一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法，以N

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于电热、光热超疏水柔性涂层材料制备
，具体涉及一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]固体表面冰的形成和积累将对交通运输、风力发电、房屋住宅及输电系统等造成极大破坏，由此给人们生产生活带来诸多不便甚至重大经济损失。固体表面防冰和除冰具有重要的意义，已成为亟待解决的科学技术问题。目前被采用的主要除冰方式有机械除冰、化学溶剂除冰以及电加热除冰等，这些除冰方法要么消耗大量能源、需要特殊除冰装备，要么对环境产生污染。为克服上述问题，人们从延缓和抑制冰核形成的路线出发，又研究了一些诸如防冰水凝胶表面、仿生防冰表面以及超疏水表面等。特别是光热超疏水防冰除冰表面已经得到了大量关注和研究。由于超疏水光热涂层具有优异的超疏水特性，能使液滴在结冰前就脱离物体表面，从而具有一定防结冰性能。此外，由于它能减少水滴液固接触面积以及降低它与物体间的热交换效率，从而它能有效减小冰层附着力、延迟结冰时间和降低冰核形成温度。同时，它还能将吸收的阳光转化为热能，进行加热融冰。于是，在防冰除冰方面，具有光热功能的超疏水涂层能明显减少人力成本、能源消耗以及有害防冰除冰化学物质的使用。由于超疏水光热涂层具有主动除冰和被动除冰两种功能，没有额外能量消耗，使用便利，使用超疏水光热涂层已成为一种新型除冰防冰方式。然而，在长时间低温条件下，光热超疏水涂层表面仍然会结冰。当对其实施力学除冰时，其表面微粗糙结构可能会被破坏，从而丧失超疏水特性。因此，提高光热超疏水涂层耐摩擦以及粘附力等力学特性对其持久性非常重要，力学性能差已成为限制光热超疏水涂层广泛应用的瓶颈。
[0003]为提高光热超疏水涂层耐摩擦以及粘附力等力学特性，人们通常采用的方式是通过光热功能材料和聚合物材料进行复合以及对复合材料进行低表面能修饰的方式提高其超疏水特性和力学特性。然而，当复合材料中光热功能材料较多时涂层力学性能将变差，或者增加聚合物材料含量涂层力学性能得到提高时其光热性能和超疏水性能将变差，很难同时提高其疏水特性、力学特性和光热特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层及其制备方法。这种柔性可粘贴超疏水防冰除冰涂层不仅可以避免涂层超疏水特性、力学特性和光热特性难以兼具的难题，而且还具有优异的光热转换性能和电加热性能，可以在超疏水功能的基础上同时进行电热和光热除冰和防冰。本专利技术的关键技术是在制备功能涂层前首先对基片实施PVDF涂层制备，通过优化PVDF溶液浓度和烘干条件使基片表面先附着一层可剥离且具有延展性好、柔韧性强且能任意卷曲的PVDF涂层，然后再在PVDF涂层表面刮涂电热/光热超疏水功能涂层。由于该功能涂层含有PVDF和其他聚合物成份，能与PVDF涂层间形成较强的粘附力，因此该功能涂层可随PVDF涂层一起从基片表面剥离。剥离后的涂层可通过任意胶黏剂粘贴在
任意固体物体表面使其具有较好的粘附性能，而且能表现出优异的电热、光热及超疏水性能。同时，PVDF涂层还能阻挡胶黏剂向电热/光热超疏水功能层渗透，由此避免功能层超疏水性及电热/光热性能的衰减。本专利技术所制备的这种电热、光热超疏水柔性涂层材料在防冰除冰方面具有较好的应用前景。
[0005]本专利技术针对防冰除冰领域提供的一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层及其制备方法。该涂层可通过胶黏剂粘贴在任意固体物体表面且能表现出优异的电热、光热及超疏水性能。由于功能层底部附着了一层PVDF涂层，它可以阻止胶黏剂对电热/光热超疏水功能层的渗透，在粘贴时无需考虑胶黏剂用量对功能层超疏水性能的影响，也不用对胶黏剂进行低表面能修饰，亲水性和疏水性的胶黏剂都可使用，使用方便，应用较广。该方法主要包括下述步骤：（1）在室温下将PVDF加入DMF中，之后将其搅拌30~60分钟，使其完全溶解，制取质量浓度为0.059~0.12g/ml的PVDF的DMF的均质溶液。
