滑防除冰涂料生产工艺简单，所需成本低，能够满足工业化生产需求。

Description

一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防除冰材料技术领域，尤其涉及一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用。
背景技术
冬季结冰往往给人们的日常生产、生活带来诸多不便，有时候甚至会对机械装备的运行带来严重危害。积冰在飞机机翼、高速列车转向架、风力发电叶片、雷达信号塔、船舶甲板、海上石油开发平台等表面附着严重影响机械部件的工作效率及使用寿命，甚至引起人员伤亡事故。特别是2008年南方冰雪灾害，让我们认识到积冰对输电线路的危害。覆冰使细的电线变成了大重量的“冰柱”，使支撑高压线的铁塔加大了负重，严重的导致塔杆倾倒、断裂，造成整个电网停电。由此可见，覆冰危害巨大，防结冰以及快速除冰技术关系到国计民生的各个方面。
目前，主要有4种除冰方法：①机械除冰，通过人工或适当的除冰机械进行敲击除冰，该方法成本低，但劳动强度大、效率低，如高寒车转向架除冰。②涂撒防结冰剂，通过对基材表面涂撒防结冰剂，降低冰点，此方法对土壤有污染、对路面有腐蚀，只能临时涂撒，时效短，环境污染大。③加热除冰，通过对基材表面加热除冰，例如对飞机机翼通过热风、热油除冰。④防覆冰涂层，是近些年发展的新型防冰技术，是通过改变基材表面的润湿特性，减小冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，此种方法简便、成本低，冰对基材表面附着力小，容易清除积冰，即使在低温条件下人工除冰时，工作难度可大为减少。
防覆冰涂层多是以低表面能的氟/硅(超)疏冰涂层，如Nusil公司生产的R-2180，Kiss-cote公司的Mega Guard Liqui Cote涂料，S&A Fernandina公司的RIP-4004等，这些防覆冰涂层确实能够大大降低覆冰强度，但不能真正的做到防结冰。中国专利201510473839.1和专利201710237931.7分别报道了电热除冰的方法，均是利用表涂层的疏水效果和底涂层电加热综合防除冰，但成本高，工艺繁琐，大面积使用困难。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用。本发明提供的电热自润滑防除冰涂层具有优异的自润滑性能，低冰粘附强度，能耗低，电热效果好，可实现涂层快速升温融冰除冰。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，
所述A组分包括以下重量百分比的成分：
所述B组分为多异氰酸酯、脂肪族多胺和芳香族多胺中的一种或多种；
所述A组分和B组分的重量比为5:1～10:1。
优选地，所述低表面能树脂包括氟改性丙烯酸树脂、氟改性聚氨酯树脂、氟改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性聚氨酯树脂和PEVE树脂中的一种或两种。
优选地，所述防冰润滑剂为二硫化钼、鳞片石墨、氟化石墨、石蜡、氟化石蜡、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、液体石蜡、聚烯烃、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷、长链烷烃和全氟醇中的一种或多种。
优选地，所述电热填料为纳米银线、纳米铜线、导电铜粉、镍粉、铜锰合金粉、石墨烯、导电石墨、导电鳞片石墨、炭黑、碳纳米管和导电陶瓷粉中的一种或多种。
优选地，所述有机溶剂为甲苯与丙二醇二甲醚的混合物。
优选地，所述甲苯与丙二醇二甲醚的重量比为1:0.5～1。
本发明还提供了上述技术方案所述的电热自润滑防除冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合后球磨，得到A组分；
将所述A组分与B组分混合，得到电热自润滑防除冰涂料。
优选地，所述球磨的转速为100～300转/min。
优选地，所述球磨至球磨产物细度<30μm。
本发明还提供了上述技术方案所述的电热自润滑防除冰涂料在防覆除冰领域中的应用。
本发明提供了一种电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，
所述A组分包括以下重量百分比的成分：
所述B组分为多异氰酸酯、脂肪族多胺和芳香族多胺中的一种或多种；
所述A组分和B组分的重量比为5:1～10:1。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，通过A组分和B组分中各原料之间的相互作用，使电热自润滑防除冰涂层在基于优异的自润滑性能的基础上，能够延缓表面结冰，降低覆冰在表面附着强度；对涂层施加较小的电压时，可迅速升温，能耗低，能够实现涂层表面快速融冰除冰的目的。实施例结果表明，本发明制备出的电热自润滑防除冰涂料喷涂施工后制得的电热自润滑防除冰涂层的摩擦系数低，为0.03～0.08，覆冰强度为35～110KPa，并且，对涂层施加60伏直流电压后，涂层在200s内迅速升温至80～110℃，具有优异的防冻粘效果，能耗低，电热效果好的性能。
