一种可光热转换的超疏水防冰膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种可光热转换的超疏水防冰膜及其制备方法和应用，属于防冰膜制备技术领域。可光热转换的超疏水防冰膜制备步骤如下：以极性溶液A为溶剂，碱性化合物为催化剂，以氨基化碳纳米管为原料，2

【技术实现步骤摘要】
一种可光热转换的超疏水防冰膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及防冰膜制备
，更具体的涉及一种可光热转换的超疏水防冰膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]结冰现象会大大阻碍高速公路、飞机、船舶、电力线和电信设备等的正常运行。目前，除冰方法主要包括物理和化学除冰法，但二者均会带来大量的能量和资源消耗。在过去几年中，受生物材料表面超润湿性的启发，超疏水表面的防冰性能得到越来越多的科学家们的关注。由于超疏水表面上接触角值越大，表面上的液滴与固体表面的接触面积便越小。因此在超疏水表面上的液滴与基底表面的传热效果相较于普通表面更差，结冰时间得到延缓，实现优异的防冰效果。
[0003]然而，超疏水材料作为防冰材料也有一些缺点。在低温高湿环境中，大量冷凝水会破坏超疏水表面的疏水性。表面上的冷凝水冻结后，冰往往与超疏水表面形成机械联锁结构，超疏水表面被钉在冰的表面上，以提高冰在表面上的粘附强度。因此，在除冰过程中，超疏水表面的结构被破坏，从而影响长期耐久性。
[0004]另外，表面引发疏水单体聚合接枝疏水聚合物方法是一种常用的制备超疏水材料的方法。但现有表面引发聚合技术在制备超疏水材料时存在以下缺点：1、利用传统的表面引发
‑
原子转移自由基聚合方法接枝疏水聚合物法所制备的超疏水膜机械性能较差，不利于长期使用，这可能是由于聚合物PFMA较差的机械强度导致的。2、在表面引发
‑
原子转移自由基聚合工艺过程中，需要大量的溶剂和铜盐，容易造成资源的浪费和环境的污染，而且聚合过程必须在无氧条件下进行，反应条件较为苛刻。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种可光热转换的超疏水防冰膜及其制备方法和应用，提高了超疏水防冰膜的耐久性。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供一种可光热转换的超疏水防冰膜的制备方法，按照以下步骤制备得到：
[0007]步骤1、溴化碳纳米管的制备
[0008]以极性溶液A为溶剂，碱性化合物为催化剂，以氨基化碳纳米管为原料，2
‑
溴异丁酰溴作为溴化剂，在冰水浴中发生酰化反应，得到溴化碳纳米管，备用；
[0009]步骤2、表面引发
‑
Cu(0)催化可控自由基聚合法制备超疏水防冰膜
[0010]将聚二甲基硅氧烷预聚物均匀涂覆在石英板上，50
‑
80℃加热15
‑
60min后，在其表面均匀涂覆溴化碳纳米管，固化处理后脱模得到表面粘附溴化碳纳米管的聚二甲基硅氧烷膜；
[0011]将聚二甲基硅氧烷膜平放在玻璃板上，以极性溶液B为溶剂、含氮化合物为配体、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯类化合物为单体，以铜板为催化剂，在聚二甲基硅氧烷膜表面
引发单体聚合，制备得到超疏水防冰膜。
[0012]优选的，步骤1中，酰化反应的反应时间为12
‑
24h，其中氨基化碳纳米管、极性溶液A、碱性化合物、2
‑
溴异丁酰溴的比例为0.05
‑
0.2g：30
‑
50ml：1
‑
5ml：4
‑
8ml；
[0013]极性溶剂A为N,N
‑
二甲基甲酰胺，N,N
‑
二甲基乙酰胺，甲苯，二甲苯，二氯乙烷，二氧六环中的一种；碱性化合物为三乙胺，二苯基膦，三丁基膦，二乙烯三胺中的一种。
[0014]优选的，步骤2中，聚二甲基硅氧烷预聚物的涂覆厚度为50
‑
500μm，每1625mm2的石英板上，溴化碳纳米管的添加量为50
‑
80mg。
[0015]优选的，步骤2中，固化处理为70
‑
100℃下固化0.5
‑
4h。
[0016]优选的，步骤2中，将极性溶液B、含氮化合物和全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯类化合物混合得到反应溶液，备用；
[0017]将聚二甲基硅氧烷膜平放在玻璃板上，在其表面加入反应溶液，然后盖上铜板，静置反应30min
‑
2h后，将改性的聚二甲基硅氧烷膜进行洗涤，最后室温干燥得到超疏水防冰膜。
[0018]优选的，步骤2中极性溶液、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯类化合物、含氮化合物的体积比为1：0.05
‑
0.5：0.01
