[发明专利]一种防覆冰功能的材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有防覆冰功能的材料及其制备方法和用途，属于化学材料领域。

背景技术

覆冰是自然界中经常发生的现象，尤其是在低温高湿的地区，覆冰的产生给生产和生活造成巨大的经济和能源损失。输电线路的覆冰，常常引发绝缘子闪路、电塔倒塌和线路中断等重大事故，影响电力系统的安全运行。飞行器表面覆冰会降低有效载荷，影响气动外形及机动特性。路面覆冰造成路面湿滑，可能造成机动车制动失灵，酿造严重的交通事故。冰箱冷凝管结霜造成耗电量的增加和制冷效果下降，浪费能源。目前常用的除冰方法主要分为主动除冰和被动除冰法两大类。主动除冰技术主要包括热力除冰法(CN 101120217A；CN102136710A；CN 101499635A；CN101562320A)、机械除冰法等，热力除冰法虽然除冰效果较明显，但能量损耗大，设备投资成本高，受益范围受限；机械除冰法耗能少成本低，但除冰效率和工作强度常常成为受制约因素。被动除冰法中表面涂覆防冰涂料是最重要的手段。防覆冰涂料具有简单有效，质量轻，价格低廉，更重要的是涂料种类多样，改性空间大。

目前报道的防覆冰涂料主要类型有，光热型、电(磁)热型、疏水型、小分子掺杂型涂层。光热型和电(磁)热型涂料需要把光能和电能转换成热能，转换效率是制约应用的一个重要因子。疏水或超疏水涂料(如微纳复合结构和有机氟涂层)的防覆冰方法可以通过减少水滴在涂层表面的粘附和铺展达到防冰目的(CN102220063 A；CN 102660182 A)。但是低温高湿和高压环境，水滴在超疏水结构上发生Cassie到Wenzel的转变，超疏水表面防覆冰的效果下降。超疏水结构用于防覆冰还值得深入研究。防冻剂例如乙二醇、甘油及衍生物掺杂的防覆冰涂层，溶于水中降低水的冻点，从而延缓结冰过程。但是防冻剂流失严重，材料使用寿命很短，而且会污染环境。生物体内的抗冻蛋白用于防结冰，由于成本问题大面积推广和应用还有很多技术问题需要解决。

由猪笼草启发，2011年哈佛大学的Aizenberg等开发了一种将全氟聚醚油渗透到具有极低表面能的多孔材料中，该体系使用了既不与水互溶又不与绝大多数油互溶的润滑油，在基底表面建立一层对液体超低粘附的液体润滑层，冰粘附力达到15.6kPa(-10℃)，液滴容易滑落，起到防覆冰的作用。我们课题组用吸湿性分子制备的水性润滑涂层(Chen J,et al.Robust prototypical anti-icing coatings with a self-lubricating liquid water layer between ice and substrate.ACS Appl.Mater.Interfaces,2013,5,4026-4030.Chen J,Luo Z Q,Fan Q R,et al.Anti-icing Coating Inspired by Ice Skating.Small,2014,10,4693-4699.Dou R,Chen J,Zhang Y F,et al.Anti-icing Coating with an Aqueous Lubricating Layer.ACS Appl.Mater.Interfaces.2014,6,6998-7003)，在过冷状态仍保持液体，一定风力条件就可以吹落粘附的冰块，这样的涂层具有良好防覆冰性能。

为了避免环境温度降低和湿度增加或者基材表面受到污染造成的防覆冰涂层失效，本发明用石蜡溶胀硅胶制备的油凝胶体系，硅胶具有网络交联结构，疏水性绝缘性能良好，能容纳扩散进去的石蜡分子，石蜡分子又能缓慢释放出来，保证材料的持续性利用。不仅具有比目前文献报道的还要低的超低冰粘附和超宽低温使用范围(低至实验设备的下限-70℃)，而且润滑层是缓慢释放的，比多孔结构灌润滑油和结构上生长的水性润滑层更具有可持续性，耐磨损性，是一种很有前景的防覆冰材料。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种防覆冰功能的材料，该材料具有防覆冰的作用，低粘附力，除冰容易，降低能耗。解决了目前防结冰材料在冷凝环境下性能较差，化霜过程中能耗大，材料易磨损和适用温度范围窄等问题。即便在霜雪极端低温天气下，该材料上覆冰也会大大降低，防止覆冰事故的发生。

本发明的另一目的在于提供本发明材料的制备方法及其用途。

本发明通过如下技术方案实现：

(1)一种具有防覆冰功能的材料，其特征在于，所述材料包括交联网络聚合物和石蜡，其中所述石蜡是碳原子数为10～60的烷烃或其混合物。