【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及防冰，更加具体地涉及一种促进冰成核的水凝胶材料、水凝胶材料的制备方法及防冰涂层。
技术介绍
1、冰雪在我们的日常生活中司空见惯，自然界中最常见的现象就包括液态水冷冻成固态冰。在冰晶形成方面，自然界也有其独特而巧妙的方法来控制冰晶形成，例如蛋白界内存在一个特殊的家族—冰结合蛋白。其中两个重要的分支—防冰蛋白和成核蛋白可以以完全相反的方式影响冰晶形成。防冰蛋白的分子量一般在3000-35000da，通常以单体蛋白分子出现。它可以吸附在冰晶表面上，使冰晶产生曲面，根据开尔文效应，抑制冰晶的进一步生长。防冰蛋白是目前最高效的生物防冰剂之一，但是从生物体内提取防冰蛋白是非常冗杂且低效的过程。虽然可以通过基因表达的方法人工合成防冰蛋白，但其价格也非常昂贵。并且大多数防冰蛋白的稳定性较差，很容易失活，所以并没有得到广泛的应用。
2、而成核蛋白相对于防冰蛋白则大的多，分子量一般大于100000da，并且多以多聚体的形式出现。成核蛋白可以促进冰成核，使冰在较高的零下温度下形成。
3、在寒冷环境下，冰霜和结冰会对交通工具(如飞机、汽车)、能源设施(如风力涡轮机叶片、输电线路)和公共基础设施(如桥梁、道路)造成严重问题，影响其正常运作和安全性。传统的除冰方法，如化学融雪剂和机械除冰，可能对环境产生不利影响，因此开发更环保的解决方案是当务之急。随着新型材料和表面技术的发展，寻找能够有效抑制或控制冰成核过程的材料变得可能。高效冰成核剂的发现和应用是这一进步的直接体现。通过对材料表面进行工程设计，可以精确控制其对冰成核
4、但是，一些传统的冰成核材料的加入可能会影响涂层的其他性质，如减少透明度，这在某些应用中可能是不希望的。传统涂层的不均匀应用可能会导致防冰性能在表面的不同区域表现不一致，影响整体效果。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的上述问题，本专利技术技术方案提供了一种促进冰成核的水凝胶材料、水凝胶材料的制备方法及防冰涂层，能够解决现有专利中的冰成核材料存在的至少部分问题。
2、本专利技术一方面提供了一种水凝胶材料，该水凝胶材料具有聚合物网络结构，聚合物网络结构由第一单体、第二单体、光引发剂和交联剂在水中混合反应后固化得到，第一单体为化合物具有烯酰胺基团，第二单体具有烯酸基团。
3、根据本专利技术的技术方案，将第一单体和第二单体通过光引发聚合得到的水凝胶材料具有相互连接、紧密排列的聚合物网络结构，这样的结构在保证了材料亲水性的同时能够获得较大的比表面积，并且良好的水溶性使得水凝胶材料具有优异的亲水性能。而由于冰是通过水分子在低温环境中的有序排列形成的，聚合的网络结构能够为水分子的排列提供一个有效的平台和模板。此外，凝胶优异的亲水性以及较大的比表面积使其能够吸附更多的水分子，这为冰的形成提供了便利的基础条件，特定的尺寸结合其表面所具备的独特的理化性质使得凝胶颗粒能够在冰核形成过程中起到极大的促进作用，从而有效地提升纯水冻结成冰的温度。
4、实验证明，本专利技术提供的水凝胶材料能够在环境温度为-2℃时诱导冰核的快速形成和生长，与目现有的冰成核材料相比，其具有更高的成核温度，且具有良好的光学效果，不会影响材料的透明性。
5、作为本专利技术优选的技术方案，水凝胶材料为颗粒状，水凝胶材料的粒径为10μm-100μm。
6、根据该优选技术方案，小粒径的水凝胶材料能够具有更好的光学性质，且能够更好的与其他材料混合兼容，能够较好的保持材料的光滑度和透明度。
7、作为本专利技术优选的技术方案，第一单体为甲基丙烯酰胺；第二单体为甲基丙烯酸。
8、根据该优选技术方案，甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸能够在光引发聚合的作用下生成更加紧密的聚合物网络结构，提高水凝胶材料的比表面积，进一步促进冰成核。
9、作为本专利技术优选的技术方案，交联剂选自二甲基丙烯酰胺、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和戊二醛中的一种或多种组合，引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的至少一种。
10、作为本专利技术优选的技术方案，水凝胶材料中的第一单体、第二单体、交联剂和光引发剂的质量分数为：
11、第一单体为200-800质量份；
12、第二单体为200-800质量份；
13、交联剂为30-50质量份；
14、光引发剂为50-120质量份。
15、根据该优选技术方案，控制第一单体和第二单体的比例，可以使得水凝胶材料中第一单体和第二单体能够在引发剂的作用下，在交联剂的促进下可以形成尺寸可控的，具有相互连接、紧密排列的均匀聚合物网络结构的水凝胶材料，使得水凝胶材料具有较优异的促进冰核形成的性能。
16、本专利技术的第二方面提供了一种水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
