光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法

本发明属于材料表面涂层制备，具体涉及光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法。

背景技术：

1、目前，超疏水涂层由于其具有特殊的表面结构，导致涂层具有独特的非润湿性，能够有效减少水在表面的附着，进而延长结冰时间，因此在防覆冰除冰领域中具有较好的应用潜力。但在恶劣环境下仍会存在结冰现象。光热材料能够将清洁环保的太阳能转化为热能，将其加入涂层中，利用光热反应可去除材料表面冰层，进而实现材料表面的自动除冰。光敏材料在光照条件下随着光照强度的改变下颜色发生改变，进而能够调控基体本身对太阳能的响应。因此利用光热、光敏材料的结合能够实现对光热除冰的智能调控。

2、中国专利《一种兼具光热和自清洁性能的防覆冰除冰涂层及其制备方法》(申请号：cn202111033174.4，公开号：cn113667400a，公开日：2021.11.19)公开了一种兼具光热和自清洁性能的防覆冰除冰涂层及其制备方法，首先将cnts和十二胺加入到hcl-tris缓冲液中超声分散，然后加入多巴胺，搅拌反应，离心得到高分散的超疏水pda@cnts；然后，将上述改性碳纳米管分散到有机溶液中，加入热固性树脂；最后，通过喷涂或浸涂等工艺将上述涂料涂覆在基材表面，固化后即可得到自清洁光热除冰涂层。但该涂层在夏季强光高温条件下存在过度加热情况，会影响涂层使用寿命。张宇等发表的论文《复合绝缘子光热型涂料制备与融冰试验》，制备了分别以femncuo4、fenicuo4、cumncro4等材料作为光热材料，以rtv为基料的光热涂层。但当涂层表面覆冰融化后有可能在电缆表面重新出现积冰，大大危害了电缆的安全性。梁镇宇等发表的论文《聚吡咯光热超疏水多功能防冰涂层的制备与性能研究》，制备了以聚合聚吡咯溶液制备光热涂层、用氟硅树脂与多异氰酸酯制备了聚氨酯基超疏水涂层的双层防冰涂层，但在较为复杂的环境下涂层的寿命有待提高。an yan等发表的论文《fabrication and application of a new-type photothermal conversion nanocomposite coating》，制备了以丙烯酸树脂为基材，加入cus纳米粒子及其他能吸收各种红外波段光的纳米材料，得到了新型纳米复合涂料，但作为涂层其疏水性能有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，解决现有技术制备的除冰涂层疏水性能较差且强光高温条件下涂层寿命较短的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，具体为：首先，将制备的介孔二氧化硅纳米球进行改性，之后与光热材料和光敏材料进行复合，得到光热调控除冰填料，再将光热调控除冰填料与有机溶剂混合后制成内外层涂层浆料，通过先后热喷涂固化，即可得到光热超疏水防覆冰除冰复合涂层。

3、本发明的特点还在于，

4、具体按照以下步骤实施：

5、步骤1，制备光热调控除冰填料；

6、将硅源材料和模板剂添加进入有机溶液中，60℃～90℃下加热搅拌1～5h，洗涤，离心，干燥，得到介孔二氧化硅纳米球；将得到的介孔二氧化硅纳米球均匀分散在无水乙醇中，再滴入硅烷偶联剂，加热搅拌至得到均匀的溶液，70℃～100℃下干燥5h～15h，得到改性介孔二氧化硅纳米球；将改性介孔二氧化硅纳米球均匀分散于hcl溶液中，加入聚苯胺，50℃～120℃下加热搅拌1h～5h，加入光敏材料，继续加热搅拌，干燥后得到光热调控除冰填料；

7、步骤2，制备光热超疏水除冰内层涂料和光热超疏水除冰外层涂料；

8、步骤2.1，将步骤1得到的光热调控除冰填料添加到有机溶剂中，同时添加光敏材料超声形成均匀的浆料，随后与热固性树脂和固化剂混合搅拌均匀，形成光热超疏水除冰内层涂料；

9、步骤2.2，将步骤1得到的光热调控除冰填料添加到有机溶剂中，混合均匀，然后添加热固性树脂和固化剂搅拌，形成光热超疏水除冰外层涂料；

10、步骤3，将光热超疏水除冰内层涂料均匀喷涂在电缆上，固化，之后喷涂光热超疏水除冰外层涂料，固化后在电缆表面形成光热超疏水防覆冰除冰复合涂层。

11、步骤1中，硅源材料、模板剂与有机溶液的体积比为1：0.1～1：10～50；介孔二氧化硅纳米球与无水乙醇的质量比为1：10～30；改性介孔二氧化硅纳米球、聚苯胺、光敏材料与hcl的质量比为1：0.05～0.2：0.02～0.1：0.25～0.5。

12、步骤1中，硅源材料为乙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的任意一种或多种；模板剂为正辛胺、十六烷基胺、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基六甲基溴化铵中的任意一种或多种；有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种；

