CN111073450A - 一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷涂覆在基材表面，静置；在聚二甲基硅氧烷上涂覆或喷涂具有超疏水性能的主动光热除冰涂料，干燥，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。本发明制备方法制得的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层疏水防冰性能优异、光热除冰性能优异，能够广泛用于风机叶片的防冰处理，对于提高风电机组的性能以及发电量具有十分重要的意义，有着较高的使用价值和较好的应用前景；同时本发明制备方法还具有工艺简单、操作方便、原料廉价、易于工业化生产等优点，能够大规模制备超疏水涂层，利于工业化、产业化应用。

Description

一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法
技术领域
本发明属于主动光热除冰涂层材料制备技术领域，涉及一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法。
背景技术
近年来，风力发电发展迅速，是最具前景的新能源发电方式之一，然而我国南方风电场大多建在海拔较高的山地，这些地区冬季温度低、空气湿度大，存在严重的叶片覆冰问题，影响电厂发电量，甚至脱落的冰层对附近的人会造成生命危险。针对这一问题，目前风电场使用较多的是超疏水性涂层防冰，这种具有一定的防冰作用，但存在耐候性较差，表面结构容易被破坏等问题，长时间使用后无法达到预期防冰效果。基于超疏水涂层的原理，在其中加入具有光热效应的纳米粒子，可制备出超疏水防冰与光热除冰效果共存的涂料。然而，现有超疏水防冰与光热除冰效果共存的涂料中存在与基体材料结合力较差的问题，其结果是该涂料难以附着在基体材料表面，从而无法在基体材料表面制备得到超疏水防冰与光热除冰效果共存的涂层。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种疏水防冰性能优异、光热除冰性能优异的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚二甲基硅氧烷涂覆在基材表面，静置；
S2、将具有超疏水性能的主动光热除冰涂料涂覆或喷涂到步骤S1中得到的基材表面的聚二甲基硅氧烷上，干燥，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S1中，所述静置的时间为3min～5min。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料与基材表面的聚二甲基硅氧烷的质量比为2070∶65。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料按照质量份计包括以下原料组分：
Figure BDA0002314909820000011
Figure BDA0002314909820000021
上述的制备方法，进一步改进的，所述碳化硅的平均粒径为5μm～50μm；所述碳纳米管的平均管长为50nm～500nm；所述环氧树脂为E51环氧树脂、双酚-A基环氧树脂中的至少一种；所述含氟聚合物为FAS-17；所述溶剂为酒精。
上述的制备方法，进一步改进的，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将碳化硅、碳纳米管和溶剂混合，超声波处理，得到悬浊液；
(2)将步骤(1)中得到的悬浊液、环氧树脂和含氟聚合物混合，超声波处理，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂料。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(1)中，所述超声波处理在频率为40KHZ、功率为600W下进行；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤(2)中，所述超声波处理在频率为40KHZ、功率为600W下进行；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述喷涂过程中控制喷枪喷嘴与基材的距离为10cm～30cm；所述基材为玻璃基材或风机叶片；所述干燥在真空条件下进行；所述干燥的温度为80℃～100℃；所述干燥的时间为3h～5h。
上述的制备方法，进一步改进的，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的厚度为0.2mm～0.5mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，先在基材表面涂覆聚二甲基硅氧烷，然后将具有超疏水性能的主动光热除冰涂料涂覆或喷涂到基材表面的聚二甲基硅氧烷上，干燥，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。本发明中，将具有超疏水性能的主动光热除冰涂料涂覆或喷涂到基材表面的聚二甲基硅氧烷上，其中聚二甲基硅氧烷具有价格低廉、粘附性好、化学性能稳定等优点，且能够作为基底与涂层之间的粘结剂使涂料附着在基材表面获得具有超疏水性能的主动光热除冰涂层，从而可以实现超疏水防冰以及光热除冰相结合，在结冰量较少时利用疏水性能防止表面结冰，在结冰量较大时采用近红外光照射，使涂层表面升温，将冰层融化，达到最佳的防冰除冰效果。本发明制备方法制得的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层疏水防冰性能优异、光热除冰性能优异，能够广泛用于风机叶片的防冰处理，对于提高风电机组的性能以及发电量具有十分重要的意义，有着较高的使用价值和较好的应用前景；同时本发明制备方法还具有工艺简单、操作方便、原料廉价、易于工业化生产等优点，能够大规模制备超疏水涂层，利于工业化、产业化应用。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
