一种适用于光热除冰的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层及其制备方法

1.本发明属于复合涂层材料制备的技术领域，具体涉及一种适用于光热除冰的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层及其制备方法。


背景技术：

2.表面润湿性是固体材料重要的表面性质之一，超滑移涂层由于其光滑平整的表面和低的表面能，表现出独特优异的表面疏液、自修复、自清洁、防附着等功能。因此，超滑移涂层在防腐蚀、防冰、防雾、抗菌防污、微流操控、油水分离、防霜冻等领域表现出广阔的应用前景。
3.目前制备超滑移涂层的方法主要是先制备出多孔或微纳米粗糙结构的涂层再灌注入具有低表面能的“润滑液”构造出灌注型超滑移涂层或者直接利用紫外光照射、高温反应等方法直接将“润滑液”接枝到基底上。但是这两种方法制备出的超滑移涂层由于“润滑液”极容易流失，导致使用寿命短，性能不稳定等问题。而且大部分所使用的“润滑液”考虑到成本和效果，很多采用廉价易制备、低表面能的氟化液体成为首选，不过氟化液体具有不同程度的污染性，妨碍了涂层的实际应用和处理。少部分所使用的“润滑剂”为硅氧烷聚合物，昂贵的价格和制备过程中制备工艺造成的浪费大大提高了涂层的成本，也妨碍了涂层的实际应用。
4.虽然，目前制备的超滑移涂层能降低冰在涂层表面的黏附强度，但是大部分的超滑移涂层无法做到长久稳定的抗结冰，尤其是处于温度过低或者湿度过高的环境中，超滑移表面的抗结冰和后续的光热除冰并不是很理想，长期的冰覆会破坏表面结构导致表面减弱或失去对水的滑动性能。
5.环氧树脂作为高分子聚合物，具有优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性，并且具有良好的附着力。可以很好的用作涂层的基体。因此，利用环氧树脂作为基体通过简便方法制备一种稳定、环保、防冰覆的超滑移涂层，对于超滑移涂层在光热除冰领域的应用具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于光热除冰的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层及其制备方法，以提高环氧树脂基超滑移涂层的光热除冰性能。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种适用于光热除冰的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层，是按质量比1：(0.6
‑
1)将a组分和b组分混合后进行喷涂并经过固化制成；
9.所述a组分是按质量百分比将88％
‑
90％环氧树脂、2％
‑
4％单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷、4％
‑
6％二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和2％
‑
4％石墨烯/聚多巴胺粉
末按照以下顺序混合制成：先向无水乙醇中加入环氧树脂并搅拌均匀，再加入上述其余三种物质，超声分散，即得到a组分；
10.其中，石墨烯/聚多巴胺粉末由下述方法制得：将0.2g石墨烯粉末加入tris缓冲液中并超声分散，再加入0.2g盐酸多巴胺后搅拌均匀，离心提纯后再烘干，制得石墨烯/聚多巴胺粉末；
11.所述b组分是按质量百分比将94％
‑
96％固化剂和4％
‑
6％聚吡咯/聚多巴胺粉末，按照以下顺序混合制成：先向无水乙醇中加入固化剂并搅拌均匀，再加入聚吡咯/聚多巴胺粉末超声分散，即得到b组分；
12.其中，聚吡咯/聚多巴胺粉末由下述方法制得：将0.2g吡咯加入0.1mol/l的氯化铁溶液中并搅拌均匀，离心提纯后再烘干得到聚吡咯粉末；取0.2g聚吡咯粉末加入tris缓冲液后超声分散，再加入0.2g盐酸多巴胺后搅拌均匀，离心提纯后再烘干，制得聚吡咯/聚多巴胺粉末。
13.一种适用于光热除冰的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层的制备方法，包括以下步骤：
14.步骤1、制备a组分：
15.按质量百分比将88％
‑
90％环氧树脂、2％
‑
4％单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷、4％
‑
6％二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和2％
‑
4％石墨烯/聚多巴胺粉末，按照以下顺序混合：先向无水乙醇中加入环氧树脂并搅拌使其混合均匀，再加入上述其余三种物质并超声分散，即得到a组分；
16.其中，石墨烯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g石墨烯粉末加入tris缓冲液中并超声分散，再加入0.2g盐酸多巴胺搅拌均匀，离心提纯后再烘干，即得到石墨烯/聚多巴胺粉末；
17.步骤2、制备b组分：
18.按质量百分比将94％
‑
96％固化剂和4％
‑
6％聚吡咯/聚多巴胺粉末按照以下顺序混合：先向无水乙醇中加入固化剂并搅拌使其混合均匀，再加入聚吡咯/聚多巴胺粉末并超声分散，即得到b组分；
19.其中，聚吡咯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g吡咯加入0.1mol/l的氯化铁溶液中并搅拌均匀，离心提纯后再烘干，得到聚吡咯粉末；取0.2g聚吡咯粉末加入tris缓冲液后超声分散，再加入0.2g盐酸多巴胺后搅拌均匀，离心提纯后再烘干，制得聚吡咯/聚多巴胺粉末；
20.步骤3、制备聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层：
21.首先，按照质量比1：(0.6～1)将a组分和b组分混合，搅拌使其混合均匀得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中进行喷涂；最后，涂层经过固化，即得到聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层。
22.进一步地，所述步骤1中还加入了氨基封端的聚二甲基硅氧烷，其占a组分质量百分比不高于3％。
23.进一步地，所述步骤3中的固化是在120℃下固化两小时。
24.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
25.本发明制备的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层利用甘油醚类封端的两种聚
二甲基硅氧烷与双酚a型环氧树脂发生开环聚合反应有序且致密的连接在一起，在涂层表面会形成致密的聚二甲基硅氧烷链刷，赋予涂层超滑性能，复合了石墨烯/聚多巴胺和聚吡咯/聚多巴胺，有效提高了自身的分散性，并且聚多巴胺上的氨基可以起到与环氧树脂固化剂相同的作用和效果，进一步增强了涂层的紧密程度和机械强度以及稳定性，使得其处于温度过低或者湿度过高的环境以及长期的冰覆时，涂层表面结构不容易被破坏，对水的滑移性能更加稳定。可见，本发明制备的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层具有良好的稳定性和抗冰覆性能，提高了涂层的光热除冰性能，具有较好的可操控性。
