【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超疏水涂层，具体涉及一种光热超疏水涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着现代科学技术的飞速发展，室外高压天线、高塔、高空飞行器等种类繁多，但是受天气的影响，表面容易结霜结冰，给人们的生产和生活带来诸多不便。例如，结冰会对飞行安全带重大威胁，飞机结冰多次造成巨大的生命和财产损失；冬天给水管廊内部积水结冰后容易使hdpe管水表接头处涨裂；空调、冰箱结霜、大型风力发电机结冰等会导致的巨大的电能消耗。针对这些问题，研究人员提出了一系列防冰除冰方法，其中较早且应用广泛的是借助外力的主动式防结冰方法，例如机械除冰、热力除冰、化学除冰等，但此类方法的成本高、能耗大、效率低，而且存在污染生态环境的风险。
2、由于荷叶叶面、水黾和蜻蜓等昆虫肢体表面具有的“荷叶效应”所展现出的超疏水性和自清洁性的现象，超疏水涂层材料在航天军工、交通、建筑等领域具有广泛的应用前景，近年来也被应用于防结冰技术中。相较于需要借助外力的主动式防除冰技术，超疏水表面具有的优异的拒水性使其能够实现被动式防除冰，且无需消耗外部能量，从而受到广泛关注。
3、超疏水涂层主要分为两种类型，一种是在表面构造粗糙结构截留空气，降低了固液接触面积，另一种是采用低表面能材料降低表面能，减小固液间的附着力。例如cn116333592a公开了一种透明超疏水除冰涂层，包括载体和位于载体上的超疏水层，所述超疏水层具有聚二甲基硅氧烷微米颗粒和金属氧化物纳米颗粒形成的微纳结构，其中金属氧化物纳米颗粒为氧化锌或氧化锡，在满足超疏水性能的同时具有较高的透明度。但是
4、为了弥补超疏水防冰的性能缺陷，研究人员提出了光热作用与超疏水表面相结合的技术，该技术结合了主动防结冰和被动防结冰优势，能在结冰过程的各个时期发挥作用，其不仅展现出防冰性能，同时由于光热效应，涂层表面的冰在光照条件下能够被快速融化。例如cn111073450a公开了一种具有超疏水性能的主动光热除冰涂层的制备方法，包括以下步骤：将聚二甲基硅氧烷涂覆在基材表面，静置；在聚二甲基硅氧烷上涂覆或喷涂具有超疏水性能的主动光热除冰涂料，干燥，得到具有超疏水性能的主动光热除冰涂层；所述主动光热除冰涂料中包括环氧树脂、含氟聚合物、碳化硅、碳纳米管和溶剂等组分。cn113667400a公开了一种兼具光热和自清洁性能的防覆冰除冰涂层的制备方法，包括如下步骤：在多壁碳纳米管分散液中加入十二胺，得到分散液b；在分散液b中加入多巴胺，搅拌后抽滤，干燥后获得超疏水聚多巴胺pda修饰的碳纳米管，再将其与热固性树脂、固化剂等混合均匀，形成浆料；将该浆料喷涂在基材上，固化后获得防覆冰除冰涂层。尽管现有的光热超疏水涂层表面能够发挥一定的防冰除冰作用，但光热转换能力不足，尤其对光的利用率较低，同时涂层的稳定性和耐老化性能较低，在紫外环境中易老化，使用寿命短暂，且存在较大的规模化使用难度。因此，开发光热转换效率高、稳定性和耐老化性能好、使用寿命长、易于规模化制备的光热超疏水材料，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种光热超疏水涂层及其制备方法和应用，通过微纳米压印技术的引入及其与特定物料、工艺的相互结合，能够制备出定向排列微纳米结构的超疏水表面，使所述光热超疏水涂层中形成梯度分布的光热填料，在具有优异的光热转换性能的同时，稳定性和耐老化性能好，使用寿命长，能够实现长久稳定的主动和被动除冰效果。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种光热超疏水涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、对金属基材进行激光刻蚀，得到表面具有微结构的模板；
5、在基体上涂覆环氧涂料，第一干燥，得到第一涂层；
6、在所述第一涂层上涂覆光热疏水涂料，第二干燥，得到光热涂层；所述光热疏水涂料包括环氧树脂、固化剂、光热填料和含氟硅烷偶联剂的组合；
7、在所述光热涂层上设置所述模板，使所述模板表面的微结构与光热涂层相接触，而后经过挤压、脱除模板和第三干燥，得到所述光热超疏水涂层。
8、本专利技术提供的制备方法引入微纳米压印技术，利用模板压印方法可实现大规模制备定向排列微纳米结构的超疏水表面，具有重复性好、成本低、结构分辨率高等优点；由于微纳米压印技术使用激光刻蚀获得具有微结构的模板并通过机械手段进行图案转移，因此能够达到极高的分辨率；同时，表面具有微结构的模板可以反复使用，大大降低了加工成本，也有效缩短了加工时间。
