[发明专利]一种具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层的制备方法，其中，该涂层包括：表面环氧化的黏土矿物与环氧树脂构建的微结构粘结层，以及烯丙基环氧树脂进行氟化得到含氟功能性粘结因子和高密度接枝氟化的低表面能黏土矿物粒子组成的超双疏面层，最终形成具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层。本发明方法制备的超双疏防结冰涂层不仅具有优异超双疏性能、而且具有优异的涂层机械稳定性和持久防结冰性能等显著优点，可广泛用于通信线路、风机叶片等表面的覆冰防治。

技术领域

本发明属于超双疏防结冰涂层制备技术领域，尤其涉及一种具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层的制备方法。

背景技术

低温高湿环境下结冰是自然界中普遍存在且难以避免的现象，会给电力、通信、航空及其风力发电等设备带来严重破坏，引起重大经济损失。例如2008年波及全国多省的冰雪灾害致使大面积输电线路因结冰超重倒塌，导致电网瘫痪；风电叶片表面结冰后，叶片的翼型将发生叶片过载、形变，严重时会导致风机主轴和叶片等部件损坏。因此，如何解决上述表面结冰问题已成为当前面临的严峻挑战之一。

目前，解决表面的结冰问题主要依赖于传统的防/除冰策略，如人工机械除冰、高速热流除冰、电热除冰和超声波除冰等，其能耗大、高成本、低效率且会对设备造成不可逆损伤等问题，严重阻碍了其广泛应用。受荷叶出淤泥而不染的现象启发，仿生超疏水表面的防结冰研究受到了广泛关注。中国发明专利CN109762453B公开了一种生物基超疏水防冰涂层及构建方法，这种超疏水涂层具有优异的耐磨性、强度、韧性和耐腐蚀、耐老化、耐溶剂性等性能，同时涂层还具有超疏水、防结冰和一定的透明度。中国发明专利CN108658624B公开了一种利用材料吸收太阳能产热的性质，构筑了基于碳化钨纳米线阵列的自产热超疏水防结冰材料，该材料具有优异的防结冰和自动除冰的效果。中国发明专利CN109486269B公开了一种主动光热除冰的超疏水防覆冰涂料、涂层及其制备与应用，其防覆冰涂层延长了过冷液滴结冰时间，降低表面对冰的粘附，在近红外光照射下快速生热，达到快速光热除冰的效果，实现了涂层表面主动光热除冰与被动防覆冰相结合。尽管超疏水防结冰涂层具有优异的防结冰性能，但在实际应用中易被低表面能液体、腐蚀液体、紫外辐照等易导致材料的表面化学组分和结构改变，从而导致其性能丧失，无法长期服役。

超双疏材料也具有优异的抗污染和防结冰特性，可以克服超疏水防结冰材料不足。中国实用新型专利CN213331393U公开了一种双层超双疏防覆冰风电叶片，超双疏涂层可大幅降低冰在叶片表面附着力，达到防冰效果，变传统的被动防冰为主动防冰，耐候性佳，大幅减少人力物力财力在防覆冰上的投入。中国发明专利CN110982326A公开了一种吸能超双疏防覆冰涂层，该涂层具有超双疏、超自洁、防污、防覆冰能力。但是当前超双疏防结冰涂层的机械性能、超双疏性能及其防结冰性能有待进一步提升。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层的制备方法，以提升超双疏防结冰涂层的机械性能、超双疏性能和防结冰性能。

一、多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层制备

本发明具有多尺度结构稳定超双疏防结冰涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）微结构粘结底层的制备

将表面环氧化黏土矿物纳米粒子超声分散到有机溶剂中，然后加入粘结剂和固化剂，搅拌混合均匀后喷涂到基材表面形成微结构粘结底层。

所述表面环氧化黏土矿物纳米粒子为经表面环氧处理的凹凸棒石、海泡石和埃洛石中的至少一种，环氧处理方法为：将黏土矿物纳米粒子加到pH 8~10的乙醇-水溶液中，超声分散后加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，搅拌反应4~6h后，离心、清洗、干燥，得到环氧化黏土矿物纳米粒子；该黏土矿物纳米粒子与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的质量比为50:1~10:1。