本發(fā)明涉及防冰凝膠，尤其涉及一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料、防冰凝膠以及制備方法。

背景技術(shù)：

1、空氣中的水蒸氣接觸到溫度低于冰點(diǎn)溫度的材料表面時(shí)，就會發(fā)生相變形成冰霜。在低溫環(huán)境下的結(jié)冰嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行和安全，會造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失，例如：冷凍設(shè)備表面覆冰會導(dǎo)致設(shè)備傳熱效率降低甚至失效；飛行器表面結(jié)冰會改變飛行器的氣動外形，影響飛行安全。

2、目前，常見的防冰方法主要有主動防冰法和被動防冰法，其中主動防冰是指通過電加熱、振動等方式將冰晶從物體表面移除，防止冰層增厚，但是這種方法效率較低，成本較高。被動防冰是通過防冰材料改變物體表面性質(zhì)，從而預(yù)防冰晶的形成和附著。

3、有機(jī)凝膠作為降低冰粘附的策略近年來得到了發(fā)展，因其內(nèi)部所引入的液態(tài)小分子表面能低，具有易剪切的特點(diǎn)，能夠有效降低冰的粘附。然而，目前的防冰凝膠缺乏智能響應(yīng)能力，凝膠內(nèi)部液態(tài)小分子不能實(shí)現(xiàn)主動遷移，如何使凝膠內(nèi)部液態(tài)小分子在結(jié)冰工況下主動遷移于表面進(jìn)行抗冰，仍是本領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料、防冰凝膠以及制備方法。本發(fā)明提供的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料固化后形成防冰凝膠，該防冰凝膠內(nèi)部的液體小分子在結(jié)冰工況下能夠主動遷移至表面，從而實(shí)現(xiàn)智能防冰。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，包括以下組分：

4、聚乙二醇烯基聚合物、有機(jī)溶劑、巰基交聯(lián)劑、光引發(fā)劑和防冰劑；所述聚乙二醇烯基聚合物為聚乙二醇二烯丙基甲酰胺和/或聚乙二醇二丙烯酸酯；所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺重均分子量為1066.18～1466.18；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量為900～1300；

5、所述防冰劑為甘醇和/或多甘醇；

6、所述巰基交聯(lián)劑中的巰基和聚乙二醇烯基聚合物中雙鍵官能團(tuán)的摩爾比為(1～4):(2～3)；所述光引發(fā)劑的質(zhì)量為所述聚乙二醇烯基聚合物質(zhì)量的1～5％；所述防冰劑的質(zhì)量為所述防冰劑和聚乙二醇烯基聚合物總質(zhì)量的30～65％。

7、優(yōu)選的，所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺重均分子量為1166.18；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量為1000。

8、優(yōu)選的，所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺的制備方法包括：

9、將聚乙二醇、烯丙基異氰酸酯、溶劑和催化劑混合進(jìn)行加成反應(yīng)，得到所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺；所述聚乙二醇的重均分子量為900～1300。

10、優(yōu)選的，所述聚乙二醇和烯丙基異氰酸酯的摩爾比為1:(2～3)；所述催化劑為有機(jī)錫催化劑或有機(jī)鉍催化劑；所述催化劑的質(zhì)量為所述聚乙二醇質(zhì)量的0.5～2％；

11、所述加成反應(yīng)的溫度為75～95℃，時(shí)間為4～6h。

12、優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為氯代烷烴；所述有機(jī)溶劑和聚乙二醇烯基聚合物的質(zhì)量比為(2～4):1；

13、所述巰基交聯(lián)劑包括三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)和季戊四醇四巰基乙酸酯中的一種或多種；所述光引發(fā)劑為光引發(fā)劑651；所述多甘醇為二甘醇、三甘醇、四甘醇、五甘醇、六甘醇和七甘醇中的一種或多種。

14、本發(fā)明還提供了上述方案所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料的制備方法，包括以下步驟：

15、將聚乙二醇烯基聚合物、有機(jī)溶劑、巰基交聯(lián)劑、光引發(fā)劑和防冰劑混合，得到所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料。

16、本發(fā)明還提供了一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠，由上述方案所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料光固化后得到。

17、本發(fā)明還提供了上述方案所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠的制備方法，包括以下步驟：

18、將所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料涂覆后進(jìn)行光固化，得到所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠。

