本發(fā)明屬于材料表面處理，具體涉及可大面積制備的具有優(yōu)異液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺的無氟堅固超疏水涂層制備方法。

背景技術：

1、超疏水的研究一直并長期處于高速發(fā)展中，而現(xiàn)有的研究和超疏水涂層技術的發(fā)展確實已經(jīng)解決了不少阻礙其應用的瓶頸問題，比如機械化學穩(wěn)定性差、效率低、工藝復雜、使用具有潛在危害的含氟低表面能物質、耐高速水流穿刺性能差、水滴彈跳性能差等。優(yōu)異的超疏水性能，包括液滴彈跳性能和抗高速水流沖擊性能，對超疏水涂層在戶外實現(xiàn)自清潔、防腐蝕、防冰等都具有重要作用。但是，目前大部分具有優(yōu)異機械化學穩(wěn)定性、液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺性能的超疏水涂層，通常采用了含氟材料降低涂層體系表面能或者復雜的制備工藝。含氟材料對環(huán)境和人類具有長期潛在的潛在危害。復雜的制備工藝難以大規(guī)模應用。通過無氟組分開發(fā)具有優(yōu)異機械化學穩(wěn)定性和液滴彈跳性能和耐高速水流沖擊的光熱超疏水涂層對于防冰具有重要意義。超疏水涂層通常采用環(huán)氧樹脂、聚氨酯等作為成膜材料，來實現(xiàn)優(yōu)異的機械性能。這些成膜材料往往是親水性的，因此需要通過一些疏水性物質來降低體系表面能。但是，為了獲得優(yōu)異的彈跳性能和耐高速度水流穿刺性能，這類涂層往往通過添加含氟固化劑、組分或者含氟改性的低表面能微納米粒子等。這主要是因為含氟材料相比于采用無氟組分往往具有更低的表面能，能夠更好地降低涂層的表面能。具有優(yōu)異機械化學穩(wěn)定性的無氟超疏水涂層往往難以獲得優(yōu)異的彈跳性能和耐水流穿刺性能。含氟材料具有潛在的環(huán)境和人體危害。大量研究表明，含氟材料與人類的一些疾病密切相關。從環(huán)保角度考慮，如何在生產和應用中避免使用含氟材料是極其重要的。同時，成分只是影響涂層性能的一部分，能夠實現(xiàn)高性能的超疏水涂層，還要模仿荷葉表面高致密的納米結構。因此，如何采用大規(guī)模噴涂技術，制備具有優(yōu)異液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺的無氟堅固光熱超疏水涂層是亟需解決的難題。光熱防冰涂層充分利用清潔且廣泛的太陽能。通過光熱性能與超疏水性能的低冰粘附特性結合可以快速去除表面結冰，實現(xiàn)優(yōu)異的主被動防冰性能。因此，本文提出了一種具有液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺的無氟堅固光熱超疏水涂層的制備方法，能夠在諸多領域進行大規(guī)模應用。

技術實現(xiàn)思路

1、本研究采用環(huán)氧樹脂、pdms預聚物(聚二甲基硅氧烷)、無氟疏水改性納米二氧化硅、多壁碳納米管制備的均勻懸浮液，在多種材料上通過噴涂方式制備的超疏水涂層，從而實現(xiàn)材料的表面超疏水性。設計的超疏水涂層在于成膜材料為環(huán)氧樹脂，其能夠為超疏水涂層提供強大的附著力和機械性能。本專利的核心之處在于通過高含量的疏水納米二氧化硅和聚二甲基硅氧烷的協(xié)同作用降低了體系的表面能。同時，高含量體積分數(shù)的sio2納米粒子和碳納米管的協(xié)同作用，能夠形成多級微納復合結構。特別的，其表面具有致密的納米結構。這是實現(xiàn)優(yōu)異超疏水性能、彈跳性能和耐沖擊性能的關鍵。同時，涂層具有很好的光熱性能和光熱除冰性能。涂層在-30℃的環(huán)境中，依舊能夠保持很好的彈跳能力，避免水滴定扎結冰，具有優(yōu)異的被動防冰能力；涂層同時具有優(yōu)異的光熱防冰性能，能夠實現(xiàn)表面結冰的快速融化。這種具有優(yōu)異主被動防冰性能的超疏水涂層在防冰領域具有很好的應用前景。這種新型無氟的光熱超疏水防冰涂層的制備方法，僅通過機械攪拌、一步噴涂，即可大面制備，同時其采用的原料成本低，因此可以進行大面積推廣應用。涂層采用乙醇作為溶劑，具有很好的環(huán)保性。這種制備簡易、低成本、綠色的且高性能的超疏水涂層在不同的領域具有廣泛的應用前景。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

2、無氟堅固光熱超疏水防冰涂層的制備方法，包括以下步驟：

3、s1：基材表面清潔：采用砂紙打磨、酒精等一種或者多種處理、清洗基材表面，如基材表面干凈或者一些干凈的表面也可以不進行表面處理；

4、s2：配置涂料：100份環(huán)氧樹脂a和b，6.2-36份pdms預聚物，0.5-2份pdms固化劑，1-5份碳納米管，40-50份二氧化硅，250-300份酒精混合，在室溫下，將混合溶液在磁力攪拌器上高速攪拌20-50min，將磁力攪拌得到的均勻懸浮液噴射到預先處理好的基材上，在室溫至110℃下固化20min-10h。

5、所述的二氧化硅為無氟疏水改性納米二氧化硅。

6、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

7、本發(fā)明為具有優(yōu)異液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺的無氟堅固光熱超疏水防冰涂層的制備方法，其成分為無氟組分，涂層具有多級微納結構和致密的納米結構，其接觸角大于150°，同時具有機械化學穩(wěn)定性和優(yōu)異液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺性能，具有綠色、環(huán)保，適合大面積制備的優(yōu)點，該發(fā)明在超疏水涂層制備領域具有顯著進步。

技術特征：

1.無氟堅固光熱超疏水防冰涂層的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的無氟堅固光熱超疏水防冰涂層的制備方法，其特征在于：所述的二氧化硅為無氟疏水改性納米二氧化硅。

技術總結
本發(fā)明公開了一種無氟堅固光熱超疏水防冰涂層的制備方法，包括以下步驟：S1：基材表面清潔：采用砂紙打磨、酒精等一種或者多種處理、清洗基材表面；S2：配置涂料：100份環(huán)氧樹脂A和B，6.2?36份PDMS預聚物，0.5?2份PDMS固化劑，1?5份碳納米管，40?50份二氧化硅，250?300份酒精混合，在室溫下，將混合溶液在磁力攪拌器上高速攪拌20?50min，將磁力攪拌得到的均勻懸浮液噴射到預先處理好的基材上，在室溫至110℃下固化20min?10h，本發(fā)明制備的涂層其成分為無氟組分，涂層具有多級微納結構和致密的納米結構，其接觸角大于150°，同時具有機械化學穩(wěn)定性和優(yōu)異液滴彈跳性能和耐高速水流穿刺性能，具有綠色、環(huán)保，適合大面積制備的優(yōu)點，該發(fā)明在超疏水涂層制備領域具有顯著進步。

技術研發(fā)人員：劉燕,魏冬松,鹿婷,張文良,史亞菲,李淑一,詹斌
受保護的技術使用者：吉林大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2