本技術涉及功能材料，尤其涉及一種組合物、離子凝膠涂層及其制備方法和應用。

背景技術：

1、結冰對包括交通系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、能源系統(tǒng)在內(nèi)的工業(yè)設施均有非常不利的影響，往往會造成災難性的安全問題和巨大的經(jīng)濟損失。

2、目前的防冰/除冰策略主要包括主動式和被動式兩種方向，主動式除冰主要包括應用傳統(tǒng)的化學藥劑(融冰劑)、熱力(蒸汽加熱和電熱融冰)、機械力(機械振動)等方法實現(xiàn)的主動融冰和除冰，然而這種主動式的除冰策略往往伴隨著較高的成本以及復雜的系統(tǒng)設計，并且許多手段被認為是不環(huán)保的。

3、在此基礎上，過去的十年中，零能耗的被動式防/除冰材料和表面受到了極大關注。通過各種手段構建能夠實現(xiàn)排斥水滴、抑制結冰、降低冰粘附的材料及表面實現(xiàn)防止結冰。這些手段主要包括以下三種方式：

4、(1)超疏水結構或涂層；結合結冰過程中各個階段，過冷液滴首先濕潤固體表面，然后迅速凍結成冰在這種情況下，超疏水表面可以被稱為一種理想的抗冰表面：一方面，其可以通過簡單傾斜表面、液滴彈跳離開表面等手段移走過冷液滴，降低其在表面成核的概率；另一方面，涂層表面與過冷液滴之間的傳熱明顯受到抑制，從而降低了凍結溫度，延緩了結冰時間。然而，目前的超疏水涂層大多是脆性的，且由于低表面能材料的附著力比較低，易受到剝落、磨損、動態(tài)沖擊等各種機械損傷，并且制備工藝一般較為復雜，不能滿足工業(yè)應用的嚴格要求。此外，這種界面的缺陷是會形成高能固液界面，在溫度較低時，這種界面會促進冰的非均質(zhì)成核，破壞結構中的氣穴，進而導致更高的冰粘附強度，且其存在微觀結構易損壞、穩(wěn)定性不足的缺陷。

5、(2)利用吸濕性聚合物制備極易水化的疏冰涂層和水凝膠。其含水潤滑層可以顯著降低冰的黏附度，從而抑制風作用下的冰積累。但這種涂層或者凝膠制備過程相對復雜、且在潮濕或其他極端氣候下極易損壞。

6、(3)光滑的液體注入多孔表面。如研究人員模仿陸生植物(如豬籠草)光滑的葉子，開發(fā)了一系列注入潤滑油的光滑多孔表面和蠟質(zhì)有機凝膠，這些材料能夠大幅降低冰的附著力，從而可以很容易地通過重力或氣流將附著的冰分離。然而這種方式面臨注入的潤滑油一方面極其容易遷移、蒸發(fā)或泄漏，導致液體注入光滑表面的持久性仍然是一個挑戰(zhàn)；另一方面，成本昂貴、容易因機械磨損或多次結冰/除冰循環(huán)而損壞以及需要經(jīng)常進行維修補油等弊端在實際應用中受到限制。

7、因此，發(fā)展制備成本低、制備工藝簡單且耦合多功能特性的低界面韌性材料表面以提升其低溫環(huán)境適應性以及長時間耐久性(例如，低冰粘附特性保持能力)等是亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術的一個目的在于提供一種組合物，用于離子凝膠涂層可通過氫鍵、靜電作用等多種作用力將具有低凝點、非揮發(fā)性和化學穩(wěn)定性的離子液體鎖定在具有耐高低溫性和優(yōu)異的機械性能的含氟聚酰亞胺中，并通過表面活性劑和添加劑與其耦合，使材料整體具有較高的疏水性和透明度，同時兼具室溫自修復、自清潔等多種功能，并與基材(如al、gcr15、不銹鋼、硅片、玻璃片等)表面具有較高的結合力，可以實現(xiàn)在極端低溫環(huán)境下很大程度上降低表面的冰粘附強度并提升材料低冰粘附性能的魯棒性。

2、本技術的另一個目的在于提供一種組合物的制備方法。

3、本技術的又一個目的在于提供一種離子凝膠涂層。

4、本技術的又一個目的在于提供一種離子凝膠涂層的制備方法。

5、本技術的又一個目的在于提供一種離子凝膠涂層的用途。

6、為實現(xiàn)上述目的，本技術第一方面提出了一種組合物，包括含氟聚酰胺酸、離子液體、表面活性劑和添加劑。

7、在一些實施方式中，所述含氟聚酰胺酸、離子液體、表面活性劑和添加劑四者的質(zhì)量比為(20-60)：(1.5-27)：1：(40-60)。

8、在一些實施方式中，所述含氟聚酰胺酸包括具有式1所示結構的化合物、式2所示結構的化合物和式3所示結構的化合物中的至少一種：

9、

10、

11、其中，a、b和c分別為式1所示結構的化合物、式2所示結構的化合物和式3所示結構的化合物中重復單元的數(shù)量。

12、在一些實施方式中，所述式1所示結構的化合物、式2所示結構的化合物和式3所示結構的化合物的數(shù)均分子量均為20000-30000，包括但不限于20000、22500、25000、27500或30000等。

13、在一些實施方式中，所述含氟聚酰胺酸的粘度為0.1-2pa·s。

14、在一些實施方式中，所述離子液體包括但不限于咪唑氯鹽、咪唑四氟硼酸鹽、咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽、咪唑三氟甲烷磺酸鹽、咪唑醋酸鹽、咪唑六氟磷酸鹽等中的至少一種，優(yōu)選為1-丙基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰基)亞胺。