并且，本发明提供的电热自润滑防除冰涂料生产工艺简单，所需成本低，能够满足工业化生产需求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为实施例3中电热自润滑涂层在冰表面摩擦系数；
图2为实施例3中电热自润滑涂层在-20℃下的覆冰强度；
图3为实施例3中电热自润滑涂层在不同电压下的电热效果。
具体实施方式
本发明提供了一种电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，
所述A组分包括以下重量百分比的成分：
所述B组分为多异氰酸酯、脂肪族多胺和芳香族多胺中的一种或多种；
所述A组分和B组分的重量比为5:1～10:1。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料包括重量百分比为20％～70％的低表面能树脂，优选为35％～55％，进一步优选为45％。在本发明中，所述低表面能树脂优选包括氟改性丙烯酸树脂、氟改性聚氨酯树脂、氟改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性聚氨酯树脂和PEVE树脂中的一种或两种。本发明对所述低表面能树脂的来源没有特殊的限定，采用本领域常规方法制备或者选择市售产品均可。在本发明中，所述低表面能树脂具有优异的低表面能特性，作为涂层基体树脂，赋予涂层基本的疏水、疏油和不沾性特性，降低覆冰在涂层表面附着强度。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料包括重量百分比为5％～50％的防冰润滑剂，优选为10％～40％，进一步优选为20～30％，更优选为35％。在本发明中，所述防冰润滑剂优选为二硫化钼、鳞片石墨、氟化石墨、石蜡、氟化石蜡、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、液体石蜡、聚烯烃、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷、长链烷烃和全氟醇中的一种或多种。本发明对所述防冰润滑剂的来源没有特殊的限定，采用本领域常规方法制备或者选择市售产品均可。在本发明中，所述防冰润滑剂具有良好的分散性能，不粘结，对涂料的性能有重要的辅助作用，赋予涂料优异的自润滑性，可有效延迟涂层表面结冰，进一步降低覆冰在涂层表面的附着强度。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料包括重量百分比为5％～30％的电热填料，优选为10％～25％，进一步优选为20％。在本发明中，所述电热填料优选包含纳米银线、纳米铜线、导电铜粉、镍粉、铜锰合金粉、石墨烯、导电石墨、导电鳞片石墨、炭黑、碳纳米管和导电陶瓷粉中的一种或多种。本发明对所述电热填料的来源没有特殊的限定，采用本领域常规方法制备或者选择市售产品均可。在本发明中，所述电热填料的导电性能优良，在低电压通电情况下，涂层可快速生热，实现快速融冰除冰。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料包括重量百分比为20％～50％的有机溶剂，优选为35％～45％，进一步优选为40％。在本发明中，所述有机溶剂优选为甲苯与丙二醇二甲醚的混合物，所述甲苯与丙二醇二甲醚的重量比优选为1:0.5～1，进一步优选为1:0.8。本发明对所述有机溶剂的来源没有特殊的限定，采用本领域常规方法制备或者选择市售产品均可。在本发明中，所述有机溶剂有助于助剂之间相互作用，相互协调，使涂料具有多种优异的性能。
本发明提供的电热自润滑防除冰涂料包括B组分，所述A组分和B组分的重量比为5:1～10:1，进一步优选为8:1。在本发明中，所述B组分为多异氰酸酯、脂肪族多胺和芳香族多胺中的一种或多种。在本发明中，所述脂肪族多胺在本发明实施例中进一步优选为环氧固化剂T31。本发明对所述B组分的来源没有特殊的限定，采用本领域常规方法制备或者选择市售产品均可，具体的，如万华化学集团股份公司生产的N75B多异氰酸酯固化剂。在本发明中，所述B组分具有优异的固化性能，粘度低，能够有效的降低涂料的粘结强度。
本发明还提供了上述技术方案所述电热自润滑防除冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合后球磨，得到A组分；
将所述A组分与B组分混合，得到电热自润滑防除冰涂料。
本发明将低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合后球磨，得到A组分。
