一种疏冰粉末涂层及其制备方法技术

一种疏冰粉末涂层及其制备方法，属于涂层制备技术领域。所述疏冰粉末涂层包括树脂粉、疏冰粉、流平剂粉和其他助剂，所述树脂粉和疏冰粉的质量比为(100‑260):1，流平剂粉占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~3%，其他助剂包括消泡剂和增塑剂，消泡剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.1~0.5%，增塑剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~2%。本发明专利技术所述涂料可以直接静电喷涂，制备方法简单高效，制备过程环境无害，获得的涂层兼具疏水性和很低的冰层粘附力。

An Ice-Freezing Powder Coating and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种疏冰粉末涂层及其制备方法
本专利技术属于涂层制备
，具体涉及一种疏冰粉末涂层及其制备方法。
技术介绍
目前来说，除少数情况下，结冰现象给人们带来的更多的是各类危害。比如汽车在冬天低温湿冷环境下行驶时，车窗玻璃易结霜结冰，给驾驶员带来视觉上的不便，极大地增大了兼通事故发生的隐患；大型风场的风力发电机的叶片结冰，会导致风力机叶片的翼型发生变化，显著影响风力机的空气动力性能，使其出现故障甚至事故而不能正常工作；架于空中的电线电缆一旦结冰，短时间内其重量会迅速增加，造成线路和支撑基站的过度负载，严重时可能导致电线电缆断裂、基站垮塌等。此外，雷达天线、热交换器、低温制冷设备以及高寒地区工作设备等也普遍存在结冰问题，严重影响了相关设备的安全、稳定和运行效率，造成了巨大的人员和经济损失。另一方面，对于安全系数要求更高的的飞行器来说，其在负温云层中飞行时，未防护表面极易发生覆冰现象，是发生飞行事故的重要原因之一。现有的抗结冰涂层主要是制备低表面能涂层，包括平滑疏水涂层、超疏水涂层、油脂润滑涂层。平滑的疏水涂层主要是采用低表面能的树脂为基体，如聚四氟乙烯、氟碳树脂等，添加纳米微粒进行制备涂层，但是这类涂层冰层粘附力基本都在50KPa以上，实际使用过程中效果并不好。超疏水涂层经过了近些年的研究，也有了长足的进步，虽然其延迟结冰效果较好，但是由于其表面具有很大的粗糙度，冰层容易在其表面钉扎，从而冰层粘附力变得很大。添加油脂类物质的涂层虽然冰层粘附力极低，但是由于其核心成分-油极容易挥发，所以其具有耐久性差的缺点。公开号为CN107652795A公布了一种超疏水粉末涂料及其制备方法和应用，公开了疏水粉和树脂粉的质量比为1:1～4的可用于静电喷塑的粉末涂料。该方案制备出来的涂层虽然疏水性较好，但其表面太过粗糙，冰层在其表面的钉扎作用较强，冰层粘附力大，不适用于抗结冰应用。
技术实现思路
解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种疏冰粉末涂层及其制备方法，具备操作容易、成本低、简单有效等优点，制得的涂层兼具疏水性和低冰层粘附力。技术方案：一种疏冰粉末涂层，所述疏冰粉末涂层包括树脂粉、疏冰粉、流平剂粉和其他助剂，所述树脂粉和疏冰粉的质量比为(100-260):1，流平剂粉占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5～3％，其他助剂包括消泡剂和增塑剂，消泡剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.1～0.5％，增塑剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5～2％。作为优选，所述疏冰粉为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、疏水改性二氧化硅、疏水改性二氧化钛和疏水改性硅藻土中的至少一种，疏冰粉的粒径为1～50μm。作为优选，所述疏水改性二氧化硅的制备方法如下：以无水乙醇为溶剂，硅溶胶作为硅源，通过添加十七氟癸基三乙氧基硅烷和正硅酸四乙酯改性，搅拌20～30h后，在6000～12000r/min速度下离心后，在50～100℃下干燥，研磨成粉即可，粉末粒径10～50μm。作为优选，无水乙醇、硅溶胶、十七氟癸基三乙氧基硅烷和正硅酸四乙酯的比例为80mL：(0.5-2)g：(0.2-0.6)mL:(0.3-1)mL。作为优选，所述疏水改性二氧化钛/疏水改性硅藻土的制备方法如下：将粒径小于100μm的二氧化钛/硅藻土粉末加入到无水乙醇中，再加入去离子水，40～50℃下充分搅拌后添加十七氟癸基三乙氧基硅烷，经机械搅拌20～30h后，将获得的溶液烘干后即可。作为优选，所述二氧化钛/硅藻土粉末、无水乙醇、去离子水和十七氟癸基三乙氧基硅烷的比例为(1-3)g:80mL:(0.5-2)mL:(0.5-2)mL。作为优选，所述树脂粉为用于静电喷塑的环氧类粉末，树脂粉粒径为200nm～2μm。作为优选，所述流平剂为氟改性聚乙烯粉末，所述消泡剂为二苯乙醇酮，增塑剂为聚丙烯酸醇醚脂。上述疏冰粉末涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤一.混粉：按配比将树脂粉、疏冰粉、流平剂粉和助剂混合，在高速混合机中混合5-10min；步骤二.球磨：将步骤一得到的混合粉末加入到球磨机中混合2-5h，其中球料比为(2-6):1，球磨机转速为100～300rpm；步骤三.筛分：将球磨得到的粉料过筛，筛分粒度不大于300目，获得疏冰粉末涂料；步骤四.静电喷粉：将步骤三得到的疏冰粉末涂料通过静电喷涂方式涂覆于基底表面，获得喷粉件，喷粉时输入电压为220V，喷枪静电输出电压为10～100KV，供粉气压0.3～0.8MPa，喷涂距离为100～300mm；步骤五.固化：将喷粉件放入烘箱，200～250℃条件下固化5～20min，取出冷却后即可获得疏冰粉末涂层。利用静电喷塑成膜的涂膜厚度为30～120μm，粗糙度0.45～5.85μm，硬度为HB～2H，附着力达到一级。作为优选，所述步骤四中基底为具有导电性能的马口铁片、铝合金片或导电玻片。有益效果：(1)本专利技术所述方法简单高效，制备过程环境无害，获得的涂层兼具疏水性和很低的冰层粘附力，其中冰层粘附力低至27.2KPa。(2)树脂粉、疏冰粉和流平剂粉采用球磨方式混合，球磨过程中磨球间的碰撞力能够将疏冰粉变得更细小，从而使得疏冰粉在树脂中的分散更为均匀，粉末在加热固化时由也会相对平整，避免材料表面出现较大的微米结构，形成了由疏冰粉均匀分散的低表面能纳米结构，减弱了冰层的钉扎作用，从而降低冰层粘附力。(3)含氟低熔点流平剂的加入可以使涂层在熔化过程中迅速流平，从而降低了材料表面的粗糙度，同时由于氟元素的引入，表面能也有所降低，在二者同时作用下降低了冰粘附力，使冰在其表面难以附着。消泡剂的添加可以抑制树脂粉在熔融过程中产生气泡，从而使得涂层在基底材料上均匀的完全覆盖。增塑剂的添加主要是起到降低了聚合物分子链的结晶性，从而增加聚合物的塑性和流动性，更加有利于粉末涂层的平整性的提高。(4)疏冰改性粉末的加入使得涂层的疏水性逐渐增强，疏水涂层的粗糙结构使液滴与基底之间截留了空气，表面的水滴在结冰的过程中形成的冰晶逐渐向上生长，与涂层之间形成明显的空隙，从而减小了液滴与涂层的接触面积，降低了冰层剪切力。这种较好的疏水性又可以使得腐蚀液与基体隔离，腐蚀液很难与基体发生接触，有效保护了基底材料，从而使涂层的耐腐蚀性能得到了提高。(5)基于此方法所制备的涂层采用了静电喷粉的方式，避免了有机溶剂带来的各种不安全因素，同时也防止了有机溶剂给环境带来的污染；同时在施工时，不需要随季节变化调节粘度，简化了施工操作。制备的涂层厚度30～120μm，粗糙度0.45～5.85μm，硬度为HB～2H，附着力达到一级，疏水角大于110°，冰层剪切力低于30KPa，腐蚀电位达到-0.181V。附图说明图1为实施例5中试样涂层表面扫描图片；图2为实施例3中试样涂层表面扫描图片及其各个元素的分布图，图中左侧为试样表面扫描图片，右侧分别为C、O、Si、和F元素的分布图；图3为实施例3和5中试样涂层表面5μL水滴的形态图；图4为实施例3和5中试样涂层表面宏观形貌图；图5实施例5中水滴在试样涂层上的延迟结冰过程图，五幅图中从左到右依次对应水滴在试样涂层上在0s、1250s、1330s、1370s、1381s时结冰示意图；图6为实施例1-6中试样涂层的Tafel极化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疏冰粉末涂层，其特征在于，所述疏冰粉末涂层包括树脂粉、疏冰粉、流平剂粉和其他助剂，所述树脂粉和疏冰粉的质量比为(100‑260):1，流平剂粉占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~3%，其他助剂包括消泡剂和增塑剂，消泡剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.1~0.5%，增塑剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~2%。

