CN117089273A - 一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料及其制备方法和应用，包括以下质量百分比的组分:聚氨酯1％～10％、成膜助剂1％～10％、光热填料0.1％～0.5％、超疏水填料1％～10％、稀释剂60％～90％、分散剂0.1％～10％。具有改性剂环境友好，改性条件温和，操作工艺简单的特点，能够达到玄武岩纳米片在聚氨酯中的高效分散的目的。
Description
技术领域
本发明属于超疏水涂料技术领域，具体涉及一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料及其制备方法和应用。
背景技术
高压输电线通常由多股金属导线组成，表面亲水。在易降冻雨或极寒的江南地区，输电线表面会凝结冰层。当冰层厚度超过其承载临界值时，电网线路可能会因载荷超重而损坏。虽然这种情况并不常见，但一旦发生，可能会带来无法估量的经济损失和社会问题。造成这种灾难的元凶是极端天气导致的输电线结冰，从而导致输电线超载断裂。目前，防结冰涂料的研究是防止结冰的主要防护措施之一。这些涂料主要包括光热型防结冰涂料、电热型防结冰涂料和疏水型涂料三类。然而，单一的涂料有其各自的缺点，例如光热型涂料可能在光线不足的情况下效果不佳，电热型涂料可能会产生较大的电能损耗，而疏水型涂料的理化性能可能不佳。
专利CN201220728221.7公开了一种具有纳米涂料涂层、防覆冰作用的高压输电线，该专利公开的涂层组份复杂，并且未公开TiO2纳米颗粒的制备方法。
发明内容
为了克服以上现有技术存在问题，本发明的目的在于提供一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料及其制备方法和应用，具有改性剂环境友好，改性条件温和，操作工艺简单的特点，能够达到玄武岩纳米片在聚氨酯中的高效分散的目的。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，包括以下质量百分比的组分:聚氨酯1％～10％、成膜助剂1％～10％、光热填料0.1％～0.5％、超疏水填料1％～10％、稀释剂60％～90％、分散剂0.1％～10％。
所述光热填料为离子液体改性玄武岩纳米片，纳米片尺寸厚度为10-50nm，长宽大小尺寸为5-15μm；
所述离子液体为1-胺丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-胺基3-甲基咪唑溴盐其中一种氨基功能化离子液体。
所述超疏水填料为纳米SiO2和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，纳米SiO2直径为10～30nm。
所述稀释剂选自环已酮、醋酸丁酯、无水二甲苯中的一种。
所述分散剂选自HY-238、HY-257、HY-2000中的一种。
所述成膜助剂为乙二醇、丙二醇、己二醇中的一种。
一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料的制备方法，包括以下步骤；
S1.将离子液体溶解到去离子水中制备离子液体分散液；将玄武岩纳米片粉末加入到离子液体分散液中，，加热温度60-100℃，反应6-24h，反应完后离心分离，清洗，干燥，获得离子液体改性的玄武岩纳米粉末；
S2.将稀释剂等分为两份，将纳米SiO2颗粒均匀分散在一份稀释剂中；将所述离子液体改性的玄武岩纳米粉末加入到含纳米SiO2颗粒的稀释剂溶液中，并加入分散剂，然后在室温下，超声功率500-1500W，超声分散10～15min得到混合浆料；
S3.向混合浆料中加入聚氨酯和聚二甲基硅氧烷(PDMS)，搅拌均匀，获得浆料；
S4.向步骤S3获得的浆料中加入成膜助剂和另一份稀释剂，搅拌混合，然后室温除气后得到离子液体改性的玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
所述步骤S1中，所述离子液体分散液的质量分数为lwt.％；玄武岩纳米片占离子液体分散液的质量分数为2wt.％。
所述步骤S2中，所述纳米SiO2颗粒占离子液体改性的玄武岩纳米片光热超疏水涂料质量分数为5wt.％～10wt.％。
将离子液体改性的玄武岩纳米片纳米材料的光热超疏水涂料喷涂后干燥固化，得到基于离子液体改性的玄武岩纳米材料的光热超疏水涂层，用于高压输电线。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用氨基功能化离子液体改性玄武岩纳米片，改性剂环境友好，改性条件温和，操作工艺简单，离子液体的改性避免了玄武岩纳米片在聚氨酯中出现的团聚问题，大大提高了其在聚氨酯中的分散性，进一步地，提高了离子液体改性的玄武岩纳米材料的光热超疏水涂层的光热转换能力。
