[发明专利]一种有机氟硅氧烷纳米防冻粘涂料及其制备工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种含氟硅氧烷的溶液和/或端羟基含氟聚硅氧烷与聚乙烯醇缩醛的缩聚物，是一种金属表面防结冰涂料，属于高分子材料领域。

背景技术：

冻粘是北方地区的一种自然现象，是在低温及水分的共同作用下产生的作为一种特殊环境下的粘附现象，是水冻结过程中对物体表面产生的粘附作用。冻粘问题与人们的日常生活和工农业生产密切相关，同时冻粘层的存在也给人类的生产和生活带来诸多不便，例如：消耗资源、加速部件损耗、降低生产与工作的效率和可靠性，严重时引发重大事故，根据各种部件实际使用工况条件和工作性质要求，现有的冻粘防范技术主要有：(1)人工或机械清理法：利用各种工具或机械对冻粘层表面进行敲击，方法历史悠久，可行性高，设备投入少，操作方便，缺点是被动性强，效率低，工作强度大且受部件结构形状或地形限制，而且工作部件易受损，只能作为一种应急方法，既不安全，又不十分有效。还存在着清理不彻底的问题，只能解决短暂的冻粘。(2)化学试剂法：用化学试剂降低水的冰点、延缓冻粘层的形成过程，降低冻粘强度，具有见效快，效果好，缺点是有腐蚀作用，对周围环境的污染严重，且每次消耗资源较多。如市区冬季路面撒盐用以清理路面积雪结冰，虽然是至今为止最有效的方法，但对路面的腐蚀作用很强，大大加速了路面损坏的过程。(3)加热法：如汽车前、后风挡玻璃表面的霜、雾和冰雪主要采用电热风和电加热玻璃去除冻粘层。加热法需要消耗一定能源，在使用上受到一定的限制，仅限于局部的防冻粘。

防冻粘材料和技术一直是国际上的研究重点和急需解决的重大难题，冻粘方面的技术大致可以分为主动抗冻粘和被动防冻粘2个方面，即抗冻粘和防冻粘技术。抗冻粘技术主要是依赖人工外加的热、力、物理或化学的作用去除冻粘层。而防冻粘技术是在部件表面构建一种低能表面，这种低能表面能够有效减少表面对液态水、水气及水分子的粘附或吸附，以致降低表面与水、冰和雪的结合强度或延缓结冰时间，能够利用自身或自然离心力、应力、振动和风力的作用去除冻粘层。现有公开或正在使用的防冻粘技术存在成本高，作业困难，防冻粘的同时也会损害产品的其他功能等缺点，都缺乏耐久性、持续性、有效性和可靠性等。随着众多工程领域对防冻粘材料和技术的迫切需求，如何通过制备工艺的优化和简化以及制备方法的创新降低防冻粘材料和技术的制备成本，技术具有实用化和可靠，实现金属部件表面防冻粘功能是具有挑战性和实用性的课题。

含氟长链硅氧烷或含氟聚硅氧烷由于氟元素的存在，使其具有很低的表面能，由于金属材料表面是高能表面，要从空气中吸收水汽来降低其表面能，当温度降低到水的冰点以下时，冰霜就会在金属表面产生。所以在金属材料表面构建低能表面，减少液态水、水气及水分子的粘附或吸附，降低金属材料表面与水、冰和雪的结合强度、结冰量或延缓结冰时间，能有效解决金属材料的表面冻粘问题。

近几年，运用具有低能表面的涂层来解决冻粘问题受到了许多国外研究人员的关注，他们已经开始研究低能表面对结冰及防冰方面的影响，见(1)Nature Materials，2007，6：597-601，研究了超疏水表面水分子的聚集到形成冰晶的过程，并且提出水分子与金属基底成键与水分子之间氢键的形成存在一个竞争的过程；(2)Langmuir，2009，25(21)：12444一12448，研究了由纳米粒子和聚合物组合的复合材料超疏水涂层确实具有防结冰的效果，但是这种防结冰效果不仅与材料的超疏水表面有关系，而且还与处于表面的粒子尺寸大小有关系。利用低能表面来解决冻粘方面的专利很多，如中国专利，见公开号：CN101225272A，利用亲水材料和超疏水材料制成溶液，然后利用相分离法制备了防冰霜涂层；CN101307208A，利用有机硅烷和/或含氟硅树脂制备了高疏水性防结冰防结霜涂料，该涂料可以使初始冰霜的出现形成延长3小时以上，结霜量减少40％，且所结霜层疏松，可以在机械振动下除去；CN 101358106，实际上是属于RTV(室温硫化硅橡胶)的体系范畴内合成的防覆冰涂料，并且对导线的三个覆冰阶段(覆冰早期、覆冰中后期、覆冰完成)，进行阐述，此外该涂料还具有防污闪、自清洁等功能。虽然上述专利方法在防冻粘方面具有比较好的效果，但是其在具体使用中也存在以下多种缺点。(1)在一定程度上加速电能的损耗；(2)涂层在固化过程中，需要苛刻的固化条件如温度、压力等，这与实际的施工条件不符；(3)涂料自身的稳定性能比较差，如放置时间长可发生互交联，使涂料失去防冻粘的作用。(4)涂层在固化后，与基底的粘附力差，涂层寿命短；(5)施工条件比较苛刻。