【技术特征摘要】
1.一种疏冰粉末涂层，其特征在于，所述疏冰粉末涂层包括树脂粉、疏冰粉、流平剂粉和其他助剂，所述树脂粉和疏冰粉的质量比为(100-260):1，流平剂粉占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~3%，其他助剂包括消泡剂和增塑剂，消泡剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.1~0.5%，增塑剂占树脂粉和疏冰粉的质量分数为0.5~2%。2.根据权利要求1所述的一种疏冰粉末涂层，其特征在于，所述疏冰粉为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、疏水改性二氧化硅、疏水改性二氧化钛和疏水改性硅藻土中的至少一种，疏冰粉的粒径为1~50μm。3.根据权利要求2所述的一种疏冰粉末涂层，其特征在于，所述疏水改性二氧化硅的制备方法如下：以无水乙醇为溶剂，硅溶胶作为硅源，通过添加十七氟癸基三乙氧基硅烷和正硅酸四乙酯改性，搅拌20~30h后，在6000~12000r/min速度下离心后，在50~100℃下干燥，研磨成粉即可，粉末粒径10~50μm。4.根据权利要求3所述的一种疏冰粉末涂层，其特征在于，无水乙醇、硅溶胶、十七氟癸基三乙氧基硅烷和正硅酸四乙酯的比例为80mL：(0.5-2)g：(0.2-0.6)mL:(0.3-1)mL。5.根据权利要求2所述的一种疏冰粉末涂层，其特征在于，所述疏水改性二氧化钛/疏水改性硅藻土的制备方法如下：将粒径小于100μm的二氧化钛/硅藻土粉末加入到无水乙醇中，再加入去离子水，40~50℃下充分搅拌后添加十七氟癸基三乙氧基硅烷，经机械搅拌20~30h后，将获得的溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友法，肖振，余新泉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32