[发明专利]一种倍半硅氧烷超疏水涂层、其制备方法及其在防冰领域的应用

说明书

本发明提供了一种倍半硅氧烷超疏水涂层，所述倍半硅氧烷超疏水涂层表面分布有纳米级凸起和微米级空心球状结构；所述微米级空心球状结构表面有开口；所述倍半硅氧烷超疏水涂层包括倍半硅氧烷和高分子；所述倍半硅氧烷包括含甲基、异丁基或苯基的笼型/半笼型倍半硅氧烷；所述高分子包括聚二甲基硅氧烷和/或氰酸酯。本发明中倍半硅氧烷超疏水涂层不仅在防水方面具有良好的疏水效果，更是具有优异的防冰性能。实验数据表明，本发明中的倍半硅氧烷超疏水涂层接触角可达160°以上，滚动角小于2°；结冰温度为‑24℃，冰粘附力为86KPa。本发明还提供了一种倍半硅氧烷超疏水涂层的制备方法及倍半硅氧烷超疏水涂层在防冰领域的应用。

技术领域

本发明属于表面材料技术领域，尤其涉及一种倍半硅氧烷超疏水涂层、其制备方法及其在防冰领域的应用。

背景技术

具有超疏水特性的表面主要包含两个特点，一是低表面能，二是特殊构造的表面微结构。因此，在构造超疏水涂层时，表面需同时满足以上两点。表面微结构的构筑方法主要包含腐蚀金属法、模板法、光刻法、激光腐蚀、等离子刻蚀、纳米压印和自组装技术等。其中，金属腐蚀法是将金属在刻蚀剂中浸泡，使表面获得粗糙结构，再用低表面能物质对表面进行疏水化处理，而得到超疏水涂层(Qian BT,Shen ZQ.Fabrication ofsuperhydrophobic surfaces by dislocation-selective chemical etching onaluminum,copper,and zinc substrates.Langmuir.Sep 27 2005；21(20):9007-9009)。模板法需要先制备模板，再用模板构造表面的微结构(Yan Z,Liang X,Shen H,LiuY.Preparation and Basic Properties of Superhydrophobic Silicone Rubber withMicro-nano Hierarchical Structures Formed by Picosecond Laser-ablatedTemplate.Ieee Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation.Jun 2017；24(3):1743-1750；)。一般光刻法是利用适当的光源、模具、光刻胶等，利用光化学反应，在基片上刻出需要的微结构。激光腐蚀、离子刻蚀法主要在硅片表面进行，并需要制作掩膜，来获得需要的结构(Ngo C-V,Chun D-M.Laser Printing of Superhydrophobic Patternsfrom Mixtures of Hydrophobic Silica Nanoparticles and Toner Powder.ScientificReports.Nov 8 2016；6.)。纳米压印技术首先是用电子束光刻技术制备出纳米级的模板，然后将衬底(例如硅片、玻璃片等)上涂一层高分子胶，接着在一定的压力和温度下，把模板用机械力的方法压到胶层上，待降温后，胶层上就得到所需要的纳米结构表面(Sung YH,Kim YD,Choi H-J,Shin R,Kang S,Lee H.Fabrication of superhydrophobic surfaceswith nano-in-micro structures using UV-nanoimprint lithography and thermalshrinkage films.Applied Surface Science.Sep 15 2015；349:169-173.)。自组装技术构造表面，是一种利用微/纳米粒子自发形成有序结构的一种技术，但自组装技术需要控制温度、湿度等，并在表面多次组装得到表面独特的微结构(Lu X,Hu Y.Layer-by-layerDeposition of TiO2 Nanoparticles in the Wood Surface and its SuperhydrophobicPerformance.Bioresources.May 2016；11(2):4605-4620)。另外通过用单一尺寸粒子自组装得到的表面不含有均匀的微纳复合结构。