导电高分子包覆高熵氧化物光热抗冰涂层的制备与应用

本发明属于防腐光热抗冰涂层，涉及一种导电高分子包覆的高熵氧化物防腐光热抗冰涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

1、结冰是低温环境中常见的自然现象，其危害巨大，对户外基础设施如通信设备、电力输运线路、交通设施、风机叶片和飞行设备等轻则影响设施设备的正常使用，重则造成严重的系统性瘫痪和安全事故与隐患，因此如何防止户外设备表面覆冰结冰已成为户外设备在冬季持久稳定运行急需解决的问题。传统的除冰方法，如机械除冰、热能除冰、化学试剂除冰等，具有作业危险、成本高、效率低、环境不友好等诸多局限性，且难以从根本上有效解决覆冰难题。

2、中国专利cn113817387b公开了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，其中涂层是按质量比1：(0.6-1)将a组分和b组分的混合物喷涂并经过固化制成；其中：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，再加入上述其余物质，超声分散，即得到a组分；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。提高了环氧树脂基超滑移涂层的光热除冰性能。但是该专利存在吸收波段窄，对于阴天或光强差的天气使用受限；且涂层机械强度相对不高，使得在去除涂层上的部分结冰区域时易损伤涂层，这就降低了光热涂层的长期稳定性和耐候性。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种导电高分子包覆的高熵氧化物防腐光热抗冰涂层及其制备方法与应用，以解决现有光热抗冰涂层的光捕获能力和热稳定性差，以及光热性能和机械性能不匹配等技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、若干种被动防结冰的表面也被各国研究学者陆续地开发和报道，如超疏水表面，防冻表面和滑动表面等，其中，具有光热效应的超疏水表面可以同时达到有效防冰与除冰的目的，且易实现规模化生产，具有较好的应用前景。高熵氧化物由五种及以上氧化物以等摩尔或近等摩尔构成，不仅可以在相对密度、抗弯强度、弹性模量间取得较好的平衡，而且具有稳定优异的光热转换性能，受到国内外研究人员的广泛关注。

4、本发明以包覆一定量导电高分子的高熵氧化物粉体作为掺入剂，制备光热抗冰涂层(高熵氧化物@导电高分子)，不仅制备方法简单方便，而且可以使其具有较好的吸波和光热转换能力及稳定、耐磨的机械性能，以及优异的防腐效果，可以使其在服役条件较为苛刻的船舶、风电等户外设备上具有较好的应用前景。

5、一种高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，包括：

6、将高熵氧化物、导电聚合物单体于溶液中混合，并催化导电聚合物单体的聚合反应，得到高熵氧化物@导电高分子；

7、将高熵氧化物@导电高分子与聚二甲基硅氧烷(pdms)前驱体、固化剂于有机溶剂中混合均匀，固化后得到高熵氧化物@导电高分子涂层。

8、进一步地，所述高熵氧化物为锰钴铁镍基高熵氧化物。

9、进一步地，所述锰钴铁镍基高熵氧化物的制备方法包括：将锰盐、钴盐、铁盐、镍盐与草酸于水溶液中混合，取沉淀物进行焙烧，得到高熵氧化物。

10、进一步地，所述锰盐、钴盐、铁盐、镍盐均为乙酸盐；

11、所述锰盐、钴盐、铁盐、镍盐的质量比为(1.06～3.98):(1.08～3.54):(1.48～4.14):(1.48～3.64)；所述草酸摩尔用量为锰元素、钴元素、铁元素、镍元素总摩尔量的1～1.2倍。