17、混合步骤，将具有稀烯酰胺基团的第一单体和具有烯酸基团第二单体分别称取然后溶解在水中，依次加入适量的交联剂和光引发剂，得到第一溶液；
18、固化步骤，取适量第一溶液滴加到模具中，并放在紫外灯箱中固化，得到水凝胶材料。
19、根据该优选技术方案，水凝胶材料中第一单体和第二单体能够在引发剂的作用下，在交联剂的促进下可以形成尺寸可控的，具有相互连接、紧密排列的聚合物网络结构的水凝胶，使得材料具有较优异的促进冰核形成的性能，并且也不会影响到其他材料的透明度。
20、作为本专利技术优选的技术方案，水凝胶材料的制备方法还包括：
21、打磨步骤，将水凝胶材料放入冻干机中干燥后，再放入球磨机中打磨形成粒径为10μm-100μm的水凝胶颗粒。
22、根据该优选技术方案，冻干机预处理有利于迅速冻干固化的水凝胶材料，也更便于球磨机的打磨。
23、作为本专利技术优选的技术方案，在混合步骤中，还包括：
24、调节第一溶液的ph<7。
25、根据该优选技术方案，在酸性环境中更利于第一单体和第二单体发射光引发聚合反应，快速且均匀地形成聚合物网络结构。
26、作为本专利技术优选的技术方案，在固化步骤之后，还包括：
27、清洗步骤，先用水浸泡水凝胶材料，然后再将水凝胶材料浸泡在环己烷中。
28、根据该优选技术方案，一方面，水的反复冲洗可以尽可能将未反应的第一单体或第二单体洗涮干净；另一方面，环己烷能够置换掉水凝胶中的水，而影响整体材料的防冰效果。
29、本专利技术的第三方面提供了一种防冰涂层，该防冰涂层包括上述任一技术方案中提供的水凝胶材料。
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1.一种水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料具有聚合物网络结构，所述聚合物网络结构由第一单体、第二单体、光引发剂和交联剂在水中混合后光照固化得到，
2.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料为颗粒状，所述水凝胶材料的粒径为10μm-100μm。
3.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于，所述第一单体为甲基丙烯酰胺；所述第二单体为甲基丙烯酸。
4.如权利要求3所述的水凝胶材料，其特征在于，所述交联剂选自二甲基丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺和戊二醛中的一种或多种组合，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的至少一种。
5.如权利要求4所述的水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料中的所述第一单体、所述第二单体、所述交联剂和所述光引发剂的质量分数为：
6.一种水凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的水凝胶材料的制备方法，其特征在于，还包括：
8.如权利要求6所述的水凝胶材料的制备方法，其特征在于，在所述混合步骤中，还包括：
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10.一种防冰涂层，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的水凝胶材料。
...【技术特征摘要】
1.一种水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料具有聚合物网络结构，所述聚合物网络结构由第一单体、第二单体、光引发剂和交联剂在水中混合后光照固化得到，
2.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于，所述水凝胶材料为颗粒状，所述水凝胶材料的粒径为10μm-100μm。
3.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于，所述第一单体为甲基丙烯酰胺；所述第二单体为甲基丙烯酸。
4.如权利要求3所述的水凝胶材料，其特征在于，所述交联剂选自二甲基丙烯酰胺、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和戊二醛中的一种或多种组合，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的至少...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺志远，王雪伟，程蕊，高冲，黄岩，赵阳，房红玲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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