附图说明
26.图1：本发明制备的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层照片；
27.图2：本发明聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层扫面电子显微镜图；
28.图3：本发明聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层实施例1
‑
实施例3的水接触角和滑动角图；
29.图4：本发明聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层实施例1
‑
实施例3在强度为1kw/m2的模拟太阳光辐照下五分钟内每三十秒记录一次的升温曲线图。
具体实施方式
30.以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
31.实施例1
32.基体的前处理：试样底材为帆船牌载玻片，无水乙醇擦拭后立刻喷涂；
33.步骤1、制备a组分：
34.在200ml烧杯中加入5g dy
‑
e44型环氧树脂和50ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1500r/min的转速分散40min，再加入0.2g单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，0.28g二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和0.2g石墨烯/聚多巴胺粉末，超声分散25min，制得涂层a组分；
35.其中，石墨烯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g石墨烯粉末和100ml tris缓冲液加至250ml的烧杯中超声分散30min，再加入0.2g盐酸多巴胺搅拌18
‑
24h，离心提纯后60℃下烘干4小时，即可获得石墨烯/聚多巴胺粉末；
36.步骤2、制备b组分：
37.在100ml烧杯中加入4g dy
‑
e6012型固化剂和50ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1200r/min的转速分散30min，再加入0.2g聚吡咯/聚多巴胺粉末，超声分散25min，制得涂层b组分；
38.其中，聚吡咯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g吡咯滴加至50ml 0.1mol/l的氯化铁溶液中，磁力搅拌器在1200r/min转速下搅拌1小时，离心提纯后，60℃下烘干4小时，得到聚吡咯粉末；取0.2g聚吡咯粉末和100ml tris缓冲液加至250ml的烧杯中，超声分散30min，再加入0.2g盐酸多巴胺搅拌18
‑
24h，离心提纯后，60℃下烘干4小时，即得到聚吡咯/聚多巴胺粉末；
39.步骤3、制备聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层：
40.首先，按照质量比1：0.6将a组分和b组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速
分散50min得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，在1600psi的压强下进行喷涂；最后，将喷涂有a组分和b组分的涂层在120℃下固化两小时，即可得到聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层。
41.实施例2
42.采用如实施例1所述的方式，对基体进行处理、步骤2中b组分的制备和步骤3中石墨烯/聚多巴胺粉末的制备；
43.步骤1、制备a组分：
44.在200ml烧杯中加入5.8g dy
‑
e44型环氧树脂和50ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1500r/min的转速分散45min，再加入0.2g单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，0.28g二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，0.1g氨基封端的聚二甲基硅氧烷和0.2g石墨烯/聚多巴胺粉末，超声分散20min，制得涂层a组分；
45.步骤3、制备聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层：
46.首先，按照质量比1：0.8将a组分和b组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速分散55min得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，在1700psi的压强下进行喷涂；最后，将喷涂有a组分和b组分的涂层在120℃下固化两小时，即可得到聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层。
47.实施例3
48.采用如实施例1所述的方式，对基体进行处理、步骤1中a组分的制备和石墨烯/聚多巴胺粉末的制备，以及步骤2中聚吡咯/聚多巴胺粉末的制备；
49.步骤2、制备b组分：
50.在100ml烧杯中加入4g dy
‑
e6012型固化剂和50ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1200r/min的转速分散40min，再加入0.2g聚吡咯/聚多巴胺粉末，超声分散30min，制得涂层b组分；
51.步骤3、制备聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层：
52.首先，按照质量比1：1将a组分和b组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速分散60min得到混合物；然后将所述混合物加入喷涂设备中，在1800psi的压强下进行喷涂；最后，将喷涂有a组分和b组分的涂层在120℃下固化两小时，即可得到聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层。
53.从图1、图2可以看出本发明制备的聚吡咯/石墨烯/环氧树脂超滑移涂层表面光平整，因此具有良好的疏水、滑移性能，比起当前的聚合物基超滑涂层表现出具有优秀竞争力的超滑性能；从图3看出，涂层的水接触角为90
°
左右，滑动角在5.8
°
左右，体现出较为优越的拒水滑水性能；图4可看出，玻璃基底涂层在一个太阳光照射的条件下5min升温至82℃左右，相比于当前的聚合物超滑防冰覆涂层，本发明制备的涂层具备卓越的光热转换性能。