15、在一些實施方式中，所述表面活性劑包括但不限于十二烷基二甲基溴化銨、十六烷基二甲基溴化銨、1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑溴鹽等中的至少一種，優(yōu)選為十二烷基二甲基溴化銨。

16、在一些實施方式中，所述添加劑包括但不限于八乙烯基-籠型聚倍半硅氧烷、苯胺丙基籠型聚倍半硅氧烷、十二苯基籠型聚倍半硅氧烷等中的至少一種，優(yōu)選為苯胺丙基籠型聚倍半硅氧烷。

17、本技術的第二方面提出了一種組合物的制備方法，包括：

18、將所述含氟聚酰胺酸和所述離子液體進行第一混勻，得到混合溶液；

19、將所述混合溶液、所述表面活性劑和所述添加劑進行第二混勻，得到所述組合物。

20、在一些實施方式中，所述組合物的制備方法還包括制備所述含氟聚酰胺酸的步驟；所述含氟聚酰胺酸的制備方法，包括：

21、將2,2′-雙(三氟甲基)聯(lián)苯胺與4,4′-(六氟異亞丙基)二酞酸酐于有機溶劑中進行反應，得到所述含氟聚酰胺酸。

22、在一些實施方式中，所述第一混勻和所述第二混勻的方式均包括超聲分散、攪拌、研磨中的至少一種。

23、本技術的第三方面提出了一種離子凝膠涂層，包括本技術所述的組合物或者本技術所述的組合物的制備方法制備的組合物；所述組合物中的含氟聚酰胺酸固化為含氟聚酰亞胺。

24、在一些實施方式中，所述含氟聚酰亞胺包括具有式4所示結構的化合物、式5所示結構的化合物和式6所示結構的化合物中的至少一種：

25、

26、其中，n、m和k分別為式4所示結構的化合物、式5所示結構的化合物和式6所示結構的化合物中重復單元的數(shù)量。

27、在一些實施方式中，所述式4所示結構的化合物、式5所示結構的化合物和式6所示結構的化合物的數(shù)均分子量均為10000-30000。

28、在一些實施方式中，所述離子凝膠涂層對水的接觸角為111-121°。

29、本技術的第四方面提出了一種離子凝膠涂層的制備方法，包括：

30、將所述組合物滴落或涂覆在基材表面，隨后干燥，得到所述離子凝膠涂層。

31、在一些實施方式中，當將所述組合物滴落在基材表面時，所述離子凝膠涂層的制備方法還包括在所述干燥之前使所述組合物自然流平的步驟。

32、在一些實施方式中，所述離子凝膠涂層的制備方法還包括在將組合物滴落或涂覆在基材表面之前對基材進行表面噴砂或者磨砂處理的步驟。

33、在一些實施方式中，所述基材包括適合表面噴砂處理的材料。

34、在一些實施方式中，所述干燥的方式包括真空條件下的梯度升溫干燥。

35、在一些實施方式中，所述干燥后所述含氟聚酰胺酸固化為所述含氟聚酰亞胺。

36、本技術的第五方面涉及本技術所述的離子凝膠涂層作為防結冰表面的用途，或者本技術所述的離子凝膠涂層的制備方法制備的離子凝膠涂層作為防結冰表面的用途。

37、本技術所述的組合物，至少可以帶來以下有益效果：

38、用于離子凝膠涂層可通過氫鍵、靜電作用等多種作用力將具有低凝點、非揮發(fā)性和化學穩(wěn)定性的離子液體鎖定在具有耐高低溫性和優(yōu)異的機械性能的含氟聚酰亞胺中，并通過表面活性劑和添加劑與其耦合，使材料整體具有較高的疏水性和透明度，同時兼具室溫自修復、自清潔等多種功能，并與基材(如al、gcr15、不銹鋼、硅片、玻璃片等)表面具有較高的結合力，可以實現(xiàn)在極端低溫(例如，-60℃以下，優(yōu)選-80℃至-60℃)環(huán)境下很大程度上降低表面的冰粘附強度并提升材料低冰粘附性能的魯棒性。

39、具體來說，實現(xiàn)上述有益效果的機理如下：

40、含氟基團的聚酰亞胺由于氟原子的高電負性和較低的分子間相互作用，離子液體中的咪唑陽離子以及表面活性劑十二烷基二甲基溴化銨(ddab)等中的長鏈陽離子上的氫原子可能與聚酰亞胺分子上的氟原子或酰亞胺基團形成氫鍵；離子液體的陽離子和陰離子可以與聚酰亞胺中的極性基團(如酰亞胺基團)形成強烈的離子-偶極相互作用(靜電相互作用)；其中表面活性劑ddab等與離子液體之間主要通過靜電相互作用(ddab是一種季銨鹽，帶有正電荷。離子液體中包含帶負電荷的陰離子。正負電荷之間的靜電吸引力可以導致ddab等與離子液體中的陰離子形成較強的靜電相互作用)、離子-偶極相互作用(ddab等表面活性劑的陽離子部分可以與離子液體中的咪唑陽離子和陰離子之間產(chǎn)生離子-偶極相互作用。這種相互作用可以增強兩者之間的相容性)、疏水相互作用(ddab等表面活性劑擁有長鏈烷基，具有顯著的疏水性。離子液體中的咪唑陽離子和陰離子具有一定的疏水性，特別是陰離子的氟化基團。這些疏水基團之間的相互作用有助于形成疏水相互作用，從而穩(wěn)定兩者的混合體系)等進行相互作用，使得ddab等表面活性劑在離子液體中能夠形成穩(wěn)定的體系；而其中添加劑八乙烯基-籠型聚倍半硅氧烷(8-poss)等主要通過集中在表層的硅氧基團賦予組合物優(yōu)異的持久疏水狀態(tài)。

41、本技術附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術的實踐了解到。