13、硅烷偶联剂为二氯二甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或多种；光敏材料为结晶紫内酯、2-苯氨基-3-甲基-6-二丁基荧烷、双酚a、α-萘酚中的任意一种或多种。

14、步骤2.1中，光热调控除冰填料、光敏材料与有机溶剂的质量比为1：10～50：100～500；热固性树脂、固化剂与浆料的质量比为1：0.2～1：0.05～0.2。

15、步骤2.2中，光热调控除冰填料、有机溶剂、热固性树脂和固化剂的质量比为1：100～500：10～20：2～8。

16、步骤2.1和2.2中，有机溶剂为乙醇、1－丙醇、1－丁醇、甲酸乙酯、乙酸乙酯中的任意一种或多种；热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂中的任意一种或多种；固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺马来酸酐、酞酸酐中的任意一种或多种；光敏材料为结晶紫内酯、2-苯氨基-3-甲基-6-二丁基荧烷、双酚a、α-萘酚中的任意一种或多种。

17、步骤3中，喷涂温度均为200℃～300℃，喷涂速度均为10～30m/min，喷涂距离均为20～50mm，固化时间均为30min～60min，固化温度均为50℃～150℃。

18、本发明的有益效果是：本发明的方法，通过在电缆表面形成具有光热和对光照强度响应自我调节的防覆冰除冰复合涂层，且该涂层具有双层结构，上层中通过光热材料产生热能，避免在电缆上形成覆冰，同时由光敏材料来实现涂层对光能吸收的调节功能，当光照强度增强时，涂层本身颜色变浅，降低对光能的吸收，减少自身所产生的热能；反之，光照强度降低，颜色变深，增强对光能的吸收，涂层会增加自身所产生的热能，进而实现对光能的调控。下层通过增加光敏材料的含量使得涂层对热能的利用率得到提高，大大增强了电缆的使用寿命，在电缆防覆冰领域有重要的应用前景。

技术特征：

1.光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，具体为：首先，将制备的介孔二氧化硅纳米球进行改性，之后与光热材料和光敏材料进行复合，得到光热调控除冰填料，再将光热调控除冰填料与有机溶剂混合后制成内外层涂层浆料，通过先后热喷涂固化，即可得到光热超疏水防覆冰除冰复合涂层。

2.如权利要求1所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

3.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，硅源材料、模板剂与有机溶液的体积比为1：0.1～1：10～50；介孔二氧化硅纳米球与无水乙醇的质量比为1：10～30；改性介孔二氧化硅纳米球、聚苯胺、光敏材料与hcl的质量比为1：0.05～0.2：0.02～0.1：0.25～0.5。

4.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，硅源材料为乙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯中的任意一种或多种；模板剂为正辛胺、十六烷基胺、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基六甲基溴化铵中的任意一种或多种；有机溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种；硅烷偶联剂为二氯二甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或多种；光敏材料为结晶紫内酯、2-苯氨基-3-甲基-6-二丁基荧烷、双酚a、α-萘酚中的任意一种或多种。

5.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2.1中，光热调控除冰填料、光敏材料与有机溶剂的质量比为1：10～50：100～500；热固性树脂、固化剂与浆料的质量比为1：0.2～1：0.05～0.2。

6.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2.2中，光热调控除冰填料、有机溶剂、热固性树脂和固化剂的质量比为1：100～500：10～20：2～8。

7.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2.1和2.2中，有机溶剂为乙醇、1－丙醇、1－丁醇、甲酸乙酯、乙酸乙酯中的任意一种或多种；热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂中的任意一种或多种；固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺马来酸酐、酞酸酐中的任意一种或多种；光敏材料为结晶紫内酯、2-苯氨基-3-甲基-6-二丁基荧烷、双酚a、α-萘酚中的任意一种或多种。

8.如权利要求2所述的光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，喷涂温度均为200℃～300℃，喷涂速度均为10～30m/min，喷涂距离均为20～50mm，固化时间均为30min～60min，固化温度均为50℃～150℃。

技术总结
本发明公开了光热超疏水防覆冰除冰复合涂层的制备方法，具体为：首先，将制备的介孔二氧化硅纳米球进行改性，之后与光热材料和光敏材料进行复合，得到光热调控除冰填料，再将光热调控除冰填料与有机溶剂混合后制成内外层涂层浆料，通过先后热喷涂固化，即可得到光热超疏水防覆冰除冰复合涂层。本发明的方法，通过对介孔二氧化硅纳米球进行复合改性，获得良好的疏水性能以及光热性能，并且通过在纳米球外包覆光敏材料可调节在高光照强度下涂层颜色，减少光能吸收降低对涂层寿命的损害，能够解决现有技术制备的防覆冰除冰涂层的疏水性能较差且涂层寿命较短的问题。

技术研发人员：吴聪,郝哲,汤玉斐,汪浩,种鹏蛟,赵康
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22