防结冰离子液体凝胶薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于防结冰功能涂层制备与应用领域，涉及利用离子液体凝胶薄膜制备防结冰涂层的方法。
【背景技术】
[0002]结冰现象广泛存在于寒冷地区路面、航空航天、低温制冷、低温液体储运及等领域中的冷表面上。防结冰涂层对于减少结冰引起的交通事故、预防通讯线路以及电网塔的损毁、提高冰箱及传热设备的传热效率等都具有重要意义。传统制备防结冰涂层的方法包括电化学方法、溶胶-凝胶法、机械除冰法，由于生产成本高，长效性差、除冰效率低、存在安全隐患，极大限制了实际应用。近年来，受自然界生命体系中特殊浸润性的启发，研宄者们设计制备了一系列仿生防结冰涂层(D.Quere et al.Langmuir, 25, 7214-7216 (2009)；J.Aizenberg et al.ACS Nano, 4, 7699-7707 (2010) ；J.Aizenberg et al.Nature,477，443-447 (2011); J.Wang et al.ACS Nano, 8，3152-3169 (2014))。如受荷叶启发的超疏水涂层凭借其微结构中的空气层，可极大限制冰的形成；而受猪笼草启发的易滑动表面上的液体润滑层极大减小了冰与界面之间的粘附力，从而在微小外力作用下可以很容易将形成的冰除去。尽管如此，上述防结冰材料也存在致命弱点。如超疏水表面需要构筑复杂的微纳米结构，使得其稳定性和机械强度差，不能满足实际需要。易滑动表面虽然具有良好的稳定性，但在简便易行的大面积制备方面还面临巨大挑战。因此急需发展一种新型防结冰材料，既能满足长期使用的要求，又能解决大面积制备困难的瓶颈。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种利用离子液体凝胶薄膜制备防结冰涂层的方法。其特征在于:该方法无需构筑微纳米多尺度结构，稳定性好；制备方法简单，采用光或热固化的自由基共聚交联反应，适合大面积制备；通过设计离子液体的化学结构，其凝固点可将至_80°C，保证液体润滑层在超低温条件的稳定存在；离子液体凝胶的机械强度可通过原料配比调节，达到优异的力学性能。
[0004]本发明通过以下技术方案实现。
[0005]一种防结冰薄膜，为离子液体凝胶薄膜，其特征在于:所述离子液体凝胶薄膜以疏水性聚合物或聚离子液体为三维网络骨架，非聚合疏水性离子液体为连续相。
[0006]本发明所述防结冰薄膜的制备方法包括以下三种:
(I)聚合物单体在非聚合离子液体中自由基共聚交联制备离子液体凝胶将疏水性聚合物单体、疏水性非聚合离子液体、引发剂、交联剂溶解于溶剂中，混合搅拌均匀，氮气鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或热的条件下反应，制备离子液体凝胶薄膜。
[0007](2)聚合物直接与非聚合离子液体物理交联形成离子液体凝胶将疏水性聚合物、溶剂、疏水性非聚合离子液体混合，搅拌至均匀溶胶，涂敷在基底上，溶剂挥发完全后得到离子液体凝胶薄膜。
[0008](3)离子液体单体在非聚合离子液体中自由基共聚交联制备离子液体凝胶将离子液体单体、疏水性非聚合离子液体、引发剂、交联剂溶解于溶剂中，混合搅拌均匀，氮气鼓泡除氧。涂敷在基底上，在紫外光或热的条件下反应，制备离子液体凝胶薄膜。
[0009]本发明中所述的制备方法(I)中，疏水性聚合物单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、4-乙烯基吡啶、苯乙烯中的一种或多种。
[0010]本发明中所述的制备方法(2)中，疏水性聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
[0011]本发明中所述的制备方法(3)中，离子液体单体为1-乙烯基-3-丁基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑二腈胺盐中的一种或多种。
[0012]本发明中所述的制备方法(1)(2)(3)中，疏水性非聚合离子液体为1-乙级-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1- 丁基_2，3- 二甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、N- 丁基-N-甲基吡咯双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-腈丙级-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1-苄基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐中的一种或几种。