(2)本发明采用少层离子液体改性玄武岩纳米片作为光热填料，将玄武岩的光热效应与超疏水性能相结合，利用疏水性能防止表面结冰，光源辐照后涂层表升温实现表面除冰，有效避免传统除冰技术如气热除冰、电热除冰、机械除冰存在的能源消耗大、除冰时间有限等问题。
(3)利用纳米颗粒SiO2构造表面粗糙结构、具有高热稳定性、机械稳定性、耐紫外老化、耐腐蚀等特性；选取聚二甲基硅氧烷PDMS达到降低表面自由能的目的，提高疏水性能，同时具有粘附性，增强纳米粒子之间以及与基底之间的粘附性。根据填料和聚氨酯的特性简化工艺，成本低廉，为实现规模化生产和实际应用奠定技术基础。
(4)本发明提供的新型离子液体改性玄武岩纳米片基光热超疏水涂料用于高压输电线，有效服役于不同苛刻工况，相比于传统的超疏水涂料，拥有更好的光热性、耐候性及耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明离子液体改性玄武岩纳米片基光热超疏水涂料制备过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
1.将0.2g的1-胺丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐溶解到20mL去离子水中，充分搅拌，使其完全溶解得到离子液体分散液；将0.1g玄武岩纳米片分散到离子液体分散液中，置于80℃下搅拌反应12小时，经离心清洗、干燥后，获得离子液体改性玄武岩纳米片粉末。
2.使用超声技术，在室温下将4g纳米SiO2颗粒均匀分散在40mL醋酸丁酯中，得到醋酸丁酯溶液；将0.1g离子液体改性玄武岩纳米片粉末加入醋酸丁酯溶液中，并加入0.2g分散剂HY-238，然后在室温下超声分散15min得到混合浆料。
3.向混合浆料加入10g聚氨酯、4gPDMS，在室温下以1000rpm的速率搅拌10min。
4.向步骤3获得的浆料中加入2g乙二醇成膜助剂、1g丙二醇成膜助剂和60mL醋酸丁酯，在室温下以2000rpm的速率搅拌5min，然后室温除气后得到基于离子液体改性玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
该实施例具有良好性能的光热超疏水涂料。
实施例2
1.将0.2g的1-胺丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐溶解到20mL去离子水中，充分搅拌，使其完全溶解得到离子液体分散液；将0.4g玄武岩纳米片分散到离子液体分散液中，置于80℃下搅拌反应12小时，经离心清洗、干燥后，获得离子液体改性玄武岩纳米片粉末。
2.使用超声技术，在室温下将8g纳米SiO2颗粒均匀分散在40mL醋酸丁酯中，得到醋酸丁酯溶液；将0.4g离子液体改性玄武岩纳米片粉末加入醋酸丁酯溶液中，并加入0.4g分散剂HY-238，然后在室温下超声分散15min得到混合浆料。
3.向混合浆料加入15g聚氨酯、4gPDMS，在室温下以1000rpm的速率搅拌10min。
4.向步骤3获得的浆料中加入5g乙二醇成膜助剂、3g丙二醇成膜助剂和70mL醋酸丁酯，在室温下以2000rpm的速率搅拌5min，然后室温除气后得到基于离子液体改性玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
实施例3
1.将0.2g的1-胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐盐溶解到20mL去离子水中，充分搅拌，使其完全溶解得到离子液体分散液；将0.2g玄武岩纳米片分散到离子液体分散液中，置于80℃下搅拌反应12小时，经离心清洗、干燥后，获得离子液体改性玄武岩纳米片粉末。
2.使用超声技术，在室温下将8g纳米SiO2颗粒均匀分散在40mL醋酸丁酯中，得到醋酸丁酯溶液；将0.2g离子液体改性玄武岩纳米片粉末加入醋酸丁酯溶液中，并加入0.4g分散剂HY-238，然后在室温下超声分散15min得到混合浆料。
3.向混合浆料加入10g聚氨酯、2gPDMS，在室温下以1000rpm的速率搅拌10min。
4.向步骤3获得的浆料中加入2g乙二醇成膜助剂、2g丙二醇成膜助剂和80mL醋酸丁酯，在室温下以2000rpm的速率搅拌5min，然后室温除气后得到基于离子液体改性玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
实施例4
1.将0.4g的1-胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐盐溶解到20mL去离子水中，充分搅拌，使其完全溶解得到离子液体分散液；将0.2g玄武岩纳米片分散到离子液体分散液中，置于80℃下搅拌反应12小时，经离心清洗、干燥后，获得离子液体改性玄武岩纳米片粉末。
2.使用超声技术，在室温下将8g纳米SiO2颗粒均匀分散在40mL醋酸丁酯中，得到醋酸丁酯溶液；将0.2g离子液体改性玄武岩纳米片粉末加入醋酸丁酯溶液中，并加入0.4g分散剂HY-238，然后在室温下超声分散15min得到混合浆料。
