[发明专利]基于PVP的两亲性抗冰涂层及其制备方法

说明书

本发明属于有机材料学领域，具体涉及一种基于PVP的两亲性抗冰涂层及其制备方法。基于PVP的两亲性抗冰涂层包括下述质量份组分：PDMS 100份；基于PVP的两亲性聚合物5‑15份；光热材料0‑15份；交联剂2‑5份；催化剂1‑2份；本发明中，两亲性聚合物中PDMS为疏水链段，PVP为亲水链段，在与PDMS基质交联形成涂层后，表面会产生微相分离结构，同时含氟的FA链段具有低表面能的特性，从而大大降低了冰剪切强度；最为优选，光热材料的加入可高效吸收太阳光转化为热能，因此将光热材料引入两亲聚合物涂层，可利用其光热效应，在光照下迅速升温，进一步提升了涂层防除冰的效果。

技术领域

本发明属于有机材料学领域，具体涉及一种基于PVP的两亲性抗冰涂层及其制备方法。

背景技术

在空中运行的设备上发生结冰会严重影响设备的运行安全，从而造成巨大的经济损失。例如，输电线路上的覆冰会对电力、铁路、网络通信系统的正常运行构成严重威胁；飞机表面的覆冰会增加飞行阻力和燃油消耗，最多可将性能降低50％，甚至导致毁灭性的空难。为了防止覆冰损害，已经开发了众多防冰或除冰的方法，传统除冰的方法包括化学法、机械去除法、表面电加热法等，这些方法的缺点有经济成本高、需要消耗大量能量、破坏设备表面、以及污染环境等。近年来，涂层防除冰作为一种效果好、能耗低的新兴主动防护型技术，已开始应用于设备表面的抗冰保护。出色的抗冰涂层不仅可以降低冰与设备表面的附着力，而且可以延迟水在表面上的冻结，从而达到防除冰的效果。

目前，研究较多的抗冰涂层主要包括受荷叶表面启发的超疏水涂层和受猪笼草“光滑嘴唇”启发的光滑涂层等。超疏水涂层表面上存在的微/纳米结构能够减小冰与基质的接触面积，从而有利于减少冰的粘附。另外，冰和涂层表面之间存在的空气会减少热传递，同时提供应力位点，从而在除冰过程中引发基质和冰之间的裂纹。虽然超疏水表面可有效降低冰的形成温度，但在高湿度下，超疏水表面具有比光滑表面更高的冰冷冻速率，微小的水滴会渗入纳米纹理中，从而导致除冰循环后表面微/纳米结构的破坏，机械耐久性降低，并增加了固体表面的冰粘附强度。因此，高效的抗冰涂层不能局限于使用单一的疏水材料。注入润滑液体的多孔表面(SLIPS)是一种防冰的光滑涂层材料，能够延迟结霜和降低冰粘附强度，具有优异的防污、防冰和自修复性，其较高的稳定性和耐湿性使SLIPS有望成为超疏水表面的替代物。在制备SLIPS时，表面应具有良好的纳米微观结构，以提供吸收润滑剂的空间，润滑剂不能与水互溶，同时润滑剂与固体表面的化学亲和力应大于水与表面的亲和力。然而，SLIPS中的润滑层很容易被水滴带走或被冰取代，导致几次结冰/除冰循环后防冰性能显著降低，耐久性较差。并且，以上抗冰涂层的制备工艺复杂，成本较高，制约了其大规模的应用。

因此，涂层防除冰领域仍面临许多挑战，例如：(1)在固体表面上形成冰的过程中，冰成核的物理过程和相变的热力学很复杂，尚需进一步研究；(2)被动防冰方法无法达到最佳的防冰性能；(3)表面润湿性转变与外部环境条件之间的关系需要进一步研究；(4)防除冰材料在实际应用中没有足够的耐久性。由此可见，开发具有高效抗冰性能、稳定性优良的涂层，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的提供一种基于PVP的两亲性抗冰涂层及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于PVP的两亲性抗冰涂层,包括下述质量份组分：PDMS 100份；基于PVP的两亲性聚合物5-15份；光热材料0-15份；交联剂2-5份；催化剂1-2份；其中，所述的基于PVP的两亲性聚合物为PVP-PDMS-PVP或者FA-PVP-PDMS-PVP-FA。

优选的，所述的PDMS、基于PVP的两亲性聚合物以及光热材料的质量比为20:2:1。