[发明专利]一种防覆冰自修复涂层的制备方法

说明书

本发明涉及纳米多孔涂层的制备方法，将微米级碳酸钙粒子，纳米级二氧化硅粒子，聚二甲基硅氧烷，乙酸乙酯混合后搅拌，得到乳液待用；将基体浸入乳液中，浸泡10‑20min后取出干燥，将带有涂层的基体放在120‑150℃条件下烘50‑80min；将烘干之后的样品放入稀盐酸中浸泡5‑10min后用去离子冲洗，120‑160℃条件下干燥0.5‑1.5h，得到防覆冰自修复涂层。主要采用物理混合和化学腐蚀的方法来制备具有类荷叶结构的双粗糙复合涂层，这种涂层在低温条件下具有良好的超疏水性从而具备防覆冰能力。本发明制备出的超疏水涂层不仅具备良好的超疏水、防覆冰性能，并且拥有自修复性能和耐酸碱性能。这种涂层的制备方法成本低、操作方便、应用基体广泛。

技术领域

一种防覆冰自修复涂层，属于材料及环境领域，主要是针对寒冷多雨地区易被灰尘污染且易结冰的风机叶片及其他的户外设备，通过在设备表面增加一层超疏水涂层能够有效提升材料在低温条件下的疏水、抗污能力，从而实现材料的防覆冰性能。

背景技术

如今风能成为重要的可再生能源之一，然而风力发电机在南方或高海拔地区的冬季运行时常面临着严重的结冰现象。其中一个主要问题是涡轮叶片上积冰，这会使叶片表面的空气动力学几何形状发生显著变化，这样风力涡轮机的效率将会大大降低，严重时还会损坏风机。风机叶片目前存在的除冰方法包括机械除冰、加热除冰和手动除冰。这些除冰方法不仅费时、费力，而且存在一定的安全隐患。因此，主动除冰的方式越来越受到人们的重视，新型的防覆冰涂层受到研究者们的青睐。针对风机叶片结冰的现象，新型的防覆冰涂层可以从三个方面入手：第一，减少表面粘附的水滴、雪松；第二，延长基体表面结冰过程；第三，降低冰层和基体之间的粘附力。但是风机叶片是由树脂和玻璃纤维形成的复合材料，这种材料表面的润湿性极差不易成膜，并且这种材料的物理化学性质极其稳定，基底的处理更困难，所以要想在风机叶片上用廉价的方法制备出防覆冰涂层还是存在困难。

发明内容

针对上述所面临的困难，本发明提供一种能够在风机叶片上形成均匀涂层的涂料。这种涂料所形成的涂层具有微纳多孔结构，涂层中的微小气孔会形成一层空气层，这层空气层可以减少水滴与涂层的接触面积，促使水滴从表面滚落，并且在结冰过程中它还可以降低水滴、雪松与涂层之间的热量传递，以此延长结冰时间。即使最后结冰了，空气层的存在可以减少冰块与涂层之间的接触面积从而降低冰与涂层之间的粘附力。另外，涂层在低温条件下的超疏水性能可以将涂层表面的污垢、灰尘清洗干净，从而消除了冰核形成的凝聚点。此外，该涂料形成的涂层具备一定的自修复和耐酸碱性能，样品表面的疏水性丧失后，在120-160℃条件下干燥1-2h又可恢复其超疏水性能。本发明的防覆冰自修复涂层是由纳米级二氧化硅粒子和微米级碳酸钙粒子通过造孔之后形成的多孔材料，该涂层静态水接触角最高可达157°（测试水滴10ul)，滚动角小于5°，具备自清洁效应，样品在-10℃条件下，能够有效的延长结冰时间。另外，涂层用纸巾、手指、橡胶摩擦之后，经过干燥处理又可以恢复其超疏水性能。

该防覆冰自修复涂层是由纳米级二氧化硅粒子和微米级碳酸钙粒子混合之后涂覆在基底上，干燥过后浸入稀盐酸中刻蚀掉表面的碳酸钙粒子从而形成纳米级的多孔材料。

一种防覆冰自修复涂层及其制备方法，主要是制备二氧化硅和碳酸钙混合悬浮液，随后经过盐酸的浸泡刻蚀掉涂层表面的碳酸钙粒子形成多孔涂层，最后经过高温干燥得到目的涂层，具体包括以下步骤：

（1）混合乳液的制备：将微米级碳酸钙粒子，纳米级二氧化硅粒子，聚二甲基硅氧烷，乙酸乙酯按质量比为2-4:1-2:1-3:4-16在容器中混合后磁力搅拌30-40min待用；

（2）基底的清洗：将复合塑料、玻璃依次经洗衣粉清洗、超声清洗、普通水清洗、超声清洗、丙酮清洗、去离子水清洗后烘干待用；