[0013]本发明中所述的制备方法(I) (2) (3)中，溶剂是丙酮、二氯甲烷、甲苯中的一种或几种。
[0014]本发明中的所述的制备方法(I) (3)中，单体引发剂是二苯甲酮、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或多种。
[0015]本发明中所述的制备方法(I) (3)中，交联剂是聚乙二醇二甲基丙烯酸酯。
[0016]本发明中所述的制备方法(I) (2) (3)中，基底是铝片、铜片、铁片、塑料、玻璃、二氧化硅、陶瓷。
[0017]本发明中的所述的制备方法(I) (2) (3)中，疏水性非聚合离子液体/溶剂的质量比例是 1000/1000-1000/0。
[0018]本发明所述的制备方法(2)中，疏水性聚合物/溶剂的质量比例是10/1000-100/1000。本发明中所述的制备方法(3)中，离子液体单体/疏水性非聚合离子液体的质量比例是100/1000-1000/0。
[0019]本发明中所述的制备方法(I) (3)中，引发剂/聚合物单体的质量比例是1/1000-20/1000。
[0020]本发明中所述的制备方法(I) (3)中，交联剂/聚合物单体的质量比例是1/1000-50/1000。
[0021]本发明中所述的制备方法(I)中，疏水性聚合物单体/疏水性非聚合离子液体的质量比例是 100/1000-1000/1000。
[0022]本发明中的所述的制备方法(I) (3)中，光引发波长为250 nm-420 nm。
[0023]本发明中的所述的制备方法(I) (3)中，加热温度是70-90 °C。
[0024]本发明提供的防结冰离子液体凝胶薄膜，克服了现有防结冰涂层生产成本高，长效性差、除冰效率低、机械强度差、不能大面积制备的缺陷。本发明得到的离子液体凝胶薄膜性质稳定，经过长达一年的放置或经过一小时的紫外光照对其防结冰性能无影响。离子液体的凝固点可低达_80°C，使得所制备离子液体凝胶薄膜在超低温下仍保持防结冰性能。本发明的方法操作简便、易于控制、所需设备简单、能够大规模生产。
[0025]
【附图说明】
[0026]图1是本发明的防结冰离子液体凝胶薄膜的制备示意图
【具体实施方式】
[0027]以下实施例仅是对本发明的技术方案作进一步的说明，而不是对本发明的技术方案进行限制。
[0028]实施例1
疏水性单体丙烯酸甲酯、疏水性非聚合离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、弓丨发剂偶氮二异丁腈、交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合搅拌均匀，氮气鼓泡30分钟除氧，均匀涂敷在铝片上，然后在80 ° C加热状态下反应形成防结冰的离子液体凝胶薄膜。
[0029]实施例2
疏水性单体甲基丙烯酸甲酯、疏水性非聚合离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、引发剂过氧化苯甲酰、交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合搅拌均匀，氮气鼓泡30分钟除氧，均匀涂敷在铁片上，然后在80 ° C加热状态下反应形成防结冰的离子液体凝胶薄膜。
[0030]实施例3
疏水性单体甲基丙烯酸丁酯、疏水性非聚合离子液体1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、引发剂过氧化苯甲酰、交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/1000/10/10混合搅拌均匀，氮气鼓泡30分钟除氧，均匀涂敷在铜片上，然后在80 ° C加热状态下反应形成防结冰的离子液体凝胶薄膜。
[0031]实施例4
疏水性单体4-乙烯基吡啶、疏水性非聚合离子液体1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、引发剂二苯甲酮、交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯以重量比1000/2000/10/20混合搅拌均匀，氮气鼓泡30分钟除氧，均匀涂敷在玻璃片上，然后在265nm紫外光照射下聚合交联得到防结冰的离子液体凝胶薄膜。
[0032]实施例5
疏水性单体苯乙烯、疏水性非聚合离子液体1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