[发明专利]一种含有润滑层的MOF膜材料、其制备方法及其在防冰领域的应用

说明书

本发明提供了一种含有润滑层的MOF膜材料，包括MOF膜材料和复合在所述MOF膜材料表面的润滑层；所述MOF膜材料包括高分子材料基底，以及金属有机框架材料；所述金属有机框架材料通过马来酸酐接枝在所述高分子材料基底表面；所述金属有机框架材料中的金属离子为Zr⁴⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cu²⁺和Zn²⁺中的一种或几种；所述金属有机框架材料中的有机配体含有苯环，且苯环上包含功能基团和至少两个羧基，所述功能基团含有氮、氧和硫元素中的一种或几种；所述润滑层为硅油润滑层或含氟润滑油层。本发明还提供了一种含有润滑层的MOF膜材料的制备方法以及含有润滑层的MOF膜材料在防冰领域的应用。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种含有润滑层的MOF膜材料、其制备方法及其在防冰领域的应用。

背景技术

抑制和控制冰成核以及降低冰粘附在日常生活及工业生产中，都具有重要意义。近年来，通过模拟自然界生物的层级结构来制备微纳复合结构被视为一条制备防冰材料的有效途径[Shen,Y.；Tao,J.；Wang,G.；Zhu,C.；Chen,H.；Jin,M.；Xie,Y.Journal ofPhysical Chemistry C 2018,122,7312；Wang,L.；Gong,Q.；Zhan,S.；Jiang,L.；Zheng,Y.Advanced Materials 2016,28,7729；Wang,N.；Xiong,D.；Deng,Y.；Shi,Y.；Wang,K.ACSApplied MaterialsInterfaces 2015,7,6260；He,Y.；Jiang,C.；Cao,X.；Chen,J.；Tian,W.；Yuan,W.Applied Surface Science 2014,305,589.]。例如荷叶表面含有微/纳复合的乳突结构，使得表面呈超疏水性[Barthlott,W.；Neinhuis,C.Planta 1997,202,1；Feng,L.；Li,S.H.；Li,Y.S.；Li,H.J.；Zhang,L.J.；Zhai,J.；Song,Y.L.；Liu,B.Q.；Jiang,L.；Zhu,D.B.Advanced Materials 2002,14,1857.]。当液滴与表面接触时，在固体表面与液滴之间会存在一层空气层，这一空气层的存在有效降低了固体表面与液滴之间的实际接触面积和传热面积，从而有效降低了表面液滴的结冰温度[Tourkine,P.；Le Merrer,M.；Quere,D.Langmuir 2009,25,7214；Yang,Q.；Luo,Z.；Jiang,F.；Luo,Y.；Tan,S.；Lu,Z.；Zhang,Z.；Liu,W.ACS Applied MateralsInterfaces 2016,8,29169.]。

然而当材料处于高湿度的环境下，液滴在超疏水表面的微纳结构间大量冷凝，会取代空气层，导致冷凝水与表面实际接触面积大大增加，并且微纳结构的存在导致冷凝水成核能垒下降，结冰温度升高[Narhe,R.D.；Beysens,D.A.Langmuir 2007,23,6486；Varanasi,K.K.；Hsu,M.；Bhate,N.；Yang,W.；Deng,T.Appliled Physics Letters 2009,95,094101]。因此，仿荷叶结构的超疏水表面在高湿度下，往往体现出促进结冰而非抑制结冰的效果。另外，在超疏水表面液滴结冰后，由于表面微结构而造成表面与冰之间的机械固锁力增加，即表面与冰之间的粘附力增加[Meuler,A.J.；McKinley,G.H.；Cohen,R.E.ACSNano 2010,4,7048；Chen,J.；Liu,J.；He,M.；Li,K.；Cui,D.；Zhang,Q.；Zeng,X.；Zhang,Y.；Wang,J.；Song,Y.Applied Physics Letters 2012,101,111603]。

因此，亟需提供一种高性能的防冰材料，以弥补当前高效防冰材料中存在的高湿度下失效以及耐久性差的缺陷。

发明内容