[发明专利]一种超疏水、低粘附纳米复合防覆冰涂料

说明书

技术领域

本发明涉及具有超疏水、低粘附的纳米复合防覆冰涂料，更具体涉及用于低温制冷、热泵空调、电力系统、航空等易产生冰霜领域的防覆冰涂料。 

背景技术

覆冰是一种十分常见的自然现象，覆冰现象广泛存在于各种冷冻设备及制冷系统的蒸发器表面(如低温冰箱冰柜、热泵空调等设备)、电线杆塔、航空等各个领域。对于冷冻设备而言，冰霜层的有效导热系数较小，其蒸发器表面覆冰会使得设备的传热效率降低，造成系统运行不稳定，严重时甚至导致系统失效；对于电线杆塔覆冰则会造成杆塔倒塌、高压输电电网瘫痪、电力设施损的灾难，给国民经济和生产建设造成不可估量的损失；对于航空航天领域则会给飞机带来严重的飞行安全问题。通常，除冰过程需要耗费大量的能源、人力、物力和财力，如何有效解决或减轻冷表面的覆冰问题从而避免灾难性事故发生、降低能耗成为广大科研工作者的研究热点。现有的防覆冰技术主要采用热力除冰、机械除冰和自然除冰这三大类，但热力除冰能耗大，机械除冰费时、在电线杆塔除冰时不安全，自然除冰比较有限。要想解决覆冰问题，采用超疏水、低粘附的复合涂料以降低冰对基底表面的粘附力是最有效的方法。 

已公开的防结冰涂料主要分两类，一类是亲水性防结冰涂料(刘中良等人的CN1632014，CN1916094A)，其防结冰效果受材料的吸水量与吸水速率影响较大，不适用于高湿度、长时间持续低温的环境，且重复性不好，防结冰寿命有限。另一类是疏水性防结冰材料(联合工艺公司的CN1880396A，李呈祥等人的CN101579670A)，可延缓冰核的形成，但其疏水性能和脱冰性能有限。美国哈佛大学的乔安娜·艾曾贝格和艾米·史密斯·百里尔森(ACS Nano，2010，4(12)，pp 7699-7707)研究表明，在超疏水纳米材料表面，水滴接触面积减少，可防止水滴完全润湿表面，可有效阻止结冰，与传统的加热等防冰除冰方法相比，超疏水纳米材料具有广泛的应用前景。 

发明内容

本发明的目的在于提供应用于低温环境中的可有效防覆冰的超疏水、低粘附的纳米复合防覆冰涂料。 

本发明的另一目的在于提供一种超疏水、低粘附纳米复合防覆冰涂料的制备方法。 

本发明利用纳米粒子的特殊结构与低表面能的含氟聚丙烯酸酯共聚物相结合，获得 了具有超疏水效果、低粘附、均匀的微纳复合结构表面，通过与交联固化剂作用，可牢固地附着于基材表面。水滴在表面接触角大于150°，最高可达169°，滚动角约5～6°，因此极易滚动，利用本发明制备的防覆冰涂层成膜厚度为5～10μm，冰在涂层表面的粘附力为1.43×10^-2MPa，该涂层防覆冰效果显著。 

在制冷领域中，蒸发器表面普遍存在着结霜现象，这些冷表面的结冰、结霜问题会增加蒸发器外侧的换热热阻，降低系统传热系数，堵塞空气侧通道，导致蒸发器的换热量下降，加大能耗。在电力领域中，因冻雨等自然灾害导致的电线杆塔表面覆冰则会造成杆塔倒塌、高压输电电网瘫痪、电力设施损等严重的灾难，给国民经济和生产建设造成不可估量的损失。因此本发明利用纳米粒子在形成微纳复合结构的同时，也充分地利用了纳米粒子比表面积大的特点，增大了蒸发器的换热面积，与聚合物复合后，提高了体系的热导率，起到了延缓结霜、抑制结冰的效果；在模拟冻雨实验中，本发明制备得到的超疏水、低粘附纳米复合防覆冰涂层对冻雨具有十分显著的防覆冰效果。 

本发明的一种超疏水、低粘附纳米复合防覆冰涂料，以质量百分比计，各组分及含量为： 

其中所述的含氟聚丙烯酸酯共聚物的制备方法，其特征是，按质量百分比计，将含氟烷基丙烯酸酯10～60％、(甲基)丙烯酸酯30～60％、功能性不饱和单体5％～40％加入反应釜中，通入氮气条件下缓慢升温至60～90℃，加入0.1％～2％的引发剂，反应5～15小时，得到含氟聚丙烯酸酯共聚物。 

所述的含氟烷基丙烯酸酯包括：丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸十三氟辛酯、丙烯酸十三氟辛酯、全氟辛基乙基丙烯酸酯、全氟癸基乙基丙烯酸酯、全氟十二烷基乙基丙烯酸酯、N-甲基全氟辛基磺酰基氨基丙烯酸乙酯、N-乙基全氟辛基磺酰基氨基丙烯酸乙酯中的任意一种或者几种。含氟烷基丙烯酸酯的选用，使得该涂料树脂具有良好的力学性能和表面疏水性能。