本发明对所述低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂的混合顺序没有特殊的限定，以任意混合顺序混合均可，在本发明实施例中进一步优选先将低表面能树脂与有机溶剂混合，再依次加入防冰润滑剂、电热填料。本发明对所述混合方式没有特殊的限定，能够满足低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合均匀的要求即可，具体的，如磁力搅拌。本发明对所述磁力搅拌的转速、搅拌时间没有特殊限定，能够满足低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合均匀的要求即可，具体的，如磁力搅拌转速优选为300～500转/min，搅拌时间优选为10～20min。
在本发明中，所述球磨的转速优选为100～300转/min，更优选为150～250转/min。在本发明中，所述球磨优选至球磨产物细度<30μm。本发明对所述球磨的具体方式没有特殊的限定，采用本领域常规球磨机进行球磨均可，具体的，如行星式球磨机。本发明对所述球磨时间没有特殊限定，能够满足球磨产物细度的要求即可，具体的，如球磨时间优选为4～10h。
得到A组分后，本发明将所述A组分与B组分混合，得到电热自润滑防除冰涂料。
本发明对所述混合没有特殊的限定，能够满足A组分和B组分混合均匀的要求即可，具体的，如磁力搅拌。本发明对所述磁力搅拌的转速、搅拌时间和搅拌条件没有特殊限定，能够满足A组分和B组分混合均匀的要求即可。
本发明还提供了上述技术方案所述的电热自润滑防除冰涂料在防覆除冰领域中的应用。
在本发明中，所述应用优选为将所述电热自润滑防除冰涂料进行涂覆。本发明对所述涂覆的方式没有特殊限定，采用本领域常规喷涂或刷涂方式即可。
在本发明中，所述电热自润滑防除冰涂料涂覆后，优选进行固化。在本发明中，所述固化的时间优选为20～30h，更优选为24h。
在本发明中，所述电热自润滑防除冰涂料固化后形成与基底结合力强，表面光滑、摩擦系数低，具有优异自润滑效果和低能耗电热效果的涂层材料。
在本发明中，所述电热自润滑防除冰涂料优选通过喷涂或刷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)。在本发明中，所述涂覆后防腐底漆干膜厚度优选为100μm～200μm，进一步优选为150μm，所述涂覆的涂层厚度优选为100μm～200μm，进一步优选为150μm。
在本发明中，所述电热自润滑防除冰涂料优选涂覆于马口铁板上。
下面结合实施例对本发明提供的电热自润滑防除冰涂料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将氟改性丙烯酸酯树脂、有机溶剂加入分散缸中，再依次加入防冰润滑剂、电热填料，进行搅拌分散10分钟，随后球磨6小时，检查黏度、细度后得A类组分。
A组分配比如下：
将A组分与万华多异氰酸酯固化剂按重量比6:1充分混合均匀后，即可喷涂施工。
将得到的电热自润滑防除冰涂料通过喷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)，防腐底漆干膜厚度120μm，涂层厚度150μm，在室温下固化24h后进行常规性能，涂层性能参数见表1。
将得到的电热自润滑防除冰涂料喷涂于马口铁板上，得到的常规性能如下：
1)附着力：GB1720-79(划圈法)，2级；
2)耐冲击性：GB1732-79，50cm·Kg；
3)硬度：GB6379-86B级；
4)柔韧性：GB1731-79，2mm；
5)涂层表面能：小于25mJ·m-2；
6)漆膜干燥时间：GB1728-79，室温16～25℃，表干1h，实际干燥时间6h。
实施例2
本实例电热自润滑防除冰涂料制备工艺与实施例1相同。
A组分配比如下：
将A组分与脂肪族胺类环氧固化剂T31按重量比8:1充分混合均匀后，即可喷涂施工。
将得到的电热自润滑防除冰涂料通过喷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)，防腐底漆干膜厚度120μm，涂层厚度150μm，在室温下固化24h后进行常规性能，涂层性能参数见表1。
将得到的电热自润滑防除冰涂料喷涂于马口铁板上，得到的常规性能与实施例1中结果类似。
实施例3
本实例电热自润滑防除冰涂料制备工艺与实施例1相同。
A组分配比如下：
将A组分与万华多异氰酸酯固化剂按重量比6:1充分混合均匀后，即可喷涂施工。
将得到的电热自润滑防除冰涂料通过喷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)，防腐底漆干膜厚度120μm，涂层厚度150μm，在室温下固化24h后进行常规性能，涂层性能参数见表1。
将得到的电热自润滑防除冰涂料喷涂于马口铁板上，得到的常规性能与实施例1中结果类似。
实施例4
本实例电热自润滑防除冰涂料制备工艺与实施例1相同。
A组分配比如下：