图1为本发明实施例1中制得的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的实物示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，原料为分析纯。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复试验的平均值。
实施例1
一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将65质量份的聚二甲基硅氧烷涂覆在玻璃基材表面，静置5min。
S2、将2070质量份的具有超疏水性能的主动光热除冰涂料喷涂到步骤S1中得到的玻璃基材表面的聚二甲基硅氧烷上，其中喷涂过程中控制喷枪喷嘴与基材的距离为15cm，在温度为80℃下真空干燥4h，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。该涂层的厚度为0.5mm。
本实施例中，采用的具有超疏水性能的主动光热除冰涂料，按照质量份计包括以下原料组分：
Figure BDA0002314909820000031
本实施例中，碳化硅的平均粒径为10μm；碳纳米管的平均管长为100nm；环氧树脂为双酚-A基环氧树脂；含氟聚合物为全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)，是一种纳米粒子，具有最低表面能，效果最佳；溶剂为酒精。
本实施例中，采用的具有超疏水性能的主动光热除冰涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将2份碳化硅、1份碳纳米管和2000份溶剂(酒精)混合，在超声波频率为40KHZ、功率为600W下超声波处理30分钟，得到悬浊液；
(2)将步骤(1)中得到的悬浊液、65份环氧树脂(双酚-A基环氧树脂)和1份含氟聚合物(FAS-17)混合，在超声波频率为40KHZ、功率为600W下超声波处理30分钟，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂料。
图1为本发明实施例1中制得的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的实物示意图。由图1可知，本发明制得的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的疏水角为152°，具有超疏水性能；同时将在零下16℃的条件下用波长808nm的近红外光照射该涂层，照射30min后涂层的温度上升至零上30℃。由此可见，本发明制备方法制备得到了一种疏水防冰性能优异、光热除冰性能优异的具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。
对比例1
采用硅酸四乙酯代替实施例1中的环氧树脂，然后将所制得的涂料喷涂到玻璃基材表面，此时该涂料无法在玻璃基材表面形成超疏水涂层。
以上仅是本发明以较佳实施例揭示，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何的简单修改，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚二甲基硅氧烷涂覆在基材表面，静置；
S2、将具有超疏水性能的主动光热除冰涂料涂覆或喷涂到步骤S1中得到的基材表面的聚二甲基硅氧烷上，干燥，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述静置的时间为3min～5min。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料与基材表面的聚二甲基硅氧烷的质量比为2070∶65。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料按照质量份计包括以下原料组分：
Figure FDA0002314909810000011
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅的平均粒径为5μm～50μm；所述碳纳米管的平均管长为50nm～500nm；所述环氧树脂为E51环氧树脂、双酚-A基环氧树脂中的至少一种；所述含氟聚合物为FAS-17；所述溶剂为酒精。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂料的制备方法包括以下步骤：
(1)将碳化硅、碳纳米管和溶剂混合，超声波处理，得到悬浊液；
(2)将步骤(1)中得到的悬浊液、环氧树脂和含氟聚合物混合，超声波处理，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述超声波处理在频率为40KHZ、功率为600W下进行；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述超声波处理在频率为40KHZ、功率为600W下进行；所述超声波处理的时间为10分钟～30分钟。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述喷涂过程中控制喷枪喷嘴与基材的距离为10cm～30cm；所述基材为玻璃基材或风机叶片；所述干燥在真空条件下进行；所述干燥的温度为80℃～100℃；所述干燥的时间为3h～5h。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的厚度为0.2mm～0.5mm。
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