‑
0.04；
[0019]全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯类化合物为CH2C(CH3)COO
‑
(CH2)2‑
(CF2)
n
CF3，其中n为3
‑
10的自然数；极性溶液B为N,N
‑
二甲基甲酰胺，N,N
‑
二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，二氧六环、N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种；含氮化合物为五甲基二乙烯三胺、吡啶，2,2
‑
联吡啶中的一种。
[0020]优选的，步骤2中，铜板与溴化聚二甲基硅氧烷膜之间的距离为0.2
‑
1mm，每1625mm2的溴化聚二甲基硅氧烷膜上，反应溶液的添加量为10
‑
15μL。
[0021]本专利技术的第二个目的是提供上述制备方法制备得到的可光热转换的超疏水防冰膜。
[0022]本专利技术的第三个目的是提供上述可光热转换的超疏水防冰膜在飞机、输电线路、风电叶片中的应用。
[0023]本专利技术的机理：本专利技术利用表面引发
‑
Cu(0)催化可控自由基聚合方法在超疏水防冰膜表面的溴化碳纳米管上，在催化剂铜板和配体五甲基二乙烯三胺的作用下，以及室温空气环境内引发单体全氟辛基乙基甲基丙烯酸酯聚合制备疏水聚合物刷，使防冰膜展现超疏水性能，并协同碳纳米管的光热转化能力达到超疏水防冰膜的防冰
‑
除冰效果。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)、本专利技术利用表面引发
‑
Cu(0)催化可控自由基聚合接枝疏水聚合物法制备超疏水防冰膜可以在铜板和基底之间的限域空间内引发单体聚合，具有使用化学溶剂少、聚合物刷增长速率快、制备工艺简单等优点，达到了优化表面引发聚合工艺的效果；
[0026](2)、本专利技术利用碳纳米管制备超疏水防冰膜不仅可以构筑有机
‑
无机复合结构，明显提高超疏水防冰膜的耐磨性，还可以利用光热转换能力在近红外光的照射下生热达到除冰效果；
[0027](3)、本专利技术制备的超疏水防冰膜的防冰/除冰效果明显增加；防冰效果主要是由于超疏水防冰膜的超疏水性能，除冰效果主要是由于碳纳米管的光热转换能力；
[0028](4)本专利技术利用碳纳米管与聚二甲基硅氧烷(PDMS)构筑的有机
‑
无机复合结构明
显提高超疏水膜的耐磨性，在1000目砂纸下施加9.8kPa压力摩擦12米超疏水性能依旧存在。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可光热转换的超疏水防冰膜的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备得到：步骤1、溴化碳纳米管的制备以极性溶液A为溶剂，碱性化合物为催化剂，以氨基化碳纳米管为原料，2
‑
溴异丁酰溴作为溴化剂，在冰水浴中发生酰化反应，得到溴化碳纳米管，备用；步骤2、表面引发
‑
Cu(0)催化可控自由基聚合法制备超疏水防冰膜将聚二甲基硅氧烷预聚物均匀涂覆在石英板上，50
‑
80℃加热15
‑
60min后，在其表面均匀涂覆溴化碳纳米管，固化处理后脱模得到表面粘附溴化碳纳米管的聚二甲基硅氧烷膜；将表面粘附溴化碳纳米管的聚二甲基硅氧烷膜平放在玻璃板上，以极性溶液B为溶剂、含氮化合物为配体、全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯类化合物为单体，以铜板为催化剂，在聚二甲基硅氧烷膜表面引发单体聚合，制备得到超疏水防冰膜。2.根据权利要求1所述的一种可光热转换的超疏水防冰膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，酰化反应的反应时间为12
‑
24h，其中氨基化碳纳米管、极性溶液A、碱性化合物、2
‑
溴异丁酰溴的比例为0.05
‑
0.2g：30
‑
50ml：1
‑
5ml：4
‑
8ml；极性溶剂A为N,N
‑
二甲基甲酰胺，N,N
‑
二甲基乙酰胺，甲苯，二甲苯，二氯乙烷，二氧六环中的一种；碱性化合物为三乙胺，二苯基膦，三丁基膦，二乙烯三胺中的一种。3.根据权利要求1所述的一种可光热转换的超疏水防冰膜的制备方法，其特征在于，步骤2中，聚二甲基硅氧烷预聚物的涂覆厚度为50
‑
500μm，每1625mm2的石英板上，溴化碳纳米管的添加量为50
‑
80mg。4.根据权利要求1所述的一种可光热转换的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅彬，高珊，郭瑞雲，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：