19、優(yōu)選的，所述光固化為紫外光固化；所述紫外光固化所用紫外光的主波段為315～450nm，主波長為365nm；所述光固化為對涂覆所得涂層進(jìn)行雙面固化，每一面的固化時(shí)間獨(dú)立地為1～4min。

20、優(yōu)選的，所述紫外固化完成后，還包括將所得固化物進(jìn)行除溶劑，所述除溶劑的溫度為50℃。

21、本發(fā)明提供了一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，包括以下組分：聚乙二醇烯基聚合物、有機(jī)溶劑、巰基交聯(lián)劑、光引發(fā)劑和防冰劑；所述聚乙二醇烯基聚合物為聚乙二醇二烯丙基甲酰胺和/或聚乙二醇二丙烯酸酯；所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺重均分子量為1066.18～1466.18；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量為900～1300；所述防冰劑為甘醇和/或多甘醇；所述巰基交聯(lián)劑中的巰基和聚乙二醇烯基聚合物中雙鍵官能團(tuán)的摩爾比為(1～4):(2～3)；所述光引發(fā)劑的質(zhì)量為所述聚乙二醇烯基聚合物質(zhì)量的1～5％；所述防冰劑的質(zhì)量為所述防冰劑和聚乙二醇烯基聚合物總質(zhì)量的30～65％。本發(fā)明提供的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料經(jīng)光固化后可以形成防冰凝膠，防冰凝膠的基體為交聯(lián)聚乙二醇、內(nèi)嵌小分子甘醇和/或多甘醇，通過基體中聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)的結(jié)晶-熔融，能夠使甘醇和/或多甘醇在低溫下釋放，高溫下回吸，甘醇和/或多甘醇具有防冰作用，利用其可逆出現(xiàn)于界面，可獲得抗冰粘附性能與延時(shí)結(jié)霜性能；并且，本發(fā)明通過控制聚乙二醇烯基聚合物的分子量，能夠?qū)⒏蚀己?或多甘醇的釋放溫度控制在0℃以下，從而適用于結(jié)冰工況，實(shí)現(xiàn)智能防冰。

技術(shù)特征：

1.一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，其特征在于，包括以下組分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，其特征在于，所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺重均分子量為1166.18；所述聚乙二醇二丙烯酸酯的重均分子量為1000。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，其特征在于，所述聚乙二醇二烯丙基甲酰胺的制備方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，其特征在于，所述聚乙二醇和烯丙基異氰酸酯的摩爾比為1:(2～3)；所述催化劑為有機(jī)錫催化劑或有機(jī)鉍催化劑；所述催化劑的質(zhì)量為所述聚乙二醇質(zhì)量的0.5～2％；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為氯代烷烴；所述有機(jī)溶劑和聚乙二醇烯基聚合物的質(zhì)量比為(2～4):1；

6.權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠，其特征在于，由權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料光固化后得到。

8.權(quán)利要求7所述交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述光固化為紫外光固化；所述紫外光固化所用紫外光的主波段為315～450nm，主波長為365nm；所述光固化為對涂覆所得涂層進(jìn)行雙面固化，每一面的固化時(shí)間獨(dú)立地為1～4min。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述紫外固化完成后，還包括將所得固化物進(jìn)行除溶劑，所述除溶劑的溫度為40～100℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及防冰凝膠技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料、防冰凝膠以及制備方法。本發(fā)明提供的交聯(lián)聚乙二醇基防冰凝膠涂料包括以下組分：聚乙二醇烯基聚合物、有機(jī)溶劑、巰基交聯(lián)劑、光引發(fā)劑和防冰劑；聚乙二醇烯基聚合物為聚乙二醇二烯丙基甲酰胺和/或聚乙二醇二丙烯酸酯，防冰劑為甘醇和/或多甘醇。本發(fā)明提供的涂料經(jīng)光固化后可以形成防冰凝膠，防冰凝膠的基體為交聯(lián)聚乙二醇、內(nèi)嵌小分子甘醇和/或多甘醇，通過基體中聚乙二醇網(wǎng)絡(luò)的結(jié)晶?熔融，能夠使甘醇和/或多甘醇在低溫下釋放，高溫下回吸；同時(shí)，本發(fā)明通過控制聚乙二醇烯基聚合物的分子量，能夠?qū)⒏蚀己?或多甘醇的釋放溫度控制在0℃以下，從而實(shí)現(xiàn)智能防冰。

技術(shù)研發(fā)人員：王超,郭旗,王金梅,張耀明,孫慧婷,王廷梅,王齊華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9