[0006]（2）按照0.1~0.6：0.1~0.2：0.1~0.3：0.1~0.3：0.01~0.06的质量比，在室温下将PDMS、多壁碳纳米管、石墨粉、氮化钛纳米颗粒、PDMS固化剂（实现固化效果即可）加入乙酸乙酯溶剂中，磁性搅拌60~120分钟，直至均匀，最终得到一种质量浓度为0.05~0.12g/ml的均质混合浆料。其中多壁碳纳米管的尺寸为外径8~90nm，内径3~80nm，长度10~50μm、石墨粉粒径尺寸为800～2000目、氮化钛纳米颗粒粒径尺寸为20nm~100nm；（3）在室温下，将步骤（1）中PVDF的DMF均质溶液与步骤（2）所得到的浆料以1：4~1：2的质量比混合并搅拌，搅拌时间60~120分钟，得到一种均质混合浆料；（4）将步骤（1）中PVDF以0.05g/cm2~0.2 g/cm2喷涂或刮涂在基片（基片可以是铝片、钢片、不锈钢片、铝合金片或玻璃片等）表面，然后放入马弗炉进行烘干处理，烘干温度为60～80℃，烘干时间为5～10分钟；（5）将步骤（3）得到的均质混合浆料刮涂在步骤（4）中所得到的烘干处理后的基片表面，并进行烘烤干燥。烘干温度为60～100℃，烘干时间为60～120分钟；（6）将步骤（5）中烘烤干燥后的涂层进行自然冷却，之后涂层便能从基片表面剥离，一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层便制备完成。
[0007]以上各种物质的质量单位一致。
[0008]本专利技术利用多壁碳纳米管、石墨粉、氮化钛等微
‑
纳米粒子构造粗糙结构。多壁碳纳米管、石墨粉和氮化钛混合物具有较高的导电性和导热性。多壁碳纳米管、石墨粉和氮化钛作为功能材料既满足超疏水涂层要求的微米
‑
纳米级粗糙结构，又能组成导电网络，实现电热性能。本申请中，多壁碳纳米管的规格为外径8~90nm，内径3~80nm，长度10~50μm，多壁碳纳米管在构建导电网络的同时，因其直径在100nm以内，且长度达到微米级，可以构建纳米粗糙结构，而20~100nm的氮化钛的加入，可以在长棒状的多壁碳纳米管周围镶嵌结合构造纳米粗糙结构，同时在多壁碳纳米管构建的导电网络中起到结合多壁碳纳米管的作用，其次氮化钛因达到纳米级后具有与贵金属类似的LSPR效应，能够产生具有高光热转换效率的等离子体特性，能够有效提高涂层的光热性能，而800～2000目的石墨粉粒径在6.5～15μm之间，石墨粉在构建微米级粗糙结构的同时，因其具有优异的导电性能，可以有效提高涂层的导电性。在制备疏电热/光热超疏水涂层前，在基片表面刮涂在一层PVDF涂层，优化PVDF浓度及烘干条件至关重要。少量PVDF不能满足疏水涂层基本的延展性和柔韧性要求，
而加入过量的PVDF又会导致PVDF硬度过大。此外，烘干温度和时间也同样重要，时间过短过长或温度过高过低都不能使PVDF涂层具有较好的延展性、柔韧性以及剥离性能。
附图说明
[0009]图1为实施例1所制备的一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的水滴接触角测试图。
[0010]图2为实施例1所制备的一种柔性可粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（1）以N
‑
N二甲基甲酰胺为溶剂，加入聚偏氟乙烯并在室温下搅拌至溶解，获得PVDF均质溶液；（2）在室温下以乙酸乙酯为溶剂，加入聚二甲基硅氧烷搅拌溶解，然后依次加入多壁碳纳米管、石墨粉、氮化钛纳米颗粒、PDMS固化剂，并搅拌至混合均匀，之后在混合浆料中加入PDMS固化剂并搅拌均匀，得到一种均质混合浆料；（3）在室温下，将步骤（1）得到的部分PVDF均质溶液与步骤（2）得到的浆料混合搅拌，得到一种均质混合浆料；（4）将步骤（1）得到的部分PVDF均质溶液喷涂或刮涂在基片表面，然后放入马弗炉进行烘干处理；（5）将步骤（3）得到的均质混合浆料刮涂在步骤（4）中所得到的烘干处理后的基片表面，并进行烘烤干燥；（6）将步骤（5）中烘烤干燥后的涂层进行自然冷却，剥离，得到柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层。2.根据权利要求1所述的柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中PVDF的DMF质量浓度为0.05~0.2g/ml，搅拌时间为30~60分钟。3.根据权利要求1所述的柔性可粘贴电热/光热超疏水涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中聚二甲基硅氧烷、多壁碳纳米管、石墨粉、氮化钛纳米颗粒、PDMS固化剂的质量比为0.1~0.6：0.1
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜礼华，孙嘉进，龚梦天，林一凡，肖婷，向鹏，杨雄波，陈卫丰，谭新玉，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：