3.向混合浆料加入5g聚氨酯、2gPDMS，在室温下以1000rpm的速率搅拌10min。
4.向步骤3获得的浆料中加入2g乙二醇成膜助剂、2g丙二醇成膜助剂和80mL醋酸丁酯，在室温下以2000rpm的速率搅拌5min，然后室温除气后得到基于离子液体改性玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
实施例5
1.将0.2g的1-胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐盐溶解到20mL去离子水中，充分搅拌，使其完全溶解得到离子液体分散液；将0.5g玄武岩纳米片分散到离子液体分散液中，置于80℃下搅拌反应12小时，经离心清洗、干燥后，获得离子液体改性玄武岩纳米片粉末。
2.使用超声技术，在室温下将8g纳米SiO2颗粒均匀分散在40mL醋酸丁酯中，得到醋酸丁酯溶液；将0.2g离子液体改性玄武岩纳米片粉末加入醋酸丁酯溶液中，并加入0.4g分散剂HY-238，然后在室温下超声分散15min得到混合浆料。
3.向混合浆料加入10g聚氨酯、2gPDMS，在室温下以1000rpm的速率搅拌10min。
4.向步骤3获得的浆料中加入2g乙二醇成膜助剂、2g丙二醇成膜助剂和90mL醋酸丁酯，在室温下以2000rpm的速率搅拌5min，然后室温除气后得到基于离子液体改性玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，包括以下质量百分比的组分:聚氨酯1％～10％、成膜助剂1％～10％、光热填料0.1％～0.5％、超疏水填料1％～10％、稀释剂60％～90％、分散剂0.1％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，所述光热填料为离子液体改性玄武岩纳米片，纳米片尺寸厚度为10-50nm，长宽大小尺寸为5-15μm；
所述离子液体为1-胺丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-胺基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-胺基3-甲基咪唑溴盐其中一种氨基功能化离子液体。
3.根据权利要求1所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，所述超疏水填料为纳米SiO2和聚二甲基硅氧烷中的任意一种，纳米SiO2直径为10～30nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，所述稀释剂选自环已酮、醋酸丁酯、无水二甲苯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，所述分散剂选自HY-238、HY-257、HY-2000中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，所述成膜助剂为乙二醇、丙二醇、己二醇中的一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1.将离子液体溶解到去离子水中制备离子液体分散液；；将玄武岩纳米片粉末加入到离子液体分散液中，加热温度60-100℃反应6-24h，反应完后离心分离，清洗，干燥，获得离子液体改性的玄武岩纳米粉末；
S2.将稀释剂等分为两份，将纳米SiO2颗粒均匀分散在一份稀释剂中；将所述离子液体改性的玄武岩纳米粉末加入到含纳米SiO2颗粒的稀释剂溶液中，并加入分散剂，然后在室温下，超声功率500-1500W，超声分散10～15min得到混合浆料；
S3.向混合浆料中加入聚氨酯和聚二甲基硅氧烷，搅拌均匀；获得浆料；
S4.向步骤S3获得的浆料中加入成膜助剂和另一份稀释剂，搅拌混合，然后室温除气后得到离子液体改性的玄武岩纳米片材料的光热超疏水涂料。
8.根据权利要求7所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述离子液体分散液的质量分数为lwt.％；玄武岩纳米片占离子液体分散液的质量分数为2wt.％。
9.根据权利要求7所述的一种基于离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述纳米SiO2颗粒占离子液体改性的玄武岩纳米片光热超疏水涂料质量分数为1wt.％～10wt.％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的离子液体改性玄武岩纳米材料光热超疏水涂料，其特征在于，将离子液体改性的玄武岩纳米片纳米材料的光热超疏水涂料喷涂后干燥固化，得到基于离子液体改性的玄武岩纳米材料的光热超疏水涂层，用于高压输电线。
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