[发明专利]一种氟硅丙烯酸树脂纳米复合防覆冰涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学化工中表面涂料技术领域，涉及一种防覆冰涂层，更具体地说，涉及一种氟硅丙烯酸复合树脂及其制备方法。

背景技术

覆冰是由非常复杂的天气过程和微物理过程相结合而形成，按照形成条件以及危害程度分类有雨凇覆冰、混合淞覆冰、冰雾淞覆冰、白霜、积雪等基本类型。混合淞是一个复合覆冰过程，首先是雨凇，然后是雾凇，是一种交替冰的形式，生长速度较快，危害特别严重。

面对飞机、导线等覆冰造成的危害，防覆冰技术的研究开始起于上世纪50年代，总体上分为主动除冰技术和被动防冰技术。主动除冰技术主要利用物理方法，通过加热单元、机械除冰以及喷洒乙二醇、盐水等抑冰剂类物质，属于结冰后的处理，在不可控条件下无法发挥作用。被动防冰技术主要是通过构建具有缓释抑冰剂、具有相变以及低表面能的功能涂层，降低冰的表面附着力、表面结冰几率以及内部应力作用破坏冰的微观结构等，最后通过外力如重力、风力等使冰自然脱落的技术。被动防冰技术成本较低，持续时间长，使用范围广泛。

利用憎水性和憎冰性涂料达到防覆冰目的是被动方法之一，在材料表面覆涂具有憎水性能的涂料，能够有效降低冰与积覆物体表面的附着力，可以比较有效地防止冰的形成，可再诸如风的外力作用下即能滑落，减少出现冰害事故。目前的被动防冰技术集中于能够缓释抑冰剂，达到降低冰点进而减低结冰几率的溶胶—凝胶(sol-gel)涂层(Ayres J，Simendinger WH，Balik CM.“Characterization of titanium alkoxide sol-gel systems designed for anti-icing coatings：II.Mass loss kinetics”，Journal of Coatings Technology，2007，4(4)，473-481)；具有低表面能或能够通过相变破坏冰界面微结构的有机硅相变涂层(Bhamidipati MV，Randolph MA.“Methods and compositions for inhibiting surface icing”.US 7514017B2；Byrd NR，Park V，Soden DG，et al.“Tough and stongly-adherent anti-icing coatings”.US 7910683B2)；利用含氟树脂与纳米粒子复合，通过减少水的附着以及利用结冰过程冰与界面纳米材料形成的应力集中破坏冰结构的超疏水涂层(Farhadi S，Farzanehl M，Kulinich SA.“Anti-icing performance of superhydrophobic surfaces”，Applied Surface Science，2011，257，6264-6269)。

发明内容

本发明的目的在于制备一种超疏水防覆冰涂料，同时克服一般制备超疏水涂层方法中技术复杂、成本高昂、不宜大面积使用等缺点，所研制的涂料使用常规的喷涂方法即能够达到超疏水防覆冰的效果。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现，即通过制备一种含氟丙烯酸树脂及其与有机硅树脂和纳米粒子的复合来实现。

首先制备含氟丙烯酸树脂，根据自由基聚合原理，通过溶液聚合法制备具有含氟丙烯酸树脂，所用单体包括含氟丙烯酸酯单体、活性交联单体以及构建软链段和硬链段的骨架单体。首先将溶剂升温至60～80℃，通入氮气0.5～2h后，将含氟丙烯酸酯单体、活性交联单体以及构建软链段和硬链段的骨架单体、占引发剂总量60～80wt％的引发剂进行混合，然后向溶剂中均匀滴加前述混合液，滴加时间为2～3h。滴加混合液完毕后保温继续反应1～2h。0.5～2h内再补加剩余的占引发剂总量20～40wt％的引发剂，继续反应2～3h。冷却至室温后，使用正己烷提纯得到含氟丙烯酸树脂。所述含氟聚合物具有涂膜表面能低于20mN/m，常温水接触角大于105°的性能。

其中所述骨架单体为丙烯酸酯骨架单体或甲基丙烯酸酯骨架单体，所述丙烯酸酯骨架单体是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或者丙烯酸丁酯，所述甲基丙烯酸酯骨架单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯或甲基丙烯酸辛酯。

所述活性交联单体为丙烯酸酯交联单体或甲基丙烯酯交联单体，所述丙烯酸酯交联单体是丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸、丙烯酸β-羟乙酯或者丙烯酸β-羟丙酯；所述甲基丙烯酸酯交联单体是甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸β-羟乙酯或者甲基丙烯酸β-羟丙酯。