[发明专利]环保耐磨低冰粘附防结冰涂料，制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工、材料技术领域，涉及一类具有水性环保、耐磨、低冰粘附强度的防结冰涂料的制备与应用。

背景技术

在公路、轮船、飞机、近海设备、高空电线、气象设备等表面结冰给人们的生命财产安全带来巨大危害和安全隐患。如道路结冰引起的车祸事故比比皆是；大规模降雪霜冻天气引起的电缆电线结冰，从而导致电力运输系统破坏，给国民经济带来巨大损失；飞机表面与机翼结冰威胁飞行安全，如近些年在中国包头，美国，以及俄罗斯西伯利亚的多起飞机失事都与机翼结冰有关。因此，必须及时除去表面积冰。常见的除冰方法有以下几种：(1)机械除冰：即通过适当的除冰工具进行除冰，但机械除冰费时费力，并且应用范围受到限制；(2)加热除冰法：包括电热除冰(CN101120217A)和光热除冰(CN101562320A)等方法，加热除冰不仅能耗较大，而且加热熔融的水容易二次结冰；(3)化学法除冰法：通过使用化学试剂除冰会对环境造成污染，而且可能破坏材料表面。所以，对于防结冰材料的研究与开发引起了国内外研究者的广泛关注。

目前，防结冰材料主要集中于利用疏水或超疏水表面延缓结冰及降低冰粘附强度。超疏水表面由于具有较低的表面能，水滴不能完全铺展，水滴呈Cassie态，与基材接触面积较小，降低了基材表面与水滴之间的传热，从而延缓了水滴的凝固。但是随着时间的延长和温度的降低，疏水材料便失去了防冰霜的作用。同时，根据文献报道(S.A.Kulinich，S.Farhadi，K.Nose，and X.W.Du.Langmuir，2011，27(1)，25-29；Jing Chen，Jianjun Wang.Appl.Phys.Lett.，2012)超疏水表面会在除冰过程中遭到不断破坏，失去超疏水性，从而增大冰粘附强度。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种水性环保、具有耐磨、低冰粘附强度的防结冰涂料，将无机纳米粒子均匀分散于水性树脂中，并将由此制成的防结冰涂料涂覆在基材冰面，经成膜固化即得到防结冰涂层。

水性树脂涂层不仅绿色环保，而且其表面由于羧基等亲水基团电离的离子和高分子表面受限水的存在，使其表面形成一层不结冰的水膜，这样就在冰与防结冰涂层的表面之间引入了一层润滑层，从而大大降低了基材表面与冰的粘附强度。同时，由于刚性无机纳米粒子的添加提高了所述防结冰涂层表面的机械性能和耐磨性，不仅扩大了涂料的应用范围还能延长涂层使用寿命。

本发明通过如下技术方案实现：一种防结冰涂料，所述防结冰涂料包括无机纳米粒子，水性树脂和固化剂。

根据本发明，所述无机纳米粒子添加量为水性树脂质量的1wt％-20wt％，优选为2wt％-15wt％，更优选为3wt％-10wt％。

根据本发明，所述固化剂添加量为水性树脂的5wt-20wt％，优选为8-15wt％，更优选10w％-12wt％。

根据本发明，所述的无机纳米粒子选自硅藻土、氧化铝、氧化锌、二氧化硅、炭黑、碳纳米管、粘土或蒙脱土，优选为粘土，氧化铝，碳纳米管或蒙脱土。

根据本发明，所述的水性树脂选自水性聚氨酯、水性环氧树脂、水溶性聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇、水性醇酸树脂、聚氧化乙烯、聚马来酸、聚乙烯基吡咯烷酮、水性丙烯酸树脂。优选地，所述水性树脂选自水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂或水性醇酸树脂。

根据本发明，所述防结冰涂料中的固化剂为与所用水性树脂配套的固化剂。所述固化剂是本领域公知的固化剂，可以通过商购或自行合成。例如Bayhydur3100，YW-50，或氮丙啶交联剂(XR-100)。

根据本发明，优选的固化剂选自多异氰酸酯，氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯、氮丙啶，脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、有机酸、酸酐等。更优选地，所述多异氰酸酯为二异氰酸酯，三异氰酸酯或异氰酸酯的低聚物，例如六甲基二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯。

根据本发明，当所述水性树脂为聚氨酯时，固化剂优选为多异氰酸酯；当所述树脂为环氧树脂时，固化剂优选为脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、有机酸、酸酐等；当所述树脂为丙烯酸树脂时，固化剂优选为氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯、氮丙啶等。

根据本发明，优选地，所述防结冰涂料是由无机纳米粒子和水性树脂以及固化剂组成。

本发明的另一目的在于提供防结冰涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将水性树脂与无机纳米粒子混合搅拌；得到防结冰涂料组分A。

(2)将固化剂加入上述组分A中，搅拌均匀即可得到所述防结冰涂料。