将A组分与万华多异氰酸酯固化剂按重量比8:1充分混合均匀后，即可喷涂施工。
将得到的电热自润滑防除冰涂料通过喷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)，防腐底漆干膜厚度120μm，涂层厚度150μm，在室温下固化24h后进行常规性能，涂层性能参数见表1。
将得到的电热自润滑防除冰涂料喷涂于马口铁板上，得到的常规性能与实施例1中结果类似。
实施例5
本实例电热自润滑防除冰涂料制备工艺与实施例1相同。
A组分配比如下：
将A组分与脂肪族胺类环氧固化剂T31固化剂按重量比8:1充分混合均匀后，即可喷涂施工。
将得到的电热自润滑防除冰涂料通过喷涂方式涂覆于有防腐底漆的低碳钢板上(150×250×1.5mm)，防腐底漆干膜厚度120μm，涂层厚度150μm，在室温下固化24h后进行常规性能，涂层性能参数见表1。
将得到的电热自润滑防除冰涂料喷涂于马口铁板上，得到的常规性能与实施例1中结果类似。
表1实施例1～5电热自润滑防除冰涂层的性能参数
上述表1表明：本发明制备出的电热自润滑防除冰涂料喷涂施工后制得的电热自润滑防除冰涂层的摩擦系数低，为0.03～0.08，具有优异的防冻粘效果，能够延缓表面结冰，降低覆冰在表面附着强度，覆冰强度为35～110KPa；并且，对涂层施加60伏直流电压后，涂层在200s内迅速升温至80～110℃，具有能耗低，电热效果好的性能，可实现涂层快速升温融冰除冰的目的。
图1为实施例3中电热自润滑涂层在冰表面摩擦系数，图1表明：本发明制备出的电热自润滑防除冰涂料喷涂施工后制得的电热自润滑防除冰涂层在冰表面的摩擦系数仅为0.02～0.08，仅是普通涂层1/2～1/4，具有优异的防冻粘效果。
图2为实施例3中电热自润滑涂层在-20℃下的覆冰强度，图2表明：本发明制备出的电热自润滑防除冰涂料喷涂施工后制得的电热自润滑防除冰涂层在-20℃下的覆冰强度低，为20～150KPa。
图3为实施例3中电热自润滑涂层在不同电压下的电热效果，图3表明：本发明制备出的电热自润滑防除冰涂料喷涂施工后制得的电热自润滑防除冰涂层电生热效果明显，在60V电压条件下，涂层可在30秒内升温至70℃以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电热自润滑防除冰涂料，包括A组分和B组分，
所述A组分包括以下重量百分比的成分：
所述B组分为多异氰酸酯、脂肪族多胺和芳香族多胺中的一种或多种；
所述A组分和B组分的重量比为5:1～10:1。
2.根据权利要求1所述的电热自润滑防除冰涂料，其特征在于，所述低表面能树脂包括氟改性丙烯酸树脂、氟改性聚氨酯树脂、氟改性环氧树脂、有机硅改性丙烯酸酯树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、有机硅改性环氧树脂、有机硅改性聚氨酯树脂和PEVE树脂中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的电热自润滑防除冰涂料，其特征在于，所述防冰润滑剂为二硫化钼、鳞片石墨、氟化石墨、石蜡、氟化石蜡、聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、液体石蜡、聚烯烃、聚氧化乙烯、聚二甲基硅氧烷、长链烷烃和全氟醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的电热自润滑防除冰涂料，其特征在于，所述电热填料为纳米银线、纳米铜线、导电铜粉、镍粉、铜锰合金粉、石墨烯、导电石墨、导电鳞片石墨、炭黑、碳纳米管和导电陶瓷粉中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电热自润滑防除冰涂料，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯与丙二醇二甲醚的混合物。
6.根据权利要求5所述的电热自润滑防除冰涂料，其特征在于，所述甲苯与丙二醇二甲醚的重量比为1:0.5～1。
7.权利要求1～6任一项所述的电热自润滑防除冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
将低表面能树脂、防冰润滑剂、电热填料和有机溶剂混合后球磨，得到A组分；
将所述A组分与B组分混合，得到电热自润滑防除冰涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为100～300转/min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述球磨至球磨产物细度<30μm。
10.权利要求1～6任意一项所述的电热自润滑防除冰涂料或权利要求7～9任意一项所述制备方法制得的电热自润滑防除冰涂料在防覆除冰领域中的应用。
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