12、所述锰盐、钴盐、铁盐、镍盐与草酸于水溶液的混合过程包括：将含锰盐、钴盐、铁盐、镍盐的水溶液与草酸溶液混合，并在35～45℃下搅拌0.5～2h；

13、焙烧过程中，焙烧温度为500～900℃，焙烧时间为2～3h。

14、进一步地，所述导电聚合物单体包括噻吩、苯胺或吡咯中的至少一种。

15、进一步地，所述聚合反应包括：将高熵氧化物与导电聚合物单体水溶液混合，再加入氯化铁，搅拌混合，得到高熵氧化物@导电高分子。

16、进一步地，所述氯化铁的加入量为5～8g/g导电聚合物单体。

17、进一步地，所述高熵氧化物与导电聚合物单体的质量比为(0.3～0.9):(0.003～0.09)。

18、进一步地，所述高熵氧化物@导电高分子与聚二甲基硅氧烷前驱体、固化剂的质量比为(0.3～0.8):1:(0.05～0.2)；

19、所述固化剂为聚二甲基硅氧烷固化剂；

20、所述有机溶剂为乙酸乙酯，用量为0.1～0.3l/g聚二甲基硅氧烷前驱体。

21、进一步地，在固化成膜前，加入疏水改性剂；

22、所述疏水改性剂为1h,1h,2h,2h-全氟癸基三乙氧基硅烷，加入量为所加入乙酸乙酯体积的1‰～3‰。

23、如上所述方法制备的的高熵氧化物@导电高分子涂层的应用，包括将该涂层在光热抗冰表面涂层改性中。

24、与现有技术相比，本发明具有以下特点：

25、1)本发明提供了一种高熵氧化物@导电高分子防腐光热涂层的制备方法，一是高熵氧化物具有磁损耗吸波机制，导电高分子具有电损耗吸波机制，两者可以形成吸波机制互补，提高光吸收效果，二是高熵氧化物具有较好的机械强度，而导电高分子具有一定的防腐效果，这样使得高熵氧化物@导电高分子作为掺入体不仅可以使涂层具有较好的耐磨等机械性能，而且具有耐酸碱腐蚀、稳定优异的光热转换等性能，且经一些列筛选实验证实，具有良好疏水特性的pdms与高熵氧化物@导电高分子之间有优异的介电匹配性能，进一步增加了光在涂层内的传播与吸收，增强了涂层的光热抗冰效果；

26、2)相比于中国专利cn113817387b，本发明所使用的高熵氧化物颗粒本身具有相对较高的机械强度，且具有较高的吸收率和较宽的吸收光谱范围，即时在近红外都有较高的吸收率，这样就提升了光热抗冰涂层的使用范围和领域，提高其稳定性和耐候性。

技术特征：

1.一种高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述高熵氧化物为锰钴铁镍基高熵氧化物。

3.根据权利要求2所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述锰钴铁镍基高熵氧化物的制备方法包括：将锰盐、钴盐、铁盐、镍盐与草酸于水溶液中混合，取沉淀物进行焙烧，得到高熵氧化物。

4.根据权利要求3所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述锰盐、钴盐、铁盐、镍盐均为乙酸盐；

5.根据权利要求1所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述导电聚合物单体包括噻吩、苯胺或吡咯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述聚合反应包括：将高熵氧化物与导电聚合物单体水溶液混合，再加入氯化铁，搅拌混合，得到高熵氧化物@导电高分子。

7.根据权利要求6所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述氯化铁的加入量为5～8g/g导电聚合物单体；所述高熵氧化物与导电聚合物单体的质量比为(0.3～0.9):(0.003～0.09)。

8.根据权利要求1所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，所述高熵氧化物@导电高分子与聚二甲基硅氧烷前驱体、固化剂的质量比为(0.3～0.8):1:(0.05～0.2)；

9.根据权利要求1所述的高熵氧化物@导电高分子涂层的制备方法，其特征在于，在固化成膜前，加入疏水改性剂；

10.如权利要求1所述方法制备的的高熵氧化物@导电高分子涂层的应用，其特征在于，该涂层在吸波和/或抗冰表面涂层改性中的应用。

技术总结
本发明涉及一种导电高分子包覆的高熵氧化物防腐光热抗冰涂层及其制备方法与应用，制备方法包括：先将高熵氧化物、导电聚合物单体于溶液中混合，并催化导电聚合物单体的聚合反应，得到高熵氧化物@导电高分子；之后将高熵氧化物@导电高分子与聚二甲基硅氧烷前驱体、固化剂于有机溶剂中混合均匀，固化成膜得到高熵氧化物@导电高分子涂层。与现有技术相比，本发明中高熵氧化物@导电高分子作为掺入体不仅可以使涂层具有较好的耐磨等机械性能，而且具有耐酸碱腐蚀、稳定优异的光热转换等性能，且具有良好疏水特性的PDMS与高熵氧化物@导电高分子之间具有优异的介电匹配性能，进一步增加了光在涂层内的传播与吸收，增强了涂层的光热抗冰效果。

技术研发人员：张飞,类延华,刘辉,吴丽珺,孙凯,范润华,张玉良,刘涛,董丽华
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16