9、本专利技术在基体上依次制备不含光热填料的第一涂层和包含光热填料的光热涂层，经过挤压、脱模和干燥，能够得到具有光热填料浓度梯度的光热超疏水涂层，实现自基体至涂层表面光热填料浓度递增的梯度效果，从而基于光热转化而达到除冰目的。由于光热填料的应用本身会给涂层带来内部缺陷，本专利技术设计了靠近基体的涂层附近的光热填料含量较低，大部分是环氧涂料与基体的结合，因此涂层内部缺陷较少，与基体的结合力更佳；涂层表面具有更高的光热填料浓度，增强了涂层本身的光热转换性能；同时，微纳米压印技术在涂层表面能够形成丰富的微纳米(倒三角状)结构，极大地增强了光粒子的多次散射，使光能被多次利用并转换为热能，进一步增强了光的利用率和光热转换效率。
10、此外，由于环氧树脂在紫外光线作用下为激发态，再分解成自由基与氧反应，生成氢过氧化物，最后引发一系列分子链断裂或交联；加之环氧树脂含有的苯环等不饱和键、醚键等极性基团，以及聚合阶段和加工过程中带入的杂质等，容易吸收紫外线产生引发作用，导致环氧树脂发生光氧化反应。在环氧树脂的光氧老化过程中，羰基发色团的数量不断增加，树脂表面出现黄化。本专利技术设计了具有光热填料浓度梯度的涂层结构，涂层表面丰富的光热填料能够在光热转换过程中降低紫外光的能量密度，削弱环氧树脂的光氧化反应，提高所述光热超疏水涂层的耐老化性能和使用寿命。
11、因此，本专利技术通过微纳米压印技术、特定物料、制备工艺的设计和相互结合，使得到的光热超疏水涂层具有定向排列微纳米结构的超疏水表面，同时涂层中形成梯度分布的光热填料，从而基于超疏水性质、光热转换性能实现优异的主动除冰和被动除冰效果，提升了光利用率和光热转换效率；所述光热超疏水涂层的稳定性和耐紫外老化性能好，抑制黄变，使用寿命长，能够实现长久稳定的主动和被动除冰效果。所述制备方法具有重复性好、成本低、易于实现规模化生产的特点，具有广阔的应用前景。
12、以下作为本专利技术的优选技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的目的和有益效果。
13、作为本专利技术的优选技术方案，将金属基材置于激光加工工作平台上，进行激光刻蚀，得到表面具有微结构的模板。
14、由于传统的超疏水表面结构疏水，大多采用喷涂法制备而成，所制备的表面微结构呈现不规则的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光热超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀的激光脉冲能量为10-20μJ；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述模板的表面包括锥形结构阵列；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述环氧涂料包括环氧树脂和固化剂的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光热疏水涂料中环氧树脂和固化剂的质量比为1:(0.1-0.8)；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光热疏水涂料的涂覆厚度为50-100μm；
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述挤压的压力为5-10MPa；
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
9.一种光热超疏水涂层，其特征在于，所述光热超疏水涂层通过如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的
...【技术特征摘要】
1.一种光热超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光刻蚀的激光脉冲能量为10-20μj；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述模板的表面包括锥形结构阵列；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述环氧涂料包括环氧树脂和固化剂的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光热疏水涂料中环氧树脂和固化剂的质量比为1:(0.1-0.8)；...
【专利技术属性】
技术研发人员：林博，樊小强，张丽，张意涵，
申请(专利权